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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuersystem, das einen
Mehrphasen-Umrichter zum Steuern eines mehrphasigen Wechselstrommotors aufweist,
und insbesondere ein Motorsteuersystem, bei welchem: im Falle, dass
eine der Phasenschaltungen, die jeweils mit den Phasenwicklungen
des Wechselstrommotors verbunden sind, ausfällt, die restlichen
Phasenschaltungen mit einer Phasenspannung versorgt werden, so dass
der Wechselstrommotor ein Motordrehmoment mit geringer Welligkeit
vorsehen kann.
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WO 2005/091488 offenbart
ein derartiges Motorsteuersystem, welches jedoch nicht den Wechselstrommotor
steuern kann, falls eine der Phasenschaltungen, nachdem sie ausgefallen
ist, einen Kurzschluss mit einer anderen Phasenschaltung aufweist,
da das Motorsteuersystem ein derartiges Kurzschlussproblem nicht
detektieren kann.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Motorsteuersystem vorzusehen, das ein Problem, wie etwa einen Kurzschluss
einer der Phasenschaltungen des Motorsteuersystems mit einer anderen
Phasenschaltung, nachdem eine der Phasenschaltungen ausgefallen ist
erfassen kann, und einen Mehrphasenwechselstrommotor geeignet steuern
kann, falls eine der Phasenschaltungen dieses Problem aufweist.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung enthält ein Motorsteuersystem,
das mit einem Mehrphasenwechselstrommotor verbunden ist, eine Mehrphasen-Umrichterschaltung,
eine Vielzahl von Phasenschaltungen, die mit dem Wechselstrommotor
und der Umrichterschaltung verbunden sind, und ein Steuermittel
zum Steuern des Umrichters. Bei diesem Motorsteuersystem steuert
das Steuermittel den Umrichter in einer ersten Steuerbetriebsart, wenn
kein abnormales Verhalten erfasst wird, und in einer zweiten Steuerbetriebsart,
wenn eine der Phasenschaltungen ausfällt. Die Ausführungsform
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel
eine Abnormali tät, die nachdem eine der Phasenschaltungen
ausgefallen ist auftritt, auf der Grundlage der Null- bzw. Neutralleiterspannung
des Wechselstrommotors erfasst und die Umrichterschaltung in einer
dritten Steuerbetriebsart steuert, wenn die Neutralleiterspannung
in einen vorbestimmten Spannungsbereich fällt. Dadurch
kann das Motorsteuersystem einen Mehrphasenwechselstrommotor auch
dann geeignet steuern, falls eine der Phasenschaltungen mit beispielsweise
einem Kurzschluss mit einer anderen Phasenschaltung nach deren Ausfall
bzw. Versagen fehlerbehaftet ist.
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Bei
dem obigen Motorsteuersystem steuert das Steuermittel die Umrichterschaltung
in einer zweiten Steuerbetriebsart, wenn die Neutralleiterspannung
in einen ersten Spannungsbereich fällt, und in einer dritten
Betriebssteuerart, wenn die Neutralleiterspannung in einen zweiten
Spannungsbereich fällt.
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Das
Steuermittel kann die Umrichterschaltung stoppen bzw. anhalten,
wenn die Neutralleiterspannung weder in den ersten noch in den zweiten Spannungsbereich
fällt. Dadurch kann eine ineffektiver Betrieb des Wechselstrommotors
verhindert werden. Ferner können Relaiseinrichtungen vorgesehen werden,
die die Verbindung zwischen der Umrichterschaltung und dem Wechselstrommotor
sicher unterbrechen, wenn das Steuermittel die Umrichterschaltung
anhalten.
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Der
erste und zweite Spannungsbereich kann jeweils auf der Grundlage
des folgenden Ausdrucks gebildet werden, wenn eine U-Phasenschaltung
der U-Phase, V-Phasen- und W-Phasenschaltung ausfällt:
(1/2)·(Vv + Vw) + (1/2)·Eu, und (1/2)·(Vv +
Vw) + (1/6)·(Vv – Vw), bei welcher: Vv eine V-Phaseneingangsspannung
ist, Vw eine W-Phaseneingangsspannung und Eu eine elektromotorische
Kraft der U-Phasenwicklung des Wechselstrommotors ist. Es ist somit
praktisch möglich, die Abnormalität für den
Fall, dass Schwankungen in den Schaltungskonstanten der Phasenschaltungen
auftreten, zu beurteilen bzw. zu bestimmen.
