DE102017220682A1

DE102017220682A1 - Steuereinrichtung für rotierende elektrische Wechselstrommaschine

Info

Publication number: DE102017220682A1
Application number: DE102017220682.9A
Authority: DE
Inventors: Daisuke MATSUMURO; Keiichi Enoki; Yoshimasa NISHIJIMA; Masutaka Watanabe; Shingo Harada; Yasukazu Murata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2018-09-27
Also published as: US10608569B2; CN108631684B; US20180278191A1; JP2018164325A; CN108631684A; JP6373434B1

Abstract

Eine Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine umfasst: eine Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12 zum Ermitteln entsprechender Phasen, Mittelpunktspotenziale 43, 44, 45 der oberer Schaltelemente 41 und unterer Schaltelemente 42 einer Wechselrichterschaltung 20; eine Phasenstrom-Erfassungseinheit 23, die einen Phasenstrom jeder Phase einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 erfasst; und eine CPU 11, die einen aktuellen Schätzwert Idc des Gleichstroms berechnet, der von einer Gleichstromversorgung 2 zur Wechselrichterschaltung 20 auf der Grundlage des erfassten Mittelpunktspotenzials jeder Phase und des Phasenstroms jeder Phase einspeist wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine und insbesondere eine Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine, die eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine, die mit mehrphasigen Ankerwicklungen versehen ist, steuert.
Beschreibung des Stands der Technik
Konventionelle Steuervorrichtungen von rotierenden elektrischen Wechselstrommaschinen sind mit einer Wechselrichterschaltung zur komplementären PWM-Ansteuerung von dreiphasigen Spulen, die einen bürstenlosen Motor bilden, und einer Steuerschaltung, die den Erregerstrom im bürstenlosen Motor steuert ausgestattet, und wobei der Erregerstrom im bürstenlosen Motor entsprechend dem Stromversorgungsstrom gesteuert wird (z.B. japanisches Patent Nr. 4794603 ) ausgestattet.
Im japanischen Patent Nr. 4794603 setzt die Steuerschaltung einen ersten Korrekturwert entsprechend einer Totzeitperiode der komplementären PWM-Ansteuerung und entsprechend den Phasenströmen ein, und der erste Korrekturwert wird von einem Tastverhältnis jeder Phase der dreiphasigen Spulen, die komplementär PWM-gesteuert sind, subtrahiert, um das Tastverhältnis jeder Phase durch die Totzeitperiode als Ergebnis zu korrigieren.
Im japanischen Patent Nr. 4794603 multipliziert die Steuerschaltung weiter das Tastverhältnis, das durch die Totzeitperiode korrigiert worden ist, mit einer Versorgungsspannung, die von einer Erkennungseinheit erfasst worden ist, um eine Anschlussspannung jeder Phase der dreiphasigen Spulen auszurechnen, und multipliziert die Anschlussspannung jeder Phase und die Phasenströme, die von dem Stromdetektor erfasst worden sind, um dadurch jede Phasenstromstärke der drei Phasen zu berechnen. Die Steuerschaltung summiert die Phasenstromstärke von drei Phasen, um den dem bürstenlosen Motor zugeführten Strom zu erhalten, und berechnet jeden Versorgungsstrom durch Division des jeweiligen Versorgungsstroms durch die jeweilige Versorgungsspannung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In der herkömmlichen Steuervorrichtung, die im Japanischen Patent Nr. 4794603 offenbart ist, muss die Totzeitperiode korrigiert werden, da die Phasenspannungen der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine von einem Phasenspannungs-Sollwert geschätzt werden. Dies stellt aufgrund der erhöhten Verarbeitungslast der CPU, welche die Steuerschaltung bildet, ein Problem dar.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die zur Lösung des oben genannten Problems entwickelt wurde, besteht in der Bereitstellung einer Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine, in der die Verarbeitungslast einer CPU reduziert wird und die es erlaubt, einen Stromschätzwert des Gleichstroms mit guter Genauigkeit zu berechnen.
Die vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine, die über eine Wechselrichterschaltung eine rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine mit mehrphasigen Ankerwicklungen steuert, die Wechselrichterschaltung wird aus den jeweiligen oberen Schaltelementen und den unteren Schaltelementen gebildet, die entsprechend jeder Phase der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine vorgesehen sind, und die Stromversorgung von einer Gleichstromversorgung zum Antrieb der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine erhält, die Steuervorrichtung umfasst: eine Mittelpunktspotenzial-Erkennungseinheit, die für jede Phase ein Mittelpunktspotenzial zwischen dem oberen Schaltelement und dem unteren Schaltelement der Wechselrichterschaltung erkennt; eine Phasenstrom-Erfassungseinheit, die einen Phasenstrom jeder Phase der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine erfasst; und eine Steuereinheit, die einen aktuellen Schätzwert des Gleichstroms berechnet, der von der Gleichstromversorgung zur Wechselrichterschaltung auf der Grundlage des von der Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit erfassten Mittelpunktspotenzials jeder Phase und des von der Phasenstrom-Erfassungseinheit erfassten Phasenstroms jeder Phase einspeist.
In der vorliegenden Erfindung werden Phasenspannungen auf Basis direkt gemessener Mittelpunktspotenziale berechnet und aus den Phasenspannungen wird ein Stromschätzwert des Gleichstroms berechnet. Damit wird es möglich, einen Stromschätzwert des Gleichstroms mit hoher Genauigkeit zu berechnen und die Verarbeitungslast einer CPU zu reduzieren, da eine Korrektur der Totzeit oder dergleichen und die Variabilität der Elemente nicht berücksichtigt werden müssen.
Figurenliste

1 zeigt ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 zeigt ein Diagramm, das sechs Strommuster zeigt, die auf der Grundlage des Zustands der Stromrichtung und auf der Grundlage des An-/Aus-Zustands der oberen und unteren Schaltelemente der Wechselrichterschaltung klassifiziert sind, die von der Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung gesteuert werden;
3 zeigt ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Gleichstromschätzungseinheit darstellt, die in der Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist; und
4A und 4B zeigen Diagramme zur Veranschaulichung von Fällen, in denen ein Phasenstrom zum Zeitpunkt der Täler und zum Zeitpunkt der Spitzen einer Trägerwelle in der Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung abgetastet wird.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Ausführungsbeispiel 1
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.
