DE112016002224T5

DE112016002224T5 - Leistungsumsetzungsvorrichtung und Motorantriebseinrichtung

Info

Publication number: DE112016002224T5
Application number: DE112016002224.7T
Authority: DE
Inventors: Takuro Kanazawa; Kimihisa FURUKAWA
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2018-05-03
Also published as: KR20180008790A; WO2017002750A1; JP6444274B2; KR102042911B1; JP2017017860A; US20180183369A1; US10425025B2; CN107735937A

Abstract

Ein Magnetfluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch eine Hauptschaltungsverdrahtung fließt, fungiert als Störung und genaue Rotorpositionsinformationen werden erhalten. Eine Motorantriebseinrichtung steuert einen Betrieb einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, die eine Stromstärke an einen Motor ausgibt, auf der Basis eines Solldrehmomentbefehlswerts und umfasst eine Hauptschaltungsverdrahtung, die mit einem Schaltelement elektrisch verbunden ist, das die Leistungsumsetzungsvorrichtung bildet, und durch die ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom an dieses übertragen wird, einen magnetischen Sensor, der eine Magnetflussänderung eines an einem Rotor des Motors angebrachten Sensormagneten detektiert, und einen Controller, der einen Stromstärkebefehlswert, der von der Leistungsumsetzungsvorrichtung an den Motor ausgegeben wird, auf der Basis von Positionsinformationen des Rotors, die durch den magnetischen Sensor detektiert werden, berechnet, wobei der Controller eine Magnetflussfehlerkorrektureinheit umfasst, die eine Magnetflusskomponente, die durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, detektiert oder berechnet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebseinrichtung und insbesondere auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, die eine Position eines Motorrotors unter Verwendung eines an dem Motorrotor angebrachten Sensormagneten und eines in der Nähe des Sensormagneten vorgesehenen magnetischen Sensors detektiert, und auf ein Rotorpositions-Detektionsverfahren in einer Montagestruktur, in der eine Hauptschaltungsverdrahtung der Leistungsumsetzungsvorrichtung oder des Motors in der Nähe des magnetischen Sensors angeordnet ist.
Stand der Technik
In den letzten Jahren ist bei einer Motorantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug oder die Industrie eine mechatronische Integration vorangeschritten, bei der ein Motor und eine Leistungsumsetzungsvorrichtung in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut sind oder ein Gehäuse direkt daran angeschlossen ist, um einen Kabelbaum des Motors und der Leistungsumsetzungsvorrichtung zu entfernen oder zu miniaturisieren. Bei dieser Montagestruktur zur mechatronischen Integration wird damit begonnen, einen kontaktlosen Sensor oder dergleichen zu verwenden, um die Anzahl von Kontakten von elektrischen Verdrahtungen zwischen dem Motor und der Leistungsumsetzungsvorrichtung zu reduzieren. Ein magnetischer Sensor wie beispielsweise ein Lochelement oder ein MR-Element wird häufig anstelle eines herkömmlichen Funktionsdrehmelders als ein kontaktloser Positionssensor zum Detektieren einer Rotorposition eines Motors verwendet.
Zum Beispiel offenbart PTL 1 ein System, das einen magnetischen Sensor verwendet. PTL 1 offenbart eine Drehwinkelmessvorrichtung, die einen magnetischen Sensor, der in einer Magnetfeldrichtung anspricht, und eine Detektionseinheit, die eine Ausgabe aus dem magnetischen Sensor empfängt, enthält; die Drehwinkelmessvorrichtung wird zusammen mit einem Rotor, der ein Magnetflusserzeugungselement aufweist, verwendet; die Ausgabe aus dem magnetischen Sensor ist ein ursprüngliches Winkelsignal, das entsprechend der Magnetfeldrichtung festgelegt ist; und die Detektionseinheit gibt einen Korrekturwinkel aus, in dem der Einfluss eines nichtmagnetischen Leiters, der in der Nähe des magnetischen Sensors angeordnet ist, korrigiert wird, indem ein Korrekturwert verwendet wird, der von einer Korrekturfunktion mit einer Drehzahl des Rotors als Argument ausgegeben wird.
Als Folge der dicht gepackten Montage einer Leistungsumsetzungsvorrichtung zum Verwirklichen einer mechatronischen Integration wird in den letzten Jahren eine Hauptschaltungsverdrahtung, über die eine Leistungsquelle mit dem Motor elektrisch verbunden ist und die bewirkt, dass ein Strom zum Antreiben des Motors fließt, nahe des oben beschriebenen magnetischen Sensors angeordnet.
PTL 2 offenbart ein Beispiel einer dicht gepackten Motorantriebseinrichtung. PTL 2 offenbart einen Motor, der umfasst: einen Stator, auf den mehrere Wicklungsdrähte gewickelt sind; einen Rotor, der drehbar innerhalb eines Innenradius des Stators angeordnet ist; eine Welle, die koaxial angeordnet ist, um mit dem Rotor drehbar zu sein; ein Magnet, der an einem Ende der Welle angeordnet ist, um mit dem Rotor und der Welle drehbar zu sein; einen magnetischen Sensor, der so angeordnet ist, dass er dem Magneten in einer axialen Richtung der Welle zugewandt ist, um einen Drehwinkel des Rotors durch Erfassen des durch den Magneten erzeugten Magnetismus zu detektieren; eine Steuervorrichtung, die die an jeden Wicklungsdraht gelieferte Leistung auf der Basis des durch den Magnetischer Sensor detektierten Drehwinkels des Rotors steuert; und einen ersten Leitungsdraht und einen zweiten Leitungsdraht, die jeweils einen virtuellen Kreis schneiden, der auf einer Achse der Welle zentriert ist und sich jeweils parallel zu der Achse der Welle erstreckt, um die Steuervorrichtung mit jedem der mehreren Wicklungsdrähte zu verbinden, wobei ein Strom, der durch den ersten Leitungsdraht und den zweiten Leitungsdraht fließt, hat zu jedem Zeitpunkt den gleichen Betrag und die gleiche Stromrichtung der jeweils andere aufweist und eine Position des ersten Leitungsdrahtes und eine Position des zweiten Leitungsdrahtes eine Beziehung α = 180 erfüllen, wenn ein Schnittpunkt des ersten Leitungsdrahts mit dem virtuellen Kreis als ein Punkt p1 bezeichnet ist und ein Schnittpunkt des zweiten Leitungsdrahtes mit dem virtuellen Kreis als ein Punkt p2 bezeichnet ist und ein Mittelpunktswinkel eines Kreisbogens p1p2 des virtuellen Kreises α(°) bezeichnet ist.
Hier bezieht sich der in PTL 1 offenbarte Inhalt auf ein Verfahren zum Reduzieren des Einflusses eines Wirbelstroms, der in einem Metall erzeugt wird, das in der Nähe des Magneten angeordnet ist, und der auf den magnetischen Sensor ausgeübt wird, indem der Positionsdetektionsmagnet mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird. Jedoch ist beispielsweise eine Hauptschaltungsverdrahtung aus Kupfer als ein nichtmagnetischer Körper in der Nähe des Positionssensors angeordnet, und es ist nicht möglich, den Einfluss zu reduzieren, den der Magnetfluss, der auf der Basis des Biot-Savart-Gesetzes erzeugt wird, wenn ein Strom durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, auf den magnetischen Sensor ausübt.
