DE112017003161B4

DE112017003161B4 - Stromrichtervorrichtung und Logikschaltung

Info

Publication number: DE112017003161B4
Application number: DE112017003161.3T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Ohdaira; Koji Uchimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2037-03-10
Also published as: DE112017003161T5; CN109643959A; JPWO2018163383A1; WO2018163383A1; US20190252970A1; JP6370513B1; CN109643959B

Abstract

Stromrichtervorrichtung, die aufweist:eine Stromrichterschaltung (3) mit mehreren Schaltelementen (9) zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom und zum Zuführen des sich daraus ergebenden Stroms zu einer Last (4),eine Steuerschaltung (110) zum Erzeugen von Steuersignalen (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) und zum Ausgeben der Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) an die Schaltelemente (9), wobei jedes der Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) ein zugehöriges der mehreren Schaltelemente (9) steuert,eine Gleichstrommessschaltung (106) zum Erfassen eines Gleichstroms, der in die Stromrichterschaltung (3) hinein und aus dieser heraus fließt, und gekennzeichnet ist durcheine Anomalieerfassungseinheit (108), die von der Steuerschaltung (110) getrennt ausgebildet und mittels einer von einem Mikrocomputer verschiedenen Logikschaltung aufgebaut ist, wobeidie Logikschaltung ein von der Gleichstrommessschaltung (106) erlangtes Erfassungsergebnis (121) und alle Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) der Steuerschaltung (110) empfängt und eine Anomalie an einem der Schaltelemente (9) oder eine Unterbrechung von einer der Stromleitungen, die die Stromrichterschaltung (3) mit der Last (4) verbinden, auf Basis der empfangenen Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) und des empfangenen Erfassungsergebnisses (121) erfasst.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromrichtervorrichtung mit einer Funktion zum Erfassen einer Stromleitungsunterbrechung.
Hintergrund
Patentdokument 1 offenbart eine Technik zum Erfassen einer Unterbrechung einer Stromleitung, bei der eine Lastabtrennung oder eine Anomalie an einem Schaltelement einer Stromrichterschaltung anhand eines Gleichstromwerts bestimmt wird, der von einer auf einer Gleichspannungsseite einer Stromrichterschaltung angeordneten Strommesseinheit während eines Zeitraums erfasst wird, bei dem ein Maximalspannungsphasenstrom oder ein Minimalspannungsphasenstrom fließt. Patentdokument 2 offenbart eine andere Technik, bei der eine Unterbrechung anhand des Absolutwerts eines Phasenstroms bestimmt wird, der mit Hilfe eines außerhalb einer Stromrichterschaltung angeordneten Stromsensors, einer Drehmomentvorgabe und des Absolutwerts einer sich ändernden Phasenstromdrehzahl erfasst wird.
Liste der Zitate
Patentliteratur

Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. JP 2010- 11 636 A
Patentdokument 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. JP 2014- 85 286 A

Kurzbeschreibung
Technische Problemstellung
Die in dem Patentdokument 1 beschriebene Erfindung erfordert eine Erfassung eines Stromwerts während eines Zeitraums, in dem ein Maximalspannungsphasenstrom oder ein Minimalspannungsphasenstrom fließt, und erfordert eine hochentwickelte arithmetische Verarbeitungseinheit, die eine Spannungsanweisung erzeugen kann, beispielsweise einen Mikrocomputer (im Folgenden als Mikrocomputer bezeichnet), wie in 1 des Patentdokuments 1 dargestellt ist. Eine Schwierigkeit besteht bei dieser Technik darin, dass der Vorgang bei einem kurzen Schaltzyklus nicht rechtzeitig ausgeführt werden kann, d. h. es besteht das Problem, dass geeignete Trägerzyklen nur begrenzt vorhanden sind. Die Anordnung der arithmetischen Verarbeitungseinheit, beispielsweise eines Mikrocomputers, und der Schaltelemente innerhalb eines Gehäuses erfordert außerdem Wärme- und Entstörungsmaßnahmen, die zu einer Zunahme der Größe und einem Anstieg der Kosten des Gehäuses führen.
Die in dem Patentdokument 2 beschriebene Erfindung erfordert zur Bestimmung einer Unterbrechung die Anordnung des Stromsensors außerhalb der Stromrichterschaltung, wodurch die Größe der Schaltung und deren Kosten zunehmen. Auch diese Technik erfordert eine arithmetische Verarbeitungseinheit, beispielsweise einen Mikrocomputer, da ihre Funktion auf einer Drehmomentvorgabe basiert, sodass ähnliche Probleme wie bei der in dem Patentdokument 1 beschriebenen Erfindung auftreten.
Wie vorstehend erläutert erfordern die in den Patentdokumenten 1 und 2 beschriebenen Erfindungen zur Bestimmung einer Unterbrechung eine Analyse durch eine arithmetische Verarbeitungseinheit, wie beispielsweise einen Mikrocomputer, und einen Sensor außerhalb einer Stromrichterschaltung, wodurch die Größe des Gehäuses und dessen Kosten zunehmen. Außerdem sind geeignete Trägerfrequenzen nur begrenzt vorhanden.
In der US 2009 / 0 009 920 A1 wird eine Steuervorrichtung offenbart, die zum Erkennen eines Kurzschlusses in den Schaltelementen eines Inverters auf Basis eines Schaltmusters der Schaltelemente und eines Überstromerfassungssignals einer Überstromerfassungseinrichtung ausgebildet ist. Ein Kurzschluss wird angenommen, wenn bis auf ein Schaltelement alle Schaltelemente des Inverters ausgeschaltet sind und ein durch das nicht ausgeschaltete Schaltelement fließender Überstrom registriert wird.
In der US 2016 / 0 200 355 A1 wird eine Steuerung für einen Multiphasenmotor eines Lenkassistenten offenbart, die zum Erkennen einer Stromkreisunterbrechung und eines Kurzschlusses in einem der beiden den Motor ansteuernden Schaltungen ausgebildet ist. Ein Kurzschluss wird angenommen, wenn der bei einer der Motoransteuerungen erfasste Strom einen Grenzwert überschreitet, eine Stromkreisunterbrechung bei unterschiedlichen Strömen in den beiden Motoransteuerungen.
In der US 2015 / 0 070 027 A1 offenbart ein Verfahren zum Erkennen einer Unterbrechung ein einem Dreiphasen-Motorkabel, bei dem die Schaltelemente eines den Motor ansteuernden Inverters vorgegebenen Kriterien gemäß geschaltet und der sich daraus ergebende Strom erfasst wird. Wird bei einer Schaltstellung kein Stromfluss registriert, dann wird bei der zugehörigen Phase eine Unterbrechung angenommen.
Die vorliegende Erfindung entstand angesichts des oben Ausgeführten, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe einer Stromrichtervorrichtung besteht, mit der eine Verkleinerung der Vorrichtung und eine Verbesserung einer Unterbrechungserkennung erreicht werden.
