DE112021007266T5

DE112021007266T5 - Motorsteuervorrichtung, motorsteuerverfahren und programm

Info

Publication number: DE112021007266T5
Application number: DE112021007266.8T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Ono; Kotaro ASABA
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2023-12-21
Also published as: JP2022137360A; CN116802987A; WO2022190546A1; US20240120858A1

Abstract

Ein Anstieg des Rauschens kann unterdrückt werden. Eine Motorsteuervorrichtung enthält N Wechselrichter, die so konfiguriert sind, dass sie N Motoren, die über Energiekabel verbunden sind, jeweils auf der Grundlage von PWM-Signalen steuern, und einen Phasenregler, der so konfiguriert ist, dass er die Phasen von N Trägersignalen bestimmt, die zum Erzeugen von PWM-Signalen verwendet werden sollen, die den N Wechselrichtern zugeführt werden sollen, so dass eine Summe von N Vektoren, die durch Rauschbeträge dargestellt werden, die sich auf die jeweiligen N Motoren beziehen, zu Null wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuervorrichtung, ein Motorsteuerverfahren und ein Programm.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Konventionell gibt es eine Motorsteuervorrichtung (auch als „Treiber“ bezeichnet), in der ein PWM-Signal an jeden von N Wechselrichtern übertragen wird, die jeweils N (N ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) Motoren (Achsen) steuern, und die N Wechselrichter steuern den Betrieb der N Motoren (Achsen) (siehe z. B. Patentdokumente 1-3).
DOKUMENT ZUM STAND DER TECHNIK
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 6528138
Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 6211336
Patentdokument 3: Japanisches Patent Nr. 6781190

Der Wechselrichter enthält eine Vielzahl von Schaltelementen, und jedes Schaltelement führt einen Schaltvorgang gemäß einem PWM-Signal durch und liefert einen Strom jeder Phase von UVW an den Motor über ein Energiekabel. Das jedem Wechselrichter zugeführte PWM-Signal wird unter Verwendung eines Trägersignals (Dreieckswelle) und eines Befehlssignals für den Betrieb des Motors erzeugt. Bei einer solchen Motorsteuervorrichtung besteht das Problem, dass die Trägersignale zwischen den Achsen auf der gleichen Phase synchronisiert sind, und wenn der Strom des Motors auf Null geregelt wird, überschneiden sich die Schaltzeiten zwischen den Achsen, und das beim Schalten der Schaltelemente entstehende Rauschen nimmt zu.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Motorsteuervorrichtung, ein Motorsteuerverfahren und ein Programm bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Rauschzunahme zu unterdrücken.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Die vorliegende Offenbarung umfasst eine Motorsteuervorrichtung, die Folgendes umfasst:

N Wechselrichter, die so konfiguriert sind, dass sie N Motoren, die über Energiekabel verbunden sind, jeweils auf der Grundlage von PWM-Signalen steuern; und
einen Phasenregler, der so konfiguriert ist, dass er die Phasen von N Trägersignalen bestimmt, die zur Erzeugung von PWM-Signalen verwendet werden, die den N Wechselrichtern zugeführt werden sollen, so dass eine Summe von N Vektoren, die durch Rauschbeträge dargestellt werden, die sich auf die jeweiligen N Motoren beziehen, Null wird.

Da die Phasen der Trägersignale so bestimmt werden, dass die Summe der N-Vektoren zu Null wird, wird gemäß der Motorsteuervorrichtung verhindert, dass sich die Schaltzeiten aufgrund der Phasendifferenz überschneiden, und eine Zunahme des Rauschens wird unterdrückt.
Die Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann eine Konfiguration annehmen, die eine Induktivität und einen Kondensator sowie ein Rauschfilter enthält, das Gleichtaktrauschen (Common Mode Noise) unterdrückt, das zwischen der Energieversorgung und der Masse erzeugt wird. Mit einer solchen Konfiguration kann die magnetische Sättigung der Induktivität in dem Rauschfilter unterdrückt werden.
In der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann die folgende Konfiguration angenommen werden. Das heißt, der Phasenregler bestimmt die Phasen der N Trägersignale so, dass kein Trägersignalpaar mit um 180° unterschiedlichen Phasen erzeugt wird. Durch diese Konfiguration ist es möglich, die Wärmeentwicklung des Rauschfilters aufgrund des durch den Kondensator des Rauschfilters fließenden Leckstroms zu unterdrücken. Darüber hinaus kann das Gleichtaktrauschen reduziert werden, ohne das Strahlungsrauschen zu erhöhen.
In der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann die folgende Konfiguration angenommen werden. Das heißt, der Phasenregler ordnet die N Vektoren in absteigender Reihenfolge der absoluten Werte der Größen an, und in einem Fall, in dem der absolute Wert der Größe des maximalen Vektors kleiner als 1/2 des Gesamtwerts der absoluten Werte der Größen der N Vektoren ist, erzeugt er ein Polygon mit N Seiten, in dem der maximale Vektor auf einer unteren Seite angeordnet ist und die verbleibenden Vektoren als die verbleibenden Seiten angeordnet sind, und bestimmt die relativen Winkel zwischen der unteren Seite und den jeweiligen verbleibenden Seiten als die Phasen der N Trägersignale. Durch die Anwendung einer solchen Konfiguration können N Trägersignale mit unterschiedlichen Phasen erhalten werden.
In der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann die folgende Konfiguration angenommen werden. Das heißt, dass bei der Anordnung der Seiten außer der unteren Seite in einem Fall, in dem ein Trapez, in dem eine Summe der Vektoren, die die bereits angeordneten Seiten bilden, als unterer Boden festgelegt ist, die Länge einer schrägen Seite gleich einem der verbleibenden nicht angeordneten Vektoren ist, und eine Summe der Längen der verbleibenden Seiten mit Ausnahme des unteren Bodens gleich einer Größe der verbleibenden nicht angeordneten Vektoren ist, kann der Phasenregler jeden der verbleibenden Vektoren in einer der schrägen Seiten des Trapezes so anordnen, dass er kontinuierlich mit dem Endpunkt des zuletzt angeordneten Vektors ist. Durch eine solche Konfiguration können N Trägersignale mit unterschiedlichen Phasen erhalten werden.
In der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann die folgende Konfiguration angenommen werden. Das heißt, der Phasenregler wählt als einen der nicht angeordneten verbleibenden Vektoren einen Vektor aus, bei dem der Betrag des Vektors kleiner als 1/2 der Summe der Absolutwerte der Beträge der verbleibenden Vektoren in absteigender Reihenfolge der Beträge der Vektoren ist. Durch eine solche Konfiguration können die Phasen der Trägersignale gleichmäßig angeordnet werden.
In der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann die folgende Konfiguration angenommen werden. Das heißt, der Maximalwert des Winkels der aneinander angrenzenden Seiten in dem Polygon mit den N Seiten wird auf den Wert des Winkels gesetzt, der durch das regelmäßige N-Polygon gebildet wird. Durch eine solche Konfiguration können die Phasen der Trägersignale gleichmäßig angeordnet werden.
In der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann die folgende Konfiguration angenommen werden. Das heißt, wenn ein erster Vektor und ein zweiter Vektor mit einem relativen Winkel von 180° in den N Vektoren vorhanden sind, ändert der Phasenregler den relativen Winkel in einen Winkel, der von 180° um einen Winkel abweicht, der durch Dividieren eines Absolutwerts eines Betrags des ersten Vektors und des zweiten Vektors durch einen Wert erhalten wird, der doppelt so groß wie der maximale Vektor ist. Durch eine solche Konfiguration ist es möglich, die Wärmeerzeugung aufgrund eines Rauschstroms, der durch den Kondensator des Rauschfilters fließt, zu unterdrücken.
