DE10143475A1 - Motorensteuerungsvorrichtung - Google Patents
MotorensteuerungsvorrichtungInfo
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Abstract
Eine Motorsteuerungseinrichtung für einen Mehrphasenmotor enthält einen Ansteuerschaltkreis (PWM-Invertierer), welcher den Mehrphasenmotor (bürstenloser Dreiphasen-DC-Motor) regelt und einen Mikrokontroller, welcher den Ansteuerschaltkreis regelt, worin der Mikrokontroller den Motorstrom gemäß einem integrierten Wert einer vorher festgelegten Funktion eines Phasenstroms begrenzt.
Description
Diese Anmeldung basiert auf Anmeldung Nr. 200 1-36923,
eingereicht in Japan am 14. Februar 2001, deren Inhalt
hiermit als Referenz aufgenommen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Steuerungsvorrichtung für einen bürstenlosen
Gleichstrommotor (im folgenden auch DC-Motor) oder
ähnlichem und insbesondere einen Überhitzungsschutz des
Motors.
Herkömmlicherweise gab es eine
Überhitzungsschutzvorrichtung für einen Wechselstrom-
Servomotor, zum Beispiel offenbart in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho 62-239822. In
dieser herkömmlichen Vorrichtung wird die
Elektrifizierung des Motors unterbrochen, falls
geurteilt wird, dass ein Motor servo-verriegelt ist, so
dass der Motor davor geschützt ist, überhitzt zu werden
gemäß einem vorher festgelegten Merkmal, welches einer
Stoppposition entspricht.
Die oben beschriebene herkömmliche Vorrichtung ist
anwendbar auf einen Fall, in welchem kein Problem
auftaucht, selbst wenn die Elektrifizierung des Motors
zur Zeit der Überhitzung unterbrochen wird. Allerdings,
wenn die oben beschriebene herkömmliche Vorrichtung auf
eine Motorsteuerungsvorrichtung angewendet wird, welche
keine schnelle Änderung im Drehmoment zulässt, wie eine
elektrische Servolenkungsvorrichtung, dann taucht ein
Problem dahingehend auf, dass ein Lenkungsempfinden
schnell verändert wird zu der Zeit, zu welcher der
Überhitzungsschutz durchgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben
beschriebene Problem zu lösen und es ist deswegen ein
Ziel der vorliegenden Erfindung eine
Motorsteuerungsvorrichtung bereitzustellen, welche fähig
ist Überhitzungsschutz durchzuführen während sie sanft
eine Ausgangscharakteristik des Motors mit der Zeit
ändert.
An das obige Ziel denkend wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Motorsteuerungsvorrichtung für einen
Mehrphasenmotor bereitgestellt, welche umfasst: einen
Ansteuerschaltkreis zum Betreiben des Mehrphasenmotors
und einen Mikrokontroller zum Steuern des
Ansteuerschaltkreises, wobei der Mikrokontroller einen
Motorstrom gemäß einem integrierten Wert einer vorher
festgelegten Funktion eines Phasenstroms begrenzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung begrenzt der Mikrokontroller einen Spitzenwert
des Phasenstroms gemäß einem integrierten Wert einer
vorher festgelegten Funktion eines Phasenstroms.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung begrenzt der Mikrokontroller den
Motorstrom gemäß einem maximalen Wert des gegebenen
funktional integrierten Werts der jeweiligen
Phasenströme.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung begrenzt der Mikrokontroller
einen d-axialen Strom gemäß einem integrierten Wert
einer vorher festgelegten Funktion eines Phasenstroms.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung begrenzt der Mikrokontroller
einen q-axialen Strom gemäß einem integriertem Wert
einer vorher festgelegten Funktion eines Phasenstroms.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung begrenzt der Mikrokontroller
einen Strom, welcher durch Vektor-Synthetisierung eines
d-axialen Stroms und eines q-axialen Stroms gemäß einem
integrierten Wert einer vorher festgelegten Funktion
eines Phasenstroms erhalten wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ändert der Mikrokontroller einen
Phasenwinkel nicht, welcher von der q-Achse und dem
Strom gebildet wird, der durch Vektor-Synthetisierung
des d-axialen Stroms und des q-axialen Stroms erhalten
wird, vor und nachdem der Motorstrom begrenzt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verändert der Mikrokontroller den
Phasenwinkel, welcher von der q-Achse und dem Strom
gebildet wird, der durch Vektor-Synthetisierung des d
axialen Stroms und des q-axialen Stroms erhalten wird,
vor und nachdem der Motorstrom begrenzt wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, nachdem der Motorstrom begrenzt
wird, ändert der Mikrokontroller den Phasenwinkel,
welcher von der q-Achse und dem Strom gebildet wird, der
durch Vektor-Synthetisierung des d-axialen Stroms und
des q-axialen Stroms erhalten wird, um dem d-axialen
Strom zu ermöglichen mit Priorität zu fließen,
verglichen mit dem Zustand, in welchem der Motorstrom
noch nicht begrenzt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, nachdem der Motorstrom begrenzt
wird, ändert der Mikrokontroller den Phasenwinkel,
welcher von der q-Achse und dem Strom gebildet wird, der
durch Vektor-Synthetisierung des d-axialen Stroms und
des q-axialen Stroms erhalten wird, um dem q-axialen
Strom zu ermöglichen mit Priorität zu fließen,
verglichen mit dem Zustand, in welchem der Motorstrom
noch nicht begrenzt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung begrenzt der Mikrokontroller den
Motorstrom gemäß einem integrierten Wert einer
Leistungsfunktion des Phasenstroms.
In einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung begrenzt der Mikrokontroller den
Motorstrom gemäß dem integrierten Wert einer Abweichung
zwischen dem Phasenstrom und einen vorher festgelegten
Schwellwert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung begrenzt der Mikrokontroller den
Motorstrom gemäß dem integrierten Wert einer Abweichung
zwischen der Leistungsfunktion des Phasenstroms und
einem vorher festgelegten Schwellwert.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, begrenzt der Mikrokontroller den
Motorstrom gemäß einem integrierten Wert der
Leistungsfunktion einer Abweichung zwischen dem
Phasenstrom und einem vorher festgelegten Schwellwert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, berechnet der Mikrokontroller
die Leistungsfunktion durch Polynom-Approximation.
In einer weiteren bevorzugen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, berechnet der Mikrokontroller
die Leistungsfunktion durch Referenz auf eine Tabelle.
In einer weiteren bevorzugen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, führt der Mikrokontroller die
Berechnung unabhängig durch gemäß der
Phasenstromflussrichtung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, führt der Mikrokontroller die
Berechnung durch gemäß einem absoluten Wert des
Phasenstroms.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, führt der Mikrokontroller die
Berechnung durch gemäß einem detektierten Wert des
Phasenstroms.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, führt der Mikrokontroller die
Berechnung durch gemäß einem Zielwert des Phasenstroms.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden dem Durchschnittfachmann
leichter offenbar werden durch die folgende detaillierte
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung, welche in Verbindung mit den
beiliegenden Zeichnungen beschrieben wird.
Diese und andere Ziele und Vorteile dieser Erfindung
werden augenscheinlicher von der folgenden detaillierten
Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches die Struktur
einer Motorsteuerungsvorrichtung zeigt gemäß
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, das abzielt auf den
Ablauf eines Programm, welches in einem
Mikrokontroller installiert ist, gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 3 ist ein Graph, welcher eine graduelle
Zunahme/Abnahme-Charakteristik eines
Motorenstroms zeigt, gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 ist ein Graph, welcher eine
Motorstromwellenform zeigt gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist ein erklärendes Diagramm eines
Stromgrenzwerts gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6A und 6B sind Diagramme, welche
Stromwellenformen zur Zeit von Motorrotation
bzw. zur Zeit von Servo-Verriegelung zeigen;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, welches die Struktur
einer Motorsteuerungsvorrichtung zeigt, gemäß
einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung und
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, welches die Struktur
einer Motorsteuerungsvorrichtung zeigt, gemäß
einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
Nun wird eine detaillierte Beschreibung in größerer
Genauigkeit von bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung mit Referenz auf die begleitenden
Zeichnungen gegeben.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches die Struktur einer
Motorsteuerungsvorrichtung zeigt gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Bezug auf
Fig. 1, zeigt Bezugszeichen 1 einen bürstenlosen
Dreiphasen-DC-Motor, Bezugszeichen 2 zeigt einen
Positionssensor zum Detektieren der magnetischen Pol-
Position eines Rotors des bürstenlosen DC-Motors 1,
Bezugszeichen 3 zeigt einen
Stromdetektierungsschaltkreis zum Detektieren des
Phasenstroms des bürstenlosen Dreiphasen-DC-Motors 1 und
Bezugszeichen 4 zeigt einen PWM-Invertierer, welcher als
ein Ansteuerschaltkreis zum Ansteuern des bürstenlosen
Dreiphasen-DC-Motors dient.
Bezugszeichen 5 zeigt einen Mikrokontroller, welcher den
PWM-Invertierer 4 steuert. Der Mikrokontroller 5 ist
sowohl mit einem Wechselstrom-Gleichstrom-
Umwandlungsabschnitt 6 ausgestattet, um den Phasenstrom
in einen digitalen Wert umzuformen, als auch mit den
folgenden strukturellen Elementen 7 bis 13, welche als
Software realisiert werden. Das heißt, da die
strukturellen Elemente als die Software realisiert sind,
Bezugszeichen 7 zeigt einen Stromsteuerungsabschnitt,
welcher den Motorstrom auf d-q-Koordinaten
rückkopplungssteuert, Bezugszeichen 8 zeigt einen
Koordinatenumwandlungsabschnitt, welcher ein
Ausgangssignal des Stromsteuerungsabschnitts 7 von den
d-q-Koordinaten in die Dreiphasen-AC-Koordinaten
umformt, Bezugszeichen 9 zeigt einen
Koordinatenumwandlungsabschnitt, welcher den durch den
Stromdetektierungsschaltkreis 3 aufgefundenen Wert des
Phasenstroms von den Dreiphasen-AC-Koordinaten in die
d-q-Koordinaten umformt.
Weiter, zeigt Bezugszeichen 10 einen
Überhitzungsschutzabschnitt, welcher die gesamte
Motorsteuerungsvorrichtung und den PWM-Invertierer 4 vor
Überhitzung schützt und die folgenden strukturellen
Elemente bereitstellt. Das heißt, wie die strukturellen
Elemente des Überhitzungsschutzabschnitts 10,
Bezugszeichen 11 zeigt einen Integrierungsabschnitt,
welcher die Phasenströme für einen vorher festgelegten
Zeitabschnitt in einer vorher festgelegten Periode
aufaddiert, um das Zeitmittel des Phasenstroms zu
erhalten, Bezugszeichen 12 zeigt einen
Motorstromgrenzwertberechnungsabschnitt, welcher den
Grenzwert des Motorstroms auf der Basis des
Zeitmittelwerts des Phasenstrom berechnet und
Bezugszeichen 13 zeigt einen
Motorstrombegrenzungsabschnitt zur Begrenzung des d-
axialen Stroms und des q-axialen Stroms auf einen vorher
festgelegten maximalen Stromwert oder weniger gemäß dem
Motorenstromgrenzwertberechnungsabschnitt 12.
