PatentDe  



Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung, bei der mit Hilfe eines Gleichstorm-Wechselstrom-Konverters einem Fahrzeug-Generator-Motor Ströme zugeführt und von diesem ausgegeben werden.

Beschreibung des Standes der Technik

JP-T-2004-519184 (2 und 3 und die Beschreibungen derselben) offenbart beispielsweise ein Verfahren zum Steuern eines reversiblen elektrischen Multiphasen-Drehgeräts. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Betätigen eines Motors eines Generator-Motors, der sowohl als ein Generator als auch als ein Motor dient, das elektrische Gerät gemäß zweier Modi angetrieben wird, die verschiedenen Geschwindigkeits-/Drehmoment-Kennlinienkurven entsprechen, also gemäß einem ersten Modus, der als "Anlassermodus" bezeichnet wird, und in dem die Wärmekraftmaschine eines Fahrzeugs angetrieben werden kann, um das Fahrzeug bei einer geringen Geschwindigkeit und mit einem großen Drehmoment anzulassen, und einem zweiten Modus, der als "Hilfsmotormodus" bezeichnet wird und in dem nur das elektrische Gerät, wenigstens eine Energieverbrauchereinheit oder die Wärmekraftmaschine bei einer höheren Geschwindigkeit und mit einem geringeren Drehmoment als in dem ersten Modus angetrieben werden können. In einem Fall, in dem eine PWM-Sinuswellensteuerung durchgeführt wird, werden ansonsten allgemein Phasen kontinuierlich in Übereinstimmung mit einer Drehzahl mittels einer Vektorsteuerung geändert.

Bei dem bekannten Verfahren wird ein Strom beim Übergang der beiden Modi diskontinuierlich, so dass auch eine Spannung diskontinuierlich wird. Daher wird das Drehmoment diskontinuierlich, und die Drehzahl wird nicht gleichmäßig.

Wegen des diskontinuierlichen Stroms vergrößert sich plötzlich die elektromagnetische Störung beim Übergang der beiden Modi, so dass ein unbehagliches Gefühl eintritt.

In einem Bereich nahe dem Übergang der beiden Modi sinkt das Drehmoment, und das maximale Drehmoment wird nicht erreicht. Daher kann die Leistung des Motors nicht bis zum Äußersten genutzt werden.

Da die PWM-Steuerung durch Ein- und Ausschalten von Spannungen ausgeführt wird, entwickelt sich ein Abschnitt, in dem keine Spannung verwendet wird, und ein Spannungsausnutzungsgrad sinkt. Insbesondere eine Batterie für das Fahrzeug hat normalerweise eine Spannung von 12 V, und die Verringerung des Drehmoments ist drastisch, wenn der Spannungsausnutzungsgrad gering ist.

In einem Fall, in dem ein Rotor nicht ausgeprägte Polkanten aufweist, wird kein magnetisches Widerstandsdrehmoment erzeugt, selbst wenn die Phasen der Statorströme geändert werden, und die Phasenänderungen sind weniger effektiv.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde aufgrund der zuvor beschriebenen äußeren Umstände gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drehmoment zu verbessern.

Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung, bei der ein feldwicklungsartiger Generator-Motor mit ausgeprägten Polkanten für ein Fahrzeug einer Leitungssteuerung mittels eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters unterzogen wird. Bei der Steuervorrichtung wird ein Stator des feldwicklungsartigen Generator-Motors mit ausgeprägten Polkanten mit Hilfe von Rechteckwellenspannungen an solchen Führungsstartwinkeln von entsprechenden Phasen des Stators betätigt, die um einen vorbestimmten Winkel relativ zu einer Rotorposition versetzt sind. Ansonsten ändern sich die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen im Wesentlichen kontinuierlich gemäß einer Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters und gemäß einer Drehzahl des Generator-Motors. Auf diese Weise bringt die Steuervorrichtung den Vorteil mit sich, dass ein Drehmoment verbessert wird.

Die zuvor genannten und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden genauen Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Schaltdiagramm, das ein Beispiel der Anordnung eines feldwicklungsartigen Generator-Motors mit ausgeprägten Polkanten und einen Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

2 ist ein Diagramm, das eine Rotorposition und Beispiele der Spannungswellenformen einer 180°-Rechteckwellenführung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

3 ist ein Diagramm, das eine Rotorposition und Beispiele von Spannungswellenformen einer 120°-Reckteckwellenführung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

4 ist ein Diagramm, das Beispiele der Einstellwerte eines Leitungsstartphasenwinkels (180°-Rechteckwellenführung) im Vergleich zu einer Drehzahl gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei jeweils die Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters angegeben ist;

5 ist ein Diagramm, das Beispiele der Spannungsausnutzungsfaktoren der Wellenformen einer sinusförmigen PWM-Wellenführung und der Rechteckwellenführungen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

6 ist ein Diagramm, das Beispiele der Drehmomentkennlinie der 180°-Rechteckwellenführung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in den Fällen zeigt, in denen die Führungsstartwinkel festgelegt und kontinuierlich gehängt sind;