In der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann die folgende Konfiguration angenommen werden. Das heißt, wenn der Absolutwert des Betrages des maximalen Vektors, wenn die N Vektoren in absteigender Reihenfolge der Absolutwerte der Beträge angeordnet sind, größer als 1/2 des Gesamtwertes der Beträge der N Vektoren ist, setzt der Phasenregler für jeden der Vektoren außer dem maximalen Vektor, den relativen Winkel zwischen dem Maximalvektor und dem anderen Vektor als dem Maximalvektor auf einen Winkel ein, der von 180° um einen Winkel abweicht, den man erhält, indem man die Summe des Absolutwerts des Betrags des Maximalvektors und des Absolutwerts des Betrags des anderen Vektors als des Maximalvektors durch einen Wert dividiert, den man erhält, indem man den Absolutwert des Betrags des Maximalvektors mit dem Zweifachen multipliziert. Durch eine solche Konfiguration ist es möglich, den Winkel so zu gewichten, dass der abweichende Winkel umso größer ist, je größer der Absolutwert des Betrages des Vektors ist.
In der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann die folgende Konfiguration angenommen werden. Das heißt, wenn während der Erstellung des Polygons ein relativer Winkel zwischen zwei Vektoren eines als nächstes anzuordnenden Vektors und eines angeordneten Vektors in einen Bereich fällt, der durch Erhöhen oder Verringern eines ersten Wertes von 180° erhalten wird, der ein Wert ist, der durch Dividieren einer Summe von Absolutwerten von Größen der beiden Vektoren durch das Zweifache eines Absolutwertes einer Größe des maximalen Vektors erhalten wird, setzt der Phasenregler den relativen Winkel zwischen den beiden Vektoren auf einen Winkel, der von 180° um den ersten Wert in einer positiven Richtung abweicht. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der relative Winkel zwischen den beiden Vektoren 180° wird.
Die vorliegende Offenbarung umfasst ein Motorsteuerverfahren, mit einem Erfassen, durch eine Motorsteuervorrichtung, von Phasen von N Trägersignalen, die zur Erzeugung von PWM-Signalen verwendet werden, die N Wechselrichtern zugeführt werden sollen, die N Motoren, die jeweils über Energiekabel verbunden sind, auf der Grundlage von PWM-Signalen steuern, und zwar als N Vektoren, die durch Rauschbeträge dargestellt werden, die sich auf die jeweiligen N Motoren beziehen, und einem Bestimmen, durch die Motorsteuervorrichtung, der Phasen der Trägersignale, so dass eine Summe der N Vektoren Null wird.
Die vorliegende Offenbarung umfasst ein Programm, das einen Computer veranlasst, ein Erfassen von Phasen von N Trägersignalen, die zur Erzeugung von PWM-Signalen verwendet werden, die N Wechselrichtern zugeführt werden sollen, die N Motoren, die jeweils über Energiekabel verbunden sind, auf der Grundlage von PWM-Signalen steuern, als N Vektoren, die durch Rauschbeträge dargestellt werden, die sich auf die jeweiligen N Motoren beziehen, und ein Bestimmen der Phasen der Trägersignale, so dass eine Summe der N Vektoren Null wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein Anstieg des Rauschens unterdrückt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Motorsteuersystems zeigt;
2A bis 2C sind erläuternde Diagramme zu einem Referenzbeispiel;
3A und 3B sind erläuternde Diagramme der verteilten Anordnung der Phasen;
4A bis 4C sind erläuternde Diagramme zur Vermeidung eines Paares mit um 180° unterschiedlichen Phasen° anhand eines Referenzbeispiels;
5 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für ein Phasenanordnungsverfahren zeigt;
6A und 6B sind erläuternde Diagramme, die ein Beispiel für ein Phasenanordnungsverfahren zeigen;
7A und 7B sind erläuternde Diagramme, die ein Beispiel für ein Phasenanordnungsverfahren zeigen;
8A und 8B sind erläuternde Diagramme, die ein Beispiel für ein Phasenanordnungsverfahren zeigen;
9 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für einen Phasenregler zeigt;
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsbeispiel des Phasenreglers zeigt;
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsbeispiel des Phasenreglers zeigt; und
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsbeispiel des Phasenreglers zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
<Anwendungsbeispiel>
Eine Motorsteuervorrichtung enthält N Wechselrichter, die so konfiguriert sind, dass sie N Motoren, die jeweils über Energiekabel verbunden sind, auf Grundlage von PWM-Signalen steuern, und einen Phasenregler, der so konfiguriert ist, dass er die Phasen von N Trägersignalen bestimmt, die zur Erzeugung von PWM-Signalen verwendet werden, die den N Wechselrichtern zugeführt werden, so dass eine Summe von N Vektoren, die durch Rauschbeträge dargestellt werden, die sich auf die jeweiligen N Motoren beziehen, Null wird.
In der vorliegenden Offenbarung steht N oder n für eine natürliche Zahl von 2 oder mehr, und die Anzahl der Achsen kann in geeigneter Weise aus 2 oder mehr ausgewählt werden. Indem die Phasen der Trägersignale durch eine solche Konfiguration unterschiedlich gemacht werden, ist es möglich, das Auftreten von starkem Rauschen zu unterdrücken, das durch die Überlappung der Schaltzeiten von Schaltelementen, die in dem Wechselrichter enthalten sind, zwischen den Achsen (Motoren) entsteht.
Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem die Motorsteuervorrichtung eine Induktivität und einen Kondensator und außerdem ein Rauschfilter, das Gleichtaktrauschen unterdrückt, das zwischen der Energieversorgung und der Masse erzeugt wird, enthält, die magnetische Sättigung der Induktivität des Rauschfilters unterdrückt werden, indem ein Anstieg des Rauschens unterdrückt wird.
Außerdem bestimmt der Phasenregler der Motorsteuervorrichtung die Phasen der N Trägersignale so, dass kein Trägersignalpaar erzeugt wird, dessen Phasen sich um 180° unterscheiden. Dadurch wird verhindert, dass der Rauschstrom durch den X-Kondensator des Rauschfilters fließt und Wärme erzeugt.
Nachstehend werden eine Motorsteuervorrichtung, ein Motorsteuerverfahren und ein Programm gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
<Konfiguration des Motorsteuersystems>
1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Motorsteuersystems mit einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform. 1 veranschaulicht als Beispiel eine Konfiguration einer Mehrachsen-Motorsteuervorrichtung, die eine Motorsteuervorrichtung enthält, die eine Vielzahl von Motoren steuert. In 1 sind die mehrachsigen Motoren N Motoren 1-1, 1-2, ..., 1-N als N (N ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) Achsen. Wenn die Motoren 1-1 bis 1-N nicht unterschieden werden, werden sie als „Motoren 1“ bezeichnet. Der Motor 1 ist z. B. ein bürstenloser Drehstrommotor. Außerdem umfasst das Motorsteuersystem eine Motorsteuervorrichtung 2 (auch als Treiber bezeichnet) 2.
Um die Motorsteuervorrichtung 2 durch einen Befehl oder dergleichen zu steuern, umfasst das Motorsteuersystem ferner eine Host-Vorrichtung 20, die beispielsweise einen Personal Computer (PC) oder dergleichen verwendet. Die Host-Vorrichtung 20 und die Motorsteuervorrichtung 2 sind über eine Steuerbusleitung oder dergleichen kommunikativ verbunden, ein Befehl von der Host-Vorrichtung 20 wird an die Motorsteuervorrichtung 2 übertragen, und Informationen von der Motorsteuervorrichtung 2 werden an die Host-Vorrichtung 20 übertragen.
