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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Stromerfassungseinrichtungen, die beruhend auf Ausgangssignalen von N kernlosen Stromsensoren (wobei N eine natürliche Zahl größer gleich 3 ist) in N Leitern fließende Ströme in einer derart verbundenen Schaltung erfassen, dass die Summe der in den N Leitern fließenden Ströme null wird.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Hinsichtlich derartiger Stromerfassungseinrichtungen ist bereits ein Verfahren zur Erfassung von Strömen beruhend auf Ausgangssignalen von Stromsensoren im Stand der Technik bekannt, wie er beispielsweise im unten angegebenen Patentdokument 1 beschrieben ist. Bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren ist jeder Stromsensor ein Stromsensor mit einem Magnetflusssammelkern, der sich um einen Leiter als Erfassungsziel erstreckt, und jeder Stromsensor kann eine Magnetflussdichte eines Magnetfeldes lediglich des Zielleiters erfassen, an dem der Stromsensor angebracht ist, und kann den Strom des Zielleiters berechnen.
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Dokument der verwandten Technik
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-22645 ( JP 2008-22645 A )
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KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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Bei einer Einrichtung wie bei der Erfindung, die Ströme beruhend auf Ausgangssignalen kernloser Stromsensoren ohne Magnetflusssammelkern erfasst, der sich um einen Leiter erstreckt, beeinträchtigt der in jedem Leiter fließende Strom allerdings die Ausgangssignale aller kernloser Stromsensoren. Demnach sind die Ausgangssignale der kernlosen Stromsensoren derartige Signale, dass alle in den Leitern fließenden Ströme einander beeinträchtigen, und der in jedem Leiter fließende Strom kann nicht leicht mit hoher Genauigkeit beruhend auf den Ausgangssignalen der kernlosen Stromsensoren erfasst werden.
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Daher besteht der Wunsch nach einer Stromerfassungseinrichtung, die einen in jedem Leiter fließenden Strom beruhend auf Ausgangssignalen einer Vielzahl kernloser Stromsensoren genau erfassen kann.
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Mittel zur Lösung des Problems
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Erfindungsgemäß ist eine Stromerfassungseinrichtung, die beruhend auf Ausgangssignalen von N kernlosen Stromsensoren (wobei eine N natürliche Zahl größer gleich 3 ist) in N Leitern fließende Ströme in einer derart verbundenen Schaltung erfasst, dass die Summe der in den N Leitern fließenden Ströme null wird, gekennzeichnet durch einen Signal-Strom-Korrelationserhalteabschnitt, der eine Signal-Strom-Korrelation erhält, die eine Korrelation zwischen den Ausgangssignalen der N kernlosen Stromsensoren und den in den N Leitern fließenden Strömen darstellt, und einen Stromberechnungsabschnitt, der die in den N Leitern fließenden Ströme beruhend auf den Ausgangssignalen aller N kernloser Stromsensoren unter Verwendung der Signal-Strom-Korrelation berechnet.
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Entsprechend dem vorstehenden charakteristischen Aufbau können die in den N Leitern fließenden Ströme beruhend auf den Ausgangssignalen aller N kernloser Stromsensoren unter Verwendung der Signal-Strom-Korrelation zwischen den Ausgangssignalen der N kernlosen Stromsensoren und den in den N Leitern fließenden Strömen berechnet werden. Das heißt, der Strom jedes Leiters kann beruhend auf den Ausgangssignalen derselben Anzahl drahtloser Stromsensoren wie der der Leiter genau berechnet werden.
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Vorzugweise ist die Signal-Strom-Korrelation eine Korrelation, bei der ein relationaler Ausdruck, der den in einem der Leiter fließenden Strom durch Multiplizieren jedes Ausgangssignals der N kernlosen Stromsensoren mit einem entsprechenden von N Signalempfindlichkeitskoeffizienten berechnet, der auf einen Wert ungleich null voreingestellt ist, für jeden der N Leiter eingestellt ist.
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Mit diesem Aufbau kann der in jedem Leiter fließende Strom unter Verwendung des relationalen Ausdrucks für eine Stromberechnung berechnet werden, der für jeden Leiter eingestellt ist. Jeder der Signalempfindlichkeitskoeffizienten, mit dem ein entsprechendes Ausgangssignal der N kernlosen Stromsensoren multipliziert wird, ist auf einen Wert ungleich null eingestellt. Demnach kann der Einfluss des Stroms jedes Leiters auf die Ausgangssignale der kernlosen Stromsensoren bei der Berechnung des Stroms jedes Leiters widergespiegelt werden. Der Strom jedes Leiters kann somit genau berechnet werden.
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Vorzugsweise ist die Signal-Strom-Korrelation eine inverse Kennlinie einer Strom-Signal-Korrelation als eine Korrelation, bei der ein relationaler Ausdruck, der eines der Ausgangssignale der kernlosen Stromsensoren durch Multiplizieren des in jedem der N Leiter fließenden Stroms mit einem entsprechenden der N Stromempfindlichkeitskoeffizienten ungleich null berechnet, für jeden aller N kernlosen Stromsensoren eingestellt ist, und die Stromempfindlichkeitskoeffizienten sind Koeffizienten, die Empfindlichkeiten des Ausgangssignals jedes der kernlosen Stromsensoren bezüglich des in einem entsprechenden der N Leiter fließenden Stroms darstellen.
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Mit diesem Aufbau ist die Signal-Strom-Korrelation die inverse Kennlinie der Strom-Signal-Korrelation, wobei die Stromempfindlichkeitskoeffizienten als die Koeffizienten verwendet werden, die Empfindlichkeiten des Ausgangssignals jedes der kernlosen Stromsensoren bezüglich des in dem entsprechenden der N Leiter fließenden Stroms darstellen. So kann der Strom jedes Leiters genau berechnet werden.
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Vorzugsweise enthält die Stromerfassungseinrichtung ferner einen Zwischen-Signal-Korrelationserhalteabschnitt, der eine Zwischen-Signal-Korrelation erhält, die eine Korrelation zwischen jedem der Ausgangssignale der (N – 1) kernlosen Stromsensoren und dem Ausgangssignal des verbleibenden einen kernlosen Stromsensors darstellt, wobei die Zwischen-Signal-Korrelation beruhend auf einer derartigen Beziehung, dass die Summe der in den N Leitern fließenden Ströme null wird, und der Signal-Strom-Korrelation hergeleitet wird, und einen Abnormitätsbestimmungsabschnitt, der bestimmt, ob die Ausgangssignale der N kernlosen Stromsensoren normal oder abnormal sind, wobei bei der Bestimmung, dass das Ausgangssignal eines der N kernlosen Stromsensoren abnormal ist, der Stromberechnungsabschnitt das Ausgangssignal des als abnormal bestimmten kernlosen Stromsensors beruhend auf den Ausgangssignalen aller normalen (N – 1) kernlosen Stromsensoren unter Verwendung der Zwischen-Signal-Korrelation schätzt, und die in den N Leitern fließenden Ströme beruhend auf dem geschätzten Ausgangssignalen und den Ausgangssignalen aller normalen (N – 1) kernlosen Stromsensoren unter Verwendung der Signal-Strom-Korrelation berechnet.
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Bei der Einrichtung wie vorstehend beschrieben, die die Ströme beruhend auf den Ausgangssignalen der kernlosen Stromsensoren erfasst, beeinflusst der in jedem Leiter fließende Strom die Ausgangssignale aller kernlosen Stromsensoren. Wird eines der Ausgangssignale abnormal, kann demnach die die Signal-Strom-Korrelation verwendende Berechnung selbst nicht durchgeführt werden, und daher können die Ströme aller Leitungen nicht berechnet werden. Mit der vorstehenden Konfiguration ist der Zwischen-Signal-Korrelationserhalteabschnitt allerdings zum Erhalten der Zwischen-Signal-Korrelation eingerichtet, die eine Korrelation zwischen jedem der Ausgangssignale der (N – 1) kernlosen Stromsensoren und dem Ausgangssignal des verbleibenden einen kernlosen Stromsensors darstellt, die beruhend auf einem derartigen Verhältnis, dass die Summe der in den N Leitern fließenden Ströme null wird, und der Signal-Strom-Korrelation hergeleitet wird. Wird bestimmt, dass eines der Ausgangssignale abnormal ist, kann daher ein korrektes Ausgangssignal des als anormal bestimmten Sensors beruhend auf den normalen (N – 1) Ausgangssignalen unter Verwendung der erhaltenen Zwischen-Signal-Korrelation geschätzt werden. Das heißt, selbst wenn das Ausgangssignal eines der Sensoren abnormal ist, kann das Ausgangssignal des Sensors unter Verwendung der Zwischen-Signal-Korrelation geschätzt werden, wodurch alle zur Berechnung unter Verwendung der Signal-Strom-Korrelation erforderlichen Ausgangssignale erhalten werden können, und die Ströme aller Leiter berechnet werden können.
