DE10049385A1 - Motorsteuergerät - Google Patents
MotorsteuergerätInfo
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- H02H7/0838—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements with H-bridge circuit
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Abstract
Es wird ein Motorsteuersystem geschaffen, das ein Fehlverhalten eines Mehrphasen-Gleichstrommotors überwacht. Das Motorsteuersystem beinhaltet einen Wechselrichter, der einen Betrieb des Motors steuert, eine Fehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die die Spannung überwacht, die zu jeder aktiven Zeit, wenn sich ein PWM-Signal an einem aktiven Pegel befindet, an einem von Anschlüssen von Ankerwicklungen des Motors auftritt, um Schaltelemente des Wechselrichters einzuschalten, und auf Grundlage der überwachten Spannung ein Auftreten des Fehlverhaltens bestimmt, und eine Schaltvorgang-Sperrschaltung, die eines der Schaltelemente, das mit dem einen der Anschlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist, sperrt, eingeschaltet zu werden, um dadurch zusätzliche Beschädigungen des Motorsteuersystems zu vermeiden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein
Motorsteuergerät, das den Betrieb eines bürstenlosen
Motors über eine Wechselrichterschaltung steuert, und
insbesondere ein Motorsteuergerät, das dazu ausgelegt
ist, ein Fehlverhalten in dem Gerät zu überwachen.
Im Stand der Technik sind Motorsteuergeräte bekannt,
welche dazu ausgelegt sind, den Betrieb eines
bürstenlosen Motors über eine Wechselrichterschaltung zu
steuern, die aus Leistungsschaltelementen in
Brückenschaltung besteht, und die Drehzahl des Motors
unter Verwendung von PWM-(pulsbreitenmodulierten)-
Signalen zu steuern.
Ein typisches Motorsteuergerät des zuvor genannten
Typs wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7
beschrieben. Die Fig. 6 und 7 zeigen ein Beispiel, in
dem ein Motor 1 drei Wicklungen (Statorspulen) L1, L2 und
L3 beinhaltet, die erste, zweite und dritte Phasen
(nachstehend auch als U-, V-, und W-Phasen bezeichnet)
aufweisen, die in einer Dreiecksform verbunden sind.
Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, beinhaltet das
Motorsteuergerät ein Schaltnetz 6, das eine Dreiphasen-
Brückenschaltung ist, die aus den positiven
Schaltelementen 3p, 4p und 5p und den negativen
Schaltelementen 3n, 4n und 5n besteht. Die positiven
Schaltelemente 3p bis 5p sind zwischen einem positiven
Anschluß (d. h. einer Seite einer höheren Spannung) einer
Gleichstrom-Energieversorgungsquelle 2 und Anschlüssen
Ju, Jv und Jw der Wicklungen L1 bis L3 angeschlossen. Auf
ähnliche Weise sind die negativen Schaltelemente 3n bis
5n zwischen einem negativen Anschluß (d. h. einer Seite
einer niedrigeren Spannung) der Energieversorgungsquelle
2 und den Anschlüssen Ju, Jv und Jw der Wicklungen L1 bis
L3 angeschlossen. Die Schaltelemente 3p, 4p, 5p, 3n, 4n,
und 5n bestehen jeweils aus einem N-Kanal-MOSFET.
Das Motorsteuergerät beinhaltet ebenso eine
Kommutierungssteuerschaltung 7, die Ansteuersignale Up,
Un, Vp, Vn, Wp bzw. Wn in Abhängigkeit von eine
Rotorposition anzeigenden Signalen (nicht gezeigt) des
Motors 1 liefert, um die Schaltelemente 3p, 3n, 4p, 4n,
5p und 5n in einer gegebenen Reihenfolge einzuschalten.
Die Kommutierungssteuerschaltung 7 bildet zusammen mit
dem Schaltnetz 6 eine Wechselrichterschaltung 8 aus.
Das Motorsteuergerät beinhaltet ebenso einen PWM-
Signal-Generator 9 und UND-Gatter 13, 14 und 15. Der PWM-
Signal-Generator 9 liefert ein PWM-Signal zum Steuern der
Drehzahl des Motors 1. Die UND-Gatter 13 bis 15 nehmen
die Ansteuersignale Un, Vn und Wn, die aus der
Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben werden, und das
PWM-Signal auf, das aus dem PWM-Signal-Generator 9
ausgegeben wird.
Die Ansteuersignale Up, Vp und Wp, die von der
Kommutierungssteuerschaltung 7 erzeugt werden, werden in
Gates der Schaltelemente 3p, 4p bzw. 5p eingegeben.
Ausgangssignale der UND-Gatter 13, 14 und 15 werden in
Gates der Schaltelemente 3n, 4n bzw. 5n eingegeben.
Jedes der Schaltelemente 3p, 4p und 5p wird
eingeschaltet, wenn sich ein entsprechendes der
Ansteuersignale Up, Vp oder Wp an einem höheren Pegel
befindet, während jedes der Schaltelemente 3n, 4n und 5n
eingeschaltet wird, wenn sich ein logisches Produkt des
PWM-Signals von dem PWM-Signal-Generator 9 und eines
entsprechenden der Ansteuersignale Un, Vn oder Wn an dem
höheren Pegel befindet (siehe Fig. 7).
Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, schaltet die
Kommutierungssteuerschaltung 7 die Ansteuersignale Up,
Un, Vp, Vn, Wp und Wn zwischen dem hohen Pegel und dem
niedrigen Pegel in einem Zyklus, um den Motor 1 zu
drehen. In Fig. 7 zeigt jedes der Ansteuersignale Un, Vn,
und Wn, die in die Schaltelemente 3n, 4n und 5n
einzugeben sind, die im Pegel auf einer niedrigeren Seite
liegen, wie es in der Darstellung gezeigt ist, den hohen
Pegel. Das Gleiche gilt für Fig. 2, auf die später
verwiesen wird.
Das positive Schaltelement 3p und das negative
Schaltelement 3n, die mit dem U-Phasenwicklungs-Anschluß
Ju verbunden sind, werden jeweils für eine Zeitdauer
eingeschaltet, die zu einem elektrischen Winkel von 120°
äquivalent ist, und werden abwechselnd in einem
Zeitintervall aktiv, das 60° voneinander entfernt ist.
Das positive Schaltelement 4p und das negative
Schaltelement 4n, die mit dem V-Phasenwicklungs-Anschluß
Jv verbunden sind, und das positive Schaltelement 5p und
das negative Schaltelement 5n, die mit dem W-
Phasenwicklungs-Anschluß Jw verbunden sind, werden in
einem Phasenintervall aktiv, das 120° von dem positiven
Schaltelement 3p und dem negativen Schaltelement 3n
entfernt ist. Insbesondere während einer Zeit, zu der die
positiven und negativen Schaltelemente, die mit einem der
Phasenwicklungs-Anschlüsse Ju, Jv und Jw verbunden sind,
beide ausgeschaltet sind (d. h. ein elektrisches
Winkelintervall von 60°), ist ein anderes der positiven
Schaltelemente, die mit dem zweiten der Phasenwicklungs-
Anschlüsse Ju, Jv und Jw verbunden sind, eingeschaltet,
während eines der negativen Schaltelemente, die mit dem
dritten der Phasenwicklungs-Anschlüsse Ju, Jv oder Jw
verbunden sind, in Übereinstimmung mit dem PWM-Signal
eingeschaltet ist.
Die Fig. 6 und 7 stellen den Fall dar, in dem die
negativen Schaltelemente 3n, 4n und 5n PWM-gesteuert
sind, wenn sich die Ansteuersignale Un, Vn, und Wn an dem
hohen Pegel befinden, jedoch können die Elemente 3p, 4p
und 5p oder alle der positiven und negativen
Schaltelemente 3n, 4n, 5n, 3p, 4p und 5p PWM-gesteuert
werden.
Wenn aufgrund eines Kurzschlusses ein Fehlverhalten
in einem der Schaltelemente der Wechselrichterschaltung 8
auftritt, verursacht ein Einschalten des fehlerhaften
Schaltelements und eines damit gepaarten Schaltelements,
daß ein Überstrom durch sie fließt. Zum Beispiel wird in
einem Fall, in dem das negative U-Phasen-Schaltelement 3n
kurzgeschlossen ist, wenn das positive U-Phasen-
Schaltelement 3p eingeschaltet wird, dies verursachen,
daß ein Überstrom durch beide der Schaltelemente 3n und
3p fließt.
Um ein derartiges Fehlverhalten zu erfassen, weist
das Motorsteuergerät, das in Fig. 6 gezeigt ist, einen
Stromerfassungs-Nebenschlußwiderstand 16 auf, der
zwischen den Sources der negativen Schaltelemente 3n, 4n,
und 5n und dem Minus-(-)-Anschluß der Gleichstrom-
Energieversorgung 2 angeordnet ist, um die
Potentialdifferenz zwischen Anschlüssen des
Nebenschlußwiderstands 16 zu überwachen. Wenn die
Potentialdifferenz größer als ein gegebener Wert wird,
bestimmt das Motorsteuergerät, daß irgendeines der
Schaltelemente kurzgeschlossen worden ist und zwingt alle
der Schaltelemente in einen Sperrzustand (wie es in den
Japanischen Patenterstveröffentlichungen Nr. 6-209581 und
7-274580 gelehrt wird).
Ein derartiges System erfaßt jedoch das Auftreten
eines Fehlverhaltens eines Schaltelements erst nach einem
Einschalten eines damit gepaarten Schaltelements, so daß
der Strom durch das fehlerhafte Schaltelement und das
damit gepaarte Schaltelement fließt, und weist den
Nachteil auf, daß der Stromfluß zu einem Fehlverhalten
des damit gepaarten Schaltelements führen kann, das
normal arbeitet. Das System weist weiterhin den Nachteil
auf, daß der Strom auch dann durch den
Nebenschlußwiderstand 16 fließt, wenn das System normal
arbeitet, was zu einem Verlust von elektrischer Energie
führt.
Die Japanische Patenterstveröffentlichung Nr. 2-
266891 offenbart ein System, welches bestimmt, daß ein
Fehlverhalten aufgetreten ist, wenn sich die Spannung,
die an den Wicklungsanschlüssen eines Motors auftritt,
während eines Betriebs des Motors nicht zyklisch ändert,
und alle Schaltelemente sperrt. Das System weist jedoch
ebenso die Nachteile auf, daß es unmöglich ist, das
Auftreten des Fehlverhaltens zu erfassen, bevor Strom
durch die Schaltelemente fließt, und der Stromfluß kann
zu einem weiteren Fehlverhalten führen.
Die obige Japanische Patenterstveröffentlichung Nr.
7-274580 ist weiterhin derart ausgelegt, daß die Spannung
an jedem der Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und Jw
unmittelbar nach einem Schalten eines entsprechenden der
Ansteuersignale Up bis Wn mit einer Referenzspannung
verglichen wird, bestimmt wird, daß ein Fehlverhalten
aufgetreten ist, wenn das Vergleichsergebnis nicht mit
einem der Ansteuersignale Up bis Wn übereinstimmt, und
alle Schaltelemente 3p bis 5n gesperrt werden. Dieses
System weist jedoch den Nachteil auf, daß in einem Fall,
in dem irgendeines der Schaltelemente während einer Zeit
von einem Erfassen des Fehlverhaltens (d. h.
vorhergehenden Kommutierung) bis zu der nachfolgenden
Kommutierung kurzgeschlossen ist, ein damit gepaartes der
Schaltelemente kurzgeschlossen werden kann, wenn es
eingeschaltet wird. Zum Beispiel wird, wenn das negative
U-Phasen-Schaltelement 3n während einer Zeit von da an,
wenn sich, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, das
Ansteuersignal Un von einem hohen zu einem niedrigen
Pegel ändert, bis dahin, wenn sich das Ansteuersignal Up
von einem niedrigen zu einem hohen Pegel ändert,
kurzgeschlossen ist, das positive U-Phasen-Schaltelement
3p zu der Zeit der nächsten Kommutierung eingeschaltet,
bevor das System den Kurzschluß des Schaltelementes 3n
erfaßt, was verursachen kann, daß das Schaltelement 3p
ebenso kurzgeschlossen wird.
Das System, das in der Japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 7-274580 offenbart ist,
betreibt jedes der Schaltelemente 3p bis 5n, wenn sich
ein entsprechendes der Ansteuersignale Up bis Wn an einem
hohen oder niedrigen Pegel befindet, so daß die
Spannungen Vu, Vv und Vw an den Wicklungsanschlüssen Ju,
Jv und Jw von den Pegeln der Ansteuersignale Up bis Wn
abhängen. Da jedoch einer oder beide eines Satzes der
positiven Schaltelemente 3p bis 5p und eines Satzes der
negativen Schaltelemente 3n bis 5n PWM-gesteuert werden,
sind die Ein- und Ausschaltvorgänge der Schaltelemente 3p
bis 5n nicht immer zu den Ansteuersignalen Up bis Wn
synchronisiert, was zu einer Schwierigkeit bei einem zu
allen Zeiten genauen Erfassen eines Fehlverhaltens der
Schaltelemente 3p bis 5n führt.
