-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinheit für eine rotierende
Elektromaschine für
ein Fahrzeug, welche eine Synchronmaschine des Wicklungstyps verwendet,
insbesondere auf eine Steuereinheit für eine rotierende Elektromaschine
für ein
Fahrzeug mit einer einen Magnetfeldstrom begrenzenden Funktion.
-
Beschreibung
des verwandten Standes der Technik
-
Die
rotierende Elektromaschine für
ein Fahrzeug ist an dem Fahrzeug angebracht und wird zu einem Startzeitpunkt
eines Verbrennungsmotors als ein elektrischer Synchronmotor verwendet
und sie wird nach dem Starten des Verbrennungsmotors auch als ein
elektrischer Ladegenerator verwendet. Bei dieser rotierenden Elektromaschine
für ein
Fahrzeug ist es erforderlich, dass der Verbrennungsmotor rasch gestartet
wird durch Erzeugen eines hohen Drehmomentes soweit wie möglich zum
Zeitpunkt des Startens des Verbrennungsmotors und dass nach dem
Starten des Verbrennungsmotors so viel wie möglich einer hohen erzeugten
elektrischen Energie von der niedrigen Drehzahl bis zur hohen Drehzahl
zugeführt
wird und dass eine an dem Fahrzeug angebrachte Batterie geladen
wird, während
genügend elektrische
Energie im Hinblick auf eine hohe elektrische Belastung zugeführt wird.
Insbesondere ist es erforderlich, im Fall der hohen Belastung selbst zum
Zeitpunkt einer Leerlaufumdrehung des Verbrennungsmotors eine hohe
erzeugte elektrische Energie zu erhalten.
-
Um
eine derartige Aufgabe zu lösen,
wird bei der allgemeinen Synchronmaschine des Wicklungstyps eine
Technik zum optimalen Ausbilden eines Rotors als Feldmagnet und
zum Verbessern der Größe eines
von dem Rotor erzeugten Magnetflusses eingesetzt. Beispielsweise
wird die Amperewindung einer Feldmagnetspule des Rotors so stark
erhöht
wie möglich,
und die Größe des Magnetflusses soll
durch gleichzeitiges Verwenden des Feldmagneten unter Verwendung
eines Permanentmagneten in dem Rotor der Synchronmaschine des Wicklungstyps
erhöht
werden. Gemäß einem
derartigen Aufbau kann der Verbrennungsmotor rasch gestartet werden,
und eine ausreichende erzeugte elektrische Ausgangsenergie kann
im gesamten Drehzahlbereich erhöht
werden. Allerdings führt
eine übermäßige Zunahme
der Ausgangsleistung im hohen Drehzahlbereich zu einer übermäßigen Belastung
eines Stromrichters und der rotierenden Elektromaschine selbst.
Daher besteht die Notwendigkeit, die Amperewindung der Feldmagnetspule
zum Zeitpunkt einer hohen Drehzahl zu begrenzen.
-
Bei
der in der Patentliteratur 1 offenbarten Technik wird die Feldmagnetspule
gleichzeitig in einem magnetischen Elektrogenerator eingesetzt,
der in einem kompakten Zweirad-Fahrzeug
verwendet wird. Jedoch wird ein Magnetfeldstrom zum Zeitpunkt einer
hohen Drehzahl der rotierenden Elektromaschine, welche als Elektrogenerator
und als elektrischer Startermotor arbeitet, gesteuert. Wenn die
rotierende, unmittelbar mit einer Kurbelwelle verbundene Elektromaschine
als Elektrogenerator verwendet wird, dann wird der obere Grenzwert
eines Ausgangsstroms nach dessen Gleichrichtung bei jeder Drehzahl
gesetzt. Besteht die Möglichkeit,
dass der Ausgangsstrom diesen oberen Grenzwert überschreitet, so wird dieser
Ausgangsgleichstrom durch Steuern des Magnetfeldstroms derart gesteuert, dass
er den oberen Grenzwert nicht überschreitet. Der
Magnetfeldstrom steuert die erzeugte elektrische Ausgangsenergie
in einer relativen Einschaltdauer durch Ausführen einer PWM-Steuerung (Pulse
Width Modulation bzw. Pulsweitenmodulation) gemäß dem Ausgangsstrom.
-
[Patentliteratur 1]
-
- JP-A-2001-69797 (Seite 4 bis 5 und 1 bis 3)
-
Auch
bei der obigen herkömmlichen
Vorrichtung kann der obere Grenzwert des Ausgangsstroms durch Steuern
des Magnetfeldstroms zum Zeitpunkt einer hohen Drehzahl beschränkt werden.