Lösung der Problemstellung
Zur Lösung der oben angegebenen Probleme und zur Erfüllung der vorstehend beschriebenen Aufgabe weist eine Stromrichtervorrichtung die Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und eine Logikschaltung die Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruchs 12 auf. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Dabei weist eine Stromrichtervorrichtung eine Stromrichterschaltung, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und den sich daraus ergebenden Strom einer Last zuführt, eine Steuerschaltung, die mehrere Schaltelemente steuert, aus denen die Stromrichterschaltung aufgebaut ist, und eine Gleichstrommessschaltung auf, die einen Gleichstrom erfasst, der in die Stromrichterschaltung hinein und aus dieser heraus fließt. Die Stromrichtervorrichtung weist ferner eine von der Steuerschaltung getrennt ausgebildete mittels einer von einem Mikroprozessor verschiedenen Logikschaltung aufgebaute Anomalieerfassungseinheit auf, die eine Anomalie an einem der Schaltelemente oder eine Unterbrechung von einer der Stromleitungen, die die Stromrichterschaltung mit der Last verbinden, auf Basis von Steuersignalen, die von der Steuerschaltung an die Schaltelemente ausgegeben werden, und eines durch die Gleichstrommessschaltung erlangten Erfassungsergebnisses erfasst.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Wirkung einer Stromrichtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in der Möglichkeit zur Verkleinerung der Vorrichtung und zur Verbesserung einer Unterbrechungserkennung.
Figurenliste

1 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für einen Aufbau einer Stromrichtervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für einen Aufbau einer Spannungsanweisungserzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform.
3 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer Betriebsweise einer Gleichstrommessschaltung gemäß der ersten Ausführungsform.
4 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für einen Aufbau einer Unterbrechungserfassungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform.
5 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung von Beispielen für Spannungsanweisungswerte, ein Trägersignal und PWM-Signale zur Verwendung bei einer Steuerung einer Inverterschaltung einer Motoransteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
6 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung aller möglicher Schaltmuster, die beim Steuern des Inverters unter Verwendung der in 5 dargestellten PWM-Signale auftreten können.
7 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung weiterer Beispiele für die Spannungsanweisungswerte, das Trägersignal und die PWM-Signale zur Verwendung bei einer Steuerung der Inverterschaltung der Motoransteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
8 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels für den Aufbau der Unterbrechungserfassungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform.
9 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für einen Aufbau einer Stromrichtervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
10 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Korrespondenzbeziehung zwischen Fehlerorten und Schaltmustern der Stromrichtervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
11 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für ein Anomalieort-Identifizierungssignal, das von einer Anomaliemeldeeinheit der Stromrichtervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ausgegeben wird.
12 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für einen Aufbau einer Stromrichtervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
13 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines ersten Beispiels für ein Anomalieerfassungsverfahren, das von einer Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit der Stromrichtervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird.
14 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines zweiten Beispiels für ein Anomalieerfassungsverfahren, das von der Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit der Stromrichtervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird.
15 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für einen Aufbau einer Stromrichtervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Beispiele für Ausführungsformen einer Stromrichtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich anhand der Figuren beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform
1 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für einen Aufbau einer Stromrichtervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 1 dargestellten Fallbeispiel ist die Stromrichtervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Motoransteuerungsvorrichtung 111, wobei die Motoransteuerungsvorrichtung 111 mit einem eine Last darstellenden Motor 4 verbunden ist.
Wie in 1 dargestellt, weist die Motoransteuerungsvorrichtung 111 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Inverterschaltung 3, die eine Stromrichterschaltung mit einer Vielzahl von Schaltelementen 9 ist, einen Strommesswiderstand 5, der mit einer N-Seite der Inverterschaltung 3 verbunden ist, eine Spannungsanweisungserzeugungseinheit 1, eine PWM-Impulserzeugungseinheit 13 und eine Gleichstrommessschaltung 106 auf. Die Motoransteuerungsvorrichtung 111 umfasst auch Strommesswiderstände 105, die jeweils mit einer entsprechenden der Stromleitungen 127 von U-Phase, V-Phase und W-Phase verbunden sind, eine Motorstrommessschaltung 107, eine Motorstrommesseinheit 118, eine Unterbrechungserfassungseinheit 108, eine Anomaliemeldeeinheit 119, eine Alarmabwicklungseinheit 120 und eine Ansteuerschaltung 2. Beispiele für ein Schaltelement 9 umfassen einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT). In 1 ist das U-Phasenschaltelement an der P-Seite, d. h. am oberen Zweig, mit „U+“ und das U-Phasenschaltelement an der N-Seite, d. h. am unteren Zweig, mit „U-“ bezeichnet. Die Schaltelemente der V-Phase und W-Phase sind ferner ähnlich bezeichnet.
Die Motorstrommesseinheit 118, die Spannungsanweisungserzeugungseinheit 1, die PWM-Impulserzeugungseinheit 13 und die Alarmabwicklungseinheit 120 können unter Einsatz eines integrierten Halbleiterschaltkreises in einem einzigen Steuerschaltkreis 110 wie beispielsweise einem Mikrocomputer oder einem digitalen Signalprozessor (DSP) untergebracht sein. Die Strommesswiderstände 105 können mit den Stromleitungen 127 von beliebigen zwei der drei Phasen (U-Phase und V-Phase, U-Phase und W-Phase, oder V-Phase und W-Phase) verbunden sein. Die Gleichstrommessschaltung 106, die Unterbrechungserfassungseinheit 108, die Anomaliemeldeeinheit 119 und die Ansteuerschaltung 2 können als Multifunktionsansteuerungsschaltung 113 in einem Gehäuse aufgenommen sein. Die Inverterschaltung 3, die die Schaltelemente 9, den mit der N-Seite der Inverterschaltung 3 verbundenen Strommesswiderstand 5, die Gleichstrommessschaltung 106, die Unterbrechungserfassungseinheit 108, die Anomaliemeldeeinheit 119 und die Ansteuerschaltung 2 umfasst, kann als intelligentes Stromversorgungsmodul (Intelligent Power Module, IPM) 112 in einem Gehäuse aufgenommen sein.
Die Spannungsanweisungserzeugungseinheit 1 erzeugt für drei Phasen Spannungsanweisungswerte 24 auf Basis der von der Motorstrommesseinheit 118 erfassten Motorstrommesswerte 25 sowie einer Motorkonstante. Bei dem Motor 4 handelt es sich zum Beispiel um einen Permanentmagnetmotor, der einen mit einem Permanentmagneten aufgebauten Rotor und mehrere Wicklungen aufweist, die zur Ausbildung eines Wechselfeldes um den Rotor herum angeordnet sind. Ein Permanentmagnetmotor kann angesteuert werden, indem eine Spannungsanweisung unter Einsatz einer auf einem allgemein bekannten dq-Koordinatensystem basierenden Stromsteuerung erzeugt und der Permanentmagnetmotor der Spannungsanweisung entsprechend angesteuert wird. In diesem Fall weist die Spannungsanweisungserzeugungseinheit 1 beispielsweise wie aus 2 ersichtlich einen drei-auf-zwei-Phasenwandler 501, eine Stromsteuerung 502, eine Entkopplungssteuerung 503 und einen zwei-auf-drei-Phasenwandler 504 auf. Im drei-auf-zwei-Phasenwandler 501 wird die dq-Transformation anhand eines elektrischen Winkels θe durchgeführt, um eine Koordinatentransformation von den sich auf den Dreiphasenwechselstromachsen befindenden Motorstrommesswerten (Iu, Iv, Iw) 25 in Ströme (Id, Iq) zu erreichen, die sich auf einer d-Achse bzw. einer q-Achse befinden. Die Stromsteuerung 502 wandelt einen durch Subtraktion des Stromwerts Id von einem Stromanweisungswert Id* für die d-Achse erhaltenen Wert (Id*-Id) und einen durch Subtraktion des Stromwerts Iq von einem Stromanweisungswert Iq* für die q-Achse erhalten Wert (Iq*-Iq) in Spannungswerte um und gibt die Ergebnisse aus. Die Entkopplungssteuerung 503 erzeugt auf Basis des Stromwerts Id der d-Achse, des Stromwerts Iq der q-Achse und einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit ωe jeweils eine Spannung für die d-Achse und die q-Achse, um drehzahlbedingte elektromotorische Kräfte aufzuheben, die sich zwischen der d-Achse und der q-Achse gegenseitig stören. Ein Zusammenaddieren des von der Stromsteuerung 502 ausgegebenen q-Achsen-Spannungswerts und des von der Entkopplungssteuerung 503 ausgegebenen q-Achsen-Spannungswerts ergibt einen q-Achsen-Spannungsanweisungswert Vq*; ein Subtrahieren des von der Entkopplungssteuerung 503 ausgegebenen d-Achsen-Spannungswerts von dem von der Stromsteuerung 502 ausgegebenen d-Achsen-Spannungswert ergibt einen d-Achsen-Spannungsanweisungswert Vd*. Der zwei-auf-drei-Phasenwandler 504 vollzieht eine Koordinatentransformation von den dq-Achsen zu den Dreiphasenwechselstromachsen unter Verwendung des elektrischen Winkels θe, um die dq-Achsen-Spannungsanweisungswerte (Vq*, Vd*) in Dreiphasenwechselstromachsen-Spannungsanweisungswerte (Vu*, Vv* und Vw*) 24 zu konvertieren. Die d-Achse ist hierbei als die Position eines Rotormagneten in der magnetischen Flussrichtung definiert und die q-Achse als eine Position, die bei einem Fortschreiten des elektrischen Winkels in Rotationsrichtung um 90 Grad erhalten wird.