Es ist daher eine hauptsächliche Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, die Nachteile im Stand der
Technik zu vermeiden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Motorsteuergerät zu schaffen, das imstande
ist, die Beschädigung des Geräts zu minimieren, wenn ein
Fehlverhalten in dem Gerät auftritt.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein
Motorsteuergerät geschaffen, das aufweist: (a) eine
Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine
Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das
Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von
denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer höheren
Spannung einer Gleichstromenergieversorgung und an dem
anderen Ende mit einem von Anschlüssen von Wicklungen
eines Mehrphasenmotors verbunden ist, und einen zweiten
Satz von Schaltelementen beinhaltet, von denen jedes an
einem Ende mit einer Seite einer niedrigeren Spannung der
Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit
einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors
verbunden ist, wobei die Kommutierungssteuerschaltung
Ansteuersignale erzeugt, um die Schaltelemente zum Drehen
des Motors der Reihe nach einzuschalten; (b) einen PWM-
Signal-Generator, der PWM-(pulsbreitenmodulierte)-Signale
erzeugt, welche mindestens einen der ersten und zweiten
Sätze der Schaltelemente zum Steuern der Drehzahl des
Motors zyklisch einschalten; (c) eine
Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu
jeder aktiven Zeit, wenn sich das PWM-Signal an einem
aktiven Pegel befindet, um die Schaltelemente
einzuschalten, bestimmt, ob eine Spannung, die an einem
der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt,
niedriger als eine gegebene Referenzspannung ist oder
nicht, wobei dann, wenn die Spannung niedriger als die
gegebene Referenzspannung ist, die
Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung bestimmt,
daß eines des zweiten Satzes der Schaltelemente, das mit
einem der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein
Fehlverhalten aufweist, und ein ein
Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal ausgibt; d)
eine Schaltvorgang-Sperrschaltung, die auf das ein
Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal reagiert,
das aus der Schaltelementfehlverhaltens-
Erfassungsschaltung ausgegeben wird, um eines des ersten
Satzes der Schaltelemente, das mit dem einem der
Anschlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist, zu
sperren, eingeschaltet zu werden.
In der bevorzugten Ausführung der Erfindung
beinhaltet die Schaltelementfehlverhaltens-
Erfassungsschaltung einen Komparator und eine
Verriegelungsschaltung. Der Komparator vergleicht die
Spannung, die an dem einen der Anschlüsse der Wicklungen
des Motors auftritt, mit der gegebenen Referenzspannung,
um ein Ausgangssignal an einem eines hohen und eines
niedrigen Pegels zu liefern, wenn die Spannung niedriger
als die gegebene Referenzspannung ist. Die
Verriegelungsschaltung beinhaltet einen Gateanschluß, in
den das PWM-Signal eingegeben wird, einen Datenanschluß,
in den ein Ausgangssignal des Komparators eingegeben
wird, und einen Ausgangsanschluß, der das Ausgangssignal
des Komparators ausgibt wie es ist, wenn sich das PWM-
Signal an dem aktiven Pegel befindet, und das
Ausgangssignal des Komparators verriegelt zu einer Zeit
ausgibt, zu der sich das PWM-Signal von dem aktiven zu
einem passiven Pegel geändert hat, was die Schaltelemente
ausschaltet, wenn sich das PWM-Signal an dem passiven
Pegel befindet. Die Schaltvorgang-Sperrschaltung sperrt,
daß das eine der Schaltelemente des ersten Satzes
eingeschaltet wird, wenn sich ein Signal, das aus dem
Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung ausgegeben
wird, an dem einen des hohen und niedrigen Pegels des
Ausgangssignals des Komparators befindet.
Weiterhin ist eine zweite
Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung
vorgesehen, die zu jeder aktiven Zeit bestimmt, ob eine
Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des
Motors auftritt, höher als eine gegebene Referenzspannung
ist oder nicht, wobei sie bestimmt, daß eines der
Schaltelemente des ersten Satzes, das mit dem einen der
Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein
Fehlverhalten aufweist, um ein zweites ein
Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal auszugeben,
wenn die Spannung höher als die gegebene Referenzspannung
ist. Es ist eine zweite Schaltvorgang-Sperrschaltung
vorgesehen, die auf das zweite ein
Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal reagiert, um
eines des zweiten Satzes der Schaltelemente zu sperren,
das mit dem einen der Anschlüsse der Wicklungen des
Motors verbunden ist, eingeschaltet zu werden.
Außerdem kann ebenso ein Fehlverhaltenanzeigesignal-
Generator vorgesehen sein, der ein
Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn eine oder beide
der Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung und
der zweiten Schaltelementfehlverhaltens-
Erfassungsschaltung bestimmen, daß ein Fehlverhalten in
dem Schaltelement aufgetreten ist, um alle der
Schaltelemente zu sperren, eingeschaltet zu werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein
Motorsteuergerät geschaffen, das aufweist: (a) eine
Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine
Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das
Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von
denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer höheren
Spannung einer Gleichstromenergieversorgung und an dem
anderen Ende mit einem von Anschlüssen von Wicklungen
eines Mehrphasenmotors verbunden ist, und einen zweiten
Satz von Schaltelementen aufweist, von denen jedes an
einem Ende mit einer Seite einer niedrigeren Spannung der
Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit
einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors
verbunden ist, wobei die Kommutierungssteuerschaltung
Ansteuersignale erzeugt, um die Schaltelemente zum Drehen
des Motors der Reihe nach einzuschalten; (b) einen PWM-
Signal-Generator, der PWM-(pulsbreitenmodulierte)-Signale
erzeugt, welche mindestens einen der ersten und zweiten
Sätze der Schaltelemente zum Steuern der Drehzahl des
Motors zyklisch einschaltet; (c) eine
Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu
jeder aktiven Zeit, wenn sich das PWM-Signal an einem
aktiven Pegel befindet, um eines der Schaltelemente
einzuschalten, bestimmt, ob eine Spannung, die an einem
der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, höher
als eine gegebene Referenzspannung ist oder nicht, wobei
dann, wenn die Spannung höher als die gegebene
Referenzspannung ist, die Schaltelementfehlverhaltens-
Erfassungsschaltung bestimmt, daß eines des zweiten
Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse
der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist
und ein ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal
ausgibt; und (d) eine Schaltvorgang-Sperrschaltung, die
auf das ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal
reagiert, das aus der Fehlverhaltens-Erfassungs-Schaltung
ausgegeben wird, um eines des ersten Satzes der
Schaltelemente, das mit dem einen der Anschlüsse der
Wicklungen des Motors verbunden ist, zu sperren,
eingeschaltet zu werden.
In der bevorzugten Ausführung der Erfindung
beinhaltet die Schaltung zum Erkennen von Fehlern der
Schaltelemente einen Komparator und eine
Verriegelungsschaltung. Der Komparator vergleicht die
Spannung, die an dem einen der Anschlüsse der Wicklungen
des Motors auftritt, mit der gegebenen Referenzspannung,
um ein Ausgangssignal mit einem eines hohen oder
niedrigen Pegel zu liefern, wenn die Spannung niedriger
als die gegebene Referenzspannung ist. Die
Verriegelungsschaltung beinhaltet einen Gateanschluß, in
den das PWM-Signal eingegeben wird, einen Datenanschluß,
in den ein Ausgangssignal des Komparators eingegeben
wird, und einen Ausgangsanschluß, der das Ausgangssignal
des Komparators ausgibt wie es ist, wenn sich das PWM-
Signal an dem aktiven Pegel befindet, und das
Ausgangssignal des Komparators verriegelt zu einer Zeit
ausgibt, zu der sich das PWM-Signal von dem aktiven Pegel
zu dem passiven Pegel geändert hat, was die
Schaltelemente ausschaltet, wenn sich das PWM-Signal an
dem passiven Pegel befindet. Die Schaltvorgang-
Sperrschaltung sperrt, daß das eine des ersten Satzes der
Schaltelemente eingeschaltet wird, wenn sich ein Signal,
das aus dem Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung
ausgegeben wird, an dem einen des hohen und niedrigen
Pegels des Ausgangssignals des Komparators befindet.
Es ist eine zweite Schaltelementfehlverhaltens-
Erfassungsschaltung vorgesehen, die zu jeder aktiven Zeit
bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse
der Wicklungen des Motors auftritt, niedriger als eine
vorgegebene Referenzspannung ist oder nicht, wobei sie
bestimmt, daß eines des zweiten Satzes der
Schaltelemente, das mit dem einen der Anschlüsse der
Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, um
ein zweites ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes
Signal auszugeben, wenn die Spannung niedriger als die
gegebene Referenzspannung ist. Es ist eine zweite
Schaltvorgang-Sperrschaltung vorgesehen, die auf das
zweite ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal
reagiert, um eines des ersten Satzes der Schaltelemente
zu sperren, das mit dem einen der Anschlüsse der
Wicklungen des Motors verbunden ist, eingeschaltet zu
werden.
Außerdem kann ein Fehlverhaltenanzeigesignal-
Generator vorgesehen sein, der ein
Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn eine oder beide
der Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung und
der zweiten Schaltelementfehlverhaltens-
Erfassungsschaltung bestimmen, daß ein Fehlverhalten in
dem Schaltelement aufgetreten ist, um alle der
Schaltelemente zu sperren, eingeschaltet zu werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein
Motorsteuergerät geschaffen, das aufweist: (a) eine
Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine
Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das
Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von
denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer höheren
Spannung einer Gleichstromenergieversorgung und an der
anderen Seite mit einem von Anschlüssen von Wicklungen
eines Mehrphasenmotors verbunden ist, und einen zweiten
Satz von Schaltelementen beinhaltet, von denen jedes an
einem Ende mit einer Seite einer niedrigeren Spannung der
Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit
einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors
verbunden ist, wobei die Kommutierungssteuerschaltung
Ansteuersignale erzeugt, um die Schaltelemente zum Drehen
des Motors der Reihe nach einzuschalten; (b) einen PWM-
Signal-Generator, der PWM-(pulsbreitenmodulierte)-Signale
erzeugt, welche mindestens einen der ersten und zweiten
Sätze der Schaltelemente zum Steuern der Drehzahl des
Motors zyklisch einschalten; (c) eine Fehlverhaltens-
Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, wenn sich
das PWM-Signal an einem aktiven Pegel befindet, um eines
der Schaltelemente einzuschalten, eine Spannung
überwacht, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des
Motors auftritt, wobei die Fehlverhaltens-
Erfassungsschaltung die überwachte Spannung überprüft,
wenn sich das PWM-Signal, das zu einem von einem des
ersten Satzes der Schaltelemente, das mit dem einen der
Anschlüsse verbunden ist, und einem des zweiten Satzes
der Schaltelemente, das mit dem einen der Anschlüsse
verbunden ist, geliefert wird, an dem aktiven Pegel
befindet, um ein Fehlverhalten in dem anderen
Schaltelement zu erfassen.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein
Gerät zum Erfassen eines Motorstroms geschaffen, der
durch in Dreieck geschaltete Ankerwicklungen eines
bürstenlosen Dreiphasen-Gleichstrommotors fließt, wenn
der Motor durch eine Motoransteuervorrichtung betrieben
wird. Das Gerät weist auf: (a) eine Nullspannungs-
Erfassungsschaltung, die drei Widerstände beinhaltet, die
an einem Ende mit den jeweiligen Ankerwicklungen des
Motors und an dem anderen Ende mit einem gemeinsamen
Knotenpunkt verbunden sind, wobei die Nullspannungs-
Erfassungsschaltung eine Spannung mißt, die an dem
gemeinsamen Knotenpunkt als eine Nullspannung V1 des
Motors entwickelt wird; (b) einen drehzahlproportionalen
Spannungsgenerator, der eine Spannung V2, die
proportional zu einer Drehzahl N des Motors ist, in
Übereinstimmung mit einer nachstehenden Gleichung (1)
erzeugt; und (c) eine Strombestimmungsschaltung, die eine
Spannung Vo in Übereinstimmung mit einer nachstehenden
Gleichung (2) bestimmt, die den Motorstrom anzeigt, der
durch den Motor fließt.
V2 = A . N (1)
wobei A eine Proportionalitätskonstante ist, die
durch eine Beziehung von A = k . ϕ/2 gegeben ist, wobei k
eine Konstante der elektromotorischen Kraft ist und ϕ der
magnetische Fluß über eine der Ankerwicklungen ist.
