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Bereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motortreibersystem und eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors.
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Hintergrund
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Eine Motorantriebsvorrichtung umfasst eine Wechselrichterschaltung, die einem Motor Wechselstrom zuführt. Eine Wechselrichterschaltung umfasst zwei oder mehr Stränge, von denen jeder ein Schaltelement des oberen Arms und ein Schaltelement des unteren Arms umfasst, welche in Reihe geschaltet sind. Der obere Arm bezeichnet die Seite hohen Potenzials, und der untere Arm bezeichnet die Seite eines niedrigen Potenzials.
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Zum Steuern der einzelnen Schaltelemente, die in der Wechselrichterschaltung enthalten sind, wird eine Gate-Treiberschaltung zum Anlegen einer Gate-Treiberspannung an die einzelnen Schaltelemente benötigt. Zudem ist eine Gate-Energieversorgung nötig, damit die Gate-Treiberschaltung arbeiten kann. Das Energieversorgungsystem der Gate-Treiberschaltung kann ein Einzelversorgungsystem sein, bei dem Gate-Energieversorgungen einzeln an die Gate-Versorgungsschaltungen zum Betreiben der Schaltelemente des oberen Arms der Wechselrichterschaltung verbunden sind, oder ein gemeinsames Versorgungssystem, bei dem eine gemeinsame Gate-Energieversorgung mit den Gate-Versorgungsschaltungen zum Betreiben der Schaltelemente des oberen Arms verbunden ist.
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Das Einzelversorgungssystem ist teurer, da im Vergleich zu dem gemeinsamen Versorgungssystem viele Gate-Energieversorgungen benötigt werden. Bei dem gemeinsamen Versorgungssystem muss zum Betreiben eines Schaltelements des oberen Arms ein diesem zugeordnetes Schaltelement des unteren Arms vorab betätigt werden, um das Laden einer Ladungspumpenschaltung abzuschließen, die in der Gate-Versorgungsschaltung enthalten ist. Es benötigt etwas Zeit, um die Ladungspumpenschaltung zu laden. Die Zeit zwischen der Ausgabe eines Treiberbefehls und einem tatsächlichen AN-Vorgang oder AUS-Vorgang unterscheidet sich deshalb zwischen den Schaltelementen des oberen Arms und den Schaltelementen des unteren Arms. Da zudem die Ladezeit der Ladungspumpenschaltung auch unterschiedlich ist, unterscheidet sich die AN-Vorgangszeit oder die AUS-Vorgangszeit zwischen den Schaltelementen des oberen Arms ebenfalls.
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Ein Leistungswandler gemäß der unten stehenden Patentliteratur 1 stellt eine Gate-Versorgung des oberen Arms (eine Gate-Versorgung eines Schaltelements des oberen Arms) für eine Gate-Treiberschaltung bei einem gemeinsamen Versorgungssystem bereit, indem ein Schaltelement des unteren Arms während einer Zeitdauer AN geschaltet wird, während der eine Wechselrichter nicht arbeitet (Ruhezeit des Wechselrichters), um den Start des Motorbetriebs zu beschleunigen. Der Leistungswandler der Patentliteratur 1 startet somit den Motorbetrieb sofort, indem nach der Ruhezeit des Wechselrichters die Gate-Versorgung des oberen Arms verwendet wird.
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Motoren, die durch Wechselrichterschaltungen betrieben werden, können zudem grob in Drehmotoren mit einem Rotor, der um eine Drehachse dreht, und Linearmotoren unterteilt werden, die keine Drehachse aufweisen und eine lineare Bewegung durchführen. Eine typische Konfiguration eines Linearmotors verwendet ein System, bei dem Magnetpaare eines stationären Teils auf der Erd-Seite angeordnet sind und Spulen in einem sich bewegenden Teil angeordnet sind. Bei diesem System werden Spulen in dem sich bewegenden Teil durch einen Strom angetrieben, der von einer Motorantriebsvorrichtung zugeführt wird.
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Ein System, bei dem es Spulen in einem sich bewegenden Teil gibt, benötigt jedoch einen Mechanismus, der dafür sorgt, dass ein Kabel zum Zuführen einer Versorgungsspannung zu dem sich bewegenden Teil neben dem sich bewegenden Teil verläuft und dem Betrieb der Spulen folgt. Alternativ wird ein Mechanismus zum Zuführen einer Versorgungsspannung zu dem sich bewegenden Teil benötigt, der eine kontaktlose Leistungszuführung oder dergleichen bereitstellt. Ein Kabel, das dem Betrieb der Spulen in dem sich bewegenden Teil folgt, weist Beschränkungen hinsichtlich der Kabellänge und Verdrehungen des Kabels und dergleichen in einem Fall eines umlaufenden Betriebspfads auf. Eine zusätzliche kontaktlose Leistungszuführung ist aufgrund ihrer hohen Kosten problematisch.
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Als eine Maßnahme gegenüber den vorangehend geschilderten Problemen gibt es auch ein System mit einer zu einem typischen Linearmotor umgekehrten Konfiguration, d. h. einem System, bei dem Spulen an einem stationären Teil auf der Erd-Seite angeordnet sind und Magnete in einem sich bewegenden Teil angeordnet sind. Dieses System wird als ein „Bewegtmagnetsystem“, „Bewegtmagnetsteuerung“ oder dergleichen bezeichnet. In dem Fall des Bewegtmagnetsystems wird eine Leistungszuführung zu dem sich bewegenden Teil nicht benötigt, da das sich bewegenden Teil die Magnete aufweist. Deshalb gibt es die Beschränkungen hinsichtlich der Kabellänge und Verdrillungen des Kabels, welches Probleme eines Linearmotors des Systems sind, bei dem die Spulen in dem sich bewegenden Teil angeordnet sind, nicht. Ferner wird in dem Fall des Bewegtmagnetsystems auch keine zusätzliche kontaktlose Leistungszuführung benötigt.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1: offengelegte japanische Patentanmeldung
JP H09 - 219 976 A -
Überblick
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Technisches Problem
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Bei dem Bewegmagnetsystem gibt es jedoch ebenfalls Probleme. Wenn beispielsweise ein Hub, welcher ein Bewegungsbereich eines sich bewegenden Teils ist, länger ist als eine bestimmte Länge, sind ein Satz Spulen und eine Motortreibervorrichtung nicht genug, um dem Hub zu bedienen, und es müssen mehrere Sätze von Spulen und Motortreibervorrichtungen bereitgestellt werden. Zudem wird eine Technik zum geschmeidigen Umschalten einer zu erregenden Spule zwischen den bereitgestellten Spulensätzen benötigt, während die Gleichmäßigkeit der Steuerung sichergestellt ist.
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Wenn in dem Fall der Gate-Treiberschaltung des gemeinsamen Versorgungssystems in Patentliteratur 1 ein Ladepuls zu dem Schaltelement des unteren Arms über eine lange Zeit AN ist, treten mehr Betätigungen von dynamischen Bremsen auf, da die Zeit, während der das Schaltelement des unteren Arms AN ist, länger ist. Eine dynamische Bremse ist eine Bremse, die Drehenergie thermisch verbraucht und den Motor somit stoppt. Die Gate-Treiberschaltung des gemeinsamen Versorgungssystems in Patentliteratur 1 kann deshalb das Umschalten zwischen einer Mehrzahl von Spulen des Bewegtmagnetsystems nicht geschmeidig umschalten.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Ausführungen getätigt, und es ist ein Ziel derselben, ein Motortreibersystem bereitzustellen, das in der Lage ist, beim Umschalten einer zu erregenden Spule geschmeidig zwischen den Spulen umzuschalten.
