DE112020005654T5

DE112020005654T5 - Motorantriebseinrichtung, ausseneinheit einer klimaanlage, die diese enthält, undmotorantriebssteuerverfahren

Info

Publication number: DE112020005654T5
Application number: DE112020005654.6T
Authority: DE
Inventors: Noriya Nakao; Kazuaki Tobari; Tomohiro Sugino
Original assignee: Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Current assignee: Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2022-11-24
Also published as: WO2021171679A1; CN115004537A; JP7213196B2; JP2021136811A

Abstract

Es werden eine Motorantriebseinrichtung, eine Außeneinheit einer Klimaanlage mit einer Motorantriebseinrichtung und ein Motorantriebsverfahren, die in der Lage sind, eine Drehmomentpulsation aufgrund einer durch einen Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung und einer durch einen Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung wirksam zu verhindern, bereitgestellt. Die Motorantriebseinrichtung enthält eine Leistungswandlungsschaltung, die einem Motor Leistung zuführt, eine Steuereinheit, die die Leistungswandlungsschaltung steuert, und einen Stromsensor, der einen dem Motor zugeführten Dreiphasenstrom ermittelt. Die Steuereinheit enthält eine Sollspannungsberechnungseinheit, die eine zum Antreiben des Motors beitragende Sollspannung berechnet, eine Pulsationsstromermittlungseinheit, die eine erste Komponente und eine zweite Komponente erzeugt, die durch Extrahieren einer Pulsationskomponente einer jeden Komponente basierend auf Komponenten, die durch Trennen eines von dem Stromsensor ermittelten Dreiphasen-Ermittlungsstroms in zueinander orthogonale Komponenten erhalten werden, erhalten werden, eine Drehmomentpulsationkompensationseinheit, die eine erste Kompensationssollspannung zum Kompensieren einer durch eine Struktur des Motors verursachten Drehmomentpulsation basierend auf der ersten Komponente ausgibt,

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorantriebseinrichtung zum Antreiben eines Motors (Elektromotors) und die Steuerung der Motorantriebseinrichtung, und insbesondere eine Technik, die wirksam eingesetzt wird, um die Steuerung des Motors (Elektromotors), der in Anwendungen, die Ruhe erfordern, verwendet wird, anzutreiben.
Hintergrund
Eine induzierte Spannung eines Permanentmagnet-Synchronmotors enthält idealerweise nur Fundamentalwellenkomponenten, enthält aber tatsächlich räumliche harmonische Komponenten wie beispielsweise Komponenten fünfter Ordnung und Komponenten siebter Ordnung in einem stationären Dreiphasenkoordinatensystem. Verzerrungskomponenten der induzierten Spannung werden zu einer Ursache für die Pulsation eines Motordrehmoments, und das fluktuierende Drehmoment wird zu einer Erregungsquelle für mechanische Resonanz, wodurch Störungen und Vibrationen erzeugt werden.
Die Störungen und Vibrationen, die durch die mechanische Resonanz erzeugt werden, können zum Beispiel durch Vorsehen eines Antivibrationsgummis an einem Teil, an dem der Motor angebracht ist, oder an einem Rotationslagerteil verringert werden. Dieses Verfahren hat jedoch die Nachteile, dass eine Struktur mit einer Zunahme der Anzahl von Komponenten kompliziert wird und dass die Kosten weiter erhöht werden.
Daher wurde eine Technik (im Folgenden als Steuerung zur Verhinderung von Drehmomentpulsation bezeichnet) zum Verhindern von Drehmomentpulsation, die eine Erregungsquelle für mechanische Resonanz ist, basierend auf einem Steuerungsverfahren eines Permanentmagnet-Synchronmotors ohne Verwendung eines Elements wie beispielsweise eines Antivibrationsgummis entwickelt.
Wenn die Drehmomentpulsation durch die Steuerung verhindert wird, ist es notwendig zu wissen, wie viel Verzerrungskomponenten der induzierten Spannung enthalten sind, um einen Steuerbefehl zu erzeugen. Als ein Verfahren wird ein Verfahren zum Messen von Motoreigenschaften, die eine Wellenform der induzierten Spannung enthalten, im Voraus in Betracht gezogen, aber es ist nicht einfach, eine individuelle Messung an einem nicht spezifizierten Motor durchzuführen. Darüber hinaus kann es schwierig sein, die Motoreigenschaften bestehender Produkte oder dergleichen zu messen.
Als Hintergrund auf diesem technischen Gebiet gibt es zum Beispiel ein Verfahren, wie es in PTL 1 offenbart ist. PTL 1 offenbart, dass „eine Steuerungseinrichtung für den Antrieb eines Synchron-Elektromotors enthält: eine Stromsteuereinheit, die einen Statorstrom als ein Vektorsignal in einem dq-Synchron-Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen erfasst, wobei eine N-Pol-Phase des Rotors als d-Achsen-Phase genommen wird, und die eine Steuerung durchführt, um einem endgültigen Stromsollwert zu folgen; eine Kompensationssignalerzeugungseinheit, die ein Kompensationssignal zum Kompensieren eines anfänglichen Drehmomentsollwerts oder eines anfänglichen Stromsollwerts erzeugt; und eine Einheit zur Erzeugung eines endgültigen Stromsollwerts, die den anfänglichen Drehmomentsollwert oder den anfänglichen Stromsollwert unter Verwendung des erzeugten Kompensationssignals kompensiert, um den endgültigen Stromsollwert zu erzeugen, wobei die Einheit zur Erzeugung des Kompensationssignals derart ausgebildet ist, dass ein Teil oder alle harmonischen Komponenten, die in einer induzierten Spannung enthalten sind, in Echtzeit extrahiert werden, und das Kompensationssignal unter Verwendung zumindest von in Echtzeit extrahierten harmonischen Komponenten der induzierten Spannung, eines Statorstrom-Äquivalenzwerts und eines Rotordrehzahl-Äquivalenzwerts erzeugt wird.“
Durch Online-Schätzen gewünschter Parameter basierend auf einem Steuerbefehl und Sensorinformationen in der Motorantriebseinrichtung wie in PTL 1 kann eine hohe Vielseitigkeit auch bei Anwendungen wie beispielsweise einem Lüfter und einer Pumpe, die mit einem nicht spezifizierten Motor ausgestattet sind, realisiert werden.
PTL 2 offenbart „eine Leistungswandlungseinrichtung, die einen Kompensationsbetrag zum Kompensieren eines Spannungssollwerts unter Verwendung eines von einer Leistungswandlungseinheit an eine Last gelieferten Stromwerts oder eines Spannungssollwerts zum Erzeugen eines Schaltbefehls erhält, wenn Schaltelemente durch den Schaltbefehl basierend auf einem Totzeit-Längenbefehl, der eine Länge einer Totzeit als eine Schutzperiode, in der die Schaltelemente ausgeschaltet werden, bestimmt, ein- oder ausgeschaltet werden“.
PTL 3 offenbart „eine Motorantriebseinrichtung, die eine Leistungswandlungsschaltung zum Antreiben eines Permanentmagnetmotors und eine Steuereinheit, die die Leistungswandlungsschaltung steuert, enthält, wobei die Steuereinheit eine Einheit zur Erzeugung eines Spannungsbefehls und eine Drehmomentpulsationkompensationseinheit enthält, wobei die Drehmomentpulsationkompensationseinheit eine Amplitudenerzeugungseinheit, eine Korrekturspannungserzeugungseinheit und eine Additionseinheit enthält, die Einheit zur Erzeugung eines Spannungsbefehls einen Spannungsbefehl ausgibt, die Amplitudenerzeugungseinheit eine Korrekturspannungsamplitude ausgibt, die Korrekturspannungserzeugungseinheit einen Korrekturspannungsbefehl aus der Korrekturspannungsamplitude und einer Rotorposition ausgibt, die Additionseinheit einen korrigierten Spannungsbefehl aus dem Spannungsbefehl und dem Korrekturspannungsbefehl ausgibt, und die Leistungswandlungsschaltung basierend auf dem korrigierten Spannungsbefehl betrieben wird“.
Zitierliste
Patentliteratur

PTL 1: JP-A-2012-100510
PTL 2: JP-A-2018-182901
PTL 3: JP-A-2017-229126

Überblick über die Erfindung
Technisches Problem
Auf diese Weise enthalten Verzerrungskomponenten der induzierten Spannung in dem Permanentmagnet-Synchronmotor, wie oben beschrieben, Ordnungskomponenten wie beispielsweise die Komponenten fünfter Ordnung und die Komponenten siebter Ordnung auf dem dreiphasigen stationären Koordinatensystem. Diese Ordnungskomponenten erscheinen als Komponenten sechster Ordnung auf zweiachsigen orthogonalen Koordinaten (im Folgenden als dq-Koordinaten bezeichnet), die mit der elektrischen Drehung des Motors synchronisiert sind. Durch Konstruieren eines Beobachters, wie in PTL 1 offenbart, auf den dq-Koordinaten können daher die Verzerrungskomponenten der induzierten Spannung, die der Störung entsprechen, basierend auf den Komponenten sechster Ordnung, die in dem Steuerbefehl enthalten sind, und den Sensorinformationen geschätzt werden.
Wenn jedoch der Steuerbefehl oder die Sensorinformationen aufgrund mehrerer Faktoren Komponenten sechster Ordnung enthalten, kann das in PTL 1 offenbarte Verfahren Einflüsse nicht für jeden Faktor trennen, was zu einem Problem führt, dass die Verzerrungskomponenten der induzierten Spannung nicht genau geschätzt werden können.
