DE102016113159A1

DE102016113159A1 - Von Störungen unbeeinflusste Stromerfassungsschaltung

Info

Publication number: DE102016113159A1
Application number: DE102016113159.8A
Authority: DE
Inventors: Kunio TSUCHIDA; Taku Sasaki
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2036-07-19
Also published as: CN205992014U; CN106370911A; CN106370911B; US10006947B2; JP6254977B2; US20170023623A1; JP2017028859A; DE102016113159B4

Abstract

Eine Stromerfassungsschaltung 1 umfasst einen ersten Widerstand 11-1 und einen zweiten Widerstand 11-2, die im selben Strompfad angeordnet sind und denselben Widerstandswert haben, eine erste Signalübertragungseinheit 12-1, die ein das Potenzial auf einer ersten Klemmenseite des ersten Widerstands 11-1 repräsentierendes Signal überträgt, eine zweite Signalübertragungseinheit 13-1, die ein das Potenzial auf einer zweiten Klemmenseite des ersten Widerstands 11-1 repräsentierendes Signal überträgt, eine dritte Signalübertragungseinheit 12-2, die ein das Potenzial auf einer ersten Klemmenseite des zweiten Widerstands 11-2 repräsentierendes Signal überträgt, eine vierte Signalübertragungseinheit 13-2, die ein das Potenzial auf einer zweiten Klemmenseite des zweiten Widerstands 11-2 repräsentierendes Signal überträgt, eine erste Differenzoperationseinheit 14-1, die eine Differenz zwischen dem von der ersten Signalübertragungseinheit 12-1 übertragenen Signal und dem von der zweiten Signalübertragungseinheit 13-1 übertragenen Signal ermittelt, eine zweite Differenzoperationseinheit 14-2, die eine Differenz zwischen dem von der dritten Signalübertragungseinheit 12-2 übertragenen Signal und dem von der vierten Signalübertragungseinheit 13-2 übertragenen Signal ermittelt, und eine Addiereinheit 15, die das erste Differenzialsignal der ersten Differenzoperationseinheit 14-1 und das zweite Differenzialsignal der zweiten Differenzoperationseinheit 14-2 addiert. Die erste Signalübertragungseinheit 12-1 und die vierte Signalübertragungseinheit 13-2 sowie die zweite Signalübertragungseinheit 13-1 und die dritte Signalübertragungseinheit 12-2 sind in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromerfassungsschaltung, die einen durch den Strompfad einer Motorantriebsvorrichtung fließenden Strom erfasst.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In einer Motorantriebsvorrichtung, die Motoren in einer Werkzeugmaschine, einer Industriemaschine, einer Schmiedemaschine, einer Spritzgussmaschine oder verschiedenen Robotern antreibt, wird ein eingespeister Wechselstrom von einer Wechselstrom-Versorgungsseite von einem Gleichrichter vorübergehend in Gleichstrom umgewandelt, der von einem Wechselrichter wieder in Wechselstrom umgewandelt wird. Der Wechselstrom erbringt die Antriebsleistung für die Motoren.
4 zeigt einen Schaltplan, der allgemein eine Motorantriebsvorrichtung darstellt. In beispielsweise einer Motorantriebsvorrichtung 100, die einen Drei-Phasen-Wechselstrommotor 200 antreibt, wird an der Gleichstrom-Einspeiseseite eines Wechselrichters 51 eine Gleichspannung von einer Gleichstromversorgung angelegt und ein Drei-Phasen-Wechselstrom zum Antreiben des Motors 200 ausgegeben. Auf der Gleichstrom-Einspeiseseite des Wechselrichters 51 befindet sich ein Glättungskondensator 53. Ein Umrichter (Gleichrichter), der einen eingespeisten Wechselstrom von einer kommerziellen Wechselstromversorgung in einen Gleichstrom umwandelt und den Gleichstrom ausgibt, ist zwar nicht gesondert dargestellt, befindet sich aber im Allgemeinen an der Gleichstrom-Einspeiseseite des Wechselrichters 51.