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Lösung des Problems
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Zur Lösung der oben genannten Probleme und zur Erreichung des Ziels umfasst ein Motortreibersystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Motorantriebsvorrichtung und eine zweite Motorantriebsvorrichtung und eine Hauptsteuervorrichtung. Die erste Motortreibervorrichtung umfasst eine erste Steuereinheit und eine erste Wechselrichterschaltung und treibt einen ersten Motor basierend auf einem ersten Treiberbefehl, der durch die erste Steuereinheit erzeugt wird. Die zweite Motortreibervorrichtung umfasst eine zweite Steuereinheit und eine zweite Wechselrichterschaltung und treibt einen zweiten Motor basierend auf einem zweiten Treiberbefehl, der durch die zweite Steuereinheit erzeugt wird. Die Hauptsteuervorrichtung erzeugt einen Motorsteuerungsfreigabebefehl und steuert den Betrieb der ersten Motortreibervorrichtung und den Betrieb der zweiten Motortreibervorrichtung basierend auf dem Motorsteuerungsfreigabebefehl. Der erste Motor umfasst eine erste Spule, die in einem stationären Teil angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Magnetpaaren in einem sich bewegenden Teil, das dazu konfiguriert ist, sich in einer ersten Richtung hin zu einer positiven Seite und einer negativen Seite zu bewegen. Der zweite Motor umfasst eine zweite Spule, die in dem stationären Teil angeordnet ist, und die Magnetpaare, wobei die zweite Spule auf der positiven Seite in der ersten Richtung zu der ersten Spule benachbart ist. Die erste Spule und die zweite Spule werden so geschaltet, dass eine Spule nacheinander zu einer anderen Spule geschaltet wird, die mit der Bewegung des sich bewegenden Teils auf der positiven Seite oder der negativen Seite in der ersten Richtung liegt. Die Hauptsteuervorrichtung gibt den Motorsteuerungsfreigabebefehl an die erste Motortreibervorrichtung oder die zweite Motortreibervorrichtung aus. Die Schaltelemente des oberen Arms der ersten Wechselrichterschaltung werden durch die erste Gate-Treiberschaltung unter Verwendung einer gemeinsamen Versorgung für die Gate-Versorgungsschaltungen getrieben, welche die Schaltelemente des ersten oberen Arms treiben. Die Schaltelemente des zweiten oberen Arms der zweiten Wechselrichterschaltung werden durch eine zweite Gate-Treiberschaltung unter Verwendung einer gemeinsamen Versorgung für Gate-Versorgungsschaltungen getrieben, die die Schaltelemente des zweiten oberen Arms treiben. Während einer Zeitdauer, während der kein Motorsteuerungsfreigabebefehl erhalten wird, stoppt die erste Steuerungseinheit die Ausgabe des ersten Treiberbefehls an die Schaltelemente des ersten oberen Arms und setzt das Umschalten der Schaltelemente des ersten unteren Arms der ersten Wechselrichterschaltung zu einem ersten Zeitpunkt fort, zu dem eine Gate-Versorgung des ersten oberen Arms, die zum Treiben der Schaltelemente des ersten oberen Arms nötig ist, bereitgestellt werden kann, und bei Erhalt eines Motorsteuerungsfreigabebefehls gibt die erste Steuerungseinheit den ersten Treiberbefehl aus. Während einer Zeitdauer, während der kein Motorsteuerungsfreigabebefehl empfangen wird, stoppt die zweite Steuereinheit die Ausgabe des zweiten Treiberbefehls an die Schaltelemente des zweiten oberen Arms und setzt das Umschalten der Schaltelemente des zweiten unteren Arms der zweiten Wechselrichterschaltung an einem zweiten Zeitpunkt fort, zu dem die Gate-Versorgung, die zum Treiben der Schaltelemente des zweiten oberen Arms nötig ist, bereitgestellt werden kann, und bei Erhalt eines Motorsteuerungsfreigabebefehls gibt die zweite Steuereinheit den zweiten Treiberbefehl aus.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Ein Motortreibersystem gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine Wirkung dahingehend bereit, dass beim Umschalten einer zur erregenden Spule geschmeidig zwischen Spulen umgeschaltet werden kann.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung zeigt, die bei einem Motortreibersystem gemäß einer ersten Ausführungsform verwendet wird.
- 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration einer in 1 gezeigten Wechselrichterschaltung zeigt.
- 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das zur Erläuterung einer Konfiguration einer Gate-Treiberschaltung bei der ersten Ausführungsform verwendet wird.
- 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration des Motortreibersystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, die die in 1 gezeigte Motortreibervorrichtung umfasst.
- 5 ist ein Diagramm, das einen Betriebszustand unmittelbar vor dem Umschalten von einer ersten Spule auf eine zweite Spule in 4 zeigt.
- 6 ist ein Diagramm, das einen Betriebszustand unmittelbar nach dem Umschalten auf die zweite Spule in 4 zeigt.
- 7 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern des Betriebs des in 4 gezeigten Motortreibersystems.
- 8 ist ein Graph, der zur Erläuterung der Beziehung zwischen einer Kurvenform einer in 3 gezeigten Gate-Versorgungsspannung eines oberen Arms und einem Gate-Signal eines Schaltelements des unteren Arms verwendet wird.
- 9 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern des Betriebs eines Motortreibersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ein Motortreibersystem und eine Motortreibervorrichtung gemäß bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist.
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Erste Ausführungsform.
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motortreibervorrichtung 200 zeigt, die bei einem Motortreibersystem gemäß einer ersten Ausführungsform verwendet wird. Wie in 1 gezeigt, ist die Motortreibervorrichtung 200 eine Antriebsvorrichtung, die einen Motor 150 antreibt, welcher eine Last ist, und zwar unter Verwendung von Leistung, die von einer Wechselstromversorgung 26 zugeführt wird. Die Motortreibervorrichtung 200 umfasst eine Wechselrichterschaltung 18, eine Wechselrichterschaltung 20, einen Glättungskondensator 22, eine Steuereinheit 23 und eine Gate-Treiberschaltung 24.
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Eine durch die Wechselspannungsversorgung 26 angelegte Wechselspannung wird durch die Wandlerschaltung 18 gleichgerichtet, um die Wechselspannung in Gleichspannung umzuwandeln. Ein Beispiel für die Wandlerschaltung 18 ist eine Vollweggleichrichtschaltung, die durch eine Diodenbrücke gebildet ist. Die Wechselrichterschaltung 20 ist mit den Ausgängen der Wandlerschaltung 18 verbunden. Die Wandlerschaltung 18 und die Wechselrichterschaltung 20 sind miteinander durch einen Gleichstrombus 27 auf hohem Potenzial und einem Gleichstrombus 28 auf niedrigem Potenzial verbunden. Der Glättungskondensator 22 ist zwischen dem Gleichstrombus 27 und dem Gleichstrombus 28 angeordnet. Die Spannung zwischen dem Gleichstrombus 27 und dem Gleichstrombus 28 wird als „Bus-Spannung“ bezeichnet. Der Glättungskondensator 22 dient dazu, die Bus-Spannung zu glätten und sie zu stabilisieren.
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Die Wechselrichterschaltung 20 wandelt die durch den Glättungskondensator 22 geglättete Gleichspannung in Wechselspannung um und legt die Wechselspannung an dem Motor 150 an. Der Motor 150 wird durch den Wechselstrom getrieben, der von der Wechselrichterschaltung 20 zugeführt wird. Ein Positionssensor 130 ist für den Motor 150 vorgesehen. Der Positionssensor 130 detektiert eine Drehposition eines nicht dargestellten Rotors des Motors 150. Ein Positionssensorsignal 132, das durch den Positionssensor 130 detektiert wird, wird in die Steuereinheit 23 eingegeben.
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Die Steuereinheit 23 umfasst einen Prozessor 23a und einen Speicher 23b. Der Prozessor 23a erzeugt einen Treiberbefehl 30 zum Steuern eines Schaltelements 21 der Wechselrichterschaltung 20 basierend auf dem Positionssensorsignal 132. Die Gate-Treiberschaltung 24 erzeugt eine Treiberspannung 32 basierend auf dem Treiberbefehl 30. Die Treiberspannung 32 ist eine Gate-Treiberspannung zum Treiben des Schaltelements 21 der Wechselrichterschaltung 20.