Ein weiterer Faktor, weswegen die Komponenten sechster Ordnung in dem Steuerbefehl oder den Sensorinformationen enthalten sind, enthält einen durch einen Inverter verursachten Ausgangsspannungsfehler. Der Inverter betreibt Schaltelemente, um dem Motor Leistung zuzuführen und setzt eine Periode (im Folgenden auch als Totzeit bezeichnet), in der die Schaltelemente gleichzeitig abgeschaltet werden, um einen Kurzschluss zwischen oberen und unteren Armen zu verhindern. Dementsprechend erzeugt eine Ausgangsspannung des Inverters eine Abweichung gegenüber einer Sollspannung, und eine Störspannung sechster Ordnung wird auf den dq-Koordinaten erzeugt.
Wenn die Steuerung zur Verhinderung von Drehmomentpulsation, wie oben beschrieben, realisiert wird, während durch den Motor verursachte induzierte Spannungsverzerrungen und durch den Inverter verursachte Ausgangsspannungsverzerrungen zugleich vorhanden sind, ist es erforderlich, über ein Verfahren zu verfügen, das diese Einflüsse von dem Steuerbefehl und den Sensorinformationen trennt und die zugehörigen Parameter zur Kompensation individuell schätzt.
PTL 2 offenbart ein effektives Verfahren zum Trennen der beiden Einflüsse von einem Ermittlungsstrom. Bei diesem Verfahren wird eine Länge der Totzeit, die normalerweise als konstant eingestellt ist, in einem anderen Zyklus als einer sechsten Ordnung geändert, wodurch eine Beeinflussung der Verzerrungskomponenten der induzierten Spannung, die sich in einem Zyklus sechster Ordnung ändert, vermieden wird.
PTL 2 kompensiert die durch den Inverter verursachte Verzerrung der Ausgangsspannung und ist der Ansicht, dass eine Steuerung zur Verhinderung der Drehmomentpulsation durch Kombinieren bestehender Verfahren zum Kompensieren der durch den Motor verursachten Verzerrung der induzierten Spannung effektiver realisiert werden kann. Wenn jedoch die Länge der Totzeit geändert wird, ist es erforderlich, zu verhindern, dass ein auf eine Breite eingestellter unterer Endwert unter eine Aus-Periode fällt, was erforderlich ist, um den Kurzschluss zwischen den oberen und unteren Armen zu verhindern, und daher ist die Auslegung der Steuerung kompliziert.
Außerdem kann es schwierig sein, die Totzeit wie in PTL 2 periodisch zu ändern, da eine kostengünstige Antriebsvorrichtung für einen Lüfter oder eine Pumpe verwendet wird.
Daher besteht ein Ziel der Erfindung darin, eine Motorantriebseinrichtung, eine Außeneinheit einer Klimaanlage, die die Motorantriebseinrichtung enthält, und ein Motorantriebssteuerverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Drehmomentpulsation aufgrund einer durch einen Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung und einer durch einen Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung wirksam zu verhindern.
Lösung des Problems
Um die obigen Probleme zu lösen, enthält eine Motorantriebseinrichtung gemäß der Erfindung eine Leistungswandlungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einem Motor Leistung zuzuführen, eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, die Leistungswandlungsschaltung zu steuern, und einen Stromsensor, der dazu ausgebildet ist, einen dem Motor zugeführten Dreiphasenstrom zu erfassen. Die Steuereinheit enthält eine Sollspannungsberechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Sollspannung, die dazu beiträgt, den Motor anzutreiben, zu berechnen, eine Pulsationsstromermittlungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine erste Komponente und eine zweite Komponente zu erzeugen, die durch Extrahieren einer Pulsationskomponente jeder Komponente basierend auf Komponenten erhalten werden, die durch Trennen eines von dem Stromsensor erfassten Dreiphasen-Ermittlungsstroms in zueinander orthogonale Komponenten erhalten werden, eine Drehmomentpulsationkompensationseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine erste Kompensationssollspannung zum Kompensieren einer durch eine Struktur des Motors verursachten Drehmomentpulsation basierend auf der ersten Komponente auszugeben, und eine Totzeitkompensationseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine zweite Kompensationssollspannung zum Kompensieren einer durch eine Totzeit der Leistungswandlungsschaltung verursachten Ausgangsspannungsverzerrung basierend auf der zweiten Komponente auszugeben. Die Drehmomentpulsation und die Ausgangsspannungsverzerrung werden durch Korrigieren der Sollspannung basierend auf der ersten Kompensationssollspannung und der zweiten Kompensationssollspannung verringert.
Eine Außeneinheit einer Klimaanlage gemäß der Erfindung enthält einen Permanentmagnet-Synchronmotor, eine Motorantriebseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Permanentmagnet-Synchronmotor anzutreiben, einen mit dem Permanentmagnet-Synchronmotor verbundenen Lüfter, einen Rahmen, an dem der Permanentmagnet-Synchronmotor angebracht ist, und ein Kompressoreinrichtungssystem. Die Motorantriebseinrichtung ist eine Motorantriebseinrichtung, die die oben genannten Eigenschaften aufweist.
Ein Motorantriebssteuerverfahren gemäß der Erfindung beinhaltet das Erzeugen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente durch Erfassen eines einem Motor zugeführten Dreiphasenstroms, das Trennen des erfassten Dreiphasenermittlungsstroms in zueinander orthogonale Komponenten und das Extrahieren einer Pulsationskomponente einer jeden Komponente, das Erzeugen einer ersten Kompensationssollspannung zum Kompensieren einer durch eine Struktur des Motors verursachten Drehmomentpulsation basierend auf der ersten Komponente, das Erzeugen einer zweiten Kompensationssollspannung zum Kompensieren einer durch eine Totzeit einer Leistungswandlungsschaltung verursachten Ausgangsspannungsverzerrung basierend auf der zweiten Komponente, und das Verringern der Drehmomentpulsation und der Ausgangsspannungsverzerrung durch Korrigieren einer Sollspannung, die zum Antreiben des Motors beiträgt, basierend auf der ersten Kompensationssollspannung und der zweiten Kompensationssollspannung.
Vorteilhafter Effekt
Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Motorantriebseinrichtung, die Außeneinheit einer Klimaanlage, die die Motorantriebseinrichtung enthält, und das Motorantriebssteuerverfahren, die in der Lage sind, die Drehmomentpulsation aufgrund einer durch einen Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung und die durch einen Inverter verursachte Ausgangsspannungsverzerrung wirksam zu verhindern, bereitzustellen.
Daher ist es möglich, eine äußerst vielseitige Motorantriebseinrichtung, die in der Lage ist, Störungen und Vibrationen eines Motors zu verringern, ohne dass eine vorherige Einstellung basierend auf einem Vortest oder dergleichen erforderlich ist, und die in der Lage ist, mit verschiedenen Motoren, einer Außeneinheit einer Klimaanlage, die die Motorantriebseinrichtung enthält, fertig zu werden, und ein Motorantriebssteuerverfahren zu realisieren.
Andere als die oben beschriebenen Probleme, Konfigurationen und Effekte werden in der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen erläutert.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
[2] 2 ist ein Diagramm, in dem ein Teil der Konfiguration von 1 in dq-Koordinaten ausgedrückt ist.
[3] 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Spannungsverzerrungswellenformen für jeden Faktor zeigt.
[4] 4 ist ein Diagramm, das eine Trajektorie eines Stromvektors und Spannungsverzerrungskomponente zeigt, wenn nur ein q-Achsenstrom zugeführt wird.
[5] 5 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Pulsationsstromrmittlungseinheit 116 in 1 zeigt.
[6] 6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 in 1 zeigt.
[7] 7 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Totzeitkompensationseinheit 112 in 1 zeigt.
[8] 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Betriebswellenformen der Motorantriebseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
[9] 9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
[10] 10 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109' in 9 zeigt.
[11] 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Betriebswellenformen der Motorantriebseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
[12] 12 ist ein Diagramm, das eine Trajektorie eines Stromvektors und einer Spannungsverzerrungskomponente zeigt, wenn d-Achsen- und q-Achsenströme zugeführt werden.
[13] 13 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
[14] 14 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Pulsationsstromermittlungseinheit 116' in 13 zeigt.
[15] 15 ist ein Diagramm, das eine Außeneinheit einer Klimaanlage gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und detaillierte Beschreibungen der gleichen Komponenten sind weggelassen.
Erste Ausführungsform
Eine Motorantriebseinrichtung und ein Steuerungsverfahren der Motorantriebseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben.
1 ist ein Konfigurationsdiagramm der Motorantriebseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, enthält eine Motorantriebseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 102, eine Steuereinheit 103, eine Leistungswandlungsschaltung 104 (im Folgenden auch als „Inverter“ bezeichnet), die einem Permanentmagnet-Synchronmotor 101 (im Folgenden auch einfach als „Motor“ bezeichnet) Leistung zuführt, und einen Stromsensor 105. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 102 in der Motorantriebseinrichtung 100 vorgesehen und kann auch in der Steuereinheit 103 oder außerhalb der Motorantriebseinrichtung 100 vorgesehen sein.
Die Steuereinheit 103 gibt basierend auf einer durch die Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 102 erteilten Sollgeschwindigkeit ωr* und durch den Stromsensor 105 ermittelten Dreiphasenermittlungsströmen Iu, Iv und Iw Dreiphasensollspannungen Vu*, Vv* und Vw* aus und steuert eine Drehzahl des Motors 101. Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform alle Dreiphasenströme durch den Stromsensor 105 erfasst werden, können auch zwei beliebige Phasen durch den Stromsensor 105 erfasst werden, und die verbleibende eine Phase kann durch die Steuereinheit 103 berechnet werden.
Die Leistungswandlungsschaltung 104 führt basierend auf den durch die Steuereinheit 103 ausgegebenen Dreiphasensollspannungen Vu*, Vv* und Vw* eine Pulsweitenmodula-tions-(PWM)-Steuerung durch und erzeugt eine pulsartige Ausgangsspannung, um den Motor 101 anzutreiben.