Vo = VB - V1 - V2 (2)
wobei VB eine Spannung ist, die an die
Motoransteuervorrichtung angelegt wird, um den Motor zu
betreiben.
In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine
Betriebsunterbrechungsschaltung vorgesehen, die den
Betrieb des Motors für eine im voraus eingestellte
Zeitdauer unterbricht, wenn die Spannung Vo einen
gegebenen Schwellwert überschreitet.
Die Betriebsunterbrechungsschaltung kann den Betrieb
des Motors vollständig stoppen, wenn die Anzahl der Male
der Vorgänge, bei denen der Betrieb des Motors
unterbrochen wird, eine im voraus eingestellte Anzahl
erreicht.
Die vorliegende Erfindung ist vollständiger aus der
nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung und aus
der beiliegenden Zeichnung der bevorzugten
Ausführungsformen der Erfindung zu verstehen, welche
jedoch nicht genommen werden sollten, um die Erfindung
auf die spezifischen Ausführungsbeispiele zu beschränken,
sondern lediglich zum Zwecke einer Erklärung und eines
Verständnisses sind.
In der Zeichnung ist:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das ein Motorsteuergerät
gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Zeitablaufsdiagramm, das einen Betrieb
eines durch das Motorsteuergerät in Fig. 1 zu steuernden
Motors zeigt;
Fig. 3 ein Blockschaltbild, das ein Motorsteuergerät
gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 4 ein Blockschaltbild, das eine Motorstrom-
Erfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
Fig. 5 ein Zeitablaufsdiagramm, das eine Beziehung
zwischen der Spannung Vo, die den Strom anzeigt, der
durch einen Motor fließt, und einem Betrieb des Motors
zeigt;
Fig. 6 ein Blockschaltbild, das ein Motorsteuergerät
im Stand der Technik zeigt; und
Fig. 7 ein Zeitablaufsdiagramm, das einen Betrieb
eines durch das Motorsteuergerät in Fig. 6 zu steuernden
Motors zeigt.
Es wird nun auf die Zeichnung, in der gleiche
Bezugszeichen gleiche Teile in mehreren Ansichten
bezeichnen, insbesondere auf Fig. 1 verwiesen in der ein
Motorsteuergerät gemäß der ersten Ausführungsform der
Erfindung gezeigt ist. Die gleichen Bezugszeichen und
-symbole wie in Fig. 6 beziehen sich auf die gleichen
Teile und daher wird eine detaillierte Erläuterung hier
weggelassen.
Das Motorsteuergerät beinhaltet einen Komparator 20
und zwei Verriegelungsschaltungen 21p und 21n. Der
Komparator 20 ist an einem invertierenden Eingang
(-Anschluß) mit dem Wicklungsanschluß Ju des Motors 1
(z. B. eines bürstenlosen Gleichstrommotors), an dem die
Spannung Vo auftritt und an einem nichtinvertierenden
Eingang (+Anschluß) mit einem Ausgangsanschluß des
Referenzspannungsgenerators 18 verbunden, an dem die
Referenzspannung Vref entwickelt wird. Der Komparator 20
weist ebenso einen Ausgang auf, der durch einen
Widerstand 19 auf die Quellenspannung VD hochgezogen
wird. Jede der Verriegelungsschaltungen 21p und 21n weist
den Gateanschluß, als G bezeichnet, in den ein PWM-
(pulsbreitenmoduliertes)-Signal von dem PWM-Signal-
Generator 9 eingegeben wird, und den Datenanschluß, als D
bezeichnet, auf, in den ein Ausgangssignal des
Komparators 20 eingegeben wird. Wenn das PWM-Signal aktiv
ist oder sich an einem hohen Pegel befindet, gibt jede
der Verriegelungsschaltungen 21p und 21n das
Ausgangssignal des Komparators 20 aus dem
Ausgangsanschluß, als Q bezeichnet, aus wie es ist.
Alternativ gibt, wenn das PWM-Signal passiv ist oder sich
an einem niedrigen Pegel befindet, jede der
Verriegelungsschaltungen 21p und 21n aus dem Q-
Ausgangsanschluß das Ausgangssignal des Komparators 20
aus, das zu dem Zeitpunkt verriegelt worden ist, zu dem
sich das PWM-Signal von einem hohen zu einem niedrigen
Pegel geändert hat. Jede der Verriegelungsschaltungen 21b
und 21n ist dazu ausgelegt, ein Signal von einem
invertierenden Ausgangsanschluß, als QB bezeichnet,
auszugeben, das einen zu einem aus dem Q-Ausgangsanschluß
umgekehrten Pegel aufweist.
Der Referenzspannungsgenerator erzeugt, wie es durch
eine gestrichelte Linie in Fig. 2 gezeigt ist, zusammen
mit der U-Phasenwicklungsspannung Vu die Referenzspannung
Vref, welche während einer Zeit, von da an, wenn sich das
Ansteuersignal Up, das von der
Kommutierungssteuerschaltung 7 an das positive U-
Phasenschaltelement 3p angelegt wird, zu einem hohen
Pegel ändert, bis dahin, wenn sich das Ansteuersignal Un,
das an das negative U-Phasenschaltelement 3n angelegt
wird, zu dem hohen Pegel ändert geringfügig höher als die
Hälfte einer Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform
drei Viertel (3/4) der Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung) ist, und welche währen
einer Zeit, von da an, wenn sich das Ansteuersignal Un zu
dem hohen Pegel ändert, bis zu dahin, wenn sich das
Ansteuersignal Up zu dem hohen Pegel ändert, geringfügig
niedriger als die Hälfte der Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform
ein Viertel (1/4) der Ausgabespannung der
Gleichstromenergierversorgung 2) ist.
Das Motorsteuergerät beinhaltet außerdem UND-Gatter
22p und 22n. Das UND-Gatter 22p gibt ein logisches
Produkt des Ansteuersignals Up, das von der
Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und eines
Signals, das aus dem QB-Ausgangsanschluß der
Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, zu einem Gate
des positiven U-Phasenschaltelements 3p aus. Auf ähnliche
Weise gibt das UND-Gatter 22n ein logisches Produkt eines
Ausgangssignals des UND-Gatters 13 (d. h. ein logisches
Produkt des Ansteuersignals Un, das aus der
Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und des
PWM-Signals, das aus dem PWM-Signal-Generator 9
ausgegeben wird) und eines Signals, das aus dem Q-
Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung 21n
ausgegeben wird, zu einem Gate des negativen U-
Phasenschaltelements 3n aus.
Fig. 1 zeigt zur Vereinfachung der Darstellung
lediglich die Schaltungsstruktur für den U-
Phasenwicklungsanschluß Ju des Motors 1, jedoch ist die
gleiche Schaltungsstruktur (d. h. der
Referenzspannungsgenerator 18, der Widerstand 19, der
Komparator 20, die Verriegelungsschaltungen 21p und 21n
und die UND-Gatter 22p und 22n) in der Praxis für jeden
des V-Phasenwicklungsanschlusses Jv und des W-
Phasenwicklungsanschlusses Jw vorgesehen.
Genauer gesagt wird in der Schaltung, die für den V-
Phasenwicklungsanschluß Jv vorgesehen ist, die aus dem
Referenzspannungsgenerator 18, dem Widerstand 19, dem
Komparator 20, den Verriegelungsschaltungen 21p und 21n
und den UND-Gattern 22p und 22n besteht, die Spannung Vv,
die an dem V-Phasenwicklungsanschluß Jv auftritt, in den
invertierenden Eingang des Komparators 20 eingegeben. Der
Referenzspannungsgenerator 18 arbeitet, um die
Referenzspannung Vref auszugeben, die während einer Zeit,
von da an, wenn sich das Ansteuersignal Vp, das von der
Kommutierungssteuerschaltung 7 zu dem positiven V-
Phasenschaltelement 4p geliefert wird, zu dem hohen Pegel
ändert, bis dahin, wenn sich das Ansteuersignal Vn, das
zu dem negativen V-Phasenschaltelement 4n geliefert wird,
zu dem hohen Pegel ändert, geringfügig höher als die
Hälfte der Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform
drei Viertel (3/4) der Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung 2) ist, und die während
einer Zeit, von da an, wenn sich das Ansteuersignal Vn zu
dem hohen Pegel ändert, bis dahin, wenn sich das
Ansteuersignal Vp zu dem hohen Pegel ändert, geringfügig
niedriger ist als die Hälfte der Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform
ein Viertel (1/4) der Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung 2) ist. Das UND-Gatter 22p
gibt ein logisches Produkt des Ansteuersignals Vp, das
aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird,
und eines Signals, das aus dem QB-Ausgangsanschluß der
Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, zu einem Gate
des positiven V-Phasenschaltelements 4p aus. Das UND-
Gatter 22n gibt ein logisches Produkt eines
Ausgangssignals des UND-Gatters 14 (d. h. ein logisches
Produkt des Ansteuersignals Vn, das aus der
Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und des
PWM-Signals, das aus dem PWM-Signal-Generator 9
ausgegeben wird) und eines Signals, das aus dem Q-
Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung 21n
ausgegeben wird, zu einem Gate des negativen V-
Phasenschaltelements 4n aus.
Auf ähnliche Weise wird in der Schaltung, die für den
W-Phasenwicklungsanschluß Jw vorgesehen ist, die aus dem
Referenzspannungsgenerator 18, dem Widerstand 19, dem
Komparator 20, den Verriegelungsschaltungen 21p und 21n
und den UND-Gattern 22p und 22n besteht, die Spannung Vw,
die an dem W-Phasenwicklungsanschluß Jw auftritt, in den
invertierenden Eingang des Komparators 20 eingegeben. Der
Referenzspannungsgenerator 18 arbeitet, um die
Referenzspannung Vref auszugeben, die während einer Zeit,
von da an, wenn sich das Ansteuersignal Wp, das von der
Kommutierungssteuerschaltung 7 zu dem positiven W-
Phasenschaltelement 5p geliefert wird, zu dem hohen Pegel
ändert, bis dahin, wenn sich das Ansteuersignal Wn, das
zu dem negativen W-Phasenschaltelement 5n geliefert wird,
zu dem hohen Pegel ändert, geringfügig höher als die
Hälfte der Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform
drei Viertel (3/4) der Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung 2) ist, und die während
einer Zeit, von da an, wenn sich das Ansteuersignal Wn zu
dem hohen Pegel ändert, bis dahin, wenn sich das
Ansteuersignal Wp zu dem hohen Pegel ändert, geringfügig
niedriger ist als die Hälfte der Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform
ein Viertel (1/4) der Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung 2) ist. Das UND-Gatter 22p
gibt ein logisches Produkt des Ansteuersignals Wp, das
aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird,
und eines Signals, das aus dem QB-Ausgangsanschluß der
Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, zu einem Gate
des positiven W-Phasenschaltelements 5p aus. Das UND-
Gatter 22n gibt ein logisches Produkt eines
Ausgangssignals des UND-Gatters 15 (d. h. ein logisches
Produkt des Ansteuersignals Wn, das aus der
Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und des
PWM-Signals, das aus dem PWM-Signal-Generator 9
ausgegeben wird) und eines Signals, das aus dem Q-
Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung 21n
ausgegeben wird, zu einem Gate des negativen W-
Phasenschaltelements 5n aus.
Die Funktionsweise des Motorsteuergeräts wird
nachstehend unter Bezugnahme auf die Schaltung, die für
den U-Phasenwicklungsanschluß Ju vorgesehen ist, als ein
Beispiel erörtert.
Der Komparator 20 vergleicht die Spannung Vu, die an
dem U-Phasenwicklungsanschluß Ju entwickelt wird, im
Pegel mit der Referenzspannung Vref, die von dem
Referenzspannungsgenerator 18 eingegeben wird, und gibt
ein Signal eines hohen Pegels aus, wenn die Spannung Vu
niedriger als die Referenzspannung Vref ist.
Die Verriegelungsschaltung 21p gibt aus dem Q-
Ausgangsanschluß das Ausgangssignal des Komparators 20
aus wie es ist, wenn das PWM-Signal hoch ist, während sie
das Ausgangssignal des Komparators 20 ausgibt, das zu dem
Zeitpunkt verriegelt wird, zu dem sich das PWM-Signal von
dem hohen zu dem niedrigen Pegel ändert, wenn sich das
PWM-Signal an dem niedrigen Pegel befindet. Die
Verriegelungsschaltung 21p gibt aus dem QB-
Ausgangsanschluß immer ein Signal zu dem UND-Gatter 22p
aus, das im Pegel umgekehrt zu dem aus dem
Ausgangsanschluß Q ist.