Auf der anderen Seite sind gemäß dem in PTL 2 offenbarten Inhalt in sechs Motordrähten, die mit zwei Dreiphasen-Wechselrichtern verbunden sind, Motorspulen, die mit den sechs Motordrähten verbunden sind, in demselben Gehäuse angeordnet. Das System, das eine Position des Rotors mit dem magnetischen Sensor detektiert, weist eine Struktur auf, bei der zwei Motorleitungen mit der gleichen Phase, die auf den magnetischer Sensor zentriert sind, zueinander um 180° versetzt sind. In der oben beschriebenen Anordnung löschen sich ein Magnetflussvektor, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch eine Motorleitung fließt, und ein Magnetflussvektor, der erzeugt wird, wenn ein Strom mit dem gleichen Betrag und der gleichen Richtung durch den anderen Motordraht fließt, an einem Detektionspunkt des magnetischen Sensors aus und somit kann der Einfluss des Magnetflusses, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, verringert werden. In dem in PTL 2 offenbarten Aspekt kann jedoch in einem Fall, in dem ein Wechselrichter ausfällt und ein Betrieb fortlaufend nur mit dem anderen Wechselrichter durchgeführt wird, der von dem anderen Motordraht erzeugte Magnetfluss nicht an einem Detektionspunkt in dem magnetischen Sensor ausgelöscht werden und somit gibt es ein Problem, bei dem sich die Positionsdetektionsgenauigkeit verschlechtert und somit die Motorsteuerung instabil ist.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokument(e)

PTL 1: JP-A-2013-11538
PTL 2 : JP-A-2012-039737

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei einer Motorantriebseinrichtung, bei der Positionsinformationen eines Rotors mit einem an einem Rotor eines Motors befestigten Sensormagneten und einem in der Motorantriebseinrichtung angeordneten magnetischen Sensor detektiert werden und eine Hauptschaltungsverdrahtung in der Nähe des magnetischen Sensors angeordnet ist, um eine dicht gepackte Montage zu verwirklichen, fungiert der magnetische Fluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, als Störung, und daher ist es schwierig, genaue Rotorpositionsinformationen zu erhalten.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Motorantriebseinrichtung bereitgestellt, die einen Betrieb einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, die eine Stromstärke an einen Motor ausgibt, auf der Basis eines Solldrehmomentbefehlswerts steuert, wobei die Einrichtung umfasst: eine Hauptschaltungsverdrahtung, die mit einem Schaltelement elektrisch verbunden ist, das die Leistungsumsetzungsvorrichtung bildet, und durch die ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom an dieses übertragen wird; einen magnetischen Sensor, der eine Magnetflussänderung eines an einem Rotor des Motors angebrachten Sensormagneten detektiert; und einen Controller, der einen Stromstärkebefehlswert, der von der Leistungsumsetzungsvorrichtung an den Motor ausgegeben wird, auf der Basis von Positionsinformationen des Rotors, die durch den magnetischen Sensor detektiert werden, berechnet, wobei der Controller eine Magnetflussfehlerkorrektureinheit enthält, die eine Magnetflusskomponente, die durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, detektiert oder berechnet.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Einfluss zu reduzieren, den ein Störmagnetfluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch eine Hauptschaltungsverdrahtung fließt, die in der Nähe eines magnetischen Sensors angeordnet ist, auf eine Positionsdetektion in dem magnetischen Sensor ausübt, und somit wird eine dicht gepackte Montage einer Motorantriebseinrichtung verwirklicht. Eine Rotorposition des Motors kann mit hoher Genauigkeit detektiert werden, und somit wird eine günstige Motorsteuerung verwirklicht. Da die vorliegende Erfindung auf ein System angewendet wird, bei dem ein einzelner Motor mit zwei Dreiphasen-Brückenschaltungen angetrieben wird, wird selbst in einem Fall, in dem eine Dreiphasen-Brückenschaltung ausfällt, die andere Dreiphasen-Brückenschaltung kontinuierlich betrieben und somit kann der Motor vorteilhafterweise fortlaufend angetrieben werden.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Schaltbild einer Motorantriebseinrichtung in Beispiel 1.
[2] 2 zeigt ein Beispiel eines Strukturdiagramms einer Umgebung eines magnetischen Sensors in einer Struktur des Standes der Technik.
[3] 3 ist ein Diagramm, das einen Magnetflussvektor eines Magnetsensorabschnitts in Beispiel 1 zeigt.
[4] 4 zeigt ein Beispiel eines Strukturdiagramms einer Umgebung eines magnetischen Sensors in Beispiel 1.
[5] 5 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Controllers in Beispiel 2.
[6] 6 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Spannungsvektors in Beispiel 4.
[7] 7 zeigt ein Beispiel einer Motorstromstärke in Beispiel 4.
[8] 8 zeigt Beispiele einer Stromstärke und eines Störungsmagnetflusses in Beispiel 4.
[9] 9 zeigt eine Dreiphasen-Brückenschaltung und Stromrichtungen in Beispiel 4.
[10] 10 zeigt einen Magnetflussvektor eines Sensormagneten und einen Störungsmagnetflussvektor in Beispiel 5.
[11] 11 zeigt einen Magnetflussvektor eines Sensormagneten und einen Störungsmagnetflussvektor in Beispiel 5.
[12] 12 zeigt eine genaue Sensormagnetposition und ein Ergebnis eines Subtrahierens des Einflusses des Störungsmagnetflusses von Positionsinformationen, die von einem magnetischen Sensor ausgegeben wird, in Bezug auf 360 Grad.
[13] 13 ist ein Schaltbild einer Motorantriebseinrichtung in Beispiel 6.
[14] 14 ist ein Systemdiagramm einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung in Beispiel 7.

Beschreibung von Ausführungsformen:
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Bestandteile sind über die Zeichnungen hinweg mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine wiederholte Beschreibung entfällt.
Beispiel 1
Unter Bezugnahme auf 1 erfolgt eine Beschreibung einer Leistungsumsetzungsvorrichtung und einer Motorantriebseinrichtung gemäß Beispiel 1. 1 ist ein Schaltbild, das die gesamte Konfiguration einer Motorantriebseinrichtung 10 gemäß Beispiel 1 darstellt
Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung 300, die Leistung von einer Gleichstromleitungsquelle 400 von Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umsetzt, ist mit einem Motor 200 verbunden, der elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, so dass er angetrieben wird. Hierin ist die Antriebseinrichtung 10 aus der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 und dem Motor 200 ausgebildet. Der Motor 200 ist beispielsweise aus einem Dreiphasenmotor gebildet und ein Sensormagnet 202 zum Detektieren einer Position eines Rotors 201 ist an einem distalen Ende des Rotors 201 angebracht.
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 enthält sechs Halbleiterelemente, die eine Dreiphasen-Brückenschaltung 301 zum Umsetzen von Gleichstrom in Dreiphasen-Wechselstrom bilden. Das Halbleiterelement ist ein Leistungshalbleiterelement wie etwa ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT).
Obwohl dies nicht dargestellt ist, sind ein oder mehrere Glättungskondensatoren zum Glätten einer Leistungsquellenspannung zwischen einem positiven und negativen Draht vorgesehen, die sich weiter auf der Seite der Gleichstromquelle 400 befinden als die Dreiphasen-Brückenschaltung 301. Zum Beispiel wird ein Elektrolytkondensator mit einer ausreichenden Kapazität oder ein Hybrid-Elektrolytkondensator mit einem leitfähigen Polymer als der Glättungskondensator verwendet. Ein Stromstärkedetektor zum Detektieren einer Phasenstromstärke des Motors ist an einem positiven oder negativen Draht zwischen der Dreiphasen-Brückenschaltung 301 und dem Glättungskondensator vorgesehen. Als Stromstärkedetektor wird ein niederohmiger Widerstand mit geringem Verlust verwendet, jedoch können auch andere Stromstärkedetektoren wie etwa ein Stromwandler verwendet werden. Eine Filterkomponente wie beispielsweise eine Gegentakt-Drosselspule oder ein Kondensator ist als Gegenmaßnahme gegen Rauschen weiter auf der Seite der Gleichstromquelle 400 als der Glättungskondensator angeordnet.