Die Steuereinheit 103 weist eine Vektorsteuerung als Grundkonfiguration auf. Die Sollgeschwindigkeit (ωr*, die von der Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 102 in die Steuereinheit 103 eingespeist wird, wird in einer Verstärkungsmultiplikationseinheit 106 mit einer Verstärkung von „der Anzahl von Motorpolen P/2“ multipliziert, um eine elektrische Winkelgeschwindigkeit (P/2)·ωr* zu berechnen.
Eine Sollspannungsberechnungseinheit 107 berechnet d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc* basierend auf einem voreingestellten d-Achsen-Sollstrom Id*, einem q-Achsen-Sollstrom Iq*, der aus einem q-Achsen-Ermittlungsstrom Iqc über ein Tiefpassfilter (TPF) 108 berechnet wird, der elektrischen Winkelgeschwindigkeit (P/2)·ωr*\ und einem Einstellwert einer Motorkonstante. Die d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc* sind Sollspannungen eines DC-Anteils, der zur Drehung des Motors 101 beiträgt.
Eine Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 berechnet d-Achsen- und q-Achsen-Kompensationssollspannungen ΔVd* und ΔVq* zum Kompensieren eines Einflusses einer durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung. Die d-Achsen- und q-Achsen-Kompensationssollspannungen ΔVd* und ΔVq* werden durch eine Additionseinheit 110 zu den d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc* addiert, um kompensierte d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc** und Vqc** zu erzeugen. Weiterhin enthält die Additionseinheit 110 Additionseinheiten 110a und 110b.
Eine dq-nach-Dreiphasen-Umwandlungseinheit 111 wandelt die kompensierten d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc** und Vqc** basierend auf einer Rotorposition θdc in Dreiphasen-Sollspannungen Vu*, Vv*, Vw* um.
Eine Totzeitkompensationseinheit 112 erzeugt Dreiphasenkompensationssollspannungen ΔVu*, ΔVv* und ΔVw* zum Kompensieren eines Einflusses einer durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung. Die Dreiphasenkompensationssollspannungen ΔVu*, ΔVv* und ΔVw* werden durch eine Additionseinheit 113 zu den Dreiphasensollspannungen Vu*, Vv* und Vw* addiert, um kompensierte Dreiphasen-Sollspannungen Vu**, Vv** und Vw**, die in die Leistungswandlungsschaltung 104 eingespeist werden, zu erzeugen. Die Additionseinheit 113 enthält Additionseinheiten 113a, 113b und 113c.
Eine Rotorpositionermittlungseinheit 114 berechnet basierend auf den d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc*, den d-Achsen- und q-Achsen-Ermittlungsströmen Idc und Iqc, der elektrischen Winkelgeschwindigkeit (P/2)·ωr* und dem Einstellwert der Motorkonstante einen Achsfehler Δθc, der eine Phasenabweichung zwischen einer Steuerachse (dc-Achse) und einer Magnetflussachse (d-Achse) des Motors ist. Dann steuert eine Phasenregelschleife („phase locked loop“; PLL) die elektrische Winkelgeschwindigkeit, so dass Δθc Null wird, und integriert den erhaltenen Wert, um die Rotorposition θdc zu berechnen. Das heißt, die vorliegende Ausführungsform enthält eine sensorlose Vektorsteuerung, ohne dass ein Positionssensor erforderlich ist.
Eine Dreiphasen-nach-dq-Umwandlungseinheit 115 wandelt die Dreiphasen-Ermittlungsströme Iu, Iv, Iw basierend auf der Rotorposition θdc in d-Achsen- und q-Achsen-Ermittlungsströme Idc, Iqc um.
Eine Pulsationsstromermittlungseinheit 116 extrahiert basierend auf der Rotorposition θdc und den d-Achsen- und q-Achsen-Ermittlungsströmen Idc und Iqc eine erste Komponente Ih1 und eine zweite Komponente Ih2, die Pulsationskomponenten der d-Achsen- und q-Achsen-Ermittlungsströme Idc und Iqc sind. Die erste Komponente Ih1 und die zweite Komponente Ih2 werden in die Drehmomentpulsationsompensationseinheit 109 bzw. die Totzeitkompensationseinheit 112 eingespeist und werden für die Schätzungsberechnung von mit der Kompensationssteuerung verbundenen Parameter verwendet.
Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der Einfluss der durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung und der Einfluss der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung als die Pulsationskomponenten der d-Achsen- und q-Achsen-Ermittlungsströme Idc und Iqc erscheinen und durch geeignetes Extrahieren der Informationen durch die Pulsationsstromermittlungseinheit 116 gesteuert werden.
Eine grundlegende Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist oben beschrieben worden.
Die Sollspannungsberechnungseinheit 107 berechnet die d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc* basierend auf dem d-Achsen-Sollstrom Id*, dem q-Achsen-Sollstrom Iq*, der elektrischen Winkelgeschwindigkeit (P/2)·ωr* und dem Einstellwert der Motorkonstante gemäß der folgenden Gleichung (1).
[Gleichung 1] $[\begin{matrix} V_{d c}^{*} \\ V_{q c}^{*} \end{matrix}] = R^{*} \cdot [\begin{matrix} I_{d}^{*} \\ I_{q}^{*} \end{matrix}] + \frac{P}{2} ω_{r}^{*} \cdot [\begin{matrix} - L_{q}^{*} & I^{*}_{q} \\ L_{d} & I_{d} \end{matrix}] + \frac{P}{2} ω_{r}^{*} \cdot [\begin{matrix} 0 \\ K_{e}^{*} \end{matrix}]$
In Gleichung (1) repräsentiert R den Wicklungswiderstand, Ld repräsentiert die d-Achsen-Induktivität, Lq repräsentiert die q-Achsen-Induktivität, Ke repräsentiert einen Koeffizienten der induzierten Spannung und ein hochgestellter * repräsentiert einen Einstellwert einer jeden Motorkonstanten.
Die Sollspannungsberechnungseinheit 107 verwendet einen voreingestellten konstanten Wert als den d-Achsen-Sollstrom Id* und verwendet einen durch Tiefpassfilterverarbeiten des q-Achsen-Ermittlungsstroms Iqc durch das TPF 108 erhaltenen Wert als den q-Achsen-Sollstrom Iq*, um die Berechnung von Gleichung (1) durchzuführen.
Daher sind der d-Achsen-Sollstrom Id* und der q-Achsen-Sollstrom Iq* in einem stationären Zustand, in dem der Motor 101 mit einer konstanten Geschwindigkeit angetrieben wird, konstant, und die d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc* sind ebenfalls konstant.
Die Rotorpositionermittlungseinheit 114 berechnet den Achsfehler Δθc basierend auf den d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc*, den d-Achsen- und q-Achsen-Ermittlungsströmen Idc und Iqc, einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω1c und dem Einstellwert der Motorkonstante gemäß der folgenden Gleichung (2).
[Gleichung 2] $Δ θ_{c} = {tan}^{- 1} [\frac{V_{d c}^{*} - R^{*} \cdot I_{d c} + ω_{1 c} \cdot L_{q}^{*} \cdot I_{q c}}{V_{q c}^{*} - R^{*} \cdot I_{q c} + ω_{1 c} \cdot L_{q}^{*} \cdot I_{d c}}]$
In Gleichung (2) ist die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω1c ein Signal, das durch Einstellen der elektrischen Winkelgeschwindigkeit durch die PLL erhalten wird, so dass der Achsenfehler Δθc Null wird. Die Rotorpositionermittlungseinheit 114 integriert die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω1c, um die Rotorposition θdc zu berechnen.
Wenn, wie oben beschrieben, der Motor 101 mit der oben ausgebildeten Konfiguration angetrieben wird, erscheinen der Einfluss der durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung und der Einfluss der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung als die Pulsationskomponenten der d-Achsen- und q-Achsen-Ermittlungsströme Idc und Iqc. Dieses Prinzip wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
2 zeigt Elemente, die zur Beschreibung in der in 1 gezeigten Konfiguration erforderlich sind, und zeigt nicht die Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 und die Totzeitkompensationseinheit 112. Weiterhin ist ein Permanentmagnet-Synchronmotor 200 durch ein Ersatzmodel in dq-Koordinaten gezeigt. Subtraktionseinheiten 201a und 201b subtrahieren (P/2)·ωr·Kehd und (P/2)·ωr·Kehq, die durch Multiplizieren der Verzerrungskomponenten Kehd und Kehq der induzierten Spannungskoeffizienten auf der d-Achse bzw. der q-Achse mit einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit (P/2)·ωr erhalten werden.
Das heißt, die Subtraktionseinheiten 201a und 201b drücken den Einfluss der durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung auf die dq-Koordinaten äquivalent aus.
Subtraktionseinheiten 202a und 202b subtrahieren die Ausgangsspannungsverzerrungen Vtdd und Vtdq aufgrund von Totzeiten auf der d-Achse und der q-Achse.
Das heißt, die Subtraktionseinheiten 202a und 202b drücken äquivalent den Einfluss der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung auf die dq-Koordinaten aus.
In 2 bedeuten Pfeile mit durchgezogener Linie „DC-Anteil + AC-Anteil“, und gestrichelte Pfeile bedeuten „nur DC-Anteil“.
Wie in 2 gezeigt, werden, wenn die durch den Motor verursachte induzierte Spannungsverzerrung und die durch den Inverter verursachte Ausgangsspannungsverzerrung vorhanden sind, ''(P/2) ·ωr·Kehd + Vtdd'' und ''(P/2) ·ωr·Kehq + Vtdq'' als AC-Anteile jeweils von den durch die Sollspannungsberechnungseinheit 107 erzeugten d-Achsen- bzw. q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc* subtrahiert.