Ein mit einem am Rotor befestigten Positionssensor wie beispielsweise einem Drehgeber erfasster Wert kann als elektrischer Winkel θe zur Verwendung bei der durch den drei-auf-zwei-Phasenwandler 501 und den zwei-auf-drei-Phasenwandler 504 vorgenommenen Verarbeitung eingesetzt werden; alternativ kann ein Wert verwendet werden, der durch Schätzen einer Rotorposition aus Informationen wie einem Spannungsanweisungswert oder einem Strommesswert erhalten wird. Die von der Entkopplungssteuerung 503 verwendete elektrische Winkelgeschwindigkeit ωe kann mit Hilfe eines Vorgangs erhalten werden, bei dem der elektrische Winkel θe verwendet wird.
Wie aus 1 ferner ersichtlich vergleicht die PWM-Impulserzeugungseinheit 13 die Spannungsanweisungswerte 24 für die drei Phasen mit einem Dreiecksignal, bei dem es sich um ein Pulsweitenmodulations- (PWM)-Trägersignal handelt, und erzeugt PWM-Signale 20 (Up, Un, Vp, Vn, Wp und Wn) zum Steuern der Schaltelemente 9. Up ist hierbei ein Steuersignal zum Steuern des U-Phasen-Schaltelements 9 an der P-Seite; Un ein Steuersignal zum Steuern des U-Phasen-Schaltelements 9 an der N-Seite. Vp ist ein Steuersignal zum Steuern des V-Phasen-Schaltelements 9 an der P-Seite; Vn ist ein Steuersignal zum Steuern des V-Phasen-Schaltelements 9 an der N-Seite. Wp ist ein Steuersignal zum Steuern des W-Phasen-Schaltelements 9 an der P-Seite; Wn ist ein Steuersignal zum Steuern des W-Phasen-Schaltelements 9 an der N-Seite.
Die Ansteuerschaltung 2 erzeugt auf Basis der PWM-Signale 20 Ansteuersignale zur Ansteuerung der Schaltelemente 9. Die Inverterschaltung 3 wird von einer Gleichspannungsquelle 11 mit einer Gleichspannung versorgt, wobei die Inverterschaltung 3 die Schaltelemente 9 in Einklang mit den von der Ansteuerschaltung 2 eingegebenen Ansteuersignalen so ein- und ausschaltet, dass eine Dreiphasenwechselspannung erzeugt wird, die an den Motor 4 angelegt wird.
Die Motorstrommessschaltung 107 ist eine Schaltung, um einen Strom an jedem der Strommesswiderstände 105 aus einem analogen Wert der daran abfallenden Spannung genau zu erfassen, wobei der jeweilige Strommesswiderstand 105 in einer entsprechenden der Stromleitungen 127 der U-, V- und W-Phase angeordnet ist, die die Inverterschaltung 3 mit dem Motor 4 verbinden. Die Motorstrommessschaltung 107 nimmt zum Beispiel an dem analogen Wert der an dem jeweiligen Strommesswiderstand 105 abfallenden Spannung eine Σ-Δ-Umwandlung vor, wodurch ein Bitstrom erzeugt wird, der einem Filtervorgang unterzogen wird, den die Motorstrommesseinheit 118 unter Verwendung eines Filters, beispielsweise eines Filters mit unendlicher Impulsantwort (Infinite Impulse Response, IIR), vornimmt, um einen digitalen Wert der Spannung zu erhalten. Anschließend wird der Spannungswert durch einen Wert des Widerstands des jeweiligen der Strommesswiderstände 105 dividiert, um dadurch für die U-, V- und W-Phase jeweils einen digitalen Stromwert zu erhalten. Es wird darauf hingewiesen, dass nicht in allen drei Phasen, U, V und W, Strommesswiderstände 105 angeordnet sein müssen; wenn nur in zwei der Phasen ein Strommesswiderstand 105 angeordnet ist, kann der digitale Stromwert für die verbleibende Phase aus der Symmetriebedingung (Iu+Iv+Iw=0) berechnet werden.
Der Strommesswiderstand 5 ist mit einer Gleichstromseite der Inverterschaltung 3 verbunden. Üblicherweise dient der Strommesswiderstand 5 zum Erfassen eines Zustands, bei dem ein Überstrom durch die Inverterschaltung 3 fließt, und somit dem Schutz der Schaltelemente 9. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Strommesswiderstand 5 nicht nur zum Schutz der Schaltelemente 9, sondern auch zum Erfassen einer Unterbrechung einer der mit dem Motor 4 verbundenen Stromleitungen 127 oder zum Erfassen einer Anomalie an der Inverterschaltung 3 eingesetzt. Ein Verfahren, bei dem die Unterbrechungserkennung unter Verwendung des Strommesswiderstands 5, der ursprünglich zum Schutz der Schaltelemente 9 benötigt wurde, vorgenommen wird, ist sehr effektiv, um die Anzahl der Komponenten und die Fläche einer Platine zu reduzieren.
Die Gleichstrommessschaltung 106 erzeugt aus einer am Strommesswiderstand 5 abfallenden Spannung ein Gleichstrommesssignal 121 (Is) und gibt das Ergebnis an die Unterbrechungserfassungseinheit 108 aus. Wie in 3 veranschaulicht ist das Gleichstrommesssignal 121 (Is) ein Signal, das aktiv wird bzw. einen hohen Pegel erreicht, wenn durch die Inverterschaltung 3 ein Gleichstrom fließt. Genau genommen wird dieses Signal aktiv, wenn aufgrund der Auswirkungen des Schaltrauschens der Schaltelemente 9 und des Freilaufdiodenstroms in den Schaltelementen 9 eine bestimmte Zeit lang oder länger ein Gleichstrom fließt, dessen Wert größer oder gleich einem Grenzwert ist. Anders ausgedrückt erfasst die Gleichstrommessschaltung 106 einen Zustand, bei dem ein Gleichstrom in die Inverterschaltung 3 hinein- und aus dieser herausfließt, und gibt ein Gleichstrommesssignal 121 (Is) aus, das ein Messergebnis anzeigt.