Jedoch muss bei der am Fahrzeug angebrachten rotierenden Elektromaschine
der Betrieb derselben fortgesetzt werden, ohne dass hierbei irgendeine
Störung
aufgrund eines Überstroms
verursacht wird. Daher ist es erforderlich, den Überstrom eines Netzstroms bzw. Versorgungsstroms
(engl. line current) in einem Wechselstrompfad von der rotierenden
Elektromaschine als elektrischem Mehrphasen-Wechselstromgenerator
zu dem Stromrichter zu erfassen und diesen Überstrom präzise zu beschränken. Ferner
ist es notwendig, die rotierende Elektromaschine, den Stromrichter
und den elektrischen Pfad zwischen der rotierenden Elektromaschine
und dem Stromrichter vor einer Verschlechterung zu schützen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Diese
Erfindung wurde getätigt,
um derartige Probleme zu lösen,
und ihre Aufgabe besteht darin, eine Steuereinheit für die rotierende
Elektromaschine für
ein Fahrzeug zu erhalten, die imstande ist, den Netzstrom bzw. Versorgungsstrom
der rotierenden Elektromaschine als Mehrphasen-Wechselstromgenerator
auf einen Dauergrenzstrom oder geringer einzustellen und die Verschlechterung
der rotierenden Elektromaschine, des Stromrichters und des elektrischen
Pfades zwischen der rotierenden Elektromaschine und dem Stromrichter
zu verhindern.
-
Eine
Steuereinheit für
eine rotierende Elektromaschine für ein Fahrzeug umfasst in dieser
Erfindung:
die aus einer mehrphasigen Synchronmaschine des Wicklungstyps
aufgebaute rotierende Elektromaschine, welche als Elektromotor und
Elektrogenerator arbeitet;
eine Netzstromerfassungseinrichtung
zum Erfassen eines Netzstroms jeder Phase der rotierenden Elektromaschine;
eine
Magnetfeldstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Magnetfeldstroms
der rotierenden Elektromaschine;
eine Drehmoment- und Energiebefehlarithmetikeinrichtung
zum Steuern eines Drehmomentwertes, wenn die rotierende Elektromaschine
als Elektromotor arbeitet, und zum Steuern einer Energieerzeugungsmenge,
wenn die rotierende Elektromaschine als Elektrogenerator arbeitet;
eine
Netzstrombefehlarithmetikeinrichtung zum Steuern des Netzstroms
jeder Phase der rotierenden Elektromaschine anhand des Befehls der
Drehmoment- und Energiebefehlarithmetikeinrichtung und gleichzeitigem
Regeln dieses Netzstroms anhand des Erfassungswertes der Netzstrom-Erfassungseinrichtung;
eine
Magnetfeldstrombefehlarithmetikeinrichtung zum Steuern des Magnetfeldstroms
der rotierenden Elektromaschine anhand des Befehls der Drehmoment-
und Energiebefehlarithmetikeinrichtung und gleichzeitigem Regeln
dieses Magnetfeldstroms anhand des Erfassungswertes der Magnetfeldstromerfassungseinrichtung;
einen
Stromrichter, der als Gleichrichter arbeitet, wenn die rotierende
Elektromaschine als Elektrogenerator arbeitet, und der auch als
Wechselrichter arbeitet, wenn die rotierende Elektromaschine als
Elektromotor arbeitet; und
eine Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung
zum Beschränken
des Netzstroms jeder Phase durch Steuern der Ausgangsgröße der Magnetfeldstrombefehlarithmetikeinrichtung,
wenn die rotierende Elektromaschine als Elektrogenerator arbeitet.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 zeigt
ein Blockdiagramm zum Erläutern
einer Steuereinheit für
eine rotierende Elektromaschine für ein Fahrzeug gemäß einer
Ausführungsform
1 dieser Erfindung.
-
2 zeigt
eine erläuternde
Ansicht zum Erläutern
von den Magnetfeldstrom beschränkenden Inhalten
der Steuereinheit für
die rotierende Elektromaschine für
ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform
1 dieser Erfindung.
-
3 zeigt
ein Blockdiagramm zum Erläutern
einer Steuereinheit für
eine rotierende Elektromaschine für ein Fahrzeug gemäß einer
Ausführungsform
2 dieser Erfindung.
-
4 zeigt
eine erläuternde
Ansicht zum Erläutern
von den Magnetfeldstrom beschränkenden Inhalten
der Steuereinheit für
die rotierende Elektromaschine für
ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform
2 dieser Erfindung.
-
5 zeigt
ein Blockdiagramm zum Erläutern
einer Steuereinheit für
eine rotierende Elektromaschine für ein Fahrzeug gemäß einer
Ausführungsform
3 dieser Erfindung.