Wenn die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines
niedrigen Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluß ausgibt, das
heißt wenn das Signal eines hohen Pegels aus dem QB-
Ausgangsanschluß ausgegeben wird, legt das UND-Gatter 22p
das Ansteuersignal Up, das von der
Kommutierungssteuerschaltung 7 erzeugt wird, an das Gate
des positiven U-Phasen-Schaltelements 3p an. Alternativ
wird, wenn die Verriegelungsschaltung 21p das Signal
eines hohen Pegels aus dem Q-Ausgabeanschluß ausgibt, das
heißt wenn das Signal eines niedrigen Pegels aus dem Qb-
Ausgangsanschluß ausgegeben wird, das Ausgangssignal des
UND-Gatters 22p auf niedrig gehalten, so daß das Gate des
positiven U-Phasenschaltelements 3p unberücksichtigt des
Ansteuersignals Up aus der Kommutierungssteuerschaltung 7
niedrig gehalten wird, um dadurch zu sperren, daß das
positive Schaltelement 3p eingeschaltet wird.
Insbesondere bestimmt das Motorsteuergerät bei jedem
Zyklus des PWM-Signals über den Komparator 20 und die
Verriegelungsschaltung 21p, ob die Spannung Vu, die an
dem U-Phasenwicklungsanschluß Ju auftritt, niedriger als
die Referenzspannung Vref ist oder nicht, wenn sich das
PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet. Wenn es bestimmt
wird, daß die Spannung Vu niedriger als die
Referenzspannung Vref ist, das heiß wenn das Signal eines
niedrigen Pegels aus dem QB-Ausgangsanschluß der
Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, arbeitet das
UND-Gatter 22p, um das Einschalten des positiven U-
Phasenschaltelements 3p zu sperren.
Der Komparator 20 gibt das Signal eines niedrigen
Pegels aus, wenn die Spannung Vu an dem U-
Phasenwicklungsanschluß Ju höher als die Referenzspannung
Vref ist. Die Verriegelungsschaltung 21n gibt wie die
Verriegelungsschaltung 21p das Ausgangssignal des
Komparators 20 aus dem Q-Ausgangsanschluß aus wie es ist,
wenn sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet, und
gibt, wenn sich das PWM-Signal an dem niedrigen Pegel
befindet, das Ausgangssignal des Komparators 20 aus, das
zu dem Zeitpunkt verriegelt wird, wenn sich das PWM-
Signal von dem hohen zu dem niedrigen Pegel ändert.
Wenn das Signal eines hohen Pegelsaus dem Q-
Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung 21n
ausgegeben wird, liefert das UND-Gatter 22n ein logisches
Produkt des Ansteuersignals Un und des PWM-Signals (d. h.
das Ausgangssignal des UND-Gatters 13) zu dem Gate des
negativen U-Phasenschaltelements 3n. Alternativ wird,
wenn das Signal eines niedrigen Pegels aus dem Q-
Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung 21n
ausgegeben wird, das Ausgangssignal des UND-Gatters 22n
niedrig gehalten, so daß das Gate des negativen U-
Phasenschaltelements 3n unberücksichtigt des
Ansteuersignals Un aus der Kommutierungssteuerschaltung
niedrig gehalten wird, um dadurch ein Einschalten des
negativen Schaltelements 3n zu sperren.
Insbesondere bestimmt das Motorsteuergerät bei jedem
Zyklus des PWM-Signals über den Komparator 20 und die
Verriegelungsschaltung 21n, ob die Spannung Vu, die an
dem U-Phasenwicklungsanschluß Ju auftritt, höher als die
Referenzspannung Vref ist oder nicht, wenn sich das PWM-
Signal an dem hohen Pegel befindet. Wenn es bestimmt
wird, daß die Spannung Vu höher als die Referenzspannung
Vref ist, das heißt wenn das Signal eines niedrigen
Pegels aus dem QB-Ausgangsanschluß der
Verriegelungsschaltung 21n ausgegeben wird, arbeitet das
UND-Gatter 22n, um ein Einschalten das negativen U-
Phasenschaltelements 3n zu sperren.
Wenn alle der Schaltelemente 3p bis 5n des
Schaltnetzes 6, wie es in Fig. 2 vor einer Zeit t1
gezeigt ist, normal arbeiten, wird das positive W-
Phasenschaltelement 5p als Reaktion auf das
Ansteuersignal Wp eingeschaltet und wird das negative V-
Phasenschaltelement 4n als Reaktion auf ein logisches
Produkt des Ansteuersignals Vn und des PWM-Signals in
einer Auszeit K1, während welcher sich zum Beispiel die
Anteuersignale Up und Un beide an dem niedrigen Pegel
befinden, und kurz, bevor das positive Schaltelement 3p
eingeschaltet wird, eingeschaltet. In einer Auszeit K2,
während welcher sich zum Beispiel die Ansteuersignale Up
und Un beide an dem niedrigen Pegel befinden und kurz
bevor das negative Schaltelement 3n eingeschaltet wird,
wird das positive V-Phasenshaltelement 4p als Reaktion
auf das Ansteuersignal Vp eingeschaltet, und das negative
W-Phasenschaltelement 5n wird als Reaktion auf ein
logisches Produkt des Ansteuersignals Wn und des PWM-
Signals eingeschaltet.
Somit ist, wenn das PWM-Signal in der Auszeit K1 hoch
ist, ist die Spannung Vu, di an dem U-
Phasenwicklungsanschluß Ju entwickelt wird, ungefähr die
Hälfte der Ausgangsspannung der
Gleichstromenergieversorgung 2 (die höher als die
Referenzspannung Vref ist), so daß der Komparator 20 das
Signal eines niedrigen Pegels ausgibt und die
Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines hohen Pegels
aus dem QB-Ausgangsanschluß ausgibt. Dies verursacht, daß
das positive U-Phasenschaltelement 3p durch das UND-
Gatter 22p auf eine Änderung des Ansteuersignals Up auf
einen hohen Pegel eingeschaltet wird. In der Auszeit K1
und einer Einschaltzeit, während der das positive
Schaltelement 3p eingeschaltet ist (d. h. wenn das
Ansteuersignal Up an dem hohen Pegel befindet) gibt die
Verriegelungsschaltung 21n das Signal eines niedrigen
Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluß Q aus, aber diese
Zeitdauern sind keine Zeitdauer, in der das negative U-
Phasenschaltelement 3n einzuschalten ist, wodurch der
Betrieb des Schaltnetzes 6 nicht beeinflußt wird.
Wenn das PWM-Signal in der Auszeit K2 hoch ist, ist
die Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluß Ju
entwickelt wird, ungefähr die Hälfte der Ausgangsspannung
der Gleichstromenergieversorgung 2 (die niedriger als die
Referenzspannung Vref ist), so daß der Komparator 20 das
Signal eines hohen Pegels ausgibt und die
Verriegelungsschaltung 21n das Signal eines hohen Pegels
aus dem Q-Ausgangsanschluß ausgibt. Die verursacht, daß
das negative U-Phasenschaltelement 3n durch das UND-
Gatter 22n auf eine Änderung des Ansteuersignals Un auf
den hohen Pegel eingeschaltet wird. In der Auszeit K2 und
einer Einzeit, während der das negative Schaltelement 3n
eingeschaltet ist (d. h. wenn sich das Ansteuersignal Un
an dem hohen Pegel befindet), gibt die
Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines niedrigen
Pegels aus dem QB-Ausgabeanschluß QB aus, aber diese
Zeitdauern sind keine Zeitdauer, zu der das positive U-
Phasenschaltelement 3p eingeschaltet wird, wodurch der
Betrieb des Schaltnetzes 6 nicht beeinflußt wird.
Wenn das negative U-Phasendchaltelement 3n zu der
Zeit t1 in Fig. 2 kurzgeschlossen wird, wird dies
verursachen, daß die Spannung Vu an dem U-
Phasenwicklungsanschluß Ju unter einen normalen Pegel
verringert wird. In einer Auszeit K3, kurz bevor das
positive Schaltelement 3p eingeschaltet wird, fällt die
Spannung Vu zu jeder Zeit, zu der das PWM-Signal hoch
wird, unter die Referenzspannung Vref, so daß der
Komparator 20 das Signal eines hohen Pegels ausgibt
ausgibt und die Verriegelungsschaltung 21p das Signal
eines niedrigen Pegels aus dem QB-Ausgangsanschluß
ausgibt. Es ist anzumerken, daß der rechte Abschnitt von
Fig. 2 nach der Zeit t1 den Fall darstellt, in dem das
negative Schaltelement 3n nicht vollständig
kurzgeschlossen sondern, sondern in einem sogenannten
Beinahekurzschluß unterzogen wird, in dem das negative
Schaltelement 3n normal arbeitet, aber die Spannung Vu
verringert ist.
Wenn das Signal eines niedrigen Pegels von der
Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, wird das Gate
des positiven U-Phasenschaltelements 3p, wie es in Fig. 2
gezeigt ist, durch das UND-Gatter 22p auch dann niedrig
gehalten, wenn sich das Ansteuersignal Up, das aus der
Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, zu dem
hohen Pegel ändert, wodurch ein Einschalten des positiven
Schaltelements 3p gesperrt wird. Dies verursacht, daß die
Drehzahl des Motors 1 allmählich zu Null verringert wird,
so daß die Kommutierungssteuerschaltung 7 ein Erzeugen
der Ansteuersignale Up bis Wn stoppt.
Fig. 2 zeigt den Fall, in dem das negative
Schaltelement 3n in einer Einzeit von ihm kurzgeschlossen
ist, aber ein Einschaltendes positiven Schaltelements 3p
ebenso gesperrt ist, wenn das negative Schaltelement 3n
kurzgeschlossen wird, unmittelbar bevor sich das
Ansteuersignal von dem niedrigen zu dem hohen Pegel
ändert.
Insbesondere wenn das negative Schaltelement 3n vor
der Einzeit des positiven Schaltelements 3p
kurzgeschlossen wird, erfaßt das Motorsteuergerät eine
derartige Fehlfunktion zuverlässig und hält das positive
Schaltelement 3p auch dann ausgeschaltet, wenn die
Einzeit erreicht ist. Das Motorsteuergerät dieser
Ausführungsform verhindert somit, daß der Strom durch das
kurzgeschlossene negative Schaltelement 3n und das dem
negativen Schaltelement 3n zugehörige positive
Schaltelement 3p fließt, wenn sie eingeschaltet sind,
wodurch eine Fehlfunktion des Schaltelements 3p aufgrund
des Kurzschlusses des negativen Schaltelementes 3n
vermieden wird. Das gleiche gilt für die V-
Phasenschaltelemente 4p und 4n und die W-
Phasenschaltelemente 5p und 5n.
Wenn, obgleich es in Fig. 2 nicht dargestellt ist,
das positive U-Phasenschaltelement 3p kurzgeschlossen
wird, wird dies verursachen, daß die Spannung Vu an dem
U-Phasenwicklungsanschluß Ju über den normalen Pegel
erhöht wird. In einer Auszeit kurz bevor das negative
Schaltelement 3n eingeschaltet wird, steigt die Spannung
Vu zu jeder Zeit, zu der das PWM-Signal hoch wird, über
die Referenzspannung Vref, so daß der Komparator 2Q das
Signal eines niedrigen Pegels ausgibt und die
Verriegelungsschaltung 21n das Signal eines niedrigen
Pegels aus dem Q-Ausgabeanschluß ausgibt.
Wenn das Signal eines niederen Pegels aus der
Verriegelungsschaltung 21n ausgegeben wird, wird dies
verursachen, daß das Gate des negativen U-
Phasenschaltelements 3n durch das UND-Gatter 22n auch
niedrig gehalten wird, wenn sich das Ansteuersignal Un,
das aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben
wird, zu dem hohen Pegel ändert, wodurch ein Einschalten
des negativen Schaltelement 3n gesperrt wird. Das Sperren
eines Einschaltens des negativen Schaltelements 3n wird
ebenso erzielt, wenn es unmittelbar bevor sich das
Ansteuersignal Un von dem niedrigen zu dem hohen Pegel
ändert, kurzgeschlossen wird.
Das Motorsteuergerät dieser Ausführungsform verhindet
somit, daß der Strom durch das kurzgeschlossene positive
Schaltelement 3p und das dem positiven Schaltelement 3p
zugehörige negative Schaltelement 3n fließt, wenn diese
eingeschalten werden, wodurch eine Fehlfunktion des
Schaltelements 3n aufgrund des Kurzschlusses des
Schaltelements 3p verhindert wird. Das gleiche gilt für
die V-Phasenschaltelemente 4p und 4n und die W-
Phasenschaltelemente 5p und 5n.
Während diese Ausführungsform nur einen einzigen
Komparator 20 für die Verriegelungsschaltungen 21p und
21n verwendet und die Referenzspannungen Vref, die in den
Komparator 20 einzugeben sind, unter Verwendung des
Referenzspannungsgenerators 18 ändert, können zwei
Komparatoren, einer für jede der Verriegelungsschaltungen
21p und 21n, vorgesehen sein, und können
Referenzspannungen in die Komparatoren eingegeben werden.
