DE102016105618A1

DE102016105618A1 - Motorantriebssteuerung

Info

Publication number: DE102016105618A1
Application number: DE102016105618.9A
Authority: DE
Inventors: Toshikazu KOSHIBA; Shigemi Masuda
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: US20160285403A1; US9634605B2; DE102016105618B4; JP2016185013A; JP6234399B2

Abstract

Eine Motorantriebssteuerung weist eine Phasenstromerfassungsschaltung auf, die aufweist: eine RC-Netzwerkschaltung, in der ein Widerstand und ein Kondensator in Reihe geschaltet sind, wobei die RC-Netzwerkschaltung dazu konfiguriert ist, mit einer oder mehreren Spulen der entsprechenden Phasen eines Motors parallel geschaltet zu werden; und eine Filterschaltung, die ein Signal auf der Grundlage eines an dem Kondensator anliegenden Spannungssignals glättet, wobei die Phasenstromerfassungsschaltung ein Gleichspannungssignal erzeugt, das einer Änderung des Werts eines in den Spulen fließenden Phasenstroms entspricht; sowie einen Motortreiber, der den Motor dadurch ansteuert, dass an jede Phase des Motors eine Spannung angelegt wird; und eine Steuerung, die das Gleichspannungssignal von der Phasenstromerfassungsschaltung empfängt und den Motortreiber auf der Grundlage des Gleichspannungssignals steuert.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebssteuerung, die eine Phasenstromerfassungsschaltung zum Erfassen eines Phasenstroms eines Motors aufweist.
Beschreibung des Standes der Technik
Als ein Verfahren zum Erfassen eines in einem Motor fließenden Stroms ist ein Verfahren bekannt, das den Strom unter der Verwendung eines Parallelwiderstands erfasst. Zum Beispiel ist in der JP-A-2009-281.538 in der Zusammenfassung beschrieben, dass „durch präzise Steuerung einer Kupplungseinrückkraft durch Verbessern einer Strom-Rückkopplungssteuerungsgenauigkeit ohne Verringern einer Veränderung im Motor-Stromwert eine Steuerungsvorrichtung eines Automatikgetriebes bereitgestellt werden kann, mit dem die Betriebssicherheit und ein Gefühl für ein Fahrzeug sichergestellt werden.”
Im Absatz [0038] der JP-A-2009-281.538 ist beschrieben, dass „ein Stromerfassungswiderstand (der hiernach als ein „Parallelwiderstand” bezeichnet wird) 207 in einen Bus 206 eingefügt wird, der eine Batterie 202 und einen Inverter 203 verbindet, und eine Potenzialdifferenz am Parallelwiderstand 207 erzeugt wird, wenn durch die Rotation eines bürstenlosen Motors 204 ein Strom fließt. Diese Potenzialdifferenz wird von einer Filterschaltung 208 gefiltert und als ein Spannungssignal an eine Stromerfassungseinheit 209 übertragen. Die Stromerfassungseinheit 209 berechnet einen Stromwert auf der Grundlage von Daten, die durch eine Analog-Digital-Umwandlung des übertragenen Spannungssignals an jeder Flanke eines Hall-Sensor-Signals erhalten werden.”
Bei dem Erfassungsverfahren, bei dem ein Parallelwiderstand verwendet wird, kann ein ständiger Leistungsverlust in diesem Parallelwiderstand je nach Konstruktionsspezifikation sehr groß ausfallen, und es kann schwierig werden, das Verfahren in einer realistischen Umsetzung zu verwirklichen. Demgemäß wird ein Verfahren in Betracht gezogen, mit dem ein Messwert im Parallelwiderstand verringert wird, um den Verlust zu vermindern, und das Messsignal im Pegel verschoben und verstärkt wird.
Es besteht jedoch in dem Verfahren bei der Pegelverschiebung und/oder der Verstärkung des Erfassungssignals eine Möglichkeit, dass die Stromerfassungsschaltung als Ganzes ziemlich kompliziert wird. Ferner muss für den Fall einer Überlast unvermeidlich ein Parallelwiderstand eingesetzt werden, der auf einen großen Nennwert ausgelegt ist.
Abriss der Erfindung
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist es, eine Motorantriebssteuerung bereitzustellen, die einen Strom mit sehr geringem Stromverbrauch mittels einer einfachen Schaltungskonfiguration erfassen kann.
Gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Motorantriebssteuerung vorgesehen, die aufweist: eine Phasenstromerfassungsschaltung, aufweisend: eine RC-Netzwerkschaltung, in der ein Widerstand und ein Kondensator in Reihe geschaltet sind, wobei die RC-Netzwerkschaltung dazu konfiguriert ist, mit einer oder mehreren Spulen der entsprechenden Phasen eines Motors parallel geschaltet zu werden; und eine Filterschaltung, die ein Signal auf der Grundlage eines an dem Kondensator anliegenden Spannungssignals glättet, wobei die Phasenstromerfassungsschaltung ein Gleichspannungssignal erzeugt, das einer Änderung des Werts eines in den Spulen fließenden Phasenstroms entspricht; einen Motortreiber, der den Motor derart ansteuert, dass an jede Phase des Motors eine Spannung angelegt wird; und eine Steuerung, die das Gleichspannungssignal von der Phasenstromerfassungsschaltung empfängt und den Motortreiber auf der Grundlage des Gleichspannungssignals steuert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den beiliegenden Zeichnungen zeigt:
1 ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebssteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 einen äquivalenten Schaltplan einer Spule und einer Phasenstromerfassungsschaltung;
3 ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer verlustlosen Überstromerfassungsschaltung veranschaulicht;
4 Wellen, die ein Beispiel für eine Wellenform eines erfassten Spannungssignals veranschaulichen;
5 eine Kurvendarstellung, die ein Bestätigungsergebnis einer Überstromschutzfunktion veranschaulicht;
6 eine Kurvendarstellung, die eine Beziehung zwischen einem Strom und einer erfassten Spannung veranschaulicht; und
7 ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebssteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung
Hiernach werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen anhand der beiliegenden Zeichnungen und Gleichungen beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebssteuerung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die Motorantriebssteuerung 1 weist eine Inverterschaltung 2 (einen Teil eines Motortreibers), eine Treibervorstufe 3 (ein Beispiel eines Motortreibers), eine Steuerung 4, eine Phasenstromerfassungsschaltung 10 und einen Widerstand R0 auf. Die Motorantriebssteuerung 1 ist mit einer Stromquelle Vd verbunden und mit einem Motor 20 in drei Phasen einer U-Phasen-Verdrahtung, einer V-Phasen-Verdrahtung und einer W-Phasen-Verdrahtung verbunden. Die Motorantriebssteuerung 1 steuert eine Rotation des Motors 20 und gibt einen Drei-Phasen-Wechselstrom an den Motor 20 aus.
Die Inverterschaltung 2 hat zum Beispiel sechs Feldeffekttransistoren (FET) als Schaltelemente Q1 bis Q6. Die Inverterschaltung 2 weist einen U-Phasen-Schaltzweig, einen V-Phasen-Schaltzweig und einen W-Phasen-Schaltzweig auf. Die Inverterschaltung 2 ist mit der Stromquelle Vd verbunden und ist auch mit dem Widerstand R0 verbunden.
Der U-Phasen-Schaltzweig weist ein Oberer-Brückenzweig-Schaltelement Q1 und ein Unterer-Brückenzweig-Schaltelement Q2 auf. Der Drain-Anschluss des Schaltelements Q1 ist mit der Stromquelle Vd verbunden. Der Source-Anschluss des Schaltelements Q1, aus dem ein U-Phasen-Wechselstromsignal ausgegeben wird, ist mit dem Drain-Anschluss des Schaltelements Q2 verbunden. Der Source-Anschluss des Schaltelements Q2 ist über den Widerstand R0 mit der Stromquelle Vd verbunden. Der Gate-Anschluss des Schaltelements Q1 und der Gate-Anschluss des Schaltelements Q2 sind mit der Treibervorstufe 3 verbunden.
Der V-Phasen-Schaltzweig weist ein Oberer-Brückenzweig-Schaltelement Q3 und ein Unterer-Brückenzweig-Schaltelement Q4 auf. Der Drain-Anschluss des Schaltelements Q3 ist mit der Stromquelle Vd verbunden. Der Source-Anschluss des Schaltelements Q3, aus dem ein V-Phasen-Wechselstromsignal ausgegeben wird, ist mit dem Drain-Anschluss des Schaltelements Q4 verbunden. Der Source-Anschluss des Schaltelements Q4 ist über den Widerstand R0 mit der Stromquelle Vd verbunden. Der Gate-Anschluss des Schaltelements Q3 und der Gate-Anschluss des Schaltelements Q4 sind mit der Treibervorstufe 3 verbunden.