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, um den Ablauf eines
Programms zu erklären, welches in dem Mikrokontroller 5
installiert ist.
Anschließend wird der Betrieb beschrieben. Zwei Phasen,
welche aus einem U-Phasenstrom und einem V-Phasenstrom
bestehen zwischen den jeweiligen Phasenströmen des
Motors 1, werden durch den Stromdetektierungsschaltkreis
3 in vorher festgelegte Spannungen umgeformt und dann in
den Mikrokontroller 5 eingegeben. Die jeweiligen
eingegebenen Phasenströme werden durch den Wechselstrom-
Gleichstrom-Umwandlungsabschnitt 6 diskretisiert und
dann einer Softwareverarbeitung unterworfen.
Dann wird der Ablauf des Programms, welches im
Mikrokontroller 5 installiert ist, beschrieben mit Bezug
auf das Flussdiagramm, das in Fig. 2 gezeigt ist. Es
wird angenommen, dass das vorliegende Programm in einer
vorher festgelegten konstanten Periode aufgerufen wird.
Ebenso, es wird angenommen, dass ein d-axialer Zielstrom
id* and ein q-axialer Zielstrom id* separat gegeben
sind.
Erstens, in Schritt s1 werden Dreiphasenströme durch
Umformung auf der Basis des folgenden Ausdrucks
erhalten.
iw = -iu -iv
wobei iu ein u-Phasenstrom (detektiert durch den
Stromdetektierungsschaltkreis 3) ist, iv ein v-
Phasenstrom (detektiert durch den
Stromdetektierungsschaltkreis 3) ist und iw ein w-
Phasenstrom (berechnet auf der Basis eines aufgefundenen
Wertes des Stromdetektierungsschaltkreis 3) ist.
Dann, in Schritt s2, werden die jeweiligen Phasenströme
für einen vorher festgelegten Zeitabschnitt in einer
vorher festgelegten Periode aufaddiert, um
Zeitmittelwerte zu erhalten. Diese Verarbeitung
korrespondiert zum Integrierungsabschnitt 11 in Fig. 1.
Die jeweiligen Phasenströme sind Sinuswellen, wie in
Fig. 3 gezeigt, und wenn die jeweiligen Phasenströme für
eine Periode aufaddiert werden wie sie sind, werden sie
0. Deswegen werden die Phasenströme zusammengezählt
jeweils für positiv and negativ gemäß der
Stromflussrichtungen. Unter der Annahme, dass die
jeweiligen Phasenströme in der positiven Richtung durch
iu+, iv+ und iw+ repräsentiert werden und dass die
jeweiligen Phasenströme in der negativen Richtung durch
iu-, iv- und iw- repräsentiert werden, werden die
folgenden 6 verschiedenen integrierten Werte erhalten.
Σiu+, Σiv+, Σiw+, Σiu-, Σiv-, Σiw-
Anschließend, in Schritt s3 wird der maximale Wert von
den integrierten Werten der obigen jeweiligen
Phasenströme ausgewählt und in Schritt s4 werden die
zulässigen maximalen Ströme der jeweiligen Phasenströme
werden graduell vermindert oder vermehrt, zum Beispiel
auf der Basis der Charakteristik, welche in Fig. 4
gezeigt wird, gemäß dem ausgewählten maximalen Wert, um
damit den Motorstromgrenzwert zu berechnen. Die Schritte
s3 und s4 entsprechen dem
Motorstromgrenzwertberechnungsabschnitt 12.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Strombegrenzungsoperation
gemäß dieser Verarbeitung. Der Motorstrom wird begrenzt
auf der Basis des maximalen Werts der integrierten Werte
der jeweiligen Phasenströme, um dadurch eine Phase zu
schützen, welche am höchstens erhitzt ist, ohne ein
Gleichgewicht der drei Phasen des Motorstroms zu
verlieren. Ebenso begrenzt der Motorstromgrenzwert durch
den Motorstromgrenzwertberechnungsabschnitt 12 den
Spitzenwert des Motorstroms und vermindert oder vermehrt
graduell ohne Verzerrung des Sinuswellenmotorstroms.
Außerdem, in Schritt s5 ist der d-axiale Zielstrom id*
begrenzt und der q-axiale Zielstrom iq* ist begrenzt in
Schritt s6 auf der Basis des oben erwähnten
Motorstromgrenzwerts, um den Motorstrom unter der
Motorstromsteuerung auf den d-q-Koordinaten zu
begrenzen. Die Schritte s5 und s6 korrespondieren zum
Motorstromgrenzabschnitt 13 in Fig. 1.
Nun werden die Strombegrenzungsmethode auf den d-q-
Koordinaten wird ausführlicher beschrieben mit
Bezugnahme auf Fig. 5.
Wie oben beschrieben, begrenzt der Motorstromgrenzwert,
welcher durch den
Motorstromgrenzwertberechnungsabschnitt 12 erhalten
wird, den Spitzenwert des Sinuswellenmotorstroms und,
falls der Motorstromgrenzwert auf ein Vektordiagramm
gezeichnet wird, kann er repräsentiert werden durch
einen Kreis mit konstantem Radius in den Dreiphasen-AC-
Koordinaten wie durch eine gebrochene Line in Fig. 5
gezeigt. Dies begrenzt einen vektor-synthetischen Wert
des d-axialen Stroms und des q-axialen Stroms (hier als
"synthetischer Vektorstrom" bezeichnet) auf den d-q-
Koordinaten.
