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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung
eines elektrischen Winkels in einem Synchronmotor und auf ein Gerät hierfür.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Als
ein Gerät
zum Messen des elektrischen Winkels mit hoher Genauigkeit in einem
Synchronmotor, selbst in einem Zustand, bei dem ein Rotor in einem
Gehäuse
untergebracht ist, oder einen Rotor hat, der mit geringer Geschwindigkeit
läuft,
hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung ein Gerät zur Beobachtung
des Verhaltens vom elektrischen Strom vorgeschlagen, der durch jede
Phase fließt,
und zum Bestimmen eines elektrischen Winkels auf der Grundlage des
beobachteten Verhaltens (japanisches offengelegtes Patent, Gazette
Nr. 7-177788). Im Falle eines Dreiphasensynchronmotors beobachtet
das vorgeschlagene Gerät
das Verhalten der elektrischen Ströme, die durch beliebige zwei
Phasen fließen,
wodurch der elektrische Winkel unzweideutig bestimmt werden kann.
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Das
vorgeschlagene Gerät
kann den elektrischen Winkel mit hoher Genauigkeit bestimmen, selbst
wenn der Rotor steht oder sich mit geringer Umlaufgeschwindigkeit
dreht. Außenstörungen treten
jedoch manchmal im Prozeß des
Bestimmens vom elektrischen Winkel in einem Synchronmotor mit dem
vorgeschlagenen Gerät
auf. Im folgenden beschrieben ist dieser Nachteil in Einzelheiten.
Das vorgeschlagene Gerät
führt eine
Messung aus, während die
Kombination von von der Spannung beaufschlagten Phasen sukzessive
variiert wird. Angenommen wird, daß ein Dreiphasensynchronmotorantrieb
erfolgt, indem die elektrischen Ströme Iu, Iv und Iw durch die
Phasen U, V und W fließen.
Wie in den 18A und 18B gezeigt, kehrt das vorgeschlagene Gerät die Antriebsströme auf null
bei einer vorbestimmten Zeitvorgabe zurück, legt eine Spannung an die
U-WV-Phasen an, um einen elektrischen Strom zu messen, der durch
die U-Phase zur Zeit ml in 18B fließt, legt
die Spannung an die V-WU-Phasen an, um den elektrischen Strom zu
messen, der zur Zeit m2 durch die V-Phase fließt, und legt die Spannung an
die W-UV-Phasen an, um den elektrischen Strom zu messen, der zur
Zeit m3 durch die W-Phase fließt.
Da die Summe der elektrischen Ströme, die durch die drei Phasen
fließen,
gleich null ist, sind elektrische Stromsensoren an zwei Stellen
erforderlich, beispielsweise in der U-Phase und in der V-Phase.
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Für den Fall,
daß die
jeweiligen Phasenströme
dreimal gemessen werden, während
die Spannung an der Kombination der Phasenwicklungen anliegt, sind
mehrere Millisekunden erforderlich, um den elektrischen Winkel zu
bestimmen. Um einen gewissen Grad an Genauigkeit sicherzustellen,
ist die Messung des elektrischen Winkels bei allen zehn ungeradzahligen
Millisekunden erforderlich. Die elektrischen Ströme zu messen fließen somit
für eine
Zeitdauer von mehreren Millisekunden in Intervallen von zehn ungeradzahligen
Millisekunden, wie in den 18A und 18B gezeigt. Die bekannte
Prozedur kehrt zurück
zur Antriebsspannung, die den Synchronmotor beaufschlagt, auf null,
bevor eine Spannung zum Messen angelegt wird, und nimmt das Anlegen
der Antriebsspannung vom Originalpegel nach Abschluß der Messung
wieder ein. Die Fremdstörungen
treten in diesem Prozeß auf.
Fremdstörungen werden
größer, wenn
der Drehmomentstrom im Synchronmotor ansteigt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, daß Auftreten von Außenstörungen zu
verhindern, während
die Vorteile der vorgeschlagenen Technik des Bestimmens vom elektrischen
Winkel genutzt werden.
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Wenigstens
ein Teil obiger und anderer zugehörigen Aufgaben werden gelöst durch
ein Verfahren zum Bestimmen eines elektrischen Winkels einer Rotoreinheit
in einem Synchronmotor, der einen mehrphasigen Wechselstromfluß durch
eine Vielzahl von Phasenwicklungen fließen läßt und die Rotoreinheit durch
eine Wechselwirkung zwischen einem von der Vielzahl von Phasenwicklungen
erzeugten Magnetfeld und einem von einer Vielzahl von Permanentmagneten
erzeugten Magnetfeld zum Drehen veranlaßt, mit den Verfahrensschritten:
- Anlegen einer vorbestimmten Meßspannung, die einer an jeder
Phasenwicklung anliegenden Ansteuerspannung überlagert ist, und
- Messen eines elektrischen Stroms, der als Reaktion auf die vorbestimmte
Meßspannung
durch jede Spule fließt;
- gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
- Korrigieren des beobachteten Wertes vom elektrischen Strom mit
einer Wirkung der Ansteuerspannung, um so einen korrigierten Wert
des elektrischen Stroms zu erzielen, der durch jede Spule fließt; und
- Bestimmen des elektrischen Winkels von der Rotoreinheit auf
der Grundlage des korrigierten Wertes vom durch jede Phase fließenden elektrischen Strom.
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Im
Falle, daß kein
Antriebsstrom an die Phasenwicklung eines Synchronmotors geliefert
wird, kann der elektrische Winkel im Synchronmotor bestimmt werden
durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung zum Messen für jede Kombination
von Phasenwicklungen und vom Beobachten eines Verhaltens vom elektrischen
Strom, der durch jede Phasenwicklung als Reaktion auf die vorbestimmte
angelegte Spannung fließt.