Der Wechselrichter 51 ist als H-Brückenwechselrichter mit oberen und unteren Armen implementiert, die jeweils mit Schaltelementen S_u1, S_v1, S_w1, S_u2, S_v2 und S_w2 versehen sind, einschließlich einer inversen Parallelschaltung, die aus Rücklaufdioden besteht. Genauer gesagt wird durch die Schaltelemente S_u1 und S_u2 der Phase u eine Reihenschaltung ausgebildet, eine weitere Reihenschaltung wird durch die Schaltelemente S_v1 und S_v2 der Phase v ausgebildet und noch eine Reihenschaltung wird durch die Schaltelemente S_w1 und S_w2 der Phase w ausgebildet. Von einer Stromregeleinheit 52 wird an den Gattern der Schaltelemente S_u1, S_v1, S_w1, S_u2, S_v2 und S_w2 ein Gattertreiberbefehl G_u1, G_v1, G_w1, G_u2, G_v2 bzw. G_w2 bereitgestellt und für die EIN-/AUS-Steuerung der Schaltelemente S_u1, S_v1, S_w1, S_u2, S_v2 bzw. S_w2 verwendet. Mit diesem Vorgang wandelt der Wechselrichter 51 von der Gleichstrom-Einspeiseseite eingespeisten Gleichstrom in einen Wechselstrom mit gewünschten Frequenzen und Spannungen zum Antreiben eines Drei-Phasen-Wechselstrommotors um.
Die Stromregeleinheit 52 erzeugt die Gattertreiberbefehle G_u1, G_v1, G_w1, G_u2, G_v2 und G_w2 auf der Grundlage eines Eingangsstrombefehls und eines Regelwerts für einen Wechselstrom, der von dem Wechselrichter 51 in den Motor 200 fließt. Der von dem Wechselrichter 51 in den Motor 200 fließende Wechselstrom wird von einer Stromerfassungsschaltung 1001 erfasst. Zum Erzeugen von für die präzise Regelung des Motors 200 angemessenen Gattertreiberbefehlen G_u1, G_v1, G_w1, G_u2, G_v2 und G_w2 ist es wichtig, die vorstehend genannte Stromregelung unter Verwendung eines erfassten Stromwerts durchzuführen, der von der Stromerfassungsschaltung 1001 mit hoher Genauigkeit erfasst wird.
Ein Stromerfassungsverfahren für die Stromerfassungsschaltung bedient sich einer Shunt-Widerstandsschaltung, in der ein Widerstand (Shunt-Widerstand) in einen Strompfad zur Stromerfassung eingesetzt wird und eine Spannung, die an den beiden Enden des Widerstands erzeugt wird, wenn ein Strom durch den Widerstand fließt, erkannt wird, um einen Stromwert auf der Grundlage dieser Spannung zu erhalten, wie beispielsweise in der nicht geprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-14252 offenbart. Ein Shunt-Widerstand wird zum Umwandeln eines Stromwerts in dem Shunt-Widerstand in eine Spannung an den beiden Enden des Shunt-Widerstands verwendet und die Spannung an den beiden Enden wird in Form eines analogen Differenzialsignals an eine Rechenschaltung übertragen. Aufgrund der negativen Wirkung von externen Störungen auf der Übertragungsleitung variiert das analoge Differenzialsignal und senkt so die Genauigkeit der Stromerfassung. Zu Beispielen von externen Störungen kann die elektromagnetische Induktion gehören. Bei der elektromagnetischen Induktion verursacht ein Magnetfluss, der durch Stromschwankungen innerhalb eines bestimmten Strompfads erzeugt wird, Potenzialunterschiede um den Strompfad. Je größer die Schwankungen des durch einen Strompfad fließenden Stroms, der als Störquelle fungiert, ist oder je kleiner der Abstand zu einem Strompfad ist, der als Störquelle fungiert, desto höher ist das auf dem Strompfad durch elektromagnetische Induktion erzeugte Störniveau. Da insbesondere eine Motorantriebsvorrichtung Strompfade enthält, auf denen erhebliche Stromschwankungen auftreten, die zu Störungen aufgrund von elektromagnetischer Induktion führen, ist häufig in der Nähe jedes derartigen Strompfads eine Stromerfassungsschaltung angeordnet, die einen durch einen Motor fließenden Strom erfasst. Deshalb ist es wichtig, eine Stromerfassungsschaltung zu entwerfen, die einen durch einen Motor fließenden Strom unbeeinflusst von Störungen aufgrund von elektromagnetischer Induktion, die in solchen Strompfaden erzeugt wird, erfasst.