Die Motorsteuervorrichtung 2 umfasst Motorsteuereinheiten (im Folgenden entsprechend als Steuereinheiten bezeichnet) 4-1, 4-2, ..., und 4-N, die jeweils den Motoren 1-1 bis 1-n entsprechen, um die Motoren 1 für N Achsen zu steuern. Wenn die Steuereinheiten 4-1 bis 4-N nicht unterschieden werden, werden sie als „Steuereinheiten 4“ bezeichnet. Im Fall von N=2 sind im Gegensatz zu 1 zwei Motoren 1 und zwei Steuereinheiten 4 vorgesehen.
1 zeigt ein Konfigurationsbeispiel, bei dem die Steuereinheit 4-1 den Motor 1-1 steuert, die Steuereinheit 4-2 den Motor 1-2 steuert, und die Steuereinheit 4-N den Motor 1-N steuert. Jede der Steuereinheiten 4-1 bis 4-n enthält einen Wechselrichter 6, und der Wechselrichter 6 ist mit einem der entsprechenden Motoren 1-1 bis 1-n über ein Energiekabel 3-1, 3-2, ..., 3-N verbunden. Wenn die Energiekabel 3-1, 3-2, ..., und 3-N nicht unterschieden werden, werden sie als „Energiekabel 3“ bezeichnet. Jedes der Energiekabel 3 umfasst U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Energiekabel.
Eine Versorgungsspannung Vdc wird üblicherweise von einer Energieversorgung 8 an jeder der Steuereinheiten 4-1 bis 4-N geliefert. Ein Rauschfilter 9 ist zwischen der Energieversorgung 8 und einer Versorgungsleitung der Versorgungsspannung Vdc eingefügt. Das Rauschfilter 9 umfasst ein Induktorelement und einen Kondensator (X-Kondensator) und dient zur Unterdrückung von Gleichtaktrauschen (Common Mode Noise) aufgrund von Leckströmen, die durch Streukapazitäten 30-1, 30-2, ..., und 30-N (bezogen auf die jeweiligen Motoren 1) der jeweiligen Achsen verursacht werden.
Jede der Steuereinheiten 4-1 bis 4-n enthält einen Controller 41, einen Befehlssignalgenerator 42, einen PWM-Signalgenerator 5 und einen Wechselrichter 6 als Schaltung, die mit der Versorgungsspannung Vdc arbeitet und den Motor 1 über den Wechselrichter 6 antreibt. Der PWM-Signalgenerator 5 umfasst einen Trägersignalgenerator 51 und einen Komparator 52.
In jeder der Steuereinheiten 4 ist der Controller 41 kommunikationsfähig mit der Host-Vorrichtung 20 verbunden. Befehlsinformationen zur Vorgabe einer Position, einer Geschwindigkeit, eines Drehmoments und dergleichen werden von der Host-Vorrichtung 20 an den Controller 41 übertragen. Darüber hinaus überträgt der Controller 41 Informationen über die Steuereinheit 4 und ähnliches an die Host-Vorrichtung 20. Die Steuereinheit 41 steuert jedes Teil in der Steuereinheit 4, wie z.B. den Befehlssignalgenerator 42 und den PWM-Signalgenerator 5, zusammen mit einer solchen Kommunikationsfunktion und führt eine Betriebssteuerung durch, so dass der Motor 1 eine vorbestimmte Bewegung, wie z.B. Geschwindigkeit und Position, ausführt.
Der Befehlssignalgenerator 42 erzeugt ein Befehlssignal Sd auf der Grundlage des Betriebsbefehls zum Anweisen der Position, der Geschwindigkeit, des Drehmoments und dergleichen von dem Controller 41 und liefert das Befehlssignal Sd an den PWM-Signalgenerator 5. Das Befehlssignal Sd umfasst Befehlssignale für drei Phasen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase und ist ein Signal mit einer sinusförmigen Wellenform, die in jeder Phase um 120° voneinander abweicht, was der Drehzahl und dem für den Motor 1 erforderlichen Drehmoment entspricht. Es sei darauf hingewiesen, dass die Amplitude des Befehlssignals Sd gleich 0 ist, da die Drehung des Motors 1 zum Zeitpunkt der Servoeinrastung gestoppt ist.
Der PWM-Signalgenerator 5 umfasst einen Trägersignalgenerator 51 und einen Komparator 52. Obwohl in 1 nicht dargestellt, weist der Komparator 52 Komponenten, die drei Phasen entsprechen, einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase, auf. Der Komparator 52 erhält das Trägersignal aus dem Trägersignal 51 und das Befehlssignal Sd aus dem Befehlssignalgenerator 42 versorgt.
Der Trägersignalgenerator 51 erzeugt und gibt ein Trägersignal Sc aus, das eine Dreieckswelle zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals ist. Bei der Synchronisation einer Vielzahl von Achsen werden die Trägersignale Sc in der Regel zwischen den Steuereinheiten 4 synchronisiert, um die Synchronisationsgenauigkeit zu gewährleisten. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Timingsignale Tm vom Phasenregler 10 den jeweiligen PWM-Signalgeneratoren 5 der Steuereinheiten 4 zugeführt. In den Steuereinheiten 4-1 bis 4-N erzeugt der Trägersignalgenerator 51 das Trägersignal Sc zu dem durch das Timingsignal Tm vorgegebenen Phasenzeitpunkt. Dadurch werden die Phasen der Trägersignale zwischen den Achsen gleichmäßig um 360° angeordnet (verschoben) und in diesem verschobenen Zustand synchronisiert.
Ein solches Trägersignal Sc wird einem Komparator 18 zugeführt. Der Komparator 18 erzeugt ein PWM-Signal Pw, indem er die Pegel des Befehlssignals Sd und des Trägersignals Sc vergleicht, und gibt das PWM-Signal Pw an den Wechselrichter 6 aus. Das PWM-Signal Pw enthält eine Impulsfolge, deren Impulsbreite entsprechend dem Pegel des Befehlssignals Sd moduliert ist. Obwohl in 1 nicht dargestellt, enthält das PWM-Signal Pw nicht nur ein Signal mit positiver Phase, sondern auch ein invertiertes Signal mit umgekehrter Phase, das mit einer Einschaltverzögerung versehen ist.
Der Wechselrichter 6 enthält Schaltelemente, wie z. B. eine Vielzahl von bipolaren Transistoren mit isoliertem Gate (IGBTs). Nach Erhalt des PWM-Signals Pw vom PWM-Signalgenerator 5 erzeugt der Wechselrichter 6 eine Antriebsspannung Vd, indem er die von der Energieversorgung 8 gelieferte Spannung entsprechend dem PWM-Signal Pw mit Hilfe von Schaltelementen schaltet. Der Wechselrichter 6 legt die Antriebsspannung Vd über das Energiekabel 3 mit den U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Motorleitungen an den Motor 1 an. Es sei darauf hingewiesen, dass der eigentliche Wechselrichter 6 drei Paare von Wechselrichtern umfasst und den Motor 1 in drei Phasen antreibt (steuert), einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase.
Wie oben beschrieben, erzeugt jede Steuereinheit 4 die Antriebsspannung Vd zum Antrieb des Motors 1 auf der Grundlage des Befehls von der Host-Vorrichtung 20 und legt die erzeugte Antriebsspannung Vd an den Motor 1 an, um den Motor 21 anzutreiben/anzusteuern.
Wie oben beschrieben, umfasst die Motorsteuervorrichtung 2 in der Ausführungsform beispielsweise den Phasenregler 10. Der Phasenregler 10 bestimmt die Phasen von Trägersignalen (Dreieckswelle) der jeweiligen Steuereinheiten 4 (für jede Achse), und liefert die Timingsignale Tm an die PWM-Signalgeneratoren 5 (Trägersignalgeneratoren 51) der Steuereinheiten 4. Das Timingsignal Tm enthält ein Taktsignal für die digitale Verarbeitung und ein Signal zur Anzeige eines Phasentimings (Phasenwinkels) des Trägersignals.