Der W-Phasen-Schaltzweig weist ein Oberer-Brückenzweig-Schaltelement Q5 und ein Unterer-Brückenzweig-Schaltelement Q6 auf. Der Drain-Anschluss des Schaltelements Q5 ist mit der Stromquelle Vd verbunden. Der Source-Anschluss des Schaltelements Q5, aus dem ein W-Phasen-Wechselstromsignal ausgegeben wird, ist mit dem Drain-Anschluss des Schaltelements Q6 verbunden. Der Source-Anschluss des Schaltelements Q6 ist über den Widerstand R0 mit der Stromquelle Vd verbunden. Der Gate-Anschluss des Schaltelements Q5 und der Gate-Anschluss des Schaltelements Q6 sind mit der Treibervorstufe 3 verbunden.
Mit anderen Worten weist die Inverterschaltung 2 die Oberer-Brückenzweig-Schaltelemente Q1, Q3 und Q5 auf, die zwischen den Phasen der Ankerspulen Lu, Lv und Lw des Motors 20, und einen Anschluss (positiver Elektrodenanschluss) der Stromquelle Vd geschaltet sind, sowie die Unterer-Brückenzweig-Schaltelemente Q2, Q4 und Q6, die über den Widerstand R0 zwischen die Phasen der Ankerspulen Lu, Lv und Lw und den anderen Anschluss (negativen Elektrodenanschluss) der Stromquelle Vd geschaltet sind.
Die Inverterschaltung 2 wird von der Stromquelle Vd mit Strom versorgt und gibt an die U-Phasen-Verdrahtung, die V-Phasen-Verdrahtung und die W-Phasen-Verdrahtung des Motors 20 einen Drei-Phasen-Wechselstrom aus, wenn von der Treibervorstufe 3 ein Ansteuerungssignal eingegeben wird.
Die Treibervorstufe 3 weist zum Beispiel sechs Gate-Ansteuerungsschaltungen auf. Wenn ein Steuersignal Sc von der Steuerung 4 eingegeben wird, erzeugt die Treibervorstufe 3 ein Ansteuerungssignal auf der Grundlage des Steuersignals Sc und gibt das erzeugte Ansteuerungssignal an die Inverterschaltung 2 aus.
In dieser Ausführungsform stellen die Inverterschaltung 2 und die Treibervorstufe 3 einen Motortreiber dar, der von der Stromquelle Vd mit Strom versorgt wird und den Motor 20 in Reaktion auf das Ansteuerungssignal ansteuert.
Der Widerstand R0 ist ein Widerstandselement zur Erfassung eines in der Inverterschaltung 2 fließenden Stroms. Ein Ende des Widerstands R0 ist mit den Source-Anschlüssen der Unterer-Brückenzweig-Schaltelement Q2, Q4 und Q6 verbunden, und das andere Ende des Widerstands R0 ist an Masse angeschlossen. Eine Spannung wird an dem Ende des Widerstands R0 erzeugt, da der durch die Inverterschaltung 2 fließende Strom von dem Ende zum anderen Ende des Widerstands R0 gelangt.
Die Steuerung 4 ist zum Beispiel ein Mikrocomputer, ist mit einer Phasenstromerfassungsschaltung 10 verbunden, die unten noch beschrieben wird, wird mit einem Gleichspannungssignal S3 versorgt und gibt das Steuerungssignal Sc an die Treibervorstufe 3 aus. Die Steuerung 4 stellt auf der Grundlage des Gleichspannungssignals S3 einen Überstromschutz bereit und steuert die Treibervorstufe 3 und die Inverterschaltung 2, aus denen der Motortreiber besteht.
Der Motor 20 ist ein bürstenloser Drei-Phasen-Motor, der als ein Lüftermotor verwendet wird, und weist die Ankerspulen Lu, Lv und Lw auf. Enden der Ankerspulen Lu, Lv und Lw sind in einer Y-Form verbunden. Die anderen Enden der Ankerspulen Lu, Lv und Lw sind mit der U-Phase, der V-Phase bzw. der W-Phase verbunden. Der Motor 20 wird dadurch drehend angetrieben, dass ein Drei-Phasen-Wechselstrom von der Inverterschaltung 2 in die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase eingegeben wird.
Die Stromquelle Vd ist eine Konstantspannungsquelle, die eine Spannung Vcc liefert. Zum Beispiel stabilisiert die Stromquelle Vd den Gleichstrom, der von einer (nicht gezeigten) Gleichstromquelle geliefert wird, als eine Konstantspannung und liefert dann den Gleichstrom an eine Motorantriebssteuerung 1. Die Stromquelle Vd ist mit der Inverterschaltung 2 verbunden und ist mit den Einheiten der Motorantriebssteuerung 1 über (nicht gezeigte) Verdrahtungen verbunden.