Die Unterbrechungserfassungseinheit 108 erfasst eine Anomalie an einem der Schaltelemente 9 und eine Unterbrechung von einer der Stromleitungen 127 anhand des von der Gleichstrommessschaltung 106 erzeugten Gleichstrommesssignals 121 (Is) und der von der PWM-Impulserzeugungseinheit 13 erzeugten PWM-Signale 20 (Up, Un, Vp, Vn, Wp und Wn). Die Unterbrechungserfassungseinheit 108 ist eine Anomalieerfassungseinheit. Die Unterbrechungserfassungseinheit 108 kann mit Hilfe einer wie beispielsweise in 4 dargestellten Logikschaltung realisiert sein. Die in 4 dargestellte Logikschaltung umfasst eine ODER-Schaltung 201, UND-Schaltungen 202 bis 204, sowie 207, eine NAND-Schaltung 205 und eine NOR-Schaltung 206. Die ODER-Schaltung 201 erhält die PWM-Signale 20 (Up, Un, Vp, Vn, Wp und Wn); die UND-Schaltung 202 erhält von den PWM-Signalen 20 die zu den Schaltelementen 9 auf der P-Seite gehörenden Steuersignale (Up, Vp und Wp); die UND-Schaltung 203 erhält von den PWM-Signalen 20 die zu den Schaltelementen 9 auf der N-Seite gehörenden Steuersignale (Un, Vn und Wn). Die UND-Schaltung 204 erhält die invertierten PWM-Signale 20 (Up, Un, Vp, Vn, Wp und Wn). Die NAND-Schaltung 205 erhält das Ausgangssignal 221 von der ODER-Schaltung 201 und das Gleichstrommesssignal 121 (Is) von der Gleichstrommessschaltung 106. Die NOR-Schaltung 206 erhält das Ausgangssignal 222 von der UND-Schaltung 202, das Ausgangssignal 223 von der UND-Schaltung 203 und das Ausgangssignal 224 von der UND-Schaltung 204. Die UND-Schaltung 207 erhält das Ausgangssignal 225 von der NAND-Schaltung 205 und das Ausgangssignal 226 von der NOR-Schaltung 206. Die UND-Schaltung 207 gibt ein Unterbrechungserkennungssignal 122 (ALM) aus, das einen hohen Pegel aufweist, wenn eine Anomalie an einem der Schaltelemente 9 oder eine Unterbrechung einer der Stromleitungen 127 vorliegt.
In der Regel gibt es insgesamt die in 5 und 6 dargestellten neun Schaltmuster zum Ansteuern des Motors. Im oberen Bereich von 5 sind die Spannungsanweisungswerte für die U-Phase, V-Phase und W-Phase und deren Beziehungen zum Dreieckssignal, bei dem es sich um ein Trägersignal handelt, dargestellt. Im unteren Bereich von 5 sind die zu den im oberen Bereich dargestellten Spannungsanweisungswerten und dem Trägersignal gehörenden PWM-Signale dargestellt. Die Zahlen im unteren Bereich von 5 entsprechen den Zahlen der in 6 angegebenen Muster, von Muster 1 bis Muster 9. Von den in 6 angegebenen neun Mustern, besteht bei den Mustern 7 bis 9, d. h. dem Muster 7, bei dem alle Schaltelemente 9 auf der P-Seite eingeschaltet und alle Schaltelemente 9 auf der N-Seite ausgeschaltet sind, dem Muster 8, bei dem alle Schaltelemente 9 auf der P-Seite ausgeschaltet und alle Schaltelemente 9 auf der N-Seite eingeschaltet sind, und dem Muster 9, bei dem alle Schaltelemente 9 auf der P-und der N-Seite ausgeschaltet sind, ein Risiko für eine fehlerhafte Erkennung einer Unterbrechung aufgrund eines Rückstroms, der bewirkt, dass ein Gleichstrom durch die N-Seite der Inverterschaltung 3 fließt. Die UND-Schaltungen 202, 203 und 204 und die NOR-Schaltung 206 in der in 4 dargestellten Logikschaltung bilden somit eine Schaltung zum Maskieren der Muster 7 bis 9 von 6, wobei diese Schaltung ein Ausgangssignal 226 erzeugt, das ein Unterbrechungserfassungsmaskierungssignal ist. Die UND-Schaltung 202 erfasst das Muster 7, die UND-Schaltung 203 das Muster 8 und die UND-Schaltung 204 das Muster 9. Bei Vorliegen von einem der Muster 7 bis 9 wird das Unterbrechungserfassungsmaskierungssignal inaktiv oder nimmt einen niedrigen Pegel an. An der UND-Schaltung 207 erfolgte eine UND-Verknüpfung des Ausgangssignals 225 der NAND-Schaltung 205 mit dem Unterbrechungserfassungsmaskierungssignal, wodurch die Muster 7 bis 9 maskiert werden, bei denen ein Risiko für eine fehlerhafte Erkennung besteht. Die in 4 dargestellte Logikschaltung bewirkt, dass das Unterbrechungserkennungssignal 122 (ALM) einen hohen Pegel annimmt, wenn der Zustand der Schaltelemente 9 der Inverterschaltung 3 einem der in 6 angegebenen Muster 1 bis 6 entspricht und das Gleichstrommesssignal 121 (Is) den niedrigen Pegel annimmt, d. h. kein Strom durch die Inverterschaltung 3 fließt. Die Unterbrechungserfassungseinheit 108 kann unter Verwendung der in 4 dargestellten einfachen Logikschaltung aufgebaut sein und ermöglicht eine schnelle Verarbeitung der Anomalieerkennung an den Schaltelementen 9 und der Unterbrechungserkennung für die Stromleitungen 127.
Der Zeitpunkt, zu dem eines der Schaltelemente 9 von einer der Phasen von AUS auf EIN schaltet, ist in einigen Fällen gegenüber dem Zeitpunkt verzögert, an dem das andere der Schaltelemente 9 der gleichen Phase von EIN auf AUS geschaltet wird, um einen Kurzschluss zwischen den Schaltelementen 9 des oberen und unteren Zweigs zu verhindern. In diesem Fall sind auch andere Schaltmuster als die in 6 angegebenen neun Muster denkbar. Wenn beispielsweise, wie in 7 dargestellt ist, ein Zustand mit eingeschaltetem Up, Vp und Wn (wobei die verbleibenden Un, Vn und Wp ausgeschaltet sind) in einen Zustand mit eingeschalteten Up, Vp und Wp übergeht (wobei Un, Vn und Wn ausgeschaltet sind), wird der Zeitpunkt zu dem Wp eingeschaltet wird eine Zeit lang verzögert, um einen Kurzschluss zu verhindern (Td-Zeit). In diesem Fall existiert ein Segment, in dem Up und Vp während der Verzögerungszeit eingeschaltet sind (wobei die übrigen alle ausgeschaltet sind); die in 4 dargestellte Logikschaltung kann in diesem Segment aufgrund des bei der Durchführung des Schaltvorgangs fehlenden Gleichstromflusses irrtümlicherweise eine Anomalie feststellen. In solchen Fällen ist es sinnvoll eine wie in 8 dargestellte Logikschaltung zu verwenden, um eine Unterbrechung während eines den sechs Mustern, von Muster 1 bis Muster 6, von 6 entsprechenden beschränkten Segments zu erkennen. In der in 8 dargestellten Logikschaltung erkennt eine UND-Schaltung 251 den Zustand des in 6 dargestellten Musters 1; die UND-Schaltungen 252 bis 256 erkennen jeweils in gleicher Weise die Zustände der Muster 2 bis 6. Die Ausgangssignale 271 bis 276 der UND-Schaltungen 251 bis 256 werden in eine ODER-Schaltung 257 eingegeben, und ein Ausgangssignal 277 der ODER-Schaltung 257 wird zusammen mit dem Gleichstrommesssignal 121 (Is) in eine ODER-Schaltung 258 und eine NAND-Schaltung 259 eingegeben. Das Ausgangssignal 277 der ODER-Schaltung 257 wird ferner in eine UND-Schaltung 261 eingegeben. Das Ausgangssignal 278 der ODER-Schaltung 258 und das Ausgangssignal 279 der NAND-Schaltung 259 werden in eine NAND-Schaltung 260 eingegeben. Ein Ausgangssignal 280 der NAND-Schaltung 260 wird in die UND-Schaltung 261 eingegeben, wobei die UND-Schaltung 261 das Unterbrechungserkennungssignal 122 (ALM) mit einem auf den eingegebenen Signalen 277 und 280 basierenden Pegel ausgibt. Das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 257, das einen hohen Pegel annimmt, wenn ein Zustand von einem der Muster 1 bis 6 vorliegt, wird in die UND-Schaltung 261 eingegeben, die die letzte Schaltung bildet; dadurch nimmt das Unterbrechungserkennungssignal 122 (ALM) den niedrigen Pegel an, wenn ein von den Mustern 1 bis 6 verschiedener Zustand vorliegt, wodurch eine fehlerhafte Erkennung verhindert werden kann.