Der Phasenregler 10 kann mit der Host-Vorrichtung 20 kommunizieren und die zur Bestimmung der Phase erforderlichen Informationen von Host-Gerät 20 empfangen. Es sei darauf hingewiesen, dass die von dem Phasencontroller 10 durchgeführte Phasenbestimmungsverarbeitung jeder Achse von den Controllern 41 in den Steuereinheiten 4-1 bis 4-n in Zusammenarbeit miteinander anstelle des Phasenreglers 10 durchgeführt werden kann, oder von der Host-Vorrichtung 20 anstelle des Phasenreglers 10 durchgeführt werden kann.
<Referenzbeispiel>
Bei der detaillierten Beschreibung des Phasenreglers 10 werden zunächst ein Referenzbeispiel und dessen Nachteile beschrieben. 2A bis 2C sind erläuternde Diagramme eines Referenzbeispiels. In 2A enthält ein Motorsteuersystem gemäß dem Referenzbeispiel eine Energieversorgung 8, einen Rauschfilter 9, Steuereinheiten 4-1 und 4-2, Energiekabel 3-1 und 3-2 und Motoren 1-1 und 1-2 in der Konfiguration des in 1 dargestellten Motorsteuersystems.
2B zeigt die PWM-Signale Pw der jeweiligen UVW-Phasen, die in der Steuereinheit 4-1 entsprechend dem Motor 1-1 (Achse 1) erzeugt werden, und die PWM-Signale Pw der jeweiligen UVW-Phasen, die in der Steuereinheit 4-2 entsprechend dem Motor 1-2 (Achse 2) erzeugt werden. In jeder der Achsen 1 und 2 wird das PWM-Signal Pw erzeugt, in dem der Impuls eingeschaltet wird, während der Pegel des Trägersignals Sc gleich oder höher ist als der Pegel des Befehlssignals Sd.
Wenn eine PWM-Steuerung durchgeführt wird, vergleicht der PWM-Signalgenerator 5 der Steuereinheit 4 normalerweise das Trägersignal Sc der Dreieckswelle mit dem Befehlssignal Sd, und das Schalten des Schaltelements im Wechselrichter 6 wird durchgeführt. In einem Zustand, in dem kein Strom durch die Motoren 1-1 und 1-2 fließt, z. B. wenn die Motoren 1-1 und 1-2 stillstehen, wird an alle Phasen U, V und W die gleiche Spannung angelegt. Daher sind die Schaltzeiten der Schaltelemente zwischen der Achse 1 und der Achse 2 ausgerichtet. Zum Zeitpunkt des Schaltens fließt ein Leckstrom a vom Energiekabel 3-1 und ein Leckstrom b fließt vom Energiekabel 3-2 durch Streukapazitäten der jeweiligen Energiekabel 3-1 und 3-2 oder dergleichen. Der Leckstrom fließt über die Masse zur Energieversorgung 8 und fließt zu jeder Steuereinheit 4 (in 2A1 durch einen dicken Pfeil gekennzeichnet). Auf diese Weise wird ein Gleichtaktrauschen (Common Mode Noise) zwischen der Energieversorgung 8 und der Masse erzeugt. Wie oben beschrieben, wird, wenn die Schaltzeiten zwischen den Achsen aufeinander abgestimmt sind, Rauschen gleichzeitig erzeugt und auf jeder der Achsen 1 und 2 überlagert, und die Wellenhöhe des Rauschens nimmt zu, wie in 2C dargestellt.
Rauschen, das von der Masse zur Energieversorgung 8 fließt, kann durch das Rauschfilter 9 unterdrückt werden. Es besteht jedoch das Problem, dass die in dem Rauschfilter 9 enthaltene Induktivität aufgrund des durch die oben beschriebene Überlagerung erhöhten Rauschens magnetisch gesättigt wird und das Rauschunterdrückungs-Betriebsverhalten des Rauschfilters 9 verschlechtert wird. Die Motorsteuervorrichtung 2 gemäß der Ausführungsform enthält den Phasenregler 10, um das obige Problem zu lösen.
<Phasenregler>
Der Phasenregler 10 (auch als Phasencontroller bezeichnet) der Motorsteuervorrichtung 2 vershiebt und synchronisiert die Phasen der Trägersignale Sc in Bezug auf die N Achsen (Motoren 1-1 bis 1-N), die in Synchronisation arbeiten. Der Phasenregler 10 bestimmt die Phase jeder Achse so, dass die Phase nach dem folgenden Verfahren abgelenkt/verschoben wird.
(A) Verteilte Anordnung der Phase
Die Phasen der jeweiligen Achsen sind gleichmäßig innerhalb von 360° angeordnet. Hier bedeutet „gleichmäßig angeordnet“, dass das von jeder Achse ausgehende Rauschen als ein Vektor betrachtet wird, der den Rauschbetrag und die Phase des Trägersignals enthält, und dass die Summe (Schwerpunkt) der Vektoren als Null (0) bestimmt wird. Das von jeder Achse ausgehende Rauschen kann als proportional zur Streukapazität jeder Achse oder zur Länge des Energiekabels jeder Achse angesehen werden.
3A und 3B sind erläuternde Diagramme der verteilten Anordnung der Phasen. Zum Beispiel sind, wie in 3A dargestellt, in der Drei-Achsen-Synchronisations-Steuerung, wenn das Rauschen aus jeder Achse gleich ist (Streukapazität jeder Achse ist gleich), die Phasen der Trägerwellen um 120° für jede Achse verschoben und synchronisiert. Wenn das Rauschen der Achse 1 größer ist als das Rauschen der Achsen 2 und 3, werden die Phasen der Trägersignale so bestimmt, dass die Vektorsumme der Achsen 1 bis 3 0 wird, wie in 3B dargestellt. Hier stellt die Länge des Vektors eine Größe (ein Beispiel für den Rauschbetrag in Bezug auf jeden Motor) der Streukapazität (oder die Länge des Energiekabels) in Bezug auf jede Achse dar, und ein Winkel auf der Grundlage des Vektors der Achse 1 stellt die Phase des Trägersignals jeder Achse dar.
(B) Vermeidung von Vektorpaaren mit einer Phasendifferenz von 180°
Wenn zum Beispiel die Anzahl der Achsen zwei beträgt und die Vektorsumme durch das oben beschriebene Verfahren auf Null gesetzt wird, beträgt der Phasenunterschied zwischen den beiden Vektoren 180° . Bei der Bestimmung der Phase des Trägersignals wird jedoch ein Paar mit um 180° unterschiedlichen Phasen, wie oben beschrieben, vermieden. 4A bis 4C sind erläuternde Diagramme, die den Grund für die Vermeidung eines Paares mit um 180° unterschiedlichen Phasen anhand des Referenzbeispiels zeigen.
Wenn die Phasendifferenz 180° beträgt, wie in 4B dargestellt, können der Zeitpunkt, zu dem das PWM-Signal ausgeschaltet wird, und der Zeitpunkt, zu dem das PWM-Signal eingeschaltet wird, zwischen den Achsen miteinander übereinstimmen. In dem in 4B dargestellten Beispiel wird zum Zeitpunkt Ta das PWM-Signal der Achse 1 ausgeschaltet und gleichzeitig wird das PWM-Signal der Achse 2 eingeschaltet.
