DE112021005439T5 - Motorsteuerungsvorrichtung, elektromechanische integrierte einheit, aufwärtswandlersystem, elektrofahrzeugsystem, und motorsteuerungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Eine Motorsteuerungsvorrichtung, die mit einem Leistungswandler verbunden ist, der eine Leistungswandlung von Gleichstromleistung zu Wechselstromleistung durchführt, und die den Antrieb eines Wechselstrommotors steuert, der unter Verwendung der Wechselstromleistung angetrieben wird, enthält eine Spannungsbefehlerzeugungseinheit, die einen Dreiphasen-Spannungsbefehl erzeugt; und eine Gatesignal-Erzeugungseinheit, die eine Pulsbreitenmodulation an dem Dreiphasen-Spannungsbefehl durchführt und ein Gatesignal zur Steuerung einer Operation des Leistungswandlers erzeugt, wobei die Spannungsbefehlerzeugungseinheit den Dreiphasen-Spannungsbefehl unter Verwendung einer Nullphasen-Spannung basierend auf einem Leistungsfaktor der Wechselstromleistung in einem Übermodulationsbereich einstellt, in dem ein Modulationsfaktor gemäß einem Spannungsamplitudenverhältnis zwischen der Gleichstromleistung und der Wechselstromleistung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, und die Gatesignal-Erzeugungseinheit das Gatesignal erzeugt, indem sie eine Pulsbreitenmodulation auf den eingestellten Dreiphasen-Spannungsbefehl durch die Spannungsbefehlerzeugungseinheit durchführt.

Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuerungsvorrichtung, eine elektromechanische integrierte Einheit, ein Aufwärtswandlersystem, ein Elektrofahrzeugsystem und ein Motorsteuerungsverfahren.
  • Stand der Technik
  • Ein antreibender Wechselrichter, der in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug verwendet wird, muss klein und leicht sein, um die Stromkosten zu senken, den Einbauraum zu begrenzen und dergleichen. Zu den Bestandteilen eines allgemeinen Wechselrichters gehören ein Leistungsmodul, ein Glättungskondensator, ein Stromsensor, eine Busschienenverdrahtung, die diese miteinander verbindet, eine Gateansteuerplatine, eine Steuerungsplatine und dergleichen.
  • In den Wechselrichtern sind insgesamt sechs Leistungsmodule mit Halbleiterelementen wie einem Bipolartransistor mit isolierter Steuerelektrode (IGBT) und einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) vorgesehen, jeweils eines auf der positiven Elektrodenseite (P-Seite) und der negativen Elektrodenseite (N-Seite) der U-, V- und W-Phasen. Diese Leistungsmodule verwenden eine Gleichspannung, die von einer Gleichstromleistungsversorgung wie einer Hochspannungsbatterie geliefert wird, um eine Dreiphasen-Wechselstrom-Impulsspannung zu erzeugen, die an einen Dreiphasen-Motor angelegt wird, der an einen Wechselrichter angeschlossen ist. Der Glättungskondensator ist parallel zur Gleichstromleistungsversorgung an das Leistungsmodul angeschlossen, um Spannungswelligkeiten (Kondensatorspannungswelligkeit) auf der Seite der Gleichstromleistungsversorgung zu unterdrücken, die entstehen, wenn das Leistungsmodul die Dreiphasen-Wechselstrom-Impulsspannung erzeugt.
  • Die Kondensatorspannungswelligkeit ändert sich in Abhängigkeit von der elektrostatischen Kapazität des Glättungskondensators und der Schaltfrequenz des Wechselrichters. Daher kann die Kondensatorspannungswelligkeit durch Erhöhung der elektrostatischen Kapazität des Glättungskondensators oder durch Erhöhung der Schaltfrequenz des Wechselrichters verringert werden. Die Erhöhung der elektrostatischen Kapazität des Glättungskondensators vergrößert jedoch das Kondensatorvolumen des Glättungskondensators, und die Erhöhung der Schaltfrequenz des Wechselrichters erhöht den Schaltverlust. Daher besteht ein Bedarf an einer Technik, die in der Lage ist, Kondensatorspannungswelligkeiten zu reduzieren und gleichzeitig eine Zunahme des Kondensatorvolumens und der Schaltverluste zu unterdrücken.
  • Als eine verwandte Technik der vorliegenden Erfindung ist eine in der Patentliteratur 1 beschriebene Technik bekannt. Um einen Neutralpunktstrom zu reduzieren, der in einem Serienmultiplex-Wechselrichter ein Problem darstellt, offenbart PTL 1 eine Technik, bei der der Dreiphasen-Spannungsbefehl in sechs Perioden eines Zyklus eines elektrischen Winkels von 60 Grad unterteilt wird und der Nullphasen-Spannungsbefehl in jeder Periode durch einen vorgegebenen arithmetischen Ausdruck berechnet und dem Spannungsbefehl überlagert wird.
  • Liste der Entgegenhaltungen
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP H02-261063 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Da bei der in PTL 1 beschriebenen Technik die Formel für die Berechnung des Nullphasen-Spannungsbefehls kompliziert ist, steigt der Berechnungsaufwand. Um den Nullphasen-Spannungsbefehl durch Unterteilung des Spannungsbefehls in sechs Perioden genau berechnen zu können, ist es notwendig, die Motordrehposition mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Außerdem kann im Übermodulationsbereich, in dem der Modulationsfaktor (Verhältnis der Gleichspannung zur Wechselspannung) 1,15 (= √ (4/3)) übersteigt, der Nullphasen-Spannungsbefehl dem Spannungsbefehl nicht in der gleichen Weise überlagert werden wie in der Normalzeit, und somit kann die Ausgangsspannung des Wechselrichters nicht auf eine gewünschte Amplitude oder Phase geregelt werden. Daher ist es schwierig, die Technik von PTL 1 als Mittel zur Verringerung der Kondensatorspannungswelligkeit bei gleichzeitiger Unterdrückung eines Anstiegs des Kondensatorvolumens und der Schaltverluste einzusetzen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Probleme gemacht, und ein Ziel davon ist es, die Kondensatorspannungswelligkeit effektiv zu reduzieren, während eine Erhöhung des Kondensatorvolumens und der Schaltverluste unterdrückt wird.
  • Lösung des Problems
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Motorsteuerungsvorrichtung mit einem Leistungswandler verbunden, der eine Leistungswandlung von Gleichstromleistung zu Wechselstromleistung durchführt und den Antrieb eines Wechselstrommotors steuert, der unter Verwendung der Wechselstromleistung angetrieben wird, wobei die Vorrichtung eine Spannungsbefehlerzeugungseinheit umfasst, die einen Dreiphasen-Spannungsbefehl erzeugt; und eine Gatesignal-Erzeugungseinheit, die eine Pulsbreitenmodulation an dem Dreiphasen-Spannungsbefehl durchführt und ein Gatesignal zur Steuerung einer Operation des Leistungswandlers erzeugt, wobei die Spannungsbefehlerzeugungseinheit den Dreiphasen-Spannungsbefehl unter Verwendung einer Nullphasen-Spannung basierend auf einem Leistungsfaktor der Wechselstromleistung in einem Übermodulationsbereich einstellt, in dem ein Modulationsfaktor gemäß einem Spannungsamplitudenverhältnis zwischen der Gleichstromleistung und der Wechselstromleistung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, und die Gatesignal-Erzeugungseinheit das Gatesignal erzeugt, indem sie eine Pulsbreitenmodulation auf den eingestellten Dreiphasen-Spannungsbefehl durch die Spannungsbefehlerzeugungseinheit durchführt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektromechanische integrierte Einheit eine Motorsteuerungsvorrichtung; den Leistungswandler, der mit der Motorsteuerungsvorrichtung verbunden ist; den Wechselstrommotor, der vom Leistungswandler angetrieben wird; und ein Getriebe, das eine Drehantriebskraft des Wechselstrommotors überträgt, wobei der Wechselstrommotor, der Leistungswandler und das Getriebe integriert sind.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Aufwärtswandlersystem eine Motorsteuerungsvorrichtung; den Leistungswandler, der mit der Motorsteuerungsvorrichtung verbunden ist; den Wechselstrommotor, der vom Leistungswandler angetrieben wird; und einen Aufwärtswandler, der eine Spannung der Gleichstromleistung erhöht.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Elektrofahrzeugsystem eine Motorsteuerungsvorrichtung, den Leistungswandler, der mit der Motorsteuerungsvorrichtung verbunden ist, und den Wechselstrommotor, der von dem Leistungswandler angetrieben wird und sich unter Ausnutzung einer Drehantriebskraft des Wechselstrommotors bewegt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Motorsteuerungsverfahren ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Leistungswandlers, der eine Leistungswandlung von Gleichstromleistung zu Wechselstromleistung durchführt, und zur Steuerung des Antriebs eines Wechselstrommotors, der unter Verwendung der Wechselstromleistung angetrieben wird, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Spannungsbefehls; Einstellen des Spannungsbefehls unter Verwendung einer Nullphasen-Spannung auf der Grundlage eines Leistungsfaktors der Wechselstromleistung in einem Übermodulationsbereich, in dem ein Modulationsfaktor gemäß einem Spannungsamplitudenverhältnis zwischen der Gleichstromleistung und der Wechselstromleistung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet; und Durchführen einer Pulsbreitenmodulation an dem eingestellten Spannungsbefehl, um ein Gatesignal zur Steuerung des Betriebs des Leistungswandlers zu erzeugen.
  • Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Kondensatorspannungswelligkeiten effektiv zu reduzieren und gleichzeitig einen Anstieg des Kondensatorvolumens und der Schaltverluste zu unterdrücken.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm eines Motoransteuersystems mit einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [2] 2 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle Konfiguration der Motorsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • [3] 3 ist ein Blockdiagramm einer Spannungsbefehlerzeugungseinheit, die ein Spannungsbefehlerzeugungsverfahren aus dem Stand der Technik übernimmt.
    • [4] 4 ist ein Blockdiagramm einer Spannungsbefehlerzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [5] 5 ist ein Diagramm, das die Änderung eines Spannungsbefehls vor und nach der Überlagerung einer Nullphasen-Spannung zeigt.
    • [6] 6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Signalen in der Motorsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • [7] 7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Simulationsergebnisses im Falle der Ausgabe eines Dreiphasen-Spannungsbefehls, dem eine Nullphasen-Spannung im verwandten Stand der Technik überlagert ist.
    • [8] 8 ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis in einem Fall zeigt, in dem ein Dreiphasen-Spannungsbefehl ausgegeben wird, dem eine Nullphasen-Spannung gemäß einem Leistungsfaktor überlagert ist.
    • [9] 9 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm eines Motoransteuersystems mit einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [10] 10 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle Konfiguration der Motorsteuerungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • [11] 11 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle Konfiguration einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • [12] 12 ist eine perspektivische Außenansicht einer elektromechanischen integrierten Einheit gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [13] 13 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Aufwärtswandlersystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [14] 14 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Hybridfahrzeugsystems gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [15] 15 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Elektroschienenfahrzeugs gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • [Erste Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm eines Motoransteuersystems mit einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 umfasst ein Motoransteuersystem 100 der vorliegenden Ausführungsform eine Motorsteuerungsvorrichtung 1, einen Motor 2, einen Wechselrichter 3, eine Hochspannungsbatterie 5, eine Stromerfassungseinheit 7 und einen Drehpositions-Detektor 8.
  • Eine Drehposition θ des Motors 2 wird vom Drehpositions-Detektor 8 in die Motorsteuerungsvorrichtung 1 eingegeben. Außerdem werden von der Stromerfassungseinheit 7 die Dreiphasen-Wechselströme Iu, Iv und Iw eingegeben, die durch den Motor 2 fließen, und von einer Host-Steuerungsvorrivchtung (nicht abgebildet) wird ein Drehmomentbefehl T* eingegeben. Die Motorsteuerungsvorrichtung 1 erzeugt auf der Grundlage der Eingangsinformationen ein Gatesignal zur Steuerung des Antriebs des Motors 2 und gibt das Gatesignal an den Wechselrichter 3 aus. So wird der Betrieb des Wechselrichters 3 gesteuert und der Antrieb des Motors 2 geregelt. Details der Motorsteuerungsvorrichtung 1 werden im Folgenden beschrieben.