7 ist ein Diagramm, das Beispiele der Beziehung zwischen einem O-PhasenFührungsstartwinkel und einem Drehmoment gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

8 ist ein Diagramm, das Beispiele der Drehmomentkennlinien einer Maschine mit ausgeprägten Polkanten und einer Maschine mit nicht ausgeprägten Polkanten im Vergleich zu einem Stromphasenwinkel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

9 ist ein Diagramm, das Beispiele der Einstellwertänderung des U-PhasenFührungsstartwinkels in Abhängigkeit von der Temperatur der Statorspule des Generator-Motors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Erregerstromerfassungsmittels (eine Schaltung, die einen Nebenwiderstand verwendet) gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

11 ist ein Diagramm, das Beispiele des Effektes des Schwächens eines Erregerstroms gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

12 ist ein Diagramm, das Beispiele der Vergleiche der Drehmomentkennlinien einer sinusförmigen PWM-Welle und von Rechteckwellen gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

13 ist ein Diagramm, das Beispiele von Positionssensorwellenformen basierend auf einem Hall-IC-Schalter und der Rechteckwellenspannungswellenform der entsprechenden Phasen bei einer Drehzahl nahe Null gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

14 ist ein Diagramm, das Beispiele von Positionssensorwellenformen basierend auf dem Hall-IC-Schalter und der Rechteckwellenspannungswellenform der entsprechenden Phasen bei einer erhöhten Drehzahl gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

15 ist ein Schaltplan, der Beispiele eines feldwicklungsartigen Generator-Motors mit ausgeprägten Polkanten und eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und

16 ist ein Diagramm, das Beispiele von Verfahren zum Bestimmen eines Erregerstroms und eines PhasenstromFührungsstartwinkels gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Erste Ausführungsform:

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Übrigen bezeichnen gleiche Bezugsziffern und Zeichen in den Zeichnungen gleiche Bereiche.

1 zeigt einen Schaltplan eines feldwicklungsartigen Generator-Motors 1 mit ausgeprägten Polkanten, eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters 2, der dem Generator-Motor 1 Ströme zuführt und solche von diesem ausgibt, einer Gleichstromenergieversorgung 3, wie beispielsweise einer Batterie, und eines glättenden Kondensators 4.

Der feldwicklungsartige Generator-Motor 1 mit ausgeprägten Polkanten umfasst einen Stator (normalerweise einen Anker) 1A, der eine Wicklung mit einer Y-Verbindung aufweist, einen Rotor (normalerweise ein Feldmagnet) 1F mit einer Wicklung und einen Rotorpositionssensor 1RPS.

Der Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter 2 umfasst eine arithmetische Einheit 21, einen Dreiphasen-Gate-Driver 22, einen Feld-Gate-Driver 23 und eine Rotorpositionserfassungsschaltung 24.

Die arithmetische Einheit 21 berechnet einen Führungsstartwinkel jeder Phase des Stators 1A unter Verwendung einer P-N-Spannung, bei der es sich um die Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters 2 handelt, und die Drehzahl des Generator-Motors 1, die anhand des Signals der Rotorpositionserfassungsschaltung 24 berechnet wird, und sie sendet ein Signal zu dem Dreiphasen-Gate-Driver 22. Der Dreiphasen-Gate-Driver 22 schaltet die Schaltelemente (vorliegend MOSFETs) der oberen und unteren Arme in drei Phasen ein und aus, so dass den UVW-Anschlüssen Spannungen zugeführt werden und Dreiphasenströme fließen.

2 zeigt eine Rotorposition (&ohgr;t) in einer 180°-Rechteckwellenführung und Beispiele von Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter-Phasenspannungen (Phasenspannungen des Stators 1A) Vuo, Vvo und Vwo und einer Netzspannung Vuv, Vvw und Vwu. Vorliegend bezeichnet das Symbol &dgr; einen U-PhasenFührungsstartwinkel, bei dem es sich um einen relativen Winkel zu der Rotorposition handelt.

3 zeigt eine Rotorposition (&ohgr;t) in einer 120°-Rechteckwellenführung, und Beispiele der Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter-Phasenspannungen (Phasenspannungen des Stators 1A) Vuo, Vvo und Vwo und eine Netzspannung Vuv, Vvw und Vwu. Vorliegend bezeichnet das Symbol &dgr; einen U-Phasen-Führungsstartwinkel, bei dem es sich um einen relativen Winkel zu der Rotorposition handelt.

4 zeigt Beispiele der Einstellwerte eines Leitungsstartphasenwinkels (180°-Rechteckwellenführung) im Vergleich zu der Drehzahl, wobei die Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters angegeben ist. Vorliegend bezeichnet das Symbol &dgr; den U-Phasen-Führungsstartwinkel (relativer Winkel zu der Rotorposition).