Folglich wird im Motorstrombegrenzungsabschnitt 13 die
d-axiale Komponente des Motorstromgrenzwerts, welcher
durch die Motorstrombegrenzungsvorrichtung 12 gegeben
ist, erhalten bzw. als der d-axiale Stromgrenzwert bzw.
die q-axiale Komponente wird erhalten als der q-axiale
Stromgrenzwert gemäß dem Phasenwinkel θ (hier als
"Stromphasenwinkel" bezeichnet) gebildet durch die q-
Achse und dem synthetischen Vektorstrom, welcher separat
gegeben ist. Der d-axiale Zielstrom id* und der q-axial
Zielstrom iq* werden auf den jeweiligen so erhaltenen
Grenzwerten oder weniger begrenzt, um so die
Strombegrenzung auf der d-q-Achse zu erreichen.
Wie oben beschrieben werden der d-axiale Zielstrom und
der q-axiale Zielstrom, welche auf die vorher
festgelegten Werte oder weniger begrenzt sind,
verglichen mit den jeweiligen ermittelten Strömen der d-
Achse und der q-Achse, welche koordinatenumgewandelt
sind von den ermittelten Werten der Phasenströmen in
Schritten s7 bis s8 und dann rückkopplungsgesteuert
durch Algorithmus, wie zum Beispiel PI-Steuerung, welche
dem Stromsteuerungsabschnitt 7 in Fig. 1 entspricht.
Schließlich werden in Schritt s9 die Betriebswerte der
jeweiligen Stromsteuerungsabschnitte in die Dreiphasen-
AC-Koordinaten umgewandelt und dann an den PWM-Inverter
4 gegeben. Dies entspricht der Koordinatenumwandlung 8
in Fig. 1.
Der PWM-Inverter 4 PWM-betreibt den Motor 1.
Wie oben beschrieben, gemäß der ersten Ausführungsform,
wird der Motorstrom in den d-q-Koordinaten sanft
begrenzt über der Zeit und angemessener
Überhitzungsschutz kann durchgeführt werden, ohne das
Motorausgangsdrehmoment schnell zu ändern.
Ebenso, wie in Fig. 6 gezeigt, nimmt der Zeitmittelwert
des Phasenstroms im Zeitpunkt einer Motor-Servo-
Verriegelung zu im Vergleich mit der Rotationszeit des
Motors (siehe Fig. 6A). Deswegen wird der Motorstrom
schnell begrenzt während der Zeit der Servo-Sperre
verglichen mit der Rotationszeit des Motors, wobei ein
sehr geschickter Überhitzungsschutz realisiert werden
kann.
Die erste Ausführungsform ist für ein System in welchem
die jeweiligen Phasenströme durch den
Integrierungsabschnitt 11 integriert werden (der
Zeitmittelwert der Phasenströme wird erhalten), um den
Motorstrom zu begrenzen. Alternativ können die
Leistungsfunktionen der Phasenströme integriert werden.
Der Verlust des Motor 1 oder des PWM-Invertierers 4 ist
im wesentlichen proportional zum Strom oder zum Quadrat
des Stroms, wodurch ein geeigneterer Überhitzungsschutz
geleistet werden kann.
Als die Leistungsfunktion des Phasenstroms gibt es die
folgenden Funktionen.
f1(i) = i1,5
f2(i) = i2
f3(i) = i1,5 + a.
wobei f1, f2 und f3 die Leistungsfunktionen der Phasenströme sind, i ein Motorstrom ist und a eine beliebige Konstante ist.
f1(i) = i1,5
f2(i) = i2
f3(i) = i1,5 + a.
wobei f1, f2 und f3 die Leistungsfunktionen der Phasenströme sind, i ein Motorstrom ist und a eine beliebige Konstante ist.
In dieser Situation, wenn die Leistungsfunktionen
polynomialer Approximation unterworfen werden, kann der
Berechnungsaufwand weiter reduziert werden, wodurch es
möglich ist, die Arbeitsbelastung des Mikrokontroller 5
zu reduzieren. Ebenso, wenn die Berechnung durch
Referenz auf eine Tabelle gemacht wird, kann der
Berechnungsaufwand noch weiter reduziert werden. Wenn
der Leistungsmultiplikator der Leistungsfunktion 1 ist,
wird der Motorstrom auf der Basis des Mittelwerts des
Phasenstroms begrenzt mit einer Zeit wie in der ersten
Ausführungsform, welche in Fig. 1 gezeigt wird, und die
erste Ausführungsform, gezeigt in Fig. 1, ist äquivalent
zu System, welches den Motorstrom auf der Basis des
integrierten Wertes der Leistungsfunktion der
Phasenströme begrenzt, deren Leistungsmultiplikator 1
ist.
Ebenso, in der ersten Ausführungsform, werden die
jeweiligen Phasenströme zusammengezählt jeweils für
positiv und negativ getrennt, aber die absoluten Werte
der jeweiligen Phasenströme können zusammengezählt
werden. Im PWM-Invertierer 4, ein Element der Erzeugung
hoher Hitze ist unterschiedlich, abhängig von den
Richtungen der Phasenströme, aber der Kupferverlust des
Motors 1 wird konstant gehalten ohne Rücksicht auf die
Richtungen der Phasenströme.
Folglich kann der Berechnungsaufwand reduziert werden
innerhalb des hinreichend praktischen Einsatzbereichs
und die Last des Mikrokontrollers 5 kann reduziert
werden.
Ferner, während die erste Ausführungsform aus einem
System besteht, in welchem die detektierenden Werte der
jeweiligen Phasenströme integriert werden, können die
Zielwerte der jeweiligen Phasenströme integriert werden.
In diesem Fall kann die erste Ausführungsform ebenso auf
eine Motorsteuerungsvorrichtung angewendet werden,
welche keinen Phasenstromdetektierungsschaltkreis hat,
wie zum Beispiel ein offener Regelkreis.