In der Motorsteuervorrichtung gemäß dem in 4A dargestellten Referenzbeispiel fallen, da die Phasendifferenz 180° beträgt, die Ein- und Ausschaltzeitpunkte zusammen, so dass die Steuereinheit 4-1 eine positive Phase und die Steuereinheit 4-2 eine umgekehrte Phase aufweist, und die im Gleichtakt (Common Mode) fließenden Leckströme a und b den X-Kondensator 9a im Rauschfilter durchlaufen und zwischen der Steuereinheit 4-1 und der Steuereinheit 4-2 fließen (siehe den dicken Pfeil in 4A). In einem Zustand, in dem ein solcher Zustand ständig auftritt, besteht das Problem, dass der X-Kondensator 9a Wärme erzeugt. Daher vermeidet der Phasenregler 10 bei der Bestimmung der Phase die Bildung eines Paares mit 180° Phasen.
<<Details des Verfahrens zur Bestimmung der Phase>>
Nachfolgend werden Einzelheiten eines Verfahrens zur Bestimmung der Phase des Trägersignals beschrieben. Um die Phasen der N Trägersignale entsprechend der Anzahl N der Achsen zu bestimmen, werden die N Trägersignale als N Vektoren C₁ bis C_n betrachtet. Die Vektoren C₁ bis C_n weisen eine Größe auf, die einem Rauschbetrag entsprechen (proportional zur Streukapazität jeder Achse oder der Länge des Energiekabels) bezogen auf die N Achsen (die Motoren 1-1 bis 1-N).
Die Phasen werden so angeordnet, dass der Winkel so weit wie möglich variiert und die Vektorsumme Null ist. Daher wird ein möglichst kreisähnliches Polygon mit dem Vektor mit dem größten Absolutwert unter den N Vektoren als untere Seite erstellt.
5, 6A und 6B, 7A und 7B, und 8A und 8B sind erläuternde Diagramme, die ein Beispiel für ein Phasenanordnungsverfahren zeigen. Als Beispiel wird hier ein Fall beschrieben, bei dem die Anzahl der Trägersignale, d. h. der Vektoren, sechs beträgt. Es wird angenommen, dass die Größe des Vektors C₁ ≥ C₂ ≥ C₃ ≥ C ₄≥ C ₅≥ C₆ ist. Zunächst wird ein gleichseitiges Dreieck mit einer Umfangslänge von C = C₁ + C₂ + C₃ + C₄ + C₅ + C₆ betrachtet.
Wie in 5 dargestellt, wird ein Vektor C₁ auf die untere Seite eines gleichseitigen Dreiecks gesetzt. Dabei kann in einem Fall, bei dem der Vektor C₁ den Wert C₁ > C/2 hat, ein Polygon nicht gebildet werden. Um den absoluten Wert der Vektorsumme zu minimieren, werden in diesem Fall die verbleibenden Vektoren C₂ bis C_n in einer Richtung von 180° in Bezug auf C₁ angeordnet.
Andererseits, wenn der Vektor C₁ die Bedingung C/3 ≤ C₁ ≤ C/2 erfüllt, ist es möglich, ein Polygon zu erstellen, dessen Höhe geringer ist als die des gleichseitigen Dreiecks TR1 (siehe Dreieck TR2). Wenn der Vektor C₁ die Bedingung C₁ ≤ C/3 erfüllt, ist es möglich, ein Polygon mit einer größeren Höhe als die des gleichseitigen Dreiecks TR1 zu bilden (siehe Dreieck TR3).
Ein Verfahren zur Erstellung des Polygons ist wie folgt. Als Beispiel wird ein Fall beschrieben, bei dem C₁ =10, C₂ =8, C₃ =7, C₄ =7, C₅ =3, C₆ =1 und C=36 ist. Zunächst wird der maximale Vektor C₁ auf der unteren Seite angeordnet. Dabei ist das Polygon mit der größten Höhe, das mit den Längen der verbleibenden Vektoren C₂ bis C₆ gebildet werden kann, ein gleichschenkliges Dreieck mit einer unteren Seite von 10 und einer schrägen Seite von (36- 10)/2 = 13.
Wenn hier die nächste Seite im gleichen Winkel wie der untere Winkel dieses gleichschenkligen Dreiecks angeordnet wird, entsteht ein Polygon, dessen Winkel größer ist als der Winkel (360°) des Kreises in der Höhenrichtung. Daher wird C₂ so angeordnet, dass es den gleichen Winkel wie ein unterer Winkel eines Trapezes hat, bei dem die schräge Seite gleich dem Vektor C₂ ist und die Länge der Seiten mit Ausnahme der unteren Seite gleich dem Betrag der verbleibenden Vektoren C₃ bis C₆ ist (siehe 6A).
Es sei darauf hingewiesen, dass in dem in 6A dargestellten Beispiel ein durch C₁ und C₂ gebildeter Winkel versehentlich zu einem rechten Winkel wird und kein Trapez, sondern ein Rechteck ist. Abhängig von der Länge der Vektoren gibt es einen Fall, bei dem die obere Unterseite des Trapezes größer ist als die untere Unterseite, der untere Winkel ist größer als der rechte Winkel, und die Höhe des gesamten Polygons zu gering ist. Daher wird der Maximalwert des von den beiden Vektoren gebildeten Winkels auf einen Winkel festgelegt, der von zwei Seiten in einem regelmäßigen n-Polygon gebildet wird, wenn die Anzahl der Vektoren n ist (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr).
Als nächstes wird versucht, ein Trapez A1 mit dem Vektor C₁ + C₂ als untere Seite zu zeichnen, wobei die schräge Seite gleich dem Vektor C₃ ist und die Summe der Längen der Seiten außer der unteren Unterseite gleich dem Betrag der verbleibenden Vektoren C₃ bis C₆ ist. Da nun ein gewünschtes Trapez A1 gezeichnet werden kann, wird der Vektor C₃ auf der schrägen Seite des Trapezes angeordnet, die auf die Seite des Vektors C₂ folgt (siehe 6B).
Als Nächstes wird wie im vorigen Schritt versucht, ein Trapez mit dem Vektor C₁ + C₂ + C₃ als untere Seite zu zeichnen, wobei die schräge Seite gleich C₄ ist und die Summe der Längen der Seiten außer der unteren Unterseite gleich dem Betrag der verbleibenden Vektoren C₄, C₅ und C₆ ist. Da jedoch C₄ > (C₄ + C₅ + C₆)/2 gilt, kann kein Trapez gezeichnet werden. Daher wird versucht, ein Trapez A2 zu zeichnen, wobei C₄ und C₅ vertauscht werden, die schräge Seite gleich dem Vektor C₅ ist und die Summe der Längen der Seiten außer dem unteren Boden gleich dem Betrag der verbleibenden Vektoren C₄, C₅ und C₆ ist. Da in diesem Fall ein gewünschtes Trapez A2 gezeichnet werden kann, wird der Vektor C₅ auf der schrägen Seite des Trapezes A2 angeordnet, die auf die Seite des Vektors C₃ folgt (siehe 7A). Wenn die Anzahl der verbleibenden Vektoren zwei beträgt, sind die Winkel der verbleibenden Vektoren C₄ und C₆ eindeutig bestimmt (siehe 7A).
Wenn das Polygon fertiggestellt ist, wie in 7B dargestellt, werden die Vektoren so verschoben, dass die Startpunkte der Vektoren C₁ bis C₆ im Ursprung der orthogonalen Achse liegen. Durch die Verschiebung werden die relativen Winkel, d.h. die Phasen der verbleibenden Vektoren C₂ bis C₆ in Bezug auf den Vektor C₁ bestimmt. Die Phasen der jeweiligen Trägersignale der N Achsen werden in einem Zustand mit Winkeldifferenzen der Vektoren C₁ bis C₆ angeordnet (bestimmt).
Bei einem Vektorpaar mit einem relativen Winkel von 180° zwischen den Vektoren besteht jedoch das Problem, dass aus dem oben genannten Grund ein großer Strom durch den X-Kondensator 9a fließt (siehe 4A). Daher wird der Absolutwert des Rauschstroms durch Ändern der Winkel der Vektoren mit dem relativen Winkel von 180° verringert.