Infolgedessen wird der Permanentmagnet-Synchronmotor 200 zusätzlich zu den d-Achsen- und q-Achsen-DC-Komponenten Id und Iq mit Pulsationskomponenten Idh und Iqh erregt. Von diesen Strömen wird der q-Achsenstrom „Iq + Iqh“ über das TPF 108 in den q-Achsen-Sollstrom Iq* umgewandelt und an die Sollspannungsberechnungseinheit 107 zurückgeführt. Zu dieser Zeit wird eine Grenzfrequenz des TPF 108 so gesetzt, dass sie hinreichend kleiner ist als eine Fluktuationsfrequenz der Pulsationskomponente Iqh des q-Achsenstroms, und somit ist Iq* = Iq.
Folglich sind die durch die Sollspannungsberechnungseinheit 107 erzeugten d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc* DC-Anteile, und es werden nur die DC-Komponenten Id und Iq der d-Achsen- und q-Achsen-Ströme gesteuert.
Andererseits bleiben die Pulsationskomponenten Idh und Iqh unabhängig von der Sollspannungsberechnungseinheit 107 wie sie sind, und dadurch können Einflüsse der durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrungen „(P/2) ·ωr·Kehd, (P/2) ·ωr·Kehq“ und der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrungen „Vtdd, Vtdq“ durch Erfassen dieser Strompulsationskomponenten beobachtet werden.
Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Verzerrungskomponenten der induzierten Spannungskoeffizienten der d-Achse und der q-Achse einander gleich sind (Kehd = Kehq). Die Ausgangsspannungsverzerrung aufgrund einer Totzeit wird durch die folgende Gleichung (3) in stationären Koordinaten ausgedrückt.
[Gleichung 3] $Δ V_{t d} = T_{d} \cdot ƒ_{c} \cdot V_{D C} \cdot sign (i)$
In Gleichung (3) repräsentiert Td eine Länge der Totzeit, fc repräsentiert eine Trägerfrequenz, V_DC repräsentiert eine an den Inverter angelegte DC-Spannung und sign(i) repräsentiert eine Polarität eines Ermittlungsstroms einer jeden Phase.
3 zeigt die durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrungen „(P/2) ·ωr·Kehd, (P/2) ·ωr·Kehq“ und die durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrungen „Vtdd, Vtdq“, wenn ein Strom durch den Motor nur auf einer q-Achse zugeführt wird (ein d-Achsenstrom ist Null).
Wie in 3 gezeigt, haben die durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrungen „(P/2) ·ωr·Kehd, (P/2) ·ωr·Kehq“ auf der d-Achse und der q-Achse die gleiche Amplitude und sind Pulsationsspannungen mit Phasen, die um 90° gegeneinander verschoben sind. Andererseits haben die durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrungen „Vtdd, Vtdq“ eine Sägezahnform auf der d-Achse und eine Halbwellenform auf der q-Achse, wodurch sie zu Pulsationsspannungen werden, die signifikant voneinander verschiedene Formen aufweisen.
Unter einem Gesichtspunkt einer Pulsationsamplitude ist eine Pulsationsamplitude von Vtdd auf der Seite der d-Achse größer als die von Vtdq auf der Seite der q-Achse, und daher ist zu sehen, dass die durch den Inverter verursachte Ausgangsspannungsverzerrung auf der Seite der d-Achse, das heißt auf einer Seite einer nicht-erregten Achse, bemerkenswert auftritt.
Wenn die Charakteristiken auf den dq-Koordinaten gezeigt werden, kann es wie in 4 gezeigt ausgedrückt werden. In 4 ist I ein Stromvektor (nur der q-Achsenstrom wird zugeführt), X ist eine Trajektorie der durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung, und Y ist eine Trajektorie der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung. X ist eine ringförmige Trajektorie, während Y eine halbmondförmige Trajektorie ist.
Wenn sie durch eine Gleichung, die sich nur auf Komponenten sechster Ordnung konzentriert, ausgedrückt werden, werden die durch den Motor verursachte induzierte Spannungsverzerrung und die durch den Inverter verursachte Ausgangsspannungsverzerrung durch die folgenden Gleichungen (4) bzw. (5) ausgedrückt.
[Gleichung 4] $\begin{matrix} \frac{P}{2} ω_{r} \cdot K_{e h d} = \frac{P}{2} ω_{r} \cdot \bar{K_{e h}} \cdot sin6 θ_{d} \\ \frac{P}{2} ω_{r} \cdot K_{e h q} = \frac{P}{2} ω_{r} \cdot \bar{K_{e h}} \cdot cos6 θ_{d} \end{matrix}}$

[Gleichung 5] $\begin{array}{l} V_{t d d} = \bar{V_{t d d}} \cdot sin6 θ_{d} \\ V_{t d q} = \bar{V_{t d q}} \cdot cos6 θ_{d} \end{array}}$
Hierbei sind in Gleichung (4) die beiden keh Amplituden von Kehd und Kehq. In Gleichung (5) sind Vtdd und Vtdq Amplituden von Vtdd und Vtdq.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Pulsationsstromermittlungseinheit 116, die die Pulsationskomponenten der d-Achsen- und q-Achsen-Ermittlungsströme Idc und Iqc extrahiert, basierend auf den Eigenschaften der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung wie in 5 gezeigt ausgebildet.
Wie oben beschrieben erscheint die durch den Inverter verursachte Ausgangsspannungsverzerrung hauptsächlich auf der Seite der d-Achse als der nicht-erregten Achsseite, so dass die zweite Komponente Ih2, die in der Totzeitkompensationseinheit 112 verwendet wird, aus dem d-Achsen-Ermittlungsstrom Idc extrahiert wird.
Genauer ausgedrückt, wenn angenommen wird, dass eine Fluktuationsfrequenz von Vtdd ausreichend schnell ist (das heißt, es wird angenommen, dass der Motor eine ausreichend hohe Geschwindigkeit hat), wird eine Stromphase in Bezug auf eine Spannungsphase um 90° verzögert. Weiterhin ist Vtdd gemäß Gleichung (5) als eine Hauptkomponente eine Funktion von sinθd, und somit wird der Einfluss der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung durch eine Multiplikationseinheit 501, die den d-Achsen-Ermittlungsstrom Idc mit cos6θdc multipliziert, ermittelt. Ein TPF 502 extrahiert einen DC-Anteil von Idc-cos6θdc, der ein Berechnungsergebnis der Multiplikationseinheit 501 ist, und gibt die zweite Komponente Ih2 aus.
Andererseits wird die in der Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 verwendete erste Komponente Ih1 aus dem q-Achsen-Ermittlungsstrom Iqc als der Einfluss der durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung extrahiert.
Genauer ausgedrückt ist (P/2)·ωr·Kehq eine Funktion von cos6θd gemäß Gleichung (4), und somit multipliziert eine Multiplikationseinheit 504 den q-Achsen-Ermittlungsstrom Iqc mit sin6θdc. Ein TPF 505 extrahiert einen DC-Anteil von Iqc-sin6θdc, der ein Berechnungsergebnis der Multiplikationseinheit 504 ist, und gibt die erste Komponente Ih1 aus.
Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält die Pulsationsstromermittlungseinheit 116 das TPF 502 und das TPF 505 und kann auch eine Konfiguration ohne diese TPFs sein. Dies liegt daran, dass die Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 und die Totzeitkompensationseinheit 112 mit einer Integralsteuerung basierend auf der ersten Komponente Ih1 und der zweiten Komponente Ih2 versehen sind. Infolgedessen werden die AC-Anteile von Idc-cos6θdc und Iqc·sin6θdc aufgehoben. Einzelheiten werden später beschrieben.
6 ist ein Konfigurationsdiagramm der Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109. Die Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 erzeugt die d-Achsen- und q-Achsen-Kompensationssollspannungen ΔVd* und ΔVq* zum Kompensieren der Drehmomentpulsation, die durch die durch den Motor verursachte induzierte Spannungsverzerrung erzeugt wird, basierend auf der ersten Komponente Ih1, die durch die Pulsationsstromermittlungseinheit 116 extrahiert wird, und der elektrischen Winkelgeschwindigkeit (P/2) ·ωr*.
Zunächst erzeugt eine Integralsteuereinheit 600 ein der ersten Komponente Ih1 der Strompulsation entsprechendes Einstellsignal Δkeh. Eine Additionseinheit 601 addiert das Einstellsignal Δkeh zu einem durch eine Anfangswert-Einstelleinheit 602 eingestellten Anfangswert Keh0, um einen Einstellwert Keh* zu erzeugen.
Danach werden sin6θdc, das durch eine sin6θdc-Signalerzeugungseinheit 603 erzeugt wird, und die elektrische Winkelgeschwindigkeit (P/2) ·ωr* in Multiplikationseinheiten 604 bzw. 607 mit Keh* multipliziert, und daher wird die d-Achsen-Kompensationssollspannung ΔVd* erzeugt. Ähnlich werden der durch eine cos6θdc-Signalerzeugungseinheit 605 erzeugte cos6θdc und die elektrische Winkelgeschwindigkeit (P/2)·ωr* in Multiplikationseinheiten 606 bzw. 608 mit Keh* multipliziert, und daher wird die q-Achsen-Kompensationssollspannung ΔVq* erzeugt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der durch die Anfangswert-Einstelleinheit 602 eingestellte Wert der Anfangswert Keh0, aber es kann jeder beliebige Wert in Bezug auf die Steuerung eingestellt werden, und Null kann als Wert eingestellt werden.