  • Der Wechselrichter 3 umfasst eine Wechselrichterschaltung 31, eine PWM-Signal-Steuerschaltung 32 und einen Glättungskondensator 33. Die PWM-Signal-Steuerschaltung 32 erzeugt ein PWM-Signal zur Steuerung jedes in der Wechselrichterschaltung 31 enthaltenen Schaltelements auf der Grundlage des von der Motorsteuerungsvorrichtung 1 eingegebenen Gatesignals und gibt das PWM-Signal an die Wechselrichterschaltung 31 aus. Die Wechselrichterschaltung 31 umfasst Schaltelemente, die jeweils dem oberen und dem unteren Arm der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase entsprechen. Durch Steuerung jedes dieser Schaltelemente gemäß dem von der PWM-Signal-Ansteuerschaltung 32 eingegebenen PWM-Signal wird die von der Hochspannungsbatterie 5 gelieferte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umgewandelt und an den Motor 2 ausgegeben. Der Glättungskondensator 33 glättet die von der Hochspannungsbatterie 5 zugeführte Gleichstromleistung zur Wechselrichterschaltung 31.
  • Die Hochspannungsbatterie 5 ist eine Gleichspannungsquelle des Motoransteuersystems 100 und gibt eine Leistungsversorgungsspannung Hvdc an den Wechselrichter 3 ab. Die Leistungsversorgungsspannung Hvdc der Hochspannungsbatterie 5 wird durch die Wechselrichterschaltung 31 und die PWM-Signal-Ansteuerschaltung 32 des Wechselrichters 3 in eine pulsförmige Dreiphasen-Wechselspannung mit variabler Spannung und variabler Frequenz umgewandelt und als Netzspannung an den Motor 2 angelegt. Damit wird die Wechselstromleistung vom Wechselrichter 3 auf der Grundlage der Gleichstromleistung der Hochspannungsbatterie 5 dem Motor 2 zugeführt. Es ist zu beachten, dass die Leistungsversorgungsspannung Hvdc der Hochspannungsbatterie 5 je nach deren Ladezustand variiert.
  • Der Motor 2 ist ein Dreiphasen-Motor, der durch die vom Wechselrichter 3 gelieferte Wechselstromleistung rotierend angetrieben wird und einen Stator und einen Rotor umfasst. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Permanentmagnet-Synchronmotor als Motor 2 verwendet wird, es kann jedoch auch ein anderer Motortyp 2 wie ein Induktionsmotor oder ein Synchron-Reluktanzmotor verwendet werden. Wenn die vom Wechselrichter 3 eingegebene Wechselstromleistung an die im Stator vorgesehenen Dreiphasen-Spulen Lu, Lv und Lw angelegt wird, werden die Dreiphasen-Wechselströme Iu, Iv und Iw im Motor 2 geleitet, und in jeder Spule wird ein magnetischer Fluss erzeugt. Wenn zwischen dem magnetischen Fluss jeder Spule und dem magnetischen Fluss des im Rotor angeordneten Permanentmagneten eine anziehende und eine abstoßende Kraft erzeugt wird, wird im Rotor ein Drehmoment erzeugt, und der Motor 2 wird in Drehung versetzt.
  • An dem Motor 2 ist ein Drehpositions-Sensor 4 zur Erfassung der Drehposition θ des Rotors angebracht. Der Drehpositions-Detektor 8 errechnet aus einem Eingangssignal des Drehpositions-Sensors 4 eine Drehposition θ. Das Berechnungsergebnis der Drehposition θ durch den Drehpositions-Detektor 8 wird der Motorsteuerungsvorrichtung 1 zugeführt und in der Phasensteuerung der von der Motorsteuerungsvorrichtung 1 durchgeführten Wechselstromleistung verwendet, die ein impulsförmiges Gatesignal entsprechend der Phase der induzierten Spannung des Motors 2 erzeugt.
  • Hier ist ein Resolver mit Eisenkern und Wicklung als Drehpositionssensor 4 besser geeignet, aber auch ein Sensor mit einem magnetoresistiven Element wie ein GMR-Sensor oder ein Hall-Element ist kein Problem. Als Drehpositions-Sensor 4 kann jeder Sensor verwendet werden, solange die magnetische Polstellung des Rotors gemessen werden kann. Ferner kann der Drehpositions-Detektor 8 die Drehposition θ unter Verwendung der durch den Motor 2 fließenden Dreiphasen-Wechselströme Iu, Iv und Iw und der vom Wechselrichter 3 an den Motor 2 angelegten Dreiphasen-Wechselspannungen Vu, Vv und Vw schätzen, ohne das Eingangssignal des Drehpositions-Sensors 4 zu verwenden.
  • Die Stromerfassungseinheit 7 ist in einem Strompfad zwischen dem Wechselrichter 3 und dem Motor 2 angeordnet. Die Stromerfassungseinheit 7 erfasst die Dreiphasen-Wechselströme Iu, Iv und Iw (den U-Phasen-Wechselstrom Iu, den V-Phasen-Wechselstrom Iv und den W-Phasen-Wechselstrom Iw), die den Motor 2 erregen. Die Stromerfassungseinheit 7 wird z.B. mit einem Hall-Stromsensor o.ä. konfiguriert. Die Erfassungsergebnisse der Dreiphasen-Wechselströme Iu, Iv und Iw durch die Stromerfassungseinheit 7 werden in die Motorsteuerungsvorrichtung 1 eingegeben und zur Erzeugung eines von der Motorsteuerungsvorrichtung 1 ausgeführten Gatesignals verwendet. Obwohl 1 ein Beispiel zeigt, in dem die Stromerfassungseinheit 7 drei Stromdetektoren umfasst, können auch zwei Stromdetektoren vorgesehen sein, und der Wechselstrom der verbleibenden einen Phase kann aus der Tatsache berechnet werden, dass die Summe der Dreiphasen-Wechselströme Iu, Iv und Iw Null ist. Der impulsförmige Gleichstrom, der von der Hochspannungsbatterie 5 in den Wechselrichter 3 fließt, kann von einem Messwiderstand oder dergleichen erfasst werden, der zwischen dem Glättungskondensator 33 und dem Wechselrichter 3 eingefügt ist, und die Dreiphasen-Wechselströme Iu, Iv und Iw können auf der Grundlage des Gleichstroms und der vom Wechselrichter 3 an den Motor 2 angelegten Dreiphasen-Wechselspannungen Vu, Vv und Vw ermittelt werden.
  • Nachfolgend werden Einzelheiten der Motorsteuerungsvorrichtung 1 beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle Konfiguration der Motorsteuerungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in 2 dargestellt, umfasst die Motorsteuerungsvorrichtung 1 Funktionsblöcke einer Strombefehlerzeugungseinheit 11, einer Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 12, einer Dreiphasen/dq-Umwandlungseinheit 13, einer Stromsteuerungseinheit 14, einer Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15, einer Trägerwellenfrequenz-Bestimmungseinheit 16, einer Dreieckswellen-Erzeugungseinheit 17 und einer Gatesignal-Erzeugungseinheit 18. Die Motorsteuerungsvorrichtung 1 umfasst z.B. einen Mikrocomputer und kann diese Funktionsblöcke durch Ausführen eines vorgegebenen Programms im Mikrocomputer realisieren. Alternativ können einige oder alle dieser Funktionsblöcke auch durch eine Hardware-Schaltung wie einen Logik-IC oder ein FPGA realisiert werden.
  • Die Strombefehlerzeugungseinheit 11 berechnet einen d-Achsen-Strombefehl Id* und einen q-Achsen-Strombefehl Iq* auf der Grundlage des eingegebenen Drehmomentbefehls T* und der Leistungsversorgungsspannung Hvdc. Dabei werden z.B. der d-Achsen-Strombefehl Id* und der q-Achsen-Strombefehl Iq* entsprechend dem Drehmomentbefehl T* unter Verwendung einer vorgegebenen Strombefehlstabelle, eines mathematischen Ausdrucks, der die Beziehung zwischen dem d-Achsen-Strom Id und dem q-Achsen-Strom Iq und dem Motordrehmoment darstellt, oder ähnlichem ermittelt.
  • Die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 12 berechnet aus der zeitlichen Änderung der Drehposition θ eine Motordrehgeschwindigkeit ωr, die die Drehgeschwindigkeit (Drehzahl) des Motors 2 darstellt. Die Motordrehgeschwindigkeit ωr kann ein Wert sein, der entweder durch eine Winkelgeschwindigkeit (rad/s) oder eine Drehzahl (rpm) dargestellt wird. Darüber hinaus können diese Werte ineinander umgerechnet und verwendet werden.
  • Die Dreiphasen/dq-Umwandlungseinheit 13 führt eine dq-Umwandlung auf der Grundlage der vom Drehpositions-Detektor 8 ermittelten Drehposition θ auf die von der Stromerfassungseinheit 7 erfassten Dreiphasen-Wechselströme Iu, Iv und Iw durch und berechnet einen d-Achsen-Stromwert Id und einen q-Achsen-Stromwert Iq.
  • Die Stromsteuerungseinheit 14 berechnet einen d-Achsen-Spannungsbefehl Vd* und einen q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* entsprechend dem Drehmomentbefehl T* aufgrund von Abweichungen zwischen dem d-Achsen-Strombefehl Id* und dem q-Achsen-Strombefehl Iq*, die von der Strombefehlerzeugungseinheit 11 ausgegeben werden, und dem d-Achsen-Stromwert Id und dem q-Achsen-Stromwert Iq, die von der Dreiphasen/dq-Umwandlungseinheit 13 ausgegeben werden, so dass diese Werte zueinander passen. Hierbei wird z.B. durch ein Steuerungsverfahren wie PI-Regelung der d-Achsen-Spannungsbefehl Vd* entsprechend der Abweichung zwischen dem d-Achsen-Strombefehl Id* und dem d-Achsen-Stromwert Id und der q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* entsprechend der Abweichung zwischen dem q-Achsen-Strombefehl Iq* und dem q-Achsen-Stromwert Iq gewonnen.
  • Die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 berechnet und gibt die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* (einen U-Phasen-Spannungsbefehlswert Vu*, einen V-Phasen-Spannungsbefehlswert Vv* und einen W-Phasen-Spannungsbefehlswert Vw*) auf der Grundlage des von der Strombefehlerzeugungseinheit 11 ausgegebenen d-Achsen-Strombefehls Id* und des q-Achsen-Strombefehls Iq* aus, den von der Stromsteuerungseinheit 14 berechneten d-Achsen-Spannungsbefehl Vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehl Vq*, die vom Drehpositions-Detektor 8 erhaltene Drehposition θ und die Leistungsversorgungsspannung Hvdc. Einzelheiten eines Verfahrens zur Berechnung der Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* durch die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 werden nachstehend beschrieben.
  • Die Trägerwellenfrequenz-Bestimmungseinheit 16 bestimmt eine Trägerwellenfrequenz fc, die die Frequenz der zur Erzeugung des Gatesignals verwendeten Trägerwelle auf der Grundlage der von der Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 12 erhaltenen Drehgeschwindigkeit wr, des Drehmomentbefehls T* und der Leistungsversorgungsspannung Hvdc darstellt. Beispielsweise wird die Trägerwellenfrequenz fc so bestimmt, dass die Anzahl der synchronen PWM-Trägerwellen Nc, die die Anzahl der Trägerwellen für einen Zyklus der Spannungswellenform in der synchronen PWM-Regelung darstellt, eine vorgegebene ganze Zahl ist. Dabei kann die Anzahl der synchronen PWM-Trägerwellen Nc beispielsweise als eine Zahl festgelegt werden, die den bedingten Ausdruck Nc = 3 × (2 × n - 1) unter Vielfachen von 3 erfüllt. n steht in diesem bedingten Ausdruck für eine beliebige natürliche Zahl, und es kann beispielsweise n = 1 (Nc = 3), n = 2 (Nc = 9), n = 3 (Nc = 15) oder dergleichen gewählt werden.
