ES2590138T3 - Dispositivo inversor para vehículo eléctrico - Google Patents

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ES2590138T3 ES11876596.5T ES11876596T ES2590138T3 ES 2590138 T3 ES2590138 T3 ES 2590138T3 ES 11876596 T ES11876596 T ES 11876596T ES 2590138 T3 ES2590138 T3 ES 2590138T3
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Abstract

Un dispositivo (10) inversor para un vehículo eléctrico, que comprende: un circuito (2) inversor que controla un motor (3) eléctrico conectado a una rueda (8) a través de un miembro (4-7) de conexión; y una unidad (20) de control que controla el par del motor eléctrico, donde la unidad de control incluye: una unidad (23) de control de corriente que ejecuta el control de modo que el par del motor eléctrico concuerda con un comando de par para el motor eléctrico, o de modo que una corriente que fluye a través del motor eléctrico concuerda con un comando de corriente para el motor eléctrico; y una unidad (21) de limitador que impone limitaciones de modo que la magnitud del comando de par o la magnitud del comando de corriente no se hace igual o menor que un valor (DI) predeterminado prestablecido.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo inversor para vehlcuio electrico Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un dispositivo inversor para un vehlcuio electrico para accionar un vehlcuio electrico.
Antecedentes de la invencion
Como es generaimente conocido, un dispositivo inversor para un vehlcuio electrico de acuerdo con una tecnica convencionai esta generaimente configurado de tai modo que el par generado por un motor electrico conectado a una rueda montada sobre un bastidor de un vehlcuio de motor electrico a traves de engranajes y acopiamientos (miembros de conexion) esta deseabiemente controiado (ver, por ejempio, la Literatura de Patente 1). Ademas, como motor electrico, generaimente se utiiiza un motor electrico de induccion.
Lista de documentos
Literatura de patente
Literatura de Patente 1: Soiicitud de patente japonesa pubiicada N° 2011 - 173441.
Compendio Problema tecnico
Un problema de tai dispositivo inversor para un vehlcuio electrico es que cuando se acciona un motor electrico en un area donde el par es pequeno y en particular cuando la poiaridad del par generado por el motor electrico fiuctua entre positivo y negativo, ios miembros internos que io componen tales como engranajes y acopiamientos vibran debido a la toierancia y ios engranajes y acopiamientos generan ruido. Es necesario algun tipo de mejora porque dicho ruido es audible en condiciones de bajo ruido ambientai, es decir, el motor electrico esta funcionando a baja veiocidad y bajo par.
La presente invencion se ha ideado en vista de io anterior, y un objeto de la presente invencion es proporcionar un dispositivo inversor para un vehlcuio electrico que pueda suprimir o reducir el ruido innecesario generado por ios engranajes y acopiamientos.
Solucion al problema
La presente invencion esta dirigida a un dispositivo inversor par un vehlcuio electrico que consigue el objetivo. El dispositivo inversor inciuye un circuito inversor que controia un motor electrico conectado a una rueda a traves de un miembro de conexion, y una unidad de control que controia el par del motor electrico. La unidad de control inciuye una unidad de control de corriente que ejecuta el control de modo que el par del motor electrico concuerde con un comando de par para el motor electrico, de modo que una corriente que fiuye a traves del motor electrico concuerde con un comando de corriente para el motor electrico; y una unidad de iimitador que impone iimitaciones de modo que una magnitud del comando de par o una magnitud del comando de corriente no puede ser iguai o menor que un valor predeterminado prestabiecido.
Efectos ventajosos de la invencion
De acuerdo con la presente invencion, es posibie suprimir o reducir el ruido innecesario generado por ios engranajes y acopiamientos.
Breve descripcion de los dibujos
La FIG. 1 es un ejempio de configuracion de un dispositivo inversor para un vehlcuio electrico de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
La FIG. 2 es un ejempio de configuracion de una unidad de iimitador y una unidad de generacion de ilmite inferior de acuerdo con la presente realizacion.
La FIG. 3 es otro ejempio de configuracion de una unidad de limitacion y una unidad de generacion de ilmite inferior diferente de la mostrada en la FIG. 2 de acuerdo con la presente invencion.
La FIG. 4 es un diagrama expiicativo de las operaciones en un caso en el que no se apiica una tecnica de acuerdo con la presente invencion.