5 zeigt die Wellenformen einer sinusförmigen PWM-Wellenführung und der Rechteckwellenführungen sowie Spannungsausnutzungsgrade. Da die Rechteckwellenführung in Bezug auf den Spannungsausnutzungsgrad im Vergleich zu der sinusförmigen PWM-Wellenführung verbessert ist, kann sie die Ströme erhöhen und die Drehmomente verbessern. Wenn die Rechteckwellenführung anstelle der PWM verwendet wird, können eine Energieversorgung zum Verringern einer Stromzeitkonstante in einem Schaltmodus und ein glättender Kondensator 4 mit großer Kapazität zum Verringern einer Stoßspannung, die im Falle der PWM erforderlich sind, durch Kondensatoren mit geringen Kapazitäten ersetzt werden. Im Falle der Rechteckwellensteuerung muss eine Schaltgeschwindigkeit nicht erhöht werden. Daher kann die Stoßspannung durch Verringern der Schaltgeschwindigkeit reduziert werden, und der Kondensator mit geringer Kapazität reicht zur Störungsminderung aus. Entsprechend können die Kosten sowie die Baugröße reduziert werden. Dank der Rechteckwellenführung, die das PWM-Schalten ersetzt, kann zudem ein Schaltverlust verringert werden. Beispielsweise unter der Voraussetzung, dass PWM bei einer Trägerfrequenz von 10 kHz durchgeführt wird, werden Schaltoperationen zweifach bei AN und AUS in 100 &mgr;s bewirkt, also alle 50 &mgr;s. Wenn die Drehzahl bei der Rechteckwellensteuerung 1000 U/min beträgt und der Rotor 1F 8 Polpaare aufweist, dauert ein Zyklus der Wellenform der Rechteckwellenspannung hingegen 6500 &mgr;s. In diesem Fall werden Schaltoperationen zweifach bei AN und AUS in einem Zyklus bewirkt, also alle 3250 &mgr;s. Verglichen mit PWM nimmt die Rechteckwellenführung auf 1/65 der Schaltanzahl ab und kann den Schaltverlust deutlich senken. Daher wird die Effizienz des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters verbessert, ebenso wie das Drehmoment. Dank der Verringerung des Verlustes wird ferner die Wärmeerzeugung der Schaltelemente unterdrückt, wodurch deren Verlässlichkeit verbessert wird.

6 zeigt die Drehmomentkennlinien der 180°-Rechteckwellenführung in denjenigen Fällen, in denen die Führungsstartwinkel zwei um 60° versetzte, feststehende Winkel sind, und in dem Fall, in dem der Führungsstartwinkel kontinuierlich geändert wird. Wenn der Winkel kontinuierlich geändert wird, wird das Drehmoment mehr gesteigert, und die Drehmomentkennlinie wird mehr als in denjenigen Fällen geglättet, in denen die Winkel fest sind.

7 zeigt die Beziehung zwischen dem U-Phasen-Führungsstartwinkel und dem Drehmoment. Wenn der Führungsstartwinkel, der das maximale Drehmoment bietet, eingestellt wird, wird das Drehmoment maximal, und wenn der Führungsstartwinkel, der irgendein gewünschtes Drehmoment bietet, vorliegend 80% des maximalen Drehmomentes, eingestellt wird, kann das gewünschte Drehmoment erzielt werden.

8 zeigt die Drehmomentkennlinien einer Maschine mit ausgeprägten Polkanten und einer Maschine mit nicht ausgeprägten Polkanten im Vergleich zu den Stromphasenwinkeln. Die Maschine mit ausgeprägten Polkanten hat den Maximalwinkel des Drehmomentes bei dem Phasenwinkel, der größer ist, und die Phase, die das maximale Drehmoment aufweist, ist in Abhängigkeit von dem Strom verschieden. Im Gegensatz dazu hat die Maschine mit nicht ausgeprägten Polkanten eine Spitze bei der Nullstromphase, und diese Tatsache ändert sich nicht in Abhängigkeit von dem Stromwert.

Da eine Ankerreaktionsspannung, die in dem Stator erzeugt wird, mit der Drehzahl größer wird, wird der Stromwert des Stators mit zunehmender Drehzahl kleiner. Bei der Maschine mit ausgeprägten Polkanten ist somit die Stromphase, bei der das Drehmoment maximal wird, in Abhängigkeit von der Drehzahl verschieden. Da die Stromphase verändert werden kann, indem der Führungsstartwinkel der Spannung verändert wird, kann das Drehmoment erhöht werden, wenn es bei der optimalen Phase gesteuert wird.

Zweite Ausführungsform:

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 9 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 9 zeigt die Einstellwertänderung des U-Phasen-Führungsstartwinkels in Abhängigkeit von der Temperatur der Statorspule des Generator-Motors. Somit kann das Drehmoment bei jeder Temperatur auf das maximale Drehmoment oder das Zieldrehmoment gesteuert werden. Die Temperatur der Statorspule kann auch durch die Temperatur des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters substituiert werden. Im Übrigen weisen im Falle des ersten Maschinenstarts bei geringer Temperatur der Generator-Motor, der Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter und eine Maschine im Wesentlichen die gleichen Temperaturen auf, so dass der Führungsstartwinkel gut in Bezug auf die Wassertemperatur oder die Öltemperatur der Maschine eingestellt werden kann.

