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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stromsteuereinheit zum Steuern
eines elektrischen Stroms zum Antreiben eines Motors und ein Stromversatzkorrekturverfahren
zum Unterdrücken
eines Versatzes eines Stromdetektionswerts und einer Temperaturdrift
eines dreiphasigen PWM-Stromrichters.
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STAND DER TECHNIK
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Eine
herkömmliche
Stromsteuereinheit enthält
eine Stromdetektionsvorrichtung zum Detektieren von Stromwerten
jeweiliger Phasen eines Dreiphasenstromrichters auf der Basis von
Spannungsabfällen
von Nebenschlusswiderständen,
die in Serie mit Unterzweigelementen der jeweiligen Phasen verbunden
sind, und steuert einen elektrischen Strom für das Antreiben eines Motors.
Unter diesen Stromdetektionsvorrichtungen wurde eine Stromdetektionsvorrichtung
bereitgestellt, die einen Stromwertbestimmungsabschnitt aufweist,
der einen Umkehrsignalwert der Summe der Stromwerte von zwei Phasen als
einen Strom der anderen Phase eines Unterzweigelements verwendet,
das eine kurze Ein-Dauer unter den Unterzweigelementen hat, worin
alle Phasenströme
mit hoher Genauigkeit während
einer Stromphasendauer detektiert werden, in der ein Unterzweigelement
nicht in der Lage ist, einen Nebenschlusswiderstand zu detektieren,
da seine Anordnung auf der Unterzweigseite nur aus ist, und einer
Stromphasendauer detektiert werden, in der eine kurze Ein-Dauer
des Unterzweigelements eine Schwierigkeit beim Detektieren mit hoher
Genauigkeit verursacht, obwohl das Unterzweigelement eingeschaltet ist.
(Vergleiche zum Beispiel Patentreferenz 1.)
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Zudem
wurde als ein Stromversatzkorrekturverfahren einer Stromsteuereinheit
das nachfolgende Verfahren bereitgestellt. Wenn ein Zustand eines 50%
Tastverhältnisses
aller PWM-Signale PWMU, PWMV und PWMW, die angeben, dass die Phasenströme iu, iv
und iw 0 sind, für
eine vorgegebene Zeitdauer fortdauert, die ausreichend ist, die
elektromagnetische Energie zu verlieren, die in einem Motor angehäuft worden
ist, werden in dem Stromversatzkorrekturverfahren die Phasenströme iu, iv
und iw gelesen und als Stromversatzwerte gespeichert, die danach
verwendet werden, um eine Versatzkompensation für detektierte Phasenströme iu, iv
und iw durchzuführen,
sodass eine einfache und genaue Detektion der Phasenströme iu, iv
und iw erreicht wird. (Vergleiche zum Beispiel Patentreferenz 2.)
- Patentreferenz 1:
JP-A-2003-164159 (Seiten 3 und 4 und 5)
- Patentreferenz 2:
JP-A-2003-164192 (Seiten 4 und 5 und 5 und 6)
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Der
Stand der Technik wird nachfolgend unter Verwendung der Zeichnungen
beschrieben. 4 zeigt den allgemeinen Aufbau
einer Stromsteuereinheit, die eine Stromdetektionsvorrichtung hat,
zum Beispiel die, die in der Patentreferenz 1 offenbart ist. In 4 gibt 1 eine
Stromsteuereinheit an, gibt 2 einen Dreiphasen-PWM-Stromrichterabschnitt 2 an,
gibt 3 eine Schaltelementantriebsschaltung an, gibt 4 einen
A/D-Wandlerabschnitt an, gibt 5 einen Stromsteuerbetriebsabschnitt
an, gibt 6 einen Erzeugungsabschnitt für einen Befehl einer modulierten
Welle an, gibt 7 einen Stromdetektionswertbetriebsabschnitt
an, gibt 8 einen Trägerwelleerzeugungsabschnitt
an und gibt 9 einen PWM-Signalerzeugungsabschnitt an. Zudem
gibt 101 eine kommerziell erhältliche Leistungsquelle an,
gibt 102 einen Wandlerabschnitt an, gibt 103 einen
Glättungskondensator an,
gibt 104 einen Motor an, gibt 105 einen Positionsdetektor
an und gibt 106 einen oberen Steuerabschnitt an. Das Hinzufügen der
Stromsteuereinheit 1 zu dem Vorstehenden bildet einen allgemeinen Aufbau
einer Motorsteuervorrichtung aus. Zudem gibt 21 ein Schaltelement
und 22 eine Freilaufdiode an. 23 gibt einen Nebenschlusswiderstand
an, der zwischen einem Schalter S2 einer negativen Seite (Nch) und
einer negativen Seite (Nch) eines Gleichstrombusses zum Detektieren
eines elektrischen Stromes eingesetzt ist. 24 gibt eine
Ladungspumpeschaltung zur Verwendung eines Negativseitenimpulses
des Schaltelements 21 an, um eine Antriebsleistungsversorgung
für das
Schaltelement 21 auszuführen.
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Die
Freilauftdiode 22, die parallel umgekehrt mit einem IGBT-Transistor 21 verbunden
ist, wird zum Ausbilden eines Schalters S1 verwendet. Zwei von S1
und S2, die in Serie verbunden sind, bilden ein Paar für eine Phase.
Drei Paare von diesen werden für
drei Phasen verwendet. Die Ladungspumpeschaltung 21 ist
von einer Gleichstromleistungsversorgung +Vs mit der Schaltelementantriebsschaltung 3 durch
Dioden und einen Kondensator verbunden, die jeweils in einer Vorwärtsrichtung
bezüglich
den jeweiligen Phasen verbunden sind. Das Schaltelement 21,
die Freilaufdiode 22, der Nebenschlusswiderstand 23 und
die Ladungspumpeschaltung 24 formen den Dreiphasen-PWM-Stromrichterabschnitt 2.
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Zuallererst
wird ein Betrieb einer allgemeinen Motorsteuervorrichtung beschrieben.
Der obere Steuerteil 106 führt die Positionssteuerung,
die Geschwindigkeitssteuerung und die Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung
mit einem Positionsrückkoppelsignal,
das ein Positionsdetektionssignal in dem Positionsdetektor 105 ist,
und mit einem Betriebsbefehl von außen durch, um einen Strombefehl bzw.
ein Stromsignal an den Stromsteuerbetriebsteil 5 auszugeben.
