DE112019001041B4

DE112019001041B4 - Motorsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112019001041B4
Application number: DE112019001041.7T
Authority: DE
Inventors: Masafumi Hotta; Daisuke Hirono
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: CN111742485B; JP6936171B2; US11303234B2; JP2019154086A; US20200373862A1; WO2019167503A1; CN111742485A; DE112019001041T5

Abstract

Eine Motorsteuervorrichtung (1) aufweisend:eine Strombestimmungseinheit (14), die einen Strom (Iu, Iv, Iw) bestimmt, der durch eine Statorspule eines Synchronmotors (2) strömt;eine Einheit zum Bestimmen einer angelegten Spannung (15), die eine an die Statorspule angelegte Spannung (Vu, Vv, Vw) bestimmt;eine Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit (16), die einen Stromspitzenwert (Ip) und einen elektrischen Stromwinkel (θi) basierend auf dem durch die Strombestimmungseinheit (14) bestimmten Strom (Iu, Iv, Iw) bestimmt;eine Einheit zur Bestimmung eines Spitzenwerts einer induzierten Spannung und eines elektrischen Winkels (17), die einen Spitzenwert einer induzierten Spannung (Ep) und einen elektrischen Winkel einer induzierten Spannung (θe) basierend auf dem durch die Strombestimmungseinheit (14) bestimmten Strom (Iu, Iv, Iw) und der durch die Einheit zum Erfassen einer angelegten Spannung (15) bestimmten angelegten Spannung (Vu, Vv, Vw) bestimmt;eine Flussverkettungsbestimmungseinheit (18), die eine Flussverkettung (Ψp) eines Rotors des Synchronmotors (2) basierend auf dem Spitzenwert der induzierten Spannung (Ep) und einer Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors (2) bestimmt;eine erste Rotorpositionsbestimmungseinheit (19), die eine Rotorposition (θm1) des Synchronmotors (2) basierend auf dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung (θe) und einer ersten Phase einer induzierten Spannung (γ1), die aus dem Stromspitzenwert (Ip) und einer Differenz zwischen dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung (θe) und dem elektrischen Stromwinkel (θi) erhalten wird, bestimmt;eine zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit (20), die eine Rotorposition (θm2) des Synchronmotors (2) basierend auf dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung (θe) und einer zweiten Phase der induzierten Spannung (γ2), die aus der Flussverkettung (Ψp) und dem Stromspitzenwert (Ip) erhalten wird, bestimmt; undeine Auswahleinheit (21), die die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit (19) oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit (20) basierend auf dem Stromspitzenwert (Ip) und der ersten Phase der induzierten Spannung (γ1) oder der zweiten Phase der induzierten Spannung (γ2) auswählt, wobei die Auswahleinheit (21) nach der Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit (19) die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit (20) anstelle der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit (19) auswählt, wenn der Stromspitzenwert (Ip) größer oder gleich einem Schwellenwert für einen Stromspitzenwert (TH1) ist und die erste Phase der induzierten Spannung (γ1) größer oder gleich einem Schwellenwert für eine Phase der induzierten Spannung (TH2) ist, und wobei die Auswahleinheit (21) nach der Auswahl der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit (20) die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit (19) anstelle der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit (20) auswählt, wenn der Stromspitzenwert (Ip) kleiner als der Schwellenwert für einen Stromspitzenwert (TH1) ist oder die zweite Phase der induzierten Spannung (γ2) kleiner als der Schwellenwert für eine Phase der induzierten Spannung (TH2) ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Motorsteuervorrichtungen mit Funktionen zur Bestimmung der Rotationspositionen von Rotoren (nachfolgend einfach als „Rotorpositionen“ bezeichnet) von Synchronmotoren ohne Verwendung von Sensoren.
STAND DER TECHNIK
Als Beispiel für eine solche Motorsteuervorrichtung ist eine in JP 2017-169329 A offenbarte Motorsteuervorrichtung bekannt. Die in JP 2017-169329 A offenbarte Motorsteuervorrichtung umfasst: eine Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit, die einen Stromspitzenwert und einen elektrischen Stromwinkel basierend auf einem durch eine Statorspule eines Synchronmotors strömenden Strom erfasst; eine Einheit zur Bestimmung des Spitzenwerts einer induzierten Spannung und eines elektrischen Winkels, die einen Spitzenwert einer induzierten Spannung und einen elektrischen Winkel einer induzierten Spannung basierend auf dem durch die Statorspule strömenden Strom und einer an die Statorspule angelegten Spannung bestimmt; eine Flussverkettungsbestimmungseinheit, die eine Flussverkettung eines Rotors des Synchronmotors basierend auf dem Spitzenwert der induzierten Spannung und einer Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors bestimmt; eine erste Rotorpositionsbestimmungseinheit und eine zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit, die eine Rotorposition des Synchronmotors bestimmen; und eine Auswahleinheit, die eine der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit oder der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit auswählt.
Die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit bestimmt die Rotorposition durch die Verwendung einer ersten Rotorpositionsberechnungsgleichung mit dem elektrischen Stromwinkel oder dem elektrischen Winkel einer induzierten Spannung und einer ersten Stromphase oder einer ersten Phase der induzierten Spannung, die basierend auf dem Stromspitzenwert und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Stromwinkel)] erhalten wird, als Parameter. Die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit bestimmt die Rotorposition durch die Verwendung einer zweiten Rotorpositionsberechnungsgleichung mit dem elektrischen Stromwinkel oder dem elektrischen Winkel einer induzierten Spannung und einer zweiten Stromphase oder einer zweiten Phase der induzierten Spannung, die basierend auf dem Stromspitzenwert und der Flussverkettung erhalten wird, als Parameter. Die Auswahleinheit wählt die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit im Normal-Regelbereich und die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit im Flussschwächungs-Regelbereich. Insbesondere wählt die Auswahleinheit die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit aus, wenn der Strom (Stromspitzenwert) kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, wogegen die Auswahleinheit die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit auswählt, wenn der Strom (Stromspitzenwert) den vorbestimmten Wert überschreitet.
Weiter offenbart WO 2017/159392 Al, dass eine Auswahleinheit die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit basierend auf dem Stromspitzenwert auswählt, und dass eine Auswahleinheit die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit basierend auf induzierten Spannung (erste Phase der induzierten Spannung und zweite Phase der induzierten Spannung) auswählt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen einer Flussverkettung Ψ_p und einer Stromphase β in der herkömmlichen Motorsteuervorrichtung zeigt, wenn der Stromspitzenwert hoch ist. Wie in 10 gezeigt, entsprechen in einem durch Pfeil A gekennzeichneten Bereich, bei hohem Stromspitzenwert, zwei Stromphasen β einer Flussverkettung Ψ_p. Darüber hinaus gilt ein Sachverhalt in der Beziehung zwischen Flussverkettung Ψ_p und Stromphase β auch in der Beziehung zwischen Flussverkettung Ψ_p und Phase der induzierten Spannung γ, da die Phase der induzierten Spannung γ einem Wert entspricht, der durch Verschiebung der Stromphase β um [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Stromwinkel)] erhalten wird. Diese Tatsachen deuten darauf hin, dass es einen Fall geben kann, bei dem eine Stromphase β (d.h. die zweite Stromphase) und eine Phase der induzierten Spannung γ (d.h. die zweite Phase der induzierten Spannung) durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit nicht stabil erhalten werden kann und, dass es schlussendlich einen Fall geben kann, bei dem die Rotorposition nicht stabil bestimmt werden kann.