Dritte Ausführungsform:

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 10 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In 10 sind Bereiche, die den in 1 dargestellten Bereichen gleichen oder entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern und Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet. 10 zeigt eine Schaltung, die einen Nebenwiderstand 6 als ein Feldstromerfassungsmittel verwendet. Der Widerstand Rt1der Rotorfeldwicklung eines Generator-Motors ändert sich in Abhängigkeit von den Temperaturen, wie es anhand der nachfolgenden Gleichung (Gleichung 1) gezeigt ist: Rt1 = (235 + t1)/(235 + t0)·Rt0(Gleichung 1) mit

t1:
tatsächliche Betriebstemperatur,
t0:
Referenztemperatur, bei der Rt0 gemessen wurde,
Rt0:
Widerstand bei der Referenztemperatur.

Im Übrigen wird ein Feldstrom If anhand der Spannung VPN einer Energieversorgung, des AN-Betriebs ("Betrieb") eines Feldschaltelementes 5 und des Spannungsabfalls des Widerstands Rt1 der Feldwicklung, etc. wie folgt bestimmt: If = (VPN·Betrieb – Vdrop)/Rt0(Gleichung 2) mit Vdrop Spannungsabfall einer Bürste.

Die Temperatur beeinflusst wie bei der zweiten Ausführungsform den Feldstrom. Wenn ein Führungsstartwinkel durch den erfassten Feldstrom anstelle der Temperatur geändert wird, kann ein Drehmoment entsprechend bei jeder Temperatur auf das maximale Drehmoment oder auf ein Zieldrehmoment gesteuert werden.

Vierte Ausführungsform:

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 11 eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

11 zeigt eine Drehmomentkennlinie in demjenigen Fall, in dem ein Feldstrom gegen eine Drehzahl geändert wird. Wie anhand 11 zu erkennen ist, wird ein Drehmoment bei hohen Drehzahlen größer, wenn der Feldstrom stärker verringert wird.

Fünfte Ausführungsform:

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 12 eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 12 zeigt die Vergleiche der Drehmomentkennlinien einer sinusförmigen PWM-Wellenführung, einer 120°-Rechteckwellenführung und einer 180°-Rechteckwellenführung. Wie es in 12 zu erkennen ist, ist das Drehmoment der 120°-Rechteckwellenführung verglichen mit demjenigen der sinusförmigen PWM-Wellenführung größer, und dasjenige der 180°-Rechteckwellenführung noch größer. Die Drehmomentkennlinien der sinusförmigen PWM-Wellenführung, der 120°-Rechteckwellenführung und der 180°-Rechteckwellenführung sind die Kennlinien in demjenigen Fall, in dem der U-Phasen-Führungsstartwinkel kontinuierlich geändert wird, wie es in 5 gezeigt ist.

Sechste Ausführungsform:

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 13 und 14 eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 13 zeigt das Beispiel gemäß Anspruch 13. Bei einer Drehzahl nahe Null werden die Rechteckwellenspannungstakte von entsprechenden Phasen anhand der Spannungsrechteckwellen eines auf einem Hall-IC-Schalter basierenden Positionssensors bestimmt. Bei hohen Drehzahlen, wie es in 14 gezeigt ist, wird die Position eines Rotors geschätzt, indem ein Zyklus von der führenden Kante oder der nachlaufenden Kante des Ausgangs des Sensors bewertet wird, um die U-Phasen-Führungsstartwinkel zu ändern.

Siebte Ausführungsform:

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 15 und 16 eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 15 zeigt den Schaltplan des Beispiels gemäß Anspruch 3. Eine arithmetische Einheit misst einen Feldstrom mittels eines Nebenwiderstands, bei dem es sich um ein Feldstromerfassungsmittel handelt, sie misst eine P-N-Klemmenspannung, bei der es sich um die Eingangsspannung eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters handelt, und sie erfasst die Daten eines Betriebs in Form des AN-Zeit-Verhältnisses der AN/AUS-Steuerung eines Feld-Gate-Drivers. Ein Feldwiderstand Rf wird anhand des Feldstroms If und einer Spannung Vf, die anhand des Produktes zwischen der P-N-Klemmenspannung VPN und dem Feld-AN-Betrieb "Duty" berechnet wird, mit Hilfe der nachfolgenden Formel berechnet:

Im Übrigen wird die Temperatur Tf der Feldspule durch die nachfolgende Formel berechnet, wobei der Widerstand der Feldspule bei 20°C durch R20 repräsentiert wird:

Wie es in 16 gezeigt ist, werden ein Phasenstrom-Führungsstartwinkel und der Feldstrom unter Bezugnahme auf Kennfelder, die auf den zuvor genannten Daten basieren, bestimmt. Zudem kann der Feldwiderstand Rf gut anstelle der Temperatur Tf der Feldspule verwendet werden.