Als Nächstes wird ein Controller der Leistungsumsetzungsvorrichtung beschrieben. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 enthält einen Controller 310. Der Controller 310 enthält eine Stromstärkesteuereinheit 312 und empfängt einen Stromstärkebefehlswert zum Steuern eines Betriebs des Motors 200 mit einem gewünschten Wert von der Motorantriebseinrichtung 10. Der Controller 310 enthält eine Stromstärkedetektionseinheit 311, die einen Spannungswert, der von dem in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 vorgesehenen Stromstärkedetektor erhalten wird, filtert und verstärkt und die Stromstärkedetektionseinheit 311 gibt Stromstärkeinformationen des Motors 200 an die Stromstärkesteuereinheit 312 aus. Die Motorantriebseinrichtung 10 detektiert eine Magnetflussänderung des Sensormagneten 202, der an dem Rotor 201 angebracht ist, und gibt Rotorpositionsinformationen an die Stromstärkesteuereinheit 312 aus. Der magnetische Sensor 302 kann eine Loch-IC, ein Riesenmagnetowiderstandseffekt-Sensor (GMR-Sensor), ein Tunnelmagnetowiderstandseffekt-Sensor (TMR-Sensor) oder dergleichen sein. Der magnetische Sensor 302 kann auf einer Leiterplatine montiert sein, auf der die Stromstärkedetektionseinheit 311 oder eine PWM-Erzeugungseinheit 313 montiert ist, das heißt, Komponenten wie etwa ein Operationsverstärker, ein Mikrocomputer, eine Ansteuer-IC oder eine Leistungsquellen-IC montiert sind, und kann auf einer speziellen Platine für den magnetischen Sensor 302 montiert sein, so dass er an der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 oder dem Motor 200 angebracht ist.
Die Stromstärkesteuereinheit 312 erzeugt einen Spannungsbefehlswert V*, der an die Dreiphasen-Brückenschaltung 301 geliefert wird, auf der Basis des Stromstärkedetektionswerts, der Rotorpositionsdetektionswerts und des Stromstärkebefehlswerts, die oben beschrieben sind, und gibt den Spannungsbefehlswert V* an die PWM-Erzeugungseinheit 313 aus. Die PWM-Erzeugungseinheit 313 gibt einen Gatespannungsbefehl an jedes Halbleiterelement der Dreiphasen-Brückenschaltung 301 auf der Basis des Spannungsbefehlswerts V* aus. Als Ergebnis liefert die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 Dreiphasenwechselströme an den Motor 200 und der Motor arbeitet durch Umwandeln von elektrischer Energie in mechanische Energie.
Da Bedenken hinsichtlich des Auftretens einer Abweichung eines Magnetisierungsbetrags des Sensormagneten 202 oder des Auftretens einer Positionsabweichung des Sensormagneten 202 oder des magnetischen Sensors 302 während des Anbringens bestehen, enthält der Controller 310 eine Anfangspositionskorrektureinheit 315, die eine anfängliche Abweichung relativ zu einem vorgesehenen Wert korrigiert. Ein Fehlerbetrag, der in der Anfangspositions-Korrektureinheit 315 erhalten wird, wird an eine Positionskorrektureinheit 316 geliefert und somit können genaue Positionsinformationen des Rotors 201 selbst dann erhalten werden, wenn es eine individuelle Differenz in der Motorantriebseinrichtung 10 gibt.
Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Detektieren von Positionsinformationen des Rotors 201 unter Verwendung des Sensormagneten 202 unter Bezugnahme auf 2 und 3 gegeben. Wie in 2 dargestellt ist der Sensormagnet 202 zum Detektieren einer Position des Rotors 201 an dem distalen Ende des Rotors 201 des Motors 200 angebracht. Hier wird angenommen, dass der Sensormagnet 202 an zwei Polen magnetisiert ist. Andererseits ist der magnetische Sensor 302, der auf der Platine montiert ist, so angeordnet, dass er um einen vorbestimmten Abstand getrennt an einer Position angeordnet ist, die dem Sensormagnet zugewandt ist.
Ein Sensormagnet-Magnetflussvektor 210, der einem Magnetisierungsbetrag entspricht, kommt aus dem Sensormagnet 202, der zu zwei Polen hin in einer Richtung von dem Nordpol zu dem Südpol magnetisiert ist, und der Sensormagnet-Magnetflussvektor 210 durchdringt den magnetischen Sensor 302. Hier ist der Sensormagnet-Magnetflussvektor durch Bs angegeben und Magnetflussvektoren, die in Richtungen X, Y in einer Oberfläche zerlegt sind, sind an einer Detektionsposition in dem magnetischen Sensor 302 jeweils durch Bx_s und By_s angegeben.
Der Sensormagnet-Magnetflussvektor Bs ändert sich von 0 Grad bis 360 Grad zusammen mit der Drehung des Rotors 201 in einer XY-Ebene einer Detektionsposition in dem magnetischen Sensor 302. 3 zeigt nur einen ersten Quadranten, der bezogen auf ein Vektordiagramm des Sensormagnet-Magnetflussvektors BS extrahiert ist. Wenn der Magnetfluss Bx_s in der X-Richtung und der Magnetfluss By_s in der Y-Richtung in Bezug auf den sich ändernden magnetischen Magnetflussvektor Bs detektiert werden können, kann ein Winkel θs des Rotors 201 gemäß Gleichung (1) detektiert werden.
$θ s = T a n^{- 1} (\frac{B y_s}{B x_s})$
Ein Winkel θs des Rotors 201 kann detektiert werden.
Ein Lochelement oder ein MR-Element kann entsprechende Spannungswerte ausgeben, die den Magnetflüssen Bx_s und By_s entsprechen, die von dem Sensormagneten 202 erzeugt werden, und somit wird der Winkel θs des Rotors 201 auf der Grundlage der ausgegebenen Spannungswerte in dem Controller berechnet.
Als Nächstes stellt 4 eine interne Struktur der Motorantriebseinrichtung 10 in einem Fall dar, in dem eine dicht gepackte Montage, die mit mechatronischer Integration einhergeht, durchgeführt wird. Der Abstand zwischen dem magnetischen Sensor 302 und einer Hauptschaltungsverdrahtung 501 ist kurz, um eine dicht gepackte Montage zu verwirklichen. Hier gibt die Hauptschaltungsverdrahtung alle Drähte, durch die Energie zum Antreiben des Motors 200 fließt, zwischen der Gleichstromquelle 400 und dem Motor 200 an. Insbesondere kann die Hauptschaltungsverdrahtung beispielsweise ein elektrischer Draht wie etwa eine Sammelschiene, die in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 vorgesehen ist, dreidimensionale Drähte, die auf einer Platine montiert sind, und dreiphasige Drähte, die mit dem Motor 200 verbunden sind, sein.
Wenn ein Strom durch die Hauptschaltungsverdrahtung 501 fließt, wird ein Magnetflussvektor Bd basierend auf dem Biot-Savart-Gesetz gemäß Gleichung (2) erzeugt.
$d B = \frac{μ_{0} I}{4 π} \frac{d I \times r}{r^{3}}$
Als Folge einer Hauptschaltungsstromstärke Id, der in der Figur nach rechts fließt, ist eine Richtung des Magnetflussvektors Bd, der von der Hauptschaltungsverdrahtung 501 erzeugt wird, eine Richtung von der Vorderseite zu der Tiefenseite der Zeichenoberfläche ist, d. h. die Y-Richtung. Hier werden Magnetflüsse, die durch Zerlegen eines Magnetflussvektors, der von der Hauptschaltungsverdrahtung 501 erzeugt wird, in die Richtungen in einer Oberfläche (XY-Richtungen) an der Detektionsposition in dem magnetischen Sensor erhalten werden, jeweils durch Bx_d und By_d angegeben.
Als Nächstes wird erneut auf das Vektordiagramm von 3 Bezug genommen. In einem Fall, in dem die Hauptschaltungsverdrahtung 501 nahe dem magnetischen Sensor 302 angeordnet ist, ist eine durch den magnetischen Sensor 302 detektierte Position des Rotors 201, d. h. ein Magnetflussvektor, ein Wert, der durch Addieren des Sensormagnet-Magnetflussvektors Bs, der durch den Sensormagneten 202 erzeugt wird, zu dem Störungsmagnetflussvektor Bd, der aufgrund eines durch die Hauptschaltungsverdrahtung 501 fließenden Stromes erzeugt wird, erhalten wird. Wenn eine Rotorposition, die auf der Basis eines von dem magnetischen Sensor 302 ausgegebenen Wertes berechnet wird, mit θc bezeichnet wird, erhält die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 als Ergebnis Positionsinformationen basierend auf der Gleichung (3).