In einer Stromerfassungsschaltung der Shunt-Widerstandsschaltung wird ein Verfahren zur Senkung der negativen Wirkung von externen Störungen verwendet, bei dem Differenzialsignalleitungen in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind. 5 zeigt einen Schaltplan zur Erklärung eines allgemeinen Verfahrens zur Senkung der negativen Wirkung von externen Störungen in einer Stromerfassungsschaltung einer herkömmlichen Shunt-Widerstandsschaltung. Eine Stromerfassungsschaltung 1001 der allgemeinen Shunt-Widerstandsschaltung enthält einen Shunt-Widerstand 61, eine Differenzoperationseinheit 63 und Übertragungsleitungen 62-1 und 62-2. Der Shunt-Widerstand 61 ist zur Stromerfassung in einem Strompfad angeordnet. Die Differenzoperationseinheit 63 enthält eine Differenzialeingangs- und -ausgangsklemme an der Stromeingangs- bzw. -ausgangsseite des Shunt-Widerstands 61. Die Übertragungsleitungen 62-1 und 62-2 verbinden die Stromeingangs- bzw. -ausgangsklemme des Shunt-Widerstands 61 mit der positiven und negativen Eingangsklemme der Differenzoperationseinheit 63. Wenn die Übertragungsleitungen 62-1 und 62-2 in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind, werden die Übertragungsleitungen 62-1 und 62-2 auf ähnliche Weise negativ von externen Störungen, die von einer externen Störquelle 300 erzeugt werden, beeinflusst (Bezugsziffer 301 in 5 gibt die Wellenform der Störkomponenten an). Allerdings werden Signale, die jeweils über die Übertragungsleitungen 62-1 und 62-2 übertragen werden, an der positiven Eingangsklemme (+) bzw. der negativen Eingangsklemme (–) der Differenzoperationseinheit 63 eingespeist und Störkomponenten jedes Signals werden durch die Differenzoperation der Differenzoperationseinheit 63 ausgelöscht, sodass die negative Wirkung der normalen Störungen verschwindet. Unter Bezugnahme auf 5 gibt Bezugsziffer 401 die Wellenform eines von der Differenzoperationseinheit 63 ausgegebenen Signals an.
6 zeigt einen Schaltplan zur Erklärung der negativen Wirkung externer Störungen, wenn die Übertragungsleitungen, die die Stromeingangs- und -ausgangsklemme des Shunt-Widerstands mit der positiven bzw. negativen Eingangsklemme einer Differenzoperationseinheit verbinden, in einer Stromerfassungsschaltung der herkömmlichen Shunt-Widerstandsschaltung nicht in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind. Wenn eine Übertragungsleitung 62-1, die die Stromeingangsklemme eines Shunt-Widerstands 61 mit der positiven Eingangsklemme (+) der Differenzoperationseinheit 63 verbindet und eine Übertragungsleitung 62-2, die die Stromausgangsklemme eines Shunt-Widerstands 61 mit der negativen Eingangsklemme (–) der Differenzoperationseinheit 63 verbindet, nicht in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind, ist die negative Wirkung externer Störungen zwischen den Übertragungsleitungen 62-1 und 62-2 unterschiedlich (unter Bezugnahme auf 6 gibt die Bezugsziffer 302 die Wellenform der Störkomponenten an). Störkomponenten von Signalen, die jeweils über die Übertragungsleitungen 62-1 und 62-2 übertragen werden, werden in Abhängigkeit von der von der Differenzoperationseinheit 63 ausgeübten Differenzoperation möglicherweise nicht ausgelöscht und die negative Wirkung externer Störungen kann somit in einem von der Differenzoperationseinheit 63 ausgegebenen Signal erhalten bleiben. Unter Bezugnahme auf 6 gibt Bezugsziffer 402 die Wellenform eines von der Differenzoperationseinheit 63 ausgegebenen Signals an.
Wie vorstehend beschrieben sind Übertragungsleitungen, die die Stromeingangs- und -ausgangsklemme des Shunt-Widerstands mit der positiven bzw. negativen Eingangsklemme einer Differenzoperationseinheit verbinden, in einer Stromerfassungsschaltung der Shunt-Widerstandsschaltung zur Senkung der negativen Wirkung von externen Störungen zweckmäßigerweise in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet.