Dementsprechend besteht die Sorge, dass bei der oben erwähnten herkömmlichen Motorsteuervorrichtung, bei der die zweite Rotorpositionsbestimmungseinrichtung nur dann ausgewählt wird, wenn der Strom (Stromspitzenwert) den vorbestimmten Wert überschreitet, eine fehlerhafte Rotorposition (einschließlich einer Rotorposition in einem nicht erkennbaren Zustand) erhalten werden kann. Die fehlerhafte Rotorposition kann die Steuerung des Synchronmotors instabil machen oder den Synchronmotor unkontrollierbar machen. Daher ist es erwünscht, den Erhalt einer solchen fehlerhaften Rotorposition zu verhindern.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorsteuervorrichtung bereitzustellen, die das Erhalten einer fehlerhaften Rotorposition verhindert und eine stabile Regelung des Synchronmotors basierend auf der Rotorposition sowohl im Normal-Regelbereich als auch im Flussschwächungs-Regelbereich ermöglicht.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
Diese Aufgabe wird durch eine Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst eine Motorsteuervorrichtung:

eine Strombestimmungseinheit, die einen Strom bestimmt, der durch eine Statorspule eines Synchronmotors strömt;
eine Einheit zum Bestimmen einer angelegten Spannung, die eine an die Statorspule angelegte Spannung bestimmt;
eine Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit, die einen Stromspitzenwert und einen elektrischen Stromwinkel basierend auf einem durch die Strombestimmungseinheit bestimmten Strom bestimmt;
eine Einheit zur Bestimmung eines Spitzenwerts einer induzierten Spannung und eines elektrischen Winkels, die einen Spitzenwert einer induzierten Spannung und einen elektrischen Winkel einer induzierten Spannung basierend auf dem durch die Strombestimmungseinheit bestimmten Strom und einer durch die Einheit zum Erfassen einer angelegten Spannung bestimmten angelegten Spannung bestimmt;
eine Flussverkettungsbestimmungseinheit, die eine Flussverkettung eines Rotors des Synchronmotors basierend auf dem Spitzenwert der induzierten Spannung und einer Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors bestimmt;
eine erste Rotorpositionsbestimmungseinheit, die eine Rotorposition des Synchronmotors basierend auf dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und eine erste Phase der induzierten Spannung, die aus dem Stromspitzenwert und einer Differenz zwischen dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und dem elektrischen Stromwinkel erhalten wird, bestimmt;
eine zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit, die eine Rotorposition des Synchronmotors basierend auf dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und einer zweiten Phase der induzierten Spannung, die aus der Flussverkettung und dem Stromspitzenwert erhalten wird, bestimmt; und
eine Auswahleinheit, die die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit basierend auf dem Stromspitzenwert und der ersten Phase der induzierten Spannung oder der zweiten Phase der induzierten Spannung auswählt, wobei die Auswahleinheit nach der Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit anstelle der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit auswählt, wenn der Stromspitzenwert größer oder gleich einem Schwellenwert für einen Stromspitzenwert ist und die erste Phase der induzierten Spannung größer oder gleich einem Schwellenwert für eine Phase der induzierten Spannung ist, und

WIRKUNG DER ERFINDUNG
In der Motorsteuervorrichtung ist die Auswahleinheit dazu eingerichtet, die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit basierend auf dem Stromspitzenwert und der ersten Phase der induzierten Spannung oder der zweiten Phase der induzierten Spannung auszuwählen. Das heißt, dass die Auswahleinheit bei der Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit oder der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit nicht nur die Strommenge, sondern auch die Phase der induzierten Spannung berücksichtigt. Dies ermöglicht es der Auswahleinheit, in geeigneter Weise die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit auszuwählen und insbesondere ermöglicht dies, in geeigneter Weise von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit zu der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit umzuschalten oder in geeigneter Weise von der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit zu der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit umzuschalten, so dass es möglich ist, den Erhalt einer fehlerhaften Rotorposition zu verhindern. Dies ermöglicht eine stabile und akkurate Bestimmung der Rotorposition sowohl im Normal-Regelbereich als auch im Flussschwächungs-Regelbereich, so dass es möglich ist, den Synchronmotor stabil zu regeln.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Blockschaltbild einer Motorsteuervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Phasenstrom-Wellenformdiagramm, wenn eine Sinuswellenerregung durchgeführt wird.
3 ist ein Wellenformdiagramm einer induzierten Spannung, wenn eine Sinuswellenerregung durchgeführt wird.
4 ist ein Motorvektordiagramm eines Rotorkoordinatensystems (d-q Koordinatensystem).
5 ist ein Diagramm zur Erklärung einer in einer ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit verwendeten Datentabelle, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen einer Stromphase β und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] veranschaulicht.
6 ist ein Diagramm zur Erklärung einer in einer zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit verwendeten Datentabelle, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen einer Stromphase β und einer Flussverkettung Ψp veranschaulicht.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Datentabelle veranschaulicht, die in der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit verwendet wird.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiels der Datentabelle veranschaulicht, die in der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit verwendet wird.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit oder der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit veranschaulicht, das von einer Auswahleinheit ausgeführt wird.
10 ist ein Diagramm zur Erklärung eines Problems, das in einer herkömmlichen Motorsteuervorrichtung auftreten kann, das die Beziehung zwischen der Stromphase β und der Flussverkettung Ψp veranschaulicht, wenn ein Stromspitzenwert hoch ist.

MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Blockschaltbild einer Motorsteuervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine erfindungsgemäße Motorsteuervorrichtung 1 hat die Funktion eine Rotorposition eines Synchronmotors 2 ohne Verwendung von Sensoren zu bestimmen. Darüber hinaus ist die Motorsteuervorrichtung 1 in der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich dazu eingerichtet, den Wechselrichter 3 zu regeln und der Wechselrichter 3 ist dazu eingerichtet, Gleichstrom von einer Gleichstromquelle 4 in Wechselstrom umzuwandeln, um den umgewandelten Strom dem Synchronmotor 2 zuzuführen.
Der Synchronmotor 2 ist ein Drei-Phasen-Motor mit Sternschaltung mit einem Stator mit U-, V- und W-Phasen-Statorspulen und einem Rotor mit einem Permanentmagneten. Es sind nur U-, V- und W-Phasen-Statorspulen in den Figuren gezeigt und der Rest ist nicht dargestellt. Wenngleich ein Motor mit Sternschaltung als Beispiel dargestellt ist, ist eine Dreiecksschaltung in gleicherweise geeignet.