Die Phasenstromerfassungsschaltung 10 weist eine RC-Reihenschaltung 5 (ein Beispiel einer RC-Netzwerkschaltung), einen Dämpfer 6 und eine Filterschaltung 7 auf. Die Phasenstromerfassungsschaltung 10 ist mit einem V-Phasen-Knoten Vv und einem W-Phasen-Knoten Vw des Motors 20 verbunden, um in den Ankerspulen Lv und Lw fließende Phasenströme zu erfassen und um ein Gleichspannungssignal S3 zu erzeugen. Die Phasenstromerfassungsschaltung 10 weist Widerstände R1 bis R6 und Kondensatoren C1 und C2 auf, bei denen es sich um passive Elemente handelt, und ist daher kostengünstig. Im Prinzip kann die Phasenstromerfassungsschaltung 10 die Phasenströme ohne Verlust erfassen.
Die RC-Reihenschaltung 5 enthält den Widerstand R1 und den Kondensator C1, die in Reihe geschaltet sind, und gibt ein Spannungssignal S1 an dem Kondensator C1 aus, das im Wesentlichen proportional zu den Strömen ist, die in den Ankerspulen Lv und Lw fließen. D. h., dass das Spannungssignal S1 entspricht einer Änderung des in den Ankerspulen Lv und Lw fließenden Stroms. Ein Ende des Kondensator C1 ist mit dem Knoten Vv verbunden, und dessen anderes Ende ist mit einem Ende des Widerstands R1 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R1 ist mit dem Knoten Vw verbunden. Deshalb ist die RC-Reihenschaltung 5 parallel mit den Ankerspulen Lv und Lw verbunden, welche die Phasen des Motors 20 darstellen. Die RC-Reihenschaltung 5 ist nicht auf die Verbindung zwischen der V-Phase und der W-Phase eingeschränkt und kann vorzugsweise parallel mit beliebigen zwei Phasen des Motors 20 verbunden sein.
Der Dämpfer 6 ist ein Widerstandsnetzwerk, in dem die Widerstände R2 bis R5 miteinander verbunden sind, und gibt ein Spannungssignal S2, das dadurch erhalten wird, dass das Spannungssignal S1 gedampft wird, an die Filterschaltung 7 aus. Der Widerstand R3 ist parallel mit dem Kondensator C1 der RC-Reihenschaltung 5 geschaltet. Der Widerstand R4 ist zwischen einen Verbindungsknoten des Kondensator C1 und des Widerstands R1 und Masse geschaltet. Der Widerstand R2 und der Widerstand R5 sind zwischen den Knoten Vv und Masse geschaltet. Der Verbindungsknoten der Widerstände R2 und R5 ist eine Ausgangsseite des Dämpfers 6 und gibt das Spannungssignal S2 aus, das durch Dämpfen des Spannungssignals S1 erhalten wird. Es kann auch sein, dass der Dämpfer 6 kein wesentliches Element der vorliegenden Erfindung ist.
Die Filterschaltung 7 ist zum Beispiel ein Tiefpassfilter, das den Widerstand R6 und den Kondensator C2 enthält. Ein Ende des Widerstands R6 ist mit der Ausgangsseite des Dämpfers 6 verbunden, und dessen anderes Ende ist mit einem Ende des Kondensators C2 und der Steuerung 4 verbunden. Das andere Ende des Kondensators C2 ist mit Masse verbunden. Als ein Ergebnis hiervon wird ein Gleichspannungssignal S3, das durch Glätten des Spannungssignals S2 erhalten wird, an die Steuerung 4 ausgegeben, und wird eine Zeitkonstante der RC-Reihenschaltung 5 so eingestellt, dass das Gleichspannungssignal S3 im Wesentlichen proportional zum Phasenstrom ist. Hierbei ist eine Bedingung dafür, dass das Gleichspannungssignal S3 im Wesentlichen proportional zum Phasenstrom ist, dass die Zeitkonstante der RC-Reihenschaltung 5 im Wesentlichen gleich einem Wert ist, der dadurch erhalten wird, dass Induktivitätswerte der Spulen Lv und Lw durch eine Gleichstromwiderstandskomponente geteilt werden. Wenn ein Überstrom als der Phasenstrom fließt, wird das Gleichspannungssignal S3 größer oder gleich einer Spannung (zum Beispiel eine Referenzspannung von 3,0 Volt, wie noch zu beschreiben ist), die einem Schwellenwert des Überstroms entspricht, und kann daher entsprechend von der Steuerung 4 erfasst werden. Die Steuerung 4 bestimmt dann auf der Grundlage des Gleichspannungssignals S3, ob ein Überstrom als der Phasenstrom fließt oder nicht, und kann einen Überstromschutzvorgang durchführen.