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Die
Phasenspannungen, wie etwa die V-Phasenspannung und die W-Phasenspannung, werden
jeweils den Phasenschaltungen zugeführt, die nicht die
ausgefallene Phasenschaltung, etwa die U-Phasenschaltung, sind,
wenn das Steuermittel die Umrichter schaltung in der zweiten Steuerbetriebsart steuert
und die Phase des Phasenstroms wird verschoben, wenn das Steuermittel
die Umrichterschaltung in der dritten Steuerbetriebsart steuert.
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Das
Motorsteuersystem kann ferner eine Neutralleiterspannungserfassungsschaltung
beinhalten, die mit dem Wechselstrommotor zum indirekten Erfassen
der Neutralleiterspannung des Motors verbunden ist. In diesem Fall
weist die Neutralleiterspannungserfassungsschaltung eine Impedanz
auf, die sehr viel größer als die Impedanz des
Wechselstrommotors ist. Dadurch kann die Neutralleiterspannung ohne
eine Verbindung zwischen dem Neutralpunkt des Wechselstrommotors
und dem Steuermittel genau erfasst werden. In diesem Fall kann der
Wechselstrommotor Phasenwicklungen aufweisen, die in Dreiecksschaltung
verbunden sind, anstelle in einer Sternschaltung.
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Das
Motorsteuersystem kann ferner Filtermittel zum Filtern von Signalen
der Phaseneingangsspannungen, die an den U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenschaltungen
angelegt sind, und der Neutralleiterspannung, die in das Steuermittel
eingegeben wird, enthalten.
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Kennzeichen der vorliegenden Erfindung sowie
Funktionen der jeweiligen Teile der vorliegenden Erfindung werden
anhand der vorliegenden detaillierten Beschreibung, der beigefügten
Ansprüche und der Zeichnung besser ersichtlich. Es zeigt:
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1 ein
Schaltungsdiagramm eines Motorsteuersystems gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 ein
Ersatzschaltungsdiagram der Phasenschaltungen des Motorsteuersystems,
bei welchem eine der Phasenschaltungen ausgefallen ist;
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3 ein
Ersatzschaltungsdiagram der Phasenschaltungen des Motorsteuersystems,
bei welchem eine der Phasenschaltungen, die ausgefallen ist des
Weiteren einen Kurzschluss mit einer der anderen Phasenschaltungen
bildet;
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4 einen
Graph, der einen dem Dreiphasenwechselstrommotor zugeführten
Phasenstrom sowie ein Ausgangsdrehmoment des Wechselstrommotors
zeigt, wenn eine der Phasenschaltungen ausgefallen ist;
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5 einen
Graphen, der einen dem Dreiphasenwechselstrommotor zugeführten
Phasenstrom sowie das Ausgangsdrehmoment des Wechselstrommotors
zeigt, wenn eine der Phasenschaltungen ausgefallen ist und danach
einen Kurzschluss verursacht;
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6 ein
Schaltungsdiagram eines Motorsteuersystems gemäß der
zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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7 ein
Ersatzschaltungsdiagram der Phasenschaltungen des Motorsteuersystems
gemäß der zweiten Ausführungsform, bei
welcher eine der Phasenschaltungen ausgefallen ist; und
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8 ein
Ersatzschaltungsdiagram der Phasenschaltungen des Motorsteuersystems
gemäß der zweiten Ausführungsform, bei
welcher eine der Phasenschaltungen, die ausgefallen ist, weiterhin
einen Kurzschluss mit einer der anderen Phasenschaltungen bildet.