In dem Wechselrichter 3 sind Schaltelemente +U, +V, +W eines oberen Zweigs und Schaltelemente -U, -V, -W eines unteren Zweigs in Reihe zwischen der Hoch-Level-Seite und der Niedrig-Level-Seite der Gleichstromquelle 4 in jeder der U-, V-, W-Phasen geschalten. Auf der Niedrig-Level-Seite der Schaltelemente -U, -V, -W des unteren Zweiges sind zur Bestimmung des Stromflusses durch eine jede Phase Shunt-Widerstände Ru, Rv, Rw vorgesehen.
Die Motorsteuervorrichtung 1 umfasst eine Anlaufverarbeitungseinheit 11, eine Rotationssteuereinheit 12, eine Wechselrichteransteuereinheit 13, eine Phasen-Strombestimmungseinheit (Strombestimmungseinheit) 14, eine Einheit zum Bestimmen einer angelegten Spannung 15, eine Phasen-Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit (Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit) 16, eine Einheit zur Bestimmung eines Spitzenwerts einer induzierten Spannung und eines elektrischen Winkels 17, eine Flussverkettungsbestimmungseinheit 18, eine erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19, eine zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 und eine Auswahleinheit 21. In der vorliegenden Ausführungsform wird jedes in der Rotationssteuereinheit 12, der Wechselrichteransteuereinheit 13, der Phasen-Strombestimmungseinheit 14, der Einheit zum Bestimmen einer angelegten Spannung 15, der Phasen-Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit 16, der Einheit zur Bestimmung des Spitzenwerts der induzierten Spannung und des elektrischen Winkels 17 und der Flussverkettungsbestimmungseinheit 18 ausgeführte, später beschriebene Verfahren, in vorbestimmten Zeitintervallen wiederholt.
Die Anlaufverarbeitungseinheit 11 führt einen Anlaufvorgang des Synchronmotors 2 aus, wenn sie von außen einen Betriebsbefehl, einschließlich einer Solldrehzahl, erhält, während der Synchronmotor 2 angehalten ist. In der vorliegenden Ausführungsform aktiviert die Anlaufverarbeitungseinheit 11 den Synchronmotor 2 und gibt ein erstes Steuersignal zur allmählichen Erhöhung der Drehzahl ω bei einer vorgegebenen Beschleunigung an die Wechselrichteransteuereinheit 13 aus. Das erste Steuersignal enthält einen Anlaufspannungsbefehl und einen Anlaufspannungsphasenbefehl. Dann bestimmt zum Beispiel die Anlaufverarbeitungseinheit 11, dass der Anlauf abgeschlossen ist, wenn die Drehzahl ω des Synchronmotors 2 eine vorbestimmte Drehzahl erreicht, die niedriger als die Solldrehzahl ist, und die Anlaufverarbeitungseinheit 11 gibt ein Anlaufbeendigungssignal an die Rotationssteuereinheit 12 und die Auswahleinheit 21 aus, um den Anlaufvorgang zu beenden.
Bei Erhalt des Anlaufbeendigungssignals von der Anlaufverarbeitungseinheit 11 führt die Rotationssteuereinheit 12 die Normal-Regelung aus. Dadurch wird der Anlaufvorgang in die Normal-Regelung umgeschaltet. In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Rotationssteuereinheit 12 ein zweites Steuersignal, basierend auf dem von außen empfangenen Betriebsbefehl und einer Rotorposition θm, zum Drehen des Synchronmotors 2 mit der Solldrehzahl, und gibt das zweite Steuersignal an die Wechselrichteransteuereinheit 13 aus. Das zweite Steuersignal enthält einen Spannungsbefehl und einen Spannungsphasenbefehl. Darüber hinaus ist, wie später beschrieben, die Rotorposition θm, die Rotorposition θm, die durch die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 (d.h. erste Rotorposition θm1) oder die Rotorposition θm, die durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 bestimmt wird (d.h. zweite Rotorposition θm2). Ferner, stoppt die Rotationssteuereinheit 12 bei Erhalt eines Betriebsstoppbefehls von außen die Ausgabe des zweiten Steuersignals, um den Synchronmotor 2 zu stoppen.
Die Wechselrichteransteuereinheit 13 schaltet jedes der Schaltelemente +U bis -W des Wechselrichters 3 basierend auf dem ersten Steuersignal von der Anlaufverarbeitungseinheit 11 oder dem zweiten Steuersignal von der Rotationssteuereinheit 12 ein und aus, um eine Sinuswellenerregung (180-Grad-Erregung) an jeder der U-, V- und W-Phasen-Statorspulen durchzuführen.
Die Phasen-Strombestimmungseinheit 14 bestimmt den U-Phasenstrom Iu, der durch die U-Phasen-Statorspule strömt, den V-Phasenstrom Iv, der durch die V-Phasen-Statorspule strömt und den W-Phasenstrom Iw, der durch die W-Phasen-Statorspule strömt, durch die Messung der an die Shunt-Widerstände Ru, Rv, Rw angelegten Spannung.
Die Einheit zum Bestimmen einer angelegten Spannung 15 bestimmt die U-Phasen-Anlegespannung Vu, die V-Phasen-Anlegespannung Vv und die W-Phasen-Anlegespannung Vw, die an die entsprechenden U-, V- und W-Phasen-Statorspulen von den entsprechenden Schaltelementen +U bis +W des oberen Zweiges angelegt werden.
Die Phasen-Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit 16 bestimmt den Phasen-Stromspitzenwert Ip und den elektrischen Winkel des Phasenstroms θi basierend auf den durch die Phasen-Strombestimmungseinheit 14 bestimmten Phasenströmen Iu, Iv, Iw. Eine Bestimmungsmethode des Phasen-Stromspitzenwertes Ip und des elektrischen Winkels des Phasenstroms θi lautet wie folgt.
2 ist ein Phasenstrom-Wellenformdiagramm, wenn eine Sinuswellenerregung der U-, V-, und W-Phasen durchgeführt wird. Die Phasendifferenzen zwischen den U-, V- und W-Phasenströmen Iu, Iv, Iw, die jeweils eine Sinuswellenform bilden, betragen 120°. Unter Bezugnahme auf 2, gelten die unten beschriebenen Gleichungen 1 zwischen den Phasenströmen Iu, Iv, Iw, dem Phasen-Stromspitzenwert Ip und dem elektrischen Winkel des Phasenstroms θi. Die Phasen-Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit 16 erhält den Phasen-Stromspitzenwert Ip und den elektrischen Winkel des Phasenstrom θi durch die folgenden Gleichungen 1 basierend auf den durch die Phasen-Strombestimmungseinheit 14 bestimmten U-, V- und W-Phasenströmen Iu, Iv, Iw. $\begin{array}{l} Iu = Ip \times cos (θ i) \\ Iv = Ip \times cos (θ i - 2 / 3 π) \\ Iw = Ip \times cos (θ i + 2 / 3 π) \end{array}$
Die Einheit zur Bestimmung des Spitzenwerts der induzierten Spannung und des elektrischen Winkels 17 bestimmt einen induzierten Spannungsspitzenwert Ep und einen elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe basierend auf durch die Phasen-Strombestimmungseinheit 14 bestimmten Phasenströmen Iu, Iv, Iw und durch die Einheit zum Bestimmen einer angelegten Spannung 15 bestimmten angelegten Spannungen Vu, Vv, Vw. Eine Bestimmungsmethode des induzierten Spannungsspitzenwertes Ep und des elektrischen Winkels der induzierten Spannung θe lautet wie folgt.
