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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-073147 , eingereicht am 28. März 2012, auf deren gesamten Inhalt hier Bezug genommen wird.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Motorantriebssteuerung, insbesondere auf eine Motorantriebssteuerung, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und diesen dann einem Motor zuführt.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine Antriebssteuerung ist bekannt, der Wechselstrom von einer Wechselstromquelle zugeführt wird und die den Wechselstrom durch eine Gleichrichterschaltung (AC/DC-Wandler) in Gleichstrom umwandelt und einen Motorantrieb mit dem Gleichstrom ansteuert (siehe zum Beispiel
JP2001-286181A ). JP2001-286181A offenbart eine Motorsteuerung, die eine harmonische Komponente, die in einer induzierten Spannung vorhanden ist, entfernt, und dadurch eine Drehmomentwelligkeit eines Motors verringert.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die in der
JP2001-286181A offenbarte Motorantriebssteuerung hat jedoch folgende Betriebszustände:
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Erstens wird, wenn der Motor gleichzeitig mit der Zuführung des Wechselstroms von der Wechselstromversorgung anläuft, der Betrieb der Gleichrichterschaltung instabil. Insbesondere kann es schwierig sein, den Schaltkreis in einer Stromversorgung mit niedriger Leistungsaufnahme, die einer Nennbelastung eines Motors angepasst ist, zu starten.
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Wird also eine Last direkt mit der Gleichrichterschaltung verbunden, so fließen in der Gleichrichterschaltung Anlaufstrom und Laststrom zur gleichen Zeit. Daher neigt die Anlaufphase der Gleichrichterschaltung dazu, instabil zu sein. In einem Zustand, in dem das Anlaufen der Gleichrichterschaltung instabil ist, ist die Stromversorgung der Last problematisch. Es ist daher notwendig, die Last während der Anlaufphase von der Gleichrichterschaltung abzutrennen, zum Beispiel bis die Gleichrichterschaltung ausreichend stabil arbeitet.
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Zweitens fließt im Motor in der Anlaufphase der Nennstrom oder ein noch größerer Strom. Das kann dazu führen, dass die Gleichrichterschaltung beim Anlaufen des Motors instabil ist. Wird jedoch eine Gleichrichterschaltung verwendet, die über eine ausreichende Leistung verfügt, kann diese Situation vermieden werden. Tritt jedoch in der Anlaufphase in einer Schaltung mit geringer Spanne ein Überstrom auf, dann wird eine Schutzfunktion ausgeführt. Das bedeutet, dass die Gleichrichterschaltung ihren Betrieb anhalten kann oder in einen intermittierenden Betriebszustand übergeht.
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In Anbetracht des obigen Sachverhalts gibt diese Offenbarung mindestens eine Motorantriebssteuerung an, die einen einfachen Schaltungsaufbau und eine Gleichrichterschaltung hat, die in der Lage ist, in einer Anlaufphase eines Motors stabil zu arbeiten.
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Eine Motorantriebssteuerung gemäß dieser Offenbarung umfasst: eine Gleichrichterschaltung (AC/DC-Wandler), die Wechselstrom, welcher von einer Wechselstromversorgung zugeführt wird, in Gleichstrom umwandelt, eine Motorantriebseinheit, die auf der Basis des von der Gleichrichterschaltung zugeführten Gleichstroms arbeitet und ein Antriebssignal an einen Motor abgibt, und eine Anlauf-Hilfsschaltung, die auf einem Pfad angeordnet ist, der die Gleichrichterschaltung und die Motorantriebseinheit verbindet. Die Anlauf-Hilfsschaltung verzögert eine Ausgabe des Antriebssignal von der Motorantriebseinheit während einer ersten vorbestimmten Zeitspanne nach Beginn der Zufuhr des Wechselstroms von der Wechselstromversorgung Vac an die Gleichrichterschaltung und erhöht allmählich eine Antriebsspannung der Motorantriebseinheit, so dass der Strom, der in einer Antriebswicklung des Motors fließt, während einer zweiten vorbestimmten Zeitspanne nach dem Start des von der Motorantriebseinheit ausgegebenen Antriebssignals auf einen vorbestimmten Wert oder einen niedrigeren Wert begrenzt wird.