Der Wandelteil 102 wandelt Wechselstromleistung der herkömmlichen
Versorgungs quelle 101 in Gleichstromleistung beziehungsweise
Energie um. Der Dreiphasen-PWM-Stromrichterteil 2 wandelt die
Gleichstromleistung in Wechselstromleistung in Übereinstimmung mit einem PWM-Signal
von dem PWM-Signalerzeugungsteil 9 um, um den Motor 104 mit
Leistung bzw. Energie zu versorgen. In einer solchen Betriebsserie
steuert die Motorsteuervorrichtung den Motor in Übereinstimmung mit einem Betriebsbefehl
von außen.
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Nachfolgend
wird der Betrieb der jeweiligen Teile der Stromsteuereinheit 1 beschrieben.
Der A/D-Wandlerteil 4 detektiert die Spannungen an beiden
Enden des Nebenschlusswiderstands 23 in dem Dreiphasen-PWM-Stromrichterteil 2,
um einen elektrischen Strom zu detektieren, der in dem Nebenschlusswiderstand 23 fließt. Der
A/D-Wandlerteil 4 A/D wandelt die detektierten Spannungen
an den beiden Enden als Stromrückkoppelsignale
und gibt die Signale zu dem Stromdetektionswert-Betriebsteil 7 aus. Der Stromdetektionswert-Betriebsteil 7 führt einen
Stromdetektionswertbetrieb der Stromrückkoppelsignale von dem A/D-Wandlerteil 4 durch
und gibt den Stromdetektionswert zu dem Stromsteuerbetriebsteil 5 aus.
Zudem führt
der Stromdetektionswert-Betriebsteil 7 auch sowohl eine
Versatzwertdetektion als auch einen Versatzkorrekturbetrieb, die auf
einem Stromdetektionswert basieren, in dem Fall des Ausführens einer
Versatzkorrektur des Stromdetektionswerts aus.
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Der
Stromsteuerbetriebsteil 5 führt einen Stromsteuerbetrieb
auf der Basis des Strombefehls von dem oberen Steuerteil 106,
eines Stromdetektionswerts von dem Stromdetektionswert-Betriebsteil 7 und
eines Positionsrückkoppelsignals
durch und gibt einen Spannungsbefehl an den Erzeugungsteil 6 für den Befehl
der modulierten Welle aus. Der Trägerwelleerzeugungsteil 8 gibt
eine Trägerwelle
in Übereinstimmung
mit der Trägerwellefrequenz
und der Trägerwelleamplitude
aus. Der Moduliertwelle-Befehlserzeugungsteil 6 begrenzt
ein Modulationsverhältnis
im Fall, dass der Spannungsbefehl bzw. das Span nungssignal größer als
die Trägerwelleamplitude
ist. Der Moduliertwelle-Befehlserzeugungsteil 6 erzeugt
dann einen Moduliertwelle-Befehl derart, dass eine Spannung gemäß dem Spannungsbefehl ausgegeben
wird, und gibt den Moduliertwelle-Befehl an den PWM-Signalerzeugungsteil 9 aus.
Der PWM-Signalerzeugungsteil 9 vergleicht
die Trägerwelle
und den Moduliertwelle-Befehl, um ein Impulssignal zu erzeugen und
erzeugt weiterhin ein Umkehrsignal des Impulssignals. Danach erzeugt
der PWM-Signalerzeugungsteil 9 PWM-Signale für zwei Schaltelemente
auf der positiven und negativen Seite.
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Die
PWM-Signale haben eine Totzeit derart, dass die Schaltelemente auf
der positiven Seite und der negativen Seite der gleichen Phase nicht
gleichzeitig einschalten würden,
da eine Gleichstromleistungsquelle in dem Fall, dass die Schaltelemente gleichzeitig
einschalten würden,
kurzgeschlossen werden würde.
Zudem wird im Allgemeinen in Übereinstimmung
mit dem Spannungsbefehl oder dem Modulationsverhältnisbefehl eine Kompensation
der Spannung, die gemäß der Totzeit
variiert, auf der Basis des Strombefehls, eines Stromdetektionswerts, eines
Stromschätzwertes
und Ähnlichem
ausgeführt. Dies
ermöglicht,
dass der Spannungsbefehl der tatsächlichen Spannung entspricht.
Die Schaltelementantriebsschaltung 3 steuert das EIN/AUS
des Schaltelements 21 in Übereinstimmung mit dem PWM-Signal, um den Motor 104 mit
Leistung bzw. Strom zu versorgen.
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Nachfolgend
wird der Versatzkorrekturbetrieb des Standes der Technik beschrieben. 5 ist ein
Flussdiagramm, das einen Stromversatzwertdetektionsbetrieb des Standes
der Technik zeigt. Zuerst werden Tastverhältnisse bzw. relative Einschaltdauern
oder Duty Ratios der PWM-Signale der jeweiligen Phasen gelesen (S100).
Die gelesenen Tastverhältnisse
der PWM-Signale
werden beurteilt, ob alle Tastverhältnisse 50% betragen oder nicht
(S102). In dem Fall, dass alle Tastverhältnisse mit 50% beurteilt werden,
wird es beurteilt, ob ein Zustand, dass alle Tastverhältnisse
50% sind, für
eine vorgegebene Zeit andauert (S104). Wenn es beurteilt wird, dass
der Zustand für
die vorgegebene Zeit andauert, werden Operationen der Stromversatzwerte
der jeweiligen Phasen ausgeführt
(S106, S108 und S110). In dem zuvor erwähnten Zusammenhang wird davon
ausgegangen, dass die Tastverhältnisse
der PWM-Signale der jeweiligen Phasen Werte sind, die die Totzeit
ignorieren bzw. vernachlässigen.