1 zeigt ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung darstellt. In der Erklärung des Ausführungsbeispiel 1 wird eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine, die mit mehrphasigen Ankerwicklungen versehen ist, als ein Beispiel für die rotierende elektrische Wechselstrommaschine 3 verwendet. Insbesondere wird eine drei-phasige rotierende elektrische Wechselstrommaschine nachfolgend dargestellt, jedoch ist die Anzahl der Phasen nicht darauf beschränkt.
Die Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 umfasst eine Steuerschaltung 10, die z.B. in einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 1 vorgesehen ist, wie in 1 dargestellt. Die Steuervorrichtung steuert den Betrieb der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 über eine Wechselrichterschaltung 20.
Die ECU 1 ist mit der Wechselrichterschaltung 20, die als eine treibende Stromversorgung der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 fungiert, und mit der Steuerschaltung 10, die die Wechselrichterschaltung 20 steuert, versehen.
Ausgabeanschlüsse P, N einer Gleichstromversorgung 2 sind mit den Eingangsanschlüssen der ECU 1 verbunden, so dass Gleichstrom von der Gleichstromversorgung 2 der ECU 1 zugeführt wird. Die Gleichstromversorgung 2 umfasst eine Batterie oder dergleichen.
Drei-phasige Eingangsanschlüsse U, V, W der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 sind mit entsprechenden drei-phasigen Ausgabeanschlüsse der ECU 1 verbunden. Ein Winkelsensor 4, der den Rotationswinkel θ der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 erfasst, ist mit der ECU 1 verbunden.
Die Wechselrichterschaltung 20 ist mit einem Wechselstrom-Betriebsabschnitt 22 versehen, der die rotierende elektrische Wechselstrommaschine 3 antreibt, sowie einem Gleichstrom-Betriebsabschnitt 21, der den Wechselstrom-Betriebsabschnitt 22 mit Gleichstrom versorgt, mittels Strom aus der Gleichstromversorgung 2, und einer Phasenstrom-Erfassungseinheit 23, die Phasenstrom für jede Phase der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 misst. Die Wechselrichterschaltung 20 erhält Strom von der Gleichstromversorgung 2 und treibt die rotierende elektrische Wechselstrommaschine 3 an.
Der Wechselstrom-Betriebsabschnitt 22 verfügt über drei vertikal paarweise angeordnete Schaltelementpaare, die den drei Phasen der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 entsprechen, und der Wechselstrom-Betriebsabschnitt 22 führt einen Schaltvorgang entsprechend den von der CPU 11 ausgegebenen Ansteuerpulsen durch. Wie in 1 bilden ein oberes Schaltelement 1 und ein unteres Schaltelement 2 ein Paar, wobei das obere Schaltelement 1 und das untere Schaltelement 2 in Reihe geschaltet sind. Ein Verbindungspunkt des vorher genannten wird nachfolgend als Mittelpunkt 45 bezeichnet. Der Mittelpunkt 45 ist mit einem Eingangsanschluss U der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 verbunden. Ähnlich bilden ein oberes Schaltelement 3 und ein unteres Schaltelement 4 ein Paar, wobei das obere Schaltelement 3 und das untere Schaltelement 4 in Reihe geschaltet sind. Ein Verbindungspunkt des vorher genannten wird nachfolgend als Mittelpunkt 46 bezeichnet. Der Mittelpunkt 46 ist mit einem Eingangsanschluss V der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 verbunden. Ähnlich bilden ein oberes Schaltelement 5 und ein unteres Schaltelement 6 ein Paar, wobei das obere Schaltelement 5 und das untere Schaltelement 6 in Reihe geschaltet sind. Ein Verbindungspunkt des vorher genannten wird nachfolgend als Mittelpunkt 47 bezeichnet. Der Mittelpunkt 47 ist mit einem Eingangsanschluss W der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 verbunden. Die oberen Schaltelemente 1, 3, 5 werden nachfolgend zusammenfassend als obere Schaltelemente 41 bezeichnet und die unteren Schaltelemente 2, 4, 6 werden zusammenfassend als untere Schaltelemente 42 bezeichnet. Die oberen Schaltelemente 41 sind mit dem Ausgabeanschluss P der Gleichstromversorgung 2 verbunden und die unteren Schaltelemente 42 sind mit dem Ausgabeanschluss N der Gleichstromversorgung 2 verbunden.
Der Gleichstrom-Betriebsabschnitt 21 umfasst einen Glättungskondensator 43. Der Gleichstrom-Betriebsabschnitt 21 glättet die Spannungswellenform des Gleichstroms der Gleichstromversorgung 2 und leitet diese geglättete Wellenform an den Wechselstrom-Betriebsabschnitt 22 weiter. Im Beispiel der 1 wird die Gleichstromversorgung 2 an den Gleichstrom-Betriebsabschnitt 21 angeschlossen, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es kann z.B. anstelle der Gleichstromversorgung 2 ein von einem Wandler oder dergleichen verstärkte Stromversorgung verwendet werden, da die Stromversorgung an den Gleichstrom-Betriebsabschnitt 21 angeschlossen ist.
Die Phasenstrom-Erfassungseinheit 23 hat drei Stromsensoren 44 entsprechend der drei Phasen der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3. Die drei Stromsensoren 44 sind jeweils mit jeder Phase der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 verbunden und messen die Phasenströme Iu, Iv, Iw der entsprechenden Phasen. Im Beispiel der 1 ist der Stromsensor 44 für jede Phase vorgesehen. Hierbei genügt es jedoch, dass der Stromwert jeder Phase von der CPU 11 erfasst werden kann, und dass aus den drei Phasen die Stromsensoren 44 für nur zwei Phasen angeschlossen werden können, wobei der Stromwert der verbleibenden Phase aufgrund der Tatsache, dass die Summe der Phasenströme Null ist, auf Basis der Stromwerte zweier Phasen berechnet wird.
Die Steuerschaltung 10 ist mit der CPU 11 versehen, die verschiedene Berechnungen durchführt, sowie einer Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12, die ein auf N bezogenes Zwischenpotential der oberen und unteren Schaltelemente 41, 42 innerhalb der Wechselrichterschaltung 20 erfasst, einem Gate-Treiber 13, der die oberen und unteren Schaltelemente 41, 42 innerhalb der Wechselrichterschaltung 20 antreibt, und einer Eingangsschnittstellenschaltung 14 verschiedener Eingangssignale für die CPU 11. Die Steuerschaltung 10 steuert die Wechselrichterschaltung 20 mittels eines externen Drehmoment-Sollwerts Trq_ref als Eingabeinformation. Die Wechselrichterschaltung 20 treibt die rotierende elektrische Wechselstrommaschine 3 als Ergebnis an, um ein Drehmoment gemäß des Drehmoment-Sollwerts Trq_ref zu erzeugen.