3 ist ein Wellenformdiagramm einer induzierten Spannung, wenn eine Sinuswellenerregung in den U-, V- und W-Phasen durchgeführt wird. Die Phasendifferenzen zwischen in der U-, V- und W-Phasen induzierten Spannungen Eu, Ev, Ew, die jeweils eine Sinuswelle bilden, betragen 120°. Bezugnehmend auf 3 gelten die nachfolgenden Gleichungen 2 zwischen den induzierten Spannungen Eu, Ev, Ew, dem induzierten Spannungsspitzenwert Ep und dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe. $\begin{array}{l} Eu = Ep \times cos (θ e) \\ Ev = Ep \times cos (θ e - 2 / 3 π) \\ Ew = Ep \times cos (θ e + 2 / 3 π) \end{array}$
Auf der anderen Seite gelten die Gleichungen 3 zwischen den angelegten Spannungen Vu, Vv, Vw, den Phasenströmen Iu, Iv, Iw, Widerständen Rcu, Rcv, Rcw der Statorspulen (bekannt als Motorparameter) und den induzierten Spannungen Eu, Ev, Ew. $\begin{array}{l} Vu - Iu \times Rcu = Eu \\ Vv - Iv \times Rcv = Ev \\ Vw - Iw \times Rcw = Ew \end{array}$
Die Einheit zur Bestimmung des Spitzenwerts der induzierten Spannung und des elektrischen Winkels 17 erhält die in den U-, V- und W-Phasen induzierten Spannungen Eu, Ev, Ew durch die Gleichungen 3 basierend auf den durch die Phasen-Strombestimmungseinheit 14 bestimmten U-, V- und W-Phasenströmen Iu, Iv, Iw und den durch die Einheit zum Bestimmen einer angelegten Spannung 15 bestimmten U-, V- und W-Anlegespannungen Vu, Vv, Vw und erhält dann den induzierten Spannungsspitzenwert Ep und den elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe durch Gleichung 2 basierend auf den erhaltenen U-, V- und W-phasig induzierten Spannungen Eu, Ev, Ew.
Die Flussverkettungsbestimmungseinheit 18 bestimmt die Flussverkettung Ψp (=Ep/ω) des Rotors basierend auf dem durch die Einheit zur Bestimmung des Spitzenwerts der induzierten Spannung und des elektrischen Winkels 17 bestimmten induzierten Spannungsspitzenwert Ep und einer von der Rotationssteuereinheit 12 erhaltenen Rotor-Drehzahl ω. Die Rotor-Drehzahl ω wird bestimmt (errechnet) durch die Rotationssteuereinheit 12 durch dθm/dt.
Die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 bestimmt die Rotorposition θm basierend auf einem durch die Phasen-Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit 16 bestimmten Phasen-Stromspitzenwert Ip und elektrischen Winkel des Phasenstroms θi und einem durch die Einheit zur Bestimmung des Spitzenwerts der induzierten Spannung und des elektrischen Winkels 17 bestimmten elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe. Insbesondere bestimmt die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 die Rotorposition θm basierend einem elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe und einer Phase der induzierten Spannung γ, die durch den Phasen-Stromspitzenwert Ip und eine Differenz zwischen dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe und dem elektrischen Winkel des Phasenstroms θi erhalten wird [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)]. Hierbei wird die Rotorposition θm, die durch die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 bestimmt wird, als „erste Rotorposition θm1“ und die die Phase der induzierten Spannung γ, die aus dem Phasen-Stromspitzenwert Ip und [ (elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] erhalten wird, als „erste Phase der induzierten Spannung γ1" bezeichnet.
Insbesondere bestimmt in der vorliegenden Ausführungsform die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 die erste Rotorposition θm1 unter Verwendung einer ersten Rotorpositionsberechnungsgleichung (Gleichung 4, unten beschrieben) mit einem elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe und einer ersten Phase der induzierten Spannung γ1, die aus dem Phasen-Stromspitzenwert Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] erhalten wird, als Parameter. $\begin{array}{l} (erste Rotorposition θ m1) = (elektrische r Winkel der \\ induzierten Spannung θ e) - erste Phase der induzierten \\ Spannung γ 1) - 90 ° \end{array}$
Die erste Phase der induzierten Spannung γ1 in Gleichung 4 wird unter Bezugnahme auf eine Datentabelle TA ausgewählt. Die Datentabelle TA wird im Voraus erstellt und enthält den Phasen-Stromspitzenwert Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] als Parameter. Die Datentabelle TA kann beispielsweise wie folgt erstellt und in einem Speicher abgespeichert werden.
4 ist ein Motorvektordiagramm, wenn der Rotor des Synchronmotors 2 rotiert. Das Diagramm veranschaulicht die Beziehungen zwischen angelegter Spannung V (Vu bis Vw), Strom I (Iu bis Iw) und induzierter Spannung E (Eu bis Ew), ausgedrückt durch Vektoren im d-q Koordinatensystem. Die induzierte Spannung E wird durch [ωΨ] ausgedrückt. In 4 ist Vd eine d-Achsen-Komponente der angelegten Spannung V, Vq eine q-Achsen-Komponente der angelegten Spannung V, Id eine d-Achsen-Komponente des Stroms I, Iq eine q-Achsen-Komponente des Stroms I, Ed eine d-Achsen-Komponente der induzierten Spannung E und Eq eine q-Achsen-Komponente der induzierten Spannung E. Eine Phase der Spannung in Bezug auf die q-Achse ist α, eine Stromphase in Bezug auf die q-Achse ist β und eine Phase der induzierten Spannung in Bezug auf die q-Achse ist γ. In dem Diagramm ist Ψa ein magnetischer Fluss eines Permanentmagneten des Rotors, Ld ist eine d-Achsen Induktivität, Lq ist eine q-Achsen Induktivität, R ist ein Widerstandswert einer Statorspule (Rcu bis Rcw) und Ψ eine Flussverkettung des Rotors.
Die folgende Gleichung 5 kann unter Bezugnahme auf 4 abgeleitet werden und diese kann in die folgende Gleichung 6 umgeschrieben werden, indem die Werte bezüglich ω von der rechten Seite auf die linke Seite von Gleichung 5 übertragen werden. $(\begin{matrix} Vd \\ Vq \end{matrix}) = (\begin{matrix} R & - ω Lq \\ ω Ld & R \end{matrix}) (\begin{matrix} Id \\ Iq \end{matrix}) + (\begin{matrix} 0 \\ ωΨ a \end{matrix})$
$(\begin{matrix} Ed / ω = (Vd - Id \times R) / ω \\ Eq / ω = (Vq - Iq \times R) / ω \end{matrix}) = (\begin{matrix} 0 & - Lq \\ Ld & 0 \end{matrix}) (\begin{matrix} Id \\ Iq \end{matrix}) + (\begin{matrix} 0 \\ Ψ a \end{matrix})$
Die Datentabelle TA wird im Voraus basierend auf der Tatsache erstellt, dass die Gleichung 5 und die Gleichung 6 im Motorvektordiagramm aus 4 gelten. Das heißt, die Datentabelle TA der Phase der induzierten Spannung γ (erste Phase der induzierten Spannung γ1), die den Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der dem Strom I entspricht, und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)], der [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] entspricht, als Parameter beinhaltet, wird erstellt, indem die Phasen der induzierten Spannung γ zu dem Zeitpunkt gespeichert werden, zu dem [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] zu vorbestimmten Werten werden, während die Stromphase β und der Strom I, die im Motorvektordiagramm von 4 angezeigt werden, innerhalb vorgegebener Bereiche schrittweise erhöht werden.