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In der oben beschriebenen Motorantriebssteuerung kann die Anlauf-Hilfsschaltung folgendes umfassen: eine Anlauf-Verzögerungsschaltung, die die Ausgabe des Antriebssignals von der Motorantriebseinheit während der ersten vorbestimmten Zeitspanne verzögert, und eine Strombegrenzungsschaltung, die den Strom, der in der Antriebswicklung des Motor fließt, während einer zweiten vorbestimmten Zeitspanne begrenzt. Die Anlauf-Verzögerungsschaltung kann folgendes umfassen: eine Verzögerungszeit-Einstellschaltung, die die erste vorbestimmte Zeitspanne einstellt, und eine Umschalteinrichtung, die den Gleichstrom einstellt, der von der Gleichrichterschaltung zu der Motorantriebseinheit geführt wird, nachdem die erste vorbestimmte Zeitspanne, die von der Verzögerungszeit-Einstellschaltung eingestellt wurde, abgelaufen ist. Die Strombegrenzungsschaltung kann folgendes umfassen: eine Stromerfassungsschaltung, die den Wert des Gleichstroms erfasst, und eine Überstrom-Rückkopplungsschaltung, die den Betrieb der Umschalteinrichtung in Abhängigkeit von dem Stromwert steuert, der von der Stromerfassungsschaltung erfasst wird.
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In der oben beschriebenen Motorantriebssteuerung kann die Anlauf-Verzögerungsschaltung mindestens eine der nachfolgenden Schaltungen umfassen: eine Reset-Schaltung, die eine in der Verzögerungszeit-Einstellschaltung gespeicherte elektrische Energie entlädt, und eine Dämpfungs-Schaltung, die den Strom begrenzt, der in der Umschalteinrichtung fließt.
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In der oben beschriebenen Motorantriebssteuerung kann die Strombegrenzungsschaltung eine Spannungspegel-Einstellschaltung umfassen, die einen Spannungspegel einer Gleichspannung, die der Überstrom-Rückkopplungsschaltung zugeführt wird, in Abhängigkeit von einem Stromwert des Gleichstroms anpasst.
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In der oben beschriebenen Motorantriebssteuerung kann die Anlauf-Hilfsschaltung beim Wiederanlauf nach einer Blockierung des Rotors eines Motors die Antriebsspannung der Motorantriebseinheit allmählich erhöhen, so dass der Strom, der in der Antriebswicklung des Motors fließt, auf einen vorbestimmten Wert oder unter diesen Wert begrenzt ist, und zwar während einer dritten vorbestimmten Zeitspanne vom Start der Ausgabe des Antriebssignals von der Motorantriebseinheit an, bis zu dem Punkt, an dem der Motor eine stetige Rotation (Dauerbetrieb) erreicht.
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In der oben beschriebenen Motorantriebssteuerung kann die zweite vorbestimmte Zeitspanne vom Start des von der Motorantriebseinheit ausgegebenen Antriebssignals an bis zu dem Punkt dauern, an dem der Motor eine stetige Rotation erreicht.
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In einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung umfasst eine Anlauf-Hilfsschaltung folgendes: eine Anlauf-Verzögerungsschaltung, die eine Ausgabe eines empfangenen Antriebssignals während einer ersten vorbestimmten Zeitspanne verzögert, und eine Strombegrenzungsschaltung, die einen Strom, der einem Antrieb zugeführt werden soll, während einer zweiten vorbestimmten Zeitspanne begrenzt, wobei die Anlauf-Verzögerungsschaltung folgendes umfasst: eine Verzögerungszeit-Einstellschaltung, die die erste vorbestimmte Zeitspanne einstellt, und eine Umschalteinrichtung, die einen Gleichstrom einstellt, der dem Antrieb nach Ablauf der ersten, von der Verzögerungszeit-Einstellschaltung vorbestimmten Zeitspanne, zugeführt werden soll. Die Strombegrenzungsschaltung umfasst: eine Stromerfassungsschaltung, die einen Stromwert des Gleichstroms erfasst, und eine Überstrom-Rückkopplungsschaltung, die den Betrieb der Umschalteinrichtung in Abhängigkeit von dem Stromwert steuert, der von der Stromerfassungsschaltung erfasst wird.