Auch wenn die Zeitkonstante der RC-Reihenschaltung 5 nicht gleich dem Wert ist, der dadurch erhalten wird, dass die Induktivitätswerte der Spulen Lv und Lw durch die Gleichstromwiderstandskomponente geteilt werden, kann unter Berücksichtigung einer Differenz zwischen dem erhaltenen Wert und der Zeitkonstante der RC-Netzwerkschaltung durch Regressionsanalyse der tatsächliche Wert des Phasenstroms aus dem Gleichspannungssignal S3 geschätzt werden. Als ein Ergebnis hiervon ist es möglich, das Gleichspannungssignal S3 zu erhalten, das einer Variation in dem Wert des in den Spulen Lv und Lw fließenden Phasenstroms I entspricht.
2 ist ein äquivalenter Schaltplan der Ankerspulen Lv und Lw und der RC-Reihenschaltung 5. Ein Prinzip der Erfassung des Phasenstroms wird unten anhand von 2 beschrieben.
In 2 ist eine Reihenschaltung der Ankerspulen Lv und Lw des Motors 20 als eine äquivalente Schaltung gezeigt, die eine induktivität L und eine Gleichstromwiderstandskomponente DCR enthält.
Die RC-Reihenschaltung 5, in der R und C in Reihe geschaltet sind, ist parallel mit der äquivalenten Schaltung der Ankerspulen Lv und Lw geschaltet. Die RC-Reihenschaltung 5 ist als eine äquivalente Schaltung gezeigt, die eine Gleichstromwiderstandskomponente R und eine kapazitive Komponente C aufweist. Die Gleichstromwiderstandskomponente R repräsentiert einen Widerstandswert des Widerstands R1 und die kapazitive Komponente C repräsentiert einen Kapazitätswert des Kondensators C1.
Ein Strom I_L fließt in den Ankerspulen Lv und Lw, und eine Spannung V_L wird an die Ankerspulen angelegt. Zu dieser Zeit wird eine Beziehung zwischen dem Strom I_L und der Spannung V_L durch Gleichung (1) ausgedrückt.
Die Beziehung zwischen der Spannung V_L und dem Strom I_L wird durch Gleichung (2) ausgedrückt, die durch eine Modifizierung von Gleichung (1) erhalten wird. V_L = (jωL + DCR)I_L (2)
Ein Strom I_R fließt in der RC-Reihenschaltung 5. Der Strom I_R wird durch die Gleichung (3) ausgedrückt.
Wie in Gleichung (4) ausgedrückt, ist gemäß dem ersten Kirchhoffschen Gesetz der Phasenstrom I die Summe des Stroms I_L und des Stroms I_R. Verglichen mit dem Strom I_L, der in den Ankerspulen Lv und Lw des Motors 20 fließt, ist der Strom I_R vernachlässigbar klein, weshalb der Phasenstrom I durch den Strom I_L angenähert werden kann. I = I_L + I_R ≅ I_L (4) ∵I_L >> I_R
Eine Spannung V_S wird an die kapazitive Komponente C angelegt. Die Spannung V_S wird durch die folgende Näherung der Gleichung (5) ausgedrückt.
Hierbei werden die kapazitive Komponente C und die Gleichstromwiderstandskomponente R so eingestellt, dass der Nenner und der Zähler von Gleichung (5) gleich sind, d. h. sodass die Bedingung von Gleichung (6) erfüllt wird. L / DCR = CR (6)
Durch diese Einstellung heben sich der Nenner und der Zähler von Gleichung (5) auf, weshalb die Spannung V_S gleich dem Produkt des Phasenstroms I und der Gleichstromwiderstandskomponente DCR ist. Die Bedingung von Gleichung (6) ist auch eine Bedingung, bei der die Zeitkonstante der Reihenschaltung der Ankerspulen Lv und Lw gleich der Zeitkonstante des RC-Reihennetzwerks wird.
Durch diese Einstellung kann, da der Phasenstrom I, der in den Ankerspulen Lv und Lw fließt, und die Spannung V_S die gleiche Phase haben, die Phasenstromerfassungsschaltung 10 unter der Verwendung der Spannung V_S ein Signal erfassen, das im Wesentlichen proportional zum Phasenstrom I ist.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer verlustlosen Überstromerfassungsschaltung 10a zeigt. Die verlustlose Überstromerfassungsschaltung 10a ist ein modifiziertes Beispiel der Phasenstromerfassungsschaltung 10, die in 1 gezeigt ist.