  • Die Dreieckswellen-Erzeugungseinheit 17 erzeugt ein Dreieckswellensignal (Trägerwellensignal) Tr für jede der Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* auf der Grundlage der von der Trägerwellenfrequenz-Bestimmungseinheit 16 bestimmten Trägerwellenfrequenz fc.
  • Die Gatesignal-Erzeugungseinheit 18 führt eine Pulsbreitenmodulation an jedem der von der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 ausgegebenen Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* durch, indem sie das von der Dreieckswellen-Erzeugungseinheit 17 ausgegebene Dreieckswellensignal Tr verwendet und ein Gatesignal zur Steuerung des Betriebs des Wechselrichters 3 erzeugt. Insbesondere wird auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen den Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*, Vv* und Vw*, die von der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 ausgegeben werden, und dem Dreieckswellensignal Tr, das von der Dreieckswellen-Erzeugungseinheit 17 ausgegeben wird, für jede Phase der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase eine impulsförmige Spannung erzeugt. Anschließend wird auf der Grundlage der erzeugten impulsförmigen Spannung ein impulsförmiges Gatesignal für das Schaltelement jeder Phase des Wechselrichters 3 erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Gatesignale Gup, Gvp und Gwp der oberen Arme der jeweiligen Phasen logisch invertiert, um die Gatesignale Gun, Gvn und Gwn der unteren Arme zu erzeugen. Das von der Gatesignal-Erzeugungseinheit 18 erzeugte Gatesignal wird von der Motorsteuerungsvorrichtung 1 an die PWM-Signal-Ansteuerschaltung 32 des Wechselrichters 3 ausgegeben und von der PWM-Signal-Ansteuerschaltung 32 in ein PWM-Signal umgewandelt. Dadurch wird jedes Schaltelement der Wechselrichterschaltung 31 ein-/ausgeschaltet und die Ausgangsspannung des Wechselrichters 3 eingestellt.
  • Anschließend werden Einzelheiten der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15, die ein Merkmal der vorliegenden Ausführungsform ist, beschrieben.
  • Bevor die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 beschrieben wird, wird zunächst ein Spannungsbefehlerzeugungsverfahren aus dem Stand der Technik beschrieben. 3 ist ein Blockdiagramm einer Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15', die ein Spannungsbefehlerzeugungsverfahren nach dem Stand der Technik übernimmt. Wie in 3 dargestellt, umfasst die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15' eine dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 151 und eine Nullphasenspannungs-Erzeugungseinheit 152.
  • Die dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 151 erzeugt einen Dreiphasen-Spannungsbefehl, bevor die Nullphasen-Spannung auf der Grundlage des d-Achsen-Spannungsbefehls Vd*, des q-Achsen-Spannungsbefehls Vq* und der Drehposition θ überlagert wird. Insbesondere wird die Dreiphasen-Wandlung basierend auf der Drehposition θ mit dem d-Achsen-Spannungsbefehl Vd* und dem q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* durchgeführt, um die ersten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*1, Vv*1 und Vw*1 als die Dreiphasen-Spannungsbefehle vor der Nullphasen-Spannungsüberlagerung zu berechnen.
  • Die Nullphasen-Spannungs-Erzeugungseinheit 152 erzeugt Nullphasen-Spannungen für die ersten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*1, Vv*1 und Vw*1, die von der dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 151 erzeugt werden. Wenn der Wechselrichter 3 die Wechselstromleistung gemäß den ersten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*1, Vv*1 und Vw*1 ausgibt, entspricht die von der Nullphasen-Spannungs-Erzeugungseinheit 152 erzeugte Nullphasen-Spannung einer Spannung, die durch Umkehrung der Polarität der am Neutralpunkt des Motors 2, d. h. am Verbindungspunkt der Dreiphasen-Spulen Lu, Lv und Lw, durch die Wechselstromleistung erzeugten Spannung erhalten wird und sich aus der nachstehenden Gleichung (1) ergibt. Nullphasen − Spannung = − ( Maximum − Phase − Spannung + Mi − nimum − Phase − Spannung ) / 2
    Figure DE112021005439T5_0001
  • In der obigen Gleichung (1) stellt die Maximum-Phase-Spannung eine Spannung mit der maximalen Amplitude (Absolutwert) der ersten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*1, Vv*1 und Vw*1 dar, die von der dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 151 ausgegeben werden. Darüber hinaus stellt die Minimum-Phasen-Spannung eine Spannung mit der kleinsten Amplitude (Absolutwert) unter den ersten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*1, Vv*1 und Vw*1 dar, die von der dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 151 ausgegeben werden. Das heißt, die Nullphasen-Spannungs-Erzeugungseinheit 152 kann die Nullphasen-Spannung basierend auf dem Durchschnittswert des Maximum-Phase-Spannungsbefehls und des Minimum-Phase-Spannungsbefehls unter den ersten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*1, Vv*1 und Vw*1 durch Gleichung (1) erzeugen.
  • Die von der Nullphasen-Spannungs-Erzeugungseinheit 152 erzeugte Nullphasen-Spannung wird jeweils mit den von der dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 151 erzeugten ersten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*1, Vv*1 und Vw*1 überlagert. Als Ergebnis werden die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* nach der Nullphasen-Spannungsüberlagerung berechnet und von der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15' ausgegeben.
  • In den Spannungsbefehlerzeugungsverfahren des verwandten Standes der Technik werden, wie oben beschrieben, die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw*, in denen die Nullphasen-Spannungen den ersten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*1, Vv*1 und Vw*1 überlagert sind, von der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15' erzeugt. Dadurch wird die im Glättungskondensator 33 erzeugte Kondensatorspannungswelligkeit unterdrückt.
  • Nachfolgend wird die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 4 ist ein Blockdiagramm der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 dargestellt, umfasst die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 die dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 151, die Nullphasen-Spannungs-Erzeugungseinheit 152, eine Leistungsfaktor-Berechnungseinheit 153, eine Modulationsfaktor-Berechnungseinheit 154, eine Amplituden/Phasen-Berechnungseinheit 155, eine Amplituden/Phasen-Korrektureinheit 156, eine zweite Spannungsbefehlberechnungseinheit 157, eine dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 158, eine Nullphasen-Spannungs-Korrektureinheit 159 und eine Schalteinheit 160. Es ist zu beachten, dass die dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 151 und die Nullphasen-Spannungs-Erzeugungseinheit 152 dieselben sind, die in der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15' des in 3 dargestellten Beispiels aus dem verwandten Gebiet enthalten sind.
  • Die Leistungsfaktor-Berechnungseinheit 153 errechnet einen Leistungsfaktor der vom Wechselrichter 3 ausgegebenen Wechselstromleistung. Um die Nullphasen-Spannung entsprechend dem Leistungsfaktor zum Spannungsbefehl in der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 zu addieren, wird hier ein Leistungsfaktor PF nach Gleichung (2) berechnet. PF = cos { atan − ( − Id * / Iq * ) − atan ( − Vd * / Vq * ) }
    Figure DE112021005439T5_0002
  • Die Modulationsfaktor-Berechnungseinheit 154 berechnet anhand des d-Achsen-Spannungsbefehls Vd* und des q-Achsen-Spannungsbefehls Vq* sowie der Leistungsversorgungsspannung Hvdc der Hochspannungsbatterie 5 einen Modulationsfaktor H nach Gleichung (3). H = 2 √ ( Vd * 2 + Vq * 2 ) / Hvdc
    Figure DE112021005439T5_0003
  • Die Amplituden/Phasen-Berechnungseinheit 155 berechnet eine erste Spannungsamplitude |V1*| und eine erste Spannungsphase θ1* aus dem d-Achsen-Spannungsbefehl Vd* und dem q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* nach den Gleichungen (4) bzw. (5) . | V 1 * | = √ ( Vd * 2 + Vq * 2 )
    Figure DE112021005439T5_0004
     θ 1 * = atan ( Vd * / − Vq * )
    Figure DE112021005439T5_0005
  • Die Amplituden/Phasen-Korrektureinheit 156 korrigiert die erste Spannungsamplitude |V1*| und die erste Spannungsphase θ1*, die von der Amplituden/Phasen-Berechnungseinheit 155 berechnet wurden, um eine zweite Spannungsamplitude |V2*| und eine zweite Spannungsphase θ2* zu berechnen. Beispielsweise werden eine Beziehung zwischen der ersten Spannungsamplitude |V1*| und der zweiten Spannungsamplitude |V2*|, die gemäß einer vorbestimmten Bedingung gesetzt wird, und eine Beziehung zwischen der ersten Spannungsphase θ1* und der zweiten Spannungsphase θ2* im Voraus als Korrekturtabellenninformation erstellt und in der Amplituden/Phasen-Korrektureinheit 156 gespeichert. Dann werden die erste Spannungsamplitude |V1*| und die erste Spannungsphase θ1* aus der Amplituden/Phasen-Berechnungseinheit 155 erfasst, und die zweite Spannungsamplitude |V2*| und die zweite Spannungsphase θ2* können durch Abbildungssuche der im Voraus gespeicherten Korrekturtabellenninformation auf der Grundlage dieser Werte berechnet werden.
  • Beachten Sie, dass die Beziehung zwischen der ersten Spannungsamplitude |V1*| und der zweiten Spannungsamplitude |V2*| und die Beziehung zwischen der ersten Spannungsphase θ1* und der zweiten Spannungsphase θ2* in der Korrekturtabellenninformation auf der Grundlage einer Phasendifferenz (Trägerwellen-Phasendifferenz) Δθcarr zwischen einer Referenzspannungsphase θvb, die ein Referenzwert für die Phase der Trägerwelle bei der synchronen PWM-Regelung ist, und dem Dreieckswellensignal Tr, das von der Dreieckswellen-Erzeugungseinheit 17 als Trägerwelle ausgegeben wird. Die Trägerwellen-Phasendifferenz Δθcarr entspricht der Phase des Dreieckswellensignals Tr in der synchronen PWM-Regelung und wird in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit ωr, dem Drehmomentbefehl T* und dem Modulationsfaktor H bestimmt. Daher werden beispielsweise in der Amplituden/Phasen-Korrektureinheit 156 vorab für verschiedene Werte der Trägerwellen-Phasendifferenz Δθcarr erstellte Korrekturtabellenninformationen gespeichert. Dann werden die Drehgeschwindigkeit ωr, der Drehmomentbefehl T* und der Modulationsfaktor H erfasst, die Korrekturtabellenninformation wird entsprechend dem anhand dieser Werte ermittelten Wert der Trägerwellen-Phasendifferenz Δθcarr ausgewählt, und die zweite Spannungsamplitude |V2*| und die zweite Spannungsphase θ2* können berechnet werden.
  • Die zweite Spannungsbefehlsberechnungseinheit 157 berechnet einen zweiten d-Achsen-Spannungsbefehl Vd2* und einen zweiten q-Achsen-Spannungsbefehl Vq2* auf der Grundlage der zweiten Spannungsamplitude |V2*| und der von der Amplituden/Phasen-Korrektureinheit 156 berechneten zweiten Spannungsphase θ2*. Dabei werden der zweite d-Achsen-Spannungsbefehl Vd2* und der zweite q-Achsen-Spannungsbefehl Vq2* nach Gleichungen (6) bzw. (7) berechnet. Vd 2 * = − | V 2 * | sin θ 2 *
    Figure DE112021005439T5_0006
     Vq 2 * = | V 2 * | cos θ 2*
    Figure DE112021005439T5_0007
  • Die dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 158 erzeugt einen Dreiphasen-Spannungsbefehl, bevor die Nullphasen-Spannung auf der Grundlage des zweiten d-Achsen-Spannungsbefehls Vd2* und des zweiten q-Achsen-Spannungsbefehls Vq2*, die von der zweiten Spannungsbefehlsberechnungseinheit 157 berechnet werden, und der Drehposition θ überlagert wird. Hier wird analog zur dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 151 eine Dreiphasen-Wandlung auf Basis der Drehposition θ mit dem zweiten d-Achsen-Spannungsbefehl Vd2* und dem zweiten q-Achsen-Spannungsbefehl Vq2* durchgeführt, wobei die zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*2, Vv*2 und Vw*2 als Dreiphasen-Spannungsbefehle vor der Nullphasen-Spannungsüberlagerung berechnet werden.