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Im
Folgenden werden mehrere Motorsteuersysteme gemäß bevorzugten
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
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Ein
Motorsteuersystem gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt ist ein Motorsteuersystem 1 mit
einem dreiphasigen Wechselstrommotor M verbunden. Das Motorsteuersystem
enthält unter anderem eine Dreiphasen-Umrichterschaltung 10,
Relais 11, 12, eine Ansteuerschaltung 13,
eine Phasen spannungserfassungsschaltung 14, eine Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15,
einen Neutralleiterspannungsfilter 16 sowie einen Mikrocomputer 17.
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Der
Motor M ist beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingebaut, um
den Fahrer beim Bedienen des Lenkrads zu unterstützen.
Der Motor M enthält einen Drehwinkelsensor S und drei Phasenwicklungen – eine
U-Phasenwicklung L10, eine V-Phasenwicklung L11 und eine W-Phasenwicklung
L12, die in Sternschaltung verbunden sind. Jede der drei Phasenwicklungen
L10, L11 und L12 weist die im Wesentlichen gleiche Impedanz Z auf.
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Die
Dreiphasen-Umrichterschaltung 10 wird über die
Ansteuerschaltung 13 durch den Mikrocomputer 17 gesteuert,
um die Spannung einer Motorantriebsleistungsquelle in eine vorbestimmte
Phasenspannung umzurichten, welche an den dreiphasigen Wechselstrommotor
M angelegt wird. Die Dreiphasen-Umrichterschaltung 10 enthält
MOSFETs 100, 101, 102, 103, 104 und 105 und
Widerstände 106, 107 und 108.
Die MOSFETs 100 und 103 und der Widerstand 106,
sowie die MOSFETs 101 und 104 und der Widerstand 107 sowie
die MOSFETs 102 und 105 und der Widerstand 108 sind
jeweils in Reihe miteinander verbunden. Mit anderen Worten jeder der
MOSFETs 103 bis 105 weist eine Source auf, die mit
einem Ende mit einem der Widerstände 106 bis 108 verbunden
ist. Die obigen Serienschaltungen sind miteinander parallel verbunden.
Jeder der MOSFETs 100 bis 102 weist einen Drain
auf, der mit der positiven Elektrode der Motorantriebsleistungswelle verbunden
ist, und das andere Ende jedes der Widerstände 106 bis 108 ist
mit einer negativen bzw. Masse-Elektrode der Motorantriebsleistungsquelle
verbunden. Jeder der MOSFETs 100 bis 105 weist
ein Gate auf, das mit der Ansteuerschaltung 13 verbunden
ist. Das andere Ende jedes der Transistoren 106 bis 108 ist
mit dem Mikrocomputer 17 verbunden. Die Verbindungsstelle
der in Reihe geschalteten MOSFETs 100 und 103 ist
mit einem Ausgangsende der U-Phasenschaltung verbunden, die mit
der U-Phasenwicklung L10 des Wechselstrommotors verbunden ist, die
Verbindungsstelle der in Reihe verbundenen MOSFETs 101 und 104 ist
mit einem Ausgangsende der V-Phasenschaltung verbunden, die mit
der V-Phasenspule L11 des Wechselstrommotors M verbunden ist, und
die Verbindungsstelle der in Reihe verbundenen MOSFETS 102 und 105 ist
mit einem Ausgangsende der W-Phasenschaltung verbunden, die mit
der W-Phasenspule L12 des Wechselstrommotors M verbunden ist. Die
U-Phasenschaltung weist zwischen ihrem Ausgangsende und der U-Phasenspule
L10 ein Relais 11 auf, und die W-Phasenschaltung weist
zwischen ihrem Ausgangsende und der W-Phasenspule L12 ein Relais 12 auf.
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Die
Relais 11 und 12 können Halbleiter-Relais
oder mechanische Relais sein, die durch den Mikrocomputer 17 gesteuert
werden, um die Umrichterschaltung 10 mit dem Motor M zu
verbinden oder davon zu trennen.
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Die
Ansteuerschaltung 13 schaltet die MOSFETs 100 bis 105 basierend
auf PWM-Signalen, die durch den Mikrocomputer 17 vorgesehen
werden, ein und aus. Die Ansteuerschaltung 13 weist einen mit
dem Mikrocomputer 17 verbundenen Eingangsanschluss und
jeweils mit den Gates der MOSFETs 100 bis 105 verbundene
Ausgangsanschlüsse auf.