Ebenso, während in der ersten Ausführungsform der Motor
1 aus einem bürstenlosen Dreiphasen-DC-Motor gebildet
wird, kann der Überhitzungsschutz in der gleichen Art
und Weise durchgeführt werden, so lange wie der Motor 1
ein Mehrphasenmotor ist, wie zum Beispiel ein
Induktionselektromotor.
Weiter, während in der ersten Ausführungsform keine
Beschreibung über den Stromphasenwinkel θ gegeben wird,
da der Stromphasenwinkel gesondert gegeben wird, kann
der Stromphasenwinkel geändert oder nicht geändert
werden vor und nachdem der Motorstrom begrenzt wird.
Wo der Stromphasenwinkel θ sich ändert, gibt es zwei
Methoden: eine Methode, bei welcher dem d-axiale Strom
erlaubt ist mit Priorität zu fließen, während der
synthetische Vektorstrom auf einen vorher festgelegten
Wert oder weniger begrenzt wird und eine Methode, bei
welcher dem q-axialen Strom erlaubt wird mit Priorität
zu fließen. In diesem Fall, in welchem der bürstenlose
DC-Motor gesteuert werden soll, wie in der ersten
Ausführungsform, wird ein schwacher Feldeffekt erhalten,
wenn der d-axiale Strom in die negative Richtung fließt.
Folglich, wenn dem d-axialen Strom erlaubt wird mit
Priorität zu fließen, kann die Ansteuerung durchgeführt
werden, so dass der Rotationsgeschwindigkeit Priorität
erteilt wird. Ebenso, wenn das Feld konstant ist, dann
ist der q-axiale Strom zu einem Ausgangsdrehmoment
proportional und deswegen, wenn dem q-axialen Strom
erlaubt ist, mit Priorität zu fließen, kann die
Ansteuerung durchgeführt werden, so dass dem Drehmoment
Priorität gegeben wird.
In dem Falle, in welchem der Stromphasenwinkel A nicht
geändert wird, kann der Motorstrom begrenzt werden,
während die Rotationsgeschwindigkeit und das
Ausgangsdrehmoment in einer ausgeglichenen Art und Weise
graduell reduziert werden.
Ebenso, ist die obige Methode anwendbar auf einen Fall,
wo der magnetische Fluss gesteuert wird durch den
Erregungsstrom wie im Induktionselektromotor. Es wurde
eine Methode zur Steuerung eines bürstenlosen DC-Motors
in d-q-Koordinaten beschrieben, in Bezug auf eine
Änderung in obigem Stromphasenwinkel θ. Ähnlich, wird
der Strom im Falle, dass der Induktionselektromotor in
dem orthogonalen Koordinatensystem gesteuert wird,
graduell reduziert.
Worin die oben beschriebene Stromrückkopplungssteuerung
der ersten Ausführungsform in d-q-Koordinaten
durchgeführt wird. Die vorliegende Erfindung kann ebenso
angewendet werden auf ein System, in welchem der
Wechselstrom direkt zurückgekoppelt wird. In diesem Fall
kann der Berechnungsaufwand weiter reduziert werden.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, welches die Struktur einer
Motorensteuerungsvorrichtung zeigt gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend
auf Fig. 7, die Teile, welche die selben sind wie die
der ersten Ausführungsform, welche in Fig. 1 gezeigt
wird, werden durch die selben Bezugszeichen bezeichnet
und ihre Beschreibung wird unterlassen werden. Als ein
neues Bezugszeichen zeigt Bezugszeichen 14 einen
Koordinatenumwandlungsabschnitt, welcher einen Zielstrom
in d-q-Koordinaten in einen Zielstrom in Dreiphasen-AC--
Koordinaten umwandelt. Der
Koordinatenumwandlungsabschnitt 14 wird in dem
Mikrokontroller ausgestattet als ein strukturelles
Element, welches wie in der ersten Ausführungsform als
Software realisiert wird. Weil das Programm, welches im
Mikrokontroller 5 installiert ist, durch die selbe
Struktur realisiert werden kann, wie das der ersten
Ausführungsform, wird das Flussdiagramm des Programms
weggelassen.
Als nächstes wird der Betrieb beschrieben werden. Der
Phasenstrom, welcher durch den Wechselstrom-Gleichstrom-
Umwandlungsabschnitt 6 ermittelt wird, wird im
Integrierungsabschnitt 11 integriert, und die Grenzwerte
der Spitzenwerte der jeweiligen Phasenströme werden
durch den Motorstromgrenzwertberechnungsabschnitt 12
berechnet, wie in der ersten Ausführungsform
beschrieben.
Der d-axiale Zielstrom id* und der q-axiale Zielstrom
iq* werden umgewandelt in die Zielströme iu* und iv* in
Dreiphasen-AC-Koordinaten durch den
Koordinatenumwandlungsabschnitt 14.
Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, begrenzt
der Motorstromgrenzwert durch den
Motorstromgrenzwertberechnungsabschnitt 12 den
Spitzenwert des Dreiphasenwechselstroms. Deswegen werden
die gewünschten Ströme iu* und iv* in Dreiphasen-AC-
Koordinaten, welche koordinatenumgewandelt sind durch
den Koordinatenumwandlungsabschnitt 14, direkt
verglichen mit dem oben erwähnten Motorstromgrenzwert
und können auf vorgegebene Werte oder weniger begrenzt
werden. Deswegen sind die Spitzenwerte der Zielströme
iu* und iv* in Dreiphasen-AC-Koordinaten auf den
Motorstromgrenzwert oder weniger begrenzt, welcher durch
den Motorstromgrenzwertberechnungsabschnitt 12 berechnet
wird, durch den Motorstrombegrenzungsabschnitt 13.