Wesentliche Punkte, die in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 7 der vorliegenden Erfindung genannt werden, und wesentliche Punkte, die nicht in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 7 der vorliegenden Erfindung genannt sind, werden nachfolgend beschrieben.

  • 1. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung, bei der ein feldwicklungsartiger Generator-Motor mit ausgeprägten Polkanten für ein Fahrzeug einer Leitungssteuerung mittels eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters ausgesetzt wird, umfasst Mittel zum Betätigen eines Stators des feldwicklungsartigen Fahrzeug-Generator-Motors mit ausgeprägten Polkanten mit Hilfe von Rechteckwellenspannungen an diesen Führungsstartwinkeln der entsprechenden Phasen des Stators, die um einen vorbestimmten Winkel relativ zu einer Rotorposition versetzt sind, wobei sich die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen im Wesentlichen kontinuierlich in Übereinstimmung mit einer Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters und einer Drehzahl des Generator-Motors ändern. Ferner ein Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter, wobei einem feldwicklungsartigen Generator-Motor mit ausgeprägten Polkanten für ein Fahrzeug Ströme zugeführt und solche von diesem ausgegeben werden, bei dem Phasenspannungen durch rechteckige Wellenspannungsführungen mit vorbestimmter Winkelbreite gesteuert werden, Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen eines Stators gesteuert (bestimmt) werden, um einen vorbestimmten Winkel relativ zu einer Rotorposition, die durch das Rotorpositionserfassungsmittel erfasst wurde, zu ändern, und die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen gesteuert werden, um sich im Wesentlichen kontinuierlich in Übereinstimmung mit einer Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters und einer Drehzahl des Generator-Motors zu ändern. Entsprechend werden die nachfolgend genannten Vorteile erzielt:
  • (1) Dank der Rechteckwellenführung, die von der sinusförmigen PWM-Wellenführung verschieden ist, kann die Eingangsspannung bis zum Äußersten genutzt werden, und ein Drehmoment wird verbessert.
  • (2) Die Leitungsstartphasen werden auf den vorbestimmten Winkel relativ zur Rotorposition geändert, und sie werden kontinuierlich in Bezug auf die Drehzahl und die Eingangsspannung verändert, so dass das Drehmoment derart gesteuert werden kann, dass es einen vorbestimmten Wert bei jeder Eingangsspannung und jeder Drehzahl annimmt.
  • (3) Ferner können die Führungsstartwinkel derart gesteuert werden, dass die Effizienz des Motors maximiert wird.
  • (4) Da kein PWM-Schalten verwendet wird, kann die Kapazität eines glättenden Kondensators zum Unterdrücken der Stoßspannung einer Eingangsleitung verringert werden, und die Größe des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters sowie seine Kosten können reduziert werden.
  • (5) Da kein PWM-Schalten verwendet wird, kann der Schaltverlust des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters verringert werden, und die Effizienz desselben kann erhöht werden.
  • (6) Dank des Generator-Motors mit ausgeprägten Polkanten wird ein magnetisches Widerstandsmoment durch Ändern der Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen des Stators relativ zu der Rotorposition erzeugt, und das Drehmoment kann verbessert werden.
  • 2. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach Unterpunkt 1, bei der sich die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen in Abhängigkeit von einer erfassten Temperatur ändern. Eine Fahrzeug-Generator-Motorsteuervorrichtung nach Unterpunkt 1, wobei der Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter Temperaturerfassungsmittel umfasst, und wobei die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen in Abhängigkeit von Temperaturen geändert werden. Somit wird der nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
  • (1) Da sich der optimale Führungsstartwinkel in Abhängigkeit von Temperaturen ändert, wird das Drehmoment verbessert, indem die Leitungsstartphase in Übereinstimmung mit der erfassten Temperatur geändert wird.
  • 3. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach Unterpunkt 1, wobei sich die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters, von einem Feldstrom und von einem Betrieb eines elektronischen Feldwechselrichters ändern. Zudem eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach Unterpunkt 1, wobei der Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter Feldstromerfassungsmittel aufweist, und wobei die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters, von einem Feldstrom und von einem Betrieb eines elektronischen Feldwechselrichters geändert werden. Auf diese Weise wird der nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
  • (1) Der optimale Führungsstartwinkel ändert sich in Abhängigkeit von Temperaturen, und der Feldstrom ändert sich in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters, von dem Betrieb und von der Temperatur, so dass das Drehmoment verbessert wird, indem die Leitungsstartphase in Abhängigkeit von diesen Größen geändert wird.
  • 4. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 3, wobei eine Feldschwächung durchgeführt wird, indem ein Strom eines Wicklungsfeldes in Übereinstimmung mit der Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters und der Drehzahl des Generator-Motors geändert wird. Auf diese Weise werden die nachfolgend genannten Vorteile erzielt:
  • (1) Die Feldschwächung wird durch den Feldstrom durchgeführt, so dass die Reaktionsspannung des Stators unterdrückt werden kann, und ein Statorstrom kann erhöht werden, so dass das Drehmoment verbessert wird.
  • (2) Zudem kann ein Feldwechselrichterverlust verringert werden, indem der Feldstrom reduziert wird, so dass eine Effizienz stärker als bei der Feldschwächung basierend auf dem Statorstrom verbessert wird.
  • (3) Da der Statorstrom und der Feldstrom eines Rotors gesteuert werden, nimmt ferner eine Einsatzflexibilität zu, und ein Laufen mit einer noch höheren Effizienz ist möglich.
  • 5. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 4, wobei eine Leitungsbreite der Phasenspannungen der entsprechenden Phasen des Stators 180° beträgt. Auf diese Weise wird der nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
  • (1) Dank der 180°-Rechteckwellenführung können die Spannungen bis zum Äußersten verwendet werden, und das Drehmoment kann verbessert werden.
  • 6. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 4, wobei eine Leitungsbreite der Phasenspannungen der entsprechenden Phasen des Stators 120° beträgt. Auf diese Weise wird der nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
  • (1) Wenn der Strom mit der 180°-Rechteckwellenführung übermäßig groß ist, kann er durch 120°-Rechteckwellenführung unterdrückt werden, und der Temperaturanstieg des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters und der Energieverlust von Energieelementen können verhindert werden.