Wenn das von der Unterbrechungserfassungseinheit 108 ausgegebene Unterbrechungserkennungssignal 122 den hohen Pegel annimmt, womit ein Erkennen einer Unterbrechung angezeigt wird, friert die Anomaliemeldeeinheit 119 das Signal ein und gibt es als Unterbrechungsanomaliesignal 123 aus, das anzeigt, dass eine Anomalie wie beispielsweise eine Unterbrechung vorliegt, wodurch der unter Verwendung eines Mikrocomputers oder dergleichen realisierte Steuerschaltkreis 110 über den anormalen Zustand benachrichtigt wird. Um eine durch Rauschen oder dergleichen bedingte Fehlfunktion zu vermeiden, kann die Anomaliemeldeeinheit 119 so konfiguriert werden, dass sie das Unterbrechungsanomaliesignal 123 ausgibt, wenn das Unterbrechungserkennungssignal 122 mehr als einmal aktiv wird, d. h. den hohen Pegel annimmt. Das Ausgeben eines Unterbrechungsanomaliesignals 123 bedeutet hierbei, dass die Anomaliemeldeeinheit 119 ein Signal mit dem hohen Pegel ausgibt. Die Stromrichtervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient zum sofortigen Übermitteln eines anormalen Zustands wie beispielsweise einer Unterbrechung; daher wird nur das Unterbrechungsanomaliesignal 123 an die Alarmabwicklungseinheit 120 des Steuerschaltkreises 110 übertragen. Zur Ermittlung der Position der Anomalie wird bei der Stromrichtervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform nach dem Anhalten des Motors ein Offline-Testimpuls (einzelnes Schalten) eingesetzt. Eine Stromrichtervorrichtung, die eine Funktion zum Ermitteln der Position einer Anomalie und eine Funktion zum Melden der Position aufweist, wird bei einer zweiten Ausführungsform beschrieben.
Beim Erhalt des von der Anomaliemeldeeinheit 119 erzeugten Unterbrechungsanomaliesignals 123 zeigt die Alarmabwicklungseinheit 120 den Unterbrechungszustand auf einer an der Motoransteuerungsvorrichtung 111 angebrachten Anzeige (nicht dargestellt) zur Meldung nach außen hin an und benachrichtigt auch eine andere Vorrichtung über eine Netzwerk, dessen Darstellung unterlassen wurde. Die Alarmabwicklungseinheit 120 sendet ferner einen Motorstoppbefehl 124 an die Spannungsanweisungserzeugungseinheit 1. Bei Erhalt des Motorstoppbefehls 124 von der Alarmabwicklungseinheit 120 erzeugt die Spannungsanweisungserzeugungseinheit 1 eine Spannungsanweisung zum Ausschalten (Unterbrechen) aller Schalter der Schaltelemente 9 und damit zum Anhalten des Motors 4, wenn das Nachlaufen des Motors zulässig ist. Wenn eine Minimierung des Motornachlaufs gewünscht ist, stoppt die Spannungsanweisungserzeugungseinheit 1 der Motoransteuerungsvorrichtung 111 den Motor 4 mit Hilfe einer dynamischen Bremse, bei der die Stromleitungen der U-, V- und W-Phasen über die Widerstände kurzgeschlossen werden, oder mit Hilfe einer Bremsstoppsteuerung, in Ergänzung dazu, dass die Spannungsanweisungserzeugungseinheit 1 die Spannungsanweisung zum Ausschalten aller Schalter der Schaltelemente 9 erzeugt. Bei einem Servosystem führt die Spannungsanweisungserzeugungseinheit 1 der als Servoverstärker dienenden Motoransteuerungsvorrichtung 111, die Bremsstoppsteuerung beispielsweise auf Basis von Geschwindigkeitsinformationen und Positionsinformationen von einem Positionssensor, der mit einem als Last fungierenden Servomotor verbunden ist, und einer Bremsanweisung durch. Eine Beschreibung der nicht zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehörenden Bremsstoppsteuerung erfolgt nicht.
Die vorstehend beschriebenen Vorgänge zum Anhalten des Motors 4 infolge einer Feststellung einer Anomalie können durchgeführt werden, ohne durch den Steuerschaltkreis 110 zu gehen, indem das Unterbrechungsanomaliesignal 123 an die Ansteuerschaltung 2 der Multifunktionsansteuerungsschaltung 113 oder des IPMs 112 übertragen wird und die Ansteuerschaltung 2 ein Ausschalten aller Schalter der Schaltelemente 9 bewirkt.
Anders als bei den in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarten Erfindungen, weist die Motoransteuerungsvorrichtung 111 gemäß der vorliegenden Erfindung keinen Strommesswiderstand auf, der die Strommesswiderstände 105 zum Erfassen des Motorstroms und den Strommesswiderstand 5 zur Unterbrechungserkennung zusammenfasst, da sie unterschiedlichen Zwecken dienen. Während eine Unterbrechung unter dem Gesichtspunkt des Schutzes des Motors sowie der mit dem Motor verbundenen mechanischen Teile so schnell wie möglich erkannt werden muss, muss ein Motorstrom unter dem Gesichtspunkt der Motorsteuerung mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Unterbrechungserkennung daher mit Hilfe einer schnellen Strommessschaltung erzielt, die nicht so weit geht, dass sie eine A/D-Wandlung eines Stromwerts vornimmt, d. h. mit Hilfe der Gleichstrommessschaltung 106, wobei die Motorstrommessung bei der vorliegenden Erfindung mit Hilfe der Motorstrommessschaltung 107 erfolgt, die eine A/D-Wandlung, wie beispielsweise Σ-Δ, vornimmt, um den Strom dadurch mit hoher Genauigkeit zu messen.