La FIG. 5 es un diagrama expiicativo de las operaciones en un caso en el que se apiica la tecnica de acuerdo con la presente realizacion.
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Descripcion detallada de las realizaciones
A continuacion se explican con detalle ejemplos de realizaciones de un aparato inversor para un vehlculo electrico de acuerdo con la presente invencion haciendo referencia a las figuras adjuntas. La presente invencion no esta limitada a las realizaciones.
(Realizacion)
La FIG. 1 es un ejemplo de configuracion de un dispositivo inversor para un vehlculo electrico de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. Como se muestra en la FIG. 1, el dispositivo inversor para un vehlculo electrico de la presente invencion esta configurado por un dispositivo 10 inversor que recibe potencia de una fuente 1 de alimentacion de un cable superior o similar y acciona el motor 3 electrico que genera la fuerza rotativa de accionamiento.
El dispositivo 10 inversor incluye un circuito 2 inversor que convierte potencia de corriente continua en potencia en corriente alterna (CA), un detector 11 de corriente que mide la corriente de la salida de los conductores desde el circuito 2 inversor, y una unidad 20 de control que controla el circuito 2 inversor.
Una salida del circuito 2 inversor esta conectada al motor 3 electrico, y el circuito 2 inversor acciona el motor 3 electrico suministrando potencia CA al mismo. El motor 3 electrico es, por ejemplo, un motor electrico CA trifasico. En un eje de rotacion del motor 3 electrico esta dispuesto un acoplamiento 4 a modo de miembro de conexion, y esta conectado a un engranaje 5 del lado del motor electrico.
Un engranaje 6 del lado de la rueda esta dispuesto para acoplarse con el engranaje 5 del lado del motor electrico, y esta fijado a un arbol 7. Ademas, una rueda 8 esta conectada al arbol 7. Como se ha descrito anteriormente, se disponen en un lado de salida del motor 3 electrico unos elementos que transfieren una salida mecanica a la rueda 8 a traves del arbol 7. Ademas, la rueda 8 contacta con un rail 9, y el vehlculo electrico es accionado mediante la rotacion de la rueda 8.
A continuacion, se explica una configuracion de la unidad 20 de control. La unidad 20 de control incluye una unidad 21 de limitador, una unidad 22 de generacion de llmite inferior, y una unidad 23 de control de corriente.
Se introduce en la unidad 20 de control un comando iq* de corriente en el eje q, un comando id* de corriente en el eje d, una senal FM de velocidad del motor 3 electrico, y un valor IM de deteccion de corriente del motor electrico detectado por el detector 11 de corriente. En este caso, el comando iq* de corriente en el eje q es una senal que corresponde a un comando del par (un comando de par para el motor 3 electrico) emitido por el motor 3 electrico, y el comando id* de corriente del eje d es una senal que corresponde a un flujo magnetico en el motor 3 electrico. La unidad 23 de control de corriente establece el comando iq1* de corriente en el eje q (en adelante, “comando de corriente en el eje q despues del limitador”, para distinguir el comando del comando de corriente en el eje q antes del limitador) y el comando id* de corriente en el eje d despues del limitador que se describe despues de los comandos de corriente, y ejecuta un control de modo que un componente en el eje q y un componente en el eje d del valor IM de deteccion de corriente del motor electrico se ajustan a los respectivos comandos de corriente.
La FIG. 2 es un ejemplo de configuracion de una unidad de limitador y una unidad de generacion de llmite inferior de acuerdo con la presente invencion. En la FIG. 2, el comando iq* de corriente en el eje q es introducido a la unidad 21 de limitador, y la senal FM de velocidad es introducida en la unidad 22 de generacion de llmite inferior. Basandose en la senal de velocidad FM, la unidad 22 de generacion de llmite inferior se configura para generar una senal DI de llmite inferior que es un valor predeterminado.
El comando iq* de corriente en el eje q y la senal DI de llmite inferior son introducidos en la unidad 21 de limitador. En un area donde la senal FM de velocidad es pequena, la unidad 22 de generacion de llmite inferior opera de modo que la magnitud de la senal DI de llmite inferior se vuelve una magnitud predeterminada.