  • 7. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 6, wobei sich die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen ändern, um das Drehmoment, das bei jeder Umdrehung bestimmt wird, zu maximieren. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 6, wobei die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen gesteuert werden, um das Drehmoment bei jeder Umdrehung zu maximieren. Auf diese Weise wird der nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
  • (1) Da die Führungsstartwinkel gesteuert werden, um das Drehmoment zu maximieren, kann die Leistung des Motors bis zum Äußersten verwendet werden, und der Motor kann schnell auf hohe Drehzahlen gedreht werden.
  • 8. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 7, wobei wesentliche Wellen von Phasenströmen derart gesteuert werden, dass Leistungsfaktoren im Wesentlichen den Wert Eins annehmen. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 7, wobei wesentliche Wellen der Phasenspannungen und wesentliche Wellen der Phasenströme derart gesteuert werden, dass Leistungsfaktoren nahezu den Wert Eins annehmen. Auf diese Weise werden die nachfolgend genannten Vorteile erzielt:
  • (1) Da das Drehmoment bei dem Leistungsfaktor mit dem Wert Ein im Wesentlichen maximal wird, wird dieser Leistungsfaktor mit dem Wert Eins als ein Mittel zum Bestimmen der Rechteckwellenspannungsphasen des Stators verwendet, so dass die Spannungsphasen durch denselben Algorithmus gesteuert werden können, und zwar unabhängig von der Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters und der Drehzahl des Generator-Motors.
  • (2) Da die Phasen der Statorphasenspannungen durch die Stromphasen des Stators bestimmt werden können, können sie unabhängig von den Wicklungsspezifikationen des Generator-Motors gesteuert werden, und die Spezifikationen und Zustände von verschiedenen Generator-Motoren können gemeistert werden.
  • 9. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 7, wobei eine Steuerung in einer Richtung eine Abnahme eines Verlustes eines Gesamtsystems durchgeführt wird. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 7, wobei eine Steuerung derart durchgeführt wird, dass ein Verlust eines Gesamtsystems minimiert wird. Auf diese Weise wird der nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
  • (1) Wenn das maximale Drehmoment nicht erforderlich ist, wird der Verlust hinsichtlich der Temperaturen, etc., einer Batterie und einer Verdrahtung, des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters, des Generator-Motors, etc., minimiert, so dass keine Energie verschwendet wird und eine Effizienz verbessert werden kann.
  • 10. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 9, wobei die Rotorposition durch einen bekannten Drehmelder erfasst wird. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 9, wobei ein Rotorpositionserfassungsmittel ein bekannter Drehmelder ist. Auf diese Weise werden die nachfolgend genannten Vorteile erzielt:
  • (1) Der Drehmelder kann die Position mit einer hohen Genauigkeit erfassen, die Auflösung des Führungsstartwinkels wird verbessert, und die Phase kann fein gesteuert werden, so dass Kennlinien verbessert werden.
  • (2) Da die Steuervorrichtung eine Wicklung und eine magnetische Schaltung verwendet und strukturell einfach aufgebaut ist, kann sie selbst bei hohen Temperaturen verwendet werden. Sie ist vergleichsweise preiswert und robust.
  • 11. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 9, wobei die Rotorposition mit Hilfe eines Codiergeräts erfasst wird. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 9, wobei das Rotorpositionserfassungsmittel ein Codiergerät ist. Auf diese Weise wird der nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
  • (1) Das Codiergerät kann die Position mit einer höheren Genauigkeit als der Drehmelder erfassen, und die Auflösung des Führungsstartwinkels wird verbessert, um das Drehmoment und die Effizienz zu verbessern.
  • 12. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 9, wobei das Erfassungsmittel für die Rotorposition die Drehzahl von einem Zyklus einer rechteckwellenförmigen Signalwellenform der erfassten Rotorposition berechnet, und es eine Interpolation der Rotorposition für Rotorpositionsinformationselemente ausführt, die von einer Kombination mehrerer Rechteckwellen erzielt wurden, um die Rotorposition mit einer verbesserten Auflösung zu verwenden. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte 1 bis 9, wobei das Rotorpositionserfassungsmittel die Drehzahl von einem Zyklus einer rechteckwellenförmigen Signalwellenform der Rotorposition berechnet, die durch ein Element, wie beispielsweise ein Hall-IC-Schalter, erfasst wird, und wobei es eine Interpolation der Rotorposition für Rotorpositionsinformationselemente ausführt, die von einer Kombination mehrerer Rechteckwellen erzielt wurden, um die Rotorposition mit einer verbesserten Auflösung zu verwenden. Auf diese Weise werden die nachfolgend genannten Vorteile erzielt:
  • (1) Der Hall-Schalter ist preiswerter als der Drehmelder.
  • (2) Dank der Interpolation der Rotorposition kann eine Rotorpositionsgenauigkeit verbessert werden, so dass das Drehmoment und die Effizienz verbessert werden können.
  • 13. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach Unterpunkt 12, wobei in einem Fall, in dem eine Drehzahl eines Rotors Null ist, eine Statorspannung einer Rechteckwellensteuerung im Gleichlauf mit einer Führungskante oder einer nachfolgenden Kante der rechteckwellenförmigen Signalwellenform ausgesetzt wird, ohne die Winkelinterpolation der Rotorposition auszuführen, und das Erfassungsmittel für die Rotorposition wird eingestellt, um das Drehmoment in diesem Fall zu maximieren. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach Unterpunkt 12, wobei in Bezug auf die rechteckförmige Signalwellenform der Rotorposition, die durch das Element, wie beispielsweise ein Hall-IC-Schalter, bestimmt wurde, in einem Fall, in dem eine Drehzahl eines Rotors Null ist, eine Statorspannung einer Rechteckwellensteuerung synchron mit einer führenden Kante oder einer nachlaufenden Kante der rechteckwellenförmigen Signalwellenform ausgesetzt wird, ohne die Winkelinterpolation der Rotorposition auszuführen, und das Drehzahlerfassungsmittel eingestellt wird, um das Drehmoment in diesem Fall zu maximieren. Auf diese Weise werden die nachfolgend genannten Vorteile erzielt:
  • (1) Die Winkelinterpolation der Rotorposition ist bei einer Drehzahl von Null unmöglich, wobei jedoch eine Ansteuerung ohne die Winkelinterpolation möglich ist.
  • (2) Wenn die Drehzahl Null ist, wird das Erfassungsmittel derart eingestellt, dass es das maximale Drehmoment gewährleistet, ohne die Winkelinterpolation durchzuführen, so dass die Leistung des Motors bis zum Äußersten verwendet werden kann.