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Vorzugsweise ist die Zwischen-Signal-Korrelation eine Korrelation, bei der ein relationaler Ausdruck, der das Ausgangssignal des verbleibenden einen kernlosen Stromsensors durch Multiplizieren jedes Ausgangssignals der (N – 1) kernlosen Stromsensoren mit einem entsprechenden der N – 1 Zwischensignalkoeffizienten berechnet, der auf einen Wert ungleich null voreingestellt ist, für jeden der N kernlosen Stromsensoren eingestellt ist.
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Mit diesem Aufbau kann das Ausgangssignal des als abnormal bestimmten kernlosen Stromsensors unter Verwendung des relationalen Ausdrucks geschätzt werden, der beruhend auf einem derartigen Verhältnis, dass die Summe der in den N Leitern fließenden Ströme null wird, und der Signal-Strom-Korrelation hergeleitet wird.
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Vorzugsweise stoppt der Abnormitätsbestimmungsabschnitt eine Stromeinprägung in allen der N Leiter, wenn eines der Ausgangssignale der N kernlosen Stromsensoren größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert wird, und bestimmt, dass das Ausgangssignal des kernlosen Stromsensors, das größer oder gleich dem Schwellenwert geworden ist, abnormal ist, wenn dieses Ausgangssignal des kernlosen Stromsensors nach dem Stoppen der Stromeinprägung nicht geringer als der Schwellenwert wird.
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Bei der wie vorstehend beschriebenen Einrichtung, die die Ströme beruhend auf den Ausgangssignalen der kernlosen Stromsensoren erfasst, beeinträchtigt der in jedem Leiter fließende Strom die Ausgangssignale aller kernloser Stromsensoren. Mit der vorstehenden Konfiguration wird die Stromeinprägung in allen Leitern gestoppt, wenn eines der Ausgangssignale größer oder gleich dem Schwellenwert wird. Daher kann eine Abnormität in dem Zustand bestimmt werden, in dem der Einfluss des in jedem Leiter fließenden Stroms auf das Ausgangssignal jedes kernlosen Stromsensors vollständig eliminiert ist. Dies kann die Genauigkeit der Abnormitätsbestimmung verbessern.
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Vorzugsweise ist jeder der N Leiter mit einer Spule einer entsprechenden Phase einer N-phasigen elektrischen Wechselstrom(AC)-drehmaschine verbunden.
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Mit diesem Aufbau kann die vorstehende Stromerfassungseinrichtung einen in der Spule jeder Phase der elektrischen N-phasigen AC-Drehmaschine sowohl dann, wenn das Ausgangssignal jedes kernlosen Stromsensors normal ist, als auch dann erfasst werden, wenn es abnormal ist. Dies kann eine Steuerungszuverlässigkeit der elektrischen AC-Drehmaschine steigern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Stromerfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt eine Darstellung des Aufbaus einer Schaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3 zeigt eine Darstellung der Stromerfassungseinrichtung und einer Leistungsversorgungseinheit einer elektrischen AC-Drehmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Anordnungsbeziehung zwischen einem kernlosen Stromsensor und einem Leiter gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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5 zeigt eine Darstellung der Anordnungsbeziehung zwischen einem kernlosen Stromsensor und einem Leiter gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Anordnungsbeziehung zwischen einer Vielzahl kernloser Stromsensoren und Leitern gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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7 zeigt eine Darstellung der Anordnungsbeziehung zwischen einer Vielzahl kernloser Stromsensoren und Leitern gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Verarbeitung der Stromerfassungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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9 zeigt eine Darstellung des Aufbaus einer Schaltung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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10 zeigt eine Darstellung des Aufbaus einer Schaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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11 zeigt Darstellungen, die jeweils die Anordnungsbeziehung zwischen einer Vielzahl kernloser Stromsensoren und Leitern gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung veranschaulichen.
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12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Stromsensors mit einem Magnetflusssammelkern.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das schematisch den Aufbau einer Stromerfassungseinrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt. Die Stromerfassungseinrichtung 1 ist eine Einrichtung, die beruhend auf Ausgangssignalen V von N kernlosen Stromsensoren S (wobei N eine natürliche Zahl größer gleich 3 ist) einen in jedem der N Leiter L fließenden Strom I in einer derart verbundenen Schaltung CI erfasst, dass die Summe der in den N Leitern L fließenden Ströme I null wird, wie beispielsweise in 2 gezeigt ist.
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Wie in 1 gezeigt ist, enthält die Stromerfassungseinrichtung 1 einen Signal-Strom-Korrelationserhalteabschnitt 30, einen Zwischen-Signal-Korrelationserhalteabschnitt 31, einen Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32, einen Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 33 und einen Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34. Der Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 33 und der Abnormal-Bedingung-Stromberechungsabschnitt 34 entsprechen dem erfindungsgemäßen ”Stromberechungsabschnitt”.
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Der Signal-Strom-Korrelationserhalteabschnitt 30 erhält eine Signal-Strom-Korrelation F1, die eine Korrelation zwischen dem Ausgangssignal V jedes der N kernlosen Stromsensoren S und dem in jedem der N Leiter L fließenden Strom I darstellt. Der Zwischen-Signal-Korrelationserhalteabschnitt 31 erhält eine Zwischen-Signal-Korrelation F2, die eine Korrelation zwischen jedem der Ausgangssignale V der (N – 1) kernlosen Stromsensoren S und dem Ausgangssignal V des verbleibenden einen kernlosen Stromsensors S darstellt. Die Zwischen-Signal-Korrelation F2 wird beruhend auf einer Beziehung derart, dass die Summe der in den N Leitern L fließenden Ströme I null wird, und der Signal-Strom-Korrelation F1 hergeleitet.
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Der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 bestimmt, ob die Ausgangssignale V der N kernlosen Stromsensoren S normal oder abnormal sind.
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Wird bestimmt, dass die Ausgangssignale V aller N kernloser Stromsensoren normal sind, berechnet der Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 33 die in den N Leitern L fließenden Ströme I beruhend auf den Ausgangssignalen V aller der N kernlosen Stromsensoren S unter Verwendung der Signal-Strom-Korrelation F1.
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Wird bestimmt, dass das Ausgangssignal V eines der N kernlosen Stromsensoren S abnormal ist, schätzt der Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 das Ausgangssignal des als abnormal bestimmten kernlosen Stromsensors Sm (der nachstehend als der ”abnormale kernlose Stromsensor Sm” bezeichnet wird) beruhend auf den Ausgangssignalen aller normalen (N – 1) kernlosen Stromsensoren S unter Verwendung der Zwischen-Signal-Korrelation F2 und berechnet die in den N Leitern L fließenden Ströme I beruhend auf dem geschätzten Ausgangssignal (das nachstehend als der ”abnormale Signalschätzwert Vme” bezeichnet wird) und den Ausgangssignalen Ve der normalen (N – 1) kernlosen Stromsensoren S (die nachstehend als die ”normalen Signale Vc” bezeichnet werden) unter Verwendung der Signal-Strom-Korrelation F1.