-
6 zeigt
eine erläuternde
Ansicht zum Erläutern
einer Netzstrom-Vollweggleichrichtungsarithmetikeinrichtung der
Steuereinheit der rotierenden Elektromaschine für ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform
3 dieser Erfindung.
-
7 ist
eine erläuternde
Ansicht einer Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung, die in der
Steuereinheit für
die rotierende Elektromaschine für
ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform 3
dieser Erfindung verwendet wird.
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Ausführungsform 1
-
1 zeigt
ein Blockdiagramm zum Erläutern
des Aufbaus einer Steuereinheit für eine rotierende Elektromaschine
für ein
Fahrzeug gemäß einer
Ausführungsform
1 dieser Erfindung. 2 ist eine erläuternde
Ansicht zum Erläutern
der einen Magnetfeldstrom beschränkenden
Inhalte. In 1 ist die Steuereinheit 1 eine
Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs der rotierenden Elektromaschine 2 zu
einem Startzeitpunkt und einem Beschleunigungszeitpunkt oder zu
einem Energieerzeugungszeitpunkt eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors.
Beispielsweise ist die rotierende Elektromaschine 2 ein
Synchrongenerator und -motor mit einer dreiphasigen Anker- (Stator-)
Wicklung und ist entweder unmittelbar oder durch einen Riemen mit
dem nicht dargestellten Verbrennungsmotor verbunden. Die rotierende
Elektromaschine 2 weist einen Rotationsdetektor 3 zum
Erfassen eines Drehwinkels und einer Drehzahl auf.
-
Die
Steuereinheit 1 ist wie folgt aufgebaut. Eine Drehmoment- und Energiebefehlarithmetikeinrichtung 4 berechnet
und steuert einen Drehmomentinstruktionsbetrag anhand eines externen
Befehls, wenn die rotierende Elektromaschine 2 als Elektromotor
arbeitet. Die Drehmoment- und Energiebefehlarithmetikeinrichtung 4 berechnet
und steuert auch eine Energieerzeugungsmenge, wenn die rotierende
Elektromaschine 2 als Elektrogenerator arbeitet. Eine Netzstrombefehlarithmetikeinrichtung 5 berechnet
und steuert einen Netzstrom der Ankerwicklung in der rotierenden
Elektromaschine 2, der erforderlich ist, um einen vorbestimmten
Drehmoment- oder Energieerzeugungsbetrag basierend auf dem von der
Drehmoment- und Energiebefehlarithmetikeinrichtung 4 berechneten
Drehmoment- oder
Stromerzeugungsbefehl zu erhalten. Eine Wechselspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 6 berechnet
und steuert einen Wechselspannungswert, der erforderlich ist zum
Erzeugen des vorbestimmten Drehmoments oder der vorbestimmten erzeugten elektrischen
Energie basierend auf dem von der Netzstromarithmetikeinrichtung 5 berechneten
Netzstrombefehlswert.
-
Ferner
ist ein Stromrichter 7 aus mehreren Schaltelementen und
Gleichrichtungselementen aufgebaut. Wenn die rotierende Elektromaschine 2 als Elektromotor
arbeitet, arbeitet der Stromrichter 7 als Wechselrichter
zum Umsetzen einer Gleichstromenergie von einer fahrzeugmontierten
Batterie 8 in eine Wechselstromenergie basierend auf dem
von der Wechselspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 6 berechneten
Wechselspannungsbefehlswert. Wenn die rotierende Elektromaschine 2 als
Elektrogenerator arbeitet, arbeitet der Stromrichter 7 als
Gleichrichter zum Umsetzen der von der rotierenden Elektromaschine 2 erzeugten
Wechselstromenergie in Gleichstromenergie und Aufladen der fahrzeugmontierten Batterie 8.
Eine Magnetfeldstromarithmetikeinrichtung 9 berechnet einen
Magnetfeldstrombefehlswert der rotierenden Elektromaschine 2,
der erforderlich ist zum Erhalten eines Drehmomentwertes oder eines
Energieerzeugungsbetrags basierend auf dem von der Drehmoment- und
Energiebefehlarithmetikeinrichtung 4 berechneten Drehmomentinstruktionsbetrag
oder Energieerzeugungsbetrag.
-
Eine
Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 führt eine
Beschränkung
gemäß der Drehzahl
der rotierenden Elektromaschine 2, etc. aus oder nimmt
eine weiter unten beschriebene Korrektur im Hinblick auf den von
der Magnetfeldstrombefehlarithmetikeinrichtung 9 berechneten
Magnetfeldstrombefehlswert vor. Eine Magnetfeldspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 11 berechnet
einen Magnetfeldspannungsbefehlswert der rotierenden Elektromaschine 2,
der erforderlich ist, um einen vorbestimmten erwünschten Drehmomentwert oder
Energieerzeugungsbetrag basierend auf dem Magnetfeldstrombefehl
der Magnetfeldstrombefehlarithmetikeinrichtung 9 oder der
Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 zu
erhalten. Eine Magnetfeldspannungserzeugungseinrichtung 12 legt eine
Magnetfeldspannung an die Feldmagnetspule der rotierenden Elektromaschine 2 an,
basierend auf dem von der Magnetfeldspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 11 berechneten
Magnetfeldspannungsbefehlswert.