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Der Prozessor 23a kann ein sogenannter Mikroprozessor, Mikrocontroller, Mikrocomputer, zentrale Prozessierungseinheit (CPU) oder ein digitaler Signalprozessor (DSP) sein.
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Der Speicher 23b speichert Programme, die von dem Prozessor 23a gelesen werden sollen, Parameter, auf die von dem Prozessor 23a Bezug genommen wird, Daten, die durch von dem Prozessor 23a durchgeführten Prozessen erhalten werden, und dergleichen. Der Speicher 23b wird auch als ein Arbeitsspeicher des Prozessors 23a beim Durchführen von arithmetischen Prozessen verwendet. Der Speicher 23b ist typischerweise ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie etwa ein Wahlzugriffsspeicher (RAM), ein Flash-Speicher, ein löschbares programmierbares ROM (EPROM) oder ein elektrisch löschbares programmierbares ROM (EEPROM; registrierte Handelsmarke).
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Es sei angemerkt, dass die Wechselstromversorgung 26 in 1 eine dreiphasige Stromversorgung ist, darauf aber nicht beschränkt ist. Die Wechselstromversorgung 26 kann eine Stromversorgung mit nur einer Phase sein. In einem Fall, in dem die Wechselstromversorgung 26 eine einphasige Stromversorgung ist, weist die Wandlerschaltung 18 eine Konfiguration auf, die an die einphasige Stromversorgung angepasst ist. Ein Beispiel des Motors 150 ist ein dreiphasiger Motor. In einem Fall, in dem der Motor 150 ein dreiphasiger Motor ist, weist auch die Wechselrichterschaltung 20 eine dreiphasige Schaltungskonfiguration auf.
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2 ist ein Schaltdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration der in 1 gezeigten Wechselrichterschaltung 20 zeigt. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Wechselrichterschaltung 20 einen Strang 21A, einen Strang 21B und einen Strang 21C. Der Strang 21A, der Strang 21B und der Strang 21C sind parallel zueinander zwischen dem Gleichstrombus 27 und dem Gleichstrombus 28 geschaltet. Der Strang 21A ist ein Schaltungsteil, das ein Schaltelement 21 UP des oberen Arms und ein Schaltelement 21 UN des unteren Arms einer U-Phase umfasst, die in Reihe geschaltet sind. Der Strang 21B ist ein Schaltungsteil, das ein Schaltelement 21VP des oberen Arms und ein Schaltelement 21VN einer V-Phase umfasst, die in Reihe geschaltet sind. Der Strang 21C ist ein Schaltungsteil, das ein Schaltelement 21WP des oberen Arms und ein Schaltelement 21WN des unteren Arms einer W-Phase umfasst, die in Reihe geschaltet sind.
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Während 2 einen Fall zeigt, in dem die Schaltelemente 21UP, 21VP und 21WP des oberen Arms und die Schaltelemente 21UN, 21VN und 21WN des unteren Arms Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) beispielhaft zeigt, sind die Schaltelemente nicht hierauf beschränkt. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) können anstatt der MOSFETs verwendet werden.
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Zudem können die einzelnen Schaltelemente Dioden umfassen, die antiparallel geschaltet sind. In einem Fall, in dem die Schaltelemente MOSFETs sind, können in den MOSFETs enthaltene parasitäre Dioden verwendet werden. Parasitäre Dioden werden auch Körperdioden genannt.
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3 ist ein Schaltungsdiagramm, das zur Erläuterung einer Konfiguration der Gate-Treiberschaltung 24 der ersten Ausführungsform verwendet wird. 3 zeigt die detaillierte Verbindung der Gate-Treiberschaltung 24, die zwischen dem Prozessor 23a und der Wechselrichterschaltung 20, gezeigt in 1, angeordnet ist. Die Gate-Treiberschaltung 24 der ersten Ausführungsform ist eine Gate-Treiberschaltung mit einer gemeinsamen Versorgung.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst die Gate-Treiberschaltung 24 der ersten Ausführungsform Gate-Stromversorgungsschaltungen 24a, 24b, 24c und 24d. Die Gate-Stromversorgungsschaltungen 24a, 24b und 24c sind Gate-Stromversorgungsschaltungen für die Schaltelemente des oberen Arms. Die Gate-Stromversorgungsschaltung 24a umfasst einen Widerstand 241, einen Fotokoppler 242, welche Signalübertragungsmittel und Isolationsmittel sind, eine Ladungspumpenschaltung zum Versorgen jeder Gate-Stromversorgung des oberen Arms und eine Gleichstromversorgung 243. Die Ladungspumpenschaltung umfasst eine Gleichrichtdiode 246, einen Widerstand 245, eine 10er-Diode 247 und einen Kondensator 248. Die Gate-Stromversorgungsschaltungen 24b und 24c weisen eine Konfiguration ähnlich der der Gate-Stromversorgungsschaltung 24a auf.
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Die Gate-Stromversorgungsschaltung 24d ist eine Gate-Stromversorgungsschaltung für die Schaltelemente des unteren Arms. Die Konfiguration derselben umfasst einen Widerstand 241 und einen Fotokoppler 242 für jedes der Schaltelemente des unteren Arms und ist ähnlich zu denen der Gate-Stromversorgungsschaltung 24a, 24b und 24c für die Schaltelemente des oberen Arms, mit Ausnahme davon, dass keine Ladungspumpenschaltung vorhanden ist.
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Zudem weist die in 3 gezeigte Gate-Stromversorgungsschaltung 24d eine Konfiguration auf, die eine Gleichstromversorgung 244 als eine gemeinsame Versorgung anstatt der Gate-Versorgungen des unteren Arms umfasst. Dies liegt daran, dass bei der Wechselrichterschaltung 20 die Source-Anschlüsse der Schaltelemente des unteren Arms miteinander auf gleichem Potenzial verbunden sind und dieses Potenzial ein Referenzpotenzial für die Gate-Versorgungsschaltung 24d sein kann. Ob ein Einzelversorgungssystem oder ein gemeinsames Versorgungssystem für die Gate-Treiberschaltung verwendet wird, hängt deshalb davon ab, ob eine gemeinsame Versorgungsschaltung des oberen Arms verwendet wird oder nicht. Es ist klar, dass drei Gleichstromversorgungen anstatt einer gemeinsamen Gate-Versorgung des unteren Arms verwendet werden können.
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Wenn der Prozessor 23 einen Treiberbefehl 30 ausgibt, führt der Treiberbefehl 30 dazu, dass der Fotokoppler 242 elektrisch verbunden ist. In einem Fall, in dem beispielsweise der Treiberbefehl 30 ein Treiberbefehl zum Anschalten des Schaltelements 21UP des oberen Arms auf der U-Phase ist, wird der Fotokoppler 242 der Gate-Stromversorgungsschaltung 24a elektrisch verbunden, und die Treiberspannung 32 wird an das Schaltelement 21UP des oberen Arms angelegt. Das Schaltelement 21UP des oberen Arms wird eingeschaltet. Die anderen Schaltelemente werden auf ähnliche Weise betrieben. Wenn die elektrische Verbindung des Fotokopplers 242 unterbrochen wird, wird das Schaltelement ausgeschaltet.
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Nun wird ein Anwendungsbeispiel der Motortreibervorrichtung 200 beschrieben. 4 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Konfiguration des Motortreibersystems 300 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, die gemäß 1 die Motortreibervorrichtung 200 umfasst. Das in 4 gezeigte Motortreibersystem 300 treibt einen Linearmotor eines Bewegtmagnetsystems. Bei dem Linearmotor des Bewegtmagnetsystems ist eine Mehrzahl von Spulen in einem stationären Teil angeordnet, das auf einer Erd-Seite gebildet ist, und eine Mehrzahl von Magnetpaaren ist in einem beweglichen Teil angeordnet. Die Spulen umfassen jeweils drei Spulenelemente, die in einer Sternschaltung oder dergleichen verbunden sind.