Das Verfahren zum Erkennen einer Unterbrechung unter Verwendung einer Hardware-Logik kann bei schnellen Trägerzyklen verwendet werden, da das Verfahren keine Analyse durch eine hochentwickelte arithmetische Verarbeitungseinheit, wie beispielsweise einen Mikrocomputer, erfordert. Dieses Verfahren lässt sich in Fällen anwenden, bei denen die Schaltzyklen aufgrund von z. B. Servomotorantrieb, Induktionsmotorantrieb und anderen Arten mit hochfrequenten Trägern kurz sind. Außer zum Antreiben des Motors lässt sich dieses Verfahren auch zum Stoppen des Motors einsetzen. Dieses Verfahren stellt somit ein sehr effektives Unterbrechungserfassungsverfahren dar, das eine Unterbrechung und eine Anomalie an einem Schaltelement unabhängig von der Trägerfrequenz und der Ansteuerbedingung sowie dem Betriebszustand eines Motors erkennen kann und eine Unterbrechung auch dann zuverlässig erkennen kann, wenn der Motor angetrieben wird.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst eine Motoransteuerungsvorrichtung 111, bei der es sich um eine Stromrichtervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt, die Unterbrechungserfassungseinheit 108, die eine Unterbrechung von einer der Stromleitungen 127 zwischen der Inverterschaltung 3, die eine Dreiphasenwechselspannung erzeugt, die an den Motor 4 angelegt wird, und dem Motor 4, und eine Anomalie an einem der Schaltelemente 9, aus denen die Inverterschaltung 3 aufgebaut ist, auf Basis eines durch die Inverterschaltung 3 fließenden Stroms und der PWM-Signale, die die Schaltelemente 9 steuern, aus denen die Inverterschaltung 3 aufgebaut ist, erkennt; die Unterbrechungserfassungseinheit 108 ist unter Verwendung einer logischen Schaltung aufgebaut. Folglich kann die Unterbrechungserfassungseinheit 108 in ein Gehäuse des IPMs oder in eine Gatter betreibende integrierte Schaltung (IC) integriert werden, wodurch die Größe der Stromrichtervorrichtung verkleinert und deren Kosten gesenkt werden können. Die Motoransteuerungsvorrichtung 111 kann auch dann eine Anomalität an einem Schaltelement und eine Unterbrechung einer Stromleitung erkennen, wenn sie bei einem System mit schnellem Trägerzyklus eingesetzt wird.
Zweite Ausführungsform
Die Darstellung von 9 veranschaulicht ein Beispiel für einen Aufbau einer Stromrichtervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie die bei der ersten Ausführungsform beschriebene Stromrichtervorrichtung (siehe 1) ist auch die in 9 dargestellte Stromrichtervorrichtung eine Motoransteuerungsvorrichtung. In 9 sind die Komponenten, die auch Bestandteil der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Motoransteuerungsvorrichtung 111 sind, mit gleichen Symbolen bezeichnet. Eine Beschreibung der Komponenten der vorliegenden Ausführungsform, die auch Bestandteil der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Motoransteuerungsvorrichtung 111 sind, wird unterlassen.
Eine Motoransteuerungsvorrichtung 111a gemäß der zweiten Ausführungsform weist einen Aufbau auf, der demjenigen der Motoransteuerungsvorrichtung 111 gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich ist, aber darüber hinaus eine Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 beinhaltet. Wie bei der Motoransteuerungsvorrichtung 111 können die Gleichstrommessschaltung 106, die Unterbrechungserfassungseinheit 108, die Anomaliemeldeeinheit 119, die Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 und die Ansteuerschaltung 2 als Multifunktionsansteuerungsschaltung 113a in einem Gehäuse untergebracht sein. Die Inverterschaltung 3, der Strommesswiderstand 5, die Gleichstrommessschaltung 106, die Unterbrechungserfassungseinheit 108, die Anomalieort-Identifizierungseinheit 126, die Anomaliemeldeeinheit 119 und die Ansteuerschaltung 2 können auch als IPM 112a in einem Gehäuse untergebracht sein.
Die Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 identifiziert einen Ort einer Anomalie, d. h. eines der Schaltelemente, an dem eine Anomalie aufgetreten ist, und eine unterbrochene der Stromleitungen auf Basis der von der PWM-Impulserzeugungseinheit 13 erzeugten PWM-Signale 20 und des von der Unterbrechungserfassungseinheit 108 ausgegebenen Unterbrechungserkennungssignals 122 und erzeugt ein Anomalieort-Identifikationssignal 125.
Die Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 identifiziert einen Ort einer Anomalie unter Verwendung einer in 10 dargestellten Korrespondenztabelle. Konkret vergleicht die Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 dasjenige der Schaltmuster 1 bis 6, das angezeigt wird, wenn das Unterbrechungserkennungssignal 122 (ALM) bei einer Umdrehung des elektrischen Winkels aktiv ist, mit der in 10 dargestellten Korrespondenztabelle und identifiziert hierdurch den Ort der Anomalie. Bei den Mustern 1 bis 6 handelt es sich um die in 6 angegebenen Muster 1 bis 6.
Beispielsweise ist an der P-Seite von Muster 1 nur Up eingeschaltet; wenn das Unterbrechungserkennungssignal 122 bei einer Umdrehung des elektrischen Winkels daher nur in einem Segment des Musters 1 aktiv wird, bestimmt die Anomalieort-Identifizierungseinheit 126, dass der Stromkreis des Up-Schaltelements 9 offenen ist oder dass die U-Phase unterbrochen ist. Bei einem anderen Beispiel, sind der Stromkreis des Up- und des Un-Schaltelements 9 offenen bzw. ist die U-Phase, die die Motorwicklung mit einschließt, unterbrochen, wenn das Unterbrechungserkennungssignal 122 bei einer Umdrehung des elektrischen Winkels in zwei Segmenten der Muster 1 und 4 aktiv ist. Dass Ausfälle an zwei Stellen gleichzeitig verursacht werden ist im Allgemeinen nicht wahrscheinlich; daher bestimmt die Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 in diesem Fall, dass die U-Phase unterbrochen ist. Die Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 bestimmt einen Ort einer Anomalie in der vorstehend beschriebenen Weise auf Basis eines Schaltmusters, das angezeigt wird, wenn das Unterbrechungserkennungssignal 122 (ALM) aktiv wird. Die Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 kann wie die Unterbrechungserfassungseinheit 108 unter Verwendung einer Logikschaltung implementiert werden.
Die Anomaliemeldeeinheit 119 empfängt Anomalieort-Informationen, die von der Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 identifiziert wurden, in Form des Anomalieort-Identifikationssignals 125 und benachrichtigt die Alarmabwicklungseinheit 120 des Steuerschaltkreises 110 über das Auftreten der Anomalie und den Ort der Anomalie mit Hilfe des Unterbrechungsanomaliesignals 123. Es kann jedes beliebige Übertragungsverfahren verwendet werden; beispielsweise kann wie in 11 dargestellt eine Impulsbreite einem Ort einer Anomalie (Faktor) entsprechend moduliert und übertragen werden. Dies ermöglicht die Übertragung mehrerer Informationen mit einem einzigen Signal. Die Benachrichtigung der Anomaliemeldeeinheit 119 durch die Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 kann nach dem gleichen Verfahren erfolgen. Die Alarmabwicklungseinheit 120 erkennt die Anomalie anhand einer steigenden Flanke des Unterbrechungsanomaliesignals 123 und erfasst die Anomalieort-Informationen durch Zählen der aktiven Zeit. Nach dem Erhalt der Informationen über den Ort der Anomalie von der Anomaliemeldeeinheit 119 führt die Alarmabwicklungseinheit 120 ähnliche Vorgänge aus, wie sie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, um den Ort der Anomalie nach außen und einer anderen Vorrichtung mitzuteilen und eine Prozedur zum Anhalten des Motors 4 durchzuführen.
Wie vorstehend beschrieben, erkennt die Motoransteuerungsvorrichtung 111a gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Anomalie unter Verwendung einer Schaltung, die derjenigen ähnelt, die in der Motoransteuerungsvorrichtung 111 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, und identifiziert, wenn eine Anomalie festgestellt wird, mit Hilfe der Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 auch den Ort der Anomalie. Die vorliegende Ausführungsform bewirkt somit Ähnliches wie die Motoransteuerungsvorrichtung 111 gemäß der ersten Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform kann auch den Ort eines Auftretens einer Anomalie identifizieren und einen Benutzer über den Ort informieren, wodurch die Zeit für Wartungsarbeiten, die bei einem Auftreten einer Anomalie durchzuführen sind, verkürzt werden kann.