Die jeweiligen verlangten Ströme auf den Dreiphasen-AC-
Koordinaten, deren Spitzenwerte begrenzt werden, werden
mit den detektierten Strömen der jeweiligen Phasen
verglichen und dann rückkopplungsgesteuert gemäß dem
Algorithmus, wie zum Beispiel P-Steuerung durch den
Stromsteuerungsabschnitt 7. Die Betriebswerte der
jeweiligen Stromsteuerungsabschnitte werden an den PWM-
Invertierer 4 gegeben und der PWM-Invertierer 4 PWM-
betreibt den Motor 1.
Folglich werden gemäß der zweiten Ausführungsform die
Spitzenwerte der jeweiligen Phasenströme in Dreiphasen-
AC-Koordinaten sanft begrenzt und ein angemessener
Überhitzungsschutz kann durchgeführt werden, ohne eine
rasche Änderung im Drehmoment nach sich zu ziehen.
Während in den oben beschriebenen ersten und zweiten
Ausführungsformen der maximale Strom auf der Basis des
Zeitmittelwertes des Phasenstroms begrenzt wird, kann
der maximale Wert auch auf der Basis eines vorher
festgelegten Schwellwerts und der Abweichung des
Phasenstroms graduell reduziert werden. In diesem Fall,
kann der Motorstrom begrenzt werden, um schnell zu sein,
wenn der Strom groß ist und langsam, wenn der Strom
klein ist, um damit fähig zu sein, einen geschickteren
Überhitzungsschutz durchzuführen.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, welches die Struktur einer
Motorensteuerungsvorrichtung gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bezugnehmend auf Fig. 8, werden die selben Teile wie die
in der ersten und zweiten Ausführungsform in Fig. 1 und
7 mit den selben Bezugszeichen bezeichnet und ihre
Beschreibung wird unterlassen. Als ein neues
Bezugszeichen, zeigt das Bezugszeichen 15 einen
Abweichungsberechnungsabschnitt, welcher eine Abweichung
zwischen dem Phasenstrom und dem a vorher festgelegten
Überhitzungsschutzbeurteilungsschwellwert berechnet und
in dem Mikrokontroller 5 als ein strukturelles Element
ausgestattet ist, welches in der ersten und zweiten
Ausführungsform als Software realisiert ist. Ebenso kann
ein Programm, welches im Mikrokontroller 5 installiert
ist, durch die selbe Struktur realisiert werden, wie das
in der ersten Ausführungsform und deswegen wird ein
Flussdiagramm des Programms weggelassen.
Als nächstes wird der Betrieb beschrieben werden. Der
Phasenstrom, welcher durch den Wechselstrom-Gleichstrom-
Umwandlungsabschnitt 6 detektiert wird, wird mit dem
vorher festgelegten Überstrom
Schutzbeurteilungsschwellwert verglichen und seine
Abweichung wird im Integrierungsabschnitt 11 integriert.
In diesem Beispiel können die Abweichungen berechnet und
zusammengezählt werden jeweils für positiv und negativ
gemäß den Flussrichtungen oder die Abweichung zwischen
dem absoluten Wert und dem oben erwähnten Schwellwert
können aufaddiert werden wie in der obigen ersten
Ausführungsform. Im folgenden werden die zulässigen
Grenzwerte der jeweiligen Phasenströme graduell
vergrößert oder verkleinert gemäß dem maximalen Wert des
integrierten Werts der oben erwähnten Abweichungen und
der Charakteristik, zum Beispiel gezeigt in Fig. 4, um
damit den Motorstrom zu begrenzen.
Wenn, ab dem oben erwähnten
Überhitzungsschutzbeurteilungsschwellwert ein Stromwert,
welcher zum Beispiel ständig zurückgeführt werden kann
(hierin als "kontinuierlich bewerteter Strom"
bezeichnet) gesetzt wird, fließt ein großer Strom in
einem kurzen Periode gemäß der Kurzzeitrate des Motors 1
oder des PWM-Invertierers 4 und der Motorstrom kann
sanft in den kontinuierlich bewerteten Strom konvergiert
werden gemäß dem Ansteuerungszustand.
Während in diesem Beispiel der maximale Strom graduell
auf der Basis des integrierten Wertes der Abweichung des
Phasenstrom und des vorher festgelegten
Überhitzungsschutzschwellwerts verkleinert wird, kann
der maximale Strom auch graduell auf der Basis des
integrierten Wertes der Abweichung der Leistungsfunktion
des Phasenstroms und des vorher festgelegten
Überhitzungsschutzschwellwerts vergrößert oder
verkleinert werden.
Da der Verlust des Motors 1 oder des PWM-Invertierers 4
im wesentlichen proportional zum Strom oder zum Quadrat
des Stroms ist, kann ein geeigneterer Überhitzungsschutz
durchgeführt werden.
Der selbe Effekt wird auch erhalten durch Anwendung
einer Konstruktion, in welcher der maximale Strom
graduell vergrößert oder verkleinert wird auf der Basis
des integrierten Werts der Leistungsfunktion der
Abweichung zwischen dem Phasenstrom und des gegebenen
Überhitzungsschutzschwellwerts.
Wie oben beschrieben, gemäß der vorliegenden Erfindung,
in der Steuerungsvorrichtung für den Mehrphasenmotor,
wird der Motorstrom begrenzt gemäß dem integrierten Wert
der vorher festgelegten Funktion des Phasenstroms, so
dass ein geeigneter Überhitzungsschutz durchgeführt
wird, während sich die Motorausgangscharakteristik sanft
im Laufe dex Zeit ändert.