Leider ist es in der Praxis schwierig, diese Übertragungsleitungen in unmittelbarer Nähe zueinander anzuordnen. Insbesondere Übertragungsleitungen in der Nähe des Shunt-Widerstands und Übertragungsleitungen in der Nähe der Differenzoperationseinheit können aufgrund von Faktoren, die mit den physikalischen Strukturen des Shunt-Widerstands und der Differenzoperationseinheit zusammenhängen, möglicherweise nicht in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet werden. Aus diesem Grund werden Störkomponenten von Signalen, die jeweils über die Übertragungsleitungen übertragen werden, in Abhängigkeit von der von der Differenzoperationseinheit ausgeübten Differenzoperation möglicherweise nicht ausgelöscht und die negative Wirkung externer Störungen kann somit in einem von der Differenzoperationseinheit ausgegebenen Signal erhalten bleiben. Insbesondere eine Motorantriebsvorrichtung enthält eine große Anzahl Strompfade, die hohe Ströme führen, sodass Störungen aufgrund von elektromagnetischer Induktion eine erhebliche negative Wirkung haben. Wenn ein von einer Stromerfassungsschaltung erfasster Stromwert die negative Wirkung externer Störungen enthält, kann eine Motorantriebsvorrichtung, die den erfassten Stromwert zur Regelung verwendet, keine angemessenen Gattertreiberbefehle erzeugen und somit keine präzise Motorregelung erreichen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der vorstehend genannten Probleme ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Stromerfassungsschaltung der Shunt-Widerstandsschaltung, die einen durch den Strompfad einer Motorantriebsvorrichtung fließenden Strom unbeeinflusst von externen Störungen präzise erfasst.
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe enthält eine Stromerfassungsschaltung, die einen durch den Strompfad einer Motorantriebsvorrichtung fließenden Strom erfasst, einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, die im selben Strompfad angeordnet sind und denselben Widerstandswert haben, eine erste Signalübertragungseinheit, die ein das Potenzial auf der ersten Klemmenseite des ersten Widerstands repräsentierendes Signal überträgt, eine zweite Signalübertragungseinheit, die ein das Potenzial auf der zweiten Klemmenseite des ersten Widerstands repräsentierendes Signal überträgt, eine dritte Signalübertragungseinheit, die ein das Potenzial auf der ersten Klemmenseite des zweiten Widerstands repräsentierendes Signal überträgt, eine vierte Signalübertragungseinheit, die ein das Potenzial auf der zweiten Klemmenseite des zweiten Widerstands repräsentierendes Signal überträgt, eine erste Differenzoperationseinheit, die zum Erhalt eines ersten Differenzialsignals eine Differenz zwischen dem von der ersten Signalübertragungseinheit übertragenen Signal und dem von der zweiten Signalübertragungseinheit übertragenen Signal ermittelt, eine zweite Differenzoperationseinheit, die zum Erhalt eines zweiten Differenzialsignals eine Differenz zwischen dem von der dritten Signalübertragungseinheit übertragenen Signal und dem von der vierten Signalübertragungseinheit übertragenen Signal ermittelt, und eine Addiereinheit, die zum Erhalt eines Additionssignals das erste Differenzialsignal und das zweite Differenzialsignal addiert, wobei die erste Signalübertragungseinheit und die vierte Signalübertragungseinheit in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind und die zweite Signalübertragungseinheit und die dritte Signalübertragungseinheit in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind.
Der erste Widerstand und der zweite Widerstand, die erste Signalübertragungseinheit und die vierte Signalübertragungseinheit, die zweite Signalübertragungseinheit und die dritte Signalübertragungseinheit sowie die erste Differenzoperationseinheit und die zweite Differenzoperationseinheit können auf jeweiligen Flächen einer gedruckten Schaltung in planarer Symmetrie bezüglich der gedruckten Schaltung angeordnet sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verstanden:
1 zeigt eine schematische Darstellung, in der eine Stromerfassungsschaltung gemäß einer Ausführungsform schematisch dargestellt ist;
2 zeigt einen Schaltplan, in dem die in 1 dargestellte Stromerfassungsschaltung dargestellt ist;
3 zeigt eine Darstellung zur Erklärung des Funktionsprinzips der erfindungsgemäßen Stromerfassungsschaltung;
4 zeigt einen Schaltplan, der allgemein eine Motorantriebsvorrichtung darstellt;
5 zeigt einen Schaltplan zur Erklärung eines allgemeinen Verfahrens zur Senkung der negativen Wirkung von externen Störungen in einer Stromerfassungsschaltung einer herkömmlichen Shunt-Widerstandsschaltung; und
6 zeigt einen Schaltplan zur Erklärung der negativen Wirkung externer Störungen, wenn die Übertragungsleitungen, die die Stromeingangs- und -ausgangsklemme des Shunt-Widerstands mit der positiven bzw. negativen Eingangsklemme einer Differenzoperationseinheit verbinden, in einer Stromerfassungsschaltung der herkömmlichen Shunt-Widerstandsschaltung nicht in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind.