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1. Schaltung CI
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Die Schaltung CI ist derart verbunden, dass die Summe der in den N Leitern L fließenden Ströme null wird. Die Schaltung CI gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben, bei dem jeder der N Leiter L mit einer Spule C einer entsprechenden Phase einer N-phasigen elektrischen Wechselstrom-(AC-)Drehmaschine MG verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ”N” auf 3 gesetzt, wie es in 2 gezeigt ist, und die Schaltung CI enthält drei Leiter L1, L2, L3, drei kernlose Stromsensoren S1, S2, S3 und dreiphasige Spulen C1, C2, C3.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die dreiphasigen Spulen C1, C2, C3 als Stern verbunden. Das heißt, das eine Ende jeder der dreiphasigen Spulen C1, C2, C3 ist mit einem neutralen Punkt O verbunden, und das andere Ende ist mit einem entsprechenden Leiter L1, L2, L3 verbunden. Der neutrale Punkt O ist mit keinen anderen Bauelementen, wie beispielsweise einer Leistungsversorgungseinheit 20, als den dreiphasigen Spulen C1, C2, C3 verbunden.
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Jeder Leiter L1, L2, L3 ist mit der Leistungsversorgungseinheit 20 an der gegenüberliegenden Seite bezüglich der mit der dreiphasigen Spule C1, C2, C3 verbundenen Seite verbunden. Bezüglich der Richtung, in der die Ströme I1, I2, I3 in den Leitern L1, L2, L3 fließen, ist die Richtung von der Leistungsversorgungseinheit 20 zu den dreiphasigen Spulen C1, C2, C3 (zu der Schaltung CI) eine positive Richtung, und die entgegengesetzte Richtung dazu ist eine negative Richtung.
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Die Summe der Ströme I1, I2, I3, die in den drei mit den als Stern verbundenen dreiphasigen Spulen C1, C2, C3 verbundenen Leitern L1, L2, L3 fließen, ist null. Wie es beispielsweise in 2 gezeigt ist, wird ein von dem ersten Leiter L1 in die erste Spule C1 fließender Strom D1 am neutralen Punkt O auf die zweite Spule C2 und die dritte Spule C3 aufgeteilt, und die Summe eines von dem neutralen Punkt O in die zweite Spule C2 fließenden Stroms D2 und eines von dem neutralen Punkt O in die dritte Spule C3 fließenden Stroms D3 ist gleich dem ursprünglichen Strom D1 (D1 = D2 + D3). In diesem Fall ist der zweite Strom I2 in den Leitern L1, L2, L3 mit den darin platzierten kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 ein negativer Wert des Stroms D2, der dritte Strom I3 ist ein negativer Wert des Stroms D3 und der erste Strom I1 ist ein positiver Wert des Stroms D1 (I1 = D1, I2 = –D2, I3 = –D3). Demnach ist I1 = –I2 – I3, und die Summe der Ströme I1, I2, I3 ist null (I1 + I2 + I3 = 0). Die kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 sind nahe den Leitern L1, L2, L3 platziert, die die dreiphasigen Spulen C1, C2, C3 mit der Leistungsversorgungseinheit 20 verbinden.
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2. Leistungsversorgungseinheit 20
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Wie in 3 gezeigt ist, ist die Stromerfassungseinrichtung 1 bei diesem Ausführungsbeispiel in einer Steuereinheit 11 enthalten, die die elektrische AC-Drehmaschine MG steuert, und bildet einen Teil der Steuereinheit 11. Die Steuereinheit 11 bildet einen Teil der Leistungsversorgungseinheit 20 der elektrischen AC-Drehmaschine MG, und die Leistungsversorgungseinheit 20 enthält zusätzlich zu der Steuereinheit 11 eine Ansteuerschaltung 12, eine Dreherfassungseinrichtung 13, eine Gleichstrom-(DC-)Leistungsversorgung 14, einen Glättungskondensator 15 und einen Invertierer 16. Die Leistungsversorgungseinheit 20 wandelt DC-Leistung der DC-Leistungsversorgung 14 in eine dreiphasige AC-Leistung einer vorbestimmten Frequenz zur Zufuhr der dreiphasigen AC-Leistung zu der elektrischen AC-Drehmaschine MG um. Die Leistungsversorgungseinheit 20 wandelt auch durch die elektrische AC-Drehmaschine MG erzeugte AC-Leistung in DC-Leistung zur Zufuhr der DC-Leistung zu der DC-Leistungsversorgung 14 um. Die Dreherfassungseinrichtung 13 ist durch einen Drehmelder, usw. gebildet, und gibt Erfassungssignale der Drehgeschwindigkeit der elektrischen AC-Drehmaschine MG und die Drehposition eines Rotors zu der Steuereinheit 11 aus. Der Glättungskondensator 15 ist zwischen einen positiven Elektrodenanschluss und einen negativen Elektrodenanschluss der DC-Leistungsversorgung 14 parallel geschaltet, und glättet die Spannung der DC-Leistungsversorgung 14.
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Der Invertierer 16 weist eine Vielzahl von Schaltelementen auf. Vorzugsweise werden Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) oder Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren (MOSFETs) als Schaltelemente verwendet. Wie es in 3 gezeigt ist, werden bei diesem Ausführungsbeispiel IGBTs als Schaltelemente verwendet. Der Invertierer 16 enthält einen ersten Abschnitt 17U, einen zweiten Abschnitt 17V und einen dritten Abschnitt 17W, die den jeweiligen Phasen (drei Phasen: eine erste Phase, eine zweite Phase und eine dritte Phase) der elektrischen AC-Drehmaschine MG entsprechen. Jeder Abschnitt 17U, 17V, 17W enthält ein Paar Schaltelemente, die durch einen IGBT 18A eines oberen Arms und einen IGBT 18B eines unteren Arms gebildet sind, die in Reihe geschaltet sind. Jeweilige Freilaufdioden 19 sind zu den IGBTs 18A, 18B parallel geschaltet.
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Der erste Abschnitt 17U ist mit der ersten Spule C1 der elektrischen AC-Drehmaschine MG über den ersten Leiter L1 verbunden, der zweite Abschnitt 17V ist mit der zweiten Spule C2 der elektrischen AC-Drehmaschine MG über den zweiten Leiter L2 verbunden, und der dritte Abschnitt 17W ist mit der dritten Spule C3 der elektrischen AC-Drehmaschine MG über den dritten Leiter L3 verbunden. In diesem Fall verbindet jeder Leiter L1, L2, L3 elektrisch einen Punkt zwischen dem Emitter des IGBT 18A des oberen Arms und dem Kollektor des IGBT 18B des unteren Arms eines entsprechenden Abschnitts der Abschnitte 17U, 17V, 17W und die Spule einer entsprechenden Phase der Phasen der elektrischen AC-Drehmaschine MG. Der Kollektor des IGBT 18A des oberen Arms jedes Abschnitts 17U, 17V, 17W ist mit dem positiven Elektrodenanschluss der DC-Leistungsversorgung 14 verbunden, und der Emitter des IGBT 18B des unteren Arms jedes Abschnitts 17U, 17V, 17W ist mit dem negativen Elektrodenanschluss der DC-Leistungsversorgung 14 verbunden.
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Der Invertierer 16 ist mit der Steuereinheit 11 über die Ansteuerschaltung 12 verbunden, und führt einen Schaltvorgang entsprechend einem Steuersignal durch, das durch einen Invertierersteuerabschnitt der Steuereinheit 11 erzeugt wird. Die Steuereinheit 11 ist als elektronische Steuereinheit (ECU) mit einer Logikschaltung wie einem Mikrocomputer, der nicht gezeigt ist, als Kern konfiguriert.