  • Die Nullphasen-Spannungs-Korrektureinheit 159 erzeugt eine Nullphasen-Spannung V0 für die von der dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 158 erzeugten zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*2, Vv*2, und Vw*2. Die von der Nullphasen-Spannungs-Korrektureinheit 159 erzeugte Nullphasen-Spannung V0 entspricht einer Spannung, die durch Verzögerung der dritten harmonischen Komponenten der zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*2, Vv*2 und Vw*2 um eine Phase erhalten wird, die dem von der Leistungsfaktor-Berechnungseinheit 153 berechneten Leistungsfaktor PF entspricht und sich aus der nachstehenden Gleichung (8) ergibt. V 0 = A 0 sin ( 3 θ − acos ( PF ) )
    Figure DE112021005439T5_0008
  • In Gleichung (8) kann als Amplitude A0 ein vorab in der Nullphasen-Spannungs-Korrektureinheit 159 gesetzter Wert verwendet werden. Diese kann z. B. mittels Schaltungssimulation vorab abgeleitet oder an einer realen Maschine des Motors 2 oder des Wechselrichters 3 ermittelt werden.
  • Die von der Nullphasen-Spannungs-Korrektureinheit 159 erzeugte Nullphasen-Spannung V0 wird jeweils mit den von der dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 158 erzeugten zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*2, Vv*2 und Vw*2 überlagert.
  • Die Schalteinheit 160 schaltet die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* basierend auf dem von der Modulationsfaktor-Berechnungseinheit 154 berechneten Modulationsfaktor H. Dabei wird der Modulationsfaktor H mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen, und die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* werden entsprechend dem Vergleichsergebnis geschaltet. Insbesondere wird, wenn der Modulationsfaktor H kleiner als der Schwellenwert ist, der Schaltzustand der Schalteinheit 160 so gesteuert, dass Spannungen, die durch Überlagerung der von der Nullphasen-Spannungs-Erzeugungseinheit 152 erzeugten Nullphasen-Spannungen mit ersten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*1, Vv*1 und Vw*1, die von der dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 151 erzeugt werden, werden als Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* von der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 ausgegeben. Andererseits wird, wenn der Modulationsfaktor H den Schwellenwert oder mehr beträgt, der Schaltzustand der Schalteinheit 160 so gesteuert, dass Spannungen, die durch Überlagerung der von der Nullphasen-Spannungs-Korrektureinheit 159 erzeugten Nullphasen-Spannung V0 mit den zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*2, Vv*2 und Vw*2, die von der dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 158 erzeugt werden, werden als Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* von der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt können die Änderungen der Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* bewertet werden, oder es kann eine Hysterese vorgesehen werden, damit der Schaltstoß nicht vor und nach dem Schwellenwert auftritt.
  • In der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 der vorliegenden Ausführungsform können die unter Verwendung der Nullphasen-Spannung durch die Verfahren im verwandten Stand der Technik eingestellten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* und die unter Verwendung der Nullphasen-Spannung V0 auf der Grundlage des Leistungsfaktors eingestellten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* entsprechend dem Wert des Modulationsfaktors H der vom Wechselrichter 3 ausgegebenen Wechselstromleistung durch den Schaltvorgang der Schalteinheit 160 wie oben beschrieben gegenseitig geschaltet werden.
  • Zu beachten ist, dass als Schwellenwert des Modulationsfaktors H in der Schalteinheit 160 ein beliebiger Wert wie z. B. ein Modulationsfaktor 1,15 (= √ (4/3)), der einen Umschaltpunkt zwischen Sinusmodulation und Übersteuerungsregelung darstellt, im Voraus gesetzt werden kann. Im Allgemeinen entspricht in der NT-Kennlinie, in der die Beziehung zwischen dem Drehmoment des Motors und der Drehzahl durch eine Kurve dargestellt wird, ein Bereich, in dem der Modulationsfaktor größer als 1,15 ist, einem Hochgeschwindigkeitsdrehung/Hochdrehmoment-Bereich. Wenn der Schwellenwert des Modulationsfaktors H in der Schalteinheit 160 auf 1,15 gesetzt ist, können die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* mit Hilfe der Nullphasen-Spannung V0 anhand des Leistungsfaktors im Hochgeschwindigkeitsdrehung/Hochdrehmoment-Bereich eingestellt werden, und somit ist der Effekt der Reduzierung der Kondensatorspannungswelligkeiten groß. Durch Setzen des Schwellenwerts des Modulationsfaktors H auf kleiner als 1,15 ist es aber auch möglich, die dem Leistungsfaktor entsprechende Nullphasen-Spannung den Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*, Vv* und Vw* in dem Bereich zu überlagern, in dem der Modulationsfaktor kleiner als 1,15 ist und die Kondensatorspannungswelligkeit zu reduzieren.
  • Wie oben beschrieben, erzeugt die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw*, denen die Nullphasen-Spannungen überlagert werden, und gibt die erzeugten Befehle an die Gatesignal-Erzeugungseinheit 18 aus. Die Gatesignal-Erzeugungseinheit 18 erzeugt durch Pulsbreitenmodulation der Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* die Gatesignale Gup, Gvp und Gwp des Oberarms und die Gatesignale Gun, Gvn und Gwn des Unterarms. Dadurch ist es möglich, die Welligkeiten des Gleichstroms, der von der Hochspannungsbatterie 5 zum Wechselrichter 3 fließt, entsprechend dem Schaltzeitpunkt jeder Phase zu reduzieren, und somit ist es möglich, Kondensatorspannungswelligkeiten zu reduzieren. Man beachte, dass die Welligkeiten des Gleichstroms durch Gleichung (9) unten entsprechend den Gatesignalen Gup, Gvp und Gwp der jeweiligen Phasen und den Dreiphasen-Strömen Iu, Iv und Iw bestimmt werden. Idc = Gup * Iu + Gvp * Iv + Gwp * Iw
    Figure DE112021005439T5_0009
  • In der Motorsteuerungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 wie oben beschrieben konfiguriert, so dass ein gewünschter Spannungsbefehl und eine gewünschte Spannungsphase auch bei Übermodulation mit einem Modulationsfaktor von über 1,15 erreicht werden kann. Somit kann das Drehmoment im Motor 2 stabil ausgegeben werden.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die bis beschrieben, warum die Welligkeiten des Gleichstroms durch Veränderung der Nullphasen-Spannung V0 um den Leistungsfaktor PF gemäß Gleichung (8) reduziert werden können.
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Änderung eines Spannungsbefehls vor und nach Überlagerung einer Nullphasen-Spannung veranschaulicht. In 5 sind (a) die Spannungsbefehle der jeweiligen Phasen vor der Nullphasen-Spannungsüberlagerung, d. h. die zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*2, Vv*2 und Vw*2, (b) die durch die Nullphasen-Spannungs-Korrektureinheit 159 erzeugte Nullphasen-Spannung V0 und (c) der U-Phasen-Spannungsbefehl Vu* nach der Nullphasen-Spannungsüberlagerung dargestellt.
  • Die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 addiert z.B. die Nullphasen-Spannung V0, wie in 5(b) dargestellt, zum zweiten U-Phasen-Spannungsbefehl Vu*2 unter den in 5(a) dargestellten zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*2, Vv*2, und Vw*2. Die Nullphasen-Spannung V0 entspricht einer dritten harmonischen Komponente der Amplitude A0, deren Phase um den Leistungsfaktor PF gegenüber dem zweiten U-Phasen-Spannungsbefehl Vu*2 verzögert ist. Infolgedessen wird der U-Phasen-Spannungsbefehl Vu*, wie in BILD 5(c) dargestellt, erzeugt und von der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 ausgegeben. 5(b) und 5(c) zeigen die Nullphasen-Spannung V0, die dem zweiten U-Phasen-Spannungsbefehl Vu*2 überlagert ist, und den von der Nullphasen-Spannung V0 erzeugten U-Phasen-Spannungsbefehl Vu*. Ebenso wird für den zweiten V-Phasen-Spannungsbefehl Vv*2 und den zweiten W-Phasen-Spannungsbefehl Vw*2 die Nullphasen-Spannung V0, die die dritte harmonische Komponente der Amplitude A0 ist, deren Phase durch den Leistungsfaktor PF verzögert wird, überlagert und als V-Phasen-Spannungsbefehl Vv* und W-Phasen-Spannungsbefehl Vw* ausgegeben.
  • 6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Signalen in der Motorsteuerungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 6 ist (a) eine Beziehung zwischen dem Dreieckswellenträger (Dreieckswellensignal Tr) und dem korrigierten U-Phasen-Spannungsbefehl Vu* durch Überlagerung der Nullphasen-Spannung V0 dargestellt, (b) eine Beziehung zwischen dem korrigierten U-Phasen-Spannungsbefehl Vu* und den U-Phasen-Impulsbefehlen (dem Gatesignal Gun) und (c) eine Beziehung zwischen den U-Phasen-Impulsbefehlen (dem Gatesignal Gun) und dem U-Phasenstrom Iu dargestellt.
  • Wie in 6(a) dargestellt, vergleicht die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 den korrigierten U-Phasen-Spannungsbefehl Vu* mit dem Dreieckswellenträger, um die in 6(b) dargestellte U-Phasen-Impulsbefehle zu erzeugen. Als Reaktion auf die U-Phasen-Impulsbefehle fließt der in 6(c) dargestellte, durch eine Sinuswelle angenäherte U-Phasen-Strom Iu. Wenn man sich auf die U-Phasen-Impulsbefehle und den U-Phasenstrom Iu in konzentriert, kann man sehen, dass eine große Anzahl von Impulswellenformen in den U-Phasen-Impulsbefehlen in der Nähe der Spitze des U-Phasenstroms Iu enthalten sind. BILD 6(c) veranschaulicht die Beziehung zwischen der U-Phasen-Impulsbefehle und dem U-Phasenstrom Iu. Ähnlich verhält es sich mit der V-Phase und der W-Phase: Eine große Anzahl von Impulswellenformen ist in der V-Phasen-Impulsbefehle und der W-Phasen-Impulsbefehle in der Nähe der Spitzen des V-Phasenstroms Iv bzw. des W-Phasenstroms Iw enthalten.
  • Wie oben beschrieben, können in der Motorsteuerungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform im Hochgeschwindigkeitsdrehung/Hochdrehmoment-Bereich, wo der Modulationsfaktor 1,15 oder mehr beträgt, die Impulse in der Nähe der Spitzen der Dreiphasen-Ströme Iu, Iv und Iw intensiv ausgeprägt sein. Daher wird die Welligkeitskomponente eines Gleichstroms Idc durch Gleichung (9) oben reduziert, und somit ist eine Reduzierung der Kondensatorspannungswelligkeit zu erwarten.
  • 7 ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis veranschaulicht, wenn die ersten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*1, Vv*1 und Vw*1, denen die Nullphasen-Spannung gemäß dem Verfahren des verwandten Standes der Technik überlagert ist, als die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* im Übermodulationsbereich (Modulationsfaktor 1.2) ausgegeben werden. 8 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Simulationsergebnisses, wenn die zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*2, Vv*2 und Vw*2, denen die Nullphasen-Spannung V0 gemäß dem Leistungsfaktor überlagert ist, als die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* im Übermodulationsbereich (Modulationsfaktor 1.2) ausgegeben werden. In 7 und 8 sind (a) der U-Phasen-Spannungsbefehl Vu* und eine Nullphasen-Spannung, (b) der U-Phasen-Strom Iu und die U-Phasen-Impulsbefehle (das Gatesignal Gun) und (c) eine von der Hochspannungsbatterie 5 an den Wechselrichter 3 angelegte Batteriespannung dargestellt.