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6 ist
ein Flussdiagramm, das einen Betrieb des Ausführens eines Stromversatzwertbetriebs im
Stand der Technik zeigt. Zuerst werden die Phasenströme iu, iv
und iw der drei Phasen während
der Zeitdauer gelesen, dass ein Unterzweigelement in der nachfolgenden
Zeit eingeschaltet ist, und dann werden die gelesenen Phasenströme iu, iv
und iw als die momentanen Werte der Versatzwerte der jeweiligen
Phasen (S200) gesetzt. Zweitens wird die Summe der momentanen Werte
der jeweiligen Versatzwerte, die jeweils während der Zeitdauer erhalten werden,
während
der ein Unterzweigelement zur N-ten (worin N einen ganzen Wert angibt)
Zeit, die der momentanen Zeit vorhergeht, ein ist, berechnet (S202
und S204). Die Summe wird durch N dividiert, um einen Durchschnittsversatzwert
für jede
Phase (S206) zu berechnen, und der berechnete Wert (S208) wird gespeichert.
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7 ist
ein Flussdiagramm, das einen Stromversatzkorrekturbetrieb unter
Verwendung des Stromversatzwertes des Standes der Technik zeigt. Zuerst
werden die Phasenströme
iu, iv und iw der drei Phasen mit einem vorgegebenen Timing (S300) gelesen.
Die gespeicherten Werte der Stromversatzwerte werden dann von den
gelesenen Phasenströmen
iu, iv und iw der drei Phasen einzeln subtrahiert, um Versatzkompensationsphasenströme iu', iv und iw' zu erhalten (S302).
Die erhaltenen Versatzkompensationsströme iu', iv' und
iw' werden als die
neuen Stromdetektionswerte (S304) ausgegeben.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, werden in der herkömmlichen Vorrichtung und dem
Stromversatzkorrekturverfahren davon eine Stromversatzwertdetektion,
ein Stromversatzwertbetrieb und eine Stromversatzwertkorrektur in
dem Stromdetektionswert-Betriebsteil 7 ausgeführt, um
eine Stromsteuerung auf der Basis des neuen Stromdetektionswerts durchzuführen, der
durch die Korrekturänderung
des Versatzwertes des Stromdetektionssystems erhalten wird.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN.
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In
der herkömmlichen
Stromsteuereinheit der Patentreferenz 1 werden Ströme auf der
Unterzweigseite von allen drei Phasen für eine Korrektur mit Genauigkeit
detektiert. Dies verursacht das Problem, dass die Stromdetektion
mit einer hohen Genauigkeit bei der Stromdetektion auf der Unterzweigseite
von nur zwei Phasen unmöglich
ist, was aufgrund niedriger Kosten, einer Miniaturisierung und einer
vereinfachten Schaltung erforderlich wäre.
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Zudem
werden in dem herkömmlichen Stromversatzkorrekturverfahren
der Patentreferenz 2 die Phasenströme gelesen, die als Stromversatzwerte
zum Ausführen
der Versatzkorrektur in dem Fall verwendet werden, dass alle Tastverhältnisse
der PWM-Signale der jeweiligen Phasen 50% ist, was angibt, dass
die jeweiligen Phasenströme
0 sind, und dass ein solcher Zustand für eine vorgegebene Zeit andauert.
Dies verursacht das Problem, dass die Versatzkorrektur unter einer
Bedingung der praktischen Verwendung unmöglich ist, da ein Zustand von
50% aller Tastverhältnisse
der PWM-Signale der jeweiligen Phasen beim Einschalten eines Motors
in der Praxis zum Zweck ei nes Servoantriebs nur ein Zustand der
Servosperrung mit keiner Last ist.
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Im
Hinblick darauf besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Stromsteuereinheit,
die fortdauernd einen Versatzwert in einem Zustand des Einschaltens
des Motors detektieren und korrigieren kann, die effektiv nicht
nur bei einem regulären
Versatz sondern auch bei einem Versatz ist, der sich mit der Zeit ändert, und
die eine Stromdetektion mit hoher Genauigkeit auch bei der Stromdetektion
der Unterzweigseite von nur zwei Phasen ausführen kann, die aufgrund niedriger
Kosten, einer Miniaturisierung und einer Vereinfachung der Schaltung
erforderlich ist, und ein Stromversatzkorrekturverfahren dafür bereitzustellen.
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EINRICHTUNGEN ZUM LÖSEN DER
PROBLEME
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Um
die vorstehenden Probleme lösen
zu können,
wird die Erfindung wie folgt bereitgestellt.
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Gemäß Anspruch
1 wird eine Stromsteuereinheit bereitgestellt, die enthält:
einen
Stromsteuerbetriebsteil zum Durchführen eines Stromsteuerbetriebs
auf der Basis eines Strombefehls, um einen Spannungsbefehl zu erzeugen,
ein
Moduliertwelle-Befehlserzeugungsteil zum Erzeugen eines Moduliertwelle-Befehls
auf der Basis des Spannungsbefehls;
ein Trägerwelleerzeugungsteil zum
Erzeugen einer Trägerwelle,
ein PWM-Signalerzeugungsteil zum Erzeugen eines PWM-Signals auf
der Basis des Vergleichs zwischen dem Moduliertwelle-Befehl und der Trägerwelle,
einen
A/D-Wandlerteil zum A/D-Wandeln eines Stromdetektionswerts für jede Phase
auf der Basis eines Spannungsabfalls eines Nebenschlusswiderstands,
der in Serie mit einem Unterzweigelement jeder Phase eines Dreiphasen-PWM-Stromrichters verbunden
ist,
einen Trägerwelle-Spitze-Tal-Beurteilungsteil
zum Empfangen eines Eingangs der Trägerwelle, um ein Beurteilungssignal über einen
Anstieg oder einen Abfall der Trägerwelle
auszugeben, und
einen Stromdetektionswert-Betriebsteil zum
Empfangen von Eingängen
des Moduliertwelle-Befehls und von Informationen des Spitze-Tals
und eines A/D-gewandelten Wertes, um einen Stromdetektionskorrekturwert
auszugeben.
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Gemäß Anspruch
2 wird eine Stromsteuereinheit gemäß Anspruch 1 bereitgestellt,
worin
das Beurteilungssignal beurteilt, ob die Trägerwelle von
dem Tal aus ansteigt oder von der Spitze aus abfällt auf der Basis:
eines
Kennzeichensignals, das angibt, ob ein Abtastwert der Trägerwelle
für die
vorliegende Zeit einen maximalen Amplitudenwert oder den minimalen
Amplitudenwert der Trägerwelle überschritten
hat; und
eines Abtastwerts der Trägerwelle in einem optionalen
Abschnitt, der dem Abtastwert der Trägerwelle für die momentane Zeit vorhergeht.