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Arbeitet die elektrische AC-Drehmaschine MG als Elektromotor (führt eine Stromflussoperation durch), wandelt der Invertierer 16 DC-Leistung von der DC-Leistungsversorgung 14 in dreiphasige AC-Leistung mit vorbestimmter Frequenz und Stromstärke zur Zufuhr der dreiphasigen AC-Leistung zu der elektrischen AC-Drehmaschine MG um. Arbeitet die elektrische AC-Drehmaschine MG als Elektrogenerator (führt einen Regenerationsvorgang durch), wandelt der Invertierer 16 durch die elektrische AC-Drehmaschine MG erzeugte AC-Leistung in DC-Leistung zur Zufuhr der DC-Leistung zu der DC-Leistungsversorgung 14 um. Die elektrische AC-Drehmaschine MG wird durch die Steuereinheit 11 auf ein vorbestimmtes Abtriebsdrehmoment und eine vorbestimmte Drehgeschwindigkeit gesteuert. In diesem Fall werden die Werte der in Statorspulen (der ersten Spule C1, der zweiten Spule C2 und der dritten Spule C3) fließenden Ströme der elektrischen AC-Drehmaschine MG zu der Steuereinheit 11 zurückgeführt. Die Steuereinheit 11 führt eine Proportional-Integrier-Regelung (PI-Regelung) oder Proportional-Integrier-Differenzier-Regelung (PID-Regelung) entsprechend einer Abweichung von einer Sollstromstärke zur Steuerung der elektrischen AC-Drehmaschine MG aus. Dementsprechend werden in den Leitern L1, L2, L3 fließende Ströme, die jeweils zwischen einem entsprechenden Abschnitt der Abschnitte 17U, 17V, 17W des Invertierers 16 und der Spule einer entsprechenden Phase der Phasen der elektrischen AC-Drehmaschine MG vorgesehen sind, durch die Stromerfassungseinrichtung 1 erfasst, die einen Teil der Steuereinheit 11 bildet.
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3. Kernlose Stromsensoren S
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Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die Leistungsversorgungseinheit 20 dieselbe Anzahl an drahtlosen Stromsensoren S wie Leiter L, d. h., drei kernlose Stromsensoren S1, S2, S3, zur Erfassung der in den drei Leitern L1, L2, L3 fließenden Ströme I1, I2, I3. Jeder kernlose Stromsensor S1, S2, S3 erfasst eine Magnetflussdichte eines Magnetfeldes, das durch den in jedem Leiter L1, L2, L3 als Zielleiter fließenden Strom erzeugt wird, und gibt ein der erfassten Magnetflussdichte entsprechendes Erfassungssignal aus.
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Wenn der Strom I im Leiter L fließt, kann eine Magnetflussdichte B an einer von dem Leiter L mit einer Entfernung r separierten Position typischerweise durch den Ausdruck (1) dargestellt werden, wobei ”μ0” die Permeabilität darstellt. [Ausdruck 1]
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Die Magnetflussdichte B an einer vorbestimmten Position in einem Magnetfeld, das durch den im Leiter L fließenden Strom I erzeugt wird, ist proportional zu der Größe des im Leiter L fließenden Stroms I. Demnach können die in den Leitern L1, L2, L3 fließenden Ströme unter Verwendung der kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 erfasst werden.
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Ein Magnetflusssammelkern 50, wie er in 12 gezeigt ist, d. h., ein Magnetflusssammelkern 50 als ein sich um den Leiter L, wie den Leiter L, erstreckendes magnetisches Material zum Sammeln eines Magnetflusses wird für den kernlosen Stromsensor S gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht eingesetzt. Dieser Magnetflusssammelkern 50 ist ein Kern aus magnetischem Material mit einem C-förmigen Querschnitt mit einem Spalt und konvergiert einen Magnetfluss, der durch den im Leiter L fließenden Strom erzeugt wird, zum Führen des konvergierten Magnetflusses zu dem in dem Spalt platzierten Stromsensor S. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der kernlose Stromsensor S ein sogenannter kernloser Stromsensor, der eingesetzt wird, ohne den Magnetflusssammelkern 50 aufzuweisen, der sich um den Leiter L erstreckt. Sensoreinrichtungen, bei denen ein magnetisches Material, das die Richtung eines Magnetflusses ändert oder den Magnetfluss lokal konzentriert, mit einem Hall-Element vereint ist, usw., werden in der Praxis angewendet. Selbst wenn eine derartige Sensoreinrichtung als der kernlose Stromsensor S verwendet wird, wird die Sensoreinrichtung hier trotzdem als kernloser Stromsensor behandelt, solange sie den Magnetflusssammelkern 50 nicht verwendet, der sich um den Leiter L erstreckt.
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Der kernlose Stromsensor S ist durch einen kernlosen Magnetfelderfassungssensor gebildet, der keinen Magnetflusssammelkern enthält. Ein derartiger Magnetfelderfassungssensor wird beispielsweise unter Verwendung verschiedener magnetischer Erfassungselemente wie eines Hall-Elements, eines Magnetoresistenz-(MR-)Effektelements oder eines Magnetimpedanz-(MI-)Elements gebildet. Wie es in 4 gezeigt ist, ist ein derartiges magnetisches Erfassungselement nahe dem Leiter L platziert, damit es keinen Magnetflusssammelkern um den Leiter L hat. Kein kernloser Stromsensor S enthält zusätzlich zu dem Magnetflusssammelkern eine Abschirmung gegen das Magnetfeld, das durch den Leiter L erzeugt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der kernlose Stromsensor S als integrierter Schaltungs-(IC-)Baustein gebildet, in dem ein Hall-Element und ein Pufferverstärker integriert sind, der das Ausgangssignal des Hall-Elements zumindest impedanzwandelt. Wie in 4 gezeigt ist, ist der durch den IC-Baustein gebildete kernlose Stromsensor S auf einem Substrat Sa befestigt und nahe dem Leiter L platziert. Obwohl dies in den 4 und 5 nicht gezeigt ist, ist das Substrat Sa mit der Steuereinheit 11 (der Stromerfassungseinrichtung 1) durch eine Stromleitung, die den kernlosen Stromsensor S ansteuert, und eine Signalleitung verbunden, die das Ausgangssignal V des kernlosen Stromsensors S überträgt.
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Der kernlose Stromsensor S gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Sensor von dem Typ, der eine Magnetflussdichtekomponente in einer Richtung erfassen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Teil des Leiters L1, L2, L3, über dem der kernlose Stromsensor S1, S2, S3 platziert ist, ein plattenähnlicher Busbalken mit einem rechteckigen Querschnitt. Wie es in den 4 und 5 gezeigt ist, ist eine Magnetflusserfassungsrichtung Q des kernlosen Stromsensors S parallel zu der Richtung der langen Seite des Querschnitts des Leiters L.
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Wie es in den 4 und 5 gezeigt ist, enthält die Magnetflusserfassungsrichtung Q zwei Richtungen, die zueinander entgegengesetzt sind. Das heißt, die Magnetflusserfassungsrichtung Q ist eine Richtung parallel zu einer einzelnen Geraden und enthält sowohl die Richtung zu einem Ende der Geraden als auch die Richtung zu deren anderen Ende. Der kernlose Stromsensor S kann somit sowohl eine durch einen positiven Strom I verursachte Magnetflussdichte als auch eine durch einen negativen Strom I verursachte Magnetflussdichte erfassen.
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Zur Erleichterung des Verständnisses zeigt 5 Magnetlinien einer Stärke H in dem Fall, in dem der Strom I von der Vorderseite zu der Rückseite des Blattes fließt, auf dem 5 gezeigt ist, und zeigt auch eine Magnetflussdichte B für diesen Fall. Da der kernlose Stromsensor S somit die Magnetflussdichte B in der vorbestimmten Magnetflusserfassungsrichtung Q erfasst, ist der kernlose Stromsensor S nahe dem Erfassungsabschnitt LS des Leiters L platziert, sodass die Magnetflusserfassungsrichtung Q senkrecht zu einer Erfassungsabschnitterstreckungsrichtung 3 als Richtung wird, in der sich der Erfassungsabschnitt LS des Leiters L erstreckt. Eine Ebene parallel zu der Erfassungsabschnitterstreckungsrichtung 3 mit der Magnetflusserfassungsrichtung Q wird als die ”Magnetflusserfassungsebene P” bezeichnet.