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Als ein Beispiel der Spulen sind in 4 drei Spulen 100a, 100b und 100c in dieser Reihenfolge in einer positiven Richtung entlang x1, welches eine erste Richtung ist, auf der Erd-Seite angeordnet. Als ein Beispiel der Magnetpaare sind zudem drei Magnetpaare 120 auf einem beweglichen Wagen 124 installiert, der ein bewegbares Teil bildet. Die Spulen 100a, 100b und 100c und die drei Magnetpaare 120, die an dem beweglichen Wagen 124 installiert sind, bilden einen Linearmotor.
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Die Richtung der Magnetpole der Magnetpaare 120 ist eine Richtung y1, welches eine zweite Richtung ist. y1 ist eine Richtung, die zu x1 senkrecht ist. Die drei Magnetpaare 120 sind miteinander verbunden, und die magnetischen Nord- bzw. Südpole der einander benachbarten Paare sind um 180° umgekehrt. Wenn sich der bewegliche Rahmen 124 somit in die erste Richtung bewegt, wechseln sich die Magnetpole der Magnetpaare 120 aus Sicht der Spulenseite zwischen Nordpol und Südpol ab.
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Die Länge einer Spule in der Richtung x1 ist durch L1 dargestellt, und die Gesamtlänge der drei Magnetpaare 120 in der Richtung x1 ist durch L2 dargestellt. In dem Fall des Beispiels der 4 erfüllen L1 und L2 die Relation L1 < L2 < 2 × L1. Die Relation L1 < L2 < 2 × L1 bedeutet, dass sich die drei Magnetpaare 120 über zwei Spulen erstrecken, und zwar an jeder Position, die von den beiden Enden einer Spulengruppe mit einer Mehrzahl von Spulen verschieden ist, und dass die drei Magnetpaare 120 nie in einem Zustand sind, in dem sie sich über drei oder mehr Spulen erstrecken. Es sei angemerkt, dass abhängig von der Auslegung des Systems ein Fall auftreten kann, in dem ein Zustand erlaubt ist, in dem sie sich über drei oder mehr Spulen erstrecken. Zudem kann es, je nach Auslegung des Systems einen Fall geben, bei dem L1 > L2 ist.
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Die Motorantriebsvorrichtungen 200a, 200b und 200c sind auf der Erd-Seite angeordnet. Die Motortreibervorrichtungen 200a, 200b und 200c sind 1:1 mit den Spulen 100a, 100b bzw. 100c verbunden. Die Spule 100a wird durch einen Strom erregt, der von der Motortreibervorrichtung 200a ausgegeben wird. Als Folge davon wird die Spule 100a zu einem Elektromagneten, eine anziehende Kraft oder eine abstoßende Kraft wird zwischen der Spule 100a und den in dem beweglichen Wagen 124 angeordneten Magnetpaaren 120 erzeugt, und der bewegliche Wagen 124 bewegt sich in der positiven Richtung entlang x1.
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Zudem sind Sensoren 130a, 130b und 130c für die Spulen 100a, 100b bzw. 100c vorgesehen. Ein Beispiel für die Sensoren 130a, 130b und 130c ist ein optischer Sensor, und ein spezielles Beispiel für den optischen Sensor ist ein Strichcodeleser. Ein Strichcode 123, der ein Positionsidentifizierer ist, ist an dem beweglichen Wagen 124 auf eine solche Weise angebracht, dass er durch die Sensoren 130a, 130b und 130c, die Strichcodeleser sind, lesbar ist. Es sei angemerkt, dass die in 4 gezeigten Spulen 100a, 100b und 100c einige der Spulen sind und die Anzahl der Spulen von der Größe des Systems abhängt. Während in 4 die Spulen ohne Abstand zwischen einander angeordnet sind, können die Spulen zudem mit einem zwischenliegenden Abstand angeordnet sein. Zudem können die Sensoren 130a, 130b und 130c Magnetsensoren sein. In diesem Fall muss der Strichcode 123 nicht an dem beweglichen Wagen 124 vorzusehen sein.
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Die Motorantriebsvorrichtung 200a ist mit der Motortreibervorrichtung 200b durch eine Kommunikationsleitung 106 verbunden, und die Motortreibervorrichtung 200b ist mit der Motortreibervorrichtung 200c durch eine Kommunikationsleitung 106 verbunden. Die Motortreibervorrichtungen 200a, 200b und 200c sind somit durch die Kommunikationsleitungen 106 in Reihe geschaltet. Die Motortreibervorrichtung 200a ist ferner durch die Kommunikationsleitung 106 mit einer Steuerung 125 verbunden, welche eine Hauptsteuerungsvorrichtung ist.
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Die Steuerung 125 erzeugt einen Steuerbefehl 140. Der Steuerbefehl 140 wird an die Motortreibervorrichtung 200a über die Kommunikationsleitung 106 übertragen. Der Steuerbefehl 140 umfasst einen Betriebsbefehl, einen Positionsbefehl, einen Geschwindigkeitsbefehl und einen Motorsteuerungsfreigabebefehl. Ein Betriebsbefehl ist ein Befehlswert oder ein Befehlssignal zum Bestimmen, ob der bewegliche Wagen 124, der das bewegbare Teil ist, arbeiten oder stoppen soll. Ein Positionsbefehl ist ein Befehlswert oder ein Befehlssignal zur Angabe der Position des beweglichen Wagens 124. Ein Geschwindigkeitsbefehl ist ein Befehlswert oder ein Befehlssignal zur Angabe der Geschwindigkeit des beweglichen Wagens 124. Ein Motorsteuerungsfreigabebefehl wird nachfolgend beschrieben.
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Die Motortreibervorrichtung 200a überträgt den erhaltenen Steuerbefehl 140 an die Motortreibervorrichtung 200b. Die Motortreibervorrichtung 200b überträgt den erhaltenen Steuerbefehl 140 an die Motortreibervorrichtung 200c. Es sei angemerkt, dass das Verbindungsbeispiel in 4 lediglich ein Beispiel ist und die Verbindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Jegliche Konfiguration der Verbindung, bei der der durch die Steuerung 125 erzeugte Steuerbefehl 140 an die Motortreibervorrichtungen 200a, 200b und 200c übertragen werden kann, kann verwendet werden. Während die Verbindung in 4 drahtgebunden bereitgestellt ist, kann zusätzlich eine drahtlose Verbindung vorgesehen sein.
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Nun wird der Betrieb des in 4 gezeigten Motortreibersystems 300 zusätzlich zu 4 noch unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 beschrieben. 5 ist ein Diagramm, das einen Betriebszustand unmittelbar vor dem Umschalten einer Spule zur Aktivierung der Motorsteuerung von einer ersten Spule auf eine zweite Spule in 4 zeigt. 6 ist ein Diagramm, das einen Betriebszustand unmittelbar nach dem Umschalten der zweiten Spule in 4 zur Freigabe der Motorsteuerung zeigt. 7 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern des Betriebs des in 4 gezeigten Motortreibersystems 300. Um weitere Informationen zur Erläuterung der Figuren anzugeben, zeigt 4 einen Zustand des Betriebs in einem Fall, in dem die Spule zur Freigabe der Motorsteuerung die erste Spule ist. Zudem zeigt 7 den Betrieb, wenn die Spule zur Freigabe der Motorsteuerung von der ersten Spule auf die zweite Spule umgeschaltet wird.
