устройство управления двигателем

Формула изобретения

1. Устройство управления двигателем для управления множеством двигателей переменного тока, содержащее: источник напряжения постоянного тока; множество инверторов (INV1, INV2), предусмотренных для каждого из двигателей (М1, М2) переменного тока, и выводы напряжения переменного тока с заранее определенной частотой, полученного путем преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от источника напряжения постоянного тока, на каждый из двигателей переменного тока; замыкатель (ММК1, ММК2) для размыкания и замыкания выходного конца каждого из инверторов; детектор (РТ) напряжения для детектирования напряжения постоянного тока, подаваемого на каждый из инверторов; детектор тока (CTS) для детектирования тока в каждом из двигателей переменного тока; и контроллер (10), который обеспечивает вывод, по меньшей мере, управляющего сигнала на инверторы на основе управляющей команды, подаваемой извне, напряжения, детектируемого детектором напряжения, тока, детектируемого детектором тока, и сигнала, указывающего на условия вращения двигателей переменного тока, при этом контроллер включает в себя: первый общий вычислительный блок (20), имеющий: последовательный процессор (21), предназначенный для генерирования и вывода первого управляющего сигнала, который относится к генерации команды крутящего момента, на основе команды приведения в действие, вводимой извне, защитный детектор (22) для детектирования неисправности в двигателях переменного тока и устройстве управления двигателем и генерирования второго управляющего сигнала, указывающего на неисправность для остановки инверторов; второй общий вычислительный блок (30), имеющий генератор (31) основной команды крутящего момента, который генерирует и выводит основную команду крутящего момента, которая является общей для инверторов, на основе первого управляющего сигнала, принятого с первого общего вычислительного блока; индивидуальный вычислительный блок (40А, 40В), который индивидуально генерирует и выводит третьи управляющие сигналы, индивидуально относящиеся к каждому из инверторов, на основе основной команды крутящего момента, принятой со второго общего вычислительного блока; и общий логический вычислительный блок (60), который вычисляет и выводит первый отпирающий сигнал для управляемого переключения каждого из инверторов на основе второго управляющего сигнала, принятого с первого общего вычислительного блока, и третьих управляющих сигналов, принятых с множества таких индивидуальных вычислительных блоков и обычно обеспечиваемых индивидуальными вычислительными блоками для возможности одновременного управления первыми отпирающими сигналами, соответствующими каждому из инверторов.

2. Устройство управления двигателем по п.1, в котором общий логический вычислительный блок содержит высокоскоростной защитный детектор (65), который генерирует и выводит защитный сигнал детектирования, являющийся одним из управляющих сигналов для одновременной установки первых отпирающих сигналов, выводимых на каждый из инверторов, в положение ВЫКЛ.

3. Устройство управления двигателем по п.1, в котором генератор основной команды крутящего момента генерирует и выводит общую основную команду крутящего момента на индивидуальные вычислительные блоки, соответствующие каждому из инверторов, на основе скоростей вращения двигателей переменного тока.

4. Устройство управления двигателем по п.1, в котором основная команда (ТРО) крутящего момента генерируется на основе средней скорости всех двигателей переменного тока.

5. Устройство управления двигателем по п.1, в котором индивидуальный вычислительный блок дополнительно содержит: контроллер (42А, 42В) скольжения, который вычисляет, насколько должна быть уменьшена команда крутящего момента, которая должна быть применена к каждому из двигателей переменного тока, на основе скоростей вращения двигателей переменного тока; процессор (41А, 41В) команды крутящего момента, который вычисляет требуемую команду крутящего момента для каждого из двигателей переменного тока на основе выходных сигналов контроллера скольжения и основной команды крутящего момента из общего вычислительного блока; и контроллер (43А, 43В) INV, который выводит управляющий сигнал на каждый из инверторов на основе команды крутящего момента, сигнала, принятого с детектора тока, и условий вращения двигателей переменного тока для соответствия крутящего момента каждого из двигателей переменного тока команде крутящего момента.

6. Устройство управления двигателем по п.5, в котором общий логический вычислительный блок содержит: логическую схему отпирания, которая генерирует и выводит первые отпирающие сигналы, соответствующие каждому из инверторов, на основе третьих управляющих сигналов, соответствующих каждому из инверторов, принятых с контроллера INV; и высокоскоростной защитный детектор, который выводит защитный сигнал детектирования, когда ток, детектированный и полученный с детектора тока, напряжение, детектированное и полученное с детектора напряжения, не удовлетворяют заранее определенным условиям, при этом первые отпирающие сигналы, которые должны быть выведены в каждый из инверторов, одновременно устанавливаются в положение ВЫКЛ, когда, по меньшей мере, второй управляющий сигнал или защитный сигнал детектирования указывает на неисправность.

7. Устройство управления двигателем по п.6, в котором общий логический вычислительный блок дополнительно содержит логическую схему (64) замыкателя, которая выводит сигнал состояния замыкателя, соответствующий состояниям ВКЛ и ВЫКЛ замыкателя, при этом первые отпирающие сигналы, которые должны быть выведены в каждый из инверторов, одновременно устанавливаются в положение ВЫКЛ в зависимости от сигнала состояния замыкателя.

8. Устройство управления двигателем по п.1, в котором, когда преобразователь для преобразования заранее определенного напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока предусмотрен в качестве источника напряжения постоянного тока, контроллер дополнительно содержит контроллер (51) преобразователя, который генерирует и выводит команду напряжения преобразователя на основе первого управляющего сигнала с первого общего вычислительного блока и напряжения, детектированного детектором напряжения и принятого с него, и общий логический вычислительный блок дополнительно содержит логическую схему отпирания, которая генерирует и выводит второй отпирающий сигнал на преобразователь на основе команды напряжения преобразователя.

9. Устройство управления двигателем по п.8, в котором общий логический вычислительный блок выполнен так, что первые отпирающие сигналы, которые должны быть выведены в каждый из инверторов, и второй отпирающий сигнал, который должен быть выведен в преобразователь, одновременно устанавливаются в положение ВЫКЛ, когда, по меньшей мере, второй управляющий сигнал или защитный сигнал детектирования указывает на неисправность.

10. Устройство управления двигателем по п.9, в котором общий логический вычислительный блок дополнительно содержит логическую схему замыкателя, которая выводит сигнал состояния замыкателя, соответствующий состояниям ВКЛ и ВЫКЛ замыкателя, и общий логический вычислительный блок конфигурирован для одновременной установки первых отпирающих сигналов, соответствующих каждому из инверторов, и второго отпирающего сигнала, который должен быть выведен в преобразователь, в положение ВЫКЛ в зависимости от сигнала состояния замыкателя.

11. Устройство управления двигателем по п.1, в котором различные значения рабочих циклов устанавливаются для первого общего вычислительного блока, второго общего вычислительного блока, индивидуальных вычислительных блоков и общего логического вычислительного блока.

12. Устройство управления двигателем по п.1, в котором рабочие циклы в контроллере устанавливаются короче в последовательности: первый общий вычислительный блок, второй общий вычислительный блок, индивидуальные вычислительные блоки и общий логический вычислительный блок.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к двигателю переменного тока для приведения в действие электрического транспортного средства и, более конкретно, к устройству управления двигателем, которое может быть использовано для управления синхронным двигателем с постоянными магнитами.

Предшествующий уровень техники

Традиционное устройство для управления транспортным средством с электроприводом обычно имеет структуру, в которой множество асинхронных двигателей, каждый из которых прикреплен к каждому из множества мостов грузовой тележки, приводится в действие одновременно вместе одним инвертором (см., например, выложенную патентную заявку Японии № 2006-014489 (Патентный документ 1).