Una salida de la unidad 21 de limitador es controlada, por ejemplo, por las caracterlsticas de entrada-salida mostradas mediante un grafico en la unidad 21 de limitador. Mas especlficamente, la unidad 21 de limitador lleva a cabo un procesamiento de limitador de modo que la magnitud del comando iq* de corriente en el eje q introducido no sea igual o menor que la senal DI de llmite inferior, y genera el comando iq1* de corriente en el eje q despues del limitador para introducirlo en la unidad 23 de control de corriente. Cuando la magnitud del comando iq* de corriente en el eje q es igual o mayor que la senal DI de llmite inferior, el comando de corriente en el eje q despues del limitador iq1* se hace un valor igual al comando iq* de corriente en el eje q.
Ademas de la generacion del comando de corriente en el eje q despues del limitador iq1* segun se ha descrito anteriormente, el comando id* de corriente en el eje d y el valor IM de deteccion de corriente del motor electrico son introducidos en la unidad 23 de control de corriente. La unidad 23 de control de corriente ejecuta un control de corriente de modo que el componente en el eje q y el componente en el eje d del valor IM de deteccion de corriente del motor electrico se ajusten al comando de corriente en el eje q despues del limitador iq1* y el comando de corriente en el eje d despues del limitador id*, respectivamente, y genera una senal GC de control de puerta (senal PWM) de acuerdo con este control de corriente para emitirlo al circuito 2 inversor. En el circuito 2 inversor, un
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dispositivo de conmutacion (no mostrado) es controlado por la senal GC de control de puerta, y se suministra la potencia necesaria al motor 3 electrico.
De acuerdo con el control descrito anteriormente, el motor 3 electrico es accionado por una corriente determinada por el comando de corriente en el eje q despues del limitador iq1* y el comando de corriente en el eje d despues del limitador id*.
En la FIG. 2, la unidad 22 de generacion de llmite inferior esta configurada para generar la senal DI de llmite inferior basandose en la senal FM de velocidad; sin embargo, no se limita a la configuracion descrita anteriormente. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 3, un valor del DI en la unidad 21 de limitador puede ajustarse a un valor fijo, y en un caso donde la magnitud del comando iq* de corriente en el eje q es igual o menor que iq0* que es un valor predeterminado, puede ajustarse para ser la salida del DI el comando de corriente en el eje q despues del limitador iq1* que es una salida de la unidad 21 de limitador.
Se explica aqul una configuracion de un dispositivo inversor convencional. En la FIG. 1, por ejemplo, la unidad 21 de limitador y la unidad 22 de generacion de llmite inferior no estan presentes en el dispositivo inversor convencional. Es decir, el comando iq* de corriente en el eje q y el comando id* de corriente en el eje d son introducidos en la unidad 23 de control de corriente, y el dispositivo inversor convencional es accionado por una corriente que se determina de acuerdo con el comando iq* de corriente en el eje q y el comando id* de corriente en el eje d introducidos.
A continuacion, se explican las operaciones en un caso en el que se aplica la tecnica de acuerdo con la presente invention y en un caso en el que no se aplica la tecnica (una configuracion convencional). La FIG. 4 es un diagrama explicativo de las operaciones en un caso en el que no se aplica la tecnica de acuerdo con la presente invencion.
En la FIG. 4, el diagrama superior muestra el comando iq* de corriente en el eje q, el diagrama intermedio muestra el comando de corriente en el eje q despues del limitador iq1* (segun se ha descrito anteriormente, en la configuracion convencional, “comando iq* de corriente en el eje q” = “comando de corriente en el eje q despues del limitador iq1*”), y el diagrama inferior muestra la corriente iq del motor electrico (que corresponde a un par que coincide con el componente en el eje q del valor IM de detection de corriente del motor).
En el ejemplo mostrado en la FIG. 4, el comando de corriente se suprime y el par generado por el motor 3 electrico se reduce durante la operation en el momento en que el comando iq* de corriente en el eje q = 100 A. Ademas, el comando iq* de corriente en el eje q se reduce segun una rampa, y se ajusta a 0 A. Durante este tiempo, en la corriente iq de motor electrico, se produce una variation transitoria o variation por un error de control debido a restricciones (por ejemplo, un retardo de operacion de la unidad 20 de control) en el funcionamiento de control del dispositivo inversor. La corriente iq del motor electrico no puede mantenerse en cero, y varla con el cero como frontera. Es decir, la polaridad de la magnitud del par del motor 3 electrico varla.