Insbesondere werden, beispielsweise bei der Erhöhung der Stromphase β von -180° auf 180° um 0.001° und bei der Erhöhung des Stroms I von 0A auf ein Maximum (hier 64A) um 1A, die Phasen der Spannung α, die Stromphasen β und die Phasen der induzierten Spannung γ basierend auf dem Motorvektordiagramm aus 4 unter Verwendung der zugehörigen d- und q-Achsen Induktivitäten Ld, Lq des Synchronmotors 2 erhalten. Dann werden die Phasen der induzierten Spannung γ zu dem Zeitpunkt, wenn [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] 1°, 2°, 3°, ... wird, für jeden Strom I gespeichert. Dadurch entsteht die Datentabelle TA der Phase der induzierten Spannung γ (erste Phase der induzierten Spannung γ1), einschließlich des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip, der dem Strom I als Parameter entspricht und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)], der als ein anderer Parameter [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] entspricht.
Dann bestimmt (berechnet) die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 eine erste Rotorposition θm1, indem ein elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe und eine erste Phase der induzierten Spannung γ1, die in Abhängigkeit des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] von der Datentabelle TA ausgewählt wird, in die obengenannte erste Rotorpositionsberechnungsgleichung eingesetzt wird (Gleichung 4) .
Die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 bestimmt die Rotorposition θm basierend auf dem Phasenstrom-Spitzenwert Ip, die durch die Phasen-Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit 16 bestimmt wird, dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe, der durch die Einheit zur Bestimmung eines Spitzenwerts einer induzierten Spannung und eines elektrischen Winkels 17 bestimmt wird, und einer Flussverkettung Wp, die durch die Flussverkettungsbestimmungseinheit 18 bestimmt wird. Insbesondere bestimmt die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 die Rotorposition θm basierend auf dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe und der Phase der induzierten Spannung γ, die aus der Flussverknüpfung Ψp und dem Phasenstrom-Spitzenwert Ip erhalten wird. Die hierin durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 bestimmte Rotorposition θm wird als „zweite Rotorposition θm2“ bezeichnet und die Phase der induzierten Spannung γ, die aus der Flussverknüpfung Ψp und dem Spitzenwert des Phasenstroms Ip erhalten wird, wird als „zweite Phase der induzierten Spannung γ2“ bezeichnet.
Insbesondere bestimmt in der vorliegenden Ausführungsform die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 die zweite Rotorposition θm2 durch die Verwendung einer zweiten Rotorpositionsberechnungsgleichung (Gleichung 7, unten beschrieben) mit dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe und der zweiten Phase der induzierten Spannung γ2, die aus der Flussverknüpfung Ψp und dem Phasenstrom-Spitzenwert Ip erhalten wird, als Parameter. $\begin{array}{l} (zweite Rotorposition θ m 2) = (elektrischer Winkel der \\ induzierten Spannung θ e) - (zweite Phase der induz ierten \\ Spannung γ 2) - 90 ° \end{array}$
Die zweite Phase der induzierten Spannung γ2 in Gleichung 7 wird unter Bezugnahme auf eine Datentabelle TB ausgewählt. Die Datentabelle TB wird im Voraus erstellt und enthält den Phasenstrom-Spitzenwert Ip und die Flussverkettung Wp als Parameter. Die Datentabelle TB kann beispielsweise wie folgt erstellt und im Voraus in einem Speicher abgespeichert werden.
Ähnlich wie die Datentabelle TA wird auch die Datentabelle TB basierend auf der Tatsache, dass die Gleichung 5 und die Gleichung 6 im Motorvektordiagramm aus 4 gelten, im Voraus erstellt. Das heißt, die Datentabelle TB der Phase der induzierten Spannung γ (zweite Phase der induzierten Spannung γ2), die den Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der dem Strom I entspricht, und die durch die Flussverkettungseinheit 18 bestimmte Flussverkettung Ψp, die der Flussverkettung Ψ entspricht, als Parameter beinhaltet, wird erstellt, indem die Phase der induzierten Spannung γ zu dem Zeitpunkt gespeichert werden, zu dem die Flussverkettung Ψ zu vorbestimmten Werten wird, während die Stromphase β und der Strom I, die im Motorvektordiagramm von 4 angezeigt werden, innerhalb vorgegebener Bereiche schrittweise erhöht werden.
Insbesondere werden, beispielsweise bei der Erhöhung der Phase der Stromphase β von -180° auf 180° um 0.001° und bei der Erhöhung des Stroms I von 0A auf ein Maximum (hier 64A) um 1A, die Phase der induzierten Spannung γ und die Flussverkettungen Ψ erhalten. Dann wird die induzierte Spannung γ zu jeder zugehörigen Flussverkettung Ψ für jeden Strom I gespeichert. Dadurch wird die Datentabelle TB2 der Phase der induzierten Spannung γ (zweite Phase der induzierten Spannung γ2) erstellt, die als Parameter den Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der dem Strom I entspricht, und als weiteren Parameter die Flussverkettung Ψp, die der Flussverkettung Ψ entspricht, enthält.
Dann bestimmt (berechnet) die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 die zweite Rotorposition θm2, indem der elektrische Winkel der induzierten Spannung θe und die zweite Phase der induzierten Spannung γ2, die in Abhängigkeit des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und der Flussverkettung Ψp von der Datentabelle TB ausgewählt wird, in die obengenannte zweite Rotorpositionsberechnungsgleichung eingesetzt wird (Gleichung 7).
Die Auswahleinheit 21 wählt die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 durch entsprechende Steuerung eines Schalters 22 aus. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Auswahleinheit 21 dazu eingerichtet, die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 auf Grundlage des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und der Phase der induzierten Spannung γ (erste Phase der induzierten Spannung γ1, zweite Phase der induzierten Spannung γ2) auszuwählen. Wenn die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 ausgewählt wird, wird die erste Rotorposition θm1, die durch die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 bestimmt wird, in die Rotationssteuereinheit 12 als Rotorposition θm eingegeben, während, wenn die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 ausgewählt wird, die zweite Rotorposition θm2, die durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 bestimmt wird, in die Rotationssteuereinheit 12 als Rotorposition θm eingegeben wird. Der Grund für die Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 oder der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 auf diese Weise durch die Auswahleinheit 21 besteht darin, die Phase der induzierten Spannung γ stabil zu erhalten, und zwar nicht nur im Normal-Regelbereich, sondern auch im Flussschwächungs-Regelbereich, in dem die Flussschwächungs-Regelung durchgeführt wird, und schließlich die Rotorposition θm stabil zu bestimmen.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 oder der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 beschrieben, das von der Auswahleinheit 21 durchgeführt wird.