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Gemäß Anspruch
3 wird eine Stromsteuereinheit gemäß Anspruch 1 bereitgestellt,
worin der Stromdetektionswert-Betriebsteil einen Betrieb eines Stromdetektionskorrekturwertes
durch Subtraktion eines Stromdetektionswertes und eines Versatzwertes
ausführt,
wobei der Stromdetektionswert ein A/D-gewandelter Wert ist, der
beim Abfallen von der Spitze der Trägerwelle detektiert wird, und
wobei der Versatzwert ein A/D-gewandelter Wert ist, der beim Ansteigen
von dem Tal der Trägerwelle
detektiert wird.
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Gemäß Anspruch
4 wird eine Stromsteuereinheit gemäß Anspruch 1 bereitgestellt,
worin der Stromdetektionswert-Betriebsteil eine Versatzdetektion
des Stromdetektionswertes und einen Versatzkorrekturbetrieb auf
der Basis des Vergleichs zwischen dem Moduliertwelle-Befehl und
einem Vergleichsstandardwert ausführt.
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Gemäß Anspruch
5 wird eine Stromsteuereinheit nach Anspruch 1 bereitgestellt, worin
der Stromdetektionswert-Betriebsteil die Versatzdetektion nur ausführt, wenn
die Trägerwelle
von ihrem Tal ansteigt und wenn der Moduliertwelle-Befehl größer als
der Vergleichsstandardwert ist.
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Gemäß Anspruch
6 wird eine Stromsteuereinheit nach Anspruch 1 bereitgestellt, worin
der Vergleichsstandardwert, der in dem Stromdetektionswert-Betriebsteil verwendet
wird, auf der Basis der Abtast- und Haltezeit des A/D-Wandlerteils,
einer Frequenz der Trägerwelle
und einer Totzeit berechnet wird.
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Gemäß Anspruch
7 wird eine Stromsteuereinheit nach Anspruch 1 bereitgestellt, worin
der A/D-gewandelte Wert der Stromdetektionswert von drei oder irgendwelchen
zwei Phasen des Dreiphasenstromrichters ist.
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Gemäß Anspruch
8 wird ein Stromversatzkorrekturverfahren einer Stromsteuereinheit
bereitgestellt, das aufweist:
ein Stromsteuerbetriebsteil zum
Durchführen
eines Stromsteuerbetriebs auf der Basis eines Strombefehls, um einen
Spannungsbefehl zu erzeugen,
einen Moduliertwelle-Befehlserzeugungsteil
zum Erzeugen eines Moduliertwelle-Befehls auf der Basis des Spannungsbefehls,
einen Trägerwelleerzeugungsteil
zum Erzeugen einer Trägerwelle,
einen
PWM-Signalerzeugungsteil zum Erzeugen eines PWM-Signals auf der
Basis eines Vergleichs zwischen dem Moduliertwelle-Befehl und der Trägerwelle,
und
einen A/D-Wandlerteil zum A/D-Wandeln eines Stromdetektionswertes
für jede
Phase auf der Basis des Spannungsabfalls eines Nebenschlusswiderstands,
der in Serie mit einem Unterzweigelement jeder Phase eines Dreiphasen-PWM-Stromrichters verbunden
ist,
wobei das Stromversatzkorrekturverfahren enthält:
einen
Spitze-Tal-Beurteilungsprozess zum Beurteilen, ob die Trägerwelle
im Anstieg von ihrem Tal oder im Abfallen von ihrer Spitze ist;
einen
Vergleichsprozess zum Vergleichen des Moduliertwelle-Befehls und eines
Vergleichsstandardwertes auf der Basis des Ergebnisses des Beurteilungsprozesses;
einen
Versatzdetektionsprozess zum Detektieren eines Versatzes des Stromdetektionswertes
auf der Basis eines Ergebnisses des Vergleichsprozesses; und
einen
Korrekturwertbetriebsprozess zum Erhalten einer Differenz zwischen
dem Stromdetektionswert und einem Versatzwert, der in dem Versatzdetektionsprozess
detektiert wird, als einen Stromdetektionskorrekturwert, worin
eine
Serie von Prozessen fortdauernd in einem Zustand des regulären Betriebs
eines Motors ausgeführt
wird.
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Gemäß Anspruch
9 wird ein Stromversatzkorrekturverfahren der Stromsteuereinheit
gemäß Anspruch
8 bereitgestellt, worin der Spitze-Tal-Beurteilungsprozess nach
dem Vervollständigen
eines Prozesses einer A/D-Wandlung des Stromdetektionswerts ausgeführt wird,
und
worin in dem Spitze-Tal-Beurteilungsprozess ein A/D-gewandelter
Wert als der Stromdetektionswert verwendet wird, wenn die Trägerwelle
von ihrer Spitze abfällt,
während
der Prozess zu dem Vergleichsprozess fortschreitet, wenn die Trägerwelle
von ihrem Tal ansteigt, und
worin in dem Vergleichsprozess
der A/D-gewandelte Wert als der Versatzwert verwendet wird, wenn
der Moduliertwelle-Befehl größer als
der Vergleichsstandardwert ist, während der Prozess zu dem Korrekturwertbetriebsprozess
fortschreitet, wenn der Moduliertwelle-Befehl kleiner als der Vergleichsstandardwert
ist.
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EFFEKTE DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
der Erfindung gemäß Anspruch
1 kann ein Versatzwert des Stromdetektionssystems, der mit dem Stromdetektionswert überlappt,
detektiert werden und der Stromdetektionswert kann korrigiert werden.
Dies ermöglicht,
dass das Stromsteuervermögen
bei der Stromdetektion mit hoher Genauigkeit verbessert werden kann.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung gemäß Anspruch
2, wird einfach und sicher beurteilt, ob die Trägerwelle von ihrem Tal aus
ansteigt oder von der Spitze aus abfällt.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung gemäß Anspruch
3 kann ein Versatzwert fortwährend detektiert
werden, um den Stromdetektionswert in einem Zustand des Einschaltens
eines Motors korrigieren zu können.