Fachleuten wird klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen der vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, und es sollte ferner klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen erläuternden Ausführungsformen beschränkt ist.

Figurenbeschreibung Fig. 1

  • von links nach rechts:

  • Energieversorgung
  • Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
  • Wicklungsfeldartiger Generator-Motor mit ausgeprägten Polkanten

  • 22: Dreiphasen-Gate-Driver
  • 21: Arithmetische Einheit
  • 23: Feld-Gate-Driver
  • 24: Rotorpositionserfassungsschaltung

Fig. 2

  • von links nach rechts:

  • Linienspannungen
  • Konverterphasenspannungen
  • Rotorposition

Fig. 3

  • von links nach rechts:

  • Linienspannungen
  • Konverterphasenspannungen
  • Rotorposition

Fig. 4

  • oben:
  • Führungsstartphasenwinkel-Drehzahlkennlinie
  • links:
  • Führungsstartphasenwinkel [Grad]
  • unten:
  • Drehzahl [U/min]

Fig. 5

  • links von oben nach unten:

  • Spannungswellenform
  • Spannungsausnutzungsgrad

  • PWM-Sinuswelle
  • 120°-Rechteckwelle
  • 180°-Rechteckwelle

Fig. 6

  • oben:
  • Drehmoment-Drehzahlkennlinie
  • links:
  • Moment [Nm]
  • unten:
  • Drehzahl [U/min]

  • Startphase der 180°-Rechteckwellenführung wird kontinuierlich geändert
  • Startphase der 180°-Rechteckwellenführung bleibt bei 40° konstant
  • Startphase der 180°-Rechteckwellenführung bleibt bei 100° konstant

Fig. 7

  • oben:
  • Drehmoment-U-Phasenführungsstartwinkelkennlinie
  • links:
  • Drehmoment [Nm]
  • unten:
  • U-Phasenführungsstartwinkel [Grad]

  • 200 U/min
  • 80% Drehmoment
  • 500 U/min
  • Maximales Drehmoment
  • 80% Drehmoment
  • 1000 U/min
  • 2000 U/min

Fig. 8

  • oben:
  • Drehmoment-Stromphasenkennlinie
  • links:
  • Drehmoment [Nm]
  • unten:
  • Stromphasenwinkel [Grad]