Wie in 1 gezeigt, werden die d-Achsen- und q-Achsen-Kompensationssollspannungen ΔVd* und ΔVq* durch die Additionseinheit 110 zu den d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc* addiert, um die kompensierten d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc** und Vqc** zu erzeugen.
In 2, wenn die kompensierten d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc** und Vqc** anstelle der d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc* angewandt werden, werden (P/2) ·ωr·Kehd und (P/2) ·ωr·Kehq, die durch die Additionseinheiten 201a und 201b in dem Permanentmagnet-Synchronmotor 200 addiert werden, durch die d-Achsen-Kompensationssollspannung ΔVd* in der kompensierten d-Achsen-Sollspannung Vdc** bzw. die q-Achsen-Kompensationssollspannung ΔVq* in der kompensierten q-Achsen-Sollspannung Vqc** ausgeglichen, und der Einfluss der durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung wird kompensiert.
7 ist ein Konfigurationsdiagramm der Totzeitkompensationseinheit 112. Die Totzeitkompensationseinheit 112 erzeugt Dreiphasenkompensationssollspannungen ΔVu*, ΔVv* und ΔVw* zum Kompensieren des Einflusses der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung basierend auf der durch die Pulsationsstromermittlungseinheit 116 extrahierten zweiten Komponente Ih2 und den Dreiphasen-Ermittlungsströmen Iu, Iv und Iw.
Zunächst erzeugt eine Integralsteuereinheit 700 ein der zweiten Komponente Ih2 der Strompulsation entsprechendes Einstellsignal ΔVtd. Eine Additionseinheit 702 addiert das Einstellsignal ΔVtd zu einem durch eine Anfangswert-Einstelleinheit 701 eingestellten Anfangswert Vtd0, um einen Einstellwert Vtd* zu erzeugen.
Danach wird ein 1 oder -1 Signal, das einer Polarität eines durch eine Vorzeichenfunktionseinheit 703 erzeugten U-Phasen-Ermittlungsstroms Iu entspricht, in einer Multiplikationseinheit 704 mit Vtd* multipliziert, um eine U-Phasen-Kompensationssollspannung ΔVu* zu erzeugen. Ähnlich wird ein durch eine Vorzeichenfunktionseinheit 705 erzeugtes Signal in einer Multiplikationseinheit 706 mit Vtd* multipliziert, um eine V-Phasen-Kompensationssollspannung ΔVv* zu erzeugen. Weiterhin wird ein durch eine Vorzeichenfunktionseinheit 707 erzeugtes Signal in einer Multiplikationseinheit 708 mit Vtd* multipliziert, um eine W-Phasen-Kompensationssollspannung ΔVw* zu erzeugen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der durch die Anfangswert-Einstelleinheit 701 eingestellte Wert der Anfangswert Vtd0, aber es kann jeder beliebige Wert in Bezug auf die Steuerung eingestellt werden, und Null kann als Wert eingestellt werden.
Wie in 1 gezeigt, addiert die Additionseinheit 113 die Dreiphasenkompensationssollspannungen ΔVu*, ΔVv* und ΔVw* zu den Dreiphasensollspannungen Vu*, Vv* und Vw*, um die kompensierten Dreiphasensollspannungen Vu**, Vv** und Vw** zu erzeugen.
Hierbei werden die Dreiphasenkompensationssollspannungen ΔVu*, ΔVv* und ΔVw* in d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten umgewandelt, um ΔVd** und ΔVq** zu erhalten, und diese Sollspannungen werden zu den d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vdc* und Vqc* addiert, um Vd*** und Vq*** zu erhalten.
In 2, wenn Vdc*** und Vqc*** anstelle von Vdc* und Vqc* angewandt werden, werden Vtdd und Vtdq, die durch die Additionseinheiten 202a und 202b addiert werden, um ΔVd** in Vdc*** bzw. ΔVq** in Vqc*** versetzt, und der Einfluss der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung wird kompensiert.
8 zeigt Betriebswellenformen der vorliegenden Ausführungsform. Hierbei ist der d-Achsen-Sollstrom Id* auf Null gesetzt, und der Anfangswert Keh0 der Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 und der Anfangswert Vtd0 der Totzeitkompensationseinheit 112 sind auf Null gesetzt. In 8 zeigt die Zeit T1 die Zeit an, zu der die Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 den Betrieb aufnimmt (die Integralsteuereinheit 600 nimmt den Betrieb auf), und die Zeit T2 zeigt die Zeit an, zu der die Totzeitkompensationseinheit 112 den Betrieb aufnimmt (die Integralsteuereinheit 700 nimmt den Betrieb auf).
Wenn die Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 zur Zeit T1 < t < T2 arbeitet, ist zu erkennen, dass die Pulsationskomponenten des q-Achsen-Ermittlungsstroms Iqc abnehmen und ein eingestelltes Verhältnis des Einstellwertes Keh* zu einem Istwert Keh zunimmt. Dies liegt daran, dass der Einstellwert Keh* durch die Integralsteuereinheit 600 basierend auf der ersten Komponente Ih1 der Strompulsation, das heißt den Pulsationskomponenten des q-Achsen-Ermittlungsstroms Iqc, eingestellt wird.
Das Verhältnis Keh*/Keh ist jedoch kleiner als 1 und erfüllt „Einstellwert Keh* = Istwert Keh“ nicht. Dies liegt daran, dass die durch den Inverter verursachte Ausgangsspannungsverzerrung Vtdq, wie in 3 gezeigt, auf der Seite der q-Achse vorhanden ist, und in dem durch die Integralsteuereinheit 600 erzeugten Einstellsignal Δkeh ein Fehler enthalten ist.
Wenn die Totzeitkompensationseinheit 112 zur Zeit T2 < t arbeitet, ist zu erkennen, dass die Pulsationskomponenten des d-Achsen-Ermittlungsstroms Idc abnehmen und ein eingestelltes Verhältnis des Einstellwertes Vtd* zu einem Istwert Vtd zunimmt. Dies liegt daran, dass der Einstellwert Vtd* durch die Integralsteuereinheit 700 basierend auf der zweiten Komponente Ih2 der Strompulsation, das heißt der Pulsationskomponenten des d-Achsen-Ermittlungsstroms, eingestellt wird.
Gleichzeitig ändert sich das eingestellte Verhältnis des Einstellwertes Keh* zum Istwert Keh. Dies liegt daran, dass der Einfluss der durch den Inverter in der Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 verursachten Ausgangsspannungsverzerrung Vtdq durch die Totzeitkompensationseinheit 112 kompensiert wird, und der in dem durch die Integralsteuereinheit 600 erzeugten Einstellsignal Δkeh enthaltene Fehler entfernt wird.
Infolgedessen konvergieren sowohl das Verhältnis Vtd*/Vtd als auch das Verhältnis Keh*/Keh zu etwa 1, und die Steuerung wird so durchgeführt, dass „Einstellwert Vtd* = Istwert Vtd“ und „Einstellwert Keh* = Istwert Keh“.
Auf diese Weise kann die Erfindung, wenn die durch den Motor verursachte induzierte Spannungsverzerrung und die durch den Inverter verursachte Ausgangsspannungsverzerrung gleichzeitig vorhanden sind, diese beiden Einflüsse von dem Ermittlungsstrom trennen und die zugehörigen Parameter individuell schätzen, um eine Kompensation (Korrektur) durchzuführen.
In 8 sind die Betriebsstartzeiten der Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 und der Totzeitkompensationseinheit 112 gegeneinander verschoben (T1 ≠ T2), und die Operationen dieser Kompensationseinheiten können zur gleichen Zeit (T1 = T2) beginnen.
Zweite Ausführungsform
Eine Motorantriebseinrichtung und ein Steuerungsverfahren der Motorantriebseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 beschrieben.
Bei der ersten Ausführungsform werden in 2 die Einflüsse der durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung und der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung verursacht, durch die Operationen der Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 und der Totzeitkompensationseinheit 112 kompensiert (durch die Additionseinheiten 201a und 201b und die Additionseinheiten 202a und 202b hinzugefügte Terme werden aufgehoben), und es werden konstante d-Achsen- und q-Achsen-Ströme Id und Iq, die die Pulsationskomponenten Idh und Iqh nicht enthalten, geliefert. Das heißt, eine Verringerung der Pulsation des Drehmoments wird dadurch erreicht, dass eine aufgrund verschiedener Faktoren verzerrte Stromwellenform nahe an eine ideale sinusförmige Wellenform gebracht wird.
Jedoch selbst wenn die konstanten d-Achsen- und q-Achsen-Ströme Id und Iq in 2 zugeführt werden, bleibt der durch den Motor verursachte Einfluss der induzierten Spannungsverzerrung in den Multiplikationseinheiten 203 und 204 bestehen, und daher ist der erzielte Effekt der Verringerung der Drehmomentpulsation begrenzt. (Siehe die Drehmomentwellenform von 8)
Um die Drehmomentpulsation zu kompensieren, kann daher zum Beispiel ein in PTL 3 beschriebenes Verfahren verwendet werden. Das heißt, der q-Achsenstrom kann absichtlich so gesteuert werden, dass er pulsiert, um die Drehmomentpulsation auszugleichen.
9 ist ein Konfigurationsdiagramm der Motorantriebseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Bei dieser Konfiguration ist die Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 in der Konfiguration der ersten Ausführungsform (1) durch eine Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109' ersetzt.
10 zeigt eine Konfiguration der Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109'. Ein Unterschied zu der Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 gemäß der ersten Ausführungsform (1) besteht darin, dass ein q-Achsen-Ermittlungsstrom Iqc eingespeist wird und eine Kompensationsspannungsberechnungseinheit 1000, ein TPF (Tiefpassfilter) 1002, Multiplikationseinheiten 1003, 1004, 1006 und 1007 sowie Additionseinheiten 1005 und 1008 hinzugefügt sind.