$θ c = T a n^{- 1} (\frac{B y_s + B y_d}{B x_s + B x_d})$
Hier ist eine Summe des Sensormagnet-Magnetflussvektors und des Störungsmagnetflussvektors durch Bc angegeben.
Wie oben erwähnt kann in der Motorantriebseinrichtung 10, in der die Hauptschaltungsverdrahtung 501 in der Nähe des magnetischen Sensors 302 angeordnet ist, der magnetische Sensor 302 aufgrund des Einflusses des Störungsmagnetflusses keine genauen Positionsinformation des Rotors 201 erhalten
Daher enthält der Controller 310 in dem vorliegenden Beispiel eine Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314, die den Störungsmagnetflussvektor Bd berechnet, der von der Hauptschaltungsverdrahtung 501 erzeugt wird, und eine Positionskorrektureinheit 316, die den Einfluss des Störungsmagnetflussvektors Bd auf der Basis der von dem magnetischen Sensor 302 ausgegebenen Positionsinformationen θc oder Bc korrigiert.
Der Betrag einer Stromstärke der Hauptschaltungsverdrahtung 501, der von der Stromstärkedetektionseinheit 311 erhalten wird, eine Richtung des Stroms, die von der PWM-Erzeugungseinheit 313 erhalten wird, und Positionsinformationen des Rotors 201, die von dem magnetischen Sensor 302 ausgegeben werden, werden an die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 geliefert. Die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 berechnet den Störungsmagnetflussvektor Bd, der von der Hauptschaltungsverdrahtung 501 erzeugt wird, oder einen Positionsfehler θd auf der Basis des Betrags der Stromstärke, der Richtung des Stroms und/oder der Informationen bezüglich einer Sensormagnetposition. Die Positionskorrektureinheit 316 gibt durch Entfernen des Einflusses des Störungsmagnetflusses aus einer Ausgabe aus dem magnetischen Sensor 302 genaue Positionsinformationen des Rotors 201 an die Stromstärkesteuereinheit 312 aus.
Mit dieser Konfiguration können die folgenden Effekte erzielt werden.

(1) Da der Controller den Einfluss korrigiert, den ein von der Hauptschaltungsverdrahtung erzeugter Störungsmagnetfeldvektor auf den magnetischen Sensor ausübt, kann die Leistungsumsetzungsvorrichtung Positionsinformationen ohne irgendeinen Fehler erhalten und infolgedessen ist es möglich, die Motorantriebseinrichtung zu implementieren, die eine stabile Motorsteuerung mit hohem Leistungsvermögen durchführt.
(2) Es ist nicht notwendig, eine zusätzliche Komponente wie beispielsweise eine Abschirmplatte, die beispielsweise aus einem magnetischen Körper gebildet ist, bereitzustellen, um zu verhindern, dass ein von der Hauptschaltungsverdrahtung erzeugter Störungsmagnetfluss durch den magnetischen Sensor dringt.
(3) Die Hauptschaltungsverdrahtung kann nahe dem magnetischen Sensor angebracht sein und somit ist es möglich, eine dicht gepackte Montage der Motorantriebseinrichtung und eine weitere Miniaturisierung zu verwirklichen.

In dem vorliegenden Beispiel ist der magnetische Sensor an der Position vorgesehen, die dem Sensormagneten zugewandt ist, kann jedoch mit einem vorbestimmten Abstand beispielsweise in einer Seitenflächenrichtung des Sensormagneten angeordnet sein, solange eine Position des Rotors mit dem Sensormagneten und dem magnetischen Sensor detektiert werden kann.
In dem vorliegenden Beispiel wird der Einfluss eines Störungsmagnetflussvektors, der von der Hauptschaltungsverdrahtung erzeugt wird, unter Verwendung der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit und der Positionskorrektureinheit, die in der Leistungsumsetzungsvorrichtung bereitgestellt sind, im Voraus korrigiert . Wenn beispielsweise ein Fremdkörper wie etwa ein magnetischer Körper zwischen der Hauptschaltungsverdrahtung und dem magnetischen Sensor angeordnet ist, führt die Leistungsumsetzungsvorrichtung eine unnötige Positionskorrektur durch, und daher gibt es Bedenken, dass sich ein PWM-Befehlswert ändern kann oder eine instabiler Motorsteuerung durchgeführt wird. Deshalb ist es notwendig, auf das Eindringen eines Fremdkörpers zu achten.
Beispiel 2
In dem folgenden Beispiel wird eine Beschreibung insbesondere eines Betriebs einer Magnetflussfehler-Berechnungseinheit in einem Fall gegeben, in dem ein magnetischer Sensor einen Wert ausgibt, der proportional zu einem Magnetflussvektor in Bezug auf Beispiel 1 ist.
5 veranschaulicht einen Ablauf eines Korrekturverfahrens in dem vorliegenden Beispiel. Während der Entwicklung der Motorantriebseinrichtung 10 wird die Gestaltung der Hauptschaltungsverdrahtung 501 und anderer Komponenten der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 bestimmt. Wenn die Gestaltung der Motorantriebseinrichtung 10 bestimmt wird, werden Positionsbeziehungen zwischen allen Hauptschaltungsverdrahtungen und magnetischen Sensoren eindeutig bestimmt. Somit kann ein Störungsmagnetflussvektor, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, unter Verwendung der Gleichung (2) oder eines Magnetfeldanalysewerkzeugs, das auf dem Markt verfügbar ist, berechnet werden. Das Magnetfeldanalysewerkzeug kann zum Beispiel JMAG sein, das von JSOL Corporation hergestellt wird.
Die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 liefert Informationen bezüglich des Störungsmagnetflussvektors Bd, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch jede Hauptschaltungsverdrahtung 501 fließt, indem eine Beziehung zwischen einer Stromstärke und einem magnetischen Fluss darin als Störungsmagnetfluss der Hauptschaltungsverdrahtung berechnet wird. Als Ergebnis kann die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 in einem Fall, in dem die Motorantriebseinrichtung 10 betrieben wird, einen Störungsmagnetflussvektor Bd_i, der von jeder Hauptschaltungsverdrahtung 501 erzeugt wird, auf der Basis einer Richtung und des Betrags eines Stroms, die von der Stromstärkedetektionseinheit 311 und der PWM-Erzeugungseinheit 313 geliefert werden, schätzen. Hier bezeichnet i eine Zahl der Hauptschaltungsverdrahtung. Die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 addiert alle Störungsmagnetflussvektoren Bd_i zusammen und gibt die Störungsmagnetflussvektoren Bx_d und By_d an die Positionskorrektureinheit 316 aus. Die Positionskorrektureinheit 316 kann eine Position des Rotors 201 durch Entfernen des Einflusses der Störungsmagnetflüsse Bx_d und By_d aus den Positionsinformationen Bx_c und By_c, die von dem magnetischen Sensor 302 ausgegeben werden, berechnen, d. h. Bx_s und By_s berechnen.
Da der Störungsmagnetflussvektor Bd in Bezug auf den Betrag eines fließenden Stroms linear ist, können die Störungsmagnetflussvektoren Bd für alle Stromstärkewerte durch Interpolation oder Extrapolation geschätzt werden, wenn die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 einen Wert eines Störungsmagnetflussvektors für irgendeinen Stromstärkewert speichert.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann die Leistungsumsetzungsvorrichtung den Einfluss eines Störungsmagnetflussvektors, der von der Hauptschaltungsverdrahtung erzeugt wird, auf der Basis der Ausgabe aus dem magnetischen Sensor korrigieren und somit eine stabile Motorsteuerung mit hoher Genauigkeit verwirklichen. In dem vorliegenden Beispiel wurde zum besseren Verständnis die Beschreibung unter Verwendung eines Magnetflussvektors gegeben, aber ein tatsächlicher magnetischer Sensor setzt einen Magnetflussvektor in den meisten Fällen in einen Spannungswert um, der dann ausgegeben wird, und somit kann die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 einen Spannungswert speichern, der dem Störungsmagnetfluss der Hauptschaltungsverdrahtung entspricht.