Die Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12 hat drei Komparatoren 51 entsprechend der drei Phasen der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3. Jedes Mittelpunktspotenzial VPFB_u, VPFB_v, VPFB_w der Mittelpunkte 45, 46, 47 der oberen und unteren Schaltelemente 41, 42 jeder Phase im Wechselstrom-Betriebsabschnitt 22 der Wechselrichterschaltung 20 wird in einen Eingangsanschluss der zwei Eingangsanschlüsse jedes Komparators 51 eingegeben. Eine vorher gesetzte Schwellenwert-Spannung wird am anderen Eingangsanschluss jedes Komparators 51 eingegeben. Die Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12 bestimmt mittels der Komparatoren 51, ob die Mittelpunktspotenziale VPFB_u, VPFB_v, VPFB_w der oberen und unteren Schaltelemente 41, 42 der entsprechenden Phasen gleich oder größer sind als eine Schwellenwert-Spannung. Die Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12 gibt ein Hi-Signal an die CPU 11 aus, wenn die Mittelpunktspotenziale gleich oder größer als die Schwellenspannung sind, und ein Low-Signal an die CPU 11, wenn die Mittelpunktspotenziale kleiner als die Schwellenspannung sind.
Der Gate-Treiber 13 erhält Ansteuerpulse, ausgegeben von der Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 der CPU 11, und treibt die Schaltelemente 1 bis 6 der Wechselrichterschaltung 20 an.
Die CPU 11 ist mit einer A/D-Wandlereinheit 31, einer Effektiv-Einschaltzeit-Berechnungseinheit 32, einer Gleichstromschätzeinheit 33 und einer Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 versehen.
Der Rotationswinkel θ der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3, erfasst von dem Winkelsensor 4 und die Phasenströme Iu, Iv, Iw jeder Phase der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3, gemessen von den drei Stromsensoren 44 der Phasenstrom-Erfassungseinheit 23, werden in die A/D-Wandlereinheit 31 über die Eingangsschnittstellenschaltung 14 eingegeben. Die A/D-Wandlereinheit 31 wandelt diese Analogsignale in Digitalsignale um und gibt die digitalen Signale in die Gleichstromschätzeinheit 33 ein.
Ein Hi-Signal und ein Low-Signal werden für jede Phase in die Effektiv-Einschaltzeit-Berechnungseinheit 32 eingegeben, und zwar von der Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12 über die Eingangsschnittstellenschaltung 14. Anhand des Hi-Signals und des Low-Signals erfasst die Effektiv-Einschaltzeit-Berechnungseinheit für jede Phase das Auf- und Absteigen des Hi-Signals, um damit die Periode des Hi-Signals zu messen, d.h. den Zeitablauf, in dem sich die jeweiligen Signale aus dem Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12 im EIN-Zustand befinden, um die effektiven Einschaltzeiten Ton_u, Ton_v, Ton_w zu berechnen.
Die Gleichstromschätzeinheit 33 berechnet einen Gleichstromschätzwert Idc, basierend auf den Phasenströmen Iu, Iv, Iw der A/D-Wandlerseinheit 31, den effektiven Einschaltzeiten Ton u, Ton v, Ton w der Effektiv-Einschaltzeit-Berechnungseinheit 32 und dem Zyklus einer Trägerwelle, wie nachfolgend beschriebenen.
Die Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 gibt hierzu den Drehmoment-Sollwert Trq_ref ein, der von einer externen ECU oder einer anderen Steuereinheit eingestellt ist. Die Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 setzt einen Phasenspannungs-Sollwert in Übereinstimmung mit dem Drehmoment-Sollwert Trq_ref und gibt Ansteuerpulse an den Gate-Treiber 13 aus. Der vorherige Betrieb wird als nächstes konkret erläutert. Die Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 setzt als erstes einen Phasenspannungs-Sollwert in Übereinstimmung mit dem eingegebenen Drehmoment-Sollwert Trq_ref. Anschließend wandelt die Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 den Phasenspannungs-Sollwert auf Ansteuerpulse um, mittels einer Trägerwelle, um das Ein- und Ausschalten der Schaltelemente 1 bis 6 der Wechselrichterschaltung 20 zu steuern. Die Trägerwelle ist eine dreieckige Welle in Sägezahnform, wie sie durch das Referenzsymbol 71 in 4A und 4B gekennzeichnet ist. Die Trägerwelle wird weiter unten beschrieben. Die Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 gibt Ansteuerpulse gemäß dem Drehmoment-Sollwert Trq_ref an den Gate-Treiber 13 aus. Jedoch wenn die Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 Ansteuerpulse ausgibt, bei denen die oberen und unteren Schaltelemente 41, 42 gleichzeitig EIN/AUS-geschaltet werden, können die Schaltelemente durch einen Kurzschluss der Gleichstromversorgung 2 und Masse beschädigt werden, da die oberen Schaltelemente 41 und die unteren Schaltelemente 42 z.B. durch eine Betriebsverzögerung der Schaltelemente gleichzeitig in den EIN-Zustand gebracht werden. Um dies zu verhindern stellt die Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 eine Periode ein, in der die oberen Schaltelemente 41 und unteren Schaltelemente 42 gleichzeitig ausgeschaltet sind, in der die Schaltelemente von AN auf AUS geschaltet werden oder von AUS auf AN. Diese Periode wird nachfolgend als Totzeit bezeichnet.
Der Betrieb der ECU 1 wird nachfolgend mit Bezug auf 1 erläutert.
In 1 bestimmt die Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12 mittels der Komparatoren 51, ob die Mittelpunktspotenziale der oberen und unteren Schaltelemente 41, 42 der entsprechenden Phasen gleich oder größer sind als eine Schwellenwert-Spannung; die Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12 gibt das Hi-Signal an die CPU 11 aus, wenn die Mittelpunktspotenziale gleich oder höher als die Schwellenspannung sind, und das Low-Signal, wenn die Mittelpunktspotenziale kleiner als die Schwellenspannung sind.