Das Tiefpassfilter (TPF) 1002 extrahiert einen DC-Anteil des q-Achsen-Ermittlungsstroms Iqc, um Iqc zu erzeugen.
Ein Einstellwert Keh* einer Verzerrungskomponente eines induzierten Spannungskoeffizienten, Iqc von dem TPF 1002, und eine elektrische Winkelgeschwindigkeit (P/2)·ωr* werden in die Kompensationsspannungsberechnungseinheit 1000 eingespeist, um eine erste d-Achsen-Kompensationssollspannung ΔVd1*, eine zweite d-Achsen-Kompensationssollspannung ΔVd2*, eine erste q-Achsen-Kompensationssollspannung ΔVq1* und eine zweite q-Achsen-Kompensationssollspannung ΔVq2* basierend auf der folgenden Gleichung (6) zu erzeugen.
[Gleichung 6] $\begin{array}{l} Δ \vec{V_{d 1}} = \frac{P}{2} ω_{r}^{*} \cdot \vec{K_{e h}^{*}} \\ Δ \vec{V_{d 2}} = \frac{P}{2} ω_{r}^{*} \cdot L_{q}^{*} \cdot \frac{\vec{K_{e h}^{*}}}{K_{e}^{*}} \cdot \bar{I_{q c}} \\ Δ \vec{V_{q 1}} = 6 \cdot \frac{P}{2} ω_{r}^{*} \cdot L_{q}^{*} \cdot \frac{\vec{K_{e h}^{*}}}{K_{e}^{*}} \cdot \bar{I_{q c}} \\ Δ \vec{V_{q 2}} = - R^{*} \cdot \frac{\vec{K_{e h}^{*}}}{K_{e}^{*}} \cdot \bar{I_{q c}} + \frac{P}{2} ω_{r}^{*} \cdot \vec{K_{e h}^{*}} \end{array}}$
ΔVd1* und ΔVd2*, die Berechnungsergebnisse der Kompensationsspannungsberechnungseinheit 1000 sind, werden in den Multiplikationseinheiten 1003 und 1004 mit sin6θdc bzw. cos6θdc multipliziert, um ΔVd1*·sin6θdc und ΔVd2*·cos6θdc zu erzeugen. Danach werden diese Berechnungsergebnisse in der Additionseinheit 1005 addiert, um eine d-Achsen-Kompensationssollspannung ΔVd* zu erzeugen.
Ähnlich werden ΔVq1* und ΔVq2* in den Multiplikationseinheiten 1006 und 1007 mit sin6θdc bzw. cos6θdc multipliziert, um ΔVq1*-sin6θdc und ΔVq2*·cos6θdc zu erzeugen. Danach werden diese Berechnungsergebnisse in der Additionseinheit 1008 addiert, um eine q-Achsen-Kompensationssollspannung ΔVq* zu erzeugen.
Wenn die bei der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform erzeugten d-Achsen- und q-Achsen-Kompensationssollspannungen ΔVd* und ΔVq* angewandt werden, wird der in Gleichung (7) gezeigte q-Achsenstrom in einem stationären Zustand geliefert.
[Gleichung 7] $I_{q} = \bar{I_{q}} - \frac{\bar{K_{e h}}}{K_{e}} \cdot \bar{I_{q}} \cdot cos6 θ_{d}$
Durch Zuführen des q-Achsenstroms, der die in Gleichung (7) gezeigten Pulsationskomponenten enthält, kann die Drehmomentpulsation um ein Verhältnis von „ΔKeh/Ke“ in Bezug auf die Konfiguration der ersten Ausführungsform verringert werden.
11 zeigt Betriebswellenformen der vorliegenden Ausführungsform. Die Betriebsbedingungen sind die gleichen wie die bei der in 8 gezeigten ersten Ausführungsform und unterscheiden sich nur dadurch, dass die Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109 durch die Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109' ersetzt ist. Verglichen mit 8, die die Betriebswellenformen der ersten Ausführungsform zeigt, zeigt 11 andere Drehmoment- und Stromwellenformen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zu erkennen, dass der q-Achsenstrom Iq, der die Pulsationskomponenten enthält, absichtlich zur Zeit T1 < t zugeführt wird, um einen stärkeren Effekt der Verringerung der Drehmomentpulsation zu erzielen.
Auf diese Weise kann bei der vorliegenden Ausführungsform selbst unter einer Bedingung, dass die durch den Inverter verursachte Ausgangsspannungsverzerrung vorhanden ist, eine Verzerrungskomponente Keh des induzierten Spannungskoeffizienten aus dem Ermittlungsstrom geschätzt werden, und die Drehmomentpulsation kann effektiver ausgeglichen werden, indem der Pulsationsstrom basierend auf dem erhaltenen Keh absichtlich zugeführt wird.
Dritte Ausführungsform
Eine Motorantriebseinrichtung und ein Steuerungsverfahren der Motorantriebseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die 12 bis 14 beschrieben.
Wie oben beschrieben, tritt die durch den Inverter verursachte Ausgangsspannungsverzerrung auf der Seite der nicht-erregten Achse bemerkenswert auf. Wenn daher Richtungen einer erregten Achse und einer nicht erregten Achse durch Beobachten einer Richtung eines Stromvektors erfasst werden können, können die gleichen Steuerungsvorgänge wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform auch unter anderen erregten Bedingungen realisiert werden.
Hier wird ein Winkel, der durch einen d-Achsenstrom Id und einen q-Achsenstrom Iq gebildet wird, als Stromphase β (= tan - 1(-Id/Iq)) definiert. 12 zeigt, wenn die Stromphase β auf 45° gesetzt ist, einen Stromvektor I', eine Trajektorie X' der durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung, und eine Trajektorie Y' der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung.
Verglichen mit einem Fall von 4, in dem nur der q-Achsenstrom zugeführt wird, sind die Trajektorien X und X' identisch, und daher ist zu erkennen, dass der Einfluss der durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung nicht vom Strom abhängt. Andererseits unterscheiden sich die Trajektorien Y und Y' voneinander, und der Einfluss der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung ändert sich mit der Richtung des Stromvektors. Wenn die Richtung des Stromvektors, das heißt eine Erregungsrichtung, als δ-Achse definiert wird und eine Nicht-Erregungsrichtung, in der die Phase um 90° im Uhrzeigersinn verschoben ist, als γ-Achse definiert wird, tritt der Einfluss der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung auf der γ-Achse bemerkenswert auf.
13 ist ein Konfigurationsdiagramm der Motorantriebseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Bei dieser Konfiguration ist die Pulsationsstromermittlungseinheit 116 in der Konfiguration der ersten Ausführungsform (1) unter Berücksichtigung einer Beziehung zwischen der Richtung des Stromvektors und dem Einfluss der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung durch eine Pulsationsstromermittlungseinheit 116' ersetzt. Die vorliegende Ausführungsform (13) enthält die Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109, die auch durch die bei der zweiten Ausführungsform beschriebene Drehmomentpulsationkompensationseinheit 109' ersetzt werden kann.
14 zeigt eine Konfiguration der Pulsationsstromermittlungseinheit 116'. Ein Unterschied zu der Pulsationsstromermittlungseinheit 116 der ersten Ausführungsform (5) besteht darin, dass eine Stromphasenberechnungseinheit 1400, eine dq-nach-γδ-Umwandlungseinheit 1401 und eine Additionseinheit 1402 hinzugefügt sind.
Die Stromphasenberechnungseinheit 1400 berechnet eine Stromphase β „tan - 1(-Idc/Iqc)“ basierend auf d-Achsen- und q-Achsen-Ermittlungsströmen Idc und Iqc. Die dq-nach-γδ-Umwandlungseinheit 1401 berechnet die Stromphase β basierend auf der folgenden Gleichung (8).
[Gleichung 8] $[\begin{matrix} I_{γ c} \\ I_{δ c} \end{matrix}] = [\begin{matrix} cos β & sin β \\ - sin β & cos β \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} I_{d c} \\ I_{q c} \end{matrix}]$
Der Stromvektor wird basierend auf der Berechnung von Gleichung (8) in eine γ-Achsen-Komponente in einer Nicht-Erregungsrichtung und eine δ-Achsen-Komponente in einer Erregungsrichtung getrennt. Ein γ-Achsen-Ermittlungsstrom Iyc wird in einer Multiplikationseinheit 1405 mit cos6θdc' multipliziert, um eine zweite Komponente Ih2 der Strompulsation über das TPF 502 zu erzeugen. Ähnlich wird ein δ-Achsen-Ermittlungsstrom Iδc in einer Multiplikationseinheit 1406 mit sin6θdc' multipliziert, um eine erste Komponente Ih1 der Strompulsation über das TPF 505 zu erzeugen.
Die Operationen, nachdem die erste Komponente Ih1 und die zweite Komponente Ih2 der Strompulsation durch die Pulsationsstromermittlungseinheit 116' erzeugt werden, sind die gleichen wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform.
Vierte Ausführungsform
Eine Außeneinheit einer Klimaanlage gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. 15 zeigt ein Beispiel, bei dem die Motorantriebseinrichtung gemäß einer der ersten bis dritten Ausführungsformen auf ein Lüftermotor-System, das an der Außeneinheit der Klimaanlage angebracht ist, angewandt wird.
Eine Außeneinheit 1500 enthält eine Lüftermotorantriebseinrichtung 1501, eine Kompressormotorantriebseinrichtung 1502, einen Lüftermotor 1503, einen Lüfter 1504, einen Rahmen 1505 und eine Kompressoreinrichtung 1506. Die Lüftermotorantriebseinrichtung 1501 ist eine Motorantriebseinrichtung gemäß einer der ersten bis dritten Ausführungsformen.