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Die
Phasenspannungserfassungsschaltung 14 weist eine U-Phasenspannungsfilterschaltung 140,
eine V-Phasenspannungsfilterschaltung 141 und eine W-Phasenspannungsfilterschaltung 142 auf,
welche jeweils eine Phasenspannung erfassen und eine Filterung der
Phasenspannung ausführen. Die U-Phasenspannungsfilterschaltung 140 enthält eine
Reihenschaltung aus Widerständen 140a, 140b und
einem Kondensator 140c, der parallel zu dem Widerstand 140b verbunden
ist. Ein Ende der Reihenschaltung der Widerstände 140a und 140b ist
mit einem Abschnitt der U-Phasenschaltung zwischen dem Relais 11 und
dem Motor M verbunden, und das andere Ende mit der negativen Elektrode
der Motorantriebsleistungsquelle verbunden. Die Verbindungsstelle
der Widerstände 140a und 140b ist mit
dem Mikrocomputer 17 verbunden.
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Die
V-Phasenspannungsfilterschaltung 140 enthält eine
Reihenschaltung aus Widerständen 141a, 141b und
einem Kondensator 141c, der parallel zu dem Widerstand 141b verbunden
ist, und die W-Phasenspannungsfilterschaltung 142 enthält
eine Reihenschaltung aus Widerständen 142a, 142b und einem
Kondensator 142c, der parallel zu dem Widerstand 142b verbunden
ist. Ein Ende der Reihenschaltung der Widerstände 141a und 141b ist
mit der V-Phasenschaltung verbunden, und das andere Ende ist mit
der negativen Elektrode der Motorantriebsleistungsquelle verbunden.
Ein Ende der Reihenschaltung der Widerstände 142a und 142b ist
mit einem Abschnitt der W-Phasenschaltung zwischen den Relais 12 und
dem Wechselstrommotor M verbunden, und das andere Ende ist mit der
negativen Elektrode der Motorantriebsleistungsquelle verbunden.
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Andere
Abschnitte der V-Phasen- und W-Phasenspannungsfilterschaltungen 141, 142 besitzen
den gleichen Aufbau wie die U-Phasenspannungsfilterschaltung 140.
Die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenspannungsfilterschaltungen 140, 141, 142 weisen
im Wesentlichen die zueinander gleiche Zeitkonstante auf.
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Die
Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15 erfasst die
Neutralleiterspannung Vn' des dreiphasigen Wechselstrommotors M
an einem Abschnitt der Phasenschaltungen zwischen der Umrichterschaltung 10 und
dem Motor M. Die Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15 enthält
so viele in Sternschaltung verbundene Widerstände 150, 151, 152 wie
die Anzahl der Phasen (z. B. drei). Die Widerstände 150, 151, 152 weisen
im Wesentlichen den gleichen Widerstandswert R auf, der sehr viel größer
als die Impedanz Z der Phasenspulen L10, L11, L12 ist. Die zwei
offenen Enden der in Sternschaltung verbundenen Widerstände 150 und 152 werden
jeweils mit den U-Phasen und W-Phasenschaltungen zwischen den Relais 11, 12 und
dem Motor M verbunden und das offene Ende des Widerstands 151 ist
mit der V-Phasenschaltung zwischen der Umrichterschaltung 10 und
dem Motor M verbunden.
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Die
Neutralleiterfilterschaltung 16 enthält eine Reihenschaltung
aus Widerständen 160, 161 und einen Kondensator 162,
der parallel zu dem Widerstand 161 verbunden ist, um eine
Filterung der Ausgangsspannung der Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15 durchzuführen,
wobei die Ausgangsspannung die Spannung an dem Neutralpunkt der
in Stern geschalteten Widerstände 150 bis 152 ist.