Dritte Ausführungsform
Die Darstellung von 12 zeigt ein Beispiel für einen Aufbau einer Stromrichtervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie die bei der ersten und zweiten Ausführungsform beschriebenen Stromrichtervorrichtungen (siehe 1 und 9) ist auch die in 12 dargestellte Stromrichtervorrichtung eine Motoransteuerungsvorrichtung. In 12 sind die Komponenten, die auch Bestandteil der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Motoransteuerungsvorrichtung 111 sind, mit gleichen Symbolen bezeichnet. Eine Beschreibung der Komponenten der vorliegenden Ausführungsform, die auch Bestandteil der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Motoransteuerungsvorrichtung 111 sind, wird unterlassen.
Eine Motoransteuerungsvorrichtung 111b gemäß der dritten Ausführungsform besitzt einen Aufbau, der demjenigen der Motoransteuerungsvorrichtung 111 gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich ist, darüber hinaus aber eine Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 aufweist. Wie bei der Motoransteuerungsvorrichtung 111 können die Motorstrommesseinheit 118, die Spannungsanweisungserzeugungseinheit 1, die PWM-Impulserzeugungseinheit 13, die Alarmabwicklungseinheit 120 und die Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 unter Verwendung einer integrierten Halbleiterschaltung, wie beispielsweise eines Mikrocomputers oder eines DSP, in einem Steuerschaltkreis 110b untergebracht sein.
Die Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 bestimmt auf Basis des von der Gleichstrommessschaltung 106 erzeugten Gleichstrommesssignals 121 den von der PWM-Impulserzeugungseinheit 13 erzeugten PWM-Signalen 20 und den von der Motorstrommesseinheit 118 erzeugten Motorstrommesswerten 25, ob in der Gleichstrommessschaltung 106, der Motorstrommessschaltung 107 oder der Motorstrommesseinheit 118 eine Anomalie vorliegt. Die Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 erzeugt ferner ein Strommessschaltungsanomaliesignal 131 auf Basis eines Bestimmungsergebnisses und sendet das Signal an die Alarmabwicklungseinheit 120.
Ein von der Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 verwendetes Anomalieerfassungsverfahren wird unter Bezugnahme auf die 13 und 14 beschrieben. Bei dem ersten in 13 veranschaulichten Beispiel handelt es sich um ein Beispiel, bei dem das Gleichstrommesssignal 121 (Is) nicht aktiv wird, obwohl der Motorstrommesswert 25 (Iu: U-Phasenstromwert) bei einem Schaltmuster erfasst wird, das zu einem Stromfluss auf der U-Phase führt. In diesem Fall bestimmt die Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130, dass bei der Gleichstrommessschaltung 106 eine Anomalie vorliegt. In ähnlicher Weise handelt es sich bei dem zweiten in 14 veranschaulichten Beispiel um ein Beispiel, bei dem der Motorstrommesswert 25 (Iu: U-Phasenstromwert) nicht erfasst werden kann, obwohl das Gleichstrommesssignal 121 (Is) bei einem Schaltmuster aktiv ist, das zu einem Stromfluss auf der U-Phase führt. In diesem Fall bestimmt die Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 dass bei der Motorstrommessschaltung 107 oder der Motorstrommesseinheit 118 eine Anomalie vorliegt. Die Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 überträgt das Anomaliediagnoseergebnis mit Hilfe des Strommessschaltungsanomaliesignals 131 an die Alarmabwicklungseinheit 120. Als Übertragungsverfahren kann die bei der zweiten Ausführungsform beschriebene Pulsweitenmodulation verwendet werden. Wenn die Alarmabwicklungseinheit 120 mit Hilfe des Strommessschaltungsanomaliesignals 131 über das Erfassen einer Anomalie in einer der Strommessschaltungen benachrichtigt wurde, führt diese eine Prozedur zum Anhalten des Motors 4 aus und meldet das Auftreten der Anomalie zur Gewährleistung der Sicherheit nach außen.
Ein unter Verwendung einer Stromrichtervorrichtung und einer Last aufgebautes System verwendet üblicherweise einen Stromsensor zur Steuerung der Last über eine Stromsteuerung. Durch das Kombinieren des Stromsensors mit einem Unterbrechungserfassungsverfahren unter Verwendung der Unterbrechungserfassungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Erkennen einer Anomalie an dem Stromsensor und der Unterbrechungserfassungseinheit möglich.
Wie vorstehend beschrieben, erkennt die Motoransteuerungsvorrichtung 111b gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Anomalie unter Verwendung einer Schaltung, die derjenigen ähnelt, die in der Motoransteuerungsvorrichtung 111 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, wobei die Motoransteuerungsvorrichtung 111b zudem ein Auftreten einer Anomalie an einer der Strommessschaltungen unter Verwendung der Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 erfasst. Die vorliegende Ausführungsform kann Ähnliches bewirken wie die Motoransteuerungsvorrichtung 111 gemäß der ersten Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform kann auch eine Verbesserung der Zuverlässigkeit von jeder der Strommessschaltungen bewirken, indem sie es ermöglicht, dass sich die Gleichstrommessschaltung 106 und die Motorstrommessschaltung 107, die Strom anhand von zwei verschiedenen Erkennungsschemata erfassen, gegenseitig überwachen.
Vierte Ausführungsform
Die Darstellung von 15 zeigt ein Beispiel für einen Aufbau einer Stromrichtervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie die bei der ersten bis dritten Ausführungsform beschriebenen Stromrichtervorrichtungen (siehe 1, 9 und 12) ist auch die in 15 dargestellte Stromrichtervorrichtung eine Motoransteuerungsvorrichtung. In 15 sind die Komponenten, die auch Bestandteil der bei der ersten bis dritten Ausführungsform beschriebenen Motoransteuerungsvorrichtungen 111, lila und 111b sind, mit gleichen Symbolen bezeichnet. Eine Beschreibung der Komponenten der vorliegenden Ausführungsform, die auch Bestandteil der bei der ersten bis dritten Ausführungsformen beschriebenen Motoransteuerungsvorrichtungen 111, 111a und 111b sind, wird unterlassen.
Eine Motoransteuerungsvorrichtung 111c gemäß der vierten Ausführungsform besitzt einen Aufbau, der demjenigen der Motoransteuerungsvorrichtung lila gemäß der zweiten Ausführungsform ähnlich ist, darüberhinaus aber die Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 aufweist, die in der Motoransteuerungsvorrichtung 111b gemäß der dritten Ausführungsform enthalten ist. Anders ausgedrückt ähnelt die Motoransteuerungsvorrichtung 111c der Motoransteuerungsvorrichtung lila gemäß der zweiten Ausführungsform, die Steuerschaltung 110b ersetzt aber die Steuerschaltung 110 der zweiten Ausführungsform. Die Anomalieort-Identifikationseinheit 126 und die Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 der Motoransteuerungsvorrichtung 111c sind identisch mit der Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 der Motoransteuerungsvorrichtung 111a gemäß der zweiten Ausführungsform und der Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 der Motoransteuerungsvorrichtung 111b gemäß der dritten Ausführungsform, sodass deren ausführliche Beschreibung entfällt.