  • Beim Vergleich von 7(b) mit 8(b) ist zu erkennen, dass in der U-Phasen-Impulsbefehle in der Nähe der Spitze des U-Phasenstroms Iu in 8(b) eine größere Anzahl von Impulswellenformen enthalten ist als in 7(b). Beim Vergleich von 7(c) mit 8(c) ist zu erkennen, dass der Schwankungsbereich (P-P-Spannung) der Batteriespannung in 8 (c) im Vergleich zu 7 (c) um etwa 40 % abnimmt. Daher kann bestätigt werden, dass bei Verwendung der Motorsteuerungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform im Impulsbefehl jeder Phase, die als Gatesignal von der Gatesignal-Erzeugungseinheit 18 ausgegeben wird, der Impuls in der Nähe der Spitzen der Dreiphasen-Ströme Iu, Iv und Iw im Übermodulationsbereich konzentriert wird, wodurch die Gleichstromwelligkeit reduziert werden kann und die Kondensatorspannungswelligkeit reduziert werden kann.
  • Es ist zu beachten, dass die Motorsteuerungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform mit einer Reduzierung der Wechselspannung kombiniert werden kann, die durch Änderung des Verhältnisses (Spannungsausnutzungsgrad) zwischen der Gleichspannung der Batterie o. ä. und der Wechselspannung durch Anlegen des negativen d-Achsen-Stroms, Änderung der Gleichspannung durch den Gleichstromwandler o. ä. erfolgt. Da die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bewusst als Übersteuerungsbereich mit einem Modulationsfaktor von 1,15 oder mehr eingesetzt werden kann, lässt sich so eine größere Wirkung erzielen. Zu diesem Zeitpunkt können die verschiedenen oben beschriebenen Verfahren zur Änderung der Spannungsausnutzungsrate allein oder in Kombination verwendet werden. Ferner kann ein größerer Effekt erzielt werden, wenn die Trägerfrequenz verbessert und die Kondensatorspannungswelligkeit verringert wird.
  • Mit der Motorsteuerungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform kann, da die Kondensatorspannungswelligkeit im Übersteuerungsbereich mit dem Modulationsfaktor von 1,15 oder mehr reduziert werden kann, die in einem umweltfreundlichen Fahrzeug wie einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug erforderliche Kondensatorkapazität reduziert werden. Infolgedessen kann das Kondensatorvolumen reduziert und der Wechselrichter sowie die elektromechanische integrierte Einheit verkleinert werden. Wenn die Kondensatorkapazität der Kondensatorkapazität im Stand der Technik entspricht, kann außerdem der Schaltverlust des Wechselrichters durch Verringerung der Schaltfrequenz des Wechselrichters reduziert werden.
  • Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Betriebseffekte erzielt.
    • (1) Die Motorsteuerungsvorrichtung 1 ist mit einem Wechselrichter 3 verbunden, der die Leistungswandlung von Gleichstromleistung zu Wechselstromleistung durchführt und die Ansteuerung des Motors 2 steuert, der unter Verwendung der Wechselstromleistung antreibt und die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 enthält, die die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* erzeugt, und eine Gatesignal-Erzeugungseinheit 18, die eine Pulsbreitenmodulation an den Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*, Vv* und Vw* vornimmt und ein Gatesignal zur Steuerung eines Betriebs des Wechselrichters 3 erzeugt. Die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 stellt die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* unter Verwendung der Nullphasen-Spannung V0 auf der Grundlage des Leistungsfaktors PF der Wechselstromleistung im Übermodulationsbereich ein, wenn der Modulationsfaktor H gemäß dem Spannungsamplitudenverhältnis zwischen der Gleichstromleistung und der Wechselstromleistung einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Die Gatesignal-Erzeugungseinheit 18 führt eine Pulsbreitenmodulation an den von der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 eingestellten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*, Vv* und Vw* durch, um ein Gatesignal zu erzeugen. Bei dieser Konfiguration werden in dem von der Gatesignal-Erzeugungseinheit 18 erzeugten Gatesignal die Impulse in der Nähe der Spitzen der Dreiphasen-Ströme Iu, Iv, und Iw im Übermodulationsbereich konzentriert, wodurch die Gleichstromwelligkeiten reduziert werden können. Dadurch ist es möglich, Kondensatorspannungswelligkeiten effektiv zu reduzieren und gleichzeitig einen Anstieg des Kondensatorvolumens und der Schaltverluste zu unterdrücken.
    • (2) Die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 kann die Nullphasen-Spannung aufgrund der ersten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*1, Vv*1 und Vw*1 vor der von der dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 151 erzeugten Nullphasen-SpannungsÜberlagerung und die Nullphasen-Spannung V0 aufgrund des Leistungsfaktors PF in der Nullphasen-Spannungs-Erzeugungseinheit 152 bzw. der Nullphasen-Spannungs-Korrekturinheit 159 erzeugen. Im Normalbereich, in dem der Modulationsfaktor H kleiner als der Schwellenwert ist, gibt die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 die ersten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*1, Vv*1 und Vw*1, die mit der von der Nullphasen-Spannungs-Erzeugungseinheit 152 erzeugten Nullphasen-Spannung eingestellt wurden, als die eingestellten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* durch die von der Schalteinheit 160 durchgeführte Schaltsteuerung aus. Andererseits gibt die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 im Übermodulationsbereich, in dem der Modulationsfaktor H der Schwellenwert oder mehr ist, die zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*2, Vv*2 und Vw*2, die mit der von der Nullphasen-Spannungs-Korrektureinheit 159 erzeugten Nullphasen-Spannung V0 eingestellt wurden, als die eingestellten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* durch die von der Schalteinheit 160 durchgeführte Schaltsteuerung aus. Dadurch kann die Gleichstromwelligkeit im Normalbereich und im Übermodulationsbereich jeweils effektiv reduziert werden.
    • (3) Die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 erzeugt die Nullphasen-Spannung basierend auf dem Durchschnittswert des Maximum-Phase-Spannungsbefehls und des Minimum-Phase-Spannungsbefehls unter den ersten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*1, Vv*1 und Vw*1 in der Nullphasen-Spannungs-Erzeugungseinheit 152. Andererseits erzeugt die Nullphasen-Spannungs-Korrektureinheit 159 die Nullphasen-Spannung V0, indem sie die dritten harmonischen Komponenten der zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*2, Vv*2 und Vw*2 um die dem Leistungsfaktor PF entsprechende Phase verzögert. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, eine Nullphasen-Spannung zu erzeugen, die zur Einstellung der Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* im Normalbereich und im Übermodulationsbereich geeignet ist.
    • (4) Als Schwellenwert des Modulationsfaktors H, mit dem bestimmt wird, ob es sich um den Übermodulationsbereich handelt, kann z. B. 1,15 gesetzt werden. Auf diese Weise kann der Übermodulationsbereich, der dem Hochgeschwindigkeitsdrehung/Hochdrehmoment-Bereich des Motors 2 entspricht, zuverlässig bestimmt werden.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Spannung des Glättungskondensators 33 als Kondensatorspannung Vc erfasst wird und die Frequenz des Dreieckssignals Tr, also eine Trägerwelle, verändert wird, wenn der Betrag der Pulsation der Kondensatorspannung Vc einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet.
  • 9 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm eines Motoransteuersystems mit einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein in 9 dargestelltes Motoransteuersystem 100A der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Motoransteuersystem 100 von 1 dadurch, dass eine Spannungserfassungseinheit 34 parallel zu dem Glättungskondensator 33 in einem Wechselrichter 3A vorgesehen ist und die von der Spannungserfassungseinheit 34 erfasste Kondensatorspannung Vc in eine Motorsteuerungsvorrichtung 1A eingegeben wird. Da die übrigen Punkte denen der ersten Ausführungsform ähneln, wird im Folgenden auf deren Beschreibung verzichtet.
  • Die Spannungserfassungseinheit 34 erfasst die Spannung des Glättungskondensators 33 in jedem vorgegebenen Erfassungszyklus und gibt die Spannung als Kondensatorspannung Vc an die Motorsteuerungsvorrichtung 1A aus. Im Motoransteuersystem 100A der vorliegenden Ausführungsform wird beim Auftreten der Kondensa torspannungswelligkeit im Glättungskondensator 33 die Kondensatorspannungswelligkeit als Schwankung der Kondensatorspannung Vc von der Spannungserfassungseinheit 34 erfasst.
  • 10 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle Konfiguration der Motorsteuerungsvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die in 10 dargestellte Motorsteuerungsvorrichtung 1A unterscheidet sich von der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Motorsteuerungsvorrichtung 1 von 2 dadurch, dass anstelle der Trägerwellenfrequenz-Bestimmungseinheit 16 eine Trägerwellenfrequenz-Einstelleinheit 16A enthalten ist. Da die übrigen Punkte mit denen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, wird auf deren Beschreibung im Folgenden verzichtet.
  • Ähnlich wie die Trägerwellenfrequenz-Bestimmungseinheit 16 in der ersten Ausführungsform bestimmt die Trägerwellenfrequenz-Einstelleinheit 16A die Trägerwellenfrequenz fc, die die Frequenz der zur Erzeugung des Gatesignals verwendeten Trägerwelle darstellt, auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit ωr, des Drehmomentbefehls T* und der von der Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 12 erhaltenen Leistungsversorgungsspannung Hvdc. Zu diesem Zeitpunkt bestimmt die Trägerwellenfrequenz-Einstelleinheit 16A, ob die Kondensatorspannungswelligkeit einen vorbestimmten oberen Grenzwert überschreitet, basierend auf der von der Spannungserfassungseinheit 34 in 9 erfassten Kondensatorspannung Vc und ändert die Trägerwellenfrequenz fc, wenn festgestellt wird, dass die Kondensatorspannungswelligkeit den oberen Grenzwert überschreitet. Zu diesem Zeitpunkt ist es vorzuziehen, die Trägerwellenfrequenz fc so zu ändern, dass die Trägerwellenfrequenz fc in einem Fall, in dem die Kondensatorspannungswelligkeit den oberen Grenzwert überschreitet, höher ist als in einem Fall, in dem die Kondensatorspannungswelligkeit unter dem oberen Grenzwert liegt. Zum Beispiel wird die Trägerwellenfrequenz fc erhöht, indem der Wert der Anzahl der synchronen PWM-Trägerwellen Nc erhöht wird. Wenn die Trägerwellenfrequenz fc erhöht werden kann, wenn die Kondensatorspannungswelligkeit den oberen Grenzwert überschreitet, kann außerdem die Trägerfrequenz fc mit einem beliebigen Verfahren geändert werden.
  • Die Dreieckswellen-Erzeugungseinheit 17 erzeugt das Dreieckswellensignal (Trägerwellensignal) Tr für jede der Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* auf der Grundlage der von der Trägerwellenfrequenz-Einstelleinheit 16A bestimmten Trägerwellenfrequenz fc. Wie oben beschrieben, wird bei Erhöhung der Trägerwellenfrequenz fc durch die Trägerwellenfrequenz-Einstelleinheit 16A auch die Frequenz des von der Dreieckswellen-Erzeugungseinheit 17 erzeugten Dreieckswellensignals Tr entsprechend erhöht.
  • Wenn die Frequenz des Dreieckssignals Tr erhöht wird, können mehr Impulswellenformen in der Nähe der Spitzen der Dreiphasen-Ströme Iu, Iv und Iw in dem von der Gatesignal-Erzeugungseinheit 18 durch Pulsbreitenmodulation erzeugten Gatesignal erzeugt werden. Durch Kombination der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Verarbeitung der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15, d.h. der Technik der Ausgabe von Spannungen, die durch Überlagerung der Nullphasen-Spannung V0 gemäß dem Leistungsfaktor auf den zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*2, Vv*2 und Vw*2 als Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* erhalten werden, ist es daher möglich, die Gleichstromwelligkeit im Übermodulationsbereich weiter zu reduzieren und die Kondensatorspannungswelligkeit zu verringern.
  • Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Motorsteuerungsvorrichtung 1A die Dreieckswellen-Erzeugungseinheit 17, die das Dreieckswellensignal Tr erzeugt, das eine Trägerwelle ist, und die Trägerwellenfrequenz-Einstelleinheit 16A, die die Trägerwellenfrequenz fc einstellt, die die Frequenz des Dreieckswellensignals Tr darstellt. Die Gatesignal-Erzeugungseinheit 18 erzeugt ein Gatesignal durch Pulsbreitenmodulation der Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* unter Verwendung des Dreieckswellensignals Tr. Die Trägerwellenfrequenz-Einstelleinheit 16A ändert die Trägerwellenfrequenz fc, wenn der Betrag der Spannungsschwankung des an den Wechselrichter 3A parallel zur Hochspannungsbatterie 5, die die Gleichstromleistung liefert, angeschlossenen Glättungskondensators 33 einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet. Mit dieser Konfiguration kann die Kondensatorspannungswelligkeit im Übermodulationsbereich weiter reduziert werden.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • Anschließend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird wie in der zweiten Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem die Spannung des Glättungskondensators 33 als Kondensatorspannung Vc erfasst wird und der d-Achsen-Strom zum Motor 2 erregt wird, wenn der Betrag der Pulsation der Kondensatorspannung Vc einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet. Es ist zu beachten, dass die Konfiguration des Motoransteuersystems in der vorliegenden Ausführungsform mit Ausnahme der Motorsteuerungsvorrichtung 1A dieselbe ist wie in der zweiten Ausführungsform. Daher wird die vorliegende Ausführungsform im Folgenden unter Verwendung der in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Konfiguration des Motoransteuersystems 100A beschrieben.
  • 11 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle Konfiguration einer Motorsteuerungsvorrichtung 1B gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
    zeigt. Eine in 11 dargestellte Motorsteuerungsvorrichtung 1B unterscheidet sich von der in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Motorsteuerungsvorrichtung 1A von 10 dadurch, dass anstelle der Strombefehlerzeugungseinheit 11 eine Strombefehlerzeugungseinheit 11B und anstelle der Trägerwellenfrequenz-Einstelleinheit 16A die Trägerwellenfrequenz-Bestimmungseinheit 16 enthalten ist. Da die übrigen Punkte mit denen der zweiten Ausführungsform übereinstimmen, wird auf deren Beschreibung im Folgenden verzichtet.
  • Die Strombefehlerzeugungseinheit 11B berechnet den d-Achsen-Strombefehl Id* und den q-Achsen-Strombefehl Iq* auf der Grundlage des Drehmomentbefehls T* und der Leistungsversorgungsspannung Hvdc ähnlich wie die Strombefehlerzeugungseinheit 11 in der ersten Ausführungsform. Zu diesem Zeitpunkt bestimmt die Strombefehlerzeugungseinheit 11B auf der Grundlage der von der Spannungserfassungseinheit 34 in 9 erfassten Kondensatorspannung Vc, ob die Kondensatorspannungswelligkeit einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet, und ändert die vom Wechselrichter 3 ausgegebene Wechselspannung ohne Änderung des Ausgangsdrehmoments des Motors 2 durch Einschalten des d-Achsen-Stroms (Schwachfeldstroms) Id, wenn festgestellt wird, dass die Kondensatorspannungswelligkeit den oberen Grenzwert überschreitet. Zu diesem Zeitpunkt ist es vorteilhaft, den d-Achsen-Strombefehl Id* und den q-Achsen-Strombefehl Iq* so zu setzen, dass der Spannungsabsolutwert |V| (= √ (Vd ^ 2 + Vq ^ 2)) in Bezug auf das Ausgangsdrehmoment des Motors 2 in einen vorgegebenen Spannungsbereich fällt.
  • Konkret ermittelt die Strombefehlerzeugungseinheit 11B eine Kombination des d-Achsen-Strombefehls Id* und des q-Achsen-Strombefehls Iq* entsprechend dem Drehmomentbefehl T*, zum Beispiel nach Gleichung (10) unten. Dabei wird eine Kombination aus dem d-Achsen-Strombefehl Id* und dem q-Achsen-Strombefehl Iq* so bestimmt, dass der diesen Strombefehlen entsprechende Spannungsbetrag |V| in einen vorgegebenen Bereich fällt. Dementsprechend wird ein Stromarbeitspunkt abgeleitet, der in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. T = p * Ke * Iq + p * ( Ld − Lq ) * Id * Iq
    Figure DE112021005439T5_0010
  • Dabei sind Id und Iq dq-Achsen-Ströme, Ld und Lq Induktivitäten in der dq-Achse, p ist ein Polpaar und Ke eine induzierte Spannungskonstante.
  • Wie oben beschrieben, steigt in der Motorsteuerungsvorrichtung 1B der vorliegenden Ausführungsform in der Strombefehlerzeugungseinheit 11B die d-Achsen-Störspannung ω * Ld * Id aufgrund der Erregung des d-Achsen-Stroms (schwacher Feldstrom) Id, und dementsprechend sinkt die q-Achsen-Spannung Vq, so dass der Spannungs-Absolutwert |V| in den vorbestimmten Bereich gebracht werden kann. Daher wird die vom Wechselrichter 3A ausgegebene Wechselspannung geändert, ohne das Ausgangsdrehmoment des Motors 2 zu ändern, und der Spannungs-Absolutwert |V| wird so eingestellt, dass er in einen vorbestimmten Bereich fällt, so dass ein Übermodulations-Steuerungsbereich mit einem Modulationsfaktor von 1,15 oder mehr absichtlich erreicht werden kann. Daher ist es möglich, die Kondensatorspannungswelligkeiten zu reduzieren, indem die in der ersten Ausführungsform beschriebene Verarbeitung der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15, d.h. die Technik der Ausgabe von Spannungen, die durch Überlagerung der Nullphasen-Spannung V0 gemäß dem Leistungsfaktor auf die zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*2, Vv*2 und Vw*2 erhalten werden, als die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* positiv genutzt wird.
  • Da die Funktion der Trägerwellenfrequenz-Bestimmungseinheit 16 in der Motorsteuerungsvorrichtung 1B derjenigen der ersten Ausführungsform ähnelt, wird auf deren Beschreibung verzichtet.
  • Gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Motorsteuerungsvorrichtung 1B die Strombefehlerzeugungseinheit 11B, die den d-Achsen-Strombefehl Id* und den q-Achsen-Strombefehl Iq* entsprechend dem Drehmomentbefehl erzeugt, und die Stromsteuerungseinheit 14, die den d-Achsen-Spannungsbefehl Vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* auf der Grundlage des d-Achsen-Strombefehls Id* und des q-Achsen-Strombefehls Iq* berechnet. Die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 15 erzeugt die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* durch Umwandlung des d-Achsen-Spannungsbefehls Vd* und des q-Achsen-Spannungsbefehls Vq* in die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw*. Die Strombefehlerzeugungseinheit 11B erzeugt den d-Achsen-Strombefehl Id* und den q-Achsen-Strombefehl Iq*, so dass der d-Achsen-Strom in den Motor 2 geleitet wird, wenn der Betrag der Spannungsschwankung des Glättungskondensators 33, der mit dem Wechselrichter 3A parallel zur Hochspannungsbatterie 5 verbunden ist, die die Leistungsversorgungsspannung Hvdc, d.h. die Gleichstromleistung liefert, einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet. Bei dieser Konfiguration kann die Kondensatorspannungswelligkeit durch aktive Ausnutzung der Regelung im Übermodulationsbereich weiter reduziert werden.
  • [Vierte Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 12 ist eine perspektivische Außenansicht einer elektromechanischen integrierten Einheit 71 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die elektromechanische integrierte Einheit 71 umfasst die in den ersten bis dritten Ausführungsformen beschriebenen Motoransteuersysteme 100 und 100A (die Motorsteuerungsvorrichtungen 1, 1A und 1B, den Motor 2 und die Wechselrichter 3 und 3A). Der Motor 2 und die Wechselrichter 3 und 3A sind durch einen Koppelbereich 713 über eine Busschiene 712 verbunden. Die Leistung des Motors 2 wird über ein Getriebe 711 auf ein Differenzialgetriebe (nicht dargestellt) übertragen und an eine Achse weitergeleitet. Obwohl die Motorsteuerungsvorrichtungen 1, 1A und 1B in 12 nicht dargestellt sind, können die Motorsteuerungsvorrichtungen 1, 1A und 1B an beliebigen Positionen angeordnet werden.
  • Das Merkmal der elektromechanischen integrierten Einheit 71 ist eine Struktur, in der der Motor 2, die Wechselrichter 3 und 3A und das Getriebe 711 integriert sind. Die elektromechanische integrierte Einheit 71 muss verkleinert werden, und daher muss der Glättungskondensator 33, der ein großes Volumen unter den Hauptkomponenten der Wechselrichter 3 und 3A einnimmt, verkleinert werden. Durch die Steuerung des Antriebs der Wechselrichter 3 und 3A unter Verwendung der in den ersten bis dritten Ausführungsformen beschriebenen Motorsteuerungsvorrichtungen 1, 1A und 1B können Kondensatorspannungswelligkeiten reduziert werden. Daher kann der Glättungskondensator 33 verkleinert werden, und eine kleine elektromechanische integrierte Einheit kann realisiert werden.
  • [Fünfte Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 13 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Aufwärtswandlersystems 73 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 13 dargestellt, umfasst das Aufwärtswandlersystem 73 die in der ersten Ausführungsform beschriebene Motorsteuerungsvorrichtung 1, den Motor 2, den Wechselrichter 3, die Hochspannungsbatterie 5, die Stromerfassungseinheit 7 und den Drehpositions-Detektor 8, und ein Aufwärtswandler 74 erhöht die Gleichspannung der Hochspannungsbatterie 5 auf eine gewünschte Spannung und liefert die Spannung an den Wechselrichter 3. Die in der zweiten und dritten Ausführungsform beschriebenen Motorsteuerungsvorrichtungen 1A und 1B können anstelle der Motorsteuerungsvorrichtung 1 verwendet werden.
  • Im Aufwärtswandler 74 sind die Schaltelemente 743 und 744 in Reihe geschaltet, und die Hochspannungsbatterie 5 ist über einen Reaktor 742 an einen Zwischenverbindungspunkt der in Reihe geschalteten Schaltelemente 743 und 744 angeschlossen. Außerdem ist ein Kondensator 741 parallel zur Hochspannungsbatterie 5 geschaltet. Die Schaltelemente 743 und 744 sind jeweils als Dioden geschaltet.
  • Der Aufwärtswandler 74 erhält von der Motorsteuerungsvorrichtung 1 einen Befehl und wird auf die leistungsfähigste Gleichspannung des Aufwärtswandlersystems 73 hochgefahren. Die Schaltelemente 743 und 744 führen jeweils einen Schaltvorgang durch, um die von der Hochspannungsbatterie 5 gelieferte Gleichspannung auf die effizienteste Gleichspannung des Aufwärtswandlersystems 73 zu erhöhen. Dadurch wird eine aus der Gleichstromleistung der Hochspannungsbatterie 5 erhöhte Gleichstromleistung erzeugt und dem Wechselrichter 3 zugeführt. Der Wechselrichter 3 arbeitet auf der Grundlage eines von der Motorsteuerungsvorrichtung 1 ausgegebenen Gatesignals und führt eine Leistungswandlung von der durch den Aufwärtswandler 74 erhöhten Gleichstromleistung in Wechselstromleistung durch.
  • In der vorliegenden Ausführungsform vergrößert sich bei der Erhöhung der Gleichspannung durch den Aufwärtswandler 74 die Kondensatorspannungswelligkeit, wenn der durch das Verhältnis zwischen Gleichspannung und Wechselspannung bestimmte Modulationsfaktor 1,15 überschreitet. Daher wird im Allgemeinen die Kondensatorkapazität des Glättungskondensators 33 häufig im Vorgriff auf einen Fall gesichert, in dem der Modulationsfaktor 1,15 übersteigt. In der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch durch die Steuerung des Antriebs des Wechselrichters 3 unter Verwendung der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Motorsteuerungsvorrichtung 1 die Kondensatorspannungswelligkeit auch dann verringert werden, wenn der Modulationsfaktor 1,15 überschreitet. Daher kann der Glättungskondensator 33 verkleinert werden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann, da die Kondensatorspannungswelligkeit reduziert werden kann, die elektrostatische Kapazität des Glättungskondensators 33 reduziert werden, und das Aufwärtswandlersystem kann verkleinert werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben, dass die Gleichspannung durch Verwendung des Aufwärtswandlers 74 verändert wird, aber ein ähnlicher Effekt kann durch Gleichspannungserzeugung mit einem Generator erzielt werden.