-
Beispielsweise
ist eine Spannungsglättungseinrichtung 13 aus
einem Kondensator mit hoher Kapazität aufgebaut und beschränkt die
Veränderung einer
durch den Betrieb eines Schaltelements des Stromrichters 7 erzeugten
Gleichspannung. Eine Spannungserfassungseinrichtung 14 erfasst
die von der fahrzeugmontierten Batterie 8 an die Steuereinheit 1 angelegte
Spannung. Eine Drehzahl- und Winkel-Arithmetikeinrichtung 15 berechnet
die Drehzahl und den Drehwinkel der rotierenden Elektromaschine 2 anhand
der Ausgangsgröße des Rotationsdetektors 3.
Eine Netzstromerfassungseinrichtung 16 erfasst den Wert
des zu der Ankerwicklung der rotierenden Elektromaschine 2 fließenden Netzstroms. Eine
Magnetfeldstromerfassungseinrichtung 17 erfasst den Wert
des zu der Feldmagnetspule der rotierenden Elektromaschine 2 fließenden Magnetfeldstroms.
-
Bei
der auf diese Weise aufgebauten Steuereinheit für die rotierende Elektromaschine
für ein Fahrzeug
gemäß der Ausführungsform
1 dieser Erfindung wird die rotierende Elektromaschine 2 zum Startzeitpunkt
des Verbrennungsmotors als Elektromotor verwendet. Der von der Drehmoment-
und Energiebefehlarithmetikeinrichtung 4 berechnete Drehmomentbefehlswert
wird in die Netzstrombefehlarithmetikeinrichtung 5 und
die Magnetfeldstrombefehlarithmetikeinrichtung 9 eingegeben.
Die Netzstrombefehlarithmetikeinrichtung 5 berechnet den
Netzstrom der rotierenden Elektromaschine 2 zum Erhalten
eines Drehmoments und gibt Befehle an die Wechselspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 6.
Die Wechselspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 6 gibt
den wechselspannungswert-Befehl an den Stromrichter 7 und
setzt den zu der Ankerwicklung der rotierenden Elektromaschine 2 fließenden Netzstrom
auf einen von der Netzstrombefehlarithmetikeinrichtung 5 berechneten
Wert. Andererseits wird der von der Magnetfeldstrombefehlarithmetikeinrichtung 9 berechnete
Magnetfeldstrombefehlswert an die Magnetfeldspannungserzeugungseinrichtung 12 über die
Magnetfeldspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 11 abgegeben,
und eine an den Magnetfeldstrombefehlswert angepasste Magnetfeldspannung
wird eingestellt. Wenn die rotierende Elektromaschine 2 als
Elektromotor arbeitet, beschränkt
die Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 den
Magnetfeldstrombefehlswert nicht.
-
Die
Netzstromerfassungseinrichtung 16 erfasst den Netzstrom
der rotierenden Elektromaschine 2 und gibt diesen Netzstrom
an die Netzstrombefehlarithmetikeinrichtung 5 ab. Die Magnetfeldstromerfassungseinrichtung 17 erfasst
den Magnetfeldstromwert der rotierenden Elektromaschine 2 und gibt
diesen Magnetfeldstromwert an die Magnetfeldstrombefehlarithmetikeinrichtung 9 ab. Der
Netzstrom und der Magnetfeldstromwert werden jeweils geregelt. Ferner
berechnet die Drehzahl- und Winkelarithmetikeinrichtung 15 die
Drehzahl und den Drehwinkel der rotierenden Elektromaschine 2 basierend
auf einem Signal des Rotationsdetektors 3. Jedoch wird
die Drehzahl in die Drehmoment- und Energiebefehlarithmetikeinrichtung 4,
die Netzstrombefehlarithmetikeinrichtung 5 und die Wechselspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 6 eingegeben
und wird als Element zum Bestimmen jedes Befehlswertes verwendet.
Im Gegensatz hierzu wird der Drehwinkel in die Netzstrombefehlarithmetikeinrichtung 5 und
die Wechselspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 6 eingegeben,
und eine generell bekannte Vektorsteuerung wird durch Erfassen der Phase
der rotierenden Elektromaschine 2 durchgeführt.