Das UND-Gatter 22n kann ein UND-Gatter mit drei
Eingängen sein, in das das PWM-Signal aus dem PWM-
Signalgenerator 9 und die Ansteuersignale aus der
Kommutierungssteuerschaltung 7 eingegeben werden, wodurch
die Notwendigkeit nach den UND-Gattern 13 bis 15
beseitigt ist.
Die zwei Verriegelungsschaltungen 21p und 21n sind
für jeden der Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und Jw
vorgesehen, aber eine der Verriegelungsschaltungen 21p
und 21n, zum Beispiel die Verriegelungsschaltung 21p kann
am Q-Ausgangsanschluß Q mit dem UND-Gatter 22n verbunden
werden, was die Verwendung der Verriegelungsschaltung 21n
beseitigt.
Fig. 3 zeigt ein Motorsteuergerät nach einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen
und -symbole, wie sie in der ersten Ausführungsform
verwendet werden, bezeichnen die gleichen Teile und und
eine Erläuterung von ihnen im Detail wird hier
weggelassen.
Das Motorsteuergerät dieser Ausführungsform ist zu
dem in Fig. 1 gezeigten in den zwei folgenden Punkten
unterschiedlich:
- 1. Die Verriegelungsschaltung 21n ist weggelassen. Die Verriegelungsschaltung 21p ist an dem Q- Ausgangsanschluß mit dem UND-Gatter 22n verbunden. Der invertierende QB-Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung 21p ist ähnlich der ersten Ausführungsform mit dem UND-Gatter 22p verbunden.
- 2. Das Motorsteuergerät beinhaltet ebenso UND-Gatter 23p und 23n, ein ODER-Gatter 24 und eine Fehlverhaltenerfassungssignal-Ausgabeschaltung 25. Das UND-Gatter 23p gibt ein logisches Produkt des Ansteuersignals Up, das aus der Kommutierungssignalsteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und eines Signals aus, das aus dem Q-Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird. Das UND-Gatter 23n gibt ein logisches Produkt des Ansteuersignals Up und eines Signals aus, das aus dem invertierenden QB- Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird. Das ODER-Gatter 24 gibt eine logische Summe des Ausgangssignals des UND-Gatters 23p und des Ausgangssignals des UND-Gatters 23n aus. Die Fehleranzeigeasignal-Ausgabeschaltung 25 verriegelt das Signal eines hohen Pegels, das aus dem ODER-Gatter 24 ausgegeben wird, und gibt es als ein Fehleranzeigesignal zu der Kommutierungssteuerschaltung 7 aus.
Die Kommutierungssteuerschaltung 7 reagiert auf
Fehleranzeigesignal, das aus der Fehleranzeigesignal-
Ausgabeschaltung 25 ausgegeben wird, um alle der
Ansteuersignale Up bis Wn auf den niedrigen Pegel zu
bringen.
Fig. 3 zeigt lediglich die Schaltungsstruktur, die
dem U-Phasenwicklungsanschluß Ju des Motors 1 zugehörig
ist, und die Ansteuersignale Up und Un zur Vereinfachung
der Darstellung, jedoch ist in der Praxis die gleiche
Schaltungsstruktur (einschließlich der UND-Gatter 23p und
23n und des ODER-Gatters 24) ähnlich der ersten
Ausführungsform für jeden des V-
Phasenwicklungsanschlusses (die Ansteuersignale Vp und
Vn) und des W-Phasenwicklungsanschlusses (die
Ansteuersignale Wp und Wn) vorgesehen. Insbesondere gibt
die Fehlverhaltenanzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 nach
einem Ausgeben des Signals eines hohen Pegels aus
irgendeinem der drei ODER-Gatter 24 das
Fehleranzeigesignal zu der Kommutierungssteuerschaltung 7
aus. Die Kommutierungssteuerschaltung 7 hält alle der
Ansteuersignale Up bis Wn an dem niedrigen Pegel, um ein
Einschalten aller der Schaltelemente 3p bis 5n zu
sperren.
Die Funktionsweisen des Komparators 20 und der
Verriegelungsschaltung 21p sind im wesentlichen die
gleichen wie diejenigen in den ersten Ausführungsformen.
Insbesondere arbeiten sie, wenn als ein Beispiel der
Komparator 20 und die Verriegelungsschaltung 21p genommen
werden, die für den U-Phasenwicklungsanschluß vorgesehen
ist, um zu bestimmen, ob die Spannung Vu, die an dem U-
Phasenwicklungsanschluß auftritt Ju, niedriger als die
Referenzspannung Vref ist oder nicht, zu jeder Zeit, zu
der sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet. Wenn
es bestimmt wird, daß die Spannung Vu niedriger als die
Referenzspannung Vref ist, gibt die
Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines hohen Pegels
aus dem Q-Ausgangsanschluß aus. Der Komparator 20 und die
Verriegelungsschaltung 21p bestimmen ebenso, ob die
Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluß Ju
auftritt, höher als die Referenzspannung Vref ist oder
nicht, zu jeder Zeit, zu der sich das PWM-Signal an dem
hohen Pegel befindet. Wenn es bestimmt wird, daß die
Spannung Vu höher als die Referenzspannung Vref ist, gibt
die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines hohen
Pegels aus dem invertierenden QB-Ausgangsanschluß aus.
Wenn die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines
hohen Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluß Q zu einer Zeit
ausgibt, wenn sich das Ansteuersignal Up aus der
Kommutierungssteuerschaltung 7 von dem niedrigen zu dem
hohen Pegel ändert, das heißt wenn es bestimmt wird, daß
die Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluß Ju
auftritt, niedriger als die Referenzspannung Vref ist,
gibt das UND-Gatter 23p das Signal eines hohen Pegels
durch das ODER-Gatter 24 zu der
Fehlverhaltenanzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 aus. Dies
verursacht, wie es zuvor beschrieben worden ist, daß alle
der Ansteuersignale Up bis Wn an dem niedrigen Pegel
gehalten werden, um ein Einschalten aller der
Schaltelemente 3p bis 5n zu sperren.
Deshalb gibt die Verriegelungsschaltung 21p, wenn das
negative U-Phasenschaltelement 3n in einer Zeitdauer von
dem Beginn der Auszeit K2, wie es in Fig. 2 gezeigt ist,
bis zu dem Ende der Auszeit K3 kurzgeschlossen wird, das
heißt von da an, wenn das U-Phasenschaltelement 3p
eingeschaltet wird, bis dahin, wenn es in dem nächsten
Zyklus erneut eingeschaltet wird, das Signal eines hohen
Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluß zu dem Zeitpunkt aus,
zu dem sich das Ansteuersignal Up, das für das
Schaltelement 3p vorgesehen ist, nach der Auszeit K3 zu
dem hohen Pegel ändert. Das UND-Gatter 23p gibt dann das
Signal eines hohen Pegels aus, das den Kurzschluß des
Schaltelements 3n anzeigt, um dadurch, wie es zuvor
beschrieben worden ist, ein Einschalten aller der
Schaltelemente 3p bis 5n zu sperren.
Auf ähnliche Weise gibt das UND-Gatter 23n, wenn die
Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines hohen Pegels
aus dem QB-Ausgangsanschluß zu einer Zeit ausgibt, zu der
sich das Ansteuersignal Un aus der
Kommutierungssteuerschaltung 7 von dem niedrigen zu dem
hohen Pegel ändert, das heißt wenn es bestimmt wird, daß
die Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluß Ju
auftritt, höher als die Referenzspannung Vref ist, das
Signal eines hohen Pegels durch das ODER-Gatter 24 zu der
Fehleranzeigesignal-Ausgebeschaltung aus, um alle der
Ansteuersignale Up bis Wn an dem niedrigen Pegel zu
halten, um dadurch ein Einschalten aller der
Schaltelemente 3p bis 5n zu sperren.
Deshalb gibt die Verriegelungsschaltung 21p, wenn das
positive U-Phasenschaltelement 3p in einer Zeitdauer von
dem Beginn der Auszeit K1, wie es in Fig. 2 gezeigt ist,
bis zu dem Ende der Auszeit K2 kurzgeschlossen wird, das
heißt von da an, wenn das U-Phasenschaltelement 3n
eingeschaltet wird, bis dahin, wenn es in dem nächsten
Zyklus erneut eingeschaltet wird, das Signal eines hohen
Pegels aus dem invertierenden QB-Ausgangsanschluß zu dem
Zeitpunkt aus, zu dem sich das Ansteuersignal Un, das für
das Schaltelement 3n vorgesehen ist, nach der Auszeit K2
zu dem hohen Pegel ändert. Das UND-Gatter 23n gibt dann
das Signal eines hohen Pegels aus, das den Kurzschluß des
Schaltelements 3p anzeigt, um dadurch, wie es zuvor
beschrieben worden ist, ein Einschalten aller der
Schaltelemente 3p bis 5n zu sperren.
Insbesondere ist das Motorsteuergerät der zweiten
Ausführungsform dazu ausgelegt, unter Verwendung des
Komparators 20, der Verriegelungsschaltung 21p und des
UND-Gatters 23p die Spannung, die an irgendeinem der
Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und Jw des Motors 1 auftritt,
zu jeder Zeit zu überwachen, zu der sich das PWM-Signal
an dem hohen Pegel befindet, und die überwachte Spannung,
wenn sich eines der positiven Schaltelemente 3p, 4p und
5p, die für den einen der Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und
Jw vorgesehen sind, zu dem aktiven Pegel (d. h. den hohen
Pegel) ändert, das heißt den logischen Pegel eines
Signals zu überprüfen, das aus dem Q-Ausgangsanschluß der
Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, um zu
bestimmen, ob ein Fehlverhalten in einem der positiven
Schaltelemente 3p, 4p und 5p aufgetreten ist oder nicht.
Das Motorsteuergerät der zweiten Ausführungsform
überwacht ebenso die Spannung, die an irgendeinem der
Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und Jw des Motors 1 auftritt,
zu jeder Zeit, zu der sich das PWM-Signal an dem hohen
Pegel befindet, unter Verwendung des Komparators 20, der
Verriegelungsschaltung 21p, und des UND-Gatters 23n und
überprüft die überwachte Spannung, wenn sich eines der
negativen Schaltelemente 3n, 4n und 5n, die für den einen
der Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und Jw vorgesehen sind, zu
dem aktiven Pegel (d. h. den hohen Pegel) ändert, das
heißt den logischen Pegel eines Signals, das aus dem
invertierenden Q-Ausgangsanschluß der
Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, um zu
bestimmen, ob ein Fehlverhalten in einem der negativen
Schaltelemente 3n, 4n oder 5n aufgetreten ist oder nicht.
Wenn ein Fehlverhalten von irgendeinem der
Schaltelemente 3p bis 5n erfaßt wird, wird ein
Einschalten alle der Schaltelemente 3p bis 5n gesperrt,
um dadurch eine Vergrößerung der Beschädigung zu
vermeiden.
Es ist ebenso möglich, daß das Motorsteuergerät eine
Leerlaufschaltung der Schaltelemente erfaßt. Wenn sich
das positive U-Phasenschaltelement 3p im Leerlauf
befindet, wird dies verursachen, daß sich die Spannung Vu
an dem U-Phasenwicklungsanschluß Ju auch dann nicht über
die Referenzspannung Vref erhöht, wenn sich das PWM-
Signal an dem hohen Pegel befindet, wenn sich das
Ansteuersignal Up an dem hohen Pegel befindet. Die
Verriegelungsschaltung 21p gibt daher das Signal eines
hohen Pegels aus dem Ausgangsanschluß Q aus, so daß das
UND-Gatter 23p das Signal eines hohen Pegels ausgibt, um
dadurch ein Einschalten aller der Schaltelemente 3p bis
5n zu sperren.
Umgekehrt wird dies, wenn sich das negative U-
Phasenschaltelement 3n im Leerlauf befindet, verursachen,
daß sich die Spannung Vu an dem U-Phasenwicklungsanschluß
Ju auch dann nicht unter die Referenzspannung Vref
verringert, wenn sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel
befindet, wenn sich das Steuersignal Un an dem hohen
Pegel befindet. Daher gibt die Verriegelungsschaltung 21p
das Signal eines hohen Pegels aus dem invertierenden QB-
Ausgangsanschluß aus, so daß das UND-Gatter 23n das
Signal eines hohen Pegels ausgibt, um dadurch ein
Einschalten aller der Schaltelemente 3p bis 5n zu
sperren.