En ese estado, como la direction de la salida de fuerza (par) desde el eje de rotation del motor 3 electrico varla, se producen vibraciones y se genera un ruido del tipo descrito anteriormente debido a elementos que lo conforman tales como acoplamientos y engranajes. El ruido es audible en condiciones en las que el ruido ambiental es bajo, es decir, en un area en el que el vehlculo electrico se esta operando a baja velocidad y la senal FM de velocidad del motor 3 electrico es baja.
Por otro lado, la FIG. 5 es un diagrama explicativo de operaciones en un caso donde se aplica la tecnica de acuerdo con la presente realization. El diagrama superior muestra el comando iq* de corriente en el eje q, el diagrama intermedio muestra el comando de corriente en el eje q despues del limitador iq1*, y el diagrama inferior muestra la corriente iq del motor electrico (que corresponde a cuando el par coincide con el componente en el eje q del valor IM de deteccion de corriente del motor electrico).
Similarmente a la FIG. 4, en el ejemplo mostrado en la FIG. 5 se suprime el comando de corriente y el par generado por el motor 3 electrico es reducido durante las operaciones en el momento en que el comando iq* de corriente en el eje q = 100 A, el comando iq* de corriente en el eje q es reducido de acuerdo con una rampa, y se ajusta entonces a 0 A (ver el diagrama superior de la FIG. 5). Por otro lado, de acuerdo con las operaciones de la unidad 22 de generacion de llmite inferior y la unidad 21 de limitador, incluso cuando el comando de corriente en el eje q despues del limitador iq1* se reduce a 0 A, permanece un componente de la senal DI de llmite inferior y este componente es emitido (ver el diagrama intermedio de la FIG. 5).
En la corriente iq del motor electrico, se produce una variacion transitoria o se produce una variacion por un error de control debido a restricciones en el funcionamiento del control (un retardo de la operacion de control de la unidad 20 de control) del dispositivo inversor, lo que es similar al caso convencional. Sin embargo, en el caso en que se aplica la tecnica de acuerdo con la presente invencion, se genera la senal DI de llmite inferior equivalente a la cantidad de variacion y se anade la corriente iq del motor electrico equivalente a este componente, y por tanto se evita que la corriente iq del motor electrico varle con el cero como frontera (ver el diagrama inferior de la FIG. 5). Como resultado, puede evitarse que cambie la polaridad de la magnitud del par del motor 3 electrico.
Como se ha explicado anteriormente, de acuerdo con el dispositivo inversor 30 para un vehlculo electrico de la
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presente realization, la magnitud del comando iq* de corriente en el eje q esta limitado para que no sea igual o menor que un valor prestablecido predeterminado. Por tanto, puede evitarse que cambie la direction de la salida de fuerza (par) del eje de rotation del motor 3 electrico, no se generan vibraciones en los miembros que componen los acoplamientos y engranajes, y se suprime o reduce el ruido innecesario generado por los engranajes y los acoplamientos.
Este tipo de ruido es audible bajo condiciones en las que el ruido ambiental es pequeno, es decir, en un area en la que se esta operando el vehlculo electrico a una velocidad baja y la senal FM de velocidad del motor 3 electrico es pequena. Por tanto, en la unidad 22 de generation de llmite inferior, es posible generar la senal DI de llmite inferior solo en el area donde la senal FM de velocidad del motor electrico es pequena. En un estado donde la senal FM de velocidad tiene un cierto nivel de velocidad y el ruido de la maquina no es tan audible al quedar absorbido por el ruido ambiente, es posible satisfacer que la senal de llmite inferior DI = 0. En consecuencia, debido a que no es necesario anadir continuamente limitaciones innecesarias al comando iq* de corriente en el eje q, se puede minimizar el deterioro del rendimiento del control del motor 3 electrico.