-
Der
Stromrichter 7 wandelt die Gleichspannung von der fahrzeugmontierten
Batterie 8 in eine künstliche
Wechselspannung mit einem von der Wechselspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 6 ausgegebenen
Wert um und gibt diese Wechselspannung an die Ankerwicklung der
rotierenden Elektromaschine 2 ab. Die Magnetfeldspannungserzeugungseinrichtung 12 steuert
mittels PWM (pulsweitenmoduliert) die Gleichspannung der fahrzeugmontierten
Batterie 8 anhand eines Schaltelements wie z.B. eines FET
(Feldeffekttransistor), etc. basierend auf dem von der Magnetfeldspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 11 berechneten
Magnetfeldspannungsbefehlswert und gibt diese Gleichspannung an
die Feldmagnetspule der rotierenden Elektromaschine 2 ab.
Somit wird der Drehmoment der rotierenden Elektromaschine 2 als
Elektromotor gesteuert, und der Startbetrieb des Verbrennungsmotors,
etc. wird ausgeführt.
Eine durch Schaltvorgänge des
Stromrichters 7 und der Magnetfeldspannungserzeugungseinrichtung 12 hervorgerufene
Spannungsänderung
wird von der Spannungsglättungseinrichtung 13 geglättet, und
die Spannungsänderung
der fahrzeugmontierten Batterie 8 wird von der Spannungserfassungseinrichtung 14 erfasst
und in die Drehmoment- und Energiebefehlarithmetikeinrichtung 4 eingegeben.
Der Drehmomentbefehlswert wird dann berichtigt.
-
Wenn
das Starten des Verbrennungsmotors abgeschlossen ist und die rotierende
Elektromaschine 2 als Elektrogenerator einen Energieerzeugungsvorgang
startet und den Energieerzeugungsvorgang insbesondere bei einer
relativ hohen Drehzahl durchführt,
wird der Stromrichter 7 als ein Dreiphasen-Vollweggleichrichter
betrieben, oder er führt
einen Synchronbetrieb (einschließlich eines Falls der Steuerung
in Phase) eines Energieelements aus, das dem Dreiphasen-Vollweggleichrichter
gleichkommt. In diesem Fall berechnet die Wechselspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 6 den
Wechselspannungsbefehlswert, um den Stromrichter 7 als
Dreiphasen-Vollweggleichrichter zu betreiben oder den Synchronbetrieb
des dem Dreiphasen-Vollweggleichrichter gleichkommenden Energieelements
ohne Bezugnahme auf die Ausgangsgröße der Netzstrombefehlarithmetikeinrichtung 5 durchzuführen.
-
Andererseits
berechnet die Magnetfeldstrombefehlarithmetikeinrichtung 9 den Magnetfeldstrombefehlswert
ohne Bezugnahme auf den Energiebefehl von der Drehmoment- und Energiebefehlarithmetikeinrichtung 4.
Zu diesem Zeitpunkt, wenn die elektrische Belastung des Fahrzeugs
hoch ist, ist eine hohe erzeugte Ausgangsenergie erforderlich, und
der Magnetfeldstrombefehlswert wird auch in Übereinstimmung mit dieser hohen erzeugten
Ausgangsenergie erhöht.
Wenn der Magnetfeldstrombefehlswert größer wird als ein vorbestimmter,
von der Drehzahl bestimmter Wert, so wird der Magnetfeldstrombefehlswert
gemäß einem
Maximalwert des von der Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 berechneten
Magnetfeldstroms berichtigt. Der Magnetfeldstrombefehlswert wird,
nachdem die Berichtigung in die Magnetfeldspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 11 eingegeben
und der Magnetfeldstrom zu der Feldmagnetspule der rotierenden Elektromaschine 2 geschickt
worden ist, ein beschränkter
Wert.
-
Wie
in 2 gezeigt, wendet die Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 ein
Kennfeld an zum Setzen eines Maximalwertes If_max des Magnetfeldstroms
auf eine Ausgangsvariable mit der Drehzahl Nm als einer Eingangsvariablen
gegenüber
dem von der Magnetfeldstrombefehlarithmetikeinrichtung 9 eingegebenen
Magnetfeldstrombefehlswert If*. Die Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 berichtigt
dann den Betrag dieses Magnetfeldstrombefehlswertes If*. Die Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 berechnet
ferner einen beschränkenden
Magnetfeldstrombefehlswert If*' und
gibt diesen aus. Es ist auch möglich,
die Funktion If*' = f (If*, Nm)mit dem Magnetfeldstrombefehlswert
If* und der Drehzahl NM als Eingangsvariablen ohne Verwenden des
Kennfelds anzuwenden.