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In 7 gibt die Steuerung 25 zunächst zu einem Zeitpunkt t1 einen Positionsbefehl an die Motortreibervorrichtung 200a aus (siehe 7(d)), und sie gibt einen Motorsteuerungsfreigabebefehl an die Motortreibervorrichtung 200a aus (siehe 7(f)). In den 7(f) und 7(g) wird ein Zustand, in dem ein Motorsteuerungsfreigabebefehl erhalten ist und die Motorsteuerung somit möglich ist, durch „AN“ angegeben, und ein Zustand, in dem kein Motorsteuerungsfreigabebefehl erhalten wird und die Motorsteuerung nicht möglich ist, wird durch „AUS“ angegeben. Der Betriebszustand der Motortreibervorrichtung 200a wird zwischen AUS und AN umgeschaltet, und deren Betrieb wird somit gestartet. Wenn die Motortreibervorrichtung 200a in dem AN-Zustand ist, erregt die Motortreibervorrichtung 200a die Spule 100a, der bewegliche Wagen 124 wird somit zur Bewegung angetrieben, und die Position des beweglichen Wagens 124 ändert sich somit (siehe 7(a)). 7(b) gibt Positionsinformationen zu dem beweglichen Wagen 124 an, welche durch den Sensor 130a detektiert werden. Die Positionsinformationen werden an die Steuerung 125 über die Motortreibervorrichtung 200a übertragen. Es sei angemerkt, dass, obwohl die Position des beweglichen Wagens 124 zur Zeit t1, zu der der Positionsbefehl an die Motortreibervorrichtung 200a in 7 ausgegeben wird, sich ändert, es klar ist, dass die Änderung der Position des beweglichen Wagens 124 tatsächlich später auftritt als die Änderung des Positionsbefehls, und zwar aufgrund einer Zeitverzögerung bei der Steuerung.
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Zu dem Zeitpunkt t1 wird dann kein Motorsteuerungsaktivierungssignal an die Motortreibervorrichtung 200b ausgegeben, und der Betriebszustand der Motortreibervorrichtung 200b bleibt AUS (siehe 7(g)). Weitere Erläuterungen zu dem Motorsteuerungsfreigabebefehl werden nun angegeben. Wie vorangehend beschrieben, ist der Motorsteuerungsfreigabebefehl einer der Steuerbefehle 140, die von der Steuerung 125 ausgegeben werden. Wenn ein Motorsteuerungsfreigabebefehl ausgegeben wird, bestimmt die Steuerung 125 eine Motortreibervorrichtung, um die Motorsteuerung zu ermöglichen. Es sei angemerkt, dass nicht gleichzeitig eine Mehrzahl von Motortreibervorrichtungen für einen beweglichen Wagen 124 bestimmt wird.
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Es wird nun wieder auf die 7 Bezug genommen, bei der der Positionsbefehl an die Motortreibervorrichtung 200a bis nach dem Zeitpunkt t3 bis hin zu dem Zeitpunkt t12 beibehalten wird, und ein Positionsbefehl an die Motortreibervorrichtung 200b zu dem Zeitpunkt 111 vor dem Zeitpunkt t3 gestartet wird. Die Positionsbefehle an die Motortreibervorrichtungen 200a und 200b überlappen einander somit zwischen dem Zeitpunkt t11 und dem Zeitpunkt t12. Der Motorsteuerungsfreigabebefehl an die Motortreibervorrichtung an die Motortreibervorrichtung 200a und ein Motorsteuerungsfreigabebefehl an die Motortreibervorrichtung 200b werden hingegen zu dem Zeitpunkt t3 auf eine solche Weise umgeschaltet, dass die Motorsteuerungsfreigabebefehle einander nicht überlappen (siehe 7(f) und 7(g)). 5 zeigt den Zustand zu der Zeit 111, und 6 zeigt den Zustand zu dem Zeitpunkt t12.
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In dem Fall der 5 und 6 sind beide Sensoren 130a und 130b an Positionen, an denen der Strichcode 123 lesbar ist, weshalb beide Sensoren 130a und 130b Positionsinformation detektieren (siehe 7(b) und 7(c)). Obwohl dies nicht dargestellt ist, der Zeitpunkt t2 ist die Zeit, zu der ein rechtes Ende des Strichcodes 123 den Sensor 130b erreicht, und die Zeit t4 ist die Zeit, zu der ein linkes Ende des Strichcodes 123 den Sensor 130a verlässt.
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In dem Fall des Linearmotors des Bewegtmagnetsystems weisen die Magnetpaare 120, die an dem beweglichen Wagen 124 montiert sind, eine endliche Länge auf, und eine Spule alleine kann den beweglichen Wagen 124 nicht über den gesamten Bereich bewegen. Deshalb wird, wie in den 5 und 6 gezeigt, die Möglichkeit der Motorsteuerung zu einem Zeitpunkt umgeschaltet, wenn sich der bewegliche Wagen 124 um eine Strecke bewegt hat und die Länge des Teils der Spule 100b, welches die zweite Spule ist, und welche den Magnetpaaren 120 zugewandt ist, länger wird als die Länge des Teils der Spule 100a, welches die erste Spule ist und welche den Magnetpaaren 120 zugewandt ist. Das Umschalten von der Spule 100b auf die Spule 100c kann auf ähnliche Weise durchgeführt werden. In dem Fall des Umschaltens von der Spule 100b auf die Spule 100c ist die Spule 100b die erste Spule und die Spule 100c ist die zweite Spule. Wenn eine Motortreibervorrichtung, die die erste Spule erregt, zudem als eine erste Motortreibervorrichtung bezeichnet wird und eine Motortreibervorrichtung, die die zweite Spule erregt, als eine zweite Motortreibervorrichtung bezeichnet wird, ist die Motortreibervorrichtung 200b, die die Spule 100b treibt, die erste Motortreibervorrichtung, und die Motortreibervorrichtung 200c, die die Spule 100c treibt, ist die zweite Motortreibervorrichtung.
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Nun wird die Beziehung von Komponenten erklärt, die in den Motorantriebsvorrichtungen 200a und 200b in einem Fall enthalten sind, wo die erste Motorantriebsvorrichtung die Motorantriebsvorrichtung 200a ist und die zweite Motorantriebsvorrichtung die Motorantriebsvorrichtung 200b ist. Die Steuereinheit 23 der Motorantriebsvorrichtung 200a ist eine erste Steuereinheit, und die Steuereinheit 23 der Motortreibervorrichtung 200b ist eine zweite Steuereinheit. In diesem Fall ist der Treiberbefehl 30, der durch die Motortreibervorrichtung 200a erzeugt wird, ein erster Treiberbefehl, und der Treiberbefehl 30, der durch die Motortreibervorrichtung 200b erzeugt wird, ist ein zweiter Treiberbefehl. Zudem ist die Wechselrichterschaltung 20 der Motortreibervorrichtung 200a eine erste Wechselrichterschaltung, und die Wechselrichterschaltung 20 der Motortreibervorrichtung 200b ist eine zweite Wechselrichterschaltung. Die Schaltelemente 21UP, 21VP und 21WP des oberen Arms der Motortreibervorrichtung 200a sind erste Schaltelemente des oberen Arms, und die Schaltelemente 21UP, 21VP und 21WP des oberen Arms der Motortreibervorrichtung 200b sind zweite Schaltelemente des oberen Arms. Die Schaltelemente 21UN, 21VN, 21WN des unteren Arms der Motortreibervorrichtung 200a sind erste Schaltelemente des unteren Arms, und die Schaltelemente 21UN, 21VN und 21WN des unteren Arms der Motortreibervorrichtung 200b sind zweite Schaltelemente des unteren Arms. Die Gate-Treiberschaltung 24 der Motortreibervorrichtung 200a ist eine erste Gate-Treiberschaltung, und die Gate-Treiberschaltung 24 der Motortreibervorrichtung 200b ist eine zweite Gate-Treiberschaltung. Ferner ist die Gate-Stromversorgung des oberen Arms der Motortreibervorrichtung 200a eine erste Gate-Stromversorgung des oberen Arms, und die Gate-Stromversorgung des oberen Arms der Motortreibervorrichtung 200b ist eine zweite Gate-Stromversorgung des oberen Arms.
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Während oben ein Fall beschrieben wurde, in dem die Anzahl der zu bewegenden beweglichen Wagen 124 gleich 1 ist, ist die Anzahl der beweglichen Wagen nicht hierauf beschränkt. Die Anzahl der zu bewegenden beweglichen Wagen 124 kann größer als 1 sein. In einem Fall, in dem die Anzahl der zu bewegenden beweglichen Wagen 124 größer als 1 ist, wird für jeden der beweglichen Wagen 124 eine erste Motortreibervorrichtung bestimmt. Zudem wird das Umschalten der Spulen der Motortreibervorrichtung für jeden der beweglichen Wagen 124 wie vorangehend beschrieben durchgeführt.