Dementsprechend kann ein Versatzwert detektiert werden, um den Stromdetektionswert nicht
nur für
einen regulären
Versatz sondern auch für
einen Versatz, der sich in Übereinstimmung
mit der Zeit ändert,
zum Beispiel bei einer Temperaturdrift, zu korrigieren.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung gemäß Anspruch
4 oder der Erfindung gemäß Anspruch
5 kann eine Fehlerdetektion in der Versatzdetektion verhindert werden,
sodass verhindert werden kann, dass sich die Stromsteuerdurchführung verschlechtert.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung nach Anspruch 6, berechnet eine einfache Betriebsformel einen
Vergleichsstandardwert in einem Zustand des Einschaltens eines Motors
oder im Vorhinein vor dem Einschalten eines Motors. Dies ermöglicht,
dass die Last der Softwareverarbeitungszeit reduziert wird.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung nach Anspruch 7, kann ein Versatzwert detektiert
werden, um den Stromdetektionswert auch bei der Stromdetektion der
Unterzweigseite von irgendwelchen zwei Phasen eines Dreiphasenstromrichters
zu korrigieren, was aufgrund niedriger Kosten unter Miniaturisierung
einer Vorrichtung unter Vereinfachung einer Schaltung erforderlich
ist.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung nach Anspruch 8 kann ein Versatzwert des Stromdetektionssystems,
der mit dem Stromdetektionswert überlappt,
detektiert werden und der Stromdetektionswert kann korrigiert werden.
Dies ermöglicht,
dass die Stromsteuerdurchführung
in der Stromdetektion mit hoher Genauigkeit verbessert werden kann.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung nach Anspruch 9 kann ein Versatzwert fortdauernd
detektiert werden, um den Stromdetektionswert in einem Zustand des
Einschaltens eines Motors korrigieren zu können. Dementsprechend kann
der Versatzwert detektiert werden, um den Stromdetektionswert nicht nur
für einen
regulären
Versatz sondern auch für
einen Versatz, der sich entsprechend der Zeit ändert, zum Beispiel einer Temperaturdrift,
korrigieren zu können.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
einen Aufbau einer Stromsteuereinheit in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1
der Erfindung;
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2 ist
ein Flussdiagramm, das ein Stromversatzkorrekturverfahren einer
Stromsteuereinheit in Übereinstimmung
mit der Erfindung zeigt;
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3 zeigt
ein Verfahren zum Detektieren eines Stromversatzwertes;
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4 zeigt
einen Aufbau einer herkömmlichen
Stromsteuereinheit;
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5 ist
ein Flussdiagramm, das einen Stromversatzwert-Detektionsbetrieb
des Standes der Technik zeigt;
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6 ist
ein Flussdiagramm, das einen Betrieb des Ausführens eines Stromversatzwertbetriebs des
Standes der Technik zeigt; und
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7 ist
ein Flussdiagramm, das einen Stromversatzkorrekturbetrieb unter
Verwendung eines Stromversatzwertes des Standes der Technik zeigt.
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BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
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Nachfolgend
werden konkrete Ausführungsformen
der Stromsteuereinheit und des zugehörigen Stromversatzverfahrens
in Übereinstimmung
mit der Erfindung auf der Basis der Zeichnungen beschrieben.
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(AUSFÜHRUNGSFORM
1)
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1 zeigt
den Aufbau der Erfindung. In 1 gibt 1 eine
Stromsteuereinheit an, gibt 2 einen Dreiphasen-PWM-Stromrichterteil
an, gibt 3 einen Schaltelementantriebsschaltung an, gibt 4 einen A/D-Wandlerteil
an, gibt 5 einen Stromsteuerbetriebsteil an, gibt 6 ein
Moduliertwelle-Befehlserzeugungsteil an, gibt 7 ein Stromdetektionswert-Betriebsteil
an, gibt 8 ein Trägerwelleerzeugungsteil
an, gibt 9 ein PWM-Signalerzeugungsteil
an und gibt 10 einen Trägerwelle-Spitze-Tal-Beurteilungsteil
an. Zudem gibt 21 ein Schaltelement an. 22 bezeichnet
eine Freilaufdiode. 23 bezeichnet einen Nebenschlusswiderstand,
der zwischen einem Schalter S2 auf einer negativen Seite (Nch) und
einer negativen Seite (Nch) eines Gleichstrombusses zum Detektieren
eines elektrischen Stromes eingefügt ist. 24 bezeichnet
eine Ladepumpeschaltung unter Verwendung eines Negativseitenimpulses
des Schaltelements 21, um eine Antriebsversorgung für das Schaltelement 21 auszuführen.
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Die
Freilaufdiode 22, die parallel in Sperrrichtung mit einem
IGBT-Transistor 21 verbunden ist, wird zum Ausbilden eines
Schalters S1 verwendet. Zwei von S1 und S2, die in Serie verbunden
sind, bilden ein Paar für
eine Phase. Drei dieser Paare werden für drei Phasen verwendet. Die
Ladepumpeschaltung 21 ist von einer Gleichspannungsquelle +Vs
zu einer Schaltelementantriebsschaltung 3 durch Dioden
und einen Kondensator verbunden, die jeweils in einer Vorwärtsrichtung
bezüglich
der jeweiligen Phasen verbunden sind. Das Schaltelement 21, die
Freilaufdiode 22 und der Nebenschlusswiderstand 23 und
die Ladepumpeschaltung 24 bilden das Dreiphasen-PWM-Stromrichterteil 2.
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Die
Erfindung ist unterschiedlich von den Patentreferenzen 1 und 2 darin,
dass der Trägerwelle-Spitze-Tal-Beurteilungsteil 10 vorgesehen
ist und darin, dass der Stromdetektionswert-Betriebsteil 7 ein
Stromversatzwertdetektionsverfahren und ein Stromversatzwertkorrekturverfahren
ausführt,
die von Ausgängen
bzw. Ausgangsgrößen von
dem Trägerwelle-Spitze-Tal-Beurteilungsteil 10 und
dem Moduliertwelle-Befehlserzeugungsteil 6 abhängig sind.