Zusätzlich zur selben Funktion wie derjenigen der Phasenstromerfassungsschaltung 10, die in 1 gezeigt ist, hat die verlustlose Überstromerfassungsschaltung 10a eine Funktion zum Ausgeben eines Überstromerfassungssignals S5 an die Treibervorstufe 3. Zusätzlich zur selben Konfiguration wie derjenigen der Phasenstromerfassungsschaltung 10, die in 1 gezeigt ist, weist die verlustlose Überstromerfassungsschaltung 10a eine Filterschaltung 7a auf, die dieselbe Konfiguration wie die Filterschaltung 7 hat. Hierbei ist die Filterschaltung 7a ein RC-Integrierglied. In 3 sind die Filterschaltungen 7 und 7a verkürzt als ein Tiefpassfilter (LPF) dargestellt, ist die RC-Reihenschaltung 5 verkürzt als RC dargestellt und ist der Dämpfer 6 verkürzt als ein „Widerstandsnetzwerk” dargestellt.
Der Dämpfer 6 besteht zum Beispiel aus dem Widerstandsnetzwerk von 1 und gibt ein Spannungssignal S2, das dadurch erhalten wird, dass das Spannungssignal S1 durch das Widerstandsnetzwerk gedampft wird, an die Filterschaltung 7 aus. Die Filterschaltung 7 erzeugt ein Gleichspannungssignal S3 durch Glätten des Spannungssignals S2 und gibt das erzeugte Gleichspannungssignal an den Comp-Anschluss (Vergleichsanschluss) der Steuerung 4 aus. Eine Referenzspannung, die auf Teilungswiderständen R7 und R8 basiert, wird an den Vref-Anschluss (Referenzspannungsanschluss) der Steuerung 4 angelegt. Die Steuerung 4 vergleicht das Gleichspannungssignal S3 des Comp-Anschlusses mit der Referenzspannung (zum Beispiel 3,0 Volt) des Vref-Anschlusses und führt eine Überstromkontrolle durch, wenn das Gleichspannungssignal S3 größer als die Referenzspannung ist. Die Steuerung 4 steuert das Steuerungssignal Sc, das an einen VSP-Anschluss (Drehzahl-Steuerungsanschluss) der Treibervorstufe 3 ausgegeben wird, sodass der Phasenstrom nicht größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Da die Überstromerfassungsspannung der Steuerung 4 größer als die Überstromerfassungsspannung der Treibervorstufe 3 ist, ist eine Erfassungsabweichung der Steuerung 4 kleiner als eine Erfassungsabweichung der Treibervorstufe 3.
Der Dämpfer 6 gibt ein Spannungssignal S4, das dadurch erhalten wird, dass das Spannungssignal S1 zusätzlich durch das (nicht gezeigte) Widerstandsnetzwerk gedämpft wird, an die Filterschaltung 7a aus. Das Spannungssignal S4 ist kleiner als das Spannungssignal S2. Die Filterschaltung 7a glättet das Spannungssignal S4 zum Erzeugen eines Überstromerfassungssignals S5, bei dem es sich um ein Gleichspannungssignal handelt, und gibt das erzeugte Überstromerfassungssignal an einen RCL-Anschluss (Überstromerfassungsanschluss) der Treibervorstufe 3 aus. Wenn das Überstromerfassungssignal S5 größer als eine vorbestimmte Spannung (zum Beispiel 0,5 Volt) ist, führt die Treibervorstufe 3 eine Überstromkontrolle durch. Da die Treibervorstufe 3 durch eine integrierte Schaltung umgesetzt ist, kann die Treibervorstufe 3 die Überstromkontrolle schneller durchführen als die Steuerung 4, die durch einen Mikrocomputer umgesetzt ist.
4 zeigt Wellen, die ein spezifisches Beispiel einer Wellenform eines erfassten Spannungssignals veranschaulichen.
4 veranschaulicht Wellenformen des Phasenstroms I und der Spannung V_S an dem Kondensator C1, die von einem Oszilloskop gemessen werden. Auf diese Weise kann gesehen werden, dass die Wellenform der Spannung V_S gleich der Wellenform des Phasenstroms I ist und der Phasenstrom 1 von der Spannung V_S erfasst wird. Da das Spannungssignal S1 bezüglich der Masse beschafft wird, wird eine Schaltwellenform einer Phasenspannung erfasst, die mit der Wellenform des Phasenstroms überlappt, doch kann der Überstrom durch Glätten der Filterschaltung 7 in der nachfolgenden Stufe korrekt erfasst werden.