GENAUE BESCHREIBUNG
Eine von Störungen unbeeinflusste Stromerfassungsschaltung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Zeichnungen oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
1 zeigt eine schematische Darstellung, in der eine Stromerfassungsschaltung gemäß einer Ausführungsform schematisch dargestellt ist und 2 zeigt einen Schaltplan, in dem die in 1 dargestellte Stromerfassungsschaltung dargestellt ist. Dieselbe Bezugsziffer in verschiedenen Zeichnungen gibt hier Komponenten mit denselben Funktionen an.
In einer Stromerfassungsschaltung 1 gemäß der Ausführungsform sind entsprechende Komponenten auf jeweiligen Flächen einer gedruckten Schaltung in planarer Symmetrie bezüglich der gedruckten Schaltung angeordnet, wobei Einzelheiten später erläutert werden. In 1 sind Komponenten, die auf der oberen Fläche einer gedruckten Schaltung angeordnet sind, mit durchgehenden Linien dargestellt, gestrichelte Linien bezeichnen Komponenten, die auf der unteren Fläche der gedruckten Schaltung angeordnet sind. Zur Vereinfachung ist die gedruckte Schaltung nicht in 1 dargestellt. Da die Begriffe „obere Fläche” und „untere Fläche” bezüglich der gedruckten Schaltung nur aus Gründen der Zweckmäßigkeit verwendet werden, kann in 1 eine Fläche mit Komponenten, die mit durchgehenden Linien dargestellt sind, auch als „untere Fläche” bezeichnet werden und eine Fläche mit Komponenten, die mit gestrichelten Linien dargestellt sind, auch als „obere Fläche” bezeichnet werden. 2 ist eine vereinfachte Darstellung der in 1 gezeigten Stromerfassungsschaltung 1 in einem planaren Schaltplan. In einem durch 1 und 2 dargestellten Beispiel fließt ein Strom von einem ersten Widerstand 11-1 zu einem zweiten Widerstand 11-2. Selbst wenn jedoch ein Strom von dem zweiten Widerstand 11-2 zu dem ersten Widerstand 11-1 fließt, kann die Stromerfassungsschaltung 1 den Strom in Übereinstimmung mit demselben Prinzip erfassen.
Die Stromerfassungsschaltung 1 gemäß der Ausführungsform enthält den ersten Widerstand 11-1, den zweiten Widerstand 11-2, eine erste Signalübertragungseinheit 12-1, eine zweite Signalübertragungseinheit 13-1, eine dritte Signalübertragungseinheit 12-2, eine vierte Signalübertragungseinheit 13-2, eine erste Differenzoperationseinheit 14-1, eine zweite Differenzoperationseinheit 14-2 und eine Addiereinheit 15.
Der erste Widerstand 11-1 und der zweite Widerstand 11-2 befinden sich auf demselben Strompfad zur Stromerfassung und haben denselben Widerstandswert.
Die erste Signalübertragungseinheit 12-1 dient als Signalleitung, auf der ein das Potenzial auf der ersten Klemmenseite des ersten Widerstands 11-1 repräsentierendes Signal übertragen wird.
Die zweite Signalübertragungseinheit 13-1 dient als Signalleitung, auf der ein das Potenzial auf der zweiten Klemmenseite des ersten Widerstands 11-1 repräsentierendes Signal übertragen wird.
Die dritte Signalübertragungseinheit 12-2 dient als Signalleitung, auf der ein das Potenzial auf der ersten Klemmenseite des zweiten Widerstands 11-2 repräsentierendes Signal übertragen wird.
Die vierte Signalübertragungseinheit 13-2 dient als Signalleitung, auf der ein das Potenzial auf der zweiten Klemmenseite des zweiten Widerstands 11-2 repräsentierendes Signal übertragen wird.
Die erste Differenzoperationseinheit 14-1 ermittelt zum Erhalt eines ersten Differenzialsignals die Differenz zwischen dem von der ersten Signalübertragungseinheit 12-1 übertragenen Signal und dem von der zweiten Signalübertragungseinheit 13-1 übertragenen Signal.
Die zweite Differenzoperationseinheit 14-2 ermittelt zum Erhalt eines zweiten Differenzialsignals die Differenz zwischen dem von der dritten Signalübertragungseinheit 12-2 übertragenen Signal und dem von der vierten Signalübertragungseinheit 13-2 übertragenen Signal.
Die Addiereinheit 15 addiert zum Erhalt eines Additionssignals das erste Differenzialsignal der ersten Differenzoperationseinheit 14-1 und das zweite Differenzialsignal der zweiten Differenzoperationseinheit 14-2. Die Stromerfassungsschaltung 1 sendet das Additionssignal als ein Signal, das den durch den Strompfad fließenden Strom repräsentiert, an eine nachfolgende Schaltung (nicht dargestellt, z. B. eine Stromregeleinheit der Motorantriebsvorrichtung).