Технической проблемой при совместном одновременном приведении в действие асинхронных двигателей одним инвертором является приспособление к различной степени износа по диаметру множества колес (именуемого далее диаметр колеса ), совместно приводимых в действие одним инвертором.

Хорошо известно, что значение скорости вращения асинхронного двигателя (= частоте ротора) получают добавлением частоты скольжения к частоте инвертора. Частота скольжения имеет существенное значение, когда асинхронные двигатели приводятся в действие одним инвертором, так как частота скольжения поглощает разницу между частотами инвертора, общими для асинхронных двигателей, и частотами ротора, различными для асинхронных двигателей.

Далее приводится более подробное объяснение с использованием примера, в котором множество колес движутся с вращением по рельсам без скольжения по ним.

Скорость вращения двигателя становится ниже скорости вращения других двигателей, когда диаметр колеса больше (т.е. длина окружности колеса больше). С другой стороны, когда диаметр колеса меньше (т.е. длина его окружности меньше, чем у других колес), скорость вращения двигателя становится больше. Так как частота инвертора является общей для двигателей, разницей в скорости вращения является разница в частоте скольжения, приложенной к каждому из асинхронных двигателей. При этом в асинхронных двигателях создаются различные величины крутящих моментов в соответствии с разницей в частотах скольжения. Тем не менее, так как номинальную частоту скольжения асинхронного двигателя обычно устанавливают таким образом, что ожидаемая разница в диаметре колеса никак на нее не влияет, создаваемая разница крутящих моментов очень ограничена и практически не приводит к проблемам.

Следовательно, наряду с другими преимуществами, можно использовать асинхронные двигатели для совместного одновременного приведения в действие двигателей одним инвертором. Дополнительно, используя структуру для приведения в действие асинхронных двигателей одним инвертором, можно минимизировать количество инверторов независимо от количества асинхронных двигателей, установленных на транспортном средстве. Таким образом, вес и размер устройства управления могут быть дополнительно уменьшены.

В последнее время синхронный двигатель с постоянными магнитами, приводимый в действие инвертором, все чаще применяют в таких областях техники, как промышленное оборудование или бытовые приборы.

По сравнению с асинхронным двигателем синхронный двигатель с постоянными магнитами имеет преимущество в отсутствии необходимости тока возбуждения, так как магнитные потоки создаются постоянными магнитами, и с высокой эффективностью, так как ток не течет в ротор, не вызывая потерь во вторичной обмотке. По этой причине в последнее время предпринимаются различные попытки применить синхронный двигатель с постоянными магнитами в качестве двигателя для приведения в действие транспортного средства.

При применении синхронного двигателя с постоянными магнитами в качестве двигателя для приведения в действие электрического транспортного средства минимизация структуры устройства, включающего в себя множество синхронных двигателей с постоянными магнитами, имеет критическое значение.

Кроме того, как хорошо известно в данной области техники, синхронный двигатель с постоянными магнитами работает при частоте инвертора, синхронизированной с частотой ротора. Следовательно, синхронные двигатели с постоянными магнитами, каждый из которых имеет отличную от других скорость вращения, не могут быть совместно одновременно приведены в действие одним инвертором.

Следовательно, если синхронный двигатель с постоянными магнитами применяется к электрическому транспортному средству, приводящий в действие инвертор будет необходим для каждого из синхронных двигателей с постоянными магнитами. Так как в электрическом транспортном средстве каждое колесо приводится в движение множеством двигателей в комплекте транспортного средства, количество требуемых инверторов увеличивается. Следовательно, размер и стоимость контроллера для увеличенного количества инверторов становятся больше. Таким образом, размер, масса и стоимость устройства управления неизбежно увеличиваются.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение выполнено с учетом вышесказанного.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства управления двигателем, имеющего контроллер для множества инверторов, предусмотренных для каждого из множества двигателей, в котором каждый из вычислительных блоков, которые должны быть размещены соответственно для каждого из двигателей, эффективно размещены внутри контроллера, и выполняемые ими операции, таким образом, эффективно сгруппированы для уменьшения их размера, массы и стоимости.

Для решения вышеупомянутой проблемы и достижения поставленной задачи устройство управления двигателем для управления множеством двигателей переменного тока выполнено так, что содержит: источник напряжения постоянного тока; множество инверторов, которые предусмотрены, соответственно, для каждого из двигателей переменного тока, и имеют на выходе напряжение переменного тока с заранее определенной частотой, полученное путем преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от источника напряжения постоянного тока на каждый из двигателей переменного тока; замыкатель, который размыкает и замыкает выходной конец каждого из инверторов; детектор напряжения, который детектирует напряжение постоянного тока, подаваемое на каждый из инверторов; детектор тока, который детектирует ток в каждом из двигателей переменного тока; и контроллер, который выводит, по меньшей мере, управляющий сигнал на инверторы, основываясь на команде управления, подаваемой извне, напряжении, детектированном детектором напряжения, токе, детектированном детектором тока, и сигнале, указывающем условия вращения двигателей переменного тока, причем контроллер включает в себя: первый общий вычислительный блок, имеющий: последовательный процессор, который генерирует и выводит первый управляющий сигнал, который относится к генерации команды крутящего момента, на основе команды приведения в действие, вводимой извне, и защитный детектор, который детектирует неисправность в двигателях переменного тока и устройстве управления двигателем и генерирует второй управляющий сигнал, указывающий на неисправность, для вызова остановки инверторов; второй общий вычислительный блок, имеющий генератор основной команды крутящего момента, который генерирует и выводит основную команду крутящего момента, являющуюся общей для инверторов, на основе первого управляющего сигнала, принятого с первого общего вычислительного блока; индивидуальный вычислительный блок, который индивидуально генерирует и выводит третьи управляющие сигналы, индивидуально относящиеся к каждому из инверторов, на основе основной команды крутящего момента, принятой со второго общего вычислительного блока; и общий логический вычислительный блок, который вычисляет и выводит первый отпирающий сигнал для регулируемого переключения каждого из инверторов на основе второго управляющего сигнала, принятого с первого общего вычислительного блока и третьих управляющих сигналов, принятых с множества таких индивидуальных вычислительных блоков, и которое обеспечено как общее для индивидуальных вычислительных блоков, чтобы получить возможность одновременно управлять первыми отпирающими сигналами, соответствующими каждому из инверторов.

В устройстве управления двигателем согласно настоящему изобретению вычислительные блоки в контроллере группируются в: общий вычислительный блок, который вычисляет и выводит управляющие сигналы, являющиеся общими для инверторов; индивидуальный вычислительный блок, который индивидуально вычисляет и выводит управляющие сигналы, относящиеся к каждому из инверторов; и общий логический вычислительный блок, который выводит отпирающие сигналы для регулируемого переключения каждого из инверторов на основе сигналов, принятых от общих вычислительных блоков и индивидуальных вычислительных блоков. Таким образом, операции, выполняемые каждым из вычислительных блоков, эффективно группируются, и каждый из вычислительных блоков, размещенных в соответствии с каждым из двигателей, эффективно размещен внутри контроллера. Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает уменьшение размера, массы и стоимости устройства управления двигателем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схему устройства управления двигателем, согласно варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг.2 изображает схему структуры контроллера, согласно варианту воплощения;

Фиг.3 изображает схему основной команды TP0 крутящего момента, согласно изобретению.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Далее, со ссылками на чертежи, будет объяснено устройство управления двигателем согласно варианту воплощения настоящего изобретения. Заметим, что вариант воплощения не предназначен для какого-либо ограничения объема настоящего изобретения.