-
Wenn
bei der oben erwähnten
hohen Drehzahl eine hohe erzeugte Ausgangsenergie erforderlich ist,
wird der beschränkende
Magnetfeldstrombefehlswert If*' unter
Bezugnahme auf die Drehzahl Nm angepasst und der Magnetfeldstromwert
wird auf einen geeigneten Bereich begrenzt. Demgemäß können der
Stromrichter 7 und die rotierende Elektromaschine 2 betrieben
werden, ohne durch einen übermäßig hohen
Netzstrom als Ausgangsleistung der rotierenden Elektromaschine 2 durchgebrannt
und beschädigt
oder verschlechtert zu werden. Daher können, wenn die elektrische
Belastung hoch ist, Durchbrennschäden und eine Verschlechterung
des Stromrichters 7 und der rotierenden Elektromaschine 2 aufgrund
des übermäßig hohen
Netzstroms verhindert werden durch den auf einen vorbestimmten Wert beschränkten Magnetfeldstrom
bei gleichzeitiger Ausgabe der elektrischen Energie je nach der
elektrischen Belastung.
-
Ausführungsform 2
-
3 zeigt
ein Blockdiagramm zum Erläutern
des Aufbaus einer Steuereinheit für eine rotierende Elektromaschine
für ein
Fahrzeug gemäß einer
Ausführungsform
2 dieser Erfindung. 4 stellt eine charakteristische
Ansicht dar zum Erläutern
von Steuerinhalten des Magnetfeldstroms. In diesen Figuren sind
die gleichen funktionalen Abschnitte wie in der obigen Ausführungsform
1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei der Steuereinheit
für die rotierende
Elektromaschine für
ein Fahrzeug gemäß dieser
Ausführungsform
berechnet die Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 den
beschränkenden
Magnetfeldstrombefehlswert If*' unter
Bezugnahme auf die Drehzahl Nm und die Spannung Vdc der an das System
angelegten fahrzeugmontierten Batterie 8.
-
Wie
in 4 gezeigt, wendet die Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 ein
Kennfeld an zum Setzen eines Maximalwertes If_max des Magnetfeldstroms
auf eine Ausgangsvariable mit der Drehzahl Nm und der Gleichspannung Vdc
als Eingangsvariablen im Hinblick auf den von der Magnetfeldstrombefehlarithmetikeinrichtung 9 eingegebenen
Magnetfeldstrombefehlswert If*. Die Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 berichtigt
daraufhin den Betrag dieses Magnetfeldstrombefehlswertes If* und
berechnet den beschränkenden
Magnetfeldstrombefehlswert If*' und
gibt diesen aus.
-
Es
ist auch möglich,
die Funktion If*' = f (If*, Nm, Vdc) mit dem Magnetfeldstrombefehlswert
If*, der Drehzahl Nm und der Gleichspannung Vdc als Eingangsvariablen
ohne Verwenden des Kennfelds anzuwenden.
-
Somit
werden durch Berechnen des beschränkenden Magnetfeldstrombefehlswertes
If*' unter Bezugnahme
auf die Gleichspannung Vdc sowie die Drehzahl Nm ähnliche
Wirkungen erzielt wie in der Ausführungsform 1. Ferner, wenn
beispielsweise die Gleichspannung Vdc durch einen Ladungszustand
der fahrzeugmontierten Batterie 8 verändert wird, kann der Netzstrom
mit höherer
Genauigkeit gesteuert werden. Dies liegt daran, dass neben dem Magnetfeldstrom
If und der Drehzahl Nm auch die Gleichspannung Vdc den Netzstrom
beeinflusst. Beispielsweise, wenn die Gleichspannung Vdc niedrig ist,
wird der Netzstrom im Vergleich zu einem Fall, in dem die Gleichspannung
Vdc hoch ist, erhöht.
Dementsprechend wird der Ausgangsstrom der rotierenden Elektromaschine 2 erhöht, wenn
die Spannung der fahrzeugmontierten Batterie 8 niedrig
ist. Die Berichtigung ist erforderlich, um den beschränkenden Magnetfeldstrombefehlswert
If*' zu verringern,
um diese Erhöhung
des Ausgangsstroms der rotierenden Elektromaschine 2 zu
kompensieren.
-
Ausführungsform 3
-
5 bis 7 erläutern die
Steuereinheit für
die rotierende Elektromaschine für
ein Fahrzeug gemäß einer
Ausführungsform
3 dieser Erfindung. 5 zeigt ein Blockdiagramm zum
Erläutern
des Aufbaus dieser Steuereinheit. 6 ist eine
Ansicht zum Erläutern
des Betriebs einer Netzstrom-Vollweggleichrichtungs-Arithmetikeinrichtung. 7 zeigt ein
Blockdiagramm zum Erläutern
der Details der Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung. In diesen
Figuren sind die gleichen funktionalen Abschnitte wie in den obigen
Ausführungsformen
1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei der Steuereinheit
für die rotierende
Elektromaschine für
ein Fahrzeug wurde in dieser Ausführungsform das arithmetische
Verfahren der Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung im Vergleich
zu den obigen Ausführungsformen
1 und 2 verändert.