Eine Ende der Reihenschaltung der Widerstände 160, 161 ist
mit dem positiven Anschluss der Motorantriebsleistungsquelle verbunden,
und das andere Ende ist mit dem negativen Anschluss der Motorantriebsleistungsquelle
verbunden. Der Verbindungspunkt der Widerstände 160 und 161 ist
mit dem Mikrocomputer 17 verbunden. Die Neutralleiterspan nungsfilterschaltung 16 weist
die im Wesentlichen gleiche Zeitkonstante auf, die die U-Spannungsfilterschaltungen
der U-Phase, V-Phase und W-Phase 140, 141 und 142.
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Der
Mikrocomputer 17 sieht PWM-Signale zum Steuern der MOSFETs 100 bis 105 basierend auf
einem Befehlssignal vor.
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Wenn
es keine Abnormalität, d. h. Versagen oder Ausfall bei
den Phasenschaltungen gibt, steuert der Mikrocomputer 17 die
Umrichterschaltung 10 in der normalen Steuerbetriebsart
(im Folgenden hier als erste Steuerbetriebsart bezeichnet), um eine Wechselspannung
jeder der U-Phase, der V-Phase und der W-Phaseschaltungen zuzuführen.
Falls eine der Phasenschaltungen versagt, steuert der Mikrocomputer 17 die
Umrichterschaltung 10 in einer zweiten Steuerbetriebsart,
um die Phasenspannung zu den restlichen Phasenschaltungen zuzuführen.
Danach untersucht der Mikrocomputer 17 basierend auf dem
Ausgangssignal oder der Neutralleiterspannung der Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15, ob
sich die Abnormalität bzw. der Fehler verändert oder
nicht und falls er sich verändert, steuert er die Umrichterschaltung 10 in
einer dritten Steuerbetriebsart, die mit der geänderten
Abnormalität korrespondiert. Die PWM-Signalausgangsanschlüsse
des Mikrocomputers 17 sind mit den Eingangsanschlüssen
der Treiberschaltung 13 verbunden. Die Analogsignaleingangsanschlüsse
des Mikrocomputers 17 sind jeweils mit der Verbindungsstelle
des MOSFET 103 und des Widerstands 106, der Verbindungsstelle des
MOSFET 104 und des Widerstands 107, der Verbindungsstelle
des MOSFET 105 und des Widerstands 108, der Verbindungsstelle
der Widerstände 140a und 140b der U-Phasenfilterschaltung 140,
der Verbindungsstelle der Widerstände 141a und 141b der
V-Phasenfilterschaltung 141 und der Verbindungsstelle der
Widerstände 142a und 142b der W-Phasenfilterschaltung 142 bzw.
der Verbindungsstelle der Widerstände 160 und 161 der
Neutralleiterspannungsfilterschaltung 16 verbunden.
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Im
Folgenden wird die Erfassung einer Abnormalität unter Bezugnahme
auf die 2 und 3 beschrieben.
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Wenn
ein Abschnitt der U-Phasenschaltung zwischen der Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15 und
der Umrichterschaltung 10 versagt, wie in 2 angedeutet,
können die folgenden Ausdrücke für die
Neutralleiterspannung Vn' (Ausgangsspannung der Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15),
der U-Phaseneingangsspannung Vu der V-Phaseneingangsspannung Vv,
der W-Phaseneingangsspannung Vw, des U-Phasenstroms Iu, der in dem
Widerstand 151 fließt, des V-Phasenstroms, der
in dem Widerstand 150 fließt und dem W-Phasenstrom
Iw, der in dem Widerstand 152 fließt, gebildet
werden: Vn' = Vv – RIv [E1] Vn' = Vw – RIw [E2] Iu + Iv + Iw = 0 [E3]wobei R
ein Widerstandswert jeder der Widerstände 150, 151 und 152 ist.
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Des
Weiteren können für die Spannung Vn an dem Neutralpunkt
der in Stern geschalteten Phasenspulen L10, L11 und L12 des Motors
M, sowie für die elektromotorische Kraft Eu der U-Phasenspule L10,
der elektromotorischen Kraft Ev der V-Phasenspule L11, der elektromotorischen
Kraft Ew der W-Phasenspule L12, dem U-Phasenstrom iu, der in der
U-Phasenspule L10 fließt, dem V-Phasenstrom iv, der in
der V-Phasenspule L11 fließt und für den W-Phasenstrom
iw, der in der W-Phasenspule L12 fließt, gebildet werden: Vn = Vv – Ziv – Ev [E4] Vn = Vw – Ziw – Ew [E5] iu + iv + iw = 0 [E6]wobei Z
eine Impedanz jeder der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenspulen
L10, L11 und L12 ist.