Die Effektiv-Einschaltzeit-Berechnungseinheit 32 erfasst das Auf- und Absteigen des Hi-Signals, für jede Phase, die über die Eingangsschnittstellenschaltung 14, von der Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12 eingegeben wird, und misst die Periode des Hi-Signals, d.h. den Zeitablauf, in dem das Ausgabesignal aus der Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12 AN ist, um die effektiven Einschaltzeiten Ton_u, Ton_v, Ton_w zu berechnen.
Die Gleichstromschätzeinheit 33 berechnet den Gleichstromschätzwert Idc, mittels der Phasenströme Iu, Iv, Iw, den effektiven Einschaltzeiten Ton_u, Ton_v, Ton_w und dem Zyklus der Trägerwelle.
Der berechnete Gleichstromschätzwert Idc wird z.B. an eine externe ECU oder andere Steuereinheit ausgegeben und wird verwendet, um den Drehmoment-Sollwert Trq_ref einzustellen.
Die Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 setzt einen Phasenspannungs-Sollwert in Übereinstimmung mit dem Drehmoment-Sollwert Trq_ref, wandelt den Phasenspannungs-Sollwert in Ansteuerpulse für den Gate-Treiber 13 um und gibt die Ansteuerpulse aus.
Der Gate-Treiber 13 erhält die Ansteuerpulse, ausgegeben von der Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34, und treibt die Schaltelemente 1 bis 6 der Wechselrichterschaltung 20 an.
Als Ergebnis treibt die Wechselrichterschaltung 20 die rotierende elektrische Wechselstrommaschine 3 an, um ein Drehmoment gemäß Drehmoment-Sollwert Trq_ref zu erzeugen.
Der Betrieb der Effektiv-Einschaltzeit-Berechnungseinheit 32 wird nachfolgend mit Bezug auf 2(a) bis (c) erläutert. In 2 zeigen (a) bis (c) Strommuster mit einem Fokus auf eine Phase zwischen den oberen und unteren Schaltelementen 41, 42 für die drei Phasen des Wechselstrom-Betriebsabschnitts 22. Die Anschlüsse P, N in 2(a) bis (c) sind die Ausgabeanschlüsse P, N der Gleichstromversorgung 2, die in 1 dargestellt ist. In 2(a) bis (c) illustriert die obere Ebene Fälle, in denen die Stromrichtung eine positive Richtung ist und die untere Ebene Fälle, in denen die Stromrichtung eine negative Richtung ist. Außerdem zeigt 2(a) einen Zustand, in dem die oberen Schaltelemente 41 AN und die unteren Schaltelemente 42 AUS sind. Außerdem zeigt 2(b) einen Zustand, in dem die oberen Schaltelemente 41 AUS und die unteren Schaltelemente 42 AUS sind. Außerdem zeigt 2(b) einen Zustand, in dem die oberen Schaltelemente 41 AUS und die unteren Schaltelemente 42 AN sind. Dadurch können insgesamt sechs Strommuster erhalten werden, dargestellt in 2(a) bis (c), basierend auf dem An-/Aus-Zustand der oberen und unteren Schaltelementen 41, 42 und dem Stromrichtungszustand. In 2 werden die Mittelpunktspotenziale (bezogen auf die N-Seite) der oberen und unteren Schaltelemente 41, 42 der sechs Muster als hoch/niedrig dargestellt.
Wie in 2(a) bis (c) dargestellt, kann logischerweise basierend auf der Stromrichtung und dem An-/Aus-Zustand der oberen und unteren Schaltelemente 41, 42 geschätzt werden, ob die Mittelpunktspotenziale der oberen und unteren Schaltelemente hoch oder niedrig sind.
Ein Merkmal, bei dem das Mittelpunktspotenzial der oberen und unteren Schaltelemente 41, 42 hoch ist, zeigt an, dass eine Gleichspannung (eigentlich Gleichspannung /2) an die entsprechende Phase angelegt wird.
Das heißt, dass ein Messen der Mittelpunktspotenziale eine Bestimmung ermöglicht, ob Gleichspannung effektiv an die relevante Phase angelegt wird.
Dieses Merkmal wird in Ausführungsbeispiel 1 ausgenutzt, in dem die Periode, während der das Mittelpunktspotenzial der oberen und unteren Schaltelemente jedem Phase Hoch ist, d.h., der AN-Periode, durch die Effektiv-Einschaltzeit-Berechnungseinheit 32 gemessen wird, um als Ergebnis die effektiven Einschaltzeiten Ton_u, Ton_v, Ton_w zu berechnen, in denen eine Spannung effektiv bzw. tatsächlich an die rotierende elektrische Wechselstrommaschine 3 angelegt wird,.
Im Beispiel der 1 werden Mittelpunktspotenziale verwendet, die in Hi/Low-Signale umgewandelt wurden, die durch einen Vergleich der Schwellenspannung durch die Komparatoren 51 erhalten werden, aber die effektive Einschaltzeit kann durch eine Hi/Low-Bestimmung berechnet werden, mittels der entsprechenden A/D-gewandelten Mittelpunktspotenziale, so wie diese sind. Konkret können die effektiven Einschaltzeiten Ton_u, Ton_v, Ton_w berechnet werden, indem man den Zeitablauf vom Ansteigen bis zum Abfallen des Mittelpunktspotenzials als Periode des Hi-Signals verwendet.
Die Konfiguration der Gleichstromschätzeinheit 33 wird nachfolgend mit Bezug auf 1 und 3 erläutert.
3 zeigt ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Gleichstromschätzeinheit 33 darstellt. Wie in 3 dargestellt, ist die Gleichstromschätzeinheit 33 mit einer Phasenstromkorrektureinheit 61, einer gewichteten Korrekturwert-Berechnungseinheit 62, Divisoren 63, Subtraktoren 64, Multiplikatoren 65 und einem Addierer 66 vorgesehen. Die Divisoren 63, Subtraktoren 64, Multiplikatoren 65 sind jeweils dreimal vorgesehen, entsprechend den jeweiligen Phasen.
Die gewichteten Korrekturwert Berechnungseinheit 62 berechnet einen gewichteten Korrekturwert α basierend auf dem Rotationswinkel θ erfasst vom Winkelsensor 4. Obwohl der gewichtete Korrekturwert α im Folgenden beschrieben wird, kann z.B. ein zweidimensionales Kennfeld erstellt werden, in der zuvor eine Beziehung zwischen dem gewichteten Korrekturwert α und der Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 eingerichtete wird, die auf der Basis des Drehwinkels θ berechnet wird, so dass die gewichtete Korrekturwert-Berechnungseinheit 62 die Rotationsgeschwindigkeit auf der Basis des Drehwinkels θ berechnet und auf der Basis dieser Rotationsgeschwindigkeit den gewichteten Korrekturwert α berechnet, der dem Wert der Rotationsgeschwindigkeit entspricht, mit Bezug auf das zweidimensionale Kennfeld.