Wie vorstehend beschrieben, erkennt die Motoransteuerungsvorrichtung 111c gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Anomalie unter Verwendung einer Schaltung, die derjenigen ähnelt, die in der Motoransteuerungsvorrichtung 111 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, und identifiziert, wenn eine Anomalie festgestellt wird, auch den Ort der Anomalie unter Verwendung der Anomalieort-Identifizierungseinheit 126 wie bei der Motoransteuerungsvorrichtung lila gemäß der zweiten Ausführungsform. Zusätzlich erkennt die Motoransteuerungsvorrichtung 111c gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Auftreten einer Anomalie an einer der Strommessschaltungen unter Verwendung der Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit 130 wie bei der Motoransteuerungsvorrichtung 111b gemäß der dritten Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform kann somit Ähnliches bewirken wie die Motoransteuerungsvorrichtungen 111, 111a und 111b gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform.
Die Konfigurationen der oben beschriebenen Ausführungsformen stellen einige Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und können mit einer anderen öffentlich bekannten Technik kombiniert und teilweise weggelassen oder modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Spannungsanweisungserzeugungseinheit;
2: Ansteuerschaltung;
3: Inverterschaltung;
4: Motor;
5, 105: Strommesswiderstand;
9: Schaltelement;
11: Gleichspannungsquelle;
13: PWM-Impulserzeugungseinheit;
106: Gleichstrommessschaltung;
107: Motorstrommessschaltung;
108: Unterbrechungserfassungseinheit;
110, 110b: Steuerschaltung;
111, 111a, 111b, 111c: Motoransteuerungsvorrichtung;
112, 112a: IPM;
113, 113a: Multifunktionsansteuerungsschaltung;
118: Motorstrommesseinheit;
119: Anomaliemeldeeinheit;
120: Alarmabwicklungseinheit;
126: Anomalieort-Identifizierungseinheit;
130: Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit;
501: drei-auf-zwei-Phasenwandler;
502: Stromsteuerung;
503: Entkopplungssteuerung;
504: zwei-auf-drei-Phasenwandler.

Claims

Stromrichtervorrichtung, die aufweist: eine Stromrichterschaltung (3) mit mehreren Schaltelementen (9) zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom und zum Zuführen des sich daraus ergebenden Stroms zu einer Last (4), eine Steuerschaltung (110) zum Erzeugen von Steuersignalen (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) und zum Ausgeben der Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) an die Schaltelemente (9), wobei jedes der Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) ein zugehöriges der mehreren Schaltelemente (9) steuert, eine Gleichstrommessschaltung (106) zum Erfassen eines Gleichstroms, der in die Stromrichterschaltung (3) hinein und aus dieser heraus fließt, und gekennzeichnet ist durch eine Anomalieerfassungseinheit (108), die von der Steuerschaltung (110) getrennt ausgebildet und mittels einer von einem Mikrocomputer verschiedenen Logikschaltung aufgebaut ist, wobei die Logikschaltung ein von der Gleichstrommessschaltung (106) erlangtes Erfassungsergebnis (121) und alle Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) der Steuerschaltung (110) empfängt und eine Anomalie an einem der Schaltelemente (9) oder eine Unterbrechung von einer der Stromleitungen, die die Stromrichterschaltung (3) mit der Last (4) verbinden, auf Basis der empfangenen Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) und des empfangenen Erfassungsergebnisses (121) erfasst.
Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gleichstrommessschaltung (106) an die Anomalieerfassungseinheit (108) ein Gleichstrommesssignal (121) ausgibt, das anzeigt, ob ein Gleichstromfluss vorliegt, und die Anomalieerfassungseinheit (108) eine Anomalie an einem der Schaltelemente (9) oder eine Unterbrechung von einer der Stromleitungen auf Basis des Gleichstrommesssignals (121) und der Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) erfasst.
Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Anomalieort-Identifizierungseinheit (126) zum Identifizieren eines Schaltelements (9), an dem eine Anomalie vorliegt, oder einer Stromleitung, die unterbrochen ist, auf Basis eines von der Anomalieerfassungseinheit (108) erlangten Erfassungsergebnisses (122) und der Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) aufweist.
Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Anomalieort-Identifizierungseinheit (126) mittels einer Logikschaltung aufgebaut ist und ein Schaltelement (9), an dem eine Anomalie vorliegt, oder eine Stromleitung (127), die unterbrochen ist, durch Vergleichen des von der Anomalieerfassungseinheit (108) erlangten Erfassungsergebnisses (122) mit Kombinationen identifiziert, die jeweils durch Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) angezeigte Zustände der Schaltelemente (9) aufweisen.
Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, die ferner eine Anomaliemeldeeinheit (119) zum Erhalt eines von der Anomalieort-Identifizierungseinheit (126) erhaltenen Identifizierungsergebnisses (125) und zum Übertragen des Identifizierungsergebnisses (125) an die Steuerschaltung (110) mit Hilfe eines Signals (123) aufweist, dessen Impulsbreite dem empfangenen Identifizierungsergebnis entspricht.
Stromrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerschaltung (110) eine Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit (130) aufweist, um eine Anomalie an der Gleichstrommessschaltung (106) und eine Anomalie an einer Strommessschaltung (107) zu erfassen, die einen Stromfluss durch die Stromleitung auf Basis eines von der Gleichstrommessschaltung (106) erhaltenen Messergebnisses, der Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) und eines von der Strommessschaltung (107) erhaltenen Messergebnisses erfasst.
Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit (130) eine Anomalie an der Strommessschaltung (107) auf Basis eines von der Gleichstrommessschaltung (106) erhaltenen Messergebnisses und der Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) erfasst und eine Anomalie an der Gleichstrommessschaltung (106) auf Basis eines von der Strommessschaltung (107) erhaltenen Messergebnisses und der Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) erfasst.
Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Steuerschaltung (110) einen Betrieb der Stromrichterschaltung (3) beendet, wenn die Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit (130) eine Anomalie an der Gleichstrommessschaltung (106) erkennt und wenn die Strommessschaltungsanomaliediagnoseeinheit (130) eine Anomalie an der Strommessschaltung (107) erkennt.
Stromrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuerschaltung (110) einen Betrieb der Stromrichterschaltung (3) beendet, wenn die Anomalieerfassungseinheit (108) eine Anomalie an einem der Schaltelemente (9) erfasst und wenn die Anomalieerfassungseinheit (108) eine Unterbrechung von einer der Stromleitungen (127) erfasst.
Stromrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Anomalieerfassungseinheit (108) eine Anomalie an einem der Schaltelemente (9) und eine Unterbrechung von einer der Stromleitungen (127) erkennt, wenn eine der Kombinationen, die jeweils Zustände der Schaltelemente (9) aufweisen, einem bestimmten Muster entspricht.
Stromrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Stromrichterschaltung (3), die Gleichstrommessschaltung (106), die Anomalieerfassungseinheit (108) und die Steuerschaltung (110) in einem intelligenten Stromversorgungsmodul oder einer Gatter betreibenden integrierten Schaltung aufgenommen sind.
Logikschaltung zum Empfangen aller Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn), die von einer von der Logikschaltung verschiedenen Steuerschaltung (110) erzeugt wurden, wobei jedes der Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) ein zugehöriges der mehreren Schaltelemente (9) steuert, die eine Stromrichterschaltung (3) ausbilden, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom einer Last (4) zuführt, wobei die Logikschaltung von einem Mikrocomputer verschieden ist, und zum Erfassen einer Anomalie an einem der Schaltelemente (9) oder einer Unterbrechung von einer der Stromleitungen (127), die mit einer Wechselstromseite der Stromrichterschaltung (3) verbunden sind, auf Basis der empfangenen Steuersignale (Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn) und eines in die Stromrichterschaltung (3) hinein und aus dieser heraus fließenden Gleichstroms.