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Wie vorstehend beschrieben erfasst der kernlose Stromsensor S eine Magnetflussdichte B eines durch den Fluss des Stroms I verursachten Magnetfeldes H zur Erfassung des in dem Leiter L fließenden Stroms I. Je näher der Leiter L ist, desto stärker ist natürlich das Magnetfeld und desto höher ist die Magnetflussdichte B. Demnach ist der kernlose Stromsensor S nahe dem Leiter L platziert. Der kernlose Stromsensor S kann in Kontakt mit dem Leiter L platziert sein, wenn die Temperaturbeständigkeitseigenschaft, Vibrationsbeständigkeitseigenschaft, usw. erfüllt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der kernlose Stromsensor S wie in den 4 und 5 gezeigt derart platziert, dass er von dem Leiter L um eine vorbestimmte Entfernung (h) separiert ist, sodass die Erfassungsmittenposition im Wesentlichen mit der Mitte auf der langen Seite des Querschnitts des Leiters L ausgerichtet ist. Der kernlose Stromsensor S ist derart platziert, dass die Magnetflusserfassungsrichtung Q senkrecht zu der Erfassungsabschnitterstreckungsrichtung J ist. Da die Erstreckungsrichtung J des Leiters L der Richtung entspricht, in die der Strom I fließt, kann in dem kernlosen Stromsensor S ein starker magnetischer Durchfluss erhalten werden.
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In dem Fall, wenn der kernlose Stromsensor S auf diese Weise hinsichtlich des Leiters L mit einem rechteckigen Querschnitt platziert ist, kann die Magnetflussdichte B in dem kernlosen Stromsensor S durch den Ausdruck (2) dargestellt werden, wobei ”h” die Entfernung zwischen der Mitte des Leiters L (der Mitte des Stroms I) und der Mitte des kernlosen Stromsensors S (der Mitte des Hall-Elements) wie in
5 gezeigt darstellt, und ”W” die Länge der langen Seite des Querschnitts des Leiters L darstellt. [Ausdruck 2]
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Wie im Ausdruck (1) ist die Magnetflussdichte B, die durch den kernlosen Stromsensors S erfasst werden kann, im Allgemeinen invers-proportional zu der Entfernung h zwischen dem kernlosen Stromsensor S und dem Leiter L und proportional zu dem Strom I des Leiters L.
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Wie vorstehend beschrieben ist kein Abschirmmaterial, usw. zwischen dem Leiter L1, L2, L3 und dem kernlosen Stromsensor S1, S2, S3 platziert, und der Leiter L1, L2, L3 und der kernlose Stromsensor S1, S2, S3 sind nahe aneinander angeordnet. Demnach enthält die Magnetflussdichte, die durch einen einzelnen kernlosen Stromsensor S erfasst wird, nicht nur die Magnetflussdichte des Magnetfeldes H, das von dem Leiter L erzeugt wird, der sich am nächsten zu dem kernlosen Stromsensor S befindet, sondern auch die Magnetflussdichten der Magnetfelder, die von anderen Leitern L erzeugt werden. Die 6 und 7 zeigen ein Beispiel, in dem der zweite Leiter L2 zwischen dem ersten Leiter L1 und dem dritten Leiter L3 platziert ist, und die kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 jeweils nahe den Leitern L1, L2, L3 platziert sind, die voneinander verschieden sind. In diesem Fall enthält die durch den ersten kernlosen Stromsensor S1 erfasste Magnetflussdichte nicht nur die Magnetflussdichte eines Magnetfelds H1, das durch den ersten Strom I1 erzeugt wird, der in dem ersten Leiter L1 fließt, der sich zu dem ersten kernlosen Stromsensor S1 am nächsten befindet, sondern auch die Magnetflussdichten der Magnetfelder H2, H3, die durch die Ströme I2, I3 erzeugt werden, die jeweils in dem zweiten Leiter L2 und dem dritten Leiter L3 fließen. Demnach enthält das Ausgangssignal V1 des ersten kernlosen Stromsensors S1 nicht nur eine Komponente, die der Magnetflussdichte des Magnetfeldes H1 entspricht, das von dem ersten Leiter L1 erzeugt wird, sondern auch Komponenten, die den Magnetflussdichten der Magnetfelder H2, H3 entsprechen, die von dem zweiten Leiter L2 und dem dritten Leiter L3 erzeugt werden. Gleichermaßen enthält das Ausgangssignal V2 des zweiten kernlosen Stromsensors S2 nicht nur eine Komponente, die dem zweiten Leiter L2 entspricht, der sich zu dem zweiten kernlosen Stromsensor S2 am nächsten befindet, sondern auch Komponenten, die dem ersten Leiter L1 und dem dritten Leiter L3 entsprechen, und das Ausgangssignal V3 des dritten kernlosen Stromsensors S3 enthält nicht nur eine Komponente, die dem dritten Leiter L3 entspricht, der sich zu dem dritten kernlosen Stromsensor S3 am nächsten befindet, sondern auch dem ersten Leiter L1 und dem zweiten Leiter L2 entsprechende Komponenten.
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4. Signal-Strom-Korrelation F1
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Die Strom-Signal-Korrelation als Korrelation zwischen dem in jedem Leiter fließenden Strom I1, I2, I3 und dem Ausgangssignal V1, V2, V3 jedes kernlosen Stromsensors kann durch Ausdruck (3) dargestellt werden. [Ausdruck 3]
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”a11, a12, ...” stellen Koeffizienten dar, die Empfindlichkeiten jedes Ausgangssignals V1, V2, V3 bezüglich jedes Stroms I1, I2, I3 darstellen (die nachstehend als die ”Stromempfindlichkeitskoeffizienten ”a” bezeichnet werden), und können durch eine Drei-Mal-Drei-Matrix (die nachstehend als die ”Stromempfindlichkeitskoeffizientenmatrix Am” bezeichnet wird) ausgedrückt werden. Da jeder der Ströme I1, I2, I3 die Ausgangssignale V1, V2, V3 aller kernloser Stromsensoren wie vorstehend beschrieben beeinflusst, hat jeder Stromempfindlichkeitskoeffizient ”a” einen Wert ungleich 0.
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Das heißt, die Strom-Signal-Korrelation ist eine Korrelation, in der ein relationaler Ausdruck, der jeweils eines der Ausgangssignale der kernlosen Stromsensoren, d. h., das Ausgangssignal Vj, durch Multiplizieren der in den drei Leitern L1, L2, L3 fließenden Ströme I1, I2, I3 mit den drei Stromempfindlichkeitskoeffizienten aj1, aj2, aj3 ungleich null berechnet, für jeden aller drei kernloser Stromsensoren S1, S2, S3 eingestellt ist. Die Stromempfindlichkeitskoeffizienten aj1, aj2, aj3 sind Koeffizienten, die jeweils Empfindlichkeiten des Ausgangssignals Vj jedes kernlosen Stromsensors bezüglich der in den drei Leitern L1, L2, L3 fließenden Ströme I1, I2, I3 darstellen, wobei j = 1, 2, 3.
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In dem Fall, in dem die Vielzahl von Leitern L parallel zueinander angeordnet sind, und die Magnetflusserfassungsrichtungen Q der Vielzahl kernloser Stromsensoren S wie bei diesem Ausführungsbeispiel parallel zueinander sind, ist jeder Stromempfindlichkeitskoeffizient ”a” im Allgemeinen invers-proportional zu der Entfernung zwischen einem entsprechenden kernlosen Stromsensor S und einem entsprechenden Leiter L. Beispielsweise stellt der Stromempfindlichkeitskoeffizient a12 eine Empfindlichkeit des Ausgangssignal V1 des ersten kernlosen Stromsensors S2 bezüglich des zweiten Stroms I2 des zweiten Leiters L2 dar, und ist im Allgemeinen invers-proportional zu der Entfernung zwischen dem ersten kernlosen Stromsensor S1 und dem zweiten Leiter L2. Jeder Stromempfindlichkeitskoeffizient ”a” kann experimentell durch Messen des Ausgangssignals V jedes kernlosen Stromsensors identifiziert werden, wenn jedem Leiter L ein vorbestimmter Strom eingeprägt wird.