Die Phasenstromkorrektureinheit 61 schätzt den Phasenstromwert des AN-Zustand Schaltelemente unter Verwendung des gewichteten Korrekturwerts α, der vorherigen Größen I_x(k-1) und vorliegenden Größen I_x(k) der Phasenströme Iu, Iv, Iw, erfasst von der Phasenstrom-Erfassungseinheit 23. Hierbei ist x gleich u, v und w. In der Phasenstromkorrektureinheit 61 wird der geschätzte Wert jedes vorliegenden Phasenstromwerts durch eine gewichtete Korrektur mittels (α-1) als gewichteter Korrekturwert berechnet, mit dem die vorliegenden Werte I_x(k) multipliziert werden, und mittels α als gewichteter Korrekturwert, mit dem die vorherigen Werte I_x(k-1) multipliziert werden, und durch Addition der vorliegenden Werte und der vorherigen Werte nach gewichteter Korrektur.
Die Divisoren 63 teilen die effektiven Einschaltzeiten Ton_u, Ton_v, Ton_w, berechnet durch die Effektiv-Einschaltzeit-Berechnungseinheit 32, durch den Zyklus Tcarrier der Trägerwelle.
Die Subtraktoren 64 subtrahieren 0,5 von den berechneten Ergebnissen der Divisoren 63.
Für jede Phase multiplizieren die Multiplikatoren 65 das berechnete Ergebnis der Subtraktoren 64 mit dem geschätzten Wert des vorliegenden Phasenstromwerts, für jede Phase, ausgegeben von der Phasenstromkorrektureinheit 61.
Die Addierer 66 berechnen die Summe der berechneten Ergebnisse der Multiplikatoren 65 jeder Phase.
Der Betrieb der Gleichstromschätzeinheit 33 wird nachfolgend mit Bezug auf 1 und 3 erläutert.
Die Phasenströme die in der Gleichstromschätzeinheit 33 verwendet werden, werden zuerst erläutert. Die Phasenströme der jeweiligen Phasen, wie sie von der Phasenstrom-Erfassungseinheit 23 erfasst werden, werden bei einer Taktzeit der Trägerwelle abgetastet und von der A/D-Umwandlungseinheit 31 der A/D-Wandlung unterzogen. Nachdem die Phasenströme der A/D-Umwandlung unterzogen wurden, werden diese in die Gleichstromschätzeinheit 33 eingegeben, um in dieser verwendet zu werden.
In 1 ist die Leistung P, die von der Wechselstrom-Betriebsabschnitt 22 verbraucht wird, das Produkt einer Gleichspannung Vdc, die am Wechselstrom-Betriebsabschnitt 22 angelegt wird, und der Gleichstromschätzwert Idc, der in den Wechselstrom-Betriebsabschnitt 22 fließt, und ist außerdem die Summe der Verlustleistung Psw der Schaltelemente und des Versorgungsstroms Pm der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3. Dementsprechend wird die Leistung P durch den folgenden Ausdruck (1) erhalten.
[Math. 1] $P = V_{d c} \times I_{d c} = P_{s w} + P_{m}$
Gemäß Ausdruck (1) kann der Gleichstromschätzwert Idc durch Division der Leistung P des Wechselstrom-Betriebsabschnitt 22 durch die Gleichspannung berechnet werden.
Die Verlustleistung Psw beträgt 0[W], wenn angenommen wird, dass sich die Schaltelemente wie identische Schalter verhalten, für diesen Fall der folgende Ausdruck (2) steht.
[Math. 2] $I_{d c} = \frac{P_{m}}{V_{d c}}$
Die Versorgungsleistung Pm für die rotierende elektrische Wechselstrommaschine 3 ist die Summe für jede Versorgungsleistung Pu, Pv, Pw für jede Phase; dementsprechend wird die Versorgungsleistung Pm durch den Ausdruck (3) erhalten, vorausgesetzt das jede Versorgungsleistung Pu, Pv, Pw entsprechend das Produkt jedes Phasenstroms Iu, Iv, Iw und jeder Phasenspannung Vu, Vv, Vw ist.
[Math. 3] $P_{m} = (I_{u} \times V_{u}) + (I_{v} \times V_{v}) + (I_{w} \times V_{w})$
Der Gleichstromschätzwert Idc wird durch Ausdruck (4), basierend auf den Ausdrücken (2) und (3) erhalten.
[Math. 4] $\begin{matrix} I_{d c} = \frac{(I_{u} \times V_{u}) + (I_{u} \times V_{u}) + (I_{u} \times V_{u})}{V_{d c}} \\ = \frac{V_{u}}{V_{d c}} I_{u} + \frac{V_{v}}{V_{d c}} I_{v} + \frac{V_{w}}{V_{d c}} I_{w} \end{matrix}$
Zur Berechnung des Gleichstromschätzwert Idc durch Berechnung von Ausdruck (4) werden die Proportionen Vu/Vdc, Vv/Vdc, Vw/Vdc jeder Phasenspannung in Bezug auf die Gleichspannung des Ausdrucks (4) nach dem nachfolgenden Verfahren mit Ausdruck (6) berechnet.
Die Ansteuerpulse zur Phasenspannungserzeugung werden durch eine Trägerwelle erzeugt; dementsprechend sind der Zyklus der effektiven Einschaltzeit jeder Phasenspannung und der Zyklus der Trägerwelle miteinander synchronisiert.
Die Beziehung zwischen Phasenspannung und Proportion der effektiven Einschaltzeit der Phasenspannung im Zyklus der Trägerwelle sind wie folgt.
Wenn die Proportion bzw. der Anteil 100% beträgt, dann ist die Phasenspannung = Vdc/2 [V].
Wenn die Proportion bzw. der Anteil 50% beträgt, dann ist die Phasenspannung = 0 [V].
Wenn die Proportion bzw. der Anteil 0% beträgt, dann ist die Phasenspannung = -Vdc/2 [V].