Фиг.1 изображает схему устройства управления двигателем согласно варианту воплощения настоящего изобретения. Устройство 100 управления включает в себя, последовательно, начиная с входного каскада, детектор PT входного напряжения, замыкатель K входной стороны, датчик CTS входного тока, преобразователь CNV, конденсатор FC фильтра, первый и второй инверторы INV1 и INV2, первый и второй датчики CT1 и CT2 тока двигателя и первый и второй замыкатели MMK1 и MMK2 со стороны двигателя.

Кроме того, конец первичной обмотки трансформатора TRF соединен с электропроводом 4 через силовой токоприемник 1, а другой конец соединен с заземленным рельсом 2 через колесо 3. Другими словами, прием электроэнергии, подаваемой с электрической подстанции (не показана), происходит через электропровод 4, силовой токоприемник 1, колесо 3 и рельс 2.

Далее будут объяснены размещение, соединения, функции и операции каждого из этих элементов в устройстве 100 управления.

Детектор PT входного напряжения

На Фиг.1 вторичная обмотка трансформатора TRF соединена с устройством 100 управления, и напряжение, выводимое из TRF, подают на замыкатель K входной стороны, предназначенный для изоляции устройства 100 управления от трансформатора TRF. Входное напряжение VS, которое является напряжением на вторичной обмотке трансформатора TRF, подают на контроллер 10 через детектор PT входного напряжения. Так как напряжение на вторичной обмотке трансформатора TRF обычно высоко (приблизительно 1500 вольт), в трансформаторе TRF может быть обеспечена обмотка низшего напряжения, и входное напряжение VS может быть получено из нее.

Замыкатель K входной стороны

Замыкатель K входной стороны является замыкателем, который обеспечивает коммутацию тока в несколько сотен ампер, и устанавливается в положение ВЫКЛ, когда устройство 100 управления должно быть остановлено или в случае какой-либо неисправности, и устанавливается в положение ВКЛ во время обычных операций. Контроллер 10 выводит управляющий сигнал KC на замыкатель K входной стороны для установки положения ВКЛ или ВЫКЛ внутренней замыкающей катушки, обеспеченной в нем, для управления размыканием и замыканием основного контакта. Состояние основного контакта в замыкателе K входной стороны возвращается на контроллер 10 в качестве сигнала KF состояния контакта через, например, вспомогательный контакт или тому подобное, механически взаимодействующий с ним.

Датчик CTS входного тока

Следующим за замыкателем K входной стороны установлен датчик CTS входного тока для детектирования входного тока IS. Входной ток IS, детектируемый датчиком CTS входного тока, поступает в контроллер 10.

Преобразователь CNV

Следующим за датчиком CTS входного тока установлен преобразователь CNV для преобразования входного напряжения переменного тока в напряжение VD постоянного тока (DC) и для вывода напряжения VD постоянного тока на конденсатор FC фильтра. Преобразователь CNV включает мостовую схему, имеющую переключающие устройства, такие как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) и, в общем, сконструирован таким образом, что является так называемым преобразователем напряжения с широтно-импульсной модуляцией (PWM), который вызывает выполнение операции PWM каждым из переключающих устройств. Преобразователь CNV принимает отпирающий сигнал CG от контроллера 10 для каждого из переключающих устройств и обратно выводит сигнал CGF состояния работы каждого из переключающих устройств на контроллер 10. Так как структура преобразователя напряжения PWM и выполняемые им операции хорошо известны в данной области техники, его подробное описание опущено в настоящей заявке.

Конденсатор FC фильтра

Конденсатор FC фильтра соединен с выходной стороной преобразователя CNV. Первый инвертор INV1 и второй инвертор INV2 параллельно соединены с положительным и отрицательным зажимами конденсатора FC фильтра, и на каждый подается напряжение VD постоянного тока, которое является напряжением, выводимым с преобразователя CNV.

Первый и второй инверторы INV1 и INV2

Первый инвертор INV1 включает в себя мостовую схему, имеющую переключающие устройства, такие как IGBT, и, в общем, сконструирован таким образом, что является так называемым инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией (PWM), который вызывает выполнение операции PWM каждым из переключающих устройств. Первый инвертор INV1 принимает отпирающий сигнал IG1 от контроллера 10 для каждого из переключающих устройств и обратно выводит сигнал IGF1 состояния работы каждого из переключающих устройств на контроллер 10. Так как структура инвертора напряжения PWM и выполняемые им операции хорошо известны в данной области техники, его подробное описание опущено в настоящей заявке. Кроме того, так как структура второго инвертора INV2 и выполняемые им операции аналогичны структуре и функциям первого инвертора INV1, описание структуры и выполняемых им операций опущено в настоящей заявке.

Первый и второй датчики CT1 и CT2 тока двигателя

На выходной стороне первого инвертора INV1 установлен первый датчик CT1 тока двигателя для детектирования выходного тока первого инвертора INV1 (то есть тока двигателя). Первый ток I1 двигателя, детектируемый датчиком CT1 тока двигателя, поступает в контроллер 10. Кроме того, на выходной стороне второго преобразователя INV2 установлен второй датчик CT2 тока двигателя, и выходной ток, детектируемый вторым датчиком CT2 тока двигателя, подается в контроллер 10.

Первый и второй замыкатели MMK1 и MMK2 со стороны двигателя

Следующим за датчиком CT1 тока двигателя установлен первый замыкатель MMK1 со стороны двигателя. Первый замыкатель MMK1 со стороны двигателя является замыкателем, способным коммутировать ток в несколько сотен ампер, и он устанавливается в положение ВЫКЛ, когда устройство 100 управления должно быть остановлено или в случае какой-либо неисправности, и устанавливается в положение ВКЛ во время обычных операций. Контроллер 10 выводит управляющий сигнал MKC1 на первый замыкатель MMK1 со стороны двигателя для установки положения ВКЛ или ВЫКЛ внутренней замыкающей катушки, обеспеченной в нем, для управления размыканием и замыканием основного контакта. Состояние основного контакта в первом замыкателе MMK1 со стороны двигателя возвращается на контроллер 10 в виде сигнала MKF1 состояния контакта через, например, вспомогательный контакт или тому подобное, механически взаимодействующий с ним. Кроме того, следующим за датчиком CT2 тока двигателя обеспечен второй замыкатель MMK2 со стороны двигателя. Так как функции и операции, выполняемые им, аналогичны функциям и операциям первого замыкателя MMK1 со стороны двигателя, описание этих выполняемых им функций и операций опущено в настоящей заявке.

Первый синхронный двигатель M1 с постоянными магнитами

Следующим за первым замыкателем MMK1 со стороны двигателя подключен первый синхронный двигатель M1 с постоянными магнитами. Первый синхронный двигатель M1 с постоянными магнитами механически соединен с колесом 3 и сконструирован для приведения в действие колеса 3. Дополнительно, первый датчик RZ1 вращения соединен с первым синхронным двигателем M1 с постоянными магнитами, и детектируемое значение R1 вводится в контроллер 10.

Второй синхронный двигатель M2 с постоянными магнитами

Следующим за вторым замыкателем MMK2 со стороны двигателя подключен второй синхронный двигатель M2 с постоянными магнитами, механически соединенный с другим колесом 3, которое не является колесом 3, соединенным с первым синхронным двигателем M1 с постоянными магнитами. Кроме того, ко второму синхронному двигателю M2 с постоянными магнитами присоединен второй датчик RZ2 вращения, и детектируемое значение R2 вводится в контроллер 10.