Ebenso, da der Spitzenwert des Phasenstroms begrenzt
wird, gemäß dem integrierten Wert der vorher
festgelegten Funktion des Phasenstroms, wird ein
Überhitzungsschutz durchgeführt ohne eine Verzerrung des
Sinuswellenphasenstroms mit einzubeziehen.
Ferner, da der Motorstrom gemäß dem maximalen Wert von
integrierten Werten der vorher festgelegten Funktion der
jeweiligen Phasenströme begrenzt wird, kann eine Phase,
welche am meisten erhitzt wird, geschützt werden, ohne
das Gleichgewicht der Dreiphasen des Motorstroms zu
verlieren.
Ferner, da der d-axiale Strom, der q-axiale Strom oder
der Strom, welcher durch Vektor-Synthetisierung erhalten
wird, der d-axiale Strom und der q-axiale Strom wird
gemäß dem integrierten Wert der vorher festgelegten
Funktion des Phasenstroms begrenzt wird, wird geeigneter
Überhitzungsschutz selbst in dem Falle durchgeführt, in
dem der Mehrphasenmotor vektorgesteuert ist.
Weiterhin, da der Phasenwinkel, welcher durch die q-
Achse und dem Strom, der durch Vektor-Synthetisierung
erhalten wird, gebildet wird, der d-axiale Strom und der
q-axiale Strom vor und nach der Motorstromgrenze nicht
geändert wird, kann der Motorstrom begrenzt werden,
während die Rotationsgeschwindigkeit und der
Ausgangsdrehmoment in einer ausgewogenen Art und Weise
graduell reduziert werden.
Weiterhin, da der Phasenwinkel, welcher durch die q-
Achse und dem Strom, der durch Vektor-Synthetisierung
erhalten wird, gebildet wird, der d-axiale Strom und
der q-axiale Strom vor und nach der Motorstromgrenze
geändert wird und dem d-axialen Strom wird erlaubt mit
Priorität zu fließen, nachdem der Motorstrom begrenzt
wird, im Vergleich zu dem Zustand in welchem der
Motorstrom noch nicht begrenzt wird, ist es geeignet,
wenn die Rotationsgeschwindigkeit und nicht dem
Drehmoment Priorität gegeben wird.
Weiterhin, da der Phasenwinkel, welcher durch die q-
Achse und den Strom, der durch Vektor-Synthetisierung
des d-axialen Stroms und des q-axialen Stroms erhalten
wird, gebildet wird, vor und nach der Motorstromgrenze
geändert wird und der q-axiale Strom darf mit Priorität
fließen nachdem der Motorstrom begrenzt wird, verglichen
mit dem Zustand, in welchem der Motorstrom ist noch
nicht begrenzt wird, ist es geeignet, wenn dem
Drehmoment und nicht der Rotationsgeschwindigkeit
Priorität gegeben wird.
Weiterhin, da der maximale Wert des Motorstroms gemäß
dem integrierten Wert der Leistungsfunktion des
Phasenstroms begrenzt wird, wird der Motorstrom schnell
begrenzt zu der Zeit eines großen Stroms und langsam zur
Zeit eines kleinen Stroms, wodurch ein praktischerer
Überhitzungsschutz durchgeführt wird.
Weiterhin, da der maximale Wert des Motorstroms gemäß
dem integrierten Wert der Abweichung zwischen dem
Phasenstrom und dem vorher festgelegten Schwellwert
begrenzt wird, wird der Motorstrom schnell begrenzt zu
der Zeit eines großen Stroms und langsam zu der Zeit
eines kleinen Stroms, wodurch ein praktischerer
Überhitzungsschutz durchgeführt wird.
Weiterhin, da der maximale Wert des Motorstroms gemäß
dem integrierten Wert der Abweichung zwischen der
Leistungsfunktion des Phasenstroms und dem gegebenen
Schwellwert begrenzt wird, wird der Motorstrom schnell
begrenzt zu der Zeit eines großen Stroms und langsam zur
Zeit eines kleinen Stroms, wodurch ein praktischerer
Überhitzungsschutz durchgeführt wird.
Weiterhin, da der maximale Wert des Motorstroms gemäß
dem integrierten Wert der Leistungsfunktion der
Abweichung zwischen dem Phasenstrom und dem gegebenen
Schwellwert begrenzt wird, wird der Motorstrom schnell
begrenzt zur Zeit eines großen Stroms und langsam zur
Zeit eines kleinen Stroms, wodurch ein praktischerer
Überhitzungsschutz durchgeführt wird.
Weiterhin, da die Leistungsfunktion gemäß der
polynomialen Approximation berechnet wird, kann der
Berechnungsaufwand reduziert werden.
Weiterhin, da die Leistungsfunktion in bezug auf eine
Tabelle berechnet wird, kann der Berechnungsaufwand
reduziert werden.
Weiterhin, da die Leistungsfunktion unabhängig in den
Phasenstromflussrichtungen berechnet wird, wird der
geeignete Überhitzungsschutz gemäß der
Stromflussrichtungen durchgeführt.
Weiterhin, da der absolute Wert des Phasenstroms, kann
der Berechnungsaufwand reduziert werden.
Weiterhin, da die Leistungsfunktion gemäß dem
ermittelten Wert des Phasenstroms berechnet wird, wird
geeigneterer Überhitzungsschutz durchgeführt.
Weiterhin, da die Leistungsfunktion berechnet wird gemäß
der Leistungsfunktion berechnet wird gemäß dem Zielwert
des Phasenstroms, kann die vorliegende Erfindung ebenso
auf eine Motorsteuerungsvorrichtung angewendet werden,
welche keinen Phasenstromdetektierungsschaltkreis hat,
wie zum Beispiel ein offener Regelkreis (open-loop
control).