Daher erhält man die U-Phasen- bis W-Phasenspannungen nachfolgend durch Ausdruck (5), mittels der effektiven Einschaltzeiten Ton_u, Ton_v, Ton_w, dem Zyklus Tcarrier der Trägerwelle und der Gleichspannung Vdc. Hierbei ist x gleich u, v und w.
[Math. 5] $V_{x} = {(\frac{T_{o n_x}}{T_{c a r r i e r}}) \times 2 - 1} \times \frac{V_{d c}}{2}$
Die Proportionen Vu/Vdc, Vv/Vdc, Vw/Vdc der Phasenspannung mit Bezug auf die Gleichspannung werden mittels Ausdruck (6) durch Modifikation des Ausdrucks (5) berechnet. Hierbei ist x gleich u, v und w.
[Math. 6] $\frac{V_{x}}{V_{d c}} = \frac{T_{o n_x}}{T_{c a r r i e r}} - 0.5$
Die Gleichstromschätzeinheit 33 kann den Gleichstromschätzwert Idc mit Hilfe von Ausdruck (7) wie folgt berechnen, indem sie in Ausdruck (4) die Proportionen Vu/Vdc, Vv/Vdc, Vw/Vdc jeder Phasenspannung mit Bezug auf die in Ausdruck (6) berechnete Gleichspannung und die Phasenströme Iu, Iv, Iw ersetzt, die abgetastet wurden und einer A/D-Wandlung unterworfen haben. Die Berechnung in Ausdruck (7) wird durch die Divisoren 63, die Subtraktoren 64, die Multiplikatoren 65 und den Addierer 66 durchgeführt.
[Math. 7] $I_{d c} = (\frac{T_{o n_u}}{T_{c a r r i e r}} - 0.5) I_{u} + (\frac{T_{o n_v}}{T_{c a r r i e r}} - 0.5) I_{v} + (\frac{T_{o n_w}}{T_{c a r r i e r}} - 0.5) I_{w}$
Die Totzeit ist aufgrund der Variabilität im AN/AUS-Betrieb der Schaltelemente 1 bis 6 nicht einheitlich. Dementsprechend muss eine Totzeit-Korrektur bei der Berechnung des Gleichstromschätzwert Idc vom Phasenspannungs-Sollwert beachtet werden. In Ausführungsbeispiel 1 wird jedoch der Gleichstromschätzwert Idc von der effektiven Einschaltzeit jeder Phasenspannung berechnet, mittels Ausdruck (4), (6); als Ergebnis wird der vorher genannte Totzeitkorrekturvorgang unnötig, die Last der CPU 11 kann reduziert werden und der Gleichstromschätzwert Idc kann mit guter Genauigkeit berechnet werden.
Die Phasenströme Iu, Iv, Iw werden durch die A/D-Umwandlungseinheit 31 während bzw. zum Zeitpunkt von Tiefen oder Spitzen der Trägerwelle abgetastet. Dabei müssen die Phasenströme, die in Ausdruck (7) verwendet werden, einen Phasenstromwert haben, der während der Phasenspannungsanwendung, d.h. mit den Schaltelementen im EIN-Zustand, erfasst wird.
Die Abtastung zum Zeitpunkt des Tals bzw. der Spitze der Trägerwelle wird im Folgenden anhand von 4A und 4B erläutert. 4A veranschaulicht eine Abtastung des Phasenstroms zum Zeitpunkt des Tals einer Trägerwelle und 4B eine Abtastung des Phasenstroms zum Zeitpunkt der Spitze der Trägerwelle.
Wie vorher beschrieben setzt die Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 als erstes einen Phasenspannungs-Sollwert 70 in Übereinstimmung mit dem Drehmoment-Sollwert Trq_ref. Anschließend wandelt die Ausgabephasenspannungs-Einstellungseinheit 34 den Phasenspannungs-Sollwert 70 zu einem Ansteuerpuls 72, mittels der Trägerwelle 71, wie in 4A und 4B dargestellt. Konkret ist die Trägerwelle 71 eine dreieckige Welle in Sägezahnform, dargestellt in 4A und 4B. Zum Vergleich zwischen der Trägerwelle 71 und dem Phasenspannungs-Sollwert 70, wenn die Trägerwelle 71 kleiner als der Phasenspannungs-Sollwert 70 ist, dann wird der Ansteuerpuls 72 auf einen AUS-Zustand gesetzt, und umgekehrt wenn die Trägerwelle 71 gleich oder größer als der Phasenspannungs-Sollwert 70 ist, wird der Ansteuerpuls 72 auf einen AN-Zustand gesetzt. Der Ansteuerpuls 72 wird so auf die vorher genannte Weise erzeugt.
Bei der Abtastung des Phasenstroms an den Zeitpunkten des Tals der Trägerwelle 71, wie in 4A dargestellt, muss der Phasenstromwert mit den Schaltelementen im EIN-Zustand abgeschätzt werden, da die Abtastung mit den Schaltelementen im AUS-Zustand erfolgt.
Daher berechnet die Phasenstromkorrektureinheit 61 einen Schätzwert der Phasenstromwerte Iu, Iv, Iw des Zeitpunkts, in dem sich die Schaltelemente im EIN-Zustand befinden, auf der Grundlage des nachstehenden Ausdrucks (8) unter Verwendung der vorhergehenden Werte I_x(k-1) der Phasenstromwerte, die zum Zeitpunkt des Tals der Trägerwelle 71 erfasst wurden, der gegenwärtigen Werte I_x(k) und des gewichteten Korrekturwertes α. Hierbei ist x gleich u, v und w.
[Math. 8] $I_{x (k)} = (1 - α) I_{x (k)} + α I_{x (k - 1)}$
In Ausdruck (8) wird der gewichtete Korrekturwert α auf einen Wert gesetzt, der im Bereich von 0 bis 1 liegt. Konkret ist die Gesamtsumme der Korrekturkoeffizienten der vorherigen Werte und vorliegenden Werte 1, indem der gewichtete Korrekturwert der früheren Werte auf α und der gewichtete Korrekturwert der vorliegenden Werte auf (1-α) gesetzt wird; dadurch werden die durch Gewichtung berechneten Phasenströme zwischen einem vorherigen Wert und einem vorliegenden Wert gesetzt, wodurch die Berechnung eines unerwarteten Phasenstroms vermieden wird.