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Ferner
kann der nachfolgende Ausdruck aus den obigen Ausdrücken
gebildet werden: Vn' = (1/2)·(Vv
+ Vw) + (1/2)·Eu – (Z/4R)·Eu [E7]
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Da
der Widerstandswert R sehr viel größer als der
Impedanzwert Z gewählt wird, kann der folgende Ausdruck
gebildet werden: Vn' = (1/2)·(Vv
+ Vw)·(1/2)·Eu [E8]
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Somit
kann ein Versagen von einer der Phasenschaltungen durch ein Erfassen
der Ausgangsspannung Vn' der Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15 erfasst
werden. Falls der Abschnitt der U-Phasenschaltung, die versagt hat,
anschließend einen Kurzschluss mit der V-Phasenschaltung
bildet, wie in 3 angedeutet, können
für die Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15 folgende
Ausdrücke gebildet werden: Vn'
= Vv – RIv [E1] Vn' = Vw – RIw [E2] Iu + Iv + Iw = 0 [E3] RIu = RIv [E9]
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Ferner
können folgende Ausdrücke für den dreiphasigen
Motor M gebildet werden: Vn = Vv – Ziv – Ev [E4] Vn = Vw – Ziw – Ew [E5] iu + iv + iw = 0 [E6] Eu + Ziu = Ev + Ziv [E10]
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Demgemäß kann
der folgende Ausdruck gebildet werden: Vn'
= (1/2)·(Vv + Vw) + (1/6)·(Vv – Vw) [E11]
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Somit
kann ein Kurzschluss nach dem Versagen einer der Phasenschaltungen
basierend auf der Ausgangsspannung Vn' der Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15 detektiert
bzw. erfasst werden. Aufgrund von Schwankungen in den Schaltungskonstanten
der Phasenschaltungen ist es darüber hinaus auch praktischer,
die Abnormalitäten durch ein Untersuchen, ob die Neutralleiterspannung Vn'
in einem vorbestimmten Spannungsbereich liegt, der gemäß den
Ausdrücken [E8] und [E11] gebildet worden ist, zu beurteilen
bzw. zu bestimmen.
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Im
Folgenden werden die Steuerbetriebsarten des Mikrocomputers zum
Steuern der Dreiphasen-Umrichterschaltung 10 unter Bezugnahme
auf die 2 bis 5 beschrieben.
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Falls
die U-Phasenspannung, wie in 2 gezeigt,
versagt, wird eine vorbestimmte Phasenspannung an die restlichen
Phasenschaltungen – also die V-Phasenschaltung und die
W-Phasenschaltung – wie in 4 gezeigt,
angelegt. Demgemäß kann der dreiphasige Wechselstrommotor
M ununterbrochen ein Drehmoment ohne größere Welligkeit vorsehen.
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Falls
der Abschnitt der U-Phasenschaltung, die versagt hat, danach mit
der V-Phasenschaltung, wie in 3 gezeigt,
einen Kurzschluss bildet, wird die Phasenspannung an jede der verbleibenden
Phasenschaltungen – d. h. der V-Phasenschaltung und der
W-Phasenschaltung – angelegt, so dass die Phase des Phasenstroms
um einen vorbestimmten elektrischen Winkel verschoben werden kann,
wie in 5 gezeigt. Demgemäß sieht der
dreiphasige Wechselstrommotor M ununterbrochen ein Drehmoment ohne
größere Welligkeit vor.