In dieser Ausführungsform sind die erste Signalübertragungseinheit 12-1 und die vierte Signalübertragungseinheit 13-2 in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet und die zweite Signalübertragungseinheit 13-1 und die dritte Signalübertragungseinheit 12-2 sind in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet. Genauer gesagt sind die erste Signalübertragungseinheit 12-1 und die vierte Signalübertragungseinheit 13-2 auf jeweiligen Flächen einer gedruckten Schaltung in planarer Symmetrie bezüglich der gedruckten Schaltung angeordnet. Entsprechend sind die zweite Signalübertragungseinheit 13-1 und die dritte Signalübertragungseinheit 12-2 auf jeweiligen Flächen der gedruckten Schaltung in planarer Symmetrie bezüglich der gedruckten Schaltung angeordnet.
Weiterhin sind der erste Widerstand 11-1 und der zweite Widerstand 11-2 auf jeweiligen Flächen der gedruckten Schaltung in planarer Symmetrie bezüglich der gedruckten Schaltung angeordnet. In dieser Anordnung sind der erste Widerstand 11-1 und der zweite Widerstand 11-2 ebenfalls in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet. Entsprechend sind die erste Differenzoperationseinheit 14-1 und die zweite Differenzoperationseinheit 14-2 auf jeweiligen Flächen der gedruckten Schaltung in planarer Symmetrie bezüglich der gedruckten Schaltung angeordnet. In dieser Anordnung sind die erste Differenzoperationseinheit 14-1 und die zweite Differenzoperationseinheit 14-2 ebenfalls in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet.
Wie vorstehend beschrieben sind der erste Widerstand 11-1 und der zweite Widerstand 11-2, die erste Signalübertragungseinheit 12-1 und die vierte Signalübertragungseinheit 13-2, die zweite Signalübertragungseinheit 13-1 und die dritte Signalübertragungseinheit 12-2 sowie die erste Differenzoperationseinheit 14-1 und die zweite Differenzoperationseinheit 14-2 auf jeweiligen Flächen der gedruckten Schaltung in planarer Symmetrie bezüglich der gedruckten Schaltung angeordnet. Mit anderen Worten wird auf der oberen Fläche der gedruckten Schaltung eine erste Differenzialsignal-Übertragungsschaltung 10-1 (siehe 1 und durchgehende Linien in 3 (wird später beschrieben)) mit dem ersten Widerstand 11-1, der ersten Signalübertragungseinheit 12-1, der zweiten Signalübertragungseinheit 13-1 und der ersten Differenzoperationseinheit 14-1 ausgebildet und auf der unteren Fläche der gedruckten Schaltung eine zweite Differenzialsignal-Übertragungsschaltung 10-2 (siehe 1 und gestrichelte Linien in 3 (wird später beschrieben)) mit dem zweiten Widerstand 11-2, der dritten Signalübertragungseinheit 12-2, der vierten Signalübertragungseinheit 13-2 und der zweiten Differenzoperationseinheit 14-2 ausgebildet. In einer solchen Anordnung sind die zweite Differenzialsignal-Übertragungsschaltung 10-1 und die zweite Differenzialsignal-Übertragungsschaltung 10-2 auf jeweiligen Flächen der gedruckten Schaltung in planarer Symmetrie bezüglich der gedruckten Schaltung und mit umgekehrter Signalpolarität zueinander angeordnet. Da eine gedruckte Schaltung im Allgemeinen eine Dicke von etwa mehreren Millimetern aufweist, können die erste Differenzialsignal-Übertragungsschaltung 10-1 und die zweite Differenzialsignal-Übertragungsschaltung 10-2, die an den zwei Flächen der gedruckten Schaltung angeordnet sind, als in ausreichend unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet betrachtet werden. Der Stand der Technik lässt aufgrund von Faktoren, die mit den physikalischen Strukturen des Shunt-Widerstands und der Differenzoperationseinheit zusammenhängen, insbesondere nicht zu, dass Übertragungsleitungen in der Nähe des Shunt-Widerstands und Übertragungsleitungen in der Nähe der Differenzoperationseinheit in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet werden, mit der vorliegenden Erfindung wird jedoch eine solche nahe Konfiguration dadurch erreicht, dass zusätzlich der erste Widerstand 11-1 und der zweite Widerstand 11-2 sowie die erste Differenzoperationseinheit 14-1 und die zweite Differenzoperationseinheit 14-2 auf jeweiligen Flächen der gedruckten Schaltung in planarer Symmetrie bezüglich der gedruckten Schaltung angeordnet sind. Dies wiederum führt zu einer genaueren Stromerfassung.