5 ist ein Diagramm zur Erklärung der Datentabelle TA, die in der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 verwendet wird, und veranschaulicht ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Phase der induzierten Spannung γ und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)]. 6 ist ein Diagramm zur Erklärung der Datentabelle TB, die in der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 verwendet wird, und veranschaulicht ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Phase der induzierten Spannung γ und der Flussverkettung Wp.
In 5 entsprechen die Kurven CA1 bis CA4, die die Beziehung zwischen der Phase der induzierten Spannung γ und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] kennzeichnen, einem Teil der Datentabelle TA, und in 6 entsprechen die Kurven CB1 bis CB4, die die Beziehung zwischen der Phase der induzierten Spannung γ und der Flussverkettung Ψp kennzeichnen, einem Teil der Datentabelle TB. Die Kurve CA1 in 5 und die Kurve CB1 in 6 kennzeichnen Fälle, in denen der Phasenstrom-Spitzenwert Ip niedrig ist (z.B. Ip ≤ 30A). Die Kurven CA2 und CA3 in 5 und die Kurven CB2 und CB3 in 6 kennzeichnen Fälle, in denen der Phasenstrom-Spitzenwert Ip mittel ist (z.B. 30 < Ip ≤ 50A). Die Kurve CA4 in 5 und die Kurve CB4 in 6 kennzeichnen Fälle, in denen der Phasenstrom-Spitzenwert Ip hoch ist (z.B. Ip >50A).
Bezugnehmend auf 5 ist in der Kurve CA1 der Fall gezeigt, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip niedrig ist und in der Kurve CA2 ist der Fall gezeigt, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip mittel ist, wobei [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] der Phase der induzierten Spannung γ eins zu eins entspricht, so dass es möglich ist, die Phase der induzierten Spannung γ aus [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] stabil zu erhalten. Jedoch hat jede der Kurven CA3, die den Fall zeigen, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip mittel ist, und der Kurven CA4, die den Fall zeigen, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip hoch ist, in dem Bereich, in dem die Phase der induzierten Spannung γ einen ersten vorbestimmten Wert (in diesem Fall 85 Grad) überschreitet, einen Änderungspunkt, an dem sich die Tendenzen stark ändern. Daher kann es einen Fall geben, bei dem mehrere Phasen der induzierten Spannung γ einem [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] entsprechen und dementsprechend ist zu befürchten, dass die Phase der induzierten Spannung γ nicht stabil aus [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] erhalten werden kann.
Auf der anderen Seite, bezogen auf 6, entsprechen in jeder der Kurven CB1, die den Fall zeigt, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip niedrig ist, der Kurven CB2 und CB3, die den Fall zeigen, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip mittel ist, und der Kurven CB4, die den Fall zeigt, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip hoch ist, mehrere Phasen der induzierten Spannung γ einer Flussverkettung Ψp und daher ist es schwierig, die Phase der induzierten Spannung γ stabil von der Flussverkettung Ψp zu erhalten. Wenn jedoch zum Beispiel nur ein Bereich in dem die Phase der induzierten Spannung γ größer oder gleich einem zweiten vorbestimmten Wert ist (hier 55 Grad) angestrebt wird, ist es möglich, die zur Flussverkettung Ψp zugehörige Phase der induzierten Spannung γ stabil durch die Kurven CB2, CB3 und CB4 zu erhalten.
Das heißt, wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip niedrig ist, ist es möglich, die Phase der induzierten Spannung γ durch die Verwendung der Kurve CA1 zu erhalten, und das ermöglicht letztendlich die Rotorposition θm stabil zu bestimmen. Wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip mittel oder höher ist, ist es möglich, die Phase der induzierten Spannung γ durch die Verwendung eines ersten Bereichs der Kurven CA2 bis CA4, in dem die Phase der induzierten Spannung γ kleiner oder gleich dem ersten vorbestimmten Wert (85 Grad) ist, und eines zweiten Bereichs der Kurven CB2 bis CB4, in dem die Phase der induzierten Spannung γ gleich oder größer dem zweiten vorbestimmten Wert (55 Grad) ist, stabil zu erhalten und das ermöglicht es schlussendlich, die Rotorposition θm stabil zu bestimmen. Darüber hinaus kann als Umschaltpunkt zum Umschalten zwischen einem Fall, in dem die Kurven CA2 bis CA4 verwendet werden (d.h. die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19, die die Datentabelle TA verwendet), und einem Fall, in dem die Kurven CB2 bis CB4 verwendet werden (d.h. die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20, die die Datentabelle TB verwendet), eine frei gewählte Phase der induzierten Spannung γ in einem Bereich vom zweiten vorbestimmten Wert (55 Grad) bis zum ersten vorbestimmten Wert (85 Grad), der ein Bereich ist, in dem sich der erste Bereich der Kurven CA2 bis CA4 und der zweite Bereich der Kurven CB2 bis CB4 überlappen, verwendet werden.
Demnach ist es in der vorliegenden Ausführungsform so eingerichtet, dass die Auswahleinheit 21 den Phasenstrom-Spitzenwert Ip und die Phase der induzierten Spannung γ (erste Phase der induzierten Spannung γ1, zweite Phase der induzierten Spannung γ2) überwacht und die Auswahleinheit 21 basierend auf diesen Werten die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 auswählt.
Vorzugsweise wird, wie in 7 gezeigt, die Datentabelle TA, die keinen Bereich abdeckt, in dem die Phase der induzierten Spannung γ den ersten vorbestimmten Wert (85 Grad) überschreitet, wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip mittel oder hoch ist(gestrichelte Linie), erstellt, und, wie in 8 gezeigt, wird die Datentabelle TB, die nicht den Fall, in dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip niedrig ist (gestrichelte Linie) und einen Bereich, in dem die Phase der induzierten Spannung γ kleiner als der zweite vorbestimmte Wert (55 Grad) ist, wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip mittel oder hoch ist (gestrichelte Linie), abdeckt, erstellt, und dann führt die Auswahleinheit 21 den Prozess zur Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 oder der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20, wie später beschrieben, aus.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für das von der Auswahleinheit 21 ausgeführte Verfahren zur Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 oder der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 zeigt. Dieses Flussdiagramm startet als Reaktion auf das von der Anlaufverarbeitungseinheit 11 ausgegebene Anlaufbeendigungssignal.
In Schritt S1 wird die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 ausgewählt. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform, wählt die Auswahleinheit 21 zuerst die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 aus, wenn das Anlaufen des Synchronmotors 2 abgeschlossen ist. Dies liegt daran, dass der Phasenstrom-Spitzenwert Ip unmittelbar nach Abschluss des Anlaufens des Synchronmotors 2 niedrig ist und dies ermöglicht der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19, die die Datentabelle TA verwendet, stabil die Rotorposition θm zu bestimmen.