Bei dem in dem vorliegenden Beispiel beschriebenen Korrekturverfahren kann beispielsweise ein Abstand r zwischen der Hauptschaltungsverdrahtung und dem magnetischen Sensor, der auf der Basis von Formdaten erhalten wird, in der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit gespeichert sein, so dass die Gleichung (2) direkt gelöst werden kann, indem auch Informationen bezüglich eines während eines Betriebs der Motorantriebseinrichtung erhaltenen Stromstärkewerts verwendet werden. In diesem Fall speichert die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 wie in 5 dargestellt Hauptleitungsverdrahtungs-Positionsinformationen. Infolgedessen ist es möglich, einen Störungsmagnetflussvektor in Echtzeit zu korrigieren.
In einem Fall, in dem ein Strom, der durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, ein Hochfrequenzstrom ist und ein Leiter nahe der Hauptschaltungsverdrahtung 501 angeordnet ist, wird der Einfluss eines in dem Leiter erzeugten Wirbelstroms ebenfalls vorhergesagt. In diesem Fall kann wie in Gleichung (4) gezeigt der Störungsmagnetfluss dann, wenn ein Gleichstrom fließt, korrigiert werden, so dass er proportional zu 1/f ist.
$\nabla \times J = - j ω σ B$
Als Stromstärkewert, der in die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit eingegeben wird, kann nicht nur ein Wert verwendet werden, der von der Stromstärkedetektionseinheit geliefert wird, sondern auch ein Stromstärkebefehlswert, der durch die Stromstärkebefehlseinheit berechnet wird.
Beispiel 3
In dem folgenden Beispiel wird eine Beschreibung eines Betriebs in einem Fall in Bezug auf Beispiel 2 gegeben, in dem ein Schwellenwert in dem Betrag eines Störungsmagnetflussvektors vorgesehen ist.
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 definiert einen minimalen Magnetflussvektor Bm als Schwellenwert in dem Störungsmagnetflussvektor Bd. Der minimale Magnetflussvektor Bm wird auf der Basis eines zulässigen Detektionsfehlers für den Sensormagnet-Magnetflussvektor Bs bestimmt. Somit wird der minimale Magnetflussvektor Bm in einem beliebigen Verfahren in jedem System auf der Basis eines zulässigen Werts eines elektrischen Winkelfehlers des Rotors 201, der von der Motorantriebseinrichtung 10 benötigt wird, einer Detektionsgenauigkeit des magnetischen Sensors und einer Genauigkeit der Position während der Montage und dergleichen bestimmt.
Als Nächstes wird der Störungsmagnetflussvektor Bd_i, der erzeugt wird, wenn die maximale Stromstärke durch jede Hauptschaltungsverdrahtung 501 fließt, beispielsweise gemäß dem Verfahren berechnet, das in Beispiel 2 angegeben ist. Somit kann der maximale Störungsmagnetflussvektor Bd_i mit dem minimalen Magnetflussvektor Bm verglichen werden und in einem Fall, in dem der maximale Störungsmagnetflussvektor einen ausreichend ignorierbaren Betrag für den minimalen Magnetflussvektor aufweist, kann die Hauptschaltungsverdrahtung 501 aus Zielen der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 entfernt werden.
Wenn der minimale Magnetflussvektor Bm definiert ist, kann die Ausgabe aus dem magnetischen Sensor 302 unter Verwendung der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 nur in einem Fall korrigiert werden, in dem eine durch die Hauptschaltungsverdrahtung 501 fließende Stromstärke größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, und somit eine stabile Motorsteuerung verwirklicht werden.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann die Leistungsumsetzungsvorrichtung unnötige Störungsmagnetflussinformationen der Hauptschaltungsverdrahtung entfernen und kann zudem einen Betriebsbereich einschränken, in dem eine Positionskorrektur durchgeführt wird. Dadurch ist es möglich, eine Rechenlast auf dem Controller zu reduzieren.
Beispiel 4
Das vorliegende Beispiel bezieht sich auf einen Betrieb der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit und ein Verfahren, das sich von dem Verfahren in Beispiel 2 unterscheidet, wird beschrieben. Insbesondere bezieht sich Beispiel 2 auf das Verfahren, das auf gespeicherten internen Strukturinformationen der Leistungsumsetzungsvorrichtung bezieht, während sich das vorliegende Beispiel auf einen Fall bezieht, in dem die internen Strukturinformationen der Leistungsumsetzungsvorrichtung nicht gespeichert werden.
6 stellt allgemeine Spannungsvektoren in einem Dreiphasen-Wechselrichter dar. Die Spannungsvektoren geben EIN- und AUS-Zustände eines MOSFET an und es gibt insgesamt acht Spannungsvektoren. Die Richtungen der Ströme, die in den jeweiligen Spannungsvektoren berücksichtigt werden, ergeben maximal sechs Fälle, da die Stromsumme der Dreiphasenleitungen des Motors null beträgt. Mit anderen Worten kann die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit selbst dann, wenn es keine internen Strukturinformationen der Leistungsumsetzungsvorrichtung gibt, den Einfluss eines Störungsmagnetflussvektors der Hauptschaltungsverdrahtung durch Betreiben der Leistungsumsetzungsvorrichtung mit einem beliebigen Spannungsvektor schätzen. Nachstehend werden spezifische Verfahren beschrieben.
<Fall 1: Fall, in dem der Störungsmagnetfluss der Dreiphasenleitungen einen Einfluss ausübt>
7 zeigt Stromwellenformen der Dreiphasenleitungen des Motors 200. In der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300, die eine PWM-Steuerung durchführt, wird dann, wenn die PWM-Erzeugungseinheit 313 einen bestimmten Spannungsbefehlswert ausgibt, ein Stromstärkewert an einem bestimmten Punkt auf einer Querachse in 7 ausgegeben. Ein Stromstärkewert auf einer Längsachse in 7 ist ein normierter Wert und eine Spitzenstromstärke hat einen beliebigen Betrag. In diesem Fall wird eine Differenz delta Bo_d der Magnetsensorausgabe, wenn ein Strom mit einer Magnetsensorausgabe fließt, bei einem Strom von 0 A durch Gleichung (5) ausgedrückt (wobei o u, v und w ist).
$\begin{array}{l} d e l t a Bu_d = I u (B x u_d 1, B y u_d 1) \\ d e l t a B v_d = I v (B x v_d 1, B y v_d 1) \\ d e l t a B w_d = I w (B x w_d 1, B y w_d 1) \end{array}$
Hier sind Bxo_d1 und Byo_d1 unbekannte Zahlen und geben die Größe des Störungsmagnetflusses pro Einheit der Stromstärke in jeder Hauptschaltungsverdrahtung an und die Anzahl von jedem davon ist drei in Bezug auf die X- und Y-Richtung. Somit wird wie in 8 dargestellt der Betrag einer Stromstärke in einem bestimmten Spannungsvektor unter mindestens drei Bedingungen so geändert, dass jede Ausgabe des magnetischen Sensors 202 erhalten wird und somit das in Gleichung (5) gezeigten Gleichungssystem gelöst werden kann. Selbst wenn eine interne Struktur nicht klar ist, kann als Ergebnis ein Störungsmagnetflussvektor geschätzt werden, der erzeugt wird, wenn Ströme durch die Dreiphasenleitungen des Motors 200 fließen.
Ein Verfahren zum Lösen des Gleichungssystems kann nicht nur ein Verfahren zum Ändern des Betrags einer Stromstärke in einem Zustand, in dem ein Spannungsvektor fix ist, verwenden, sondern auch beispielsweise ein Verfahren zum Ändern eines Spannungsvektors verwenden, solange jede Ausgabe des magnetischen Sensors 302 unter jeder Bedingung erhalten werden kann. In Bezug auf ein Verfahren zum Schätzen eines tatsächlichen Störungsmagnetflussvektors kann der Rotor 201 des Motors 200 extern zum Verriegeln gezwungen werden, der Motor 200 kann mit nur einem d-Achsen-Befehl in einem Zustand angetrieben werden, in dem ein q-Achsen-Befehl Null ist, und der Motor 200 kann sich in einem Drehzustand befinden.