  • Durchgezogene Linie: Maschine mit ausgeprägten Polkanten
  • Gestrichelte Linie: Maschine ohne ausgeprägte Polkanten

Fig. 9

  • oben:
  • U-Phasenführungsstartphasenwinkel-Drehzahlkennlinie
  • links:
  • U-Phasenführungsstartphasenwinkel [Grad]
  • unten:
  • Drehzahl [U/min]

Fig. 10

  • 22: Dreiphasen-Gate-Driver
  • 21: Arithmethische Einheit
  • 23: Feld-Gate-Driver
  • 24: Rotorpositionserfassungsschaltung
  • 6: Nebenwiderstand

Fig. 11

  • oben:
  • Drehmoment, Feldstrom-Drehzahlkennlinien
  • links:
  • Drehmoment [Nm]
  • Feldstrom [A]
  • unten:
  • Drehzahl [U/min]

  • Feldstrom wird geändert
  • Feldstrom ist konstant
  • Dicke Linie: Drehmoment
  • Feine Linie: Feldstrom

Fig. 12

  • oben:
  • Drehmoment-Drehzahlkennlinie
  • links:
  • Drehmoment [Nm]
  • unten:
  • Drehzahl [U/min]

  • 180°-Reckteckwelle
  • 120°-Rechteckwelle
  • PWM-Sinuswelle

Fig. 13

  • von links nach rechts:
  • Konverterphasenspannungen
  • NHALL-IC-Schalter

Fig. 14

  • von links nach rechts:
  • Konverterphasenspannungen
  • NHALL-IC-Schalter
  • Winkelinterpolation

Fig. 15

  • oben:
  • Dreiphasen-Gate-Driver
  • links:
  • Arithmetische Einheit
  • Feldstromkennlinie
  • Phasenstromführung
  • Rotopositionserfassungsschaltung

  • rechts darüber:
  • Feld-Gate-Driver
  • darunter:
  • Nebenwiderstand

Fig. 16

  • oben links:
  • Feldstromkennlinie
  • überall r durch U ersetzen

  • Phasenstromführungsstartwinkelkennlinie
  • überall r durch U ersetzen


Anspruch[de]
Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung, wobei ein feldwicklungsartiger Generator-Motor mit ausgeprägten Polkanten für ein Fahrzeug einer Leitungssteuerung mittels eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters (2) ausgesetzt wird, mit Mitteln zum Betätigen eines Stators (1A) des feldwicklungsartigen Fahrzeug-Generator-Motors (1) mit ausgeprägten Polkanten mit Hilfe von Rechteckwellenspannungen an solchen Führungsstartwinkeln von entsprechenden Phasen des Stators, die um einen vorbestimmten Winkel relativ zu einer Rotorposition verlagert sind, wobei sich die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen im Wesentlichen kontinuierlich gemäß einer Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters und einer Drehzahl des Generator-Motors ändern. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen in Abhängigkeit von einer erfassten Temperatur ändern. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters (2), von einem Feldstrom und von einem Betrieb eines elektronischen Feldwechselrichters ändern. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Feldschwächung durchgeführt wird, indem ein Strom eines Wicklungsfeldes gemäß der Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters (2) und der Drehzahl des Generator-Motors (1) geändert wird. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Führungsbreite der Phasenspannungen der entsprechenden Phasen des Stators (1A) 180° ist. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Führungsbreite der Phasenspannungen des entsprechenden Phasenstators (1A) 120° ist. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die Führungsstartwinkel der entsprechenden Phasen derart ändern, dass das Drehmoment, das bei jeder Umdrehung bestimmt wird, maximiert wird. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wesentliche Wellen der Phasenspannungen und wesentliche Wellen der Phasenströme derart gesteuert werden, dass Leistungsfaktoren im Wesentlichen den Wert Eins erhalten. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Steuerung in einer Richtung der Verringerung eines Verlustes eines Gesamtsystems durchgeführt wird. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rotorposition durch einen Drehmelder erfasst wird. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rotorposition durch ein Codiergerät erfasst wird. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Erfassungsmittel für die Rotorposition die Drehzahl von einem Zyklus einer rechteckwellenförmigen Signalwellenform der erfassten Rotorposition berechnet, und wobei es eine Interpolation der Rotorposition für Rotorpositionsinformationselemente durchführt wird, die von einer Kombination mehrerer Rechteckwellen erzielt werden, um die Rotorposition mit verbesserter Auflösung zu verwenden. Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach Anspruch 12, wobei in einem Fall, in dem eine Drehzahl eines Rotors Null ist, eine Statorspannung einer Rechteckwellensteuerung gleichzeitig mit einer Führungskante oder einer nachlaufenden Kante der rechteckwellenförmigen Signalwellenform ausgesetzt wird, ohne die Winkelinterpolation der Rotorposition auszuführen, und wobei das Erfassungsmittel für die Rotorposition eingestellt wird, um das Drehmoment bei diesem Anlass zu maximieren.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com