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Obwohl in dem Beispiel der 4 bis 6 beschrieben wurde, dass sich der bewegliche Wagen 124 in die positive Richtung von x1 bewegt, kann sich der bewegliche Wagen 124 auch in die negative Richtung von x1 bewegen. In einem Fall, in dem der bewegliche Wagen 124 sich in die negative Richtung von x1 bewegt, wird das Umschalten von der Spule 100b auf die Spule 100a durchgeführt. In diesem Fall wird die erste Spule von der Spule 100c auf die Spule 100b umgeschaltet, und die zweite Spule wird von der Spule 100b auf die Spule 100a umgeschaltet. Zudem wird die erste Motortreibervorrichtung von der Motortreibervorrichtung 200c auf die Motortreibervorrichtung 200b umgeschaltet, und die zweite Motortreibervorrichtung wird von der Motortreibervorrichtung 200b auf die Motortreibervorrichtung 200a umgeschaltet.
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Obwohl in dem Beispiel der 5 und 6 ein Beispiel beschrieben wurde, bei dem die Freigabe der Motorsteuerung basierend auf den Längen der den Magnetpaaren 120 zuweisenden Teilen umgeschaltet wird, ist das Umschalten nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Es gibt verschiedene Techniken zum Umschalten von Spulen, und andere Techniken können verwendet werden. In einem Beispiel kann die Freigabe der Motorsteuerung basierend auf dem Detektionspegel des Positionssensorsignals 132 umgeschaltet werden.
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In einem Fall der Gate-Treiberschaltung 24 mit einer Gate-Stromversorgung die eine Ladungspumpenschaltung umfasst, muss das Umschalten der Schaltelemente des unteren Arms fortgesetzt werden, selbst wenn die Motorsteuerung unnötig ist, um die Gate-Stromversorgung des oberen Arms sicherzustellen. In einem Fall, in dem das Umschalten der Schaltelemente des unteren Arms fortgesetzt wird, wird durch dynamische Bremsen ein Bremsstrom verursacht, der eine Bremskraft auf den Motor verursacht und den Motor somit verzögert.
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Die Beziehung zwischen einer Kurvenform der Gate-Versorgungsspannung an der Ladungspumpenschaltung der in 3 gezeigten Gate-Treiberschaltung 24 und einem Gate-Signal (Gate-Treibersignal) eines Schaltelements des unteren Arms wird nun erläutert. 8 ist ein Graph, der zur Erläuterung der Beziehung zwischen einer Kurvenform der in 3 gezeigten Gate-Versorgungsspannung des oberen Arms und einem Gate-Signal des Schaltelements des unteren Arms verwendet wird. Der in 8 gezeigte Vorgang wird durchgeführt, während der Motorsteuerungsfreigabebefehl AUS ist. Beispielsweise wird für die Motortreibervorrichtung 200a ein Vorgang des AN-Schaltens des Gate-Signals des Schaltelements des unteren Arms während einer bestimmten Zeitdauer wie in 8 gezeigt durchgeführt, während der in 7(f) gezeigte Motorsteuerungsfreigabebefehl AUS ist (nach dem Zeitpunkt t3).
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Eine in 8 gezeigte Zeit Tan ist eine AN-Zeit des Schaltelements des unteren Arms, und eine Zeit Taus ist eine AUS-Zeit des Schaltelements des unteren Arms. Eine Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms ist eine Versorgungsspannung an einer Ausgangsseite des Fotokopplers 242. Insbesondere ist die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms gleich einer Spannung die zwischen einem Verbindungspunkt, der eine Spannungseingangsseite des Fotokopplers 242 und eine Kathodenseite der Gleichrichtdiode 246 verbindet, und einem Verbindungspunkt angelegt ist, der eine Spannungsausgangsseite des Fotokopplers 242 und eine Anodenseite der Zener-Diode 247 verbindet.
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Eine benötigte Versorgungsspannung 303 ist eine Versorgungsspannung der Gate-Versorgung des oberen Arms, die notwendig ist, um das Schaltelement des oberen Arms zu treiben. Die Versorgungsspannung für den Betrieb des Schaltelements des unteren Arms zum vollständigen Laden der Ladungspumpenschaltung ist eine Versorgungsspannung, die größer ist als die Versorgungsspannung, die zum Betreiben des Schaltelements des oberen Arms nötig ist. Die Motortreibervorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform stellt die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms so bereit, dass sie nicht kleiner wird als die benötigte Versorgungsspannung 303.
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Ein Spannungsabnahmewert ya ist ein Wert, um den die Versorgungsspannung 305 des oberen Arms abnimmt während das Schaltelement des unteren Arms AUS ist. Ein Spannungszunahmewert yb ist ein Wert, um den die Versorgungsspannung 305 des oberen Arms ansteigt, während das Schaltelement des unteren Arms AUS ist.
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Eine Gate-Versorgungsspannung V0 ist eine Versorgungsspannung, die der Gate-Versorgungsschaltung 24a durch die Gleichstromversorgung 243 zugeführt wird. Eine Spannung Vini ist eine aufgeladene Spannung der Gate-Versorgung des oberen Arms. Die Spannung Vini weist einen Spannungswert auf, der größer ist als die nötige Versorgungsspannung 303. Eine Zeit Toffset ist eine Zeit, die nötig ist, damit die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms von 0 V bis zu einem unteren Grenzspannungswert des Spannungsanstiegswerts yb ansteigt. Der untere Grenzspannungswert des Spannungsanstiegswerts yb ist ein erster Spannungswert in einem Fall, in dem der Spannungsanstiegswert des ersten Spannungswerts auf einem zweiten Spannungswert der Spannungsanstiegswert yb ist. Die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms steigt während der Zeit Toffset von 0 V auf den ersten Spannungswert an, und danach steigt sie während der Zeit Tan um den Spannungsanstiegswert yb an, um den zweiten Spannungswert zu erreichen.
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Die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms erniedrigt sich während der Zeitdauer Taus. Die Motortreibervorrichtung 200 erhöht die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms durch AN-Schalten des Schaltelements des unteren Arms zu einem Zeitpunkt, zu dem die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms die Spannung Vini erreicht. Die Motortreibervorrichtung 200 wiederholt diese Vorgänge, um die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms so zu betreiben, dass die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms nicht kleiner wird als die nötige Versorgungsspannung 303.
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In einem Fall, in dem die Motortreibervorrichtung 200a die erste Motortreibervorrichtung ist, stoppt beispielsweise die erste Steuereinheit die Ausgabe des ersten Treiberbefehls an die ersten Schaltelemente des oberen Arms während einer Zeitdauer, in der kein Motorsteuerungsfreigabebefehl erhalten wird. Sie setzt das Umschalten der ersten Schaltelemente des unteren Arms der ersten Wechselrichterschaltung zu einem ersten Zeitpunkt fort, zu dem die für den Betrieb der ersten Schaltelemente des oberen Arms nötige erste Gate-Versorgung des oberen Arms bereitgestellt werden kann, und sie gibt bei Erhalt eines Motorsteuerungsfreigabebefehls einen ersten Treiberbefehl aus. In einem Fall, in dem die Motorantriebsvorrichtung 200b die zweite Motorantriebsvorrichtung ist, stoppt die zweite Steuereinheit die Ausgabe eines zweiten Treiberbefehls an die zweiten Schaltelemente des oberen Arms während einer Zeitdauer, in der kein Motorsteuerungsfreigabebefehl erhalten wird, sie setzt das Umschalten der zweiten Schaltelemente des unteren Arms der zweiten Wechselrichterschaltung an einem zweiten Zeitpunkt fort, an dem die für den Betrieb der zweiten Schaltelemente des oberen Arms nötige zweite Gate-Versorgung des oberen Arms bereitgestellt werden kann, und sie gibt bei Erhalt eines Motorsteuerungsfreigabebefehls einen zweiten Treiberbefehl aus.