Wenn die Größe des Vektors klein ist, ist der Einfluss auf das Rauschen gering, so dass eine Gewichtung mit dem Betrag des Vektors vorgenommen werden kann. Wenn der relative Winkel zwischen zwei Vektoren C_x und C_y unter den N Vektoren 180° beträgt, weicht der von C_x und C_y gebildete Winkel von 180° um (C_x + C_y)/2C₁ = a_{x_y}° ab.
Außerdem kann ein Polygon nicht gebildet werden, wenn der Vektor C₁ den Wert C₁ > C/2 aufweist. Für jeden der Vektoren C₂ bis C₆ mit Ausnahme des Vektors C₁ wird der relative Winkel zum Vektor C₁ auf 180° gesetzt. Da es jedoch zu vermeiden ist, dass der relative Winkel 180° wird, wird die folgende Verarbeitung so durchgeführt, dass der Betrag der Vektorsumme minimiert wird (siehe 8A). Das heißt, der Winkel des Vektors C_x (C₂ bis C₆), der nicht der Vektor C₁ ist, wird von 180° um (C_x + C₁)/2C₁ = a_{1_X}° verschoben. Zunächst wird der Vektor C₂ von 180° um a_{1_2}° in negativer Richtung verschoben und angeordnet. Der Vektor C₃ und die folgenden Vektoren werden in eine Richtung verschoben, in der der Absolutwert der Vektorsumme in Y-Richtung abnimmt.
Darüber hinaus gibt es einen Fall, bei dem C₁ < C/2 gilt und der relative Winkel zwischen bestimmten Vektoren in den Bereich von 180 ± (C_x + C_y)/2C₁ in der Mitte der Erstellung eines Polygons fallen kann. In diesem Fall wird der Vektor C₂ in einem Winkel angeordnet, der von 180° um (C_x + C_y)/2C₁ = a_{x_y}° in positiver Richtung verschoben ist. Danach werden die Winkel der verbleibenden Vektoren durch ein Trapez mit der Vektorsumme als Unterseite bestimmt. Wenn der relative Winkel zwischen den beiden Vektoren in den Bereich von 180 ± (C_x + C_y)/2C₁ fällt, wenn die verbleibenden Vektoren zu zwei werden, wird die Verschiebung des Winkels um (C_x + C_y)/2C₁ = a_{x_y}° der Bildung eines Polygons vorgezogen.
<<Konfigurationsbeispiel des Phasenreglers>>
9 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Phasenreglers 10 zeigt. In 9 umfasst der Phasenregler 10 einen Prozessor 11, eine Speichervorrichtung 12 und eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung (E/A), die über einen Bus 14 miteinander verbunden sind. Die Speichervorrichtung 12 umfasst eine Hauptspeichervorrichtung, wie z. B. ein RAM und ein ROM, und eine Zusatzspeichervorrichtung, wie z. B. ein Festplattenlaufwerk (HDD) und ein Solid-State-Laufwerk (SSD), und wird zum Speichern von Daten jeder Achse und eines Programms verwendet. Die Speichervorrichtung 12 speichert ein Programm zur Bestimmung der Phase des Trägersignals, das jeder Achse entspricht, und Daten, die sich auf die Bestimmung der Phase beziehen.
Zum Beispiel speichert die Speichervorrichtung im Voraus Daten, die den Rauschbetrag für jede Achse (Motor 1) angeben. Die Daten, die den Geräuschbetrag angeben, können Streukapazitäten sein, die durch den Typ des Motors 1 jeder Achse, die Länge des Energiekabels 3 oder ähnliches geschätzt werden, oder sie können die Länge des Energiekabels 3 sein, das jeder Achse entspricht. Die Daten werden z. B. von der Host-Vorrichtung 20 erfasst und in der Speichervorrichtung 12 gespeichert. Der Erfassungspfad und das Erfassungsverfahren der Daten, die den Rauschbetrag anzeigen, können jedoch auch anders als oben beschrieben sein. So kann beispielsweise eine Konfiguration gewählt werden, bei der der Phasenregler 10 (Prozessor 11) die Streukapazität schätzt oder misst und die Streukapazität in der Speichervorrichtung 12 speichert.
Der Prozessor 11 ist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder ähnliches und führt die Verarbeitung im Zusammenhang mit der Phasenbestimmung durch, indem er ein in der Speichervorrichtung 12 gespeichertes Programm ausführt. Die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 13 wird verwendet, um Informationen und Daten mit der Host-Vorrichtung 20 auszutauschen und ein Timingsignal Tm, das Informationen bezüglich der bestimmten Phase enthält, an jede der Steuereinheiten 4 zu übertragen. Es sei darauf hingewiesen, dass die vom Prozessor 11 durchgeführte Verarbeitung von einer integrierten Schaltung (Hardware) wie einem Field Programmable Gate Array (FPGA) oder einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) durchgeführt werden kann.
<<Verarbeitung des Phasenreglers>>
10, 11 und 12 sind Flussdiagramme, die Beispiele für die Verarbeitung in dem Phasenregler 10 zeigen. Die Verarbeitung in den 10 bis 12 wird von dem Prozessor 11 durchgeführt. In Schritt S001 von 10 ordnet der Prozessor 11 die Vektoren C₁ bis C_n, die die in der Speichereinrichtung 12 gespeicherten Streukapazitäten der jeweiligen Achsen angeben, in absteigender Reihenfolge an.
Wenn in Schritt S002 der relative Winkel zwischen zwei Vektoren C_i und C_j (entsprechend C_x und C_y, wie oben beschrieben) 180° beträgt, bestimmt der Prozessor 11 einen Winkel a_i-j (c_x + c_y/2C₁), der von 180° verschoben werden soll. Der Winkel a_i-j kann ein im Voraus in der Speichervorrichtung 12 gespeicherter Wert sein, er kann von der Host-Vorrichtung 20 abgerufen werden oder er kann mit Hilfe eines Algorithmus berechnet werden.
In Schritt S003 bestimmt der Prozessor 11, ob ein Polygon mit dem Vektor C₁ als Unterseite erstellt werden kann oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass das Polygon erstellt werden kann, wird mit Schritt S004 fortgefahren, und andernfalls wird mit Schritt S027 (12) fortgefahren.
In Schritt S004 bestimmt der Prozessor 11, ob der untere Winkel des Trapezes, bei dem der Vektor C₁ der untere Boden ist, der Vektor C₂ die schräge Seite ist und die Länge der Seiten mit Ausnahme des unteren Bodens die Summe der Vektoren C₂ bis C_n ist, kleiner als 360/n ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass der untere Winkel des Trapezes kleiner als 360/n ist, wird mit Schritt S005 fortgefahren, andernfalls wird mit Schritt S006 fortgefahren.
In Schritt S005 bestimmt der Prozessor 11 den Winkel von C₂ in Bezug auf den Vektor C₁ als einen Winkel, der sich durch Subtraktion des unteren Winkels des Trapezes von 180° ergibt. In Schritt S006 bestimmt der Prozessor 11 den Winkel von C₂ in Bezug auf den Vektor C₁ als einen Winkel, der durch Subtraktion eines Winkels von (360/n) von 180° erhalten wird.
In Schritt S007 wird der Wert von i für die Angabe des Vektors C₁ auf 3 gesetzt. In Schritt S008 wird bestimmt, ob der Vektor C₁ kleiner ist als „die Summe der verbleibenden Vektoren C₁ bis C_n )/2“ oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass der Vektor C₁ kleiner ist als „die Summe der verbleibenden Vektoren C₁ bis C_n)/2“, fährt der Prozess mit Schritt S010 fort, andernfalls führt der Prozessor 11 einen Austausch zwischen Ci und Ci + 1 durch und kehrt zum Schritt S008 zurück.