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Gemäß dieser Offenbarung verzögert die Anlauf-Hilfsschaltung die Ausgabe des Antriebssignals von der Motorantriebseinheit während einer vorbestimmten Zeitspanne nach Beginn der Zuführung des Wechselstroms von der Wechselstromversorgung Vac an die Gleichrichterschaltung und begrenzt den Strom, der in der Antriebswicklung des Motors während einer vorbestimmten Zeitspanne nach Beginn der Ausgabe des Antriebssignals fließt. Es ist daher möglich, eine Motorantriebssteuerung mit einfachem Schaltungsaufbau anzugeben, sowie eine Gleichrichterschaltung, die beim Anlauf eines Motors stabil arbeitet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Vorangegangene sowie weitere Merkmale und Eigenschaften dieser Offenbarung werden durch die nachfolgenden detaillierten Beschreibungen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen noch besser ersichtlich, wobei folgendes gilt:
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Darstellung eines Schaltungsaufbaus einer Motorantriebssteuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Offenbarung zeigt,
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2 ist ein Blockdiagramm, das einen Schaltungsaufbau einer Anlauf-Hilfsschaltung einer Motorantriebssteuerung zeigt,
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3 zeigt ein bestimmtes Beispiel für den Schaltungsaufbau der Anlauf-Hilfsschaltung, und
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4 zeigt ein Verhältnis zwischen einem Potential und einer Gleichspannung einer Anlauf-Verzögerungsschaltung während des Betriebs einer Motorantriebssteuerung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachstehend wird eine Motorantriebssteuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Offenbarung beschrieben.
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[Ausführungsbeispiel]
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1 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau einer Motorantriebssteuerung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Offenbarung zeigt.
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[Schematischer Aufbau einer Motorantriebssteuerung]
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Wie in 1 gezeigt ist, hat eine Motorantriebssteuerung 1 (die nachstehend auch vereinfacht als Antriebssteuerung bezeichnet werden kann) eine Gleichrichterschaltung 2 (AC/DC-Wandler), eine Motorantriebseinheit 3 und eine Anlauf-Hilfsschaltung 4. Die Gleichrichterschaltung 2 ist mit einer Wechselstromversorgung Vac verbunden. Die Antriebssteuerung 1 versorgt einen Motor 20 mit Strom, der auf der Wechselstromversorgung Vac basiert, und treibt dadurch den Motor 20 an. Der Motor 20 ist zum Beispiel ein bürstenloser Gleichspannungsmotor.
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Die Gleichrichterschaltung 2 wandelt Wechselstrom, der von der Wechselstromversorgung Vac geliefert wird, in Gleichstrom um.
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Die Motorantriebseinheit 3 arbeitet auf der Basis des Gleichstroms, der von der Gleichrichterschaltung 2 geliefert wird. In diesem Ausführungsbeispiel gibt die Motorantriebseinheit 3 ein Antriebssignal an den Motor 20 aus, wodurch der Motor 20 angetrieben wird. Die Motorantriebseinheit 3 weist eine übliche Konfiguration zum Antrieb des Motors 20 auf. Das heißt, die Motorantriebseinheit 3 beinhaltet eine Schaltung zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM) und eine Inverterschaltung.
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Die Anlauf-Hilfsschaltung 4 ist mit der Motorantriebseinheit 3 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Anlauf-Hilfsschaltung 4 auf einem Pfad angeordnet, der die Gleichrichterschaltung 2 und die Motorantriebseinheit 3 miteinander verbindet. Das heißt, wie in 1 gezeigt, dass die Anlauf-Hilfsschaltung 4 mit zwei Leitungen einer Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung 2 an den Punkten A1, B1 verbunden ist. Ferner ist die Anlauf-Hilfsschaltung 4 mit zwei Leitungen einer Eingangsseite der Motorantriebseinheit 3 an den Punkten A2, B2 verbunden. Eine Leitung, auf der die Punkte A1, A2 positioniert sind, ist eine Hochpotential-Leitung, und eine Leitung auf der die Punkte B1, B2 positioniert sind, ist eine Niedrigpotential-Leitung (zum Beispiel die Masse-Leitung).
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Die Anlauf-Hilfsschaltung 4 führt einen Verzögerungsvorgang für die Motorantriebseinheit 3 durch und einen Strombegrenzungsvorgang für den Antriebstrom, der im Motor 20 fließt. Der Verzögerungsvorgang wird während einer vorbestimmten Verzögerungszeitspanne (erste vorbestimmte Zeitspanne) nach Beginn der Zuführung des Wechselstroms von der Wechselstromversorgung Vac an die Gleichrichterschaltung 2 durchgeführt. In dem Verzögerungsvorgang verzögert die Anlauf-Hilfsschaltung 4 die Ausgabe der Antriebsleistung durch die Motorantriebseinheit 3. Dann wird der Strombegrenzungsvorgang während einer vorbestimmten Anlauf-Zeitspanne (zweite vorbestimmte Zeitspanne) durchgeführt, die vom Beginn der Abgabe des Antriebstroms bis zu dem Punkt dauert, an dem der Motor 20 eine stetige Rotation erreicht. In dem Strombegrenzungsvorgang erhöht die Anlauf-Hilfsschaltung 4 allmählich eine Antriebsspannung der Motorantriebseinheit 3 so, dass der Strom, der in einer Antriebswicklung des Motors 20 fließt, auf einen vorbestimmten Wert oder darunter begrenzt wird. Der Verzögerungsvorgang und der Strombegrenzungsvorgang werden später genauer beschrieben.
