DE10143475A1

DE10143475A1 - Motorensteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10143475A1
Application number: DE10143475A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kifuku; Masaki Matsushita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: US7106017B2; US20020109474A1; FR2820894B1; FR2820894A1; JP2002238293A; DE10143475B4

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.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

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.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

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.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

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.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nun wird eine detaillierte Beschreibung in größerer Genauigkeit von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Referenz auf die begleitenden Zeichnungen gegeben.

Ausführungsform 1

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) = i^1,5
f2(i) = i²
f3(i) = i^1,5 + 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.

Ausführungsform 2

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.

Ausführungsform 3

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

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.

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.