Es werden Operationen des Lüftermotorsystems in der Außeneinheit 1500 beschrieben. Eine AC Leistungsversorgung 1507 ist mit der Kompressormotorantriebseinrichtung 1502 verbunden. Die Kompressormotorantriebseinrichtung 1502 richtet eine zugeführte AC-Spannung VAC in eine DC-Spannung VDC gleich und treibt die Kompressoreinrichtung 1506 an.
Gleichzeitig führt die Kompressormotorantriebseinrichtung 1502 auch die DC-Spannung VDC der Lüftermotorantriebseinrichtung 1501 zu und gibt einen Motordrehzahlsollwert ωr* aus.
Die Lüftermotorantriebseinrichtung 1501 arbeitet basierend auf dem eingespeisten Motordrehzahlsollwert ωr* und liefert eine Dreiphasen-Spannung an den Lüftermotor 1503. Infolgedessen wird der Lüftermotor 1503 angetrieben und der angeschlossene Lüfter 1504 wird gedreht. Das Obige sind die Operationen des Lüftermotorsystems.
In einer Außeneinheit einer Klimaanlage wird im Allgemeinen eine kostengünstige Berechnungseinheit an der Lüftermotorantriebseinrichtung 1501 angebracht, um Kosten zu verringern. In vielen Fällen wird dem Lüftermotor 1503 kein Positionssensor beigefügt. Selbst bei solchen Anwendungen kann eine Steuerung zur Vermeidung von Drehmomentpulsationen realisiert werden, indem die Motorantriebseinrichtung gemäß der Erfindung als Lüftermotorantriebseinrichtung verwendet wird. Infolgedessen werden durch den Lüftermotor 1503 verursachte Vibrationen des Rahmens 1505 verringert, und von der Außeneinheit 1500 emittierter Lärm kann verringert werden.
Die Motorantriebseinrichtung gemäß der Erfindung erfordert keinen Vortest, Einstellvorgang oder dergleichen, so dass es sehr einfach ist, die Motorantriebseinrichtung einzusetzen. Darüber hinaus ist die Steuerung zur Verhinderung von Drehmomentpulsationen autonom, so dass die Erfindung auf eine bestehende Ausrüstung, bei der Motoreigenschaften schwer zu messen sind, angewandt werden kann.
Die Motorantriebseinrichtung gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform kann auch als Kompressormotor-Atriebsreinrichtung verwendet werden. Kurz gesagt, die Erfindung kann auf eine beliebige Motorantriebseinrichtung mit einer Vektorsteuerung als Grundkonfiguration angewandt werden.
Bei der ersten bis dritten Ausführungsform wird die Motorantriebseinrichtung auf eine Weise ohne einen Positionssensor als Beispiel beschrieben, und die Erfindung kann auch auf eine Motorantriebseinrichtung, die einen Positionssensor wie beispielsweise einen Kodierer, einen Resolver oder einen Magnetpol-Positionssensor enthält, angewandt werden. Zum Beispiel kann die Erfindung auch auf eine Konfiguration, bei der dem Motor 101, wie in den 1, 9 und 13 gezeigt, ein Positionssensor hinzugefügt ist und der Steuereinheit eine Geschwindigkeitsrückkopplungssteuerung basierend auf Informationen des Positionssensors 103 hinzugefügt ist, angewandt werden.
Die Erfindung kann auch auf eine Konfiguration, die eine Stromrückkopplungssteuerung basierend auf der Abweichung zwischen dem d-Achsen-Sollstrom Id* und dem d-Achsen-Ermittlungsstrom Idc und der Abweichung zwischen dem q-Achsen-Sollstrom Iq* und dem q-Achsen-Ermittlungsstrom Iqc anstelle der Sollspannungsberechnungseinheit 107 in 1, 9 und 13 enthält, angewandt werden.
In diesem Fall ist eine Ansprechbandbreite der konstruierten Stromrückkopplungssteuerung so ausgelegt, dass sie ausreichend niedriger ist als eine Fluktuationsfrequenz einer durch einen Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung oder einer durch einen Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung. Infolgedessen sind die in den d-Achsen- und q-Achsen-Ermittlungsströmen Idc und Iqc enthaltenen Informationen dieselben wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform, und entsprechende Operationen gemäß der Erfindung sind dadurch möglich.
Die ersten bis dritten Ausführungsformen beschreiben, dass die durch den Motor verursachte induzierte Spannungsverzerrung und die durch den Inverter verursachte Ausgangsspannungsverzerrung in einem Zyklus sechster Ordnung fluktuieren, aber die Erfindung kann in ähnlicher Weise auf einen anderen Fluktuationszyklus als der sechsten Ordnung (einer zwölften Ordnung, einer vierundzwanzigsten Ordnung oder dergleichen) angewandt werden.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung wird eine Steuerung basierend auf den d-Achsen und q-Achsen-Ermittlungsströmen als eines der Ermittlungssignale durchgeführt, indem der Einfluss der durch den Motor verursachten induzierten Spannungsverzerrung und der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung ermittelt und eine Kompensation durchgeführt wird. Durch Verwenden eines Ermittlungssignals anstelle eines Befehlssignals ist es möglich, einen Einfluss eines Modellierungsfehlers, eines Berechnungsfehlers oder dergleichen so weit wie möglich zu eliminieren und die Steuerung mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
Wenn das Ermittlungssignal verwendet wird, gibt es Bedenken wegen erhöhter Kosten aufgrund der Hinzufügeung eines Sensors oder dergleichen, aber die Motorantriebseinrichtung ist in den meisten Fällen mit einem Stromsensor versehen. Das heißt, die Erfindung realisiert die Steuerung zur Verhinderung der Drehmomentpulsation, die autonom nur durch einen vorhandenen Sensor arbeitet.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und enthält verschiedene Modifikationen. Zum Beispiel wurden die obigen Ausführungsformen im Detail beschrieben, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, und die Erfindung ist nicht notwendigerweise auf diejenigen, die alle beschriebenen Konfigurationen enthalten, beschränkt. Darüber hinaus kann ein Teil einer Konfiguration einer Ausführungsform durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, und eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform kann einer Konfiguration einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Weiterhin kann ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform einer Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt, von dieser entfernt oder durch eine andere Konfiguration ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

100: Motorantriebseinrichtung
101: Permanentmagnet-Synchronmotor (Motor)
102: Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit
103: Steuereinheit
104: Leistungswandlungsschaltung
105: Stromsensor
106: Verstärkungsmultiplikationseinheit
107: Sollspannungsberechnungseinheit
108: Tiefpassfilter (TPF)
109, 109': Drehmomentpulsationkompensationseinheit
110, 110a, 110b: Additionseinheit
111: dq-nach-Dreiphasen-Umwandlungseinheit
112: Totzeitkompensationseinheit
113, 113a, 113b, 113c: Additionseinheit
114: Rotorpositionermittlungseinheit
115: Dreiphasen-nach-dq-Umwandlungseinheit
116, 116': Pulsationsstromermittlungseinheit
200: Permanentmagnet-Synchronmotor (dq-Koordinatenmodell)
201a, 201b: Additionseinheit
202a, 202b: Additionseinheit
203, 204: Multiplikationseinheit
500: cos6θdc-Signalerzeugungseinheit
503: sin6θdc-Signalerzeugungseinheit
501, 504: Multiplikationseinheit
502, 505: Tiefpassfilter (TPF)
600: Integralsteuereinheit
601: Additionseinheit
602: Anfangswerteinstelleinheit
603: sin6θdc-Signalerzeugungseinheit
604, 606, 607, 608: Multiplikationseinheit
605: cos6θdc-Signalerzeugungseinheit
700: Integralsteuereinheit
701: Anfangswerteinstelleinheit
702: Additionseinheit
703, 705, 707: Vorzeichenfunktionseinheit
704, 706, 708: Multiplikationseinheit
1000: Kompensationsspannungsberechnungseinheit
1002: Tiefpassfilter (TPF)
1003, 1004, 1006, 1007: Multiplikationseinheit
1005, 1008: Additionseinheit
1400: Stromphasenberechnungseinheit
1401: dq-nach-γδ-Umwandlungseinheit
1402: Additionseinheit
1403: cos6θdc'-Signalerzeugungseinheit
1404: sin6θdc'-Signalerzeugungseinheit
1405, 1406: Multiplikationseinheit
1500: Außeneinheit (Einheit)
1501: Lüftermotorantriebseinrichtung
1502: Kompressormotorantriebseinrichtung
1503: Lüftermotor
1504: Lüfter
1505: Rahmen
1506: Kompressoreinrichtung
1507: AC-Leistungsversorgung
ωr: Motordrehzahl
ωr*: Sollgeschwindigkeit (Motordrehzahlbefehl)
ω1c: elektrische Winkelgeschwindigkeit, erhalten durch PLL
Vu*, Vv*, Vw*: Dreiphasen-Sollspannung
Vdc*, Vqc*: d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen
ΔVd*, ΔVq*: d-Achsen- und q-Achsen-Kompensationssoll-spannungen
Vdc**, Vqc**: kompensierte d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen
ΔVu*, ΔVv*, ΔVw*: Dreiphasen-Kompensationssollspannung
Vu**, Vv**, Vw**: kompensierte Dreiphasen-Sollspannung
Iu, Iv, Iw: Dreiphasen-Ermittlungsstrom
Id, Iq: d-Achsen- und q-Achsen-Ströme
Idc, Iqc: d-Achsen- und q-Achsen-Ermittlungsströme
Ih1, Ih2: erste Komponente und zweite Komponente der Strompulsation
θd: Rotorposition
θdc: geschätzter Wert der Rotorposition
Δθc: Achsfehler
τm: Motordrehmoment
P: Anzahl von Motorpolen
R: Wicklungswiderstand
Ld, Lq: d-Achsen- und q-Achsen-Induktivitäten
Ke: Koeffizient der induzierten Spannung
Kehd, Kehq: Pulsationskomponenten (Verzerrungskomponenten) von induzierten Spannungskoeffizienten auf der d-Achse und q-Achse
Keh: Amplitudenwert von Kehd und Kehq
Keh*: Einstellwert des Amplitudenwerts Keh
ΔKeh: Einstellwert bei der Berechnung von Keh*
Keh0: Anfangswert bei der Berechnung von Keh*
Vtd: stationäre Dreiphasenkoordinatenkomponente der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung
Vtdd, Vtdq: d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten der durch den Inverter verursachten Ausgangsspannungsverzerrung
Vtd: Amplitudenwert von Vtd
Vtd*: Einstellwert des Amplitudenwerts Vtd
ΔVtd: Einstellwert bei der Berechnung des Amplitudenwerts Vtd*
Vtd0: Anfangswert bei der Berechnung des Amplitudenwerts Vtd*
ΔVd1*, ΔVd2*: erste Amplitude und zweite Amplitude der d-Achsen-Kompensationsspannung (erste d-Achsen-Kompensationssollspannung, zweite d-Achsen-Kompensationssollspannung)
ΔVq1*, ΔVq2*: erste Amplitude und zweite Amplitude der q-Achsen-Kompensationsspannung (erste q-Achsen-Kompensationssollspannung, zweite q-Achsen-Kompensationssollspannung)
Iyc, Iδc: γ-Achsen- und δ-Achsen-Ermittlungsströme
β-: Stromphase
VAC: AC-Spannung
VDC: DC-Spannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012100510 A [0009]
JP 2018182901 A [0009]
JP 2017229126 A [0009]

Claims

Motorantriebseinrichtung, die aufweist: eine Leistungswandlungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einem Motor Leistung zuzuführen; eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, die Leistungswandlungsschaltung zu steuern; und einen Stromsensor, der dazu ausgebildet ist, einen dem Motor zugeführten Dreiphasenstrom zu erfassen, wobei die Steuereinheit enthält: eine Sollspannungsberechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Sollspannung, die zum Antreiben des Motors beiträgt, zu berechnen; eine Pulsationsstromermittlungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine erste Komponente und eine zweite Komponente zu erzeugen, die durch Extrahieren einer Pulsationskomponente einer jeden Komponente basierend auf Komponenten, die durch Trennen eines von dem Stromsensor erfassten Dreiphasen-Ermittlungsstroms in zueinander orthogonale Komponenten erhalten werden, erhalten werden; eine Drehmomentpulsationkompensationseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine erste Kompensationssollspannung zum Kompensieren einer durch eine Struktur des Motors verursachten Drehmomentpulsation basierend auf der ersten Komponente auszugeben; und eine Totzeitkompensationseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine zweite Kompensationssollspannung zum Kompensieren einer durch eine Totzeit der Leistungswandlungsschaltung verursachten Ausgangsspannungsverzerrung basierend auf der zweiten Komponente auszugeben, und die Drehmomentpulsation und die Ausgangsspannungverzerrung werden durch Korrigieren der Sollspannung basierend auf der ersten Kompensationssollspannung und der zweiten Kompensationssollspannung verringert.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit eine Dreiphasen-nach-dq-Umwandlungseinheit, die dazu ausgebildet ist, den Dreiphasen-Ermittlungsstrom in einen d-Achsenstrom und einen q-Achsenstrom umzuwandeln, enthält, die zueinander orthogonalen Komponenten eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente enthalten, die erste Komponente eine Pulsationskomponente innerhalb der d-Achsen-Komponente und der q-Achsen-Komponente ist, und die zweite Komponente eine weitere Pulsationskomponente innerhalb der d-Achsen-Komponente und der q-AchsenKomponente ist.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit eine Rotorpositionermittlungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Rotorposition des Motors zu ermitteln, enthält, und die Pulsationsstromermittlungseinheit durch Multiplizieren des q-Achsenstroms mit einem Sinuswellensignal oder einem Cosinuswellensignal, das in einer 6n-ten Ordnung (n ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) entsprechend der Rotorposition des Motors fluktuiert, ein Signal, das Informationen der ersten Komponente enthält, erzeugt, und durch Multiplizieren des d-Achsenstroms mit dem Sinuswellensignal oder dem Cosinuswellensignal, das in einer 6n-ten Ordnung entsprechend der Rotorposition des Motors fluktuiert, ein Signal, das Informationen der zweiten Komponente enthält, erzeugt.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit enthält: eine Dreiphasen-nach-dq-Umwandlungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Dreiphasen-Ermittlungsstrom in einen d-Achsenstrom und einen q-Achsenstrom umzuwandeln; und eine Rotorpositionermittlungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Rotorposition des Motors zu ermitteln, die Pulsationsstromermittlungseinheit enthält: eine Stromphasenberechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, basierend auf dem d-Achsenstrom und dem q-Achsenstrom eine Stromphase, die einem Winkel zwischen einem durch den d-Achsenstrom und den q-Achsenstrom gebildeten Stromvektor und der q-Achse entspricht, zu berechnen; eine Additionseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Rotorposition des Motors und die Stromphase zu addieren, um eine korrigierte Rotorposition zu erzeugen; und eine dq-nach-γδ-Umwandlungseinheit, die dazu ausgebildet ist, den d-Achsenstrom und den q-Achsenstrom basierend auf der Stromphase in eine Komponente auf einer δ-Achse, die einer Richtung des Stromvektors zugewandt ist, und eine Komponente auf einer γ-Achse, die in Bezug auf die δ-Achse um 90° phasenverschoben ist, umzuwandeln, und die Pulsationsstromermittlungseinheit durch Multiplizieren des δ-Achsenstroms mit einem Sinuswellensignal oder einem Cosinuswellensignal, das in einer 6n-ten Ordnung (n ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) entsprechend der korrigierten Rotorposition fluktuiert, ein Signal, das Informationen der ersten Komponente enthält, erzeugt, und durch Multiplizieren des γ-Achsenstroms mit dem Sinuswellensignal oder dem Cosinuswellensignal, das in einer 6n-ten Ordnung entsprechend der korrigierten Rotorposition fluktuiert, ein Signal, das Informationen der zweiten Komponente enthält, erzeugt.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Drehmomentpulsationkompensationseinheit durch integrale Steuerung basierend auf der ersten Komponente einen ersten Parameter, der sich auf die durch die Struktur des Motors verursachte induzierte Spannungsverzerrung bezieht, berechnet, und basierend auf dem ersten Parameter, einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Motors und dem Sinuswellensignal oder dem Cosinuswellensignal, das in einer 6n-ten Ordnung entsprechend der Rotorposition oder der korrigierten Rotorposition fluktuiert, eine d-Achsen-Kompensationssollspannung und eine q-Achsen-Kompensationssollspannung erzeugt.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Drehmomentpulsationkompensationseinheit durch integrale Steuerung basierend auf der ersten Komponente einen ersten Parameter, der sich auf die durch die Struktur des Motors verursachte induzierte Spannungsverzerrung bezieht, berechnet, und die d-Achsen-Kompensationssollspannung und die q-Achsen-Kompensationssollspannung basierend auf dem ersten Parameter, dem q-Achsenstrom, der elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Motors und dem Sinuswellenssignal oder dem Cosinuswellensignal, das in einer 6n-ten Ordnung entsprechend der Rotorposition oder der korrigierten Rotorposition fluktuiert, erzeugt.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Totzeitkompensationseinheit durch integrale Steuerung basierend auf der zweiten Komponente einen zweiten Parameter, der sich auf die durch die Totzeit der Leistungswandlungsschaltung verursachte Ausgangsspannungsverzerrung bezieht, berechnet, und basierend auf dem zweiten Parameter und Informationen über den Dreiphasen-Ermittlungsstrom eine Dreiphasen-Kompensationssollspannung erzeugt.
Außeneinheit einer Klimaanlage, die aufweist: einen Permanentmagnet-Synchronmotor; eine Motorantriebseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Permanentmagnet-Synchronmotor anzutreiben; einen Lüfter, der mit dem Permanentmagnet-Synchronmotor verbunden ist; einen Rahmen, an dem der Permanentmagnet-Synchronmotor angebracht ist; und ein Kompressoreinrichtungssystem, wobei die Motorantriebseinrichtung die Motorantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.
Motorantriebssteuerverfahren, das aufweist: Erzeugen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente durch Ermitteln eines Dreiphasenstroms zum Erregen eines Motors, Trennen des ermittelten Dreiphasen-Ermittlungsstroms in zueinander orthogonale Komponenten und Extrahieren einer Pulsationskomponente einer jeden Komponente; Erzeugen einer ersten Kompensationssollspannung zum Kompensieren einer durch eine Struktur des Motors verursachten Drehmomentpulsation basierend auf der ersten Komponente; Erzeugen einer zweiten Kompensationssollspannung zum Kompensieren einer durch eine Totzeit einer Leistungswandlungsschaltung verursachten Ausgangsspannungsverzerrung basierend auf der zweiten Komponente; und Verringern der Drehmomentpulsation und der Ausgangsspannungsverzerrung durch Korrigieren einer Sollspannung, die zum Antreiben des Motors beiträgt, basierend auf der ersten Kompensationssollspannung und der zweiten Kompensationssollspannung.
Motorantriebssteuerverfahren nach Anspruch 9, wobei die zueinander orthogonalen Komponenten eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente enthalten, die erste Komponente eine Pulsationskomponente innerhalb der d-Achsenkomponente und der q-Achsenkomponente ist, und die zweite Komponente eine weitere Pulsationskomponente innerhalb der d-Achsen-Komponente und der q-Achsen-Komponente ist.