In Schritt S2 werden ein Phasenstrom-Spitzenwert Ip und eine erste Phase der induzierten Spannung γ1 gelesen. Der in diesem Schritt gelesene Phasenstrom-Spitzenwert Ip ist der Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der zuletzt von der Phasen-Stromspitzenwert- und elektrischen Winkelbestimmungseinheit 16 bestimmt wurde, und die in diesem Schritt gelesene erste Phase der induzierten Spannung γ1 ist die erste Phase der induzierten Spannung γ1, die zuletzt von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 ausgewählt wurde.
In Schritt S3 wird bestimmt, ob der Phasenstrom-Spitzenwert Ip größer oder gleich einem ersten Schwellenwert TH1 ist. Wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip größer oder gleich dem erstem Schwellenwert TH1 ist, fährt der Prozess mit Schritt S4 fort, wohingegen der Prozess zu Schritt S2 zurückkehrt, wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip kleiner als der erste Schwellenwert TH1 ist. In der vorliegenden Ausführungsform kann der erste Schwellenwert TH1 auf einen beliebigen Wert von 30A oder weniger eingestellt werden.
Hierbei ist der in Schritt S3 mit dem ersten Schwellenwert TH1 verglichene Phasenstrom-Spitzenwert Ip typischerweise der Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der in Schritt S2 abgelesen wird, d.h. der Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der zuletzt von der Phasen-Stromspitzenwert- und elektrischen Winkelbestimmungseinheit 16 bestimmt wurde. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und ein Mittelwert (arithmetischer Mittelwert, gewichteter Mittelwert) oder ein letzter gleitender Mittelwert, der aus den letzten oder früheren Phasenstrom-Spitzenwerten Ip durch die Phasen-Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit 16 ermittelt wird, kann für den Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der mit dem ersten Schwellenwert TH1 verglichen wird, verwendet werden.
In Schritt S4 wird bestimmt, ob die erste Phase der induzierten Spannung γ1 größer oder gleich einem zweiten Schwellenwert TH2 ist. Wenn die erste Phase der induzierten Spannung γ1 größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert TH2 ist, fährt der Prozess mit Schritt S5 fort, wohingegen der Prozess zu Schritt S2 zurückkehrt, wenn die erste Phase der induzierten Spannung γ1 kleiner als der zweite Schwellenwert TH2 ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird der zweite Schwellenwert TH2 auf einen beliebigen Wert (beispielsweise 70 Grad) in einem Bereich von dem zweiten vorbestimmten Wert (55 Grad) zum ersten vorbestimmten Wert (85 Grad) eingestellt.
Hierbei ist die in Schritt S4 mit dem zweiten Schwellenwert TH2 verglichene erste Phase der induzierten Spannung γ1 typischerweise die erste Phase der induzierten Spannung γ1, die in Schritt S2 abgelesen wird, d.h. die erste Phase der induzierten Spannung γ1, die zuletzt von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 ausgewählt wurde. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und ein Mittelwert (arithmetischer Mittelwert, gewichteter Mittelwert) oder ein letzter gleitender Mittelwert, der aus der letzten oder früheren ersten Phase der induzierten Spannung γ1 durch die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 erhalten wurde, kann für die erste Phase der induzierten Spannung γ1, die mit dem zweiten Schwellenwert TH2 verglichen wird, verwendet werden.
In Schritt S5 wird die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 ausgewählt. Das heißt, die Auswahleinheit 21 wählt die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 anstelle der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19, so dass die Bestimmungseinheit zum Bestimmen der Rotorposition θm von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 auf die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 umgeschaltet wird.
In Schritt S6 werden ein Phasenstrom-Spitzenwert Ip und eine zweite Phase der induzierten Spannung γ2 gelesen. Der in diesem Schritt gelesene Phasenstrom-Spitzenwert Ip ist der Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der zuletzt von der Phasen-Stromspitzenwert- und elektrischen Winkelbestimmungseinheit 16 bestimmt wurde, und die in diesem Schritt gelesene zweite Phase der induzierten Spannung γ2 ist die zweite Phase der induzierten Spannung γ2, die zuletzt von der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 ausgewählt wurde.
In Schritt S7 wird, ähnlich wie in Schritt S3, bestimmt, ob der Phasenstrom-Spitzenwert Ip größer oder gleich einem ersten Schwellenwert TH1 ist. Wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip größer oder gleich dem ersten Schwellenwert TH1 ist, fährt der Prozess mit Schritt S8 fort. Auf der anderen Seite kehrt der Prozess zu Schritt S1 zurück, wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip kleiner als der erste Schwellenwert TH1 ist, und die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 wird ausgewählt. Das heißt, die Auswahleinheit 21 wählt die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 anstelle der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20, so dass die Bestimmungseinheit zur Bestimmung der Rotorposition θm von der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 auf die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 umgeschaltet wird.
Hierbei ist der in Schritt S7 mit dem ersten Schwellenwert TH1 verglichene Phasenstrom-Spitzenwert Ip typischerweise der Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der in Schritt S6 abgelesen wird, d.h. der Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der zuletzt von der Phasen-Stromspitzenwert- und elektrischen Winkelbestimmungseinheit 16 bestimmt wurde. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und ein Mittelwert (arithmetischer Mittelwert, gewichteter Mittelwert) oder ein letzter gleitender Mittelwert, der aus den letzten oder früheren Phasenstrom-Spitzenwerten Ip durch die Phasen-Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit 16 ermittelt wird, kann für den Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der mit dem ersten Schwellenwert TH1 verglichen wird, als Schwellenwert THi für den Stromspitzenwert verwendet werden.
In Schritt S8 wird bestimmt, ob die zweite Phase der induzierten Spannung γ2 größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert TH2 ist. Wenn die zweite Phase der induzierten Spannung γ2 größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert TH2 ist, kehrt der Prozess zu Schritt S6 zurück. Das heißt, der Zustand, in dem die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 ausgewählt ist, hält an. Auf der anderen Seite, wenn die zweite Phase der induzierten Spannung γ2 kleiner als der zweite Schwellenwert TH2 ist, kehrt der Prozess zu Schritt S1 zurück. Das heißt, die Auswahleinheit 21 wählt die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 anstelle der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 aus, so dass die Bestimmungseinheit zur Bestimmung der Rotorposition θm von der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 auf die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 umgeschaltet wird.
Hierbei ist die in Schritt S8 mit dem zweiten Schwellenwert TH2 verglichene zweite Phase der induzierten Spannung γ2 typischerweise die zweite Phase der induzierten Spannung γ2, die in Schritt S6 abgelesen wird, d.h. die zweite Phase der induzierten Spannung γ2, die zuletzt von der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 ausgewählt wurde. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und ein Mittelwert (arithmetischer Mittelwert, gewichteter Mittelwert) oder ein letzter gleitender Mittelwert, der aus der letzten oder früheren zweiten Phase der induzierten Spannung γ2 durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 erhalten wurde, kann für die zweite Phase der induzierten Spannung γ2, die mit dem zweiten Schwellenwert TH2 verglichen wird, als Schwellenwert THγ für die Phase der induzierten Spannung verwendet werden.