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<Signal-Strom-Korrelation>
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Der Ausdruck (4) wird durch Multiplizieren beider Seiten des Ausdrucks (3) mit der Inversen der Stromempfindlichkeitskoeffizientenmatrix Am erhalten. Der Ausdruck (4) ist die erfindungsgemäße Signal-Strom-Korrelation F1 und stellt die Korrelation zwischen dem Ausgangssignal V1, V2, V3 jedes kernlosen Stromssensors und dem in jedem Leiter fließenden Strom I1, I2, I3 dar. [Ausdruck 4]
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”b11, b12, ...” stellen Koeffizienten dar, die Empfindlichkeiten jedes Stroms I1, I2, I3 bezüglich jedes Ausgangssignals V1, V2, V3 darstellen (die nachstehend als die ”Signalempfindlichkeitskoeffizienten ”b” bezeichnet werden), und können durch eine Drei-Mal-Drei-Matrix dargestellt werden (die nachstehend als die ”Ausgangsempfindlichkeitskoeffizientenmatrix Bm” bezeichnet wird). Jeder Stromempfindlichkeitskoeffizient ”b” hat einen Wert ungleich null und jeder Strom I1, I2, I3 wird unter dem Einfluss aller Ausgangssignal V1, V2, V3 bestimmt. Das heißt, die drei Leiter L1, L2, L3 und die drei kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 sind derart angeordnet, dass die Inverse der Stromempfindlichkeitskoeffizientenmatrix Am berechnet werden kann, und jeder Signalempfindlichkeitskoeffizient ”b” einen Wert ungleich null hat.
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Das heißt, die Signal-Strom-Korrelation ist eine Korrelation, in der ein relationaler Ausdruck, der den in einem der Leiter fließenden Strom Ij durch Multiplizieren der Ausgangssignale V1, V2, V3 der drei kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 mit den drei Signalempfindlichkeitskoeffizienten bj1, bj2, bj3 berechnet, die jeweils auf einen Wert ungleich null voreingestellt sind, für jeden der drei Leiter L1, L2, L3 eingestellt ist. Die Signal-Strom-Korrelation ist eine inverse Kennlinie der vorstehend beschriebenen Strom-Signal-Korrelation, mit j = 1, 2, 3.
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5. Zwischen-Signal-Korrelation F2
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Da im Ausdruck (4) jeder Signalempfindlichkeitskoeffizient ”b” einen Wert ungleich null hat, sind die Werte aller Ausgangssignale V1, V2, V3 zur Berechnung der Ströme I1, I2, I3 erforderlich.
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Wird eines der Ausgangssignale V1, V2, V3 abnormal, kann der Strom I1, I2, I3 demnach nicht nur durch die durch den Ausdruck (4) gegebene Signal-Strom-Korrelation F1 berechnet werden.
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Um dies zu lösen, wird ein Verhältnis, dass die Summe der Ströme I1, I2, I3 wie vorstehend beschrieben null wird, verwendet. Dies ermöglicht die Berechnung von vier Unbekannten, d. h. der Ströme I1, I2, I3 und eines abnormalen Ausgangssignals, da vier Ausdrücke, d. h., die drei Ausdrücke für die Ströme I1, I2, I3 im Ausdruck (4) und ein derartiger relationaler Ausdruck, dass die Summe null wird, für die vier Unbekannten verwendet werden können.
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Das heißt, der Ausdruck (6) wird durch Einsetzen der drei Ausdrücke für die Ströme I1, I2, I3 in Ausdruck (4) in diesen relationalen Ausdruck (5), dass die Summe null wird, und durch Umordnen des Ausdrucks erhalten.
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[Ausdruck 5]
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[Ausdruck 6]
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(b11 + b21 + b31)V1 + (b12 + b22 + b32)V2 + (b13 + b23 + b33)V3 = 0 (6)
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Ausdruck (7) wird durch Umordnen von Ausdruck (6) für jedes Ausgangssignal V1, V2, V3 erhalten. Der Ausdruck (7) ist die erfindungsgemäße Zwischen-Signal-Korrelation F2, und stellt eine Zwischen-Signal-Korrelation als Korrelation zwischen jedem der Ausgangssignale von zwei kernlosen Stromsensoren und dem Ausgangssignal des verbleibenden einen kernlosen Stromsensors dar. Die Zwischen-Signal-Korrelation F2 wird beruhend auf einer Relation, dass die Summe der in den drei Leitern fließenden Ströme I1, I2, I3 null wird, und der Signal-Strom-Korrelation F1 hergeleitet. [Ausdruck 7]
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Der erste Ausdruck in Ausdruck (7) stellt die Korrelation zwischen dem zweiten und dritten Ausgangssignal V2, V3 und dem verbleibenden ersten Ausgangssignal V1 dar, der zweite Ausdruck in Ausdruck (7) stellt die Korrelation zwischen dem ersten und dritten Ausgangssignal V1, V3 und dem verbleibenden zweiten Ausgangssignal V2 dar, und der dritte Ausdruck in Ausdruck (7) stellt die Korrelation zwischen dem ersten und zweiten Ausgangssignal V1, V2 und dem verbleibenden dritten Ausgangssignal V3 dar.
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Die Leiter L1, L2, L3 und die kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 sind derart angeordnet, dass jeder Nenner des ersten, zweiten und dritten Ausdrucks in Ausdruck (7), d. h., jede Summe der Signalempfindlichkeitskoeffizienten ”b”, mit denen die Ausgangssignale V1, V2, V3 in der Signal-Strom-Korrelation F1 multipliziert werden, (b11 + b21 + b31), (b12 + b22 + b32) und (b13 + b23 + b33) einen Wert ungleich null haben.
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Der Ausdruck (8) wird durch Umordnen von Ausdruck (7) erhalten. [Ausdruck 8]
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Das heißt, die Zwischen-Signal-Korrelation ist eine Korrelation, bei der ein relationaler Ausdruck, der das Ausgangssignal Vj des verbleibenden einen kernlosen Stromsensors durch Multiplizieren der Ausgangssignale (aller von V1, V2 und V3 außer Vj) der (3-1) drahtlosen Stromsensoren mit (3-1) Zwischensignalkoeffizienten cj1, cj2 berechnet, die jeweils auf einen Wert ungleich null voreingestellt sind, für jeden der drei kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 eingestellt ist, wobei j = 1, 2, 3.
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6. Konfiguration der Stromerfassungseinrichtung 1
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Als nächstes wird die Konfiguration der Stromerfassungseinrichtung 1 beschrieben.
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Die Stromerfassungseinrichtung 1 enthält eine Arithmetikverarbeitungseinheit, wie eine CPU, als Kernbauelement, und weist eine Speichereinrichtung, wie einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), der Daten von der Arithmetikverarbeitungseinrichtung schreiben und lesen kann, und einen Nur-Lese-Speicher (ROM) zum Lesen von Daten von der Arithmetikverarbeitungseinheit, usw. auf. Die Funktionseinheiten 31 bis 34, usw., der Stromerfassungseinrichtung 1, wie sie in 1 gezeigt sind, sind durch in dem ROM, usw. der Stromerfassungseinrichtung 1 gespeicherte Software (ein Softwareprogramm) und/oder Hardware, wie eine separat vorgesehene Arithmetikschaltung gebildet.
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6-1. Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32
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Der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 ist eine Funktionseinheit, die bestimmt, ob die Ausgangssignale V1, V2, V3 der drei kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 normal oder abnormal sind. Wird bestimmt, dass eines der Ausgangssignale V1, V2, V3 der drei kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 abnormal ist, gibt der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 Abnormitätssignalinformationen Ev als Informationen über das Ausgangssignal Vm des als abnormal bestimmten kernlosen Stromsensors Sm zu jedem Abschnitt aus.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel stoppt der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 wie im Ablaufdiagramm in 8 gezeigt eine Stromeinprägung zu allen drei Leitern L1, L2, L3 (Schritt #02), wenn eines der Ausgangssignale V1, V2, V3 der drei kernlosen Stromsensoren größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert wird (Schritt #01: Ja). Ist keines der Ausgangssignale V1, V2, V3 größer oder gleich dem Schwellenwert (Schritt #01: Nein), bestimmt der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32, dass alle Ausgangssignale V1, V2, V3 normal sind, und erlaubt dem Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 33 die Berechnung der Ströme (Schritt #08).