Первый и второй датчики RZ1 и RZ2 вращения

Как первый, так и второй датчики RZ1 и RZ2 вращения являются так называемыми кодерами или датчиками положения, и детектированные значения R1 и R2, детектируемые датчиками вращения, являются сигналами, указывающими абсолютное положение ротора в каждом из двигателей. В серийное производство также запущена так называемая бессенсорная управляющая схема, которая исключает использование датчика вращения, получающего абсолютное положение ротора двигателя выполнением вычисления на основе напряжения и тока двигателя. Если должна быть использована бессенсорная управляющая схема, первый датчик RZ1 вращения и второй датчик RZ2 вращения не требуются.

Контроллер 10

Контроллер 10 включает в себя микрокомпьютер (MC) или логическую схему и управляемый источник, который подает на него энергию. Контроллер 10 выводит управляющий сигнал (KC, CG, IG1, IG2, MKC1 и MKC2) на каждое из этих блоков, следуя заранее определенным процедурам для управления каждым из блоков на основе сигнала CMD команды на приведение в действие, вводимой из кабины (не показана) и подобного электрического транспортного средства, и сигнала состояния, принятого с каждого из блоков, описанных выше (по меньшей мере, входное напряжение VS, сигнал KF состояния контакта на замыкателе K входной стороны, входной ток IS, сигнал CGF состояния работы на переключающих устройствах преобразователя, напряжение VD постоянного тока, сигнал IGF1 состояния работы на переключающих устройствах в первом инверторе, сигнал IGF2 состояния работы на переключающем устройстве во втором инверторе, первый ток I1 двигателя, второй ток I2 двигателя, сигнал MKF1 состояния контакта на первом замыкателе MMK1 со стороны двигателя, сигнал MKF2 состояния контакта на втором замыкателе MMK2 со стороны двигателя, детектированное значение R1 на первом датчике RZ1 вращения, и детектированное значение R2 на втором датчике RZ2 вращения). Если принятый сигнал о состоянии показывает ненормальное значение, контроллер 10 выполняет операцию управления, например, останавливая каждый из этих блоков с помощью управляющего сигнала, который должен быть для них обеспечен.

Дополнительно к этим управляющим сигналам контроллер 10 выводит уведомляющий сигнал STD состояния и принимает сигнал CMD команды на приведение в действие. Уведомляющий сигнал STD состояния является сигналом для указания состояния работы или ненормального состояния каждого из блоков в устройстве 100 управления и выводится в виде, например, передаваемых данных или контактного сигнала во внешнюю кабину или устройство контроля состояния оборудования (оба не показаны) или тому подобное. Сигнал CMD команды на приведение в действие, по меньшей мере, включает в себя сигналы, соответствующие команде на начало движения вперед/назад, команде на включение питания и его мощности, команде на торможение и его интенсивности.

На Фиг.1 показан пример электрического транспортного средства с источником питания переменного тока в качестве примерного варианта воплощения устройства управления двигателем. Устройство управления двигателем может быть также применено к электрическому транспортному средству с источником питания постоянного тока, который широко используется в подземных и пригородных железных дорогах. Если устройство управления двигателем должно быть применено к электрическому транспортному средству с подведением постоянного тока, трансформатор TRF и преобразователь CNV не требуются, и напряжение постоянного тока (обычно приблизительно от 600 до 3000 вольт постоянного тока), подаваемое с электропровода 4, непосредственно подается на конденсатор FC фильтра в качестве напряжения VD постоянного тока.

Подробная структура контроллера 10

Далее будет объяснена подробная структура контроллера 10. Фиг.2 является схемой структуры контроллера 10 согласно примерному варианту воплощения. Как видно на Фиг.2, контроллер 10 включает в себя первый общий вычислительный блок 20, второй общий вычислительный блок 30, индивидуальные вычислительные блоки 40А и 40В, контроллер 50 преобразователя и общий логический вычислительный блок 60.

Структура первого общего вычислительного блока 20

Первый общий вычислительный блок 20 включает в себя последовательный процессор 21, защитный детектор 22 и процессор 23 передачи данных.

Первый общий вычислительный блок 20 - последовательный процессор 21

Последовательный процессор 21 принимает сигнал CMD команды на приведение в действие, обеспечиваемый извне, и сигналы состояния (VS, KF, IS, CGF, VD, IGF1, IGF2, I1, I2, MKF1, MKF2, FM1 и FM2) от каждого из блоков в устройстве 100 управления. На основе сигнала CMD команды на приведение в действие последовательный процессор 21 при заранее определенной последовательной логике выводит управляющий сигнал CS, включающий в себя код команды крутящего момента, соответствующий команде на приведение в движение вперед/назад, команде на включение питания, команде на торможение, инструкции на прекращение подачи крутящего момента и тому подобное, на генератор 31 основной команды крутящего момента, описанный ниже. В это время последовательный процессор 21 выводит KC, который является замыкающей командой для замыкателя K входной стороны, MKC1, который является замыкающей командой для первого замыкателя MMK1 со стороны двигателя, и MKC2, который является замыкающей командой для второго замыкателя MMK2 со стороны двигателя, на общий логический вычислительный блок 60, описанное ниже.

Первый общий вычислительный блок 20 - защитный детектор 22

Защитный детектор 22 генерирует управляющий сигнал SWH на основе сигналов состояния и выводит управляющий сигнал SWH на общий логический вычислительный блок 60. Дополнительно, когда напряжение, ток и тому подобное каждого из блоков в устройстве управления превышает заранее определенное значение, защитный детектор 22 определяет ситуацию как аномальную и выводит сигнал при определении неисправности в виде сигнала PF состояния детектирования неисправности на процессор 23 передачи данных.

Первый общий вычислительный блок 20 - процессор 23 передачи данных

Процессор 23 передачи данных принимает сигналы (VS, KF, IS, CGF, VD, IGF1, IGF2, I1, I2, MKF1, MKF2, FM1 и FM2) состояния от каждого из блоков в устройстве управления, сигнал PF состояния детектирования неисправности с защитного детектора 22 и состояние SQ последовательности с последовательного процессора 21. Процессор 23 передачи данных выводит уведомляющий сигнал STD состояния в кабину электрического транспортного средства, в устройство контроля состояния оборудования (оба не показаны) или тому подобное в виде, например, передаваемых данных или сигнала контакта.

Структура второго общего вычислительного блока 30

Второй общий вычислительный блок 30 включает в себя генератор 31 основной команды крутящего момента и вычислитель 32 среднего значения.

Второй общий вычислительный блок 30 - генератор 31 основной команды крутящего момента

Управляющий сигнал CS с последовательного процессора 21 вводится в генератор 31 основной команды крутящего момента. Генератор 31 основной команды крутящего момента генерирует основную команду TP0 крутящего момента, используя команду на включение питания, команду на торможение и команды соответствующей им интенсивности. Основная команда TP0 крутящего момента является значением, определяемым, по меньшей мере, на основе команды на включение питания, команды на торможение, команд соответствующей им интенсивности и скорости электрического транспортного средства.

Второй общий вычислительный блок 30 - вычислитель 32 среднего значения

Скорость электрического транспортного средства, используемая для генерации основной команды TP0 крутящего момента, генерируется на вычислителе 32 среднего значения. Вычислитель 32 среднего значения выполняет операцию усреднения скорости FM1 первого синхронного двигателя с постоянными магнитами, генерируемой из детектированного значения R1, полученного на первом датчике RZ1 вращения, и скорости FM2 второго синхронного двигателя с постоянными магнитами, генерируемой из детектированного значения R2, полученного на втором датчике RZ2 вращения, и выводит результат операции усреднения на генератор 31 основной команды крутящего момента в качестве средней скорости FMA двигателя.