Somit ist die Auswahleinheit 21 in der vorliegenden Ausführungsform dazu eingerichtet, die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 basierend auf einem Phasenstrom-Spitzenwert Ip und einer Phase der induzierten Spannung γ (erste Phase der induzierten Spannung γ1, zweite Phase der induzierten Spannung γ2) auszuwählen. Insbesondere wählt nach der Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 die Auswahleinheit 21 die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 anstelle der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 aus, wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip größer oder gleich dem ersten Schwellenwert TH1 ist und die erste Phase der induzierten Spannung γ1 größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert TH2 ist. Darüber hinaus wählt nach der Auswahl der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 die Auswahleinheit 21 die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 anstelle der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 aus, wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip kleiner als der erste Schwellenwert TH1 ist oder die zweite Phase der induzierten Spannung γ2 kleiner als der zweite Schwellenwert TH2 ist.
Folglich wird die Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit oder der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit, insbesondere das Umschalten von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 auf die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 und das Umschalten von der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 20 auf die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19, in geeigneter Weise durchgeführt, so dass es möglich ist, den Erhalt einer fehlerhaften Rotorposition θm zu verhindern. Dies ermöglicht eine stabile und akkurate Bestimmung der Rotorposition θm sowohl im Normal-Regelbereich als auch im Flussschwächungs-Regelbereich, so dass es möglich ist, den Synchronmotor 2 durch die Motorsteuervorrichtung 1 stabil zu regeln.
Darüber hinaus ist die Auswahleinheit 21 in der vorliegenden Ausführungsform dazu eingerichtet, die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 auszuwählen, wenn sie das Anlaufbeendigungssignal von der Anlaufverarbeitungseinheit 11 erhält, d.h. wenn der Anlauf des Synchronmotors 2 abgeschlossen ist. Daher ist es möglich, schnell vom Anlaufvorgang zur Normal-Regelung, die basierend auf der Rotorposition θm erfolgt, zu wechseln.
Ferner ist die Auswahleinheit 21 in der vorstehenden Ausführungsform dazu eingerichtet, die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 auszuwählen, wenn sie das von der Anlaufverarbeitungseinheit 11 ausgegebene Anlaufbeendigungssignal erhält. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Auswahleinheit 21 kann dazu eingerichtet sein, die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 19 auszuwählen, wenn der Synchronmotor 2 anläuft. In diesem Fall führt die Anlaufverarbeitungseinheit 11 den Anlaufvorgang des Synchronmotors 2 aus, wenn sie von außen einen Betriebsbefehl erhält, während der Synchronmotor 2 angehalten ist, und die Anlaufverarbeitungseinheit 11 gibt ein Anlaufaktivierungssignal an die Auswahleinheit 21 aus. Die Auswahleinheit 21 ist so eingerichtet, dass sie, wenn sie das Anlaufaktivierungssignal erhält, den in 9 dargestellten Auswahlprozess startet.
Wenngleich die Ausführungen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung vorangehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und weitere Modifikationen und Änderungen können auf der Grundlage des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Motorsteuervorrichtung
2: Synchronmotor
3: Wechselrichter
11: Anlaufverarbeitungseinheit
12: Rotationssteuereinheit
13: Wechselrichteransteuereinheit
14: Phasen-Strombestimmungseinheit (Strombestimmungseinheit)
15: Einheit zum Bestimmen einer angelegten Spannung
16: Phasen-Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit (Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit)
17: Einheit zur Bestimmung eines Spitzenwerts einer induzierten Spannung und eines elektrischen Winkels
18: Flussverkettungsbestimmungseinheit
19: erste Rotorpositionsbestimmungseinheit
20: zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit
21: Auswahleinheit

Claims

Eine Motorsteuervorrichtung (1) aufweisend: eine Strombestimmungseinheit (14), die einen Strom (Iu, Iv, Iw) bestimmt, der durch eine Statorspule eines Synchronmotors (2) strömt; eine Einheit zum Bestimmen einer angelegten Spannung (15), die eine an die Statorspule angelegte Spannung (Vu, Vv, Vw) bestimmt; eine Stromspitzenwert- und elektrische Winkelbestimmungseinheit (16), die einen Stromspitzenwert (Ip) und einen elektrischen Stromwinkel (θi) basierend auf dem durch die Strombestimmungseinheit (14) bestimmten Strom (Iu, Iv, Iw) bestimmt; eine Einheit zur Bestimmung eines Spitzenwerts einer induzierten Spannung und eines elektrischen Winkels (17), die einen Spitzenwert einer induzierten Spannung (Ep) und einen elektrischen Winkel einer induzierten Spannung (θe) basierend auf dem durch die Strombestimmungseinheit (14) bestimmten Strom (Iu, Iv, Iw) und der durch die Einheit zum Erfassen einer angelegten Spannung (15) bestimmten angelegten Spannung (Vu, Vv, Vw) bestimmt; eine Flussverkettungsbestimmungseinheit (18), die eine Flussverkettung (Ψp) eines Rotors des Synchronmotors (2) basierend auf dem Spitzenwert der induzierten Spannung (Ep) und einer Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors (2) bestimmt; eine erste Rotorpositionsbestimmungseinheit (19), die eine Rotorposition (θm1) des Synchronmotors (2) basierend auf dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung (θe) und einer ersten Phase einer induzierten Spannung (γ1), die aus dem Stromspitzenwert (Ip) und einer Differenz zwischen dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung (θe) und dem elektrischen Stromwinkel (θi) erhalten wird, bestimmt; eine zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit (20), die eine Rotorposition (θm2) des Synchronmotors (2) basierend auf dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung (θe) und einer zweiten Phase der induzierten Spannung (γ2), die aus der Flussverkettung (Ψp) und dem Stromspitzenwert (Ip) erhalten wird, bestimmt; und eine Auswahleinheit (21), die die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit (19) oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit (20) basierend auf dem Stromspitzenwert (Ip) und der ersten Phase der induzierten Spannung (γ1) oder der zweiten Phase der induzierten Spannung (γ2) auswählt, wobei die Auswahleinheit (21) nach der Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit (19) die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit (20) anstelle der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit (19) auswählt, wenn der Stromspitzenwert (Ip) größer oder gleich einem Schwellenwert für einen Stromspitzenwert (TH1) ist und die erste Phase der induzierten Spannung (γ1) größer oder gleich einem Schwellenwert für eine Phase der induzierten Spannung (TH2) ist, und wobei die Auswahleinheit (21) nach der Auswahl der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit (20) die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit (19) anstelle der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit (20) auswählt, wenn der Stromspitzenwert (Ip) kleiner als der Schwellenwert für einen Stromspitzenwert (TH1) ist oder die zweite Phase der induzierten Spannung (γ2) kleiner als der Schwellenwert für eine Phase der induzierten Spannung (TH2) ist.
Die Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Auswahleinheit (21) die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit (19) auswählt, wenn der Synchronmotor (2) anläuft oder wenn das Anlaufen des Synchronmotors (2) abgeschlossen ist.