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Ein Beispiel der AN-Zeit des Schaltelements des unteren Arms beim Umschalten zu dem ersten Zeitpunkt ist eine kleinste AN-Zeit, die es ermöglicht, dass die erste Gate-Versorgung des oberen Arms bereitgestellt werden kann. Ein Beispiel der AN-Zeit des Schaltelements des unteren Arms beim Umschalten zu dem zweiten Zeitpunkt ist eine kleinste AN-Zeit, die es ermöglicht, dass die zweite Gate-Versorgung des oberen Arms bereitgestellt werden kann.
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Die Zeit Tan der Ladungspumpenschaltung (die AN-Zeit des Schaltelements des unteren Arms) ist am kleinsten, wenn die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms gleich oder größer ist als die nötige Versorgungsspannung 303, und der Spannungsabfallwert ya ist gleich dem Spannungsanstiegswert yb. Der Spannungsabfallwert ya wird durch die unten stehende Formel (1) ausgedrückt. Der Spannungsanstiegswert yb wird durch die unten stehende Formel (2) ausgedrückt. Auf diese Weise ist die AN-Zeit des Schaltelements des unteren Arms dann, wenn der Spannungsabfallwert ya gleich dem Spannungsanstiegswert yb ist, die kleinste AN-Zeit (die kleinste Zeit Tan). Die kleinste AN-Zeit ist die kleinste der AN-Zeiten während der die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms gleich oder größer ist als die nötige Versorgungsspannung 303. In einem Fall, in dem die erste Motortreibervorrichtung die Motortreibervorrichtung 200a ist und die zweite Motortreibervorrichtung die Motortreibervorrichtung 200b ist, ist die kleinste AN-Zeit bei der Motortreibervorrichtung 200a eine erste kleinste AN-Zeit, und die kleinste AN-Zeit bei der Motortreibervorrichtung 200b ist eine zweite kleinste AN-Zeit. In der nachfolgenden Beschreibung kann die kleinste AN-Zeit des Schaltelements des unteren Arms als eine kleinste AN-Zeit des unteren Arms bezeichnet werden.
Formel 1:
Formel 2:
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Der Spannungsanstiegswert yb, der durch die Formel (2) ausgedrückt wird, erhöht sich basierend auf einer CR-Zeitkonstanten (Ladezeitkonstante) einer typischen CR-Schaltung mit dem Widerstand 255 und dem Kondensator 248 der Ladepumpenschaltung und der Gleichstromversorgung 243. Da die Ladepumpenschaltung das Laden aus einem Zustand beginnt, indem die Gate-Versorgungsspannung 305 des oberen Arms in einem gewissen Ausmaß bereitgestellt ist, muss in diesem Fall die Erhöhung der Spannung durch Subtrahieren der Spannung Vini berechnet werden. Da die Spannung der Gate-Treiberschaltung 24 mit einem näherungsweisen Gleichstrom von dem Kondensator 248 zugeführt wird, ist hingegen der Spannungsabnahmewert ya, der durch die Formel (1) ausgedrückt wird, basierend auf einem Spannungsabfall bei der Gleichstromentladung des Kondensators 248 verringert.
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Das Motortreibersystem 300 der ersten Ausführungsform verwendet die Gate-Treiberschaltung 24 des gemeinsamen Versorgungssystems und steuert die AN-Zeit des Schaltelements des unteren Arms so, dass der Spannungsabfallwert ya und der Spannungszunahmewert yb einander gleich werden, was die AN-Zeit des Schaltelements des unteren Arms beim Einwirken dynamischer Bremsen minimieren kann. Als Folge davon kann das Motortreibersystem 300 das Auftreten dynamischer Bremsen minimieren wenn die Gate-Versorgung des oberen Arms bereitgestellt wird.
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Zudem lädt das Motortreibersystem 300 die Ladepumpenschaltung während der Ruhezeit des Wechselrichters, was den Bedarf an einem Vorladevorgang, der ein Nachteil des herkömmlichen Versorgungssystems beim Umschalten der Motorsteuerung von AUS nach AN ist, unnötig macht und die Zeitdauern eliminiert, während denen beim Spulen umschalten eine Steuerung nicht durchgeführt wird. Als Folge davon kann das Motortreibersystem 300 eine effiziente Motorsteuerung mit einer kostengünstigen Motortreiberschaltung erreichen, die mit dem Einzel-Versorgungssystem nicht erreicht werden kann.
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In einem Fall des Linearmotors des Bewegtmagnetsystems gibt es zudem Fälle, in denen sowohl die erste Spule als auch die zweite Spule mit den Magnetpaaren 120 überlappen, und zwar bei dem Vorgang, bei dem die Magnetpaare 120 von der ersten Spule zu der zweiten Spule umschalten, wie dies in 4 gezeigt ist. Wenn die Motorsteuerung nicht freigegeben ist, wird jedoch bei der Technik der ersten Ausführungsform das Schaltelement des oberen Arms nicht ANgeschaltet, und die AN-Zeit des Schaltelements des unteren Arms ist sehr klein. Deshalb können das Auftreten von Störungen und die Wirkungen aufgrund dynamischer Bremsen minimiert werden, und das Umschalten zwischen Spulen an Verbindungspunkten der Spulen kann geschmeidig durchgeführt werden.
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Wenn die kleinste AN-Zeit des unteren Arms gleich der Hälfte des Kehrwerts der Umschaltfrequenz F basierend auf der Beziehung zwischen dem Widerstand 245 und dem Kondensator 248 der Ladepumpenschaltung und der Schaltfrequenz F ist, wird jedoch selbst die AN-Zeit des Schaltelements des unteren Arms größer. Wenn ein Tastverhältnis, das ein Durchteilen der AN-Zeit des Schaltelements des unteren Arms durch die Betriebszeit des Schaltelements des unteren Arms erhaltener Wert ist, 50 % oder größer ist, werden deshalb die Bremskräfte oft durch den Einfluss dynamischer Bremsen verursacht. Die Motortreibervorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform kann deshalb die Schaltfrequenz F verwenden, die eine durch die unten stehende Formel (3) ausgedrückte Bedingung erfüllt. Insbesondere kann die CR-Zeitkonstante für die Motortreibervorrichtung 200 so eingestellt werden, dass die Schaltfrequenz F kleiner wird als ein Kehrwert eines Werts, der durch Multiplizieren der CR-Zeitkonstante mit 2 erhalten wird, welche aus den Konstanten des Widerstands 245 und des Kondensators 248 bestimmt wird.
Formel 3:
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Mit dem Motortreibersystem gemäß der ersten Ausführungsform gibt, wie vorangehend beschrieben, die Hauptsteuervorrichtung einen Motorsteuerungsfreigabebefehl an entweder die erste Motortreibervorrichtung oder die zweite Motortreibervorrichtung aus, und die erste Motortreibervorrichtung bzw. die zweite Motortreibervorrichtung stoppt die Ausgabe eines Treiberbefehls an den oberen Arm während einer Zeitdauer, in der kein Motorsteuerungsfreigabebefehl erhalten wird, und sie geben einen Treiberbefehl an den unteren Arm so aus, dass die AN-Zeit kleiner ist als Taus. Dies ermöglicht ein geschmeidiges Umschalten zwischen der durch die erste Motortreibervorrichtung erregten ersten Spule und der durch die zweite Motortreibervorrichtung erregten zweiten Spule.