<Fall 2: Fall, in dem der Störungsmagnetfluss des Gleichstrombusses ebenfalls einen Einfluss ausübt>
Da die Hauptschaltungsverdrahtung zwei Polaritäten wie etwa die positive Polarität und die negative Polarität aufweist, ist ein Störungsmagnetflussvektor, wenn ein Strom durch einen Gleichstrombus fließt, durch vier unbekannte Zahlen bestimmt. Ein Wert einer Stromstärke, die durch den Gleichstrombus fließt, ist gleich einem Wert, der durch Filtern eines Dreiphasenstroms des Motors 200, der durch einen Stromstärkedetektor detektiert wird, mit einer Zeitkonstante eines vorbestimmten Werts oder mehr erhalten wird, und ein Stromstärkewert des Gleichstrombusses kann unter Verwendung der vorher beschriebenen Stromstärkedetektionseinheit detektiert werden. Somit kann, da das gleiche Verfahren wie in Fall 1 verwendet werden kann, in einem Fall, in dem auch der Einfluss des Gleichstrombusses berücksichtigt wird, das Problem nacheinander durch Erhöhen des Betrags einer Stromstärke oder der Anzahl von Spannungsvektoren gelöst werden, soweit es in Bezug auf Fall 1 erforderlich ist.
<Fall 3: Fall, in dem der Störungsmagnetfluss des Schaltstroms ebenfalls einen Einfluss ausübt>
9 zeigt eine Dreiphasen-Brückenschaltung. Richtungen von Strömen, die durch MOSFETs und einen Verdrahtungsabschnitt, der die MOSFETs miteinander verbindet, fließen, werden auf der Basis eines Spannungsvektors und einer Richtung eines Motorstroms, der zuvor geflossen ist, bestimmt. Daher ist es in einem Fall, in dem der Einfluss eines Störungsmagnetflusses berücksichtigt werden muss, der durch die in 9 dargestellten Schaltströme erzeugt wird, erforderlich, Ausgaben des magnetischen Sensor 302 in mehr Spannungsvektoren zu erfassen als in Fall 2 und ein Gleichungssystem zu lösen, bei dem Gleichungen bezüglich der Schaltströme zu Fall 2 hinzugefügt sind. Ein Wert einer Stromstärke, die in einen Glättungskondensator fließt und aus diesem heraus fließt, ist gleich einem Wert, der durch Subtrahieren eines Stromstärkewerts des Gleichstrombusses von einem Motorstromstärkewert erhalten wird, und somit kann der Einfluss des Glättungskondensators berücksichtigt werden.
Ein Schaltstrom ist ein Hochfrequenzstrom und ein Leiter ist häufig in der Nähe eines Drahts angeordnet, durch den der Schaltstrom fließt, um eine niedrige Induktivität zu verwirklichen. Daher besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass ein Schaltstrom einen Störungsmagnetfluss verursachen kann und eine Korrektur kann in vielen Fällen mit den Fällen 1 und 2 durchgeführt werden.
Wie oben erwähnt speichert die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 Informationen bezüglich eines Störungsmagnetflusses, der in einem der Fälle 1 bis 3 erzeugt wird. Als Nächstes berechnet die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 den Einfluss eines Störungsmagnetflussvektors unter Verwendung von Informationen bezüglich des Betrags einer von der Stromstärkedetektionseinheit 311 erhaltenen Stromstärke und von Informationen bezüglich einer Richtung des Stroms, die von der PWM-Erzeugungseinheit 313 erhalten werden, und gibt ein Berechnungsergebnis aus. Die Positionskorrektureinheit 316 berechnet genaue Positionsinformationen des Rotors 201 auf der Basis der von dem magnetischen Sensor 302 ausgegebenen Magnetflussvektorinformationen und der von der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 ausgegebenen Störungsmagnetflussinformationen.
Als Ergebnis verwirklicht die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 eine stabile Motorsteuerung. Zudem kann in dem vorliegenden Beispiel wie in Beispiel 3 beschrieben in einem Fall, in dem der Betrag des Störungsmagnetflusses in einem Bereich liegt, in dem die Motorsteuerung nicht beeinflusst wird, der Betrag eines Spannungsvektors oder einer Stromstärke, die keine Korrektur erfordert, gespeichert werden.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, den Einfluss des Störungsmagnetflusses jeder Hauptschaltungsverdrahtung selbst in einer Situation zu entfernen, in der interne Informationen der Motorantriebseinrichtung nicht bekannt sind, und somit ist es möglich, eine stabile Motorsteuerung mit hohem Leistungsvermögen zu verwirklichen.
Beispiel 5
In den bisherigen Beispielen wurde eine Beschreibung eines Verfahrens zum Korrigieren einer Rotorposition in einer Situation gegeben, in der der magnetische Sensor und der Betrag des Störungsmagnetflusses in einer Richtung in der Oberfläche bekannt sind. In einem magnetischen Sensor, in den eine IC eingebaut ist, kann die IC eine Berechnung eines Magnetflussvektors jedoch so durchführen, dass nur die Positionsinformationen θ eines Sensormagneten ausgegeben werden. In diesem Fall ist es wie in den bisherigen Beispielen beschrieben schwierig, die Positionsinformation θ unter Verwendung von nur einem Störungsmagnetflussvektor zu korrigieren. Daher wird in dem vorliegenden Beispiel ein Betrieb der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit in einem Fall beschrieben, in dem eine Ausgabe aus dem magnetischen Sensor die Positionsinformationen θ sind.
10 stellt einen Fall dar, in dem ein Störungsmagnetflussvektor in der X-Richtung erzeugt wird, wenn ein Strom durch die Hauptschaltungsverdrahtung in einem Zustand, in dem ein Magnetflussvektor des Sensormagneten in der X-Richtung erzeugt wird, fließt, und 11 stellt einen Fall das, in dem ein Störungsmagnetflussvektor in der X-Richtung erzeugt wird, wenn ein Strom durch die Hauptschaltungsverdrahtung in einem Zustand, in dem ein Magnetflussvektor des Sensormagneten in der Y-Richtung erzeugt wird, fließt. In 10 werden der Sensormagnet-Magnetflussvektor und der Störungsmagnetflussvektor in der gleichen Richtung erzeugt und somit werden die von dem magnetischen Sensor ausgegebenen Positionsinformationen θ nicht durch den Störungsmagnetflussvektor beeinflusst. Andererseits unterscheiden sich in 11 die Richtung des Sensormagnet-Magnetflussvektors und des Störungsmagnetflussvektors um 90 Grad voneinander, und somit werden die von dem magnetischen Sensor ausgegebenen Positionsinformationen θ erheblich von dem Störungsmagnetflussvektor beeinflusst.
Wie oben erwähnt ändert sich bei dem magnetischen Sensor, der nur die Positionsinformationen θ ausgibt, der Einfluss des Störungsmagnetflussvektors in starker Abhängigkeit von einer Position des Sensormagneten. Wie in den bisherigen Beispielen ist es daher schwierig, die Positionsinformationen des Rotors nur auf der Basis von Informationen bezüglich einer Richtung und des Betrags eines Stroms, der durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, genau zu korrigieren.
Als Nächstes zeigt 12 ein Ergebnis, dass unter der Annahme, dass ein Störungsmagnetflussvektor in der X-Richtung konstant ist, ein echter Wert θs einer Rotorposition in einem Fall, in dem der Sensormagnet um 360 Grad gedreht wird, auf einer Querachse genommen wird, und eine Differenz zwischen den Magnetsensorausgaben θc und θs einschließlich des Einflusses des Störungsmagnetflussvektors, d. h. ein Positionsabweichungsbetrag θd, der durch den Störungsmagnetfluss verursacht wird, wird versuchsweise berechnet. Wie aus 12 deutlich wird, nimmt der Einfluss des Störungsmagnetflusses zu, wenn der Sensormagnet-Magnetflussvektor von der X-Achse entfernt wird, und der Einfluss θd des Störungsmagnetflussvektors erscheint im Wesentlichen als eine Sinuswelle. Hier weichen in einem Fall eines Zustands, in dem sich eine Richtung des Störungsmagnetflussvektors unterscheidet, eine Spitze einer Sinuswelle und eine Nulldurchgangsphase in Abhängigkeit von dem Störungsmagnetflussvektor voneinander ab.