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2 ist ein Blockdiagramm, das einen Schaltungsaufbau der Anlauf-Hilfsschaltung 4 der Motorantriebssteuerung 1 zeigt.
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Wie in 2 gezeigt, hat die Anlauf-Hilfsschaltung 4 eine Anlauf-Verzögerungsschaltung 5 und eine Strombegrenzungsschaltung 6. Die Anlauf-Verzögerungsschaltung 5 und die Strombegrenzungsschaltung 6 sind miteinander verbunden. Die Strombegrenzungsschaltung 6 ist mit den Punkten A1, B1 verbunden. Die Anlauf-Verzögerungsschaltung 5 ist mit den Punkten A2, B2 verbunden. Im Übrigen sind in 2 manche Teile (insbesondere eine Reset-Schaltung und eine Dämpfungs-Schaltung) der Elemente, die in der Anlauf-Verzögerungsschaltung 5 vorhanden sind, nicht abgebildet. Die entsprechenden Teile sind in 3 abgebildet und werden unten genauer beschrieben.
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Die Anlauf-Verzögerungsschaltung 5 enthält eine Verzögerungszeit-Einstellschaltung 7 und eine Umschalteinrichtung 8.
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Die Verzögerungszeit-Einstellschaltung 7 legt die vorbestimmte Verzögerungszeitspanne in Bezug auf den Verzögerungsvorgang fest. Die Verzögerungszeit-Einstellschaltung 7 ist mit dem Punkt A1, d.h. mit der Ausgangsleitung der Gleichrichterschaltung 2 und mit der Umschalteinrichtung 8 verbunden. Die Verzögerungszeit-Einstellschaltung 7 ist ferner mit den Punkten A2, B2 verbunden.
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Die Umschalteinrichtung 8 wird eingeschaltet, nachdem die Verzögerungszeitspanne, die von der Verzögerungszeit-Einstellschaltung 7 eingestellt wird, abgelaufen ist. Wenn die Umschalteinrichtung 8 eingeschaltet wird, wird der Gleichstrom von der Gleichrichterschaltung 2 zu der Motorantriebseinheit 3 geführt.
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Die Strombegrenzungsschaltung 6 hat eine Stromerfassungsschaltung 9, eine Überstrom-Rückkopplungschaltung 10 und eine Spannungspegel-Einstellschaltung 11.
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Die Stromerfassungsschaltung 9 erkennt einen Stromwert des Gleichstroms, der von der Gleichrichterschaltung 2 abgegeben wird. Die Stromerfassungsschaltung 9 ist mit dem Punkt B1 verbunden. Die Stromerfassungsschaltung 9 ist über die Spannungspegel-Einstellschaltung 11 auch mit dem Punkt A1 verbunden. Ein Ausgangsanschluss der Stromerfassungsschaltung 9 ist mit der Umschalteinrichtung 8 verbunden.
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Die Überstrom-Rückkopplungsschaltung 10 steuert den eingeschalteten Betriebszustand der Umschalteinrichtung 8 in Abhängigkeit vom Wert des Gleichstroms, der von der Stromerfassungsschaltung 9 erfasst wird. Die Überstrom-Rückkopplungschaltung 10 ist über die Spannungspegel-Einstellschaltung 11 mit Punkt A1 verbunden. Die Überstrom-Rückkopplungsschaltung 10 ist ferner über die Stromerfassungsschaltung 9 mit dem Punkt B1 verbunden. Ein Ausgangsanschluss der Überstrom-Rückkopplungsschaltung 10 bildet den Eingang der Umschalteinrichtung 8. Die Umschalteinrichtung 8 wird zum Beispiel entsprechend der von der Überstrom-Rückkopplungsschaltung 10 zugeführten Spannung ein- oder ausgeschaltet.
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Die Spannungspegel-Einstellschaltung 11 stellt einen Spannungspegel der Gleichspannung ein, die der Überstrom-Rückkopplungsschaltung 10 zugeführt wird in Abhängigkeit vom Wert des Gleichstroms, der von der Gleichrichterschaltung 2 abgegeben wird. Die Spannungspegel-Einstellschaltung 11 ist mit dem Punkt A1 verbunden. Die Spannungspegel-Einstellschaltung 11 ist ferner mit der Stromerfassungsschaltung 9 und der Überstrom-Rückkopplungsschaltung 10 verbunden.