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Wenn
keine Abnormalität vorliegt, steuert der Mikrocomputer 17 die
Dreiphasen-Umrichterschaltung 10 in einer ersten Steuerbetriebsart,
um eine normale Phasenspannung an jede der Phasenspulen L10, L11
und L12 anzulegen. Zu diesem Zweck berechnet der Mikrocomputer 17 Phasenspannungssteuersignale
basierend auf dem Befehlssignal, das von außerhalb empfangen
wird, die Beträge der Phasenströme, die durch
die Widerstände 106 bis 108 erfasst werden
und den Drehwinkel des Wechselstrommo tors M, der durch den Drehwinkelsensor
S erfasst wird. Anschließend wandelt der Mikrocomputer 17 jeweils
die Phasenspannungssteuersignale in PWM-Signale um, so dass der
dreiphasige Wechselstrommotor ein Drehmoment vorsehen kann, um dem
Fahrer beim Bedienen des Lenkrads zu unterstützen.
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Wenn
eine der Phasenschaltungen ausfällt, ermittelt der Mikrocomputer
17,
welche versagt hat, beispielsweise auf die in
JP-A-8-163889 offenbarten Art
und Weise und steuert die Umrichterschaltung
10 in der
zweiten Steuerbetriebsart, wie vorangehend beschrieben.
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Der
Mikrocomputer erfasst jede Phasenspannung durch die Phasenspannungserfassungsschaltung 14 und
die Drehzahl des Motors M durch den Drehwinkelsensor S. Anschließend
berechnet der Mikrocomputer 17 die elektromotorischen Kräfte Eu,
Ev und Ew der Phasenspulen L10, L11 und L12 aus den Schaltungskonstanten
des Motors M und der Drehzahl. Der Mikrocomputer 17 sieht
einen ersten Spannungsbereich basierend auf dem Ausdruck [E8] und
einen zweiten Spannungsbereich basierend auf dem Ausdruck [E11]
vor.
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Danach
vergleicht der Mikrocomputer 17 die Ausgangsspannung Vn'
der Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15 mit dem
ersten und zweiten Spannungsbereichen. Falls die Ausgangsspannung Vn'
in dem ersten Spannungsbereich liegt, steuert der Mikrocomputer 17 die
Umrichterschaltung 10 in der zweiten Steuerbetriebsart.
Falls die Ausgangsspannung Vn' in den zweiten Spannungsbereich fällt, steuert
der Mikrocomputer 17 die Umrichterschaltung 10 in
der dritten Steuerbetriebsart.
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Falls
die Ausgangsspannung Vn' weder in den ersten Spannungsbereich noch
in den zweiten Spannungsbereich fällt, stoppt der Mikrocomputer 17 den
Betrieb der Umrichterschaltung 10 und schaltet die Relais 11 und 12 aus,
um die Verbindung zwischen der Umrichterschaltung 10 und
dem Wechselstrommotor M zu unterbrechen (vierte Betriebssteuerart).
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Bei
dem Motorsteuersystem gemäß der ersten Ausführungsform
können die Spannungsfilter der U-Phase, der V-Phase und
der W-Phase 140, 141 und 142 und der
Neutralleiterspannungsfilter 16 durch eine Software des
Mikrocomputers 17 ersetzt werden; und der dreiphasige Wechselstrommotor
M kann in Dreiecksschaltung aufgebaute Phasenspulen aufweisen.
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Ein
Motorsteuersystem 2 gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden
unter Bezugnahme auf 6 bis 8 beschrieben.
Dabei bezeichnen die gleichen Bezugszeichen gleiche oder im wesentlichen
gleiche Schaltungen, Abschnitte oder Teile und Bestandteile des
Motorsteuersystems gemäß der ersten Ausführungsform.
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Wie
in 6 gezeigt, weist das Motorsteuersystem 2 fast
den gleichen Aufbau wie das der ersten Ausführungsform
auf, mit Ausnahme von: Die Neutralleiterspannungserfassungsschaltung
wurde weggelassen und die Neutralleiterspannungsfilterschaltung 16 ist
mit dem Neutralpunkt der in Stern verbundenen Phasenspulen L10,
L11 und L12 verbunden. Daher kann die Neutralleiterspannung Vn des
dreiphasigen Wechselstrommotors M durch den Mikrocomputer 17 über
die Neutralleiterspannungsfilterschaltung 16 erfasst werden.