5 ist eine Kurvendarstellung, die ein Bestätigungsergebnis der Überstromschutzfunktion veranschaulicht. Die senkrechte Achse der Kurvendarstellung gibt einen Phasenstrom, und die waagrechte Achse davon gibt eine relative Einschaltdauer an. Der Wert des Phasenstroms ist in dieser Ausführungsform, die mit der Überstromschutzfunktion ausgerüstet ist, durch eine dicke durchgehende Linie angegeben, und der Wert des Phasenstroms des Vergleichsbeispiels, das nicht mit der Überstromschutzfunktion ausgerüstet ist, ist durch eine dicke gestrichelte Linie angegeben.
Wie durch die dicke gestrichelte Linie in 5 gezeigt, ist bei dem Vergleichsbeispiel, das nicht mit der Überstromschutzfunktion ausgerüstet ist, der Phasenstrom im Wesentlichen proportional zur relativen Einschaltdauer. Wie jedoch durch die dicke durchgehende Linie angegeben, übersteigt der Phasenstrom, trotz eines Anstiegs der relativen Einschaltdauer, nicht einen vorbestimmten Wert I₀ in dieser Ausführungsform, die mit der Überstromschutzfunktion ausgerüstet ist. Zum Beispiel haben die effektiven Phasenstromwerte bei einer relativen Einschaltdauer von 80% und 100% fast das gleiche Niveau. Demgemäß kann auch bestätigt werden, dass der Phasenstrom korrekt erfasst und gesteuert wird.
6 ist eine Kurvendarstellung, die eine Beziehung zwischen einem Strom und einer erfassten Spannung veranschaulicht.
Beim Einstellen der Zeitkonstante der RC-Netzwerkschaltung ist es vorzuziehen, wenn das Verhältnis zwischen dem Strom und der erfassten Spannung eine gewisse Regelmäßigkeit aufweist. Deshalb werden in der Zeichnung dargestellte Kennwerte letztendlich dadurch erhalten, dass versucht wird, verschiedene Konstanten zu kombinieren. Wenn hier die Einschaltdauer geändert wird, werden die Eingangsspannung und die erfasste Ausgangsspannung gemessen und in einem Schaubild aufgetragen und wird eine Linie, die mittels polynomialer Näherung der aufgetragenen Kurve bestimmt wird, in das Schaubild eingetragen.
Ein Bereich 8 ist ein Zielbereich des Überstromschutzes. Wenn eine Spannung, die dem Bereich 8 entspricht, erfasst wird, führt die Steuerung 4 den Überstromschutzvorgang durch.
Gemäß der Phasenstromerfassungsschaltung 10 der ersten Ausführungsform kann die Motorantriebssteuerung 1 mit geringem Stromverbrauch betrieben werden, da allgemein kein permanenter Verlust auftritt. Da die Motorantriebssteuerung 1 passive Komponenten, wie zum Beispiel einen Widerstand und einen Kondensator aufweist, ist es möglich, die Anzahl von Komponenten im Vergleich mit dem Verfahren zu verringern, das einen Parallelwiderstand einsetzt, wodurch die Größe verringert und die Kosten reduziert werden können. Im Vergleich mit einem Verfahren, das eine Kombination des Parallelwiderstands und einer Pegelverschiebungsschaltung einsetzt, ist es möglich, die Erfassungsgenauigkeit zu erhöhen und eine Variation des Überstromerfassungsschwellenwerts zu verringern.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebssteuerung 1a gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die gleichen Elemente wie bei der Motorantriebssteuerung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 veranschaulicht ist, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Phasenstromerfassungsschaltung 10 ist mit einem Mittelpunkt der Ankerspulen Lu, Lv und Lw und der V-Phase des Motors 20 verbunden. Selbst durch diese Verbindung ist es möglich, den Phasenstrom in der gleichen Weise wie bei der Motorantriebssteuerung 1 gemäß der ersten Ausführungsform zu erfassen. Die Phasenstromerfassungsschaltung 10 kann mit dem Mittelpunkt der Ankerspulen Lu, Lv und Lw und einer beliebigen Phase des Motors 20 verbunden werden.
Modifiziertes Beispiel
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen eingeschränkt, sondern kann auch in verschiedenen Formen modifiziert werden, ohne dass dadurch vom Geist der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Zum Beispiel können die folgenden modifizierten Beispiele a) bis g) in Betracht gezogen werden.