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Ist der Wert des Gleichstroms, der von der Gleichrichterschaltung 2 abgegeben wird, klein, dann ist es erforderlich, den Spannungspegel zu erhöhen, der der Überstrom-Rückkopplungsschaltung 10 zugeführt wird. Die Spannungspegel-Einstellschaltung 11 wird in dem entsprechenden Betriebszustand zu einer besonders wirksamen Schaltung.
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[Konkretes Beispiel für den Schaltungsaufbau der Anlauf-Hilfsschaltung 4]
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3 zeigt ein bestimmtes Beispiel für den Schaltungsaufbau der Anlauf-Hilfsschaltung 4.
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Wie in 3 gezeigt, sind die jeweiligen Schaltungen der Anlauf-Hilfsschaltung 4 in diesem Ausführungsbeispiel zum Beispiel durch die nachfolgenden Schaltungselemente aufgebaut.
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In der Anlauf-Verzögerungsschaltung 5 hat die Verzögerungszeit- Einstellschaltung 7 ein Widerstandselement R1 und einen Kondensator C1. Das Widerstandselement R1 und der Kondensator C1 sind in Reihe geschaltet. Ein Ende des Widerstandselements R1 ist mit dem Punkt A2 verbunden, und ein Ende des Kondensators C1 ist mit dem Punkt B2 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Punkt A2 mit Punkt A1 verbunden (in anderen Worten, der Punkt A1 ist verzweigt und mit der Spannungspegel-Einstellschaltung 11 sowie dem Punkt A2 verbunden).
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Die Umschalteinrichtung 8 hat ein Schaltelement Q1. Das Schaltelement Q1 ist zum Beispiel ein bipolarer Transistor. Ein Kollektoranschluss des Schaltelements Q1 ist mit dem Punkt B2 verbunden und ein Emitteranschluss des Schaltelements ist mit der Stromerfassungsschaltung 9 verbunden.
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In diesem Ausführungsbeispiel hat die Anlauf-Verzögerungsschaltung 5 ferner eine Diode D1 (die ein Beispiel für die Reset-Schaltung ist) und ein Widerstandselement R2 (ein Beispiel für die Dämpfungsschaltung). Die Kathode der Diode D1 ist mit dem Punkt A2 verbunden. Die Anode der Diode D1 ist mit einem Verbindungspunkt des Widerstandselements R1 und des Kondensators C1 und einem Ende des Widerstandselements R2 verbunden. Das andere Ende des Widerstandselements R2 ist mit dem Basisanschluss des Schaltelements Q1 verbunden.
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Des Weiteren sind die Diode D1 und das Widerstandselement R2 nicht notwendigerweise vorhanden.
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In der Strombegrenzungsschaltung 6 hat die Stromerfassungsschaltung 9 ein Widerstandselement R3. Ein Ende des Widerstandselements R3 ist mit einer Leitung verbunden, die den Emitteranschluss des Schaltelements Q1 und die Spannungspegel-Einstellschaltung 11 miteinander verbindet. Das andere Ende des Widerstandselements R3 ist mit einer Leitung verbunden, die den Punkt B1 und die Überstrom-Rückkopplungsschaltung 10 miteinander verbindet.
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Die Überstrom-Rückkopplungsschaltung 10 hat ein Schaltelement Q2. Das Schaltelement Q2 ist zum Beispiel ein bipolarer Transistor. Der Kollektoranschluss des Schaltelements Q2 ist mit dem Widerstandselement R2 und dem Basisanschluss des Schaltelements Q1 verbunden. Der Emitteranschluss des Schaltelements Q2 ist mit dem Punkt B1 verbunden. Der Basisanschluss des Schaltelements Q2 ist mit der Spannungspegel-Einstellschaltung 11 verbunden.
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Die Spannungspegel-Einstellschaltung 11 hat die Widerstandselemente R4 und R5. Das Widerstandselement R4 und das Widerstandselement R5 sind in Reihe geschaltet, das Widerstandselement R4 ist mit Punkt A1 und das Widerstandselement R5 ist mit dem Widerstandselement R3 und dem Emitteranschluss des Schaltelements Q1 verbunden. Der Basisanschluss des Schaltelements Q2 ist mit einem Verbindungspunkt des Widerstandselements R4 und des Widerstandselements R5 verbunden.
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[Betriebszustände]
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4 zeigt ein Verhältnis zwischen einem Potential P1 und einer Gleichspannung P2 der Anlauf-Verzögerungsschaltung 5 während des Betriebs der Motorantriebssteuerung 1.