<Fall 1: Fall, indem ein Störungsmagnetfluss von Dreiphasenleitungen des Motors Einfluss ausübt>
In einem Fall, in dem die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 eine Beziehung zwischen einer Magnetposition θs bei jeder Stromphase und den Einfluss θd eines Störungsmagnetflussvektors in 7 speichert, ist es möglich, den Einfluss des Störungsmagnetflussvektors auf der Basis von θd und Positionsinformationen θc, die von dem magnetischen Sensor ausgegeben werden, zu korrigieren. Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines Positionsinformations-Korrekturverfahrens.
Die Positionsinformationen θc, die von dem magnetischen Sensor 203 zu einem beliebigen Zeitpunkt ausgegeben werden, sind wie folgt.
$θ c = θ s + θ d$
Andererseits bestimmt die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 eine Phase eines Motorstroms auf der Basis eines Stromstärkedetektionswerts zu einem beliebigen Zeitpunkt und leitet Daten bezüglich der Magnetposition θs und des Einflusses θd des Störungsmagnetflusses, der in der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 gespeichert ist, ab. Da sich θd linear in Bezug auf den Betrag einer Spitzenstromstärke bei der gleichen Stromphase ändert, wird der Einfluss des Störungsmagnetflusses auf der Basis der Betrags einer Stromstärke der Hauptschaltungsverdrahtung linear korrigiert und der korrigierte Einfluss wird durch θd' angegeben.
Dann wird der Einfluss θd' des Störungsmagnetflusses auf eine Magnetposition θs', die durch die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 geschätzt wird, willkürlich bestimmt und θs', die eine in Gleichung (7) gezeigte Bedingung erfüllt, ist ein echter Wert des Sensormagneten.
$θ c - θ d'= θ s'$
Hier kann die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 Informationen bezüglich θd bei einem bestimmten Stromstärkewert speichern. Wie in 12 gezeigt ist es, da θd im Wesentlichen eine Sinuswelle ist, möglich, θs zu extrapolieren, wenn die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 einen Spitzenwert und Phaseninformationen von θd speichert. Als Ergebnis kann eine Informationsmenge von θd, die in der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 gespeichert wird, wesentlich reduziert werden.
Die Informationen bezüglich θs und θd, die in der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 gespeichert werden, können gemäß irgendeinem der in den bisherigen Beispielen beschriebenen Verfahren erhalten werden.
<Fall 2: Fall, in dem der magnetische Störungsfluss des Gleichstrombusses Einfluss ausübt>
Ein Strom des Gleichstrombusses hat eine einzelne Richtung und die Stromstärke auf der positiven Seite und die Stromstärke auf der negativen Seite stimmen überein. Somit ist eine Richtung eines Störungsmagnetflussvektors eindeutig bestimmt. Als Ergebnis kann die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 nur einen Positionsabweichungsbetrag θd" in Bezug auf die Sensormagnetposition θs speichern. Mit anderen Worten kann nur eines der Datenstücke bezüglich θs und θd" für den Gleichstrombus verwendet werden.
Die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 gibt sowohl die Positionsabweichung θd", die durch einen Motorstromstärkewert verursacht wird, als auch die Positionsabweichung θd", die durch den Gleichstrombus verursacht wird, unter Verwendung des Motorstromstärkewerts und eines Gleichstrombus-Stromstärkewerts, die von der Stromstärkedetektionseinheit geliefert werden, aus.
Wie oben erwähnt speichert die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 die Positionsinformationen basierend auf dem Störungsmagnetfluss, der jeweils In Fall 1 und 2 erzeugt wird. Als Nächstes berechnet die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 den Betrag der Positionsabweichung, die durch den Störungsmagnetfluss verursacht wird, relativ zu einer Sensormagnetposition unter Verwendung des Betrags einer Stromstärke, der von der Stromstärkedetektionseinheit 311 und 312 erhalten wird, einer Richtung des Stroms, die von der PWM-Erzeugungseinheit 313 erhalten wird, und gibt den Betrag der Positionsabweichung aus. Die Positionskorrektureinheit 316 berechnet genaue Positionsinformationen des Rotors 201 auf der Basis von Sensormagnetpositionsinformationen, die von dem magnetischen Sensor 302 ausgegeben werden, und Informationen bezüglich der Positionsabweichung, die durch den magnetischen Störungsfluss verursacht wird, relativ zu der Sensormagnetposition, die von der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 ausgegeben werden.
Als Ergebnis verwirklicht die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 eine stabile Motorsteuerung. In dem vorliegenden Beispiel kann wie in Beispiel 3 beschrieben in einem Fall, in dem der Betrag des Störungsmagnetflusses innerhalb eines Bereichs liegt, in dem die Motorsteuerung nicht beeinflusst wird, der Betrag eines Spannungsvektors oder einer Stromstärke, der keine Korrektur erfordert, gespeichert werden.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, den Einfluss eines Störungsmagnetflussvektors selbst in einem System zu entfernen, in dem der magnetische Sensor nur die Positionsinformationen θ ausgibt.
Beispiel 6
13 zeigt ein Schaltbild in Beispiel 6. In dem vorliegenden Beispiel wird ein System betrachtet, in dem ein oder mehrere Motoren mit zwei Leistungsumsetzungsvorrichtungen angetrieben werden. Das vorliegende System verwirklicht ein redundantes System und ist ein System, in dem selbst in einem Fall, in dem eine Dreiphasen-Brückenschaltung ausfällt, die andere Dreiphasen-Brückenschaltung fortlaufen betrieben wird und somit ein Motor fortlaufend angetrieben wird.
Der Motor 200 ist ein redundanter Motor, in dem zwei Dreiphasen-Spulen in einem einzelnen Metallgehäuse angeordnet sind, den Spulen ein Rotor gemeinsam ist und ein Sensormagnet an einem distalen Ende des Rotors angebracht ist. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 enthält eine Dreiphasen-Brückenschaltung 301, die mit einer Dreiphasen-Spule 201 des Motors 200 elektrisch verbunden ist, und eine Dreiphasen-Brückenschaltung 350, die mit einer Dreiphasen-Spule 202 elektrisch verbunden ist. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung enthält Stromstärkedetektionseinheiten 311 und 351, die Stromstärken der Dreiphasen-Brückenschaltung 301 bzw. der Dreiphasen-Brückenschaltung 350 detektieren. Die Leistungsumsetzungsvorrichtungenthält Stromstärkesteuereinheiten 312 und 352 und PWM-Erzeugungseinheiten 313 und 353 zum Ausgeben von Spannungsbefehlen an die Dreiphasen-Brückenschaltungen 301 und 350 und in diesem System kann eine,unabhängige Steuerung in Bezug auf einen von der Motorantriebseinrichtung 10 gelieferten Stromstärkebefehlswert durchgeführt werden. Auf der anderen Seite beträgt, da der Sensormagnet 202 gemeinsam verwendet wird, die jeweilige Anzahl des magnetischen Sensors 302, der Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314, der Anfangspositionskorrektureinheit 315 und der Positionskorrektureinheit 316, die in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 vorgesehen sind, eins. Zwei Gleichstromquellen 400 sind dargestellt, aber es können zwei Gleichstromquellen getrennt bereitgestellt sein und eine einzelne Gleichstromquelle kann gemeinsam verwendet werden.
Die Dreiphasen-Brückenschaltungen 301 und 350 und der Controller 310, der die Dreiphasen-Brückenschaltungen steuert, sind in einem einzelnen gemeinsamen Gehäuse montiert, um eine dicht gepackte Montage zu verwirklichen. Somit werden Störungsmagnetflussvektoren BC aus Hauptschaltungsverdrahtungen der Dreiphasen-Brückenschaltungen 301 und 350 erzeugt und die Störungsmagnetflussvektoren beeinflussen den magnetischen Sensor 302, wie dies bisher beschrieben wurde.