  • [Sechste Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 14 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Hybridfahrzeugsystems gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 14 dargestellt, weist das Hybridfahrzeugsystem einen Antriebsstrang auf, in dem der Motor 2 als Motor/Generator eingesetzt wird und mit der Drehantriebskraft des Motors 2 fährt. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Ausführungsform nicht auf das Hybridfahrzeugsystem beschränkt ist und auch ein Elektrofahrzeugsystem sein kann. Der Motor 2, der Wechselrichter 3, die Hochspannungsbatterie 5 und dergleichen entsprechen denen des Motoransteuersystems 100 in der ersten Ausführungsform.
  • Bei dem in 14 dargestellten Hybridfahrzeugsystem ist eine Vorderradachse 801 drehbar auf dem vorderen Teil eines Fahrzeugkörpers 800 gelagert, und Vorderräder 802 und 803 sind an beiden Enden der Vorderradachse 801 vorgesehen. Eine Hinterradachse 804 ist drehbar an einem hinteren Teil des Fahrzeugkörpers 800 gelagert, und Hinterräder 805 und 806 sind an beiden Enden der Hinterradachse 804 vorgesehen.
  • In einem mittleren Teil der Vorderradachse 801 ist ein Differentialgetriebe 811 vorgesehen, das als Kraftverteilungsmechanismus dient, und die von einer Brennkraftmaschine 810 über eine Übertragung 812 übertragene Drehantriebskraft wird auf die linke und rechte Vorderradachse 801 verteilt.
  • Eine Riemenscheibe auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 810 und eine Riemenscheibe auf der Drehwelle des Motors 2 sind mechanisch über einen Riemen verbunden. Dadurch kann die Drehantriebskraft des Motors 2 auf die Brennkraftmaschine 810 und die Drehantriebskraft der Brennkraftmaschine 810 auf den Motor 2 übertragen werden. Im Motor 2 wird die vom Wechselrichter 3 abgegebene Dreiphasen-Wechselstromleistung entsprechend der Steuerung der Motorsteuerungsvorrichtung 1 der Spule des Stators zugeführt, wodurch sich der Rotor dreht und eine der Dreiphasen-Wechselstromleistung entsprechende Drehantriebskraft erzeugt wird.
  • Das heißt, während der Motor 2 durch den Wechselrichter 3 entsprechend der Steuerung der Motorsteuerungsvorrichtung 1 gesteuert wird, um als Elektromotor zu arbeiten, dreht sich der Rotor, indem er die Drehantriebskraft der Brennkraftmaschine 810 aufnimmt, um elektromotorische Kraft in der Statorspule des Stators zu induzieren und den Motor 2 als Generator zu betreiben, der Dreiphasen-Wechselstromleistung erzeugt.
  • Der Wechselrichter 3 ist eine Leistungswandlungsvorrichtung, die die von der Hochspannungsbatterie 5 gelieferte Gleichstromleistung in Dreiphasen-Wechselstromleistung umwandelt und einen durch die Statorspule des Motors 2 fließenden Dreiphasen-Wechselstrom entsprechend dem Betriebsbefehlswert und der Magnetpolstellung des Rotors steuert.
  • Die vom Motor 2 erzeugte Dreiphasen-Wechselstromleistung wird durch den Wechselrichter 3 in Gleichstromleistung umgewandelt, um die Hochspannungsbatterie 5 zu laden. Die Hochspannungsbatterie 5 ist über einen Gleichstromwandler 824 mit einer Niederspannungsbatterie 823 elektrisch verbunden. Die Niederspannungsbatterie 823 stellt eine Niederspannungs-Systemversorgung (14 V) eines Kraftfahrzeugs dar und dient als Stromversorgung für einen Anlasser 825 zum erstmaligen Starten (Kaltstart) der Brennkraftmaschine 810, eines Radios, der Beleuchtung und dergleichen.
  • Wenn das Fahrzeug an einer Haltestelle steht, z. B. beim Warten auf eine Ampel (Leerlaufstopmodus), wird die Brennkraftmaschine 810 gestoppt, und wenn die Brennkraftmaschine 810 beim Wiederanfahren neu gestartet wird (Heißstart), wird der Motor 2 vom Wechselrichter 3 angetrieben, um die Brennkraftmaschine 810 neu zu starten. Ferner wird im Leerlaufstopmodus, wenn die Ladung der Hochspannungsbatterie 5 nicht ausreicht oder wenn die Brennkraftmaschine 810 nicht ausreichend erwärmt ist, die Brennkraftmaschine 810 nicht gestoppt und weiter betrieben. Auch ist es während des Leerlaufstopmodus notwendig, eine Antriebsquelle von Hilfsmaschinen zu sichern, die die Brennkraftmaschine 810 als Antriebsquelle nutzen, wie z.B. ein Kompressor einer Klimaanlage. In diesem Fall wird der Motor 2 angetrieben, um die Hilfsmaschinen anzutreiben.
  • Auch im Beschleunigungsmodus oder im Hochlastbetriebsmodus wird der Motor 2 angetrieben, um den Antrieb der Brennkraftmaschine 810 zu unterstützen. Im Lademodus hingegen, in dem die Hochspannungsbatterie 5 geladen werden muss, veranlasst die Brennkraftmaschine 810 den Motor 2, Energie zum Laden der Hochspannungsbatterie 5 zu erzeugen. Das heißt, die Regeneration erfolgt beim Bremsen, Verzögern o.ä. des Fahrzeugs.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Hybridfahrzeugsystem von 14 unter Verwendung des in der ersten Ausführungsform beschriebenen Motoransteuersystems 100 realisiert. In diesem Hybridfahrzeugsystem erzeugt die Motorsteuerungsvorrichtung 1 ein Gatesignal zur Steuerung des Antriebs des Motors 2 durch das in der ersten Ausführungsform beschriebene Verfahren und gibt das Gatesignal an den Wechselrichter 3 aus. Das heißt, im Übermodulationsbereich mit dem Modulationsfaktor von 1,15 oder mehr werden die Spannungen, die durch Überlagerung der Nullphasen-Spannung V0 gemäß dem Leistungsfaktor mit den zweiten Dreiphasen-Spannungsbefehlen Vu*2, Vv*2 und Vw*2 erhalten werden, als die Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* ausgegeben, und die Gatesignale werden unter Verwendung der Dreiphasen-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vw* erzeugt. Die in der zweiten und dritten Ausführungsform beschriebenen Motorsteuerungsvorrichtungen 1A und 1B können anstelle der Motorsteuerungsvorrichtung 1 verwendet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann, da die Kondensatorwelligkeiten reduziert werden können, die elektrostatische Kapazität des Glättungskondensators 33 im Motoransteuersystem 100, das in einem umweltfreundlichen Fahrzeug wie einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug eingesetzt wird, reduziert werden und das Motoransteuersystem 100 kann verkleinert werden. Dadurch ist es möglich, eine Vergrößerung des Fahrgastraumes und eine Sicherung des Hilfsmaschinenraumes im Fahrzeug zu realisieren. Wenn der Glättungskondensator 33 das gleiche Volumen hat wie der Glättungskondensator im Stand der Technik, können zudem die Schaltverluste des Wechselrichters durch Reduzierung der Schaltfrequenz des Wechselrichters 3 reduziert werden. Dadurch wird das Stromkostenverhalten verbessert, und die Reichweite kann erhöht werden.
  • [Siebte Ausführungsform]
  • Anschließend wird eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 15 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Elektroschienenfahrzeugs gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 15 dargestellt, hat ein Elektroschienenfahrzeug 400 zwei Achsen 430 mit beidseitig angebrachten Rädern 420, wobei diese Achsen 430 schwenkbar an einem Lastkraftwagen 440 gelagert sind. Der Motor 2 und der Wechselrichter 3 sind mit jedem der Achsen 430 über ein Getriebe 410 verbunden. In jedem Motor 2 wird die vom Wechselrichter 3 abgegebene Dreiphasen-Wechselstromleistung entsprechend der Steuerung der Motorsteuerungsvorrichtung 1 der Spule des Stators zugeführt, so dass sich der Rotor dreht, und eine Drehantriebskraft entsprechend der Dreiphasen-Wechselstromleistung erzeugt und auf die Achsen 430 übertragen wird. Hierdurch werden die Räder 420 angetrieben und das Elektroschienenfahrzeug 400 fährt. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel dargestellt, bei dem zwei Motoren 2 und zwei Wechselrichter 3 an eine Motorsteuerungsvorrichtung 1 angeschlossen sind, aber die Kombination der Anzahl der Motorsteuerungsvorrichtungen 1, der Motoren 2 und der Wechselrichter 3 ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Anzahl der Motoren 2 und Wechselrichter 3 auf dem Lastkraftwagen 440 ein oder drei oder mehr sein, oder die Mehrzahl der Motoren 2 kann von verschiedenen Motorsteuerungsvorrichtungen 1 gesteuert werden.
  • Unter dem Gesichtspunkt der Wartungseinsparung verwenden viele Wechselrichter 3 im Elektroschienenfahrzeug 400 eine natürliche Luftkühlung oder eine forcierte Luftkühlung. In diesem Fall ist die Schaltfrequenz des Wechselrichters 3 im Allgemeinen auf einige hundert Hz bis 2 kHz begrenzt.
  • Um die Spannungsschwankungen der Oberleitung im Elektroschienenfahrzeug 400 zu unterdrücken, beträgt die Kondensatorkapazität des Glättungskondensators 33 im Wechselrichter 3 etwa 10 mF, was größer ist als bei der Anwendung im Fahrzeug, und somit nimmt der Glättungskondensator 33 im Wechselrichter 3 ein großes Volumen ein. Darüber hinaus, wie oben beschrieben, da der Wechselrichter 3 ist der Luftkühlung Typ, die Schaltfrequenz des Wechselrichters 3 ist etwa 500 Hz bis 2 kHz, die kleiner ist als die von in-Fahrzeug verwenden. Daher ist es bei dem auf dem Elektroschienenfahrzeug 400 montierten Wechselrichter 3 schwierig, die Kondensatorkapazität durch Verbesserung der Schaltfrequenz zu verringern. Im Elektroschienenfahrzeug 400 der vorliegenden Ausführungsform hingegen kann durch die Steuerung des Antriebs des Wechselrichters 3 unter Verwendung der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Motorsteuerungsvorrichtung 1 die Kondensatorspannungswelligkeit selbst dann verringert werden, wenn der Modulationsfaktor 1,15 überschreitet. Die in der zweiten und dritten Ausführungsform beschriebenen Motorsteuerungsvorrichtungen 1A und 1B können anstelle der Motorsteuerungsvorrichtung 1 verwendet werden.
  • Nach der vorliegenden Ausführungsform kann, da die Kondensatorspannungswelligkeit reduziert werden kann, der Glättungskondensator 33 verkleinert werden, und ein kleines und leichtes Elektroschienenfahrzeug bereitgestellt werden.