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Schwellenwert auf einen Maximalstrombestimmungswert eingestellt, der einen Maximalstrom bestimmt. Wird eines der Ausgangssignale V1, V2, V3 größer oder gleich dem Maximalstrombestimmungswert, gibt der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 ein Stromeinprägungsstoppsignal Es zu dem Invertierersteuerabschnitt der Steuereinheit 11 zum Abschalten aller Schaltelemente 18A, 18B des Invertierers 16 aus. Die Stromeinprägung zu allen Leitern L1, L2, L3 wird dadurch gestoppt.
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Wenn das Ausgangssignal Vm des kernlosen Stromsensors Sm, das größer oder gleich dem Schwellenwert geworden ist, nach dem Stoppen der Stromeinprägung nicht geringer als der Schwellenwert wird (Schritt #03: Nein), bestimmt der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32, dass das Ausgangssignal Vm des kernlosen Stromsensors Sm abnormal ist (Schritt #04). Der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 nimmt die Stromeinprägung zu den drei Leitern L1, L2, L3 wieder auf (Schritt #05), und ermöglicht dem Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 die Berechnung der Ströme (Schritt #06).
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Wird das Ausgangssignal Vm des kernlosen Stromsensors Sm nach dem Stoppen der Stromeinprägung geringer als der Schwellenwert (Schritt #03: Ja), nimmt der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 die Stromeinprägung zu den drei Leitern L1, L2, L3 wieder auf (Schritt #07). Der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 erlaubt dem Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 33 dann die Berechnung der Ströme (Schritt #06).
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6-2. Signal-Strom-Korrelationserhalteabschnitt 30
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Der Signal-Strom-Korrelationserhalteabschnitt 30 ist eine Funktionseinheit, die die Signal-Strom-Korrelation F1 erhält, die die Korrelation zwischen den Ausgangssignalen V1, V2, V3 der drei drahtlosen Stromsensoren und den in den drei Leitern fließenden Strömen I1, I2, I3 wie durch den Ausdruck (4) ausgedrückt darstellt. Der Signal-Strom-Korrelationserhalteabschnitt 30 erhält einen Berechnungsausdruck von Ausdruck (4), der in der Speichereinrichtung wie dem ROM der Stromerfassungseinrichtung 1 gespeichert ist, und Werte des Signalempfindlichkeitskoeffizienten ”b” als Koeffizient in dem Berechnungsausdruck. Die erhaltene Signal-Strom-Korrelation F1 wird zu dem Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 33 und dem Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 ausgegeben. Alternativ kann der Signal-Strom-Korrelationserhalteabschnitt 30 zum Erhalten lediglich der Werte des Signalempfindlichkeitskoeffizienten ”b” aus der Speichereinrichtung konfiguriert sein, und der Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 33 und der Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 können zuvor mit dem Berechnungsausdruck von Ausdruck (4) versehen werden.
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6-3. Zwischen-Signal-Korrelationserhalteabschnitt 31
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Der Zwischen-Signal-Korrelationserhalteabschnitt 31 ist eine Funktionseinheit, die die Zwischen-Signal-Korrelation F2 erhält, die die Korrelation zwischen jedem der Ausgangssignale von zwei kernlosen Stromsensoren S und dem Ausgangssignal des verbleibenden einen kernlosen Stromsensors S wie durch den Ausdruck (7) gegeben darstellt. Die Zwischen-Signal-Korrelation F2 wird beruhend auf einer derartigen Beziehung, dass die Summe der in den drei Leitern fließenden Ströme I1, I2, I3 null wird, und der Signal-Strom-Korrelation F1 hergeleitet. Der Zwischen-Signal-Korrelationserhalteabschnitt 31 erhält einen Berechnungsausdruck von Ausdruck (7), der in der Speichereinrichtung, wie dem ROM der Stromerfassungseinrichtung 1 gespeichert ist, und Werte des Signalempfindlichkeitskoeffizienten ”b” als Koeffizient in dem Berechnungsausdruck. Die erhaltene Zwischen-Signal-Korrelation F2 wird zu dem Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 ausgegeben. Alternativ dazu kann der Zwischen-Signal-Korrelationserhalteabschnitt 31 zum Erhalten lediglich der Werte des Signalempfindlichkeitskoeffizienten ”b” aus der Speichereinrichtung eingerichtet sein, und der Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 kann vorab mit dem Berechnungsausdruck von Ausdruck (7) versehen werden.
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6-4. Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 33
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Der Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 33 ist eine Funktionseinheit, die die in den drei Leitern fließenden Ströme I1, I2, I3 beruhend auf den Ausgangssignalen V1, V2, V3 aller drahtlosen Stromsensoren unter Verwendung der Signal-Strom-Korrelation F1 berechnet, wenn bestimmt wird, dass die Ausgangssignale V1, V2, V3 aller drei drahtlosen Stromsensoren normal sind.
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6-5. Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34
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Der Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 schätzt das Ausgangssignal Vme des abnormalen kernlosen Stromsensors Sm beruhend auf den Ausgangssignalen Vc der normalen zwei kernlosen Stromsensoren unter Verwendung der Zwischen-Signal-Korrelation F2, wenn bestimmt wird, dass das Ausgangssignal des einen der drei kernlosen Stromsensoren abnormal ist. Der Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 ist eine Funktionseinheit, die die in den drei Leitern fließenden Ströme I1, I2, I3 beruhend auf dem erhaltenen abnormalen Signalschätzwert Vme und den Ausgangssignalen Vc der normalen zwei kernlosen Stromsensoren unter Verwendung der Signal-Strom-Korrelation F1 berechnet.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Normalsignalauswahlabschnitt 40 zum Auswählen der Ausgangssignale Vc der normalen zwei kernlosen Stromsensoren aus den Ausgangssignalen V1, V2, V3 der drei kernlosen Stromsensoren beruhend auf den Abnormitätssignalinformationen Ev des abnormalen kernlosen Stromsensors Sm eingerichtet. Der Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 bestimmt beruhend auf den Abnormitätssignalinformationen Ev, welcher der Ausdrücke der Zwischen-Signal-Korrelation F2 in Ausdruck (7) zur Berechnung des Abnormalsignalschätzwertes Vme verwendet werden sollte.
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Das heißt, ist das erste Ausgangssignal V1 abnormal, schätzt der Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 das erste Ausgangssignal V1 beruhend auf dem normalen zweiten Ausgangssignal V2 und dem normalen dritten Ausgangssignal V3 unter Verwendung der Zwischen-Signal-Korrelation F2 des ersten Ausdrucks in Ausdruck (7). Ist das zweite Ausgangssignal V2 abnormal, schätzt der Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 das zweite Ausgangssignal V2 beruhend auf dem normalen ersten Ausgangssignal V1 und dem normalen dritten Ausgangssignal V3 unter Verwendung der Zwischen-Signal-Korrelation F2 des zweiten Ausdrucks in Ausdruck (7). Ist das dritte Ausgangssignal V3 abnormal, schätzt der Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 das dritte Ausgangssignal V3 beruhend auf dem normalen ersten Ausgangssignal V1 und dem normalen zweiten Ausgangssignal V2 unter Verwendung der Zwischen-Signal-Korrelation V2 des dritten Ausdrucks in Ausdruck (7).
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[Weitere Ausführungsbeispiele]
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Nun werden weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Die Konfiguration jedes nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels kann nicht nur allein sondern auch kombiniert mit den Konfigurationen der anderen Ausführungsbeispiele verwendet werden, solange sich keine Inkonsistenzen ergeben.
- (1) Wie in 2 gezeigt ist, ist das vorstehende Ausführungsbeispiel hinsichtlich eines Beispiels beschrieben, in dem N auf 3 gesetzt ist, die drei Leiter L1, L2, L3 jeweils mit den als Stern verbundenem dreiphasigen Spulen C1, C2, C3 verbunden sind, und die in den drei Leitern L1, L2, L3 fließenden Ströme I1, I2, I3 beruhend auf den Ausgangssignalen der drei kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 erfasst werden. Allerdings sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht darauf beschränkt. N kann eine beliebige natürliche Zahl größer oder gleich 3 sein, und die vorliegende Erfindung kann eine beliebige Konfiguration annehmen, solange die in den N Leitern L fließenden Ströme I in der Schaltung CI, die derart verbunden sind, dass die Summe der in den N Leitern L fließenden Ströme I null werden, beruhend auf den Ausgangssignalen V der N kernlosen Stromsensoren S erfasst werden.