На Фиг.3 представлена схема основной команды TP0 крутящего момента. Ее горизонтальная ось представляет среднюю скорость FMA двигателя, генерируемую вычислителем 32 среднего значения, а ее вертикальная ось представляет основную команду TP0 крутящего момента, генерируемую генератором 31 основной команды крутящего момента. Основная команда TP0 крутящего момента имеет несколько профилей, которые зависят от средней скорости двигателя, и эти профили переключаются управляющим сигналом CS, выводимым последовательным процессором 21.

Структуры индивидуальных вычислительных блоков 40А и 40В

Основная команда TP0 крутящего момента вводится в индивидуальные вычислительные блоки 40А и 40В. Индивидуальный вычислительный блок 40А соответствует управлению первого синхронного двигателя M1 с постоянными магнитами, а индивидуальный вычислительный блок 40В соответствует управлению второго синхронного двигателя M2 с постоянными магнитами. Количество двигателей, управляемых контроллером 10, не ограничивается двумя, хотя это индивидуально не показано на схеме. Когда требуется управление третьим и четвертым синхронными двигателями с постоянными магнитами, могут быть добавлены соответствующие им индивидуальные вычислительные блоки. Структура каждого из индивидуальных вычислительных блоков аналогична показанной на Фиг.2. Хотя ссылочные буквы и цифры различны, структура, размещение, функции и тому подобное являются такими же. Следовательно, в нижеприведенном описании индивидуальный вычислительный блок 40А, обеспеченный в соответствии с элементами управления первого синхронного двигателя M1 с постоянными магнитами, объяснен в качестве примера.

Структура индивидуального вычислительного блока 40А

Индивидуальный вычислительный блок 40А включает в себя процессор 41А команды крутящего момента, контроллер 42А скольжения и контроллер 43А INV.

Индивидуальный вычислительный блок 40А - процессор 41А команды крутящего момента

Процессор 41А команды крутящего момента принимает основную команду TP0 крутящего момента и управляющий сигнал SS1 с контроллера 42А скольжения, вычисляет команду TP1 крутящего момента и выводит команду PT1 крутящего момента на контроллер 43А INV. Процессор 41А команды крутящего момента выполняет функцию уменьшения основной команды крутящего момента на основе управляющего сигнала SS1 с контроллера 42А скольжения и вывода установленного оптимального значения в качестве команды TP1 крутящего момента. Процессор 41А команды крутящего момента также выполняет функцию ограничения и настройки основной команды TP0 крутящего момента на оптимальную команду TP1 крутящего момента, если вводимая в него основная команда TP0 крутящего момента является чрезмерной.

Функции, обеспечиваемые для процессора 41А команды крутящего момента, будут объяснены далее более подробно. Как упомянуто выше, хотя основная команда TP0 крутящего момента, генерируемая на втором общем вычислительном блоке 30, вычисляется в отношении средней скорости FMA двигателя, рабочий цикл второго общего вычислительного блока 30 дольше, чем рабочий цикл индивидуального вычислительного блока 40А, как будет описано ниже. Следовательно, в особенности при изменении скорости электрического транспортного средства и, таким образом, при изменении основной команды TP0 крутящего момента, основная команда TP0 крутящего момента может превышать максимальный крутящий момент, допустимый для каждого из двигателей. Так как данная ситуация может привести к нестабильности элементов управления, процессор 41А команды крутящего момента выполняет функцию ограничения команды TP1 крутящего момента на значении максимального крутящего момента, допустимого двигателем, или более низким значением.

Индивидуальный вычислительный блок 40А - контроллер 42А скольжения

Контроллер 42А скольжения принимает значение FM1 скорости первого синхронного двигателя с постоянными магнитами и значение FM2 скорости второго синхронного двигателя с постоянными магнитами. Когда разница между значением FM1 скорости первого синхронного двигателя с постоянными магнитами и значением FM2 скорости второго синхронного двигателя с постоянными магнитами равна заранее определенному значению или выше или когда любое из значений FM1 и FM2 скорости первого и второго синхронных двигателей с постоянными магнитами или оба этих значения равны заранее определенному ускорению или выше, контроллер 42 скольжения определяет такую ситуацию как буксование колес, вычисляет, на какое значение должна быть уменьшена команда крутящего момента для уменьшения команды TP1 крутящего момента, присоединяет результат к управляющей команде SS1 и выводит управляющую команду SS1 на процессор 41А команды крутящего момента. В настоящей заявке опущено описание подробных структур и функций контроллера 42А скольжения, так как доступны различные известные примеры.

Индивидуальный вычислительный блок 40А - контроллер 43А INV

Контроллер 43А INV принимает, по меньшей мере, команду TP1 крутящего момента, детектированное на первом датчике RZ1 вращения значение R1 и первый ток I1 двигателя. Контроллер 43А INV вычисляет команду тока двигателя из вводимой команды TP1 крутящего момента, дополнительно вычисляет команду IPW1 напряжения инвертора, чтобы привести команду тока двигателя к первому току I1 двигателя, и выводит команду IPW1 напряжения инвертора. Так как к контроллеру 43А INV может быть применена известная и широко используемая технология векторного управления, ее описание в настоящей заявке опущено.

Структура контроллера 50 преобразователя

Контроллер 50 преобразователя включает в себя контроллер 51 CNV.

Контроллер 50 преобразователя - контроллер 51 CNV

Контроллер 51 CNV принимает, по меньшей мере, управляющий сигнал CS с последовательного процессора 21, входное напряжение VS, значение VDR команды напряжения VD постоянного тока, напряжение VD постоянного тока и входной ток IS. Контроллер 51 CNV генерирует команду входного тока на основе результата пропорционально-интегрального регулирования, выполненного для приведения детектированного значения напряжения VD постоянного тока к значению VDR команды, и фазовой информации входного напряжения VS; вычисляет команду CPW напряжения преобразователя для приведения входного тока IS к команде входного тока; и выводит команду CPW напряжения преобразователя на логическую схему 62 отпирания, описанную ниже. К контроллеру 50 преобразователя может быть применен способ управления преобразователем PWM напряжения, который является известной технологией и, таким образом, его подробное описание опущено в настоящей заявке.

Структура общего логического вычислительного блока 60

Общий логический вычислительный блок 60 включает в себя логические схемы 61А и 61В отпирания, логическую схему 62 отпирания, вычислитель 63 скорости, логическую схему 64 замыкателя, высокоскоростной защитный детектор 65 и схему 66 логического ИЛИ.

Общий логический вычислительный блок 60 - логическая схема 61А отпирания

Логическая схема 61А отпирания принимает команду IPW1 напряжения инвертора, выводимую из контроллера 43А INV, сигнал IGF1 состояния работы, выводимый из первого инвертора INV1, и сигнал GOF отключения отпирания, описанный ниже. Логическая схема 61А отпирания вычисляет отпирающий сигнал IG1 PWM, соответствующий принятой команде IPW1 напряжения инвертора, и выводит отпирающий сигнал IG1 PWM на первый инвертор INV1. Обычно отпирающий сигнал IG1 PWM генерируется на основе результата сравнения между несущим сигналом (не показан) и командой IPW1 напряжения инвертора. Так как к нему может быть применен известный способ, его подробное описание опущено в настоящей заявке. Дополнительно, логическая схема 61А отпирания выводит сигнал F0 детектирования неисправности, когда принятый сигнал IGF1 состояния работы указывает неисправность в переключающем устройстве (не показано) в первом инверторе INV1. Примеры возможного неисправного состояния переключающего устройства (не показано) включают в себя чрезмерно высокий ток, перегрев и уменьшение напряжения приведения в действие в переключающем устройстве.