  • In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann jede Konfiguration in den Motorsteuerungsvorrichtungen 1, 1A und 1B (2, 4, 10 und 11 und dergleichen) die Funktion jeder Konfiguration durch eine CPU und ein Programm realisieren, unabhängig von der Konfiguration durch Hardware. In einem Fall, in dem jede Konfiguration in den Motorsteuerungsvorrichtungen 1, 1A und 1B durch die CPU und das Programm realisiert wird, wird die Anzahl der Hardwareteile reduziert, und somit gibt es einen Vorteil, dass die Kosten reduziert werden können. Darüber hinaus kann dieses Programm bereitgestellt werden, indem es vorab in einem Speichermedium der Motorsteuerungsvorrichtung gespeichert wird. Alternativ kann das Programm in einem unabhängigen Speichermedium gespeichert und bereitgestellt werden, oder das Programm kann über eine Netzwerkleitung in einem Speichermedium der Motorsteuerungsvorrichtung aufgezeichnet und gespeichert werden. Es können verschiedene Formen von computerlesbaren Computerprogrammprodukten, wie z.B. Datensignale (Trägerwellen), bereitgestellt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, und andere Formen, die im Rahmen des technischen Gedankens der vorliegenden Erfindung denkbar sind, fallen ebenfalls in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung, solange die Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Darüber hinaus kann auch eine Konfiguration angenommen werden, die durch die Kombination mehrerer der oben beschriebenen Ausführungsformen erhalten wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1A, 1B
    Motorsteuerungsvorrichtung
    2
    Motor
    3, 3A
    Wechselrichter
    4
    Drehlage-Sensor
    5
    Hochspannungsbatterie
    7
    Stromerfassungseinheit
    8
    Drehpositions-Detektor
    11, 11B
    Strombefehlserzeugungseinheit
    12
    Geschwindigkeits-Berechnungseinheit
    13
    Dreiphasen/dq-Umwandlungseinheit
    14
    Stromsteuerungseinheit
    15
    Spannungsbefehlerzeugungseinheit
    16
    Trägerwellenfrequenz-Bestimmungseinheit
    16A
    Trägerwellenfrequenz-Einstelleinheit
    17
    Dreieckswellen-Erzeugungseinheit
    18
    Gatesignal-Erzeugungseinheit
    31
    Wechselrichterschaltung
    32
    PWM-Signal-Ansteuerschaltung
    33
    Glättungskondensator
    34
    Spannungserfassungseinheit
    71
    elektromechanische integrierte Einheit
    73
    Aufwärtswandlersystem
    74
    Aufwärtswandler
    100, 100A
    Motoransteuersystem
    151
    dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit
    152
    Nullphasen-Spannungs-Erzeugungseinheit
    153
    Leistungsfaktor-Berechnungseinheit
    154
    Modulationsfaktor-Berechnungseinheit
    155
    Amplitude/Phase-Berechnungseinheit
    156
    Amplitude/Phase-Korrektureinheit
    157
    zweite Spannungsbefehlsberechnungseinheit
    158
    dq/Dreiphasen-Umwandlungseinheit
    159
    Nullphasen-Spannungs-Korrektureinheit
    160
    Schalteinheit
    400
    Elektroschienenfahrzeug
    410
    Getriebe
    420
    Rad
    430
    Achse
    440
    Lastkraftwagen
    711
    Getriebe
    712
    Busschiene
    713
    Koppelbereich
    741
    Kondensator
    742
    Reaktor
    743, 744
    Schaltelement
    800
    Fahrzeugkörper
    801
    Vorderradachse
    802
    Vorderrad
    803
    Vorderrad
    804
    Hinterradachse
    805
    Hinterrad
    806
    Hinterrad
    810
    Brennkraftmaschine
    811
    Differentialgetriebe
    812
    Übertragung
    823
    Niederspannungsbatterie
    824
    Gleichstromwandler
    825
    Anlasser
  • 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 H02261063 A [0006]

Claims (15)

  1. Motorsteuerungsvorrichtung, die mit einem Leistungswandler verbunden ist, der eine Leistungswandlung von Gleichstromleistung zu Wechselstromleistung durchführt, und die den Antrieb eines Wechselstrommotors steuert, der unter Verwendung der Wechselstromleistung angetrieben wird, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Spannungsbefehlerzeugungseinheit, die einen Spannungsbefehl erzeugt; und eine Gatesignal-Erzeugungseinheit, die mit dem Spannungsbefehl eine Pulsbreitenmodulation durchführt und ein Gatesignal zur Steuerung eines Betriebs des Leistungswandlers erzeugt, wobei die Spannungsbefehlerzeugungseinheit den Spannungsbefehl unter Verwendung einer Nullphasen-Spannung auf der Grundlage eines Leistungsfaktors der Wechselstromleistung in einem Übermodulationsbereich, in dem ein Modulationsfaktor gemäß einem Spannungsamplitudenverhältnis zwischen der Gleichstromleistung und der Wechselstromleistung einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, einstellt, und die Gatesignal-Erzeugungseinheit das Gatesignal erzeugt, indem sie eine Pulsbreitenmodulation mit dem durch die Spannungsbefehlerzeugungseinheit eingestellten Spannungsbefehl durchführt.
  2. Motorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Spannungsbefehlerzeugungseinheit in der Lage ist, eine erste Nullphasen-Spannung auf der Grundlage des Spannungsbefehls und eine zweite Nullphasen-Spannung auf der Grundlage des Leistungsfaktors zu erzeugen, in einem Normalbereich, in dem der Modulationsfaktor kleiner als der Schwellenwert ist, die Spannungsbefehlerzeugungseinheit den mit der ersten Nullphasen-Spannung eingestellten Spannungsbefehl als eingestellten Spannungsbefehl ausgibt, und im Übermodulationsbereich die Spannungsbefehlerzeugungseinheit den unter Verwendung der zweiten Nullphasen-Spannung eingestellten Spannungsbefehl als eingestellten Spannungsbefehl ausgibt.
  3. Motorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Spannungsbefehl ein Dreiphasen-Spannungsbefehl ist, und die Spannungsbefehlerzeugungseinheit die erste Nullphasen-Spannung auf der Grundlage eines Durchschnittswertes eines Maximum-Phase-Spannungsbefehls und eines Minimum-Phase-Spannungsbefehls unter den Dreiphasen-Spannungsbefehlen erzeugt und eine dritte harmonische Komponente des Dreiphasen-Spannungsbefehls um eine dem Leistungsfaktor entsprechende Phase verzögert, um die zweite Nullphasen-Spannung zu erzeugen.
  4. Die Motorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Schwellenwert 1,15 beträgt.
  5. Motorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit: einer Trägerwellen-Erzeugungseinheit, die eine Trägerwelle erzeugt; und einer Trägerwellenfrequenz-Einstelleinheit, die eine Frequenz der Trägerwelle einstellt, wobei die Gatesignal-Erzeugungseinheit das Gatesignal durch Pulsbreitenmodulation mit dem Spannungsbefehl unter Verwendung der Trägerwelle erzeugt, und die Trägerwellenfrequenz-Einstelleinheit die Frequenz der Trägerwelle ändert, wenn ein Betrag der Spannungsschwankung eines an den Leistungswandler angeschlossenen Kondensators parallel zu einer Gleichstromleistungsversorgung, die die Gleichstromleistung liefert, einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet.
  6. Motorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit: einer Strombefehlerzeugungseinheit, die einen d-Achsen-Strombefehl und einen q-Achsen-Strombefehl gemäß einem Drehmomentbefehl erzeugt; und einer Stromsteuerungseinheit, die einen d-Achsen-Spannungsbefehl und einen q-Achsen-Spannungsbefehl auf der Grundlage des d-Achsen-Strombefehls und des q-Achsen-Strombefehls berechnet, wobei die Spannungsbefehlerzeugungseinheit den Spannungsbefehl durch Umwandlung des d-Achsen-Spannungsbefehls und des q-Achsen-Spannungsbefehls in einen Dreiphasen-Spannungsbefehl erzeugt, und die Strombefehlerzeugungseinheit den d-Achsen-Strombefehl und den q-Achsen-Strombefehl so erzeugt, dass ein d-Achsen-Strom im Wechselstrommotor erregt wird, wenn ein Betrag der Spannungsschwankung eines an den Leistungswandler parallel zu einer die Gleichstromleistung liefernden Gleichstromleistungsversorgung angeschlossenen Kondensators einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet.
  7. Elektromechanische integrierte Einheit, mit: der Motorsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6; dem Leistungswandler, der mit der Motorsteuerungsvorrichtung verbunden ist; dem Wechselstrommotor, der vom Leistungswandler angetrieben wird; und einem Getriebe, das eine rotierende Antriebskraft des Wechselstrommotors überträgt, wobei der Wechselstrommotor, der Leistungswandler und das Getriebe integriert sind.
  8. Aufwärtswandlersystem mit: der Motorsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6; dem Leistungswandler, der mit der Motorsteuerungsvorrichtung verbunden ist; dem Wechselstrommotor, der vom Leistungswandler angetrieben wird; und einem Aufwärtswandler, der eine Spannung der Gleichstromleistung erhöht.
  9. Elektrofahrzeugsystem mit: der Motorsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6; dem Leistungswandler, der mit der Motorsteuerungsvorrichtung verbunden ist; und dem Wechselstrommotor, der vom Leistungswandler angetrieben wird, wobei das Elektrofahrzeugsystem unter Ausnutzung einer Drehantriebskraft des Wechselstrommotors fährt.
  10. Motorsteuerungsverfahren zum Steuern eines Betriebs eines Leistungswandlers, der eine Leistungswandlung von Gleichstromleistung zu Wechselstromleistung durchführt, und zum Steuern des Antriebs eines Wechselstrommotors, der unter Verwendung der Wechselstromleistung angetrieben wird, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einen Spannungsbefehls; Einstellen des Spannungsbefehls durch Verwendung einer Nullphasen-Spannung auf der Grundlage eines Leistungsfaktors der Wechselstromleistung in einem Übermodulationsbereich, in dem ein Modulationsfaktor gemäß einem Spannungsamplitudenverhältnis zwischen der Gleichstromleistung und der Wechselstromleistung einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet; und Erzeugen eines Gatesignals zur Steuerung eines Betriebs des Leistungswandlers durch Durchführung einer Pulsbreitenmodulation auf den eingestellten Spannungsbefehl.
  11. Motorsteuerungsverfahren nach Anspruch 10, mit: in einem Normalbereich, in dem der Modulationsfaktor kleiner als der Schwellenwert ist, Ausgeben des unter Verwendung der ersten Nullphasen-Spannung auf der Grundlage des Spannungsbefehls eingestellten Spannungsbefehls als den eingestellten Spannungsbefehl; und im Übermodulationsbereich Ausgeben des mit der zweiten Nullphasen-Spannung auf der Grundlage des Leistungsfaktors eingestellten Spannungsbefehls als eingestellten Spannungsbefehl.
  12. Motorsteuerungsverfahren nach Anspruch 11, bei dem der Spannungsbefehl ein Dreiphasen-Spannungsbefehl ist, die erste Nullphasen-Spannung auf der Grundlage eines Durchschnittswerts eines Maximum-Phase-Spannungsbefehls und eines Minimum-Phase-Spannungsbefehls unter den Dreiphasen-Spannungsbefehlen erzeugt wird, und eine dritte harmonische Komponente des Dreiphasen-Spannungsbefehls um eine dem Leistungsfaktor entsprechende Phase verzögert wird, um die zweite Nullphasen-Spannung zu erzeugen.
  13. Motorsteuerungsverfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schwellenwert 1,15 beträgt.
  14. Motorsteuerungsverfahren nach Anspruch 10, mit: Erzeugen eine Trägerwelle; Erzeugung des Gatesignals durch Pulsbreitenmodulation mit dem eingestellten Spannungsbefehl unter Verwendung der Trägerwelle; und Änderung einer Frequenz der Trägerwelle, wenn ein Betrag der Spannungsschwankung eines an den Leistungswandler parallel zu einer Gleichstromleistungsversorgung, die die Gleichstromleistung liefert, angeschlossenen Kondensators einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet.
  15. Motorsteuerungsverfahren nach Anspruch 10, mit: Erzeugen eines d-Achsen-Strombefehls und eines q-Achsen-Strombefehls nach Maßgabe eines Drehmomentbefehls; Berechnen eines d-Achsen-Spannungsbefehls und eines q-Achsen-Spannungsbefehls auf der Grundlage des d-Achsen-Strombefehls und des q-Achsen-Strombefehls; Erzeugen des Spannungsbefehls durch Umwandlung des d-Achsen-Spannungsbefehls und des q-Achsen-Spannungsbefehls in einen Dreiphasen-Spannungsbefehl; und Erzeugen des d-Achsen-Strombefehls und des q-Achsen-Strombefehls, so dass ein d-Achsen-Strom im Wechselstrommotor erregt wird, wenn ein Betrag der Spannungsschwankung eines an den Leistungswandler angeschlossenen Kondensators parallel zu einer Gleichstromleistungsversorgung, die die Gleichstromleistung liefert, einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet.
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