Anstelle der Funktion, alle Ansteuersignale Up bis Wn
durch die Kommutierungssteuerschaltung zu dem niedriegen
Pegel zu ändern, um ein Einschalten aller der
Schaltelemente 3p bis 5n nach einem Ausgeben des
Fehleranzeigesignals aus der Fehleranzeigesignal-
Ausgabeschaltung 25 zu sperren, kann eine Logikschaltung
verwendet werden, die die Gates der Schaltelemente 3p bis
5n nach einem Ausgeben des Fehleranzeigesignals aus der
Fehleranzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 unberücksichtigt
der Ansteuersignale Up bis Wp, die aus der
Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben werden an dem
niedrigen Pegel hält. Eine derartige Logigschaltung kann
durch ein UND-Gatter durch derartiges Entwerfen der
Fehleranzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 verwirklicht
werden, daß sie das Signal eines niedrigen Pegels als das
Fehleranzeigesignal ausgibt.
Eine Warnlampe kann verwendet werden, die als Raktion
auf das Fehleranzeigesignal das aus der
Fehleranzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 ausgegeben wird,
eingeschaltet wird und/oder ein Warnsignal oder einen
Warnton ausgibt.
Das Ansteuersignal Up kann aus der
Kommutierungssteuerschaltung 7 direkt in das Gate des
positiven Schaltelements 3p eingegeben werden, und das
Ausgangssignal des UND-Gatters 13 kann direkt in das Gate
des negativen Schaltelements 3n eingegeben werden. Dies
beseitigt die Notwendigkeit nach den UND-Gattern 22p und
22n nicht mehr benötigt.
Fig. 4 zeigt ein Motorsteuergerät gemäß der dritten
Ausführungsform der Erfindung, das beim Steuern der
Drehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommotors für einen
Ventilator einer Automobilklimaanlage verwendet werden
kann, der beim Regeln der Luftmenge, die in die
Fahrgastzelle geblasen wird, verwendet wird, und das dazu
ausgelegt ist, daß der Strom durch den Motor zum
Überwachen eines Fehlverhaltens in dem Motor, wie zum
Beispiel eines Kurzschlusses oder eines Leerlaufs, zu
messen. Die gleichen Bezugszeichen und -symbole, wie sie
in den ersten und zweiten Ausführungsformen verwendet
werden, beziehen sich auf die gleichen Teile und eine
Erläuterung von diesen im Detail wird hier weggelassen.
Das Motorsteuergerät beinhaltet im allgemeinen einen
Drehzahlsensor 18, einen F/V-Wandler 30 und eine
Steuerschaltung 12, die eine Rotation des Motors 1
steuert, der ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, der
aus einem Rotor mit Permanentmagneten und einem Rotor
besteht, um den in Dreieck geschaltete Ankerwicklungen
L1, L2 und L3 gewickelt sind, die nachstehend auch als U-,
V- bzw. W-Phasenspulen bezeichnet werden.
Der Drehzahlsensor 18 erzeugt ein Winkelsignal Vθ
synchronisiert zu der Rotation des Motors 1 durch einen
gegebenen Winkel. Der F/V-Wandler 30 wandelt die Frequenz
des Winkelsignals Vθ in ein Spannungssignal und gibt es
als ein Drehzahlsignal Vn aus, das die Drehzahl des
Motors 1 anzeigt. Das Winkelsignal Vθ und das
Drehzahlsignal Vn werden zusammen mit einem Soll-
Drehzahl-Signal, das von einer externen Vorrichtung
(nicht gezeigt) ausgegeben wird, in die Steuerschaltung
12 eingegeben.
Die Steuerschaltung 12 reagiert auf das Winkelsignal
Vθ, das eine Winkelposition des Motors 1 anzeigt, um
einen Stromfluß zwischen den U-, V- und W-
Phasenwicklungen L1, L2 und L3 zu schalten, und steuert
die Höhe eines Stroms, der den U-, V- und W-
Phasenwicklungen L1, L2 und L3 zugeführt wird, um eine
Ist-Drehzahl des Motors 1, die durch das Drehzahlsignal
Vn angezeigt wird, mit der Zieldrehzahl in
Übereinstimmung zu bringen. Genauer gesagt steuert die
Steuerschaltung 12 die Ein- und Ausschaltvorgänge der
Schaltelemente 3p bis 5n. Zum Beispiel schaltet die
Steuerschaltung 12, wenn es erforderlich ist, die W-
Phasenwicklung L3 zu erregen, das positive Schaltelement
3p ein, das mit einem Ende der W-Phasenwicklung L3
verbunden ist und schaltet das negative Schaltelement 5n,
das mit dem anderen Ende der W-Phasenwicklung L3
verbunden ist, unter Verwendung des PWM-Signal, dessen
Pulsbreite als eine Funktion der Stromhöhe moduliert ist,
die der W-Phasenwicklung L3 zuzuführen ist, ein und aus,
um dadurch die Höhe des Stroms zu steuern, der durch die
W-Phasenwicklung L3 fließt.
Das Motorsteuergerät dieser Ausführungsform
beinhaltet weiterhin drei Widerstände R0 und eine
Schaltung zur Stromerfassungsschaltung 40.
Die Widerstände R0 dienen dazu, die Nullspannung V1
des Motors 1 zu messen. Genauer gesagt ist der Motor 1,
wie es zuvor beschrieben worden ist, ein bürstenloser
Dreiphasen-Gleichstrommotor, der aus den drei Wicklungen
L1, L2 und L3 besteht, die in Dreieck geschaltet sind,
und weist somit physikalisch keinen Nullpunkt auf, wie er
üblicherweise bei Wicklungen in Y-Schaltung vorkommt.
Daher verwendet das Motorsteuergerät dieser
Ausführungsform die drei Widerstände R0, die den gleichen
Widerstandswert aufweisen und die an einer Seite mit dem
U-Phasenwicklungsanschluß Ju, dem V-
Phasenwicklungsanschluß Jv bzw. dem W-
Phasenwicklungsanschluß Jw und an der anderen Seite
miteinander verbunden sind, um einen virtuellen Nullpunkt
des Motors 1 zu schaffen, und mißt die Spannung, die an
einem Knotenpunkt der Widerstände R0 auftritt, als die
Nullspannung V1.
Die Stromerfassungsschaltung 40 ist dazu ausgelegt,
die Spannung Vo als eine Funktion des Stroms, der durch
den Motor 1 fließt, in Übereinstimmung mit einer
nachstehenden Gl. (1) zu erzeugen.
Vo = VB - V1 - V2 (1)
wobei VB die Spannung der Energieversorgung 2 ist und V2
die Spannung ist, die proportional zu der Drehzahl des
Motors 1 ist und die durch eine nachstehende Gl. (2)
gegeben ist.
V2 = A . N (2)
wobei A eine Proportionalitätskonstante ist, die durch
die Beziehung A = k . ϕ/2 gegeben ist, wobei k eine
Konstante der elektromotorischen Kraft ist und ϕ der
magnetische Fluß über die Ankerwicklung des Motors 1 ist
und N die Drehzahl des Motors 1 ist, die von dem
Drehzahlsensor 18 gemessen wird.
Das Verhalten typischer Gleichstrommotoren kann durch
eine nachstehende Gl. (3) ausgedrückt werden.
VM = k . ϕ . N + Ia . Ra (3)
wobei VM die Spannung ist, die an den Motor angelegt ist,
k die elektromotorische Kraft ist, ϕ der magnetische Fluß
über eine Ankerwicklung des Motors ist, N die Drehzahl
des Motors ist, Ia der Strom ist, der durch die
Ankerwicklung fließt, und Ra ein Gesamtwiderstand eines
Motorantriebssystems einschließlich der Ankerwicklungen
ist.
Üblicherweise wird in einem bürstenlosen
Dreiphasenmotor die Spannung über einen Wechselrichter an
jede Spule angelegt. Es ist daher unmöglich, die Spannung
VM, die an den Motor angelegt ist, direkt zu messen. Wenn
die Nullspannung des bürstenlosen Dreiphasenmotors als
die zuvor beschriebene Spannung V1 definiert ist, kann
jedoch die Spannung VM, die an den Motor angelegt ist,
durch eine nachstehende Gl. (4) ausgedrückt werden.
VM = 2(VB - V1) (4)
Durch Einsetzen von Gl. (4) in Gl. (3), um den
Motorstrom Ia unter Verwendung der
Energieversorgungsspannung VB und der Nullspannung
auszudrücken, erzielen wir
Ia = (VB - V1 - k . ϕ . N/2) . 2/Ra (5)
Der Dreiphasengleichstrommotor weist üblicherweise
Permanentmagnete auf, die auf einem Rotor angeordnet
sind, so daß der magnetische Fluß konstant ist, der von
dem Rotor auf den Stator ausgeübt wird. Die
elektromotorische Kraft k ist ebenso konstant. Daher kann
Gleichung (5) zu einer nachstehenden Gleichung (6)
umgeschrieben werden.
Ia = (VB - V1 - A . N) . 2/Ra
= (VB - V1 - V2) . 2/Ra
. . . = Vo . 2/Ra (6)
Es ist somit festgestellt worden, daß die Spannung
Vo, die durch Gl. (1) bestimmt wird, proportional zu dem
Motorstrom Ia ist, das heißt daß es möglich ist, den
Motorstrom Ia durch Bestimmen der Spannung Vo zu kennen.
Die Stromerfassungsschaltung 40 enthält einen
Operationsverstärker OP1, der an seinem
nichtinvertierenden Eingang (+) über einen Widerstand R1
an einen nichtinvertierenden Eingang (+) mit dem
positiven Anschluß (d. h. der Seite einer höheren
Spannung) der Energieversorgung 2 verbunden ist und über
einen Widerstand R2 mit dem negative Anschluß (d. h. der
Seite einer niedrigeren Spannung) der Energieversorgung 2
(d. h. Masse) verbunden ist. Die Spannung, die an dem
nichtinvertierenden Eingang auftritt, ist daher ein Teil
der dem Schaltnetz 6 zugeführten
Energieversorgungsspannung VB, die durch die Gleichung VB
. R2/(R1 + R2) gegeben.
Der Operationsverstärker OP1 ist ebenso an seinem
invertierenden Eingang (-) über einen Widerstand R3 mit
einem Ausgangsanschluß eines Puffers BF1, über einen
Widerstand R6 mit einem Ausgangsanschluß eines Puffers
BF2 und über einen Widerstand R7 mit einem
Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers OP1 verbunden.
Der Puffer BF1 ist mit einem Eingangsanschluß mit dem
Knotenpunkt der Widerstände R0 verbunden, um die
Nullspannung V1 zu speichern, die dort entwickelt wird.
Ein Kondensator C0 ist zwischen einer Leitung
angeordnet, die sich von dem Knotenpunkt des Widerstands
zu dem Puffer BF1 und den negativen Anschluß der
Energieversorgung 2 ausdehnt, um eine Spannungsänderung
an dem virtuellen Nullpunkt zum Eingeben der stabilen.
Nullspannung in den Operationsverstärker OP1 zu
absorbieren.
Der Puffer BF2 ist mit einem Eingangsanschluß von ihm
über einen Widerstand R5 mit dem negativen Anschluß der
Energieversorgung 2 und über einen Widerstand R4 mit
einem Ausgangsanschluß des F/V-Wandlers 30 verbunden und
speichert die drehzahlproportionale Spannung V2, die aus
den Widerständen R4 und R5 ausgegeben wird. Die
Widerstände R4 und R5 dienen dazu, einen Teil des von dem
F/V-Wandler 30 ausgegebenen Drehzahlsignals Vn zu
liefern, das durch die Gleichung R5/(R4 + R5) gegeben
ist, um die drehzahlproportionale Spannung V2 zu
erzeugen, die durch die vorhergehende Gl. (2) gegeben
ist.
Insbesondere wandelt der F/V-Wandler 30 die Frequenz
eines Signals, das aus dem Drehzahlsensor 18 ausgegeben
wird, synchronisiert zu der Rotation des Motors 1, in die
Spannung, um das Drehzahlsignal Vn zu erzeugen. Das
Drehzahlsignal Vn ist daher proportional zu der Drehzahl
N des Motors 1. Wenn eine Proportionalitätskonstante des
Drehzahlsignals Vn zu der Drehzahl N als α (d. h. Vn = α .
N) definiert ist, kann die drehzahlproportionale Spannung
V2, wie es nachstehend gezeigt ist, unter Verwendung des
Drehzahlsignals Vn in der vorhergehenden Gleichung (1)
ausgedrückt werden.
V2 = A . N = (k . ϕ/2) . (Vn/α) = Vn . R5/(R4 + R5)
Damit können die Werte der Widerstände R4 und R5 wie
folgt bestimmt werden:
R5(R4 + R5) = (k . ϕ)/(2 . α) (7)
Insbesondere bestimmt diese Ausführungsform die Werte
der Widerstände R4 und R5, um Gl. (7) zu erfüllen, um
dadurch die über den Puffer BF2 in den
Operationsverstärker OP1 eingegebene Spannung auf die
drehzahlproportionale Spannung V2 einzustellen, die in
Gl. (2) definiert ist.