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Mit Bezug auf 4 wird ein Betrieb der Anlauf-Hilfsschaltung 4 beim Anlaufen des Motors 20 und ein Betrieb der Anlauf-Hilfsschaltung 4 bei einem Wiederanlauf aus einem blockierten Zustand beschrieben.
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In 4 bezeichnet die strichpunktierte Linie eine Seite niedrigen Potentials (Masse-Seite) P1 der Motorantriebseinheit 3. Das Potential P1 ist das Potential des Kollektors von Schaltelement Q1, d.h. das Potential von Punkt B2. Ferner bezeichnet die durchgezogene Linie eine Gleichspannung P2, die von der Gleichrichterschaltung 2 abgegeben wird. Die Gleichspannung P2 ist eine Potentialdifferenz (die gleich ist wie das Potential von Punkt A1) zwischen Punkt A1 und Punkt B1 und ist das Potential von Punkt A2. Ferner ist eine Potentialdifferenz zwischen der Gleichspannung P2 und dem Potential P1 eine Gleichspannung, die der Motorantriebseinheit 3 zugeführt wird.
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[Verzögerungsvorgang während des Anlaufs]
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Der Verzögerungsbetrieb für die Motorantriebseinheit 3 wird für eine vorbestimmte Verzögerungszeitspanne nach dem Anlauf des Motors 20 durchgeführt, d.h., nachdem die Antriebssteuerung 1 startet. Zum Zeitpunkt t0, wenn die Zufuhr von Wechselstrom von der Wechselstromversorgung Vac beginnt, startet die Gleichrichterschaltung 2. Dadurch nehmen das Potential P1 und die Gleichspannung P2 zu und werden zu V1(V) zum Zeitpunkt t1.
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Zu dieser Zeit speichert die Verzögerungszeit-Einstellschaltung 7 elektrische Energie, so dass der Betrieb der Motorantriebseinheit 3 verzögert wird. Das heißt, dass der Kondensator C1 beim Starten der Gleichrichterschaltung 2 über das Widerstandselement R1 in der Verzögerungszeit-Einstellschaltung 7 geladen wird. Zum Zeitpunkt t2, wenn das Potential des Kondensators C1 auf ein festgelegtes Potential angewachsen ist, wird die Ladung über das Widerstandselement R2 an das Schaltelement Q1 abgegeben. Wenn die Spannung des Basisanschlusses von Schaltelement Q1 erhöht und das Schaltelement Q1 dadurch aktiviert wird, nimmt die Motorantriebseinheit 3 ihren Betrieb auf.
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Die Zeitspanne, während der der Kondensator C1 bis zu einem festgelegten Potential aufgeladen wird, ist die Verzögerungszeit (= Zeitspanne, für die die Verzögerungszeit eingestellt ist). In 4 dauert die Verzögerungszeit vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2. Während der Verzögerungszeitspanne bleibt das Potential P1 bei V1(V). Währenddessen nimmt die Gleichspannung P2 allmählich zu und wird zum Potential V2(V) eines stationären Zustands zum Zeitpunkt t2.
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Hierbei arbeitet das Widerstandselement R2 als Dämpfungsschaltung, die den Strom begrenzt, der der Umschalteinrichtung 8 zugeführt werden soll. Das heißt, das Widerstandselement R2 erhöht den Strom, der im Schaltelement Q1 fließt, sanft und unterstützt ein weiches Einschalten des Schaltelements Q1. Des Weiteren ist das Widerstandselement R2 nicht notwendigerweise vorhanden.
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Ferner arbeitet die Diode D1 als Reset-Schaltung, die die in der Verzögerungszeit-Einstellschaltung 7 gespeicherte elektrische Energie entlädt. Das heißt, dass beim Anhalten der Gleichrichterschaltung 2 die Diode D1 die im Kondensator C1 gespeicherte elektrische Energie schnell entlädt und die Verzögerungszeit-Einstellschaltung 7 zurücksetzt. Die Diode D1 ist besonders wirksam, wenn die Wechselstromversorgung Vac die Ein- und Aus-Betriebszustände in kurzer Zeit wiederholt und sorgt dafür, dass die Antriebssteuerung 1 zuverlässig arbeitet. Dabei muss die Diode D1 nicht notwendigerweise vorhanden sein.
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[Strombegrenzungsbetrieb]
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Der Antriebsstrom, der im Motor 20 fließt, wird nach dem Start der Motorantriebseinheit 3 während einer festgelegten Anlaufzeit (zweite festgelegte Zeitspanne) begrenzt (ein Strombegrenzungsvorgang in der Anlaufphase).