In Schritt S010 wird bestimmt, ob ein Winkel, der durch Addition eines Winkels, der durch die untere Unterseite „C₁ + C₂ +... C_i-1“ und dem Vektor C_i-1 zu einem unteren Winkel eines Trapezes mit der Summe der Vektoren „C₁ + C₂ +... C_i-1“ als unterer Boden, dem Vektor C₁ als schräge Seite, und der Länge der Seiten ohne den unteren Boden, die eine Summe von C_i=j bis C_n ist, kleiner als 360/n ist. In einem Fall, bei dem hier festgestellt wird, dass der entsprechende Winkel kleiner als 360/n ist, wird mit Schritt S011 fortgefahren, andernfalls geht der Prozess zum Schritt.
In einem Fall, bei dem das Verfahren zum Schritt S011 übergeht, setzt der Prozessor 11 den Winkel des Vektors C₁ auf einen Wert, der durch eine Operation von „180° -unterer Winkel des Trapezes + (Summe der Vektoren „C₁ + C₂ +... C_i-1“) + (Summe der Winkel der Vektoren C₁ bis C_i-1)" erhalten wird. Andererseits setzt der Prozessor 11 in einem Fall, bei dem das Verfahren mit Schritt S012 fortfährt, den Winkel des Vektors C_i auf einen Wert, der durch eine Operation „180° -(360/n) + (Summe der Winkel der Vektoren C₁ bis C_i-1 )“ erhalten wird.
In Schritt S013 setzt der Prozessor 11 den Wert von k, der den Vektor C_k spezifiziert, auf 1. In Schritt S014 bestimmt der Prozessor 11, ob ein Winkel des Vektors C₁ zu einem Bereich, der größer als der Wert von „Winkel von C_k + 180- a_{i_k}“ und kleiner als der Wert von „Winkel von C_k + 180 + a_{i_k}“ ist, gehört oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass der Winkel zu dem entsprechenden Bereich gehört, fährt das Verfahren mit Schritt S015 fort, und andernfalls fährt das Verfahren mit Schritt S017 fort. In Schritt S017 wird der Wert von k inkrementiert, und das Verfahren kehrt zu Schritt S014 zurück.
In einem Fall, in dem das Verfahren mit Schritt S015 fortfährt, setzt der Prozessor 11 den Winkel von Ci auf einen Wert von „Winkel von C_k + 180 + a_{i_k}“. In Schritt S016 bestimmt der Prozessor 11, ob der aktuelle Wert von k gleich zu i-1 oder mehr ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass der Wert von k gleich zu i-1 oder mehr ist, wird mit Schritt S018 fortgefahren, andernfalls wird der Wert von k inkrementiert (S017), und der Prozess kehrt zu Schritt S014 zurück.
In Schritt S018 bestimmt der Prozessor 11, ob der aktuelle Wert von i gleich zu n-2 oder mehr ist. Wenn festgestellt wird, dass der Wert von i gleich zu n-2 oder mehr ist, fährt der Prozess mit Schritt S019 fort, und andernfalls wird der Wert von i erhöht, und der Prozess kehrt zu Schritt S008 zurück.
In Schritt S019 werden die Vektoren C_n-1 und C_n auf Winkel gesetzt, bei denen die Summe der Vektoren C₁ bis C_n gleich 0 ist. Danach führt der Prozessor 11 eine ähnliche Verarbeitung wie in den Schritten S014 und S015 an den Vektoren C_n-1 und C_n durch (Schritte S021 bis S026). Dadurch werden die Winkel für die verbleibenden Vektoren bestimmt. Wenn in Schritt S025 JA bestimmt wird, wird mit Schritt S035 fortgefahren (12).
In einem Fall, in dem der Prozess mit Schritt S027 fortfährt, wird die Verarbeitung in einem Fall, in dem ein Polygon nicht erstellt werden kann, durchgeführt. In Schritt S027 setzt der Prozessor 11 den Winkel des Vektors C₃ auf einen Winkel, der durch „180 + a_{1_3}“ berechnet wird.
In Schritt S028 setzt der Prozessor 11 den Winkel des Vektors C₂ auf einen Winkel, der durch „180- a_{1_2}“ berechnet wird. In Schritt S029 setzt der Prozessor 11 den Wert von i für die Angabe des Vektors C₁ auf 4.
In Schritt S030 stellt der Prozessor 11 fest, ob die y-Komponente der Vektoren C₁ bis C_i gleich 0 oder mehr ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass die y-Komponente 0 oder größer ist, setzt der Prozessor 11 den Winkel des Vektors C_i auf „180 - a_{1_i}“ (Schritt S031); andernfalls setzt der Prozessor 11 den Winkel des Vektors C_i auf „180 + a_{1_i}“ (Schritt S032).
In Schritt S033 bestimmt der Prozessor 11, ob der aktuelle Wert von i gleich n oder mehr ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass der aktuelle Wert von i gleich n oder mehr ist, fährt der Prozess mit Schritt S035 fort, und andernfalls wird der Wert von i erhöht (Schritt S034), und der Prozess kehrt zu Schritt S030 zurück.
In Schritt S035 verschiebt der Prozessor 11 die Vektoren C₁ bis C_n gleitend, so dass sich die Startpunkte der Vektoren C₁ bis C_n im Ursprung der XY-Koordinaten befinden. In Schritt S036 bestimmt (ordnet) der Prozessor 11 die Phasen der Trägersignale, die den jeweiligen Achsen (Motoren 1-1 bis 1-n) entsprechen, aus den relativen Winkeln von C₂ bis C_n in Bezug auf den Vektor C₁ . Dann gibt der Prozessor 11 ein Timingsignal mit Informationen, die die Phase des Trägersignals angeben, an jede der Steuereinheiten 4 aus (Schritt S036).
Die Verarbeitung des in den 10 bis 12 dargestellten Flussdiagramms geht von einem Fall aus, bei dem die Anzahl N der Achsen sechs oder dergleichen beträgt, d.h. ein Fall, bei dem die Anzahl N oder n der Trägersignale (Vektoren) vier oder mehr beträgt. In einem Fall, bei dem die Anzahl (i) der Achsen zwei oder drei ist, ist es jedoch möglich, die Verarbeitung gemäß dem Flussdiagramm so zu ändern, dass die Verarbeitung des Vektors, der sich auf die Achse bezieht, die nicht existiert, nicht durchgeführt wird, indem die Phasen der Trägersignale zwischen den Achsen durch eine solche verteilte Anordnung der Phase verschoben werden.
<Wirkungen der Ausführungsformen>
Gemäß der Motorsteuervorrichtung 2 der Ausführungsform ist es durch Verschieben der Phasen der Trägersignale zwischen den Achsen durch die verteilte Anordnung der Phasen möglich, die Überlagerung von Rauschen zu vermeiden und den Spitzenwert (Amplitude) zu reduzieren. Außerdem kann durch die gleichmäßige Anordnung der Phasen innerhalb von 360° , wenn der Durchschnitt einer Periode des Trägersignals für das von jeder Achse ausgehende Rauschen betrachtet wird, das Rauschfilter 9 schwer magnetisch gesättigt werden, indem die Vektorsumme gegen Null gebracht wird. Es sei darauf hingewiesen, dass das Rauschfilter 9 nicht unbedingt vorhanden sein muss.
Gemäß der Motorsteuervorrichtung 2 der Ausführungsform wird der Winkel jedes Vektors so bestimmt, dass der relative Winkel zwischen den beiden Vektoren nicht 180° wird. Infolgedessen ist es in der Konfiguration mit dem Rauschfilter 9 möglich, die Wärmeerzeugung des X-Kondensators 9a und dergleichen aufgrund eines großen Stroms, der durch den X-Kondensator 9a fließt, zu unterdrücken. Darüber hinaus kann das Gleichtaktrauschen reduziert werden, ohne das Strahlungsrauschen zu erhöhen. Die Konfiguration der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise geändert werden, ohne von ihrem Zweck abzuweichen.