-
In
dieser Ausführungsform
wird, wie in 5 gezeigt, anstelle der Drehzahl
Nm ein Signal von der Netzstrom-Vollweggleichrichtungs-Arithmetikeinrichtung 18 in
die Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 eingegeben.
Wie in 7 gezeigt, ist in der Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 eine
Beurteilungseinrichtung 19 angeordnet. Die Beurteilungseinrichtung 19 überwacht
das Signal Iave von der Netzstrom-Vollweggleichrichtungs-Arithmetikeinrichtung 18 und
wird betrieben, um den Magnetfeldstrom zu beschränken, wenn beurteilt wird,
dass der Netzstrom übermäßig hoch
ist.
-
Wie
in 6 gezeigt, führt
die Netzstrom-Vollweggleichrichtungs-Arithmetikeinrichtung 18 die
Vollweggleichrichtung des Netzstroms jeder Phase durch und erhält ein Gleichstromsignal
I_ave von dem Netz-Wechselstrom. Bei der arithmetischen Operation
ist dieses Mal der Netzstromwert jeder Phase nicht unbedingt erforderlich
im Fall von drei Phasen, und die Gesamtsumme der Stromwerte der jeweiligen
Phasen wird null. Dementsprechend wird das Gleichstromsignal I_ave
erhalten, wenn die Netzströme
von mindestens zwei Phasen erfasst werden. Dieses Gleichstromsignal
I_ave ist proportional zu der Größe des Netzstroms,
und der beschränkende
Magnetfeldstrombefehlswert If*' wird wie
folgt berechnet unter Verwendung dieses Gleichstromsignals I_ave.
-
Wie
in der Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 der 7 gezeigt,
wird ein Maximalwert-Gleichstromsignal I_ave_max entsprechend dem
Maximalwert des Netzstroms in einer Speichereinrichtung 20,
etc. im voraus gespeichert. Die Beurteilungseinrichtung 19 vergleicht
dieses Maximalwert- Gleichstromsignal
I_ave_max mit dem Gleichstromsignal I_ave von der Netzstrom-Vollweggleichrichtungs-Arithmetikeinrichtung 18.
Wenn das Maximalwert-Gleichstromsignal
I_ave_max größer ist
als das Gleichstromsignal I_ave, ist es nicht erforderlich, den
Magnetfeldstrombefehlswert If* zu beschränken. Demgemäß wird der
Wert des Magnetfeldstrombefehlswertes If* so ausgegeben, wie er
ist. Im Gegensatz hierzu wird der Magnetfeldstrom, wenn das Gleichstromsignal
I_ave größer ist
als das Maximalwert-Gleichsstromsignal I_ave_max, begrenzt und auf
den beschränkenden
Magnetfeldstrombefehlswert If*' gesetzt.
-
Dieser
beschränkende
Magnetfeldstrombefehlswert If*' wird
von der Beurteilungseinrichtung 19 berechnet unter Verwendung
des Magnetfeldstrombefehlswertes If*, des Gleichstromsignals I_ave
und des Maximalwert-Gleichstromsignals I_ave_max. Diese Berechnung
erfolgt unter Verwendung der Abweichung zwischen dem Maximalwert-Gleichstromsignal
I_ave_max und dem Gleichstromsignal I_ave. Dieses Mal kann der beschränkende Magnetfeldstrombefehlswert
If*' bestimmt werden
unter Verwendung einer vorbestimmten Funktion in Bezug auf diese
Abweichung. Ferner kann auch eine Proportional-/Integralsteuerung
(PI-Steuerung) unter Verwendung dieser Abweichung durchgeführt werden.
-
Es
lässt sich
akkurat verhindern, dass der Netzstrom übermäßig hoch wird, ohne eine charakteristische
Veränderung
aufgrund individueller Unterschiede und Betriebszustände des
Stromrichters 7 und der rotierenden Elektromaschine 2 zu
berücksichtigen,
und zwar durch Verwenden des auf diese Weise berechneten beschränkenden
Magnetfeldstrombefehlswertes If*'.
-
Ausführungsform 4
-
In
dieser Ausführungsform
ist ein Temperatursensor in der rotierenden Elektromaschine 2 oder dem
Stromrichter 7 angeordnet. Der in der Ausführungsform
1 beschriebene Maximalwert If_max des Magnetfeldstroms oder das
in der Ausführungsform
3 beschriebene Maximalwert-Gleichstromsignal I_ave_max wird anhand
eines Erfassungswertes dieses Temperatursensors berichtigt. Konkret
wird die Berichtigung, wenn die Erfassungstemperatur des einen oder
der beiden in der rotierenden Elektromaschine 2 und dem
Stromrichter 7 angeordneten Temperatursensoren niedrig
ist, in einer Richtung zum Erhöhen
des Maximalwertes des Magnetfeldstroms oder des Maximalwert-Gleichstromsignals
durchgeführt.