Der gewichtete Korrekturwert α variiert je nach Einschaltdauer der Schaltelemente, während die Einschaltdauer der Schaltelemente durch die Frequenz der Trägerwelle 71 und die Frequenz der Phasenströme bestimmt wird. Dementsprechend wird der gewichtete Korrekturwert α nach einem zweidimensionalen oder dreidimensionalen Kennfeld berechnet, in die die obigen Angaben eingegeben werden. Diese Kennfelder werden z.B. durch Voreinstellung von Parametern in einer realen Maschine angepasst.
Der gewichtete Korrekturwert α kann basierend allein auf der Phasenstromfrequenz berechnet werden, in einem Fall bei dem die Trägerwelle 71 fix ist. In Ausführungsbeispiel 1 ist dementsprechend zuvor ein zweidimensionales Kennfeld vorbereitet, deren eine Achse die aus dem vom Winkelsensor 4 ermittelten Drehwinkel θ errechnete Drehzahl und der gewichtete Korrekturwert α anhand des zweidimensionalen Koordinatensystems berechnet wird, indem die Frequenz der Phasenströme und die Drehzahl der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 synchronisiert werden.
Die als Achsen verwendeten Parameter des zweidimensionalen Kennfelds zur Berechnung des gewichteten Korrekturwerts α sind nicht auf die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 beschränkt. So werden z.B. der Drehwinkel θ und die effektive Einschaltzeit-Tastgrad der Phasenspannung ebenfalls mit der Frequenz der Phasenströme synchronisiert, wie dies bei der Rotationsgeschwindigkeit der Fall ist; dementsprechend kann der gewichtete Korrekturwert α auf der Grundlage eines zweidimensionalen oder dreidimensionalen Kennfelds mit wenigstens einer der vorgenannten Achsen berechnet werden. Der effektive Einschaltzeit-Tastgrad bezeichnet die Verhältnisse der Perioden der effektiven Einschaltzeit der oberen Schaltelemente 41 mit dem Zyklus der Trägerwelle 71.
Bei einer Phasenstromabtastung zum Zeitpunkt der Spitze der Trägerwelle 71, wie in 4B dargestellt, erfolgt die Abtastung mit den Schaltelementen im EIN-Zustand, so dass eine Schätzung des Phasenstromwertes mit den Schaltelementen im EIN-Zustand nicht erforderlich ist. Die Steigung der Phasenstromwellenform unterscheidet sich jedoch zwischen einer EIN- und einer AUS-Änderung der Schaltelemente, wie in 4A und 4B dargestellt, und dementsprechend ergibt sich ein Versatz zwischen einem Zwischen-Zeitpunkt T1 der Zeitpunkte, bei denen die Phasenströme zu erfassen sind, d.h. vom Einschalten bis zum Ausschalten der Schaltelemente, und einem Zwischen-Zeitpunkt T2 von Tal zu Tal der Trägerwelle 71.
Die Phasenstromkorrektureinheit 61 schätzt daher die Phasenstromwerte auf der Basis des vorherigen Ausdrucks (8) mit dem gewichteten Korrekturwert α wie bei der Abtastung an den Tälern der Trägerwelle 71.
In Ausführungsbeispiel 1 berechnet die CPU 11, wie vorher beschrieben, eine Proportion jeder Phasenspannung an der Gleichspannung unter Verwendung der Zeit vom Ansteigen bis zum Abfallen des von der Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit 12 erfassten Mittelpunktspotenzials und der an den Wechselstrom-Betriebsabschnitt 22 angelegten Gleichspannung und berechnet den Gleichstromschätzwert Idc auf Basis der berechneten Proportion der Phasenspannungen und der Phasenstromwerte Iu, Iv, Id, die von der Phasenstrom-Erfassungseinheit 23 erfasst werden. Wie in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung ist im Vergleich zwischen einer Instanz, bei der der Gleichstromschätzwert Idc mit direkt gemessenen Mittelpunktspotenzial-Informationen berechnet wird, und einer Instanz, bei der der Gleichstromschätzwert mit einem Phasenspannungs-Sollwert berechnet wird, wie offenbart im japanischen Patent Nr. 4794603 , die CPU Verarbeitungslast in letzterem Fall höher, da die Totzeit oder dergleichen korrigiert werden muss, um die tatsächlichen Phasenspannungen anhand des Phasenspannungs-Sollwerts zu schätzen. Die Verbesserung der Schätzgenauigkeit wird immer wichtiger, wenn man auch die Variabilität der Totzeit aus der Variabilität der Elemente berücksichtigt. Im ersten Fall, d.h. dem Steuerverfahren in Ausführungsbeispiel 1, kann der Schätzwert dagegen mit hoher Genauigkeit berechnet werden, da die Phasenspannung anhand der direkt gemessenen Mittelpunktspotenzial-Informationen geschätzt wird. Außerdem muss hier nicht auf die Korrektur von Totzeit oder ähnlichem und die Variabilität der Elemente eingegangen werden, so dass die Verarbeitungslast der CPU reduziert werden kann.
Um die Belastung der CPU bei der Berechnung des Gleichstromschätzwert Idc auf der Basis des Anteils der Phasenspannungen und auf der Basis der Phasenstromwerte Iu, Iv, Id in Ausführungsbeispiel 1 zu reduzieren, berechnet die Gleichstromschätzeinheit 33 den Gleichstromschätzwert Idc, wie in Ausdruck (7) angegeben, auf der Basis der effektiven Einschaltzeiten Ton_u, Ton_v, Ton_w für die jeweiligen Phasen, berechnet durch die Effektiv-Einschaltzeit-Berechnungseinheit 32 mit Hilfe von Ausdruck (4) und Ausdruck (6), den Phasenströmen Iu, Iv, Iw, die von der Phasenstrom-Erfassungseinheit 23 erfasst werden, und dem Zyklus Tcarrier der Trägerwelle 71. Daher kann der Gleichstromschätzwert Idc als Ergebnis eines einfachen Berechnungsverfahrens berechnet werden, wodurch es möglich wird, die Last der CPU 11, die an einem solchen Berechnungsverfahren beteiligt ist, weiter zu reduzieren.