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Zudem kann das Motortreibersystem gemäß der ersten Ausführungsform für einen Linearmotor verwendet werden, der einen ersten Motor mit einer ersten Spulenanordnung in einem stationären Teil und eine Mehrzahl von Magnetpaaren umfasst, die in einem sich bewegenden Teil angeordnet sind, das dazu konfiguriert ist, sich hin zu der positiven Seite und der negativen Seite in der ersten Richtung zu bewegen, und einen zweiten Motor umfasst, der eine zweite Spule aufweist, die in dem stationären Teil angeordnet ist und benachbart zu der ersten Spule auf der positiven Seite in der ersten Richtung liegt und eine Mehrzahl von Magnetpaaren umfasst. In diesem Fall werden die durch die erste Motortreibervorrichtung erregte erste Spule und die durch die zweite Motortreibervorrichtung erregte zweite Spule so umgeschaltet, dass eine Spule nacheinander auf eine weitere Spule umgeschaltet wird, die auf der positiven Seite oder negativen Seite in der ersten Richtung benachbart ist, und zwar mit Bewegung des sich bewegenden Teils. Zudem gibt die Hauptsteuervorrichtung einen Motorsteuerungsfreigabebefehl an entweder die erste oder die zweite Motortreibervorrichtung aus, und die erste bzw. die zweite Steuereinheit stoppt die Ausgabe eines Treiberbefehls an den oberen Arm während einer Zeitdauer, während der kein Motorsteuerungsfreigabebefehl erhalten wird, und sie gibt einen Treiberbefehl an den unteren Arm so aus, dass die AN-Zeit kleiner ist als Taus. Selbst wenn eine Zeitdauer, während der sowohl die erste Spule als auch die zweite Spule mit den Magnetpaaren überlappen, vorhanden ist, werden nicht sowohl die erste als auch die zweite Spule gleichzeitig erregt, die Schaltelemente sind AUS, außer während der kurzen Zeitdauer, in der ein Treiberbefehl an den unteren Arm AN ist und kein dynamischer Bremsstrom fließt. Dies kann das Auftreten dynamischer Bremsen reduzieren. Dies ermöglicht auch das geschmeidige Umschalten zwischen der durch die erste Motortreibervorrichtung erregten ersten Spule und der durch die zweite Motortreibervorrichtung erregten zweiten Spule.
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Zur sofortigen Bestimmung dahingehend, ob die Motorsteuerung aktiviert ist oder nicht, kann zusätzlich Informationen zu den Motorsteuerungsfreigabebefehlen, die von der Hauptsteuervorrichtung übertragen werden, in Form eines Parameters in dem Speicher 23b gespeichert werden. Dies erleichtert die Koexistenz bestehender Funktionen und neuer Funktionen und kann somit die Herstellungskosten des Systems reduzieren. Ein Beispiel eines Verfahrens zum Verwenden des Parameters wird nachfolgend dargestellt.
- (1) Normale Motorsteuerung
- - Der Parameter wird auf „0“ gesetzt.
- - Wenn der Parameter „0“ ist, sind alle Schaltelemente AUS, während kein Motorsteuerungsfreigabebefehl ausgegeben wird.
- (2) Bewegtmagnetsteuerung
- - Der Parameter wird auf „1“ gesetzt.
- - Wenn der Parameter „1“ ist, sind die Schaltelemente des oberen Arms AUS, während kein Motorsteuerungsfreigabebefehl ausgegeben wird, und das Umschalten der Schaltelemente des unteren Arms wird zum ersten Zeitpunkt und zum zweiten Zeitpunkt fortgesetzt.
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Zweite Ausführungsform.
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Bei einer Konfiguration eines Systems, bei dem gesteuerte Objekte während des Betriebs eines Motors wie bei der ersten Ausführungsform umgeschaltet werden, muss die Motorsteuerung an einem Motor gestartet werden, der beispielsweise mit einer hohen Geschwindigkeit dreht. Solche Umstände werden bei Motortreibervorrichtungen des Stands der Technik nicht betrachtet. Eine Schutzfunktion im Stand der Technik verursacht deshalb einen Alarm zu einem Positionsfehler, einem Geschwindigkeitsdetektionsfehler, einem Positionsdetektionsfehler, einem Geschwindigkeitsbefehlsfehler oder dergleichen, die ausgegeben werden, obwohl kein Fehler vorhanden ist. In einer zweiten Ausführungsform wird deshalb ein Steuerverfahren zum Reduzieren der fälschlichen Detektion des Alarms unter Verwendung des in der ersten Ausführungsform beschriebenen Motorsteuerungsfreigabebefehl vorgeschlagen.
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9 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern des Betriebs eines Motortreibersystems gemäß der zweiten Ausführungsform. In 9 sind Kurvenformen (a) bis (g) gleich denen in 7 gezeigten. Bei der zweiten Ausführungsform wird eine Zeitdauer, während der Alarmdetektion möglich ist, eingestellt, um die fälschliche Detektion des Alarms zu reduzieren (siehe 9(h) und 9(i)). Insbesondere wird zwischen dem Zeitpunkt t21 (Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt t1) und dem Zeitpunkt t22 (Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt t3) eine Alarmdetektionsfreigabezeitdauer für die Motortreibervorrichtung 200a eingestellt. Die Alarmdetektionsfreigabezeitdauer wird durch die Steuerung 125 eingestellt. Es sei angemerkt, dass, während die Alarmdetektionsfreigabezeitdauer kürzer ist als eine Zeitdauer, während der ein Motorsteuerungsfreigabebefehl in 9 ausgegeben wird, die Alarmdetektionsfreigabezeitdauer gleich der Zeitdauer sein kann, während der der Motorsteuerungsfreigabebefehl ausgegeben wird. Wenn die Zeitdauern die gleichen sind, wird das Zeitmanagement erleichtert und die Steuerung wird vereinfacht.
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Gemäß dem Motortreibersystem gemäß der zweiten Ausführungsform wird die Alarmdetektionsfreigabezeitdauer basierend auf dem Motorsteuerungsfreigabebefehl eingestellt, was die Ausgabe von Alarmen verhindert, die durch einen unbeabsichtigten Betrieb ausgelöst werden, der während einer Zeitdauer durchgeführt wird, während der die Motorsteuerung nicht freigegeben ist.
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Gemäß dem Motortreibersystem gemäß der zweiten Ausführungsform wird zudem eine Alarmdetektionsfreigabezeitdauer eingestellt, die kürzer ist als die Zeitdauer, während der die Motorsteuerung freigegeben ist, was die Möglichkeit der Ausgabe von Alarmen reduziert, die durch falsche Detektion verursacht werden.
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Die in den obigen Ausführungsformen gezeigten Konfigurationen sind Beispiele der vorliegenden Erfindung, und sie können mit anderen bekannten Techniken kombiniert werden oder teilweise weggelassen oder abgewandelt werden, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 18
- Wandlerschaltung;
- 20
- Wechselrichterschaltung;
- 21
- Schaltelement;
- 21A bis 21C
- Strang;
- 21UN, 21VN, 21WM
- Schaltelement des unteren Arms;
- 21UP, 21VP, 21WP
- Schaltelement des oberen Arms;
- 22
- Glättungskondensator;
- 23
- Steuereinheit;
- 23a
- Prozessor;
- 23b
- Speicher;
- 24
- Gate-Treiberschaltung;
- 24a, 24b, 24c, 24d
- Gate-Versorgungsschaltung;
- 26
- Wechselstromversorgung;
- 27, 28
- Gleichstrombus;
- 30
- Treiberbefehl;
- 32
- Treiberspannung;
- 100a, 100b, 100c
- Spule;
- 106
- Kommunikationsleitung;
- 120
- Magnetpaar;
- 123
- Strichcode;
- 124
- beweglicher Wagen;
- 125
- Steuerung;
- 130
- Positionssensor;
- 130a, 130b, 130c
- Sensor;
- 132
- Positionssensorsignal;
- 140
- Steuerbefehl;
- 150
- Motor;
- 200, 200a, 200b, 200c
- Motortreibervorrichtung;
- 241, 245
- Widerstand;
- 242
- Fotokoppler;
- 243, 244
- Gleichstromversorgung;
- 246
- Gleichrichtdiode;
- 247
- Zener-Diode;
- 248
- Kondensator;
- 300
- Motortreibersystem.