3 zeigt eine Darstellung zur Erklärung des Funktionsprinzips der erfindungsgemäßen Stromerfassungsschaltung. Unter Bezugnahme auf 3 ist zu 1 eine Darstellung der Spannungs- und Widerstandswerte jeder Einheit hinzugefügt. Wie in 1 sind in 3 Komponenten, die auf der oberen Fläche einer gedruckten Schaltung angeordnet sind, mit durchgehenden Linien dargestellt, gestrichelte Linien bezeichnen Komponenten, die auf der unteren Fläche der gedruckten Schaltung angeordnet sind. Zur Vereinfachung ist die gedruckte Schaltung nicht in 3 dargestellt.
Der erste Widerstand 11-1 und der zweite Widerstand 11-2 haben denselben Widerstandswert, der in beiden Fällen als ”R/2” definiert ist. Da sich der erste Widerstand 11-1 und der zweite Widerstand 11-2 auf demselben Strompfad befinden, fließt der Strom, der durch den ersten Widerstand 11-1 fließt, auch durch den zweiten Widerstand 11-2. Durch den ersten Widerstand 11-1 und den zweiten Widerstand 11-2 fließen gleich hohe Ströme, die jeweils einen Spannungswert ”V_i/2” erzeugen. Mit anderen Worten fließen durch den ersten Widerstand 11-1 und den zweiten Widerstand 11-2 gleich hohe Ströme, die eine Gesamtspannung ”V” erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt enthält die Spannung keine Störkomponenten, die von der externen Störquelle 300 abgeleitet sind.
In dem in 3 dargestellten Beispiel wird angenommen, dass sich die externe Störquelle 300 näher an einem Paar aus erster Signalübertragungseinheit 12-1 und vierter Signalübertragungseinheit 13-2 befindet als an einem Paar aus zweiter Signalübertragungseinheit 13-1 und dritter Signalübertragungseinheit 12-2. Es wird angenommen, dass die externe Störquelle 300 externe Störungen in Form von ”+V_n1” an der ersten Signalübertragungseinheit 12-1 und der vierten Signalübertragungseinheit 13-2 verursacht und in der Form von ”+V_n2” an der zweiten Signalübertragungseinheit 13-1 und der dritten Signalübertragungseinheit 12-2.
Auf der Grundlage der vorstehenden Annahmen ermittelt die erste Differenzoperationseinheit 14-1 zur Ausgabe eines ersten Differenzialsignals, das die Spannung ”W_i/2 + V_n1 – V_n2” repräsentiert, die Differenz zwischen dem von der ersten Signalübertragungseinheit 12-1 übertragenen Signal und dem von der zweiten Signalübertragungseinheit 13-1 übertragenen Signal. Die zweite Differenzoperationseinheit 14-2 ermittelt zur Ausgabe eines zweiten Differenzialsignals, das die Spannung ”V_i/2 – V_n1 + V_n2” repräsentiert, die Differenz zwischen dem von der dritten Signalübertragungseinheit 12-2 übertragenen Signal und dem von der vierten Signalübertragungseinheit 13-2 übertragenen Signal. Die Addiereinheit 15 addiert zum Erhalt eines Additionssignals, das die Spannung ”V_i” repräsentiert, das erste Differenzialsignal der ersten Differenzoperationseinheit 14-1, das die Spannung ”V_i/2 + V_n1 – V_n2” repräsentiert, und das zweite Differenzialsignal der zweiten Differenzoperationseinheit 14-2, das die Spannung ”V_i/2 – V_n1 + V_n2” repräsentiert. Mit anderen Worten kann gemäß der Ausführungsform eine Gesamtspannung ”V_i”, die von dem ersten Wiederstand 11-1 und dem zweiten Widerstand 11-2 erzeugt wird, für Signale erhalten werden, die durch die erste Differenzsignal-Übertragungsschaltung 10-1 und die zweite Differenzsignal-Übertragungsschaltung 10-2 gesendet wurden. Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, kann ein Strom gemäß der Ausführungsform unbeeinflusst von externen Störungen, die von der externen Störquelle 300 abgeleitet sind, präzise erfasst werden.