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Nachfolgend
wird der Betrieb einer Motorsteuervorrichtung beschrieben, den die
Stromsteuereinheit in Übereinstimmung
mit der Erfindung hat. Das obere Steuerteil 106 führt die
Positionssteuerung, Geschwindigkeitssteuerung und Drehmomentsteuerung
in Übereinstimmung
mit einem Positionsrückkoppelsignal,
das ein Positionsdetektionssignal in dem Positionsdetektor 105 ist,
und einen Befehl zum Betreiben von außen durch, um einen Strombefehl
zu dem Stromsteuerbetriebsteil 5 auszugeben. Der Wandlerteil 102 wandelt
Wechselstromleistung bzw. -energie der handelsüblichen Versorgungsquelle 101 in
Gleichstromleistung. Der Dreiphasen-PWM-Stromrichterteil 2 wandelt
Gleichstromleistung in Wechselstromleistung in Übereinstimmung mit einem PWM-Signal
von dem PWM-Signalerzeugungsteil 9, um den Motor mit Leistung
bzw. Strom zu versorgen. In einer solchen Betriebsserie steuert
die Motorsteuervorrichtung den Motor in Übereinstimmung mit einem Betriebsbefehl
von außen.
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Als
Nächstes
wird ein Betrieb der Stromsteuereinheit beschrieben. Der obere Steuerteil 106 führt die
Positionssteuerung, Geschwindigkeitssteuerung und Drehmomentsteuerung
in Übereinstimmung
mit einem Positionsrückkoppelsignal,
das ein Positionsdetektionssignal in dem Positionsdetektor 105 ist, und
einem Betriebsbefehl von außen
durch, um einen Strombefehl an das Stromsteuerbetriebsteil 5 auszugeben.
Der Wandlerteil 102 wandelt Wechselstromleistung der allgemeinen
Leistungsquelle 101 in Gleichstromleistung um. Der Dreiphasen-PWM-Stromrichterteil 2 wandelt
Gleichstromleistung in Wechselstromleistung in Übereinstimmung mit einem PWM-Signal
von dem PWM-Signalerzeugungsteil 9 um, um den Motor 104 mit
Energie zu versorgen. In einer solchen Betriebsserie steuert die
Motorsteuervorrichtung den Motor in Übereinstimmung mit dem Betriebsbefehl
von außen.
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Nachfolgend
werden die Operationen der jeweiligen Teile der Stromsteuereinheit 1 beschrieben. Der
A/D-Wandlerteil 4 detektiert Spannungen an beiden Enden
des Nebenschlusswiderstands 23 in den Dreiphasen-PWM-Stromrichterteil 2,
um einen elektrischen Strom detektieren zu können, der in dem Nebenschlusswiderstand 23 fließt. Das
A/D-Wandlerteil 4 A/D-wandelt die detektierten Spannungen
an den beiden Enden als Stromrückkoppelsignale,
um die Signale zu dem Stromdetektionswert-Betriebsteil 7 als digitale
Werte ADU, ADV und
ADW auszugeben. Der Trägerwelle-Spitze-Tal-Beurteilungsteil 10 unterscheidet
zwischen der Spitze und dem Tal, um Informationen der Unterscheidung
zu dem Stromdetektionswert-Betriebsteil 7 auszugeben. Der
Stromdetektionswert-Betriebsteil 7 detektiert einen Stromversatzwert
des Detektionsstroms und führt
eine Stromversatzkorrektur auf der Basis der Moduliertwelle-Befehle
TU*, TV* und TW*, der Informationen bei der Unterscheidung
zwischen der Spitze und dem Tal der Trägerwelle und der Stromdetektionsdigitalwerte ADU, ADV und ADW. Der Stromdetektionswert-Betriebsteil 7 gibt
dann Stromdetektionswerte IU, IV und IW an den Stromsteuerbetriebsteil 5 nach
der Versatzkorrektur aus.
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Der
Stromsteuerbetriebsteil 5 führt einen Stromsteuerbetrieb
auf der Basis des Strombefehls von dem oberen Steuerteil 106,
eines Stromdetektionswertes von dem Stromdetektionswert-Betriebsteil 7 und
eines Positionsrückkoppelsignals
aus, um Spannungsbefehle VU*, VV*
und VW* an den Moduliertwelle-Befehlserzeugungsteil 6 auszugeben.
Der Trägerwelleerzeugungsteil 8 gibt
eine Trägerwelle
in Übereinstimmung
mit der Trägerwellefrequenz
und der Trägerwelleamplitude
aus. Der Moduliertwelle-Befehlserzeugungsteil 6 begrenzt
ein Modulationsverhältnis
in dem Fall, dass der Spannungsbefehl größer als die Trägerwelleamplitude
ist. Der Moduliertwelle-Befehlserzeugungsteil 6 erzeugt
dann die Moduliertwelle-Befehle
TU*, TV* und TW* derart, dass eine Spannung gemäß den Spannungsbefehlen
ausgegeben wird, um die Moduliertwelle-Befehle an den PWM-Signalerzeugungsteil
auszugeben. Der PWM-Signalerzeugungsteil 9 vergleicht
die Trägerwelle
mit den Moduliertwelle-Befehlen, um ein Impulssignal zu erzeugen,
und erzeugt weiterhin ein Umkehrsignal des Impulssignals. Danach
erzeugt der PWM-Signalerzeugungsteil 9 PWM-Signale für zwei der
positiven und negativen Seiten des Schaltelements.
-
Die
PWM-Signale haben eine Totzeit derart, dass die Schaltelemente der
positiven Seite und der negativen Seite der gleichen Phase nicht
gleichzeitig einschalten würden,
da eine Gleichstromleistungsquelle in dem Fall, dass die schaltenden
Elemente gleichzeitig einschalten würden, kurzgeschlossen wwerden
würde.
Zudem wird im Allgemeinen in Übereinstimmung
mit dem Spannungsbefehl oder dem Modulationsverhältnisbefehl eine Kompensation
der Spannung, die sich gemäß der Totzeit ändert, auf
der Basis des Strombefehls eines Stromdetektionswertes, eines Stromschätzwertes
und Ähnlichem
ausgeführt.
Dies ermöglicht,
dass der Spannungsbefehl mit der tatsächlichen Spannung übereinstimmt.
Die Schaltelementantriebsschaltung 3 steuert das EIN/AUS
des Schaltelements 21 in Übereinstimmung mit dem PWM-Signal,
um den Motor 104 mit Energie versorgen zu können.