Общий логический вычислительный блок 60 - логическая схема 61В отпирания

Логическая схема 61В отпирания принимает команду IPW2 напряжения инвертора с контроллера 43В INV, сигнал IGF2 состояния работы со второго инвертора INV2 и сигнал GOF отключения отпирания, описанный ниже. Так как функции логической схемы 61В отпирания будут очевидны при прочтении описания логической схемы 61А отпирания при замене IGF1 на IGF2 , INV1 на INV2 , IG1 на IG2 и переключающего устройства в первом инверторе INV1 на переключающее устройство во втором инверторе INV2 , их подробное описание опущено в настоящей заявке.

Общий логический вычислительный блок 60 - логическая схема 62 отпирания

Логическая схема 62 отпирания принимает команду CPW напряжения преобразователя с контроллера 51 CNV, сигнал CGF состояния работы с преобразователя CNV и сигнал GOF отключения отпирания, описанный ниже. Так как функции логической схемы 62 отпирания будут очевидны при прочтении описания логической схемы 61А отпирания при замене IGF1 на CGF , первого инвертора INV1 на преобразователь CNV , IG1 на CG и переключающего устройства в первом инверторе INV1 на переключающее устройство в преобразователе CNV , их подробное описание опущено в настоящей заявке.

Общий логический вычислительный блок 60 - вычислитель 63 скорости

Вычислитель 63 скорости принимает сигнал R1, указывающий абсолютное положение ротора двигателя M1 с первого датчика RZ1 вращения, а также сигнал R2, отображающий абсолютное положение ротора двигателя M2 со второго датчика RZ2 вращения. Вычислитель 63 скорости вычисляет скорость FM1 первого синхронного двигателя с постоянными магнитами из сигнала R1, полученного с первого датчика RZ1 вращения, и скорость FM2 второго синхронного двигателя с постоянными магнитами из сигнала R2, полученного со второго датчика RZ2 вращения.

Общий логический вычислительный блок 60 - логическая схема 64 замыкателя

Логическая схема 64 замыкателя принимает управляющий сигнал KC для управления замыкателем K входной стороны, управляющий сигнал MKC1 для управления первым замыкателем MMK1 со стороны двигателя и управляющий сигнал MKC2 для управления вторым замыкателем MMK2 со стороны двигателя с последовательного процессора 21. Логическая схема 64 замыкателя также принимает сигналы KF, MKF1 и MKF2 состояния контакта, указывающие состояния контакта замыкателя K входной стороны, первого замыкателя MMK1 со стороны двигателя, второго замыкателя MMK2 со стороны двигателя, соответственно, с этих замыкателей. Логическая схема 64 замыкателя преобразует замыкающую команду KC для управления замыкателем K входной стороны, замыкающую команду MKC1 для управления первым замыкателем MMK1 со стороны двигателя и замыкающую команду MKC2 для управления вторым замыкателем MMK2 со стороны двигателя с последовательного процессора 21 в напряжения приведения в действие замыкающей катушки (например, 100 вольт постоянного тока) для замыкателя K входной стороны, первого замыкателя MMK1 со стороны двигателя и второго замыкателя MMK2 со стороны двигателя, соответственно, и подает на них напряжения приведения в действие замыкающей катушки. Логическая схема 64 замыкателя также выводит управляющий сигнал KOF, когда замыкающие команды KC, MKC1 и MKC2, принятые с последовательного процессора 21, установлены в положение ВЫКЛ, или когда сигналы KF, MKF1 и MKF2 состояния контакта, принятые с каждого из этих замыкателей, установлены в положение ВЫКЛ.

Общий логический вычислительный блок 60 - высокоскоростной защитный детектор 65

Высокоскоростной защитный детектор 65 принимает входное напряжение VS, входной ток IS, напряжение VD постоянного тока, первый ток I1 двигателя, второй ток I2 двигателя и сигнал FO детектирования неисправности. Высокоскоростной защитный детектор 65 выводит защитный сигнал HWH детектирования, когда каждый из входных сигналов не удовлетворяет условию, относящемуся к заранее определенному значению. Основанные на аппаратных средствах структуры, такие как структуры, использующие программируемую вентильную матрицу (FPGA), широко используемые в настоящее время, являются более предпочтительными для использования, чем операции, основанные на программных средствах, для сравнения входного напряжения VS, входного тока IS, напряжения VD постоянного тока, первого тока I1 двигателя и второго тока I2 двигателя с условиями, относящимися к заранее определенным значениям, и для вывода защитного сигнала HWH детектирования. При использовании данного типа структуры аппаратных средств защитная операция может быть выполнена намного быстрее, чем в случае использования программных средств (за рабочий цикл, равный приблизительно нескольким микросекундам).

Общий логический вычислительный блок 60 - схема 66 логического ИЛИ

Схема 66 логического ИЛИ принимает защитный сигнал HWH детектирования с высокоскоростного защитного детектора 65, управляющий сигнал KOF с логической схемы 64 замыкателя и управляющий сигнал SWH с последовательного процессора 21. Выходные данные со схемы 66 логического ИЛИ вводятся пакетом в логические схемы 61А, 61В и 62 отпирания в качестве сигнала GOF отключения селектора. При приеме сигнала GOF отключения отпирания логические схемы 61А, 61В и 62 отпирания устанавливают отпирающие сигналы IG1, IG2 и CG в положение ВЫКЛ.

С помощью общего логического вычислительного блока 60, имеющего описанную выше структуру, при указании неисправного состояния защитным сигналом HWH детектирования, управляющим сигналом KOF с логической схемы 64 замыкателя или управляющим сигналом SWH с последовательного процессора 21 все отпирающие сигналы могут быть одновременно установлены в положение ВЫКЛ. В качестве дополнительного объяснения, так как преобразователь CNV и каждый из инверторов INV1 и INV2 совместно соединены с конденсатором FC фильтра для использования общего напряжения VD постоянного тока, как показано на Фиг.1, способность к быстрой и одновременной установке каждого из отпирающих сигналов становится чрезвычайно важной для предотвращения воздействия локальной неисправности (например, слишком высокого напряжения) на исправные части.

Рабочий цикл каждого из вычислительных блоков

Цикл выполнения операции для каждого из вычислительных блоков для выполнения вышеописанных процессов предпочтительно устанавливают следующим образом: несколько миллисекунд для первого общего вычислительного блока 20 и второго общего вычислительного блока 30; от нескольких десятков до нескольких сотен микросекунд для рабочих циклов индивидуальных вычислительных блоков 40А и 40В и контроллера 50 преобразователя; и несколько микросекунд или меньше для рабочих циклов общего логического вычислительного блока 60. Причины такой установки описаны ниже.

Каждое из первого и второго общих вычислительных блоков 20 и 30 главным образом включает в себя: функцию для генерации управляющей команды, включающей команду крутящего момента, соответствующую команде на приведение в движение вперед/назад, команде на включение питания и команде на торможение, основанные на команде CMD на запуск; функцию для детектирования неисправности в охлаждающем устройстве или увеличения температуры; защитные функции, которым не требуются быстрые операции порядка микросекунд, такие как детектирование неисправности в контроллерах и тому подобном; и функция взаимодействия для получения возможности контроля условий работы извне. Скорость обработки для реализации данных функций может быть относительно невысокой.

С другой стороны, каждой из операций, выполняемых индивидуальными вычислительными блоками 40А и 40В и контроллером 50 преобразователя, требуется контроль тока двигателя или входного тока. Следовательно, чтобы справиться с изменениями тока в основной цепи, требуется большее быстродействие.