<Ergänzende Anmerkung>
Eine Motorsteuervorrichtung (2) umfasst: N Wechselrichter (6), die so konfiguriert sind, dass sie N Motoren (1-1 bis 1-N), die über Energiekabel (3-1 bis 3-N) verbunden sind, jeweils auf der Grundlage von PWM-Signalen
steuern; und
einen Phasenregler (10), der so konfiguriert ist, dass er die Phasen von N Trägersignalen bestimmt, die zum Erzeugen von PWM-Signalen verwendet werden sollen, die den N Wechselrichtern (6) zugeführt werden sollen, so dass eine Summe von N Vektoren, die durch Rauschbeträge dargestellt werden, die sich auf die jeweiligen N Motoren (1-1 bis 1-N) beziehen, zu Null wird.
BEZUGSZEICHENLISTE

1-1 - 1-n: Motor
2: Motorsteuervorrichtung (Treiber)
3-1 - 3-n: Energiekabel
4-1 - 4-n: Motorsteuereinheit
5: PWM-Signalgenerator
6: Wechselrichter
8: Energieversorgung
9: Rauschfilter
10: Phasenregler
41: Controller
42: Befehlssignalgenerator
51: Trägersignalgenerator
52: Komparator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6528138 [0002]
JP 6211336 [0002]
JP 6781190 [0002]

Claims

Motorsteuervorrichtung, umfassend: N Wechselrichter, die so konfiguriert sind, dass sie N Motoren, die über Energiekabel verbunden sind, jeweils auf der Grundlage von PWM-Signalen steuern; und einen Phasenregler, der so konfiguriert ist, dass er die Phasen von N Trägersignalen bestimmt, die zur Erzeugung von PWM-Signalen verwendet werden, die den N Wechselrichtern zugeführt werden sollen, so dass eine Summe von N Vektoren, die durch Rauschbeträge dargestellt werden, die sich auf die jeweiligen N Motoren beziehen, zu Null wird.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Rauschfilter mit einer Induktivität und einem Kondensator, wobei das Rauschfilter so konfiguriert ist, dass es Gleichtaktrauschen unterdrückt, das zwischen einer Energieversorgung und einer Masse der Motorsteuervorrichtung erzeugt wird.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Phasenregler die Phasen der N Trägersignale so bestimmt, dass kein Paar von Trägersignalen mit um 180° unterschiedlichen Phasen erzeugt wird.
Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Phasenregler die N Vektoren in absteigender Reihenfolge der Absolutwerte der Beträge anordnet, und in einem Fall, in dem ein Absolutwert eines Betrags eines maximalen Vektors kleiner als 1/2 eines Gesamtwerts der Absolutwerte der Beträge der N Vektoren ist, ein Polygon mit N Seiten erzeugt, in dem der maximale Vektor an einer unteren Seite angeordnet ist und die verbleibenden Vektoren als verbleibende Seiten angeordnet sind, und relative Winkel zwischen der unteren Seite und den jeweiligen verbleibenden Seiten als Phasen der N Trägersignale bestimmt.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei bei einer Anordnung von anderen Seiten als der unteren Seite in einem Fall, bei dem ein Trapez, in dem eine Summe von Vektoren, die bereits angeordnete Seiten bilden, als untere Unterseite festgelegt ist, eine Länge einer schrägen Seite gleich einem beliebigen der verbleibenden nicht angeordneten Vektoren ist, und eine Summe der Längen der verbleibenden Seiten mit Ausnahme der unteren Unterseite gleich einem absoluten Wert einer Größe der verbleibenden ungeordneten Vektoren ist, erzeugt werden kann, der Phasenregler irgendeinen der verbleibenden Vektoren als eine der schrägen Seiten des Trapezes so anordnet, dass er kontinuierlich mit einem Endpunkt des zuletzt angeordneten Vektors ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Phasenregler als einen der verbleibenden ungeordneten Vektoren einen Vektor auswählt, bei dem ein Absolutwert eines Größe des Vektors kleiner als 1/2 einer Summe von Absolutwerten von Größen der verbleibenden Vektoren in absteigender Reihenfolge der Absolutwerte der Beträge der Vektoren ist.
Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei ein Maximalwert von Winkeln benachbarter Seiten in dem Polygon, das N Seiten umfasst, auf einen Wert eines Winkels gesetzt wird, der von einem regelmäßigen N-Polygon gebildet wird.
Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei, wenn ein erster Vektor und ein zweiter Vektor mit einem relativen Winkel von 180° in den N Vektoren vorhanden sind, der Phasenregler den relativen Winkel in einen Winkel ändert, der von 180° um einen Winkel verschoben ist, der erhalten wird, indem ein absoluter Wert der Größen des ersten Vektors und des zweiten Vektors durch einen Wert dividiert wird, der doppelt so groß wie der maximale Vektor ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei, wenn ein absoluter Wert einer Größe eines maximalen Vektors, wenn die N Vektoren in absteigender Reihenfolge der absoluten Werte der Größen angeordnet sind, größer als 1/2 eines Gesamtwerts der absoluten Werte der Größen der N Vektoren ist, der Phasenregler für jeden der Vektoren außer dem maximalen Vektor einen relativen Winkel zwischen dem Maximalvektor und einem anderen Vektor als dem Maximalvektor auf einen Winkel einstellt, der von 180° um einen Winkel verschoben ist, der erhalten wird, indem eine Summe des Absolutwerts des Betrags des Maximalvektors und der Absolutwerte der Beträge der anderen Vektoren als dem Maximalvektor durch einen Wert dividiert wird, der erhalten wird, indem ein Absolutwert der Größe des Maximalvektors mit zwei Mal multipliziert wird.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei, wenn ein relativer Winkel zwischen zwei Vektoren eines als nächstes anzuordnenden Vektors und des angeordneten Vektors in einen Bereich fällt, der durch Erhöhen oder Verringern eines ersten Wertes, von 180°, erhalten wird, der ein Wert ist, der durch Dividieren einer Summe von Absolutwerten von Größen der beiden Vektoren durch das Zweifache eines Absolutwertes einer Größe des maximalen Vektors während der Erzeugung des Polygons erhalten wird, der Phasenregler den relativen Winkel zwischen den beiden Vektoren auf einen Winkel setzt, der von 180° um den ersten Wert in einer positiven Richtung abweicht.
Motosteuerverfahren, umfassend: Erfassen, durch eine Motorsteuervorrichtung, von Phasen von N Trägersignalen, die zum Erzeugen von PWM-Signalen verwendet werden, die N Wechselrichtern zugeführt werden sollen, die N Motoren, die jeweils über Energiekabel verbunden sind, auf der Grundlage von PWM-Signalen steuern, als N Vektoren, die durch Rauschbeträge dargestellt werden, die sich auf die jeweiligen N Motoren beziehen; und Bestimmen, durch die Motorsteuervorrichtung, der Phasen der Trägersignale, so dass eine Summe der N Vektoren zu Null wird.
Programm, das einen Computer veranlasst zum: Erfassen von Phasen von N Trägersignalen, die zur Erzeugung von PWM-Signalen verwendet werden, die N Wechselrichtern zugeführt werden sollen, die N Motoren, die jeweils über Energiekabel verbunden sind, auf der Grundlage von PWM-Signalen steuern, als N Vektoren, die durch Rauschbeträge dargestellt werden, die sich auf die jeweiligen N Motoren beziehen; und Bestimmen der Phasen der Trägersignale, so dass die Summe der N Vektoren zu Null wird.