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In der Strombegrenzungsschaltung 6 wird eine Spannung, die unter Verwendung des Widerstandselements R3 der Stromerfassungsschaltung 9 aus der Spannung am Punkt A1 erfasst wird, an den Widerstandselementen R4 und R5 der Spannungspegel-Einstellschaltung 11 aufgeteilt und dann am Basisanschluss des Schaltelements Q2 angelegt. Sobald das Potential der Basis des Schaltelements Q2 dann eine festgelegte Spannung erreicht, schaltet das Schaltelement Q2 ein. Dadurch wird der Strom des Schaltelements Q1 für die Anlauf-Zeitspanne vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 begrenzt.
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Das bedeutet, dass das Schaltelement Q2 als Überstrom- Begrenzungselement das Schaltelement Q1 begrenzt, bis die Rotation des Motors 20 zunimmt und die Nennlast erreicht (Dauerbetrieb). Insbesondere nimmt, wie in 4 gezeigt, das Potential P1, von einem Potential V1(V) zum Zeitpunkt t2 ausgehend, langsam ab und wird Null (0) zum Zeitpunkt t3. Gleichzeitig verbleibt die Gleichspannung P2 bei V2(V). Die Spannungsdifferenz (P2 – P1) (V) zwischen der Gleichspannung P2 und dem Potential P1 ist die Antriebsspannung, die der Motorantriebseinheit 3 zum Antrieb des Motors 20 zugeführt wird. Das heißt, es wird eine Strombegrenzung mit Bezug auf P1(V) für die Antriebsspannung durchgeführt. Die Strombegrenzung wird so durchgeführt, dass der Strom, der in der Motorantriebseinheit 3 fließt, einen festgelegten Wert einnimmt oder unter diesem Wert bleibt, damit der Nennstrom nicht überschritten wird.
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Wird das Potential P1 zu Null (0) zum Zeitpunkt t3, so wird eine Zeitspanne nach dem Zeitpunkt t3 zu einer Zeitspanne des Dauerbetriebs, während der die Gleichspannung P2 als die Antriebsspannung angelegt wird.
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[Strombegrenzungsvorgang beim Wiederanlauf]
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Hierbei wird ein Fall angenommen, bei dem der Rotor des Motors 20 aus irgendwelchen Gründen blockiert ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Strombegrenzungsvorgang selbst bei einem Wiederanlauf nach dem blockierten Zustand durchgeführt, ähnlich wie in der Anlaufphase. Der Strombegrenzungsvorgang beim Wiederanlauf wird während einer festgelegten Wiederanlaufzeit (dritte vorbestimmte Zeitspanne) nach dem Beginn des Wiederanlaufens durchgeführt.
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Wie in 4 beispielhaft gezeigt ist, vergeht nach der Zeitspanne des Dauerbetriebs, vom Zeitpunkt t3 bis t4, eine Zeitspanne vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 und danach beginnt der Wiederanlauf zum Zeitpunkt t5. An dieser Stelle nimmt das Potential P1 kurz nach dem Zeitpunkt t5 auf V1(V) zu, nimmt dann allmählich ab und wird zum Zeitpunkt t6 zu Null (0), wie beim Anlauf. Dadurch wird während der Zeitspanne des Wiederanlaufs vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t6 die Strombegrenzung von P1(V) für die Antriebsspannung durchgeführt, ähnlich wie beim Anlauf. Hierbei kann nichts darüber ausgesagt werden, ob eine Wiederanlauf-Zeitspanne gleich groß ist wie die Anlauf-Zeitspanne, da die Zeitspanne entsprechend dem Belastungszustand des Motors 20 und ähnlichen Faktoren bestimmt wird.
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[Wirkungen des Ausführungsbeispiels]
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Gemäß der Antriebssteuerung 1, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist es möglich, den Betrieb der Motorantriebseinheit 3 nach Beginn der Zuführung des Wechselstroms von der Wechselstromversorgung Vac an die Gleichrichterschaltung 2 durch die Anlauf-Hilfsschaltung 4 bis zum Ablauf der Verzögerungszeit (erste vorbestimmte Zeitspanne) zu verzögern. Es ist also möglich, die Ausgabe des Antriebssignals der Motorantriebseinheit 3 für die Zeitspanne der Verzögerung zu verzögern. Dadurch kann verhindert werden, dass der Motor 20 gleichzeitig mit der Zuführung des Wechselstroms von der Wechselstromversorgung Vac startet.