Daher extrahiert die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit 314 einen Korrekturbetrag eines Störungsmagnetflussvektors, der in den Beispielen bisher beschrieben wurde, auf der Basis des Betrags und einer Richtung eines Stroms jeder Dreiphasen-Brückenschaltung und gibt den Korrekturbetrag an die Positionskorrektureinheit 316 aus. Als Ergebnis kann die Positionskorrektureinheit 316 den Einfluss des Störungsmagnetflusses aus einer Ausgabe aus dem magnetischen Sensor 302 entfernen und somit verwirklicht die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 eine stabile Motorsteuerung. Durch Anwenden des Verfahrens gemäß dem vorliegenden Beispiel korrigiert die Magnetflussfehler-Berechnungseinheit selbst in einem Fall, in dem ein System ausfällt, den Einfluss des Störungsmagnetflusses nur auf der Basis des anderen Stromstärkedetektionswerts und somit ist es möglich, einen stabilen Motorantrieb fortlaufend zu verwirklichen.
Beispiel 7
14 zeigt Beispiel 7. Beispiel 7 ist ein Beispiel, in dem die vorliegende Erfindung auf eine elektrische Servolenkungsvorrichtung angewendet wird. Wie in 14 dargestellt erzeugt die Motorantriebseinrichtung 10 ein Drehmoment über ein Zahnrad 4, das an einer Drehwelle eines Lenkrads 1 eines Fahrzeugs angebracht ist, um so das Lenkrad 1 beim Lenken zu unterstützen. Hier wird die bisher beschriebene Steuertechnik auf die Antriebseinrichtung angewendet.
Wie oben erwähnt enthält die elektrische Servolenkungsvorrichtung eine miniaturisierte Leistungsumsetzungsvorrichtung und kann somit auf ein Fahrzeug mit wenig Montageplatz angewendet werden, so dass verschiedene Arten von Fahrzeugen entwickelt werden können. In den oben beschriebenen Beispielen wurde die Beschreibung in Bezug auf den Dreiphasenmotor und die Dreiphasen-Brückenschaltung gegeben, aber der gleiche Effekt kann in jeder Form erzielt werden, solange eine Leistungsumsetzungsvorrichtung eine Stromstärke oder eine Spannung durch Detektieren einer Position eines Rotors steuert, wie beispielsweise bei einer Kombination mit einem Gleichstrommotor oder einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, die Wechselspannung in Gleichspannung umsetzt.
Bezugszeichenliste
10: MOTORANTRIEBSEINRICHTUNG, 200: MOTOR, 201: ROTOR, 202: SENSORMAGNET, 210: MAGNETFLUSS AUS SENSORMAGNET, 300: LEISTUNGSUMSETZUNGSVORRICHTUNG, 301: DREIPHASEN-BRÜCKENSCHALTUNG, 302: MAGNETISCHER SENSOR, 303: CONTROLLER, 311 UND 351: STROMSTÄRKEDETEKTIONSEINHEIT, 312 UND 352: STROMSTÄRKESTEUEREINHEIT, 313 UND 353: PWM-ERZEUGUNGSEINHEIT, 314: MAGNETFLUSSFEHLER-BERECHNUNGSEINHEIT, 315: ANFANGSPOSITIONSKORREKTUREINHEIT, 316: POSITIONSKORREKTUREINHEIT, 400: GLEICHSTROMLEISTUNGSQUELLE, 501: HAUPTSCHALTUNGSVERDRAHTUNG, 510: MAGNETFLUSS AUS DER HAUPTSCHALTUNGSVERDRAHTUNG
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2013011538 A [0007]
JP 2012039737 A [0007]

Claims

Motorantriebseinrichtung zum Steuern des Betriebs einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, die eine Stromstärke an einen Motor ausgibt, auf der Basis eines Solldrehmomentbefehlswerts, wobei die Einrichtung umfasst: eine Hauptschaltungsverdrahtung, die mit einem Schaltelement, das die Leistungsumsetzungsvorrichtung bildet, elektrisch verbunden ist und durch die ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom an dieses übertragen wird; einen magnetischen Sensor, der eine Magnetflussänderung eines an einem Rotor des Motors angebrachten Sensormagneten detektiert; und einen Controller, der einen Stromstärkebefehlswert, der von der Leistungsumsetzungsvorrichtung an den Motor ausgegeben wird, auf der Basis von Positionsinformationen des Rotors, die durch den magnetischen Sensor detektiert werden, berechnet, wobei der Controller eine Magnetflussfehlerkorrektureinheit enthält, die eine Magnetflusskomponente, die durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, detektiert oder berechnet.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Magnetflussfehlerkorrektureinheit eine Magnetflusskomponente, die durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, auf der Basis des Betrags und einer Richtung des Stroms, der durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, berechnet.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Magnetflussfehlerkorrektureinheit Positionsinformationen der Hauptschaltungsverdrahtung und des magnetischen Sensors in sich speichert und eine Magnetflusskomponente, die durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, auf der Basis des Betrags und einer Richtung des Stroms, der durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, und der Positionsinformationen berechnet.
Motorantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der magnetische Sensor den Betrag eines Magnetflussvektors, der von dem Sensormagneten geliefert wird, in einer Richtung in einer Oberfläche ausgibt.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der magnetische Sensor Winkelinformationen für einen Magnetflussvektor, der von dem Sensormagneten geliefert wird, ausgibt und wobei die Magnetflussfehlerkorrektureinheit eine Magnetflusskomponente, die durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, auf der Basis des Betrags und einer Richtung des Stroms, der durch die Hauptschaltungsverdrahtung fließt, und der Winkelinformationen des magnetischen Sensors berechnet.
Motorantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Controller einen Detektionswert in dem magnetischen Sensor auf der Basis eines Detektionswerts oder eines Berechnungswerts in der Magnetflussfehlerkorrektureinheit korrigiert.
Motorantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Korrektur eines Detektionswerts in dem magnetischen Sensor in einem Fall durchgeführt wird, in dem ein Stromstärkewert des Motors größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
Motorantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Korrektur eines Detektionswerts in dem magnetischen Sensor nur in einem Fall durchgeführt wird, in dem ein Spannungsvektorbefehlswert der Leistungsumsetzungsvorrichtung eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
Motorantriebseinrichtung, die einen Betrieb einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, die einen Strom an einen Wechselstrommotor ausgibt, auf der Basis eines Solldrehmomentbefehlswerts steuert, wobei die Leistungsumsetzungsvorrichtung zwei oder mehr Dreiphasen-Brückenschaltungen enthält und die Einrichtung umfasst: eine Hauptschaltungsverdrahtung, die mit einem Schaltelement elektrisch verbunden ist, das jeweils die Dreiphasenbrückenschaltungen bildet, und durch die ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom an dieses übertragen wird; einen magnetischen Sensor, der eine Magnetflussänderung eines an einem Rotor des Wechselstrommotors angebrachten Sensormagneten detektiert; und einen Controller, der einen Stromstärkebefehlswert, der von der Leistungsumsetzungsvorrichtung an den Motor ausgegeben wird, auf der Basis von Positionsinformationen des Rotors, die durch den magnetischen Sensor detektiert werden, berechnet, wobei der Controller eine Magnetflussfehlerkorrektureinheit enthält, die Magnetflusskomponenten separat berechnet oder detektiert, die durch einen Strom, der durch eine Hauptverdrahtung fließt, die mit einer der Dreiphasen-Brückenschaltungen verbunden ist, und durch einen Strom, der durch eine Hauptverdrahtung fließt, die mit der anderen Dreiphasen-Brückenschaltung verbunden ist, erzeugt werden.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 9, wobei die Motorantriebseinrichtung ein beliebiges der Merkmale nach den Ansprüchen 3 bis 8 in einem Fall, in dem beide der Dreiphasenbrückenschaltungen betrieben werden oder nur eine der Dreiphasenbrückenschaltung betrieben wird, aufweist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung, die die Leistungsumsetzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.