a) Die Konfigurationen der Schaltungen, aus denen die Phasenstromerfassungsschaltung 10 bestehen, sind nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen eingeschränkt. Zum Beispiel ist der Dämpfer 6 nicht auf das Widerstandsnetzwerk eingeschränkt. Die Filterschaltung 7 ist nicht auf das RC-Filter eingeschränkt.
b) Der Dämpfer 6 ist kein wesentliches Element der vorliegenden Erfindung.
c) Phasen, die mit der Phasenstromerfassungsschaltung 10 verbunden sind, sind nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen eingeschränkt. Zum Beispiel können damit die U-Phase und die W-Phase oder die U-Phase und die V-Phase verbunden werden.
d) Der Phasenstrom, der von der Phasenstromerfassungsschaltung 10 erfasst wird, ist nicht auf eine Phase des Motors 20 eingeschränkt, sondern es können mehrere Phasen sein.
e) Ein Rückkopplungsziel des Gleichspannungssignal, das von der Phasenstromerfassungsschaltung 10 erzeugt wird, kann entweder die Steuerung 4 oder die Treibervorstufe 3 oder auch sowohl die Steuerung 4 als auch die Treibervorstufe 3 sein.
f) In den oben erwähnten Ausführungsformen ist der Motor so beschrieben, dass es sich dabei um einen bürstenlosen Drei-Phasen-Motor handelt, doch sind der Typ des Motors und die Anzahl von Phasen nicht insbesondere eingeschränkt.
g) Das Gleichspannungssignal kann ideal proportional zum Phasenstrom sein, ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt, solange die beiden eine Korrelation zueinander haben. Hierbei ist die Korrelation nicht auf die Linearität eingeschränkt, sondern es kann sich dabei um eine Beziehung einer nichtlinearen Korrelationskurve handeln.

Wie anhand der Ausführungsformen beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Motorantriebssteuerung vorzusehen, die einen Strom mit sehr niedrigem Stromverbrauch mit einer einfachen Schaltungskonfiguration erfassen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-281538 A [0002, 0003]

Claims

Motorantriebssteuerung, umfassend: eine Phasenstromerfassungsschaltung, aufweisend: eine RC-Netzwerkschaltung, in der ein Widerstand und ein Kondensator in Reihe geschaltet sind, wobei die RC-Netzwerkschaltung dazu konfiguriert ist, mit einer oder mehreren Spulen der entsprechenden Phasen eines Motors parallel geschaltet zu werden; und eine Filterschaltung, die ein Signal auf der Grundlage eines an dem Kondensator anliegenden Spannungssignals glättet, wobei die Phasenstromerfassungsschaltung ein Gleichspannungssignal erzeugt, das einer Änderung des Werts eines in den Spulen fließenden Phasenstroms entspricht; einen Motortreiber, der den Motor dadurch ansteuert, dass an jede Phase des Motors eine Spannung angelegt wird; und eine Steuerung, die das Gleichspannungssignal von der Phasenstromerfassungsschaltung empfängt und den Motortreiber auf der Grundlage des Gleichspannungssignals steuert.
Motorantriebssteuerung gemäß Anspruch 1, wobei die Phasenstromerfassungsschaltung ferner einen Dämpfer aufweist, der ein Spannungssignal, das dadurch erhalten wird, dass das an dem Kondensator anliegende Spannungssignal gedämpft wird, an die Filterschaltung ausgibt.
Motorantriebssteuerung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Motor ein bürstenloser Drei-Phasen-Motor ist, der in einer Y-Konfiguration verschaltet ist, und wobei die RC-Netzwerkschaltung mit beliebigen zwei der drei Phasen des Motors parallel geschaltet ist.
Motorantriebssteuerung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Motor ein bürstenloser Drei-Phasen-Motor ist, der in einer Y-Konfiguration verschaltet ist, und wobei die RC-Netzwerkschaltung zwischen einem Mittelpunkt der in einer Y-Konfiguration verschalteten Phasen und einer der drei Phasen des Motors parallel geschaltet ist.
Motorantriebssteuerung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gleichspannungssignal eine Zeitkonstante der RC-Netzwerkschaltung so einstellt, dass sie einer Veränderung des Werts des in den Spulen fließenden Phasenstroms entspricht.
Motorantriebssteuerung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Zeitkonstante der RC-Netzwerkschaltung auf der Grundlage eines Werts eingestellt wird, der dadurch erhalten wird, dass ein Induktivitätswert der einen oder mehreren Spulen jeder Phase des Motors durch eine Gleichstromwiderstandskomponente geteilt wird.
Motorantriebssteuerung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, dass sie auf der Grundlage des von der Phasenstromerfassungsschaltung erzeugten Gleichspannungssignals einen Überstromschutz bietet.