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Wie in 9 gezeigt, können selbst dann, wenn N gleich 3 gesetzt ist, die drei Leiter L1, L2, L3 jeweils mit den Verbindungen der als Delta verbundenen dreiphasigen Spulen C1, C2, C3 verbunden sein. Die Summe der in den drei Leitern L1, L2, L3 fließenden Ströme I1, I2, I3 ist auch in der Schaltung C1 in 9 null.
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Wie es in 10 gezeigt ist, kann N beispielsweise auf 6 eingestellt sein, sechs Leiter L1, L2, L3, L4, L5, L6 können jeweils mit als Stern verbundenen sechsphasigen Spulen C1, C2, C3, C4, C5, C6 verbunden sein, und in den sechs Leitern fließende Ströme I1, I2, I3, I4, I5, I6 können beruhend auf den Ausgangssignalen von sechs kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3, S4, S5, S6 erfasst werden. Die Summe der in den sechs Leitern fließenden Ströme I1, I2, I3, I4, I5, I6 ist in der Schaltung C1 in 10 auch null.
- (2) Wie es in 7 gezeigt ist, ist das vorstehende Ausführungsbeispiel bezüglich eines Beispiels beschrieben, bei dem der zweite Leiter L2 zwischen dem ersten Leiter L und dem dritten Leiter L3 platziert ist, und die kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 jeweils nahe den Leitern L1, L2, L3 platziert sind, die voneinander verschieden sind. Allerdings sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Leiter L1, L2, L3 und die kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 müssen lediglich derart angeordnet sein, dass jeder Signalempfindlichkeitskoeffizient ”b” der Signal-Strom-Korrelation F1 einen Wert ungleich null hat und jede der Summen der Signalempfindlichkeitskoeffizienten ”b”, mit der die Ausgangssignale V1, V2, V3 multipliziert werden, in der Signal-Strom-Korrelation F1, d. h. (b11 + b21 + b31), (b12 + b22 + b32) und (b13 + b23 + b33), einen Wert ungleich null haben. Beispielsweise können die Leiter L1, L2, L3 und die kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 wie in Anordnungen der Leiter in der Schnittrichtung in den 11A, 11B und 11C gezeigt angeordnet sein.
- (3) Das vorstehende Ausführungsbeispiel ist hinsichtlich eines Beispiels beschrieben, bei dem der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 eine Stromeinprägung zu allen drei Leitern L1, L2, L3 stoppt, wenn eines der Ausgangssignale V1, V2, V3 größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert wird, und bestimmt, dass dieses Ausgangssignal abnormal ist, wenn dieses Ausgangssignal nicht geringer als der Schwellenwert wird, nachdem die Stromeinprägung gestoppt wurde. Allerdings sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 kann ein beliebiges Verfahren verwenden, das die Abnormität der Ausgangssignale V1, V2, V3 erfasst. Beispielsweise kann der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 zum Überwachen einer Änderung in Ausgangssignalen V1, V2, V3 über die Zeit und Bestimmen konfiguriert sein, dass ein Ausgangssignal abnormal ist, das sich über die Zeit nicht ändert. Alternativ dazu kann der Abnormitätsbestimmungsabschnitt 32 zum Schätzen des verbleibenden Ausgangssignals beruhend auf zwei Ausgangssignalen unter Verwendung der durch Ausdruck (7) gegebenen Zwischen-Signal-Korrelation F2 und Bestimmen einer Abnormität durch Vergleichen jedes geschätzten Ausgangssignals mit einem tatsächlichen Ausgangssignal eingerichtet sein.
- (4) Das vorstehende Ausführungsbeispiel ist hinsichtlich eines Beispiels beschrieben, bei dem die jeweiligen Abschnitte der Leiter L1, L2, L3, über denen die kernlosen Stromsensoren S1, S2, S3 platziert sind, plattenähnliche Busbalken mit einem rechteckigen Querschnitt sind. Allerdings sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Leiter L1, L2, L3 können einen beliebigen Querschnitt haben. Beispielsweise können die Leiter L1, L2, L3 einen kreisförmigen, quadratischen oder elliptischen Querschnitt haben.
- (5) Das vorstehende Ausführungsbeispiel ist bezüglich eines Beispiels beschrieben, bei dem der kernlose Stromsensor S ein Sensor des Typs ist, der eine Magnetflussdichtekomponente in einer Richtung erfassen kann. Allerdings sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht darauf beschränkt. Der kernlose Stromsensor S kann ein Sensor des Typs sein, der Magnetflussdichtekomponenten in einer Vielzahl von Richtungen erfassen kann.
- (6) Das vorstehende Ausführungsbeispiel ist bezüglich eines Beispiels beschrieben, bei dem der Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 33 die Ströme I1, I2, I3 berechnet, wenn bestimmt wird, dass die Ausgangssignale aller drei kernloser Stromsensoren normal sind, und der Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34 die Ströme I1, I2, I3 berechnet, wenn bestimmt wird, dass das Ausgangssignal eines der drei kernlosen Stromsensoren abnormal ist. Allerdings sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Stromerfassungseinrichtung 1 muss nicht mit dem Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 34, dem Zwischen-Signal-Korrelationserhalteabschnitt 31, usw. versehen sein, und nur der Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt 33 kann die Ströme I1, I2, I3 berechnen.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Die vorliegende Erfindung kann vorzugsweise für Stromerfassungseinrichtungen verwendet werden, die beruhend auf Ausgangssignalen von N kernlosen Stromsensoren (wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich 3 ist) in N Leitern fließende Ströme in einer derart verbundenen Schaltung erfassen kann, dass die Summe der in den N Leitern fließenden Ströme null wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromerfassungseinrichtung
- 11
- Steuereinheit
- 12
- Ansteuerschaltung
- 13
- Dreherfassungseinrichtung
- 14
- DC-Leistungszufuhr
- 15
- Glättungskondensator
- 16
- Invertierer
- 18A, 18B
- Schaltelement
- 19
- Freilaufdiode
- 20
- Leistungszufuhreinheit
- 30
- Signal-Strom-Korrelationserhalteabschnitt
- 31
- Zwischen-Signal-Korrelationserhalteabschnitt
- 32
- Abnormitätsbestimmungsabschnitt
- 33
- Normal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt (Stromberechnungsabschnitt)
- 34
- Abnormal-Bedingung-Stromberechnungsabschnitt (Stromberechnungsabschnitt)
- 40
- Normalsignalauswahlabschnitt
- 50
- Magnetflusssammelkern
- B
- Magnetflussdichte
- C1
- erste Spule
- C2
- zweite Spule
- C3
- dritte Spule
- CI
- Schaltung
- Es
- Stromeinprägungsstoppsignal
- Ev
- Abnormitätssignalinformationen
- F1
- Signal-Strom-Korrelation
- F2
- Zwischen-Signal-Korrelation
- Am
- Stromempfindlichkeitskoeffizientenmatrix
- Bm
- Ausgangsempfindlichkeitskoeffizientenmatrix
- a
- Stromempfindlichkeitskoeffizient
- b
- Signalempfindlichkeitskoeffizient
- I1
- erster Strom
- I2
- zweiter Strom
- I3
- dritter Strom
- L1
- erster Leiter
- L2
- zweiter Leiter
- L3
- dritter Leiter
- MG
- elektrische AC-Drehmaschine
- O
- neutraler Punkt
- Q
- Magnetflusserfassungsrichtung
- S1
- erster kernloser Stromsensor
- S2
- zweiter kernloser Stromsensor
- S3
- dritter kernloser Stromsensor
- V1
- erstes Ausgangssignal
- V2
- zweites Ausgangssignal
- V3
- drittes Ausgangssignal
- Vc
- normales Signal
- Vme
- abnormaler Signalschätzwert