Ademas, basandose en el uso del vehlculo electrico, preferiblemente se ajusta un valor de la senal DI de llmite inferior a alrededor del 10% o menos del maximo par (corriente) del motor 3 electrico. Cuando el valor de la senal DI de llmite inferior se ajusta a alrededor del 10% o menos, no hay ningun problema practico. Cuando el valor de la senal DI de llmite inferior aumenta en exceso, esto no es conveniente en el caso de una ligera aceleracion/deceleracion que requiere un par pequeno. Cuando el valor de la senal DI de llmite inferior se reduce excesivamente, la corriente iq de motor electrico varla con cero como frontera debido a la variation del transitorio debido al error de control mencionado anteriormente o a un retardo de funcionamiento del control, de modo que no se produce ningun efecto.
En consecuencia, la senal DI de llmite inferior se ajusta preferiblemente a un valor al menos mayor que un valor de variation (= un valor de variation de la corriente del motor electrico equivalente a la del par del motor 3 electrico) de la corriente iq del motor electrico generada debido a un error de control o retardo de la operation del control de la unidad 20 de control. Es decir, la senal DI de llmite inferior preferiblemente se ajusta a un valor en el que el comando de corriente en el eje q despues del limitador iq1* es capaz de mantener un estado en el que la polaridad de la salida de par por el motor 3 electrico no fluctua entre positivo y negativo.
La presente invention se ha explicado como una configuration en la que el comando iq* de corriente en el eje q esta sujeto al procesamiento del limitador. Adicionalmente, pueden obtenerse efectos identicos con una configuration en la que un comando de par (no mostrado) correspondiente al comando de corriente en el eje q se somete al procesamiento del limitador. Es decir, en lugar de la configuration en la que el comando de corriente se somete al procesamiento del limitador, la presente realization puede tener la configuration en la que el comando de par se somete al procesamiento de limitador. Notese que la reduction entre el comando de par y el comando de corriente (el comando de corriente en el eje q) es bien conocida para los expertos en la materia.
Aplicacion industrial
Como se ha descrito anteriormente, la presente invention es util como un dispositivo inversor para un vehlculo electrico que puede suprimir o reducir el ruido innecesario generado por engranajes y acoplamientos.
Lista de sfmbolos de referencia
1 Fuente de alimentation
2 Circuito inversor
3 Motor electrico
4 Acoplamiento
5 Engranaje del lado del motor electrico
6 Engranaje del lado de la rueda
7 Eje
8 Rueda
9 Rail
10 Dispositivo inversor
11 Detector de corriente
20 Unidad de control
21 Unidad de limitador
22 Unidad de generacion de llmite inferior
23 Unidad de control de corriente

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo (10) inversor para un vehlcuio electrico, que comprende:
    un circuito (2) inversor que controia un motor (3) electrico conectado a una rueda (8) a traves de un miembro (4-7) de conexion; y
    5 una unidad (20) de control que controia el par del motor electrico, donde la unidad de control inciuye:
    una unidad (23) de control de corriente que ejecuta el control de modo que el par del motor electrico concuerda con un comando de par para el motor electrico, o de modo que una corriente que fluye a traves del motor electrico concuerda con un comando de corriente para el motor electrico; y
    una unidad (21) de limitador que impone limitaciones de modo que la magnitud del comando de par o la magnitud 10 del comando de corriente no se hace igual o menor que un valor (DI) predeterminado prestablecido.
  2. 2. El dispositivo inversor para un vehlculo electrico de acuerdo con la reivindicacion 1, donde en un area donde una magnitud del comando de par o una magnitud del comando de corriente es pequena, el valor predeterminado se ajusta a un valor en el que una polaridad del par producido por el motor electrico no fluctua entre positivo y negativo.
    15 3. El dispositivo inversor para un vehlculo electrico de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, que ademas
    comprende una unidad (22) de generacion de llmite inferior que genera el valor predeterminado basandose en una senal correspondiente a una velocidad del motor electrico.
  3. 4. El dispositivo inversor para un vehlculo electrico de acuerdo con la reivindicacion 3, donde la unidad de generacion de llmite inferior esta configurado para establecer un valor de la senal (DI) de llmite inferior en el 10% o
    20 menos de un par maximo del motor electrico.
  4. 5. El dispositivo inversor para un vehlculo electrico de acuerdo con la reivindicacion 3 o 4, donde la unidad (22) de generacion de llmite inferior esta configurada para establecer la senal (DI) de llmite inferior en un valor que es al menos mayor que un valor de variacion de la corriente (iq) del motor electrico generada debido a un error de control o a un retardo de operacion del control de la unidad (20) de control.
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