Bezüglich der Widerstände R1, R2, R3, R6 und R7, die
mit dem Operationsverstärker OP1 verbunden sind, werden
die Werte der Widerstände R1 und R2, die mit dem
nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers
OP1 verbunden sind, derart bestimmt, daß sie die
Beziehung R2 = R1/2 erfüllen, und die Werte der anderen
Widerstände R3, R6 und R7 werden alle gleich dem
Widerstand R1 eingestellt (d. h. R1 = R3 = R6 = R7).
Daher erzeugt der Operationsverstärker OP1 die
Spannung Vo, wie es aus der folgenden Gleichung zu sehen
ist, die durch Gl. (1) definiert ist.
Vo = VB . R2/(R1 + R2)
+ VB . R2/(R1 + R2) - V1
+ VB . R2/(R1 + R2) - V2
= 3 . VB . R2/(R1 + R2) - V1 - V2
= VB - V1 - V2
Das Spannungssignal Vo wird von dem
Operationsverstärker OP1 in die Steuerschaltung 12
eingegeben. Die Steuerschaltung 12 verwendet das
Spannungssignal Vo, um den Überstrom zu überwachen, der
durch den Motor 1 fließt, während die Drehzahl des Motors
1 gesteuert wird, um mit der Ziel-Drehzahl in
übereinzustimmen
Die Funktion des Schutzes des Motors 1 und des
Schaltnetzes 6 gegen den Überstrom, die von der
Steuerschaltung 12 durchgeführt wird, wird im folgenden
unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.
Wenn ein Fehlverhalten in dem Motor 1 auftritt, der
den Motorstrom erhöht, wird dies verursachen, daß das
Spannungssignal Vo steigt, das aus dem
Operationsverstärker OP1 ausgegeben wird. Die
Steuerschaltung 12 bestimmt während der
Motorgeschwindigkeitskontrolle, ob das Spannungssignal Vo
eine Überstrom-Schwellwertspannung Vth überschritten hat
oder nicht. Wenn es zu der Zeit t1 bestimmt wird, daß das
Spannungssignal Vo größer als die Überstrom-
Schwellwertspannung Vth ist, was bedeutet, daß der
Überstrom durch den Motor 1 fließt, unterbricht dann die
Steuerschaltung 12 das Steuern der Motordrehzahl und
nimmt das Steuern der Motordrehzahl nach einer im voraus
ausgewählten Zeit wieder auf. Dies ist so, da der Motor 1
zu einer normalen Betriebsbedingung zurückkehren kann,
wenn der Motor 1 nach einer kurzen Zeitdauer wieder
eingeschaltet wird. Wenn jedoch der Überstrom immer noch
durch den Motor 1 fließt, nachdem das Steuern der
Motordrehzahl wieder aufgenommen worden ist, bestimmt die
Steuerschaltung 12, daß das Spannungssignal Vo immer noch
größer ist als der Überstromschwellwert Vth ist, und
unterbricht das Steuern der Motordrehzahl wieder für die
im voraus ausgewählte Zeit.
Wenn die Anzahl der Male, die das Steuern der
Motordrehzahl für die im voraus ausgewählte Zeit
unterbrochen worden ist, zu der Zeit t2 eine gegebene
Anzahl erreicht, bestimmt die Steuerschaltung 12, daß
der Motor 1 vollständig ausgefallen ist, und stoppt den
Motor 1. Die Steuerschaltung 12 kann einen Bediener zum
Beispiel unter Verwendung einer Warnlampe oder eines
Summers von einem solchen Ausfall unterrichten.
Während die vorliegende Erfindung mittels bevorzugten
Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres
Verständnis von ihr zu erleichtern, sollte es
wahrgenommen werden, daß die Erfindung auf verschiedene
Weisen ausgeführt werden kann, ohne das Prinzip der
Erfindung zu verlassen. Die Erfindung sollte daher als
alle möglichen Ausführungsformen und Ausgestaltungen
bezüglich der gezeigten Ausführungsformen beinhaltend
verstanden werden, die ausgeführt werden können, ohne das
Prinzip der Erfindung zu verlassen, wie es in den
beiliegenden Ansprüchen definiert ist.
Zum Beispiel können die Ein- und Ausschaltvorgänge
von jedem der negativen Schaltelemente 3n, 4n und 5n
unter Verwendung eines logischen Produkts des
Ansteuersignals aus der Kommutierungssteuerschaltung 7
und des PWM-Signals, das von dem UND-Gatter erzeugt wird,
nutzen alternativ unter Verwendung von Komparatoren
erzielt werden.
Die vorhergehenden Ausführungsformen sind dazu
ausgelegt, lediglich eine Reihe der negativen
Schaltelemente 3n, 4n und 5n mittels PWM-Signalen per PWm
zu steuern, sie können jedoch genauso dazu ausgelegt
sein, entweder eine oder beide von Reihen der negativen
Schaltelemente 3n, 4n und 5n und der positiven
Schaltelemente 3p, 4p und 5p per PWM zu steuern.
Der PWM-Signal-Generator 9 kann eine bekannte
Struktur aufweisen, die aus einem
Dreieckswellengenerator, der eine Dreieckswelle von zum
Beispiel 20 kHz erzeugt, und einer Schwellwert-
Bestimmungsschaltung besteht, die einen Schwellwert
bestimmt, der mit der Dreieckswelle als eine Funktion des
Motordrehzahl-Steuersignals verglichen wird, das die
Drehzahl des Motors 1 anzeigt. Der PWM-Signalgenerator 9
gibt das Signal eines hohen Pegels aus, wenn die
Dreieckswelle einen größeren Pegel als den Schwellwert
aufweist, und gibt das Signal eines niedrigen Pegels aus,
wenn die Dreieckswelle einen kleineren Pegel als den
Schwellwert aufweist, um das PWM-Signal zu erzeugen, das
ein Tastverhältnis als eine Funktion der Motordrehzahl-
Steuersignals zu erzeugen. In diesem Fall kann anstelle
der Verriegelungsschaltungen 21p und 21n eine
Signalverarbeitungsschaltung vorgesehen sein, die das
Ausgangssignal des Komparators 20 immer dann verriegelt,
wenn die Dreieckswelle, die vom dem
Dreieckswellengenerator ausgegeben wird, eine Spitze
eines maximalen Pegels erreicht, um das verriegelte
Signal und ein Signal, das den umgekehrten Pegel wie das
verriegelte Signal aufweist, auszugeben. Insbesondere
verriegelt die Signalverarbeitungsschaltung das
Ausgangssignal des Komparators 20 in der Mitte einer
Zeitdauer, während der sich das PWM-Signal an dem hohen
Pegel befindet, und gibt es zu den UND-Gattern 22p, 22n,
23p und 23n aus, wodurch im wesentlichen die gleichen
Vorgänge wie in den vorhergehenden Ausführungsformen
verwirklicht werden.
Die Signalverarbeitungschaltung kann alternativ dazu
ausgelegt sein, daß sie ihr Ausgangssignal lediglich dann
ändert, wenn sie zum Beispiel die Ausgangssignale des
Komparators 20 viermal der Reihe nach verriegelt hat,
wodurch zusätzlich Filtereffekte zum Verringern des
Rauschens erreicht wird.
Somit wurde zusammenfassend ein Motorsteuergerät
offenbart, das das Versagen eines
Mehrphasengleichstrommotors überwacht. Das
Motorsteuersystem enthält einen Inverter, der die Arbeit
des Motors steuert, eine Schaltung zur Fehlererkennung,
die die Spannung überwacht, die zu jeder aktiven Zeit,
wenn ein PWM-Signal auf einem aktiven Pegel ist, an einer
der Anschlußklemmen der Ankerwicklungen des Motors
anliegt, um Schaltelemente des Inverters einzuschalten,
und auf Grundlage der überwachten Spannung das Auftreten
eines Versagens erkennt, und eine Schaltung zur
Verhinderung des Einschaltens, die eines der
Schaltelemente, das mit einer der Anschlußklemmen der
Spulen des Motors verbunden ist, vom Einschalten abhält,
um dadurch zusätzliche Schäden des Motorsteuersystems zu
vermeiden.
Claims (14)
1. Motorsteuergerät, das aufweist:
eine Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer höheren Spannung einer Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem von Anschlüssen von Wicklungen eines Mehrphasenmotors verbunden sind, und einen zweiten Satz von Schaltelementen beinhaltet, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer niedrigeren Spannung der Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors verbunden ist, wobei die Kommutierungssteuerschaltung Ansteuersignale er zeugt, um die Schaltelemente zum Drehen des Motors der Reihe nach einzuschalten;
einen PWM-Signal-Generator, der PWM- (pulsbreitenmodulierte)-Signale erzeugt, welche min destens einen der ersten und zweiten Sätze der Schaltelemente zum Steuern der Drehzahl des Motors zyklisch einschalten;
eine Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, wenn sich das PWM-Signal an einem aktiven Pegel befindet, um die Schaltele mente einzuschalten, bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, niedriger als eine gegebene Referenzspan nung ist oder nicht, wobei dann, wenn die Spannung niedriger als die gegebene Referenzspannung ist, die Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung be stimmt, daß eines des zweiten Satzes der Schaltele mente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, und ein ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal ausgibt; und
eine Schaltvorgang-Sperrschaltung, die auf das ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal rea giert, das aus der Schaltelementfehlverhaltens-Erfas sungsschaltung ausgegeben wird, um das Einschalten eines des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors ver bunden ist, zu sperren.
eine Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer höheren Spannung einer Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem von Anschlüssen von Wicklungen eines Mehrphasenmotors verbunden sind, und einen zweiten Satz von Schaltelementen beinhaltet, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer niedrigeren Spannung der Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors verbunden ist, wobei die Kommutierungssteuerschaltung Ansteuersignale er zeugt, um die Schaltelemente zum Drehen des Motors der Reihe nach einzuschalten;
einen PWM-Signal-Generator, der PWM- (pulsbreitenmodulierte)-Signale erzeugt, welche min destens einen der ersten und zweiten Sätze der Schaltelemente zum Steuern der Drehzahl des Motors zyklisch einschalten;
eine Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, wenn sich das PWM-Signal an einem aktiven Pegel befindet, um die Schaltele mente einzuschalten, bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, niedriger als eine gegebene Referenzspan nung ist oder nicht, wobei dann, wenn die Spannung niedriger als die gegebene Referenzspannung ist, die Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung be stimmt, daß eines des zweiten Satzes der Schaltele mente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, und ein ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal ausgibt; und
eine Schaltvorgang-Sperrschaltung, die auf das ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal rea giert, das aus der Schaltelementfehlverhaltens-Erfas sungsschaltung ausgegeben wird, um das Einschalten eines des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors ver bunden ist, zu sperren.
2. Motorsteuergerät nach Anspruch 1, wobei die Schalt
elementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung einen Kom
parator und eine Verriegelungsschaltung beinhaltet,
wobei der Komparator die Spannung, die an einem der
Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, mit
der gegebenen Referenzspannung vergleicht, um ein
Ausgangssignal an einem eines hohen und eines niedri
gen Pegels zu liefern, wenn die Spannung niedriger
als die gegebene Referenzspannung ist, wobei die Ver
riegelungsschaltung einen Gateanschluß, in den das
PWM-Signal eingegeben wird, einen Datenanschluß, in
den ein Ausgangssignal des Komparators eingegeben
wird, und einen Ausgangsanschluß aufweist, der das
Ausgangssignal des Komparators ausgibt wie es ist,
wenn sich das PWM-Signal an dem aktiven Pegel befin
det, und das Ausgangssignal des Komparators verrie
gelt zu einer Zeit ausgibt, zu der sich das PWM-Sig
nal von dem aktiven Pegel zu einem passiven Pegel ge
ändert hat, was die Schaltelemente ausschaltet, wenn
sich das PWM-Signal an dem passiven Pegel befindet,
und wobei die Schaltvorgang-Sperrschaltung sperrt,
daß das eine des ersten Satzes der Schaltelemente
eingeschaltet wird, wenn sich ein Signal, das aus dem
Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung ausgege
ben wird, an einem dem einen des hohen und niedrigen
Pegels des Ausgangssignals des Komparators befindet.
3. Motorsteuergerät nach Anspruch 1, das weiterhin einen
Fehlverhaltensanzeigesignal-Generator aufweist, der
ein Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn die
Schaltelementverhaltens-Erfassungsschaltung das ein
Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal ausgibt,
um alle der Schaltelemente zu sperren, eingeschaltet
zu werden.