Кроме того, общий логический вычислительный блок 60 выполняет функции вывода отпирающих сигналов на переключающие устройства в инверторах INV1 и INV2 и преобразователь, и требует быстродействия для обеспечения защиты от слишком высокого тока или слишком высокого напряжения. Следовательно, время обработки операции должно быть на один порядок быстрее, чем для индивидуальных вычислительных блоков 40А и 40В.

С точки зрения выполнения, было бы идеально, если бы могли быть установлены рабочие циклы, равные нескольким микросекундам для всех процессов; тем не менее, при современных технологиях, чем выше скорость выполнения операции, тем больше будет потребление энергии в MC, выполняющем операцию, что требует, таким образом, управляемый источник с большей емкостью для подачи энергии на MC. Кроме того, чем выше скорость выполнения операции, тем больше тепла произведет MC. Следовательно, в контроллере 10 потребуются охлаждающие ребра или охлаждающие вентиляторы большего размера, приводя к увеличению размера, массы и стоимости контроллера 10.

Если с учетом операций выбрана оптимальная скорость выполнения операций, потребление энергии и нагрев MC для двигателей могут быть уменьшены при сохранении эффективности управления. Таким образом, емкость управляемого источника и размеры охлаждающих ребер или охлаждающих вентиляторов могут быть уменьшены. Дополнительно, если могут быть уменьшены размер, вес и стоимость контроллера 10, становится выполнимым уменьшение размера, массы и стоимости устройства 100 управления.

Как описано выше, контроллер 10 включает в себя: первый общий вычислительный блок 20, который генерирует управляющий сигнал CS для общего управления множеством инверторов INV1 и INV2; второй общий вычислительный блок 30, который вычисляет и выводит основную команду TP0 крутящего момента для общего управления инверторами INV1 и INV2; индивидуальные вычислительные блоки 40А и 40В, которые индивидуально вычисляют и выводят команды IPW1 и IPW2 напряжения инвертора для инверторов INV1 и INV2 соответственно; и общий логический вычислительный блок 60, который выводит отпирающие сигналы IG1 и IG2 на инверторы INV1 и INV2, соответственно, на основе управляющих сигналов, выводимых с общих вычислительных блоков 20 и 30 и индивидуальных вычислительных блоков 40А и 40В. Следовательно, могут быть достигнуты следующие результаты.

Преимущества устройства управления двигателем согласно варианту воплощения

Прежде всего, как описано выше, так как синхронный двигатель с постоянными магнитами работает с частотой инвертора, синхронизированной с частотой ротора, множество синхронных двигателей с постоянными магнитами не может быть запущено вместе одновременно одним инвертором. Следовательно, для каждого из синхронных двигателей с постоянными магнитами требуется приводящий в действие инвертор, что дополнительно требует наличия индивидуального контроллера для каждого из инверторов. Согласно варианту воплощения для каждого из инверторов используется общий контроллер 10. Последовательный процессор 21, защитный детектор 22, процессор 23 передачи данных, генератор 31 основной команды крутящего момента и вычислитель 32 среднего значения используются инверторами совместно. Следовательно, программные средства, функционирующие в контроллере 10, могут быть минимизированы, позволяя уменьшить размер, вес и стоимость контроллера 10. Таким образом, размер, масса и стоимость устройства 100 управления могут быть уменьшены.

Кроме того, логические схемы 61А, 61В и 62 отпирания, соответствующие каждому из инверторов и преобразователю, включены в общий логический вычислительный блок 60, используемый совместно. Следовательно, даже в случае неисправности в одном из инверторов отпирающие сигналы, соответствующие каждому из инверторов, которые совместно соединены с конденсатором FC фильтра, могут быть быстро, одновременно установлены в положение ВЫКЛ. Таким образом, может быть предотвращен ущерб от повреждения, вызванного неисправностью, по всему устройству 100 управления.

Кроме того, первый общий вычислительный блок 20 включает в себя: последовательный процессор 21, который вычисляет и выводит управляющий сигнал CS, по меньшей мере, для инверторов INV1 и INV2 в ответ на управляющую команду CMD, обеспечиваемую извне; защитный детектор 22, который детектирует неисправность в устройстве 100 управления и останавливает, по меньшей мере, все инверторы; и процессор 23 передачи данных, который принимает входное напряжение VS, входной ток IS, напряжение VD постоянного тока, токи I1 и I2 двигателя и каждый из сигналов, выводимых с защитного детектора 22 и последовательного процессора 21, и выводит сигналы на внешнее устройство контроля состояния оборудования. Следовательно, информацией, относящейся к каждому из инверторов, можно централизованно управлять, и некоторые части процессов операций для каждого из инверторов могут быть сделаны общими. Таким образом, размер программных средств, функционирующих в контроллере 10, может быть минимизирован, позволяя уменьшить размер, вес и стоимость контроллера 10. Таким образом, размер, масса и стоимость устройства 100 управления могут быть уменьшены.

Кроме того, первый общий вычислительный блок 20 включает в себя последовательный процессор 21, защитный детектор 22 и процессор 23 передачи данных. Дополнительно, второй общий вычислительный блок 30 включает в себя генератор 31 основной команды крутящего момента, который принимает управляющий сигнал CS и сигналы FM1 и FM2 скорости с последовательного процессора 21 и выводит основную команду TP0 крутящего момента на индивидуальные вычислительные блоки 40А и 40В. Следовательно, хотя управляющий сигнал используется совместно всеми инверторами, может быть увеличено только быстродействие генератора 31 основной команды крутящего момента, которое должно быть быстрее, чем быстродействие операций, выполняемых изнутри в первом общем вычислительном блоке 20. Таким образом, увеличение быстродействия всего общего вычислительного блока не требуется. В результате, потребление энергии MC, а также размер управляемого источника для MC могут быть уменьшены, что позволяет уменьшить размер, вес и стоимость контроллера 10. Таким образом, размер, масса и стоимость устройства 100 управления также могут быть уменьшены.

Кроме того, основная команда TP0 крутящего момента вычисляется с использованием средней скорости FMA двигателя множества двигателей переменного тока. Дополнительно, общая основная команда TP0 крутящего момента, которая является результатом вычисления, вводится в индивидуальные вычислительные блоки 40, каждый из которых соответствует каждому из двигателей. Следовательно, даже если некоторые из колес проскальзывают или если число оборотов двигателя становится различным для двигателей вследствие диаметров колес, возможно стабильное получение основной команды TP0 крутящего момента, которая в усредненном виде требуется транспортному средству для получения заранее определенного ускорения.

Кроме того, так как генератор 31 основной команды крутящего момента является общим вычислительным блоком, размер программного обеспечения во всем контроллере 10 может быть уменьшен по сравнению со структурой, включающей в себя генератор 31 основной команды крутящего момента в индивидуальном вычислительном устройстве. Следовательно, контроллер 10 может быть сконструирован с минимальным MC. Таким образом, размер, вес и стоимость контроллера 10 могут быть уменьшены, что дополнительно позволяет уменьшить размер, массу и стоимость устройства 100 управления.