Die Verwendung der vorstehend genannten Stromerfassungsschaltung 1 für die Erfassung von Motorstrom in einer Motorantriebsvorrichtung ermöglicht die Regelung unter Verwendung eines unbeeinflusst von externen Störungen präzise erfassten Stroms und somit eine genaue Motorregelung. Die Stromerfassungsschaltung 1 kann nicht nur zur Erfassung von Motorstrom verwendet werden, sondern auch zur Stromerfassung in einem Umrichter (Gleichrichter), der eine Wechselstromversorgung in eine Gleichstromversorgung umwandelt. Die Stromerfassungsschaltung 1 kann weiterhin zur Stromerfassung in einer Motorantriebsvorrichtung verwendet werden, die einen Gleichstrommotor antreibt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Stromerfassungsschaltung der Shunt-Widerstandsschaltung bereit, die einen durch den Strompfad einer Motorantriebsvorrichtung fließenden Strom unbeeinflusst von externen Störungen präzise erfasst.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Stromerfassungsschaltung für die Erfassung von Motorstrom in einer Motorantriebsvorrichtung ermöglicht die Regelung unter Verwendung eines unbeeinflusst von externen Störungen präzise erfassten Stroms und somit eine genaue Motorregelung. Die erfindungsgemäße Stromerfassungsschaltung kann in einer Motorantriebsvorrichtung nicht nur zur Erfassung von Motorstrom verwendet werden, sondern auch zur Stromerfassung in einem Umrichter (Gleichrichter), der eine Wechselstromversorgung in eine Gleichstromversorgung umwandelt. Die erfindungsgemäße Stromerfassungsschaltung kann weiterhin zur Stromerfassung in einer Motorantriebsvorrichtung verwendet werden, die einen Gleichstrommotor antreibt, oder zur Stromerfassung in elektrischen Vorrichtungen, die keine Motorantriebsvorrichtungen sind. In beiden Fällen kann die erfindungsgemäße Stromerfassungsschaltung einen Strom unbeeinflusst von externen Störungen präzise erfassen und so die Regelung und Erfassungsgenauigkeit jeder Vorrichtung verbessern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-14252 [0006]

Claims

Stromerfassungsschaltung (1) zur Erfassung eines Stroms, der durch einen Strompfad einer Motorantriebsvorrichtung fließt, wobei die Schaltung (1) umfasst: einen ersten Widerstand (11-1) und einen zweiten Widerstand (11-2), die im selben Strompfad angeordnet sind und denselben Widerstandswert haben; eine erste Signalübertragungseinheit (12-1), die ein das Potenzial auf einer ersten Klemmenseite des ersten Widerstands (11-1) repräsentierendes Signal überträgt; eine zweite Signalübertragungseinheit (13-1), die ein das Potenzial auf einer zweiten Klemmenseite des ersten Widerstands (11-1) repräsentierendes Signal überträgt; eine dritte Signalübertragungseinheit (12-2), die ein das Potenzial auf einer ersten Klemmenseite des zweiten Widerstands (11-2) repräsentierendes Signal überträgt; eine vierte Signalübertragungseinheit (13-2), die ein das Potenzial auf einer zweiten Klemmenseite des zweiten Widerstands (11-2) repräsentierendes Signal überträgt; eine erste Differenzoperationseinheit (14-1), die zum Erhalt eines ersten Differenzialsignals eine Differenz zwischen dem von der ersten Signalübertragungseinheit (12-1) übertragenen Signal und dem von der zweiten Signalübertragungseinheit (13-1) übertragenen Signal ermittelt; eine zweite Differenzoperationseinheit (14-2), die zum Erhalt eines zweiten Differenzialsignals eine Differenz zwischen dem von der dritten Signalübertragungseinheit (12-2) übertragenen Signal und dem von der vierten Signalübertragungseinheit (13-2) übertragenen Signal ermittelt; eine Addiereinheit (15), die zum Erhalt eines Additionssignals das erste Differenzialsignal und das zweite Differenzialsignal addiert, wobei die erste Signalübertragungseinheit (12-1) und die vierte Signalübertragungseinheit (13-2) in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind und die zweite Signalübertragungseinheit (13-1) und die dritte Signalübertragungseinheit (12-2) in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind.
Stromerfassungseinheit (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Widerstand (11-1) und der zweite Widerstand (11-2), die erste Signalübertragungseinheit (12-1) und die vierte Signalübertragungseinheit (13-2), die zweite Signalübertragungseinheit (13-1) und die dritte Signalübertragungseinheit (12-2) sowie die erste Differenzoperationseinheit (14-1) und die zweite Differenzoperationseinheit (14-2) auf jeweiligen Flächen der gedruckten Schaltung in planarer Symmetrie bezüglich der gedruckten Schaltung angeordnet sind.