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Ferner wird der Antriebsstrom, der im Motor 20 fließt, durch die Abläufe der Anlauf-Hilfsschaltung 4 begrenzt. Dies geschieht nach dem Start der Motorantriebseinheit 3, bis die Anlauf-Zeitspanne (zweite vorbestimmte Zeitspanne) abgelaufen ist, und nachdem der blockierte Zustand aufgehoben wird und der Wiederanlauf startet, bis die Wiederanlauf-Zeitspanne (dritte vorbestimmte Zeitspanne) abgelaufen ist. Dadurch lässt sich verhindern, dass beim Anlaufen des Motors 20 der Nennstrom oder ein noch größerer Strom fließt.
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Da es, wie oben beschrieben, möglich ist, den Motor 20 daran zu hindern, dass er gleichzeitig mit der Zuführung des Wechselstroms startet und zu verhindern, dass der Nennstrom oder ein noch größerer Strom fließt, lässt sich der Betrieb der Gleichrichterschaltung 2 stabilisieren. Da sich der Aufbau der Anlauf-Hilfsschaltung 4 durch die Verwendung von ausschließlich einfachen Schaltungselementen verwirklichen lässt, können die Fertigungskosten reduziert werden
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Derweil ist es bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, eine große Potentialdifferenz zwischen den Kollektor- und Emitter-Anschlüssen des Schaltelements Q1 einzustellen. Dadurch lässt sich verhindern, dass der Gleichstrom von der Gleichrichterschaltung 2 sofort unterbrochen wird, wenn die Wechselstromversorgung Vac gerade eingeschaltet wurde, oder sich im Wiederanlaufzustand befindet, nachdem der blockierte Zustand aufgehoben ist.
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[Sonstiges]
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Des Weiteren ist es möglich, dass die Strombegrenzungsschaltung der Anlauf-Hilfsschaltung nicht mit einer Spannungspegel-Einstellschaltung versehen ist. Ist zum Beispiel der Stromwert des Gleichstroms, der von der Gleichrichterschaltung 2 in 3 abgegeben wird, groß, dann ist es möglich, dass die Spannungspegel-Einstellschaltung nicht vorhanden ist, die Stromerfassungsschaltung 9 und die Überstrom-Rückkopplungsschaltung 10 nicht mit dem Punkt A1 verbunden sind. Ist dies der Fall, dann können ein Ende (auf der Seite, die mit dem Emitteranschluss des Schaltelement Q1 verbunden ist) des Widerstandselements R3 der Stromerfassungsschaltung 9 und der Basisanschluss des Schaltelements Q2 der Überstrom-Rückkopplungsschaltung 10 miteinander über ein Widerstandselement verbunden sein.
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Der Einsatzbereich der Motorantriebssteuerung beschränkt sich nicht auf bürstenlose Gleichstrommotoren, sie kann auch für andere Motoren verwendet werden.
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Die Konfiguration der Schaltungselemente, die die Anlauf- Verzögerungsschaltung und die Strombegrenzungsschaltung bilden, ist nicht auf die in 3 gezeigte Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel sind die Schaltelemente Q1, Q2 in 3 nicht auf bipolare Transistoren beschränkt und ein FET (Feld Effekt Transistor), ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) und ähnliche sind ebenfalls möglich.
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Die Umschalteinrichtung kann anstatt der Schaltelemente, die Halbleiter verwenden, mit einem mechanischen Teil, wie zum Beispiel einem mechanischen Relais, versehen sein.
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Es ist zu beachten, dass das obige Ausführungsbeispiel nur beispielhaft ist und in keiner Weise beschränkend ist. Der Umfang dieser Offenbarung ist nicht nur durch die obigen Beschreibungen definiert, sondern beinhaltet auch äquivalente Sinngehalte und sämtliche Abwandlungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motorantriebssteuerung
- 2
- Gleichrichterschaltung
- 3
- Motorantriebseinheit
- 4
- Anlauf-Hilfsschaltung
- 5
- Anlauf-Verzögerungsschaltung
- 6
- Strombegrenzungsschaltung
- 7
- Verzögerungszeit-Einstellschaltung
- 8
- Umschalteinrichtung
- 9
- Stromerfassungsschaltung
- 10
- Überstrom-Rückkopplungsschaltung
- 11
- Spannungspegel-Einstellschaltung
- 20
- Motor
- Vac
- Wechselstromversorgung
- R1, R2, R3, R4, R5
- Widerstandselement
- C1
- Kondensator
- Q1, Q2
- Schaltelement
- D1
- Diode
- t0, t1, t2, t3, t4, t5, t6
- Zeitpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2012-073147 [0001]
- JP 2001-286181 A [0003, 0004]