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Die
Erfassung einer Abnormalität des Motorsteuersystems gemäß der
zweiten Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme
auf die 7 und 8 beschrieben.
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Falls
ein Abschnitt der U-Phasenschaltung zwischen der Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15 und
der Umrichterschaltung 10 versagt, wie dies in 7 dargestellt
ist, können die folgenden Ausdrücke für
die Neutralleiterspannung Vn an den Neutralpunkt der Phasenspulen
L10, L11 und L12 des Motors M, für die elektromotorische
Kraft Eu der U-Phasenspule L10, für die elektromotorische Kraft
Ev der V-Phasenspule L11, für die elektromotorische Kraft
Ew der W-Phasenspule L12, für den U-Phasenstrom iu, der
in der U-Phasenspule L10 fließt, für den V-Phasenstrom
iv, der in der V-Phasenspule L11 fließt und für
den W-Phasenstrom iw, der in der W-Phasenspule L12 fließt,
gebildet werden: Vn = Vv – Ziv – Ev [E4] Vn = Vw – Ziw – Ew [E5] Eu + Ev + Ew = 0 [E12] Iw = –iv [E13]
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Daher
kann der folgende Ausdruck aus den obigen Ausdrücken abgeleitet
werden: Vn = (1/2)·(Vv + Vw) + (1/2)·Eu·[E14]
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Daher
kann ein Versagen von einer der Phasenschaltungen durch ein Erfassen
der Ausgangsspannung Vn der Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15 erfasst
werden. Dabei ist die rechte Seite des Ausdrucks [E14] identisch
mit der des Ausdrucks [E8].
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Falls
der Abschnitt der U-Phasenschaltung, der versagt hat, danach einen
Kurzschluss mit der V-Phasenschaltung bildet, wie in 8 angedeutet, können
die folgenden Ausdrücke gebildet werden: Vn = Vv – Ziv – Ev [E4] Vn = Vw – Ziw – Ew [E5] iu + iv + iw = 0 [E6] Eu + Ev + Ew = 0 [E12]
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Demgemäß kann
der folgende Ausdruck gebildet werden: Vn
= (1/2)·(Vv + Vw) + (1/6)·(Vv – Vw) [E13]
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Somit
kann ein Kurzschluss, der sich nach dem Versagen einer der Phasenschaltungen
gebildet hat, durch Erfassen der Ausgangsspannung Vn der Neutralleiterspan nungserfassungsschaltung
Vn der Neutralleiterspannungserfassungsschaltung 15 erfasst
werden. Dabei ist die rechte Seite des Ausdrucks [E13] identisch
mit der des Ausdrucks [E11].
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Der
Mikrocomputer 17 sieht einen ersten Spannungsbereich basierend
auf dem Ausdruck [E14] und einen zweiten Spannungsbereich basierend
auf dem Ausdruck [E13] vor.
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Danach
vergleicht der Mikrocomputer 17 die Neutralleiterspannung
Vn des Wechselstrommotors M mit den ersten und zweiten Spannungsbereichen. Falls
die Neutralleiterspannung Vn in dem ersten Spannungsbereich liegt,
steuert der Mikrocomputer 17 die Umrichterschaltung 10 in
der zweiten Steuerbetriebsart. Falls die Neutralleiterspannung Vn
in dem zweiten Spannungsbereich liegt, steuert der Mikrocomputer 17 die
Umrichterschaltung 10 in der dritten Steuerbetriebsart.
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Falls
die Nulleiterspannung Vn weder in dem ersten Spannungsbereich noch
in dem zweiten Spannungsbereich liegt, stoppt der Mikrocomputer 17 den
Betrieb der Umrichterschaltung 10 und schaltet die Relais 11 und 12 aus,
um die Verbindung zwischen der Umrichterschaltung 10 und
dem Wechselstrommotor M zu unterbrechen (vierte Steuerbetriebsart).
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In
der vorhergehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde
die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen
offenbart. Es ist jedoch für den Fachmann ohne weiteres
ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen und Änderungen
daran vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der
Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche
vorgegeben ist, abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/091488 [0002]
- - JP 8-163889 A [0047]