Кроме того, каждый из индивидуальных вычислительных блоков 40А и 40В включает в себя: контроллеры 42А и 42В скольжения, которые вычисляют управляющие сигналы SS1 и SS2 на основе скоростей FM1 и FM2 каждого из двигателей; процессоры 41А и 41В команды на передачу крутящего момента, которые вычисляют команды TP1 и TP2 крутящего момента на основе выходных данных с контроллеров 42А и 42В скольжения и основной команды TP0 крутящего момента с общего вычислительного блока 30; и контроллеры 43А и 43В INV, которые выводят команды IPW1 и IPW2 напряжения инвертора на инверторы INV1 и INV2 для соответствия крутящего момента каждого из двигателей M1 и M2 командам TP1 и TP2 крутящего момента, основываясь на командах TP1 и TP2 крутящего момента, токах I1 и I2 двигателя, сигнале R1 с первого датчика RZ1 вращения и сигнале R2 со второго датчика RZ2 вращения. Следовательно, возможно распределение только участков управления крутящим моментом (соответствующих контроллерам 43А и 43В INV) и участков управления скольжением (контроллеры 42А, 42В скольжения), требующих индивидуального управления вследствие различного вращения колес синхронного двигателя с постоянными магнитами в индивидуальные вычислительные блоки. Таким образом, размер программного обеспечения в полном контроллере 10 может быть уменьшен для минимизации, и контроллер 10 может быть образован минимальным MC. Таким образом, размер, вес и стоимость контроллера 10 могут быть уменьшены, дополнительно позволяя уменьшить размер, массу и стоимость устройства 100 управления.

Кроме того, общий логический вычислительный блок 60 включает в себя: логические схемы 61А и 61В отпирания, которые выводят отпирающие сигналы IG1 и IG2, соответствующие каждому из инверторов, на основе команд IPW1 и IPW2 напряжения инвертора, соответствующих инверторам INV1 и INV2, принятых с контроллеров 43А и 43В INV; высокоскоростной защитный детектор 65, который выводит защитный сигнал HWH детектирования, когда каждый из сигналов, полученных с входного напряжения VS, входного тока IS, первого тока I1 двигателя, второго тока I2 двигателя и напряжения VD постоянного тока, не удовлетворяет заранее определенному условию (например, напряжение VD постоянного тока превышает заранее определенное значение); и логическую схему 64 замыкателя, которая выводит управляющие сигналы на замыкатель K входной стороны и замыкатели MMK1 и MMK2 со стороны двигателя и выводит управляющий сигнал KOF в соответствии с сигналами состояния контакта. Таким образом, общий логический вычислительный блок может одновременно устанавливать отпирающие сигналы IG1 и IG2, каждый из которых соответствует каждому из инверторов INV1 и INV2, в положение ВЫКЛ на основе защитного сигнала HWH детектирования, управляющего сигнала KOF и управляющего сигнала SWH, принятого с общего вычислительного блока 20. Таким образом, в случае неисправности в одном из инверторов или в каждом из замыкателей, отпирающие сигналы, соответствующие каждому из инверторов, все соединенные с конденсатором FC фильтра и использующие общее напряжение VD постоянного тока, могут быть быстро и одновременно установлены в положение ВЫКЛ. Таким образом, может быть предотвращено распространение повреждения вследствие неисправности по всему устройству 100 управления.

Кроме того, когда устройство 100 управления дополнительно включает в себя преобразователь CNV для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока в качестве источника напряжения постоянного тока, контроллер 10 дополнительно включает в себя: первый общий вычислительный блок 20; контроллер 50 преобразователя, имеющий контроллер 51 CNV, который принимает управляющий сигнал CS с первого общего вычислительного блока 20 и сигналы от напряжения VD постоянного тока, входного напряжения VS и входного тока IS; и логическую схему 62 отпирания, которая выводит отпирающий сигнал CG для преобразователя CNV на основе управляющего сигнала CPW, принятого с контроллера 50 преобразователя. Дополнительно, общий логический вычислительный блок 60, включающий логическую схему 62 отпирания, может одновременно устанавливать отпирающие сигналы, соответствующие каждому из инверторов, и отпирающий сигнал для преобразователя в положение ВЫКЛ на основе защитного сигнала HWH детектирования, управляющего сигнала KOF и управляющего сигнала SWH с первого общего вычислительного блока 20. Следовательно, даже если в одном из инверторов, в преобразователе или в каждом из замыкателей случится неисправность, отпирающие сигналы, соответствующие каждому из инверторов и преобразователю, все соединенные с конденсатором FC фильтра и имеющие общее напряжение VD постоянного тока, могут быть быстро и одновременно установлены в положение ВЫКЛ. Таким образом, может быть предотвращено распространение повреждения вследствие неисправности по всему устройству 100 управления.

Кроме того, в контроллере 10 рабочие циклы устанавливают короче в следующем порядке: первый общий вычислительный блок 20, второй общий вычислительный блок 30, индивидуальные вычислительные блоки 40А и 40В и общий логический вычислительный блок 60. Следовательно, может быть достигнуто оптимальное быстродействие на основе выполняемых ими операций. Таким образом, для двигателей потребление энергии и нагрев MC могут быть уменьшены при сохранении эффективности управления. В результате емкость управляемого источника и размер охлаждающего вентилятора для контроллера 10 могут быть уменьшены, что позволяет, таким образом, уменьшить размер, вес и стоимость контроллера 10. Таким образом, размер, масса и стоимость устройства 100 управления могут быть уменьшены.

Примечания для других вариантов воплощения и приложений

Настоящее изобретение описано с использованием примера устройства управления, включающего два инвертора, инверторы INV1 и INV2; тем не менее количество инверторов ими не ограничивается, и объем настоящего изобретения может быть легко расширен до случаев применения трех или более инверторов. Если должны быть использованы три или более инвертора, настоящее изобретение может их легко применить, обеспечивая дополнительные индивидуальные вычислительные блоки, соответствующие каждому из инверторов, и также добавляя соответствующие логические схемы отпирания к общему логическому вычислительному блоку 60.

Структуры, описанные в каждом варианте воплощения, являются только примерами настоящего изобретения. Излишне упоминать, что настоящее изобретение может быть также объединено с другими известными технологиями, и такая модификация, как опускание его части, может быть сделана каким-либо образом без отклонения от сущности настоящего изобретения.

Кроме того, настоящее изобретение описано в применении к устройству управления для электрического транспортного средства, тем не менее область применений не ограничена электрическим транспортным средством, но может быть также использована в различных других родственных областях, например, для электрических автомобилей, подъемников и тому подобного.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Как описано выше, устройство управления двигателем согласно настоящему изобретению полезно в качестве изобретения, которое уменьшает размер и стоимость контроллера для управления инверторами, число которых увеличено, и сдерживает увеличение размера, массы и стоимости устройства управления двигателем, имеющим множество инверторов, соответствующих каждому из множества двигателей.

РАЗЪЯСНЕНИЕ СИМВОЛОВ ИЛИ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 силовой токоприемник

2 рельс

3 колесо

4 электропровод

10 контроллер

20 первый общий вычислительный блок

21 последовательный процессор

22 защитный детектор

23 процессор передачи данных

30 второй общий вычислительный блок

31 генератор основной команды крутящего момента

32 вычислитель среднего значения

40А, 40В индивидуальный вычислительный блок

41А, 41В процессор команды крутящего момента

42А, 42В контроллер скольжения

43А, 43В контроллер INV

50 контроллер преобразователя

51 контроллер CNV

60 общий логический вычислительный блок

61А, 61В, 62 логическая схема переключения

63 вычислитель скорости

64 логическая схема замыкателя

65 высокоскоростной защитный детектор

66 схема логического ИЛИ

100 устройство управления

CNV преобразователь

CT1 первый датчик тока двигателя

CT2 второй датчик тока двигателя

CTS датчик входного тока

FC конденсатор фильтра

INV1 первый инвертор

INV2 второй инвертор

K замыкатель первичной стороны

M1 первый синхронный двигатель с постоянными магнитами

M2 второй синхронный двигатель с постоянными магнитами

MMK1, MMK2 замыкатель со стороны двигателя

PT детектор входного напряжения

RZ1 первый датчик вращения

RZ2 второй датчик вращения

SQ состояние последовательности

TRF трансформатор