In Ausführungsbeispiel 1 berechnet die Gleichstromschätzeinheit 33 den Gleichstromschätzwert Idc durch eine Gewichtung, durch den gewichteten Korrekturwert α, der vorherigen Werte I_x(k-1) und der vorliegenden Werte I_x(k) _des Phasenstroms, wie in Ausdruck (8) gegeben, unter Verwendung der vorherigen Werte I_x(k-1) des Phasenstroms, der in einem vorherigen Trägerzyklus durch die Phasenstrom-Erfassungseinheit 23 erfasst wurde, der vorliegenden Werte I_x(k) des Phasenstroms, erfasst durch die Phasenstrom-Erfassungseinheit 23 in einem vorliegenden Trägerzyklus, und des gewichteten Korrekturwerts α. In der Regel werden aufgrund des Verhältnisses zwischen Trägerfrequenz und Frequenz der Phasenströme der Zeitpunkt des Trägerzyklus und der Zeitpunkt, bei dem die Phasenströme erfasst werden sollen, gegeneinander versetzt. In Ausführungsbeispiel 1 kann ein Gleichstromschätzwert Idc von noch höherer Genauigkeit durch Schätzung der Phasenstromwerte durch Gewichtung mit dem gewichteten Korrekturwert α berechnet werden.
Der gewichtete Korrekturwert α wird z.B. basierend auf der Frequenz der Trägerwelle und der Frequenz des Phasenstroms berechnet. In diesem Fall unterscheidet sich der Offset-Betrag zwischen dem Tal-Zeitpunkt der Trägerwelle und dem Zeitpunkt, bei dem die Phasenströme zu erfassen sind, je nach Trägerfrequenz und Frequenz der Phasenströme; dementsprechend kann durch Berechnung des gewichteten Korrekturwertes α auf Basis eines zweidimensionalen oder dreidimensionalen Kennfelds, in dem die oben genannten Daten eingegeben wurden, ein Gleichstromschätzwert Idc mit noch höherer Genauigkeit berechnet werden.
Alternativ kann der gewichtete Korrekturwert α zur Berechnung gesetzt werden, basierend auf der Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3 und dem effektiven Einschaltzeit-Tastgrad der Phasenspannung. In einem Fall bei dem die Trägerfrequenz fix ist, unterscheidet sich der Offset-Betrag zwischen dem Tal-Zeitpunkt der Trägerwelle und dem Zeitpunkt, bei dem die Phasenströme zu erfassen sind, je Frequenz der Phasenströme. Dementsprechend kann der gewichtete Korrekturwert berechnet werden, ohne die Frequenz der Phasenströme zu berechnen, auch basierend auf der effektiven Einschaltzeit jeder Phasenspannung oder der Drehzahl der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine 3, die sich synchron zur Frequenz der Phasenströme ändert.
Ein Wert im Bereich von 0 bis 1 wird hierbei als gewichteter Korrekturwert α eingestellt. Die Summe der Korrekturkoeffizienten der vorherigen Werte und vorliegenden Werte ist 1, indem der gewichtete Korrekturwert der vorherigen Werte auf α und der gewichtete Korrekturwert der vorliegenden Werte auf (1-α) gesetzt wird; dadurch werden die durch Gewichtung berechneten Phasenströme zwischen einem vorherigen Wert und einem vorliegenden Wert gesetzt, wodurch die Berechnung eines unerwarteten Phasenstroms vermieden werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4794603 [0002, 0003, 0004, 0005, 0077]

Claims

Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine (3), die über eine Wechselrichterschaltung (20) eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine (3) steuert, die mit mehrphasigen Ankerwicklungen versehen ist, wobei die Wechselrichterschaltung (20) wird aus jeweiligen oberen Schaltelementen (41) und unteren Schaltelementen (42) gebildet ist, die entsprechend jeder Phase der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine (3) vorgesehen sind, und eine Stromversorgung von einer Gleichstromversorgung (2) zum Antrieb der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine (3) erhält, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit (12), die für jede Phase ein Mittelpunktspotenzial zwischen dem oberen Schaltelement (41) und dem unteren Schaltelement (42) der Wechselrichterschaltung (20) erfasst; eine Phasenstrom-Erfassungseinheit (23), die einen Phasenstrom jeder Phase der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine (3) erfasst; und eine Steuereinheit (11), die einen Stromschätzwert des Gleichstroms berechnet, der von der Gleichstromversorgung (2) in die Wechselrichterschaltung (20) eingegeben wird, auf der Grundlage des von der Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit (12) erfassten Mittelpunktspotenzials jeder Phase und des von der Phasenstrom-Erfassungseinheit (23) erfassten Phasenstroms jeder Phase.
Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (11) umfasst: eine Effektiv-Einschaltzeit-Berechnungseinheit (32), die eine effektive Einschaltzeit berechnet, in der jede Phase der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine (3) effektiv mit Spannung beaufschlagt wird, auf der Grundlage einer Zeit vom Ansteigen bis zum Abfallen des Mittelpunktspotenzials jeder Phase, das von der Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit (12) erfasst wird; und eine Gleichstromschätzeinheit (33), die den Stromschätzwert berechnet, auf der Grundlage der effektiven Einschaltzeit für jede Phase, die von der Effektiv-Einschaltzeit-Berechnungseinheit (32) berechnet wird, jedem von der Phasenstrom-Erfassungseinheit (23) erfassten Phasenstrom und einem Zyklus einer Trägerwelle, die beim Modulieren eines Phasenspannungs-Sollwertes verwendet wird, für jede Phase der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine (3), zum Ansteuern von Pulsen für die oberen Schaltelemente (41) und die unteren Schaltelemente (42) .
Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Gleichstromschätzeinheit (33) frühere Werte eines von der Phasenstrom-Erfassungseinheit (23) in einem früheren Zyklus der Trägerwelle erfassten Phasenstromes, vorliegende Werte eines von der Phasenstrom-Erfassungseinheit (23) in einem vorliegenden Zyklus der Trägerwelle erfassten Phasenstroms und einen gewichteten Korrekturwert verwendet, um den Stromschätzwert durch Gewichtung der vorhergehenden Werte des Phasenstroms und der vorliegenden Werte durch den gewichteten Korrekturwert zu berechnen.
Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine gemäß Anspruch 3, wobei der gewichtete Korrekturwert basierend auf einer Frequenz der Trägerwelle (71) und einer Frequenz des Phasenstroms berechnet wird.
Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine gemäß Anspruch 3, wobei der gewichtete Korrekturwert basierend auf einer Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine (3) und/oder einem effektiven Einschaltzeit-Tastgrad der Phasenspannung berechnet wird.
Die Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der gewichtete Korrekturwert einen Wert im Bereich von 0 bis 1 annimmt.