Die vorangehende Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen der Erfindung wurde zum Zweck der
Illustration und Beschreibung dargelegt. Es ist nicht
beabsichtigt erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf
die genau offenbarte Ausführung zu beschränken und
Modifikationen und Variationen sind im Lichte der obigen
Lehren möglich oder können durch Anwendung der Erfindung
angeeignet werden. Die Ausführungsformen wurden gewählt
und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung uni
ihre praktische Anwendung zu erläutern, um einem
Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung in
verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen
Modifikationen zu verwenden, so wie sich diese für den
bestimmten Anwendungszweck eignen. Es ist beabsichtigt,
dass der Umfang der Erfindung durch die hier angefügten
Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
Claims (20)
1. Eine Motorsteuerungsvorrichtung für einen
Mehrphasenmotor mit:
einen Ansteuerschaltkreis (4), um den Mehrphasenmotor (1) anzusteuern und einen Mikrokontroller (5), um den Ansteuerschaltkreis (4) zu steuern, wobei der Mikrokontroller (5) einen Motorstrom gemäß einem integrierten Wert einer vorher festgelegten Funktion eines Phasenstroms begrenzt.
einen Ansteuerschaltkreis (4), um den Mehrphasenmotor (1) anzusteuern und einen Mikrokontroller (5), um den Ansteuerschaltkreis (4) zu steuern, wobei der Mikrokontroller (5) einen Motorstrom gemäß einem integrierten Wert einer vorher festgelegten Funktion eines Phasenstroms begrenzt.
2. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der
Mikrokontroller (5) einen Spitzenwert des Phasenstroms
gemäß einem integrierten Wert einer vorher
festgelegten Funktion eines Phasenstroms begrenzt.
3. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der
Mikrokontroller (5) den Motorstrom gemäß einem
maximalen Wert der gegebenen funktional integrierten
Werte der jeweiligen Phasenströme begrenzt.
4. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der
Mikrokontroller (5) einen d-axialen Strom gemäß einem
integrierten Wert einer vorher festgelegten Funktion
eines Phasenstroms integriert.
5. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der
Mikrokontroller (5) einen q-axialen Strom gemäß einem
integrierten Wert einer vorher festgelegten Funktion
eines Phasenstroms begrenzt.
6. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der
Mikrokontroller (5) einen Strom begrenzt, welcher
durch Vektorsynthetisierung eines d-axialen Stroms und
eines q-axialen Stroms gemäß einem integrierten Wert
einer vorher festgelegten Funktion eines Phasenstroms
erhalten wird.
7. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der
Mikrokontroller (5) einen Phasenwinkel (θ) nicht
ändert, welcher durch die q-Achse und den Strom, der
durch Vektorsynthetisierung des d-axialen Stroms und
des q-axialen Stroms vor und nach dem der Motorstrom
begrenzt wird, erhalten wird.
8. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der
Mikrokontroller (5) den Phasenwinkel (θ) ändert,
welcher durch die q-Achse und den Strom gebildet wird,
der durch Vektorsynthetisierung des d-axialen Stroms
und des q-axialen Stroms vor und nachdem der
Motorstrom begrenzt wird, erhalten wird.
9. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei,
nachdem der Motorstrom begrenzt wird, der
Mikrokontroller (5) den Phasenwinkel (A) ändert,
welcher durch die q-Achse und den Strom gebildet wird,
der durch Vektorsynthetisierung des d-axialen Stroms
und des q-axialen Stroms erhalten wird, um zuzulassen,
dass der d-axiale Strom in Priorität fließt im
Vergleich mit dem Zustand, in welchem der Motorstrom
noch nicht begrenzt wird.
10. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei,
nachdem der Motorstrom begrenzt wird, der
Mikrokontroller (5) den Phasenwinkel (6) ändert,
welcher durch die q-Achse und dem Strom gebildet wird,
der durch Vektorsynthetisierung des d-axialen Stroms
und des q-axialen Strom erhalten wird, um zuzulassen,
dass der q-axiale Strom in Priorität fließt im
Vergleich mit dem Zustand, in welchem der Motorstrom
noch nicht begrenzt wird.
11. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
der Mikrokontroller (5) den Motorstrom gemäß einem
integrierten Wert einer Leistungsfunktion des
Phasenstroms begrenzt.
12. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
der Mikrokontroller (5) den Motorstrom gemäß dem
integrierten Wert einer Abweichung zwischen dem
Phasenstrom und einem vorher festgelegten Schwellwert
begrenzt.
13. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
der Mikrokontroller (5) den Motorstrom gemäß dem
integrierten Wert einer Abweichung zwischen der
Leistungsfunktion des Phasenstroms und einem vorher
festgelegten Schwellwert begrenzt.
14. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
der Mikrokontroller (5) den Motorstrom gemäß dem
integrierten Wert der Leistungsfunktion einer
Abweichung zwischen dem Phasenstrom und einem vorher
festgelegten Schwellwert begrenzt.
15. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei
der Mikrokontroller (5) die Leistungsfunktion durch
polynomiale Approximation berechnet.
16. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei
der Mikrokontroller (5) die Leistungsfunktion durch
Referenz auf eine Tabelle berechnet.
17. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
der Mikrokontroller (5) die Berechnung gemäß der
Phasenstromflussrichtung unabhängig durchführt.
18. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
der Mikrokontroller (5) die Berechnung gemäß einem
absoluten Wert des Phasenstroms durchführt.
19. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
der Mikrokontroller (5) die Berechnung gemäß einem
ermittelten Wert des Phasenstroms durchführt.
20. Motorsteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
der Mikrokontroller (5) die Berechnung gemäß einem
Zielwert des Phasenstroms durchführt.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R009 | Remittal by federal patent court to dpma for new decision or registration | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20141121 |
|
R071 | Expiry of right |