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Nachfolgend
wird das Stromversatzkorrekturverfahren einer Stromsteuereinheit
beschrieben. 2 ist ein Flussdiagramm, das
ein Stromversatzkorrekturverfahren einer Stromsteuereinheit zeigt.
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(S101)
Zuerst wird bestätigt,
ob die A/D-Wandlung der Stromdetektionswerte, die durch Lesen der
Detektionsspannungen an den beiden Enden des Nebenschlusswiderstands 23 erhalten
wird, vervollständigt
worden ist oder nicht. In dem Fall der Vervollständigung schreitet der Prozess
zu (S102) fort. Eine Serie von Prozessen zur Korrektur ist beendet,
wenn die Bestätigung
nicht vervollständigt
worden ist.
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(S102)
Es wird beurteilt, ob die Trägerwelle von
dem Trägerwelleerzeugungsteil
11 beim Fallen von der Spitze davon oder beim Ansteigen von dem Tal
davon ist. Der Prozess geht zu (S103) weiter, wenn die Trägerwelle
beim Ansteigen von dem Tal aus ist. Der Prozess geht zu (S104),
wenn die Trägerwelle
beim Abfallen von der Spitze ist. Bezüglich der Spitze und dem Tal
der Trägerwelle
kann in Übereinstimmung
mit einem Kennzeichensignal bzw. Flag-Signal, das angibt, ob ein
Abtastwert der Trägerwelle
für die
momentane Zeit den Maximalwert der Amplitude der Trägerwelle
oder den Minimalwert der Amplitude der Trägerwelle überschritten hat, und mit einem
Abtastwert der Trägerwelle
in irgendeinem Abschnitt, der dem Abtastwert der Trägerwelle
für die momentane
Zeit vorhergeht, beurteilt wer den, ob die Trägerwelle beim Ansteigen von
dem Tal aus oder beim Abfallen von der Spitze aus ist.
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(S103)
Ein Moduliertwelle-Befehl von dem Moduliertwelle-Befehlserzeugungsteil 6 wird
mit einem Vergleichsstandardwert verglichen, der durch ein später erwähntes Berechnungsverfahren
berechnet wird. Der Prozess geht zu (S106) in dem Fall weiter, dass
der Moduliertwelle-Befehl kleiner als der Vergleichsstandardwert
ist. Der Prozess geht zu (S105) weiter, wenn der Moduliertwelle-Befehl
gleich oder größer als
der Vergleichsstandardwert ist.
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(S104)
Wenn die Trägerwelle
von der Spitze aus abfällt,
werden die unteren Arme der schaltenden Elemente 21 der
jeweiligen Phasen eingeschaltet und der Strom fließt zu dem
Nebenschlusswiderstand, der mit der Seite des unteren Arms der jeweiligen
Phasen verbunden ist. Dementsprechend wird der A/D-gewandelte Wert,
der in dem Prozess von (S101) erhalten wird, als ein Stromdetektionswert
gesetzt, der erhalten wird, bevor die Versatzkorrektur für die momentane
Zeit erhalten wird, und dann geht der Prozess zu (S106) weiter.
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(S105)
Wenn die Trägerwelle
von dem Tal aus ansteigt und der Moduliertwelle-Befehl gleich oder
größer als
der Vergleichsstandardwert ist, werden die oberen Zweige der Schaltelemente 21 der
jeweiligen Phasen eingeschaltet und kein Strom fließt durch
den Nebenschlusswiderstand, der mit der Seite des unteren Zweigs
der jeweiligen Phasen verbunden ist. Dementsprechend wird der A/D-gewandelte Wert,
der in dem Prozess von (S101) erhalten wird, als ein Versatzwert
für die
momentane Zeit gesetzt und dann geht der Prozess zu (S106) weiter.
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(S106)
Der Versatzwert wird von dem Stromdetektionswert, der vor der Versatzkorrektur
erhalten wird, subtrahiert, um einen Stromdetektionswert nach der
Versatzkorrektur zu berechnen. In dem Fall des Ausführens des
Prozesses von (S106) durch den Prozess von (S104) wird der Versatzwert
der vorhergehenden Zeit von dem Stromdetektionswert der momentanen
Zeit subtrahiert, der vor der Versatzkorrektur erhalten wird, um
den Stromdetektionswert nach der Versatzkorrektur zu erhalten. In
dem Fall des Ausführens
des Prozesses von (S106) durch den Prozess von (S105) wird der Versatzwert
der momentanen Zeit von dem Stromdetektionswert für die vorhergehende
Zeit subtrahiert, der vor der Versatzkorrektur erhalten wird, um
den Stromdetektionswert nach der Versatzkorrektur erhalten zu können.
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Nachfolgend
wird ein Verfahren zum Detektieren eines Stromversatzwertes beschrieben. 3 zeigt
ein Verfahren zum Detektieren eines Stromversatzwertes. Um Stromversatzwerte
der jeweiligen Phasen in einem Zustand detektieren zu können, in dem
der Motor eingeschaltet ist, ist es erforderlich, den A/D-gewandelten Wert
während
einer Zeitdauer, während
der kein Strom fließt,
auf der Basis des Strombefehls zu lesen, der an der Unterzweigseite der
Schaltelemente 21 der jeweiligen Phasen fließt. Das
heißt,
dass, wenn die untere Zweigseite der Schaltelemente 21 der
jeweiligen Phasen in einem "EIN"-Zustand auf der
Basis des PWM-Signals von dem PWM-Signalerzeugungsteil 9 ist,
der A/D-Wandelwert zu dieser Zeit ein Stromdetektionswert ist, der
einen Versatzwert des Stromdetektionssystems enthält und auf
dem Strombefehl bzw. Stromsignal basiert. Dementsprechend ist es
schwierig, nur einen Versatzwert zu detektieren.