4. Motorsteuergerät nach Anspruch 1, das weiterhin eine
zweite Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschal
tung enthält, die zu jeder aktiven Zeit bestimmt, ob
eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wick
lungen des Motors auftritt, höher als eine gegebene
Referenzspannung ist oder nicht, und bestimmt, daß
eines des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit
dem einen der Anschlüsse der Wicklungen verbunden
ist, ein Fehlverhalten aufweist, um ein zweites ein
Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal auszu
geben, wenn die Spannung höher als die gegebene Refe
renzspannung ist, und eine zweite Schaltvorgang-
Sperrschaltung aufweist, die auf das zweite ein
Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal rea
giert, um eines des zweiten Satzes der Schaltelemente
zu sperren, das mit dem einen der Anschlüsse der
Wicklungen des Motors verbunden ist, eingeschaltet zu
werden.
5. Motorsteuergerät nach Anspruch 4, das weiterhin einen
Fehlverhaltenanzeigesignal-Generator aufweist, der
ein Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn die
zweite Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungschaltung
das zweite ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende
Signal ausgibt, um alle der Schaltelemente zu sper
ren, eingeschaltet zu werden.
6. Motorsteuergerät, das aufweist:
eine Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer höheren Spannung einer Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem von Anschlüssen von Wicklungen eines Mehrphasenmotors verbunden sind, und einen zweiten Satz von Schaltelementen beinhaltet, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer niedrigeren Spannung der Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors verbunden ist, wobei die Kommutierungssteuerschaltung Ansteuersignale er zeugt, um die Schaltelemente zum Drehen des Motors der Reihe nach einzuschalten;
einen PWM-Signal-Generator, der PWM- (pulsbreitenmodulierte)-Signale erzeugt, welche min destens einen der ersten und zweiten Sätze der Schaltelemente zum Steuern der Drehzahl des Motors zyklisch einschalten;
eine Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, wenn sich das PWM-Signal an einem aktiven Pegel befindet, um die Schaltele mente einzuschalten, bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, höher als eine gegebene Referenzspannung ist oder nicht, wobei dann, wenn die Spannung höher als die gegebene Referenzspannung ist, die Schaltele mentfehlverhaltens-Erfassungsshaltung bestimmt, daß eines des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, und ein ein Schaltele mentfehlverhalten anzeigendes Signal ausgibt; und
eine Schaltvorgang-Sperrschaltung, die auf das ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal rea giert, das aus der Schaltelementfehlverhaltens-Erfas sungsschaltung ausgegeben wird, um eines des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der An schlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist, zu sperren, eingeschaltet zu werden.
eine Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer höheren Spannung einer Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem von Anschlüssen von Wicklungen eines Mehrphasenmotors verbunden sind, und einen zweiten Satz von Schaltelementen beinhaltet, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer niedrigeren Spannung der Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors verbunden ist, wobei die Kommutierungssteuerschaltung Ansteuersignale er zeugt, um die Schaltelemente zum Drehen des Motors der Reihe nach einzuschalten;
einen PWM-Signal-Generator, der PWM- (pulsbreitenmodulierte)-Signale erzeugt, welche min destens einen der ersten und zweiten Sätze der Schaltelemente zum Steuern der Drehzahl des Motors zyklisch einschalten;
eine Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, wenn sich das PWM-Signal an einem aktiven Pegel befindet, um die Schaltele mente einzuschalten, bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, höher als eine gegebene Referenzspannung ist oder nicht, wobei dann, wenn die Spannung höher als die gegebene Referenzspannung ist, die Schaltele mentfehlverhaltens-Erfassungsshaltung bestimmt, daß eines des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, und ein ein Schaltele mentfehlverhalten anzeigendes Signal ausgibt; und
eine Schaltvorgang-Sperrschaltung, die auf das ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal rea giert, das aus der Schaltelementfehlverhaltens-Erfas sungsschaltung ausgegeben wird, um eines des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der An schlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist, zu sperren, eingeschaltet zu werden.
7. Motorsteuergerät nach Anspruch 6, wobei die Schalt
elementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung einen Kom
parator und eine Verriegelungsschaltung beinhaltet,
wobei der Komparator die Spannung, die an einem der
Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, mit
der gegebenen Referenzspannung vergleicht, um ein
Ausgangssignal an einem eines hohen und eines niedri
gen Pegels zu liefern, wenn die Spannung niedriger
als die gegebene Referenzspannung ist, wobei die Ver
riegelungsschaltung einen Gateanschluß, in den das
PWM-Signal eingegeben wird, einen Datenanschluß, in
den ein Ausgangssignal des Komparators eingegeben
wird, und einen Ausgangsanschluß aufweist, der das
Ausgangssignal des Komparators ausgibt wie es ist,
wenn sich das PWM-Signal an dem aktiven Pegel befin
det, und das Ausgangssignal des Komparators verrie
gelt zu einer Zeit ausgibt, zu der sich das PWM-Sig
nal von dem aktiven Pegel zu einem passiven Pegel ge
ändert hat, was die Schaltelemente ausschaltet, wenn
sich das PWM-Signal an dem passiven Pegel befindet,
und wobei die Schaltvorgang-Sperrschaltung sperrt,
daß das eine des ersten Satzes der Schaltelemente
eingeschaltet wird, wenn sich ein Signal, das aus dem
Ausgangsanschluß der Verriegelungsschaltung ausgege
ben wird, an dem einem des hohen und niedrigen Pegels
des Ausgangssignals des Komparators befindet.
8. Motorsteuergerät nach Anspruch 6, das weiterhin einen
Fehlverhaltensanzeigesignal-Generator aufweist, der
ein Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn die
Schaltelementverhaltens-Erfassungsschaltung das ein
Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal ausgibt,
um alle der Schaltelemente zu sperren, eingeschaltet
zu werden.
9. Motorsteuergerät nach Anspruch 6, das weiterhin eine
zweite Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschal
tung enthält, die zu jeder aktiven Zeit bestimmt, ob
eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wick
lungen des Motors auftritt, niedriger als eine gege
bene Referenzspannung ist oder nicht, und bestimmt,
daß eines des zweiten Satzes der Schaltelemente, das
mit dem einen der Anschlüsse der Wicklungen verbunden
ist, ein Fehlverhalten aufweist, um ein zweites ein
Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal auszu
geben, wenn die Spannung niedriger als die gegebene
Referenzspannung ist, und eine zweite Schaltvorgang-
Sperrschaltung aufweist, die auf das zweite ein
Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal rea
giert, um eines des ersten Satzes der Schaltelemente
zu sperren, das mit dem einen der Anschlüsse der
Wicklungen des Motors verbunden ist, eingeschaltet zu
werden.
10. Motorsteuergerät nach Anspruch 9, das weiterhin einen
Fehlverhaltenanzeigesignal-Generator aufweist, der
ein Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn die
zweite Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungschaltung
das zweite ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende
Signal ausgibt, um alle der Schaltelemente zu sper
ren, eingeschaltet zu werden.
11. Motorsteuergerät, das aufweist:
eine Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer höheren Spannung einer Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem von Anschlüssen von Wicklungen eines Mehrphasenmotors verbunden sind, und einen zweiten Satz von Schaltelementen beinhaltet, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer niedrigeren Spannung der Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors verbunden ist, wobei die Kommutierungssteuerschaltung Ansteuersignale er zeugt, um die Schaltelemente zum Drehen des Motors der Reihe nach einzuschalten;
einen PWM-Signal-Generator, der PWM- (pulsbreitenmodulierte)-Signale erzeugt, welche min destens einen der ersten und zweiten Sätze der Schaltelemente zum Steuern der Drehzahl des Motors zyklisch einschalten; und
eine Fehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, wenn sich das PWM-Signal an einem akti ven Pegel befindet, um eines der Schaltelemente ein zuschalten, eine Spannung überwacht, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, wobei die Fehlverhaltens-Erfassungsschaltung die überwachte Spannung überprüft, wenn sich das PWM-Signal, das zu einem von einem des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit dem einen der Anschlüsse verbunden ist und einem des zweiten Satzes der Schaltelemente, das mit dem einen der Anschlüsse verbunden ist, geliefert wird, an dem aktiven Pegel befindet, um ein Fehlver halten in dem anderen Schaltelement zu erfassen.
eine Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer höheren Spannung einer Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem von Anschlüssen von Wicklungen eines Mehrphasenmotors verbunden sind, und einen zweiten Satz von Schaltelementen beinhaltet, von denen jedes an einem Ende mit einer Seite einer niedrigeren Spannung der Gleichstromenergieversorgung und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors verbunden ist, wobei die Kommutierungssteuerschaltung Ansteuersignale er zeugt, um die Schaltelemente zum Drehen des Motors der Reihe nach einzuschalten;
einen PWM-Signal-Generator, der PWM- (pulsbreitenmodulierte)-Signale erzeugt, welche min destens einen der ersten und zweiten Sätze der Schaltelemente zum Steuern der Drehzahl des Motors zyklisch einschalten; und
eine Fehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, wenn sich das PWM-Signal an einem akti ven Pegel befindet, um eines der Schaltelemente ein zuschalten, eine Spannung überwacht, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, wobei die Fehlverhaltens-Erfassungsschaltung die überwachte Spannung überprüft, wenn sich das PWM-Signal, das zu einem von einem des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit dem einen der Anschlüsse verbunden ist und einem des zweiten Satzes der Schaltelemente, das mit dem einen der Anschlüsse verbunden ist, geliefert wird, an dem aktiven Pegel befindet, um ein Fehlver halten in dem anderen Schaltelement zu erfassen.
12. Gerät zum Erfassen eines Motorstroms, der durch in
Dreieck geschaltete Ankerwicklungen eines bürstenlo
sen Dreiphasen-Gleichstrommotors fließt, wenn der Mo
tor durch eine Motoransteuervorrichtung betrieben
wird, das aufweist:
eine Nullspannungs-Erfassungsschaltung, die drei Wi derstände beinhaltet, die an einem Ende mit den je weiligen Ankerwicklungen des Motors und an dem ande ren Ende mit einem gemeinsamen Knotenpunkt verbunden sind, wobei die Nullspannungs-Erfassungsschaltung eine Spannung mißt, die an dem gemeinsamen Knoten punkt als eine Nullspannung V1 des Motors entwickelt wird;
einen drehzahlproportionalen Spannungsgenerator, der eine Spannung V2, die proportional zu einer Drehzahl N des Motors ist, in Übereinstimmung mit einer nach stehenden Gleichung (1)
V2 = A . N (1)
wobei A eine Proportionalitätskonstante ist, die durch eine Beziehung von A = k . ϕ/2 gegeben ist, wo bei k eine Konstante der elektromotorischen Kraft ist und ϕ der magnetische Fluß über eine der Ankerwick lungen ist, erzeugt; und
eine Strombestimmungsschaltung, die eine Spannung Vo in Übereinstimmung mit einer nachstehenden Gleichung (2) bestimmt, die den Motorstrom anzeigt, der durch den Motor fließt
Vo = VB - V1 - V2 (2)
wobei VB eine Spannung ist, die an die Motoransteuer vorrichtung angelegt wird, um den Motor zu betreiben.
eine Nullspannungs-Erfassungsschaltung, die drei Wi derstände beinhaltet, die an einem Ende mit den je weiligen Ankerwicklungen des Motors und an dem ande ren Ende mit einem gemeinsamen Knotenpunkt verbunden sind, wobei die Nullspannungs-Erfassungsschaltung eine Spannung mißt, die an dem gemeinsamen Knoten punkt als eine Nullspannung V1 des Motors entwickelt wird;
einen drehzahlproportionalen Spannungsgenerator, der eine Spannung V2, die proportional zu einer Drehzahl N des Motors ist, in Übereinstimmung mit einer nach stehenden Gleichung (1)
V2 = A . N (1)
wobei A eine Proportionalitätskonstante ist, die durch eine Beziehung von A = k . ϕ/2 gegeben ist, wo bei k eine Konstante der elektromotorischen Kraft ist und ϕ der magnetische Fluß über eine der Ankerwick lungen ist, erzeugt; und
eine Strombestimmungsschaltung, die eine Spannung Vo in Übereinstimmung mit einer nachstehenden Gleichung (2) bestimmt, die den Motorstrom anzeigt, der durch den Motor fließt
Vo = VB - V1 - V2 (2)
wobei VB eine Spannung ist, die an die Motoransteuer vorrichtung angelegt wird, um den Motor zu betreiben.
13. Gerät nach Anspruch 12, das weiterhin eine Betriebs
unterbrechungsschaltung aufweist, die den Betrieb des
Motors für eine im voraus eingestellte Zeitdauer un
terbricht, wenn die Spannung Vo einen gegebenen
Schwellwert überschreitet.
14. Gerät nach Anspruch 13, wobei die Betriebsunterbre
chungsschaltung den Betrieb des Motors vollständig
stoppt, wenn die Anzahl der Male der Vorgänge, bei
denen der Betrieb des Motors unterbrochen wird, eine
im voraus eingestellte Anzahl erreicht.
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