Im Gegensatz hierzu wird die Berichtigung, wenn die Erfassungstemperatur
hoch ist, in einer Richtung zum Verringern des Maximalwertes des Magnetfeldstroms
oder des Maximalwert-Gleichstromsignals durchgeführt. Demnach wird eine Steuerung
gemäß dem Temperaturzustand
des Systems ausgeführt.
-
In Übereinstimmung
mit einem derartigen Aufbau lässt
sich eine übermäßige Beschränkung verhindern,
und ein Maximum an erzeugter elektrischer Energie lässt sich
je nach Zustand erhalten. Der Minimalwert des Magnetfeldstroms im
Hinblick auf den Erfassungswert des Temperatursensors oder der Berichtigungsbetrag
des Maximalwert-Gleichstromsignals lässt sich anhand eines im voraus
bestimmten Kennfeldes berechnen und lässt sich ebenfalls anhand einer
arithmetischen Operation auf der Grundlage einer vorbestimmten Funktion
berechnen.
-
In
jeder der obigen Ausführungsformen
wird der Magnetfeldstrombefehlswert If* von der Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung 10 beschränkt und
an die Magnetfeldspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 11 abgegeben.
Das arithmetische Steuersystem kann jedoch auch so aufgebaut sein,
dass es die Gleichspannung Vdc konstant unmittelbar ausgehend von
der Magnetfeldspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 11 einstellt,
mit nur der Gleichspannung als Eingangsvariablen. In diesem Fall
werden ähnliche
Wirkungen erhalten wie jene der obigen Ausführungsformen durch Anordnen
einer Beschränkungseinrichtung des
Magnetfeldstroms an der nachfolgenden Stufe der Magnetfeldspannungsbefehlarithmetikeinrichtung 11.
-
Wie
oben erläutert,
umfasst die Steuereinheit der rotierenden Elektromaschine für ein Fahrzeug
in dieser Erfindung:
die aus einer dreiphasigen Synchronmaschine
des Wicklungstyps aufgebaute rotierende Elektromaschine, die als
Elektromotor und Elektrogenerator arbeitet;
eine dreiphasige
Netzstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines dreiphasigen Netzstroms
der rotierenden Elektromaschine;
eine Magnetfeldstromerfassungseinrichtung
zum Erfassen eines Magnetfeldstroms;
eine Drehmoment- und Energiebefehlarithmetikeinrichtung
zum Steuern eines Drehmomentwertes, wenn die rotierende Elektromaschine
als Elektromotor arbeitet, und Steuern einer Energieerzeugungsmenge,
wenn die rotierende Elektromaschine als Elektrogenerator arbeitet;
eine
Netzstrombefehlarithmetikeinrichtung zum Steuern des dreiphasigen
Netzstroms anhand des Befehls der Drehmoment- und Energiebefehlarithmetikeinrichtung;
eine
Magnetfeldstrombefehlarithmetikeinrichtung zum Steuern des Magnetfeldstroms
anhand des Befehls der Drehmoment- und Energiebefehlarithmetikeinrichtung;
einen
Stromrichter, der als Gleichrichter oder Wechselrichter arbeitet;
und
eine Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung zum Beschränken des
dreiphasigen Netzstroms durch Steuern der Ausgangsleistung der Magnetfeldstromarithmetikeinrichtung,
wenn die rotierende Elektromaschine als Elektrogenerator arbeitet.
-
Die
Magnetfeldstrombefehlbeschränkungseinrichtung
beschränkt
den ausgegebenen Netzstrom der rotierenden Elektromaschine auf einen
vorbestimmten Maximalwert. Dementsprechend können der Stromrichter und die
rotierende Elektromaschine oder ein Wechselstrompfad betrieben werden
ohne durchzubrennen und beschädigt
oder verschlechtert zu werden durch einen übermäßig hohen Netzstrom als Ausgangsleistung
der rotierenden Elektromaschine. Demgemäß können, wenn eine hohe elektrische Belastung
vorliegt, Durchbrennschäden
und eine Verschlechterung des Stromrichters und der rotierenden
Elektromaschine aufgrund von übermäßig hohem
Netzstrom vermieden werden durch den auf einen vorbestimmten Maximalwert
beschränkten
Magnetfeldstrom bei gleichzeitiger Ausgabe von elektrischer Energie
je nach der elektrischen Belastung.