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Die
Versatzwerte der jeweiligen Phasen können innerhalb einer Zeitdauer
eines Zustands detektiert werden, in dem die obere Zweigseite der
Schaltelemente 21 der jeweiligen Phasen Ein ist (ein Zustand,
in dem die untere Zweigseite Aus ist). In 3 können die
Versatzwerte der jeweiligen Phasen während einer Zeitdauer detektiert
werden, die geeignet zum De tektieren der Versatzwerte ist und in
der Ein-Aus-Zustand der Schaltelemente der jeweiligen Phasen von
dem Ein-Zustand der unteren Zweige in den Ein-Zustand des oberen
Zweigs geschaltet werden, nachdem die Totzeit Td abgelaufen ist
(ein Teil, der durch die schrägen
Linien in 3 gezeigt ist).
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Die
Ein-Dauer des oberen Zweigs, die die Zeitdauer ist, die zum Detektieren
der Versatzwerte geeignet ist, kann derart beurteilt werden, dass
sie die Ein-Dauer des oberen Zweigs ist, das heißt, die Zeitdauer, die zum
Detektieren der Versatzwerte in dem Fall geeignet ist, dass der
Moduliertwelle-Befehl gleich oder größer als der Vergleichsstandardwert beim
Vergleich zwischen dem Moduliertwelle-Befehl und dem Vergleichsstandardwert
ist. In diesem Fall kann der Vergleichsstandardwert Cr mittels einer Formel
(1) berechnet werden, worin Tmin die minimale Ein-Zeit der Oberzweigseite
ist, Td eine Totzeit bezeichnet, fc eine Trägerwellenfrequenz bezeichnet und
ein Trägerwellenamplitudenwert
zwischen 0 und α angenommen
wird. Die minimale Oberzweigseite-Ein-Zeit in dem vorstehenden Zusammenhang
bedeutet die Abtast- und Haltezeit in dem A/D-Wandlerteil. Cr = (Tmin + Td) × fc × α (1)
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, wird in Übereinstimmung mit der Stromsteuereinheit
und dem zugehörigen
Stromversatzkorrekturverfahren gemäß der Erfindung der Offset-Wert
bzw. Versatzwert des Stromdetektionssystems detektiert und der detektierte
Wert des Stroms wird versatzkorrigiert. Dies ermöglicht, dass die Stromsteuerungsdurchführung verbessert
wird. Zudem werden die Versatzwertdetektion und -korrektur auch
durchgeführt, wenn
der Motor eingeschaltet wird bzw. ist, sodass es möglich ist,
nicht nur einen regulären
Versatz zu korrigieren, sondern auch einen irregulären Versatz, zum
Beispiel eine Temperaturdrift.
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Die
Erfindung kann angewandt werden, auch wenn die Stromdetektion mittels
des Nebenschlusswiderstands 23 in drei Phasen oder beliebigen
zwei Phasen durchgeführt
wird. Zudem kann der Nebenschlusswiderstand 23 durch einen
DCCT ersetzt werden, um einen elektrischen Strom zu detektieren.
Der Versatzwert kann ein Mittelwert aus einer beliebigen Anzahl
von Versatzwerten sein.
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Der
Vergleichsstandardwert Cr in der Formel (1) kann im Vorhinein vor
einem regulären
Betrieb berechnet werden, solange die jeweiligen Parameter Tmin,
Td, fr und α im
Vorhinein bekannt sind und der Vergleichsstandardwert Cr in einem
Zustand verwendet wird, der sich nicht in einen regulären Betrieb ändert.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Der
Versatzwert kann fortwährend
in einem Zustand detektiert und korrigiert werden, in dem der Motor
eingeschaltet ist bzw. wird und deshalb ist die Erfindung nicht
nur für
einen regulären
Versatz effektiv, sondern auch für
einen Versatz, der mit der Zeit variiert, während die Stromdetektion mit
hoher Genauigkeit ausgeführt
werden kann. Dementsprechend kann die Erfindung auch in einer Motorsteuervorrichtung,
die eine Stromsteuereinheit hat, in der die Erfindung ausgeführt ist,
und auch in einer allgemeinen industriellen Maschine einem Maschinenwerkzeug,
einem Roboter usw., verwendet werden, die motorangetrieben mittels
der Motorsteuervorrichtung werden. Der Motor in dem zuvor erwähnten Zusammenhang
kann vom Rotationstyp oder vom Direktstelltyp sein.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
wird eine Stromsteuereinheit, die fortdauernd einen Versatzwert
eines Stromdetektionssystems detektieren kann, wobei der Versatzwert
einen Stromdetektionswert überlappt,
in einem Zustand eines regulären
Betriebs eines Motors, um den Stromdetektionswert zu korrigieren,
und die zu einer Stromdetektion mit einer hohen Genauigkeit fähig ist,
und ein Stromversatzkorrekturverfahren davon.
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Ein
Trägerwelle-Spitze-Tal-Beurteilungsteil 10 ist
vorgesehen, um die Spitze und das Tal der Trägerwelle zu unterscheiden.
Ein A/D-gewandelter Wert, der beim Abfallen von der Spitze aus der
Trägerwelle
detektiert wird, wird als ein Stromdetektionswert verwendet. Ein
A/D-gewandelter Wert, der beim Ansteigen von einem Tal der Trägerwelle
aus detektiert wird, wird als ein Versatzwert in dem Fall verwendet,
dass ein Moduliertwelle-Befehl größer als ein Vergleichsstandardwert
ist, der zur Berechnung mittels einer Berechnungsformel fähig ist.
Auf der Basis des Stromdetektionswertes und des Versatzwertes, wird
ein Betrieb eines Stromdetektionskorrekturwertes ausgeführt.
-
- 1
- Stromsteuereinheit
- 2
- Dreiphasen-PWM-Stromrichterteil
- 3
- Schaltelementantriebsschaltung
- 4
- A/D-Wandlerteil
- 5
- Stromsteuerbetriebsteil
- 6
- Moduliertwelle-Befehlserzeugungsteil
- 7
- Stromdetektionswert-Betriebsteil
- 8
- Trägerwelleerzeugungsteil
- 9
- PWM-Signalerzeugungsteil
- 10
- Trägerwelle-Spitze-Tal-Beurteilungsteil
- 21
- Schaltelement
- 22
- Freilaufdiode
- 23
- Nebenschlusswiderstand
- 24
- Ladepumpeschaltung
- 101
- handelsübliche Spannungsversorgung
- 102
- Wandlerteil
- 103
- Glättungskondensator
- 104
- Motor
- 105
- Positionsdetektor
- 106
- oberes
Steuerteil