Im Falle, daß die
vorbestimmte Spannung zum Messen bei Anwesenheit des Antriebsstromes
anliegt, der an den Synchronmotor geliefert wird, wird das betrachtete
Verhalten vom elektrischen Strom andererseits vom Antriebsstrom
verändert.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung führt folglich eine Korrektur
gemäß dem Antriebsstrom
aus, der dem Synchronmotor im Prozeß des Anlegens der vorbestimmten
Spannung zum Messen zugeführt
wird. Diese Prozedur bestimmt folglich den elektrischen Stromfluß durch
jede Phasenwicklung als Reaktion auf das Anlegen der bestimmten
Spannung zum Messen und bestimmt den elektrischen Winkel der Rotoreinheit
auf der Grundlage des korrigierten Wertes vom elektrischen Strom,
der durch die Phasenwicklung fließt.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die Spannung zum Messen
anlegen, ohne den Antriebsstromfluß durch den Synchronmotor auf
null zurückkehren
zu lassen. Dies beschränkt
eine Variation des elektrischen Stromes, den das Anlegen der Spannung
zur Messung begleitet, wodurch das Auftreten von Außenstörungen reduziert
wird. Eine Vielzahl von Techniken sind anwendbar, um den beobachteten
elektrischen Strom mit der Wirkung der Antriebsspannung zu korrigieren.
Eine beliebige Technik läßt sich
anwenden, um die Wirkung des Antriebsstroms zu eliminieren und den
elektrischen Winkel mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
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Eine
der verfügbaren
Techniken wird angewandt in einem ersten Gerät zum Bestimmen eines elektrischen
Winkels einer Rotoreinheit in einem Synchronmotor, die einen mehrphasigen
Wechselstromfluß durch
eine Vielzahl von Phasenwicklungen macht und die Rotoreinheit veranlaßt, sich
durch die Zwischenwirkung eines Magnetfeldes, aufgekommen durch
die Vielzahl von Phasenwicklungen, und ein Magnetfeld, aufgekommen
durch die Vielzahl von Permanentmagneten gedreht zu werden. Das
erste Gerät
nach der vorliegenden Erfindung ist ausgestattet mit: einem Meßspannungsanlegemittel
zum Anlegen einer vorbestimmten Meßspannung an jede Kombination
von Phasenwicklungen; und einem Speichermittel zum vorherigen Speichern
einer Beziehung zwischen einem elektrischen Winkel und dem Verhalten
des elektrischen Stroms, der durch jede Phasenwicklung als Reaktion
auf das Anlegen einer vorbestimmten Meßspannung fließt, in Hinsicht auf
jede Kombination von Phasenwicklungen, gekennzeichnet durch: ein
Beobachtungsmittel für
elektrisches Stromverhalten zur Verhaltensbeobachtung vom elektrischen
Strom, der als Reaktion auf die vorbestimmte Meßspannung durch jede Phasenwicklung fließt, die
das Meßspannungsanlegemittel
anlegt; einem Korrekturmittel zum Korrigieren einer Variation im
beobachteten Verhalten des elektrischen Stroms, der durch jede Phasenwicklung
mit einem durch jede Phase im Synchronmotor fließenden Ansteuerstrom fließt, während die
vorbestimmte Meßspannung
anliegt; und einem Bestimmungsmittel für elektrische Winkel zum Bezug
auf die im Speichermittel gespeicherte Beziehung und zum Bestimmen des
elektrischen Winkels der Rotoreinheit im Bereich von 0 bis 2π auf der
Grundlage des Verhaltens vom elektrischen Strom, den das Korrekturmittel
korrigiert hat.
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Im
ersten Gerät
der vorliegenden Erfindung speichert das Speichermittel die Beziehung
zwischen elektrischem Winkel und Verhalten des elektrischen Stromes,
der durch jede Phasenwicklung fließt, als Reaktion auf das Anlegen
einer vorbestimmten Spannung zum Messen in Hinsicht auf jede Kombination
von Phasenwicklungen. Das Meßspannungsanlegemittel
legt eine vorbestimmte Spannung zum Messen an jede Kombination von
Phasenwicklungen an, und das Beobachtungsmittel für das Verhalten des
elektrischen Stromes beobachtet das Verhalten des elektrischen Stromes,
der durch die Phasenwicklung als Reaktion auf die vorbestimmte Spannung zum
Messen fließt,
angelegt vom Meßspannungsanlegemittel.
Das Korrekturmittel korrigiert eine Variation im beobachteten Verhalten
des elektrischen Stromes, der durch jede Phasenwicklung fließt, mit
einem Antriebsstrom, der durch jede Phase im Synchronmotor fließt, während die
vorbestimmte Spannung zum Messen anliegt. Das Bestimmungsmittel
für den elektrischen
Winkel bezieht sich auf die Beziehung, die im Speichermittel gespeichert
ist, und bestimmt den elektrischen Winkel der Rotoreinheit im Bereich von
null bis 2π,
basierend auf dem Verhalten des elektrischen Stromes, den das Korrekturmittel
korrigiert hat.
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Die
Struktur vom ersten Gerät
korrigiert den beobachteten elektrischen Strom, der durch jede Phasenwicklung
als Reaktion auf die vorbestimmte Spannung zum Messen fließt mit der
Wirkung des Antriebsstromes, um den Zustand der Abwesenheit vom
Antriebsstrom abzuschätzen
und den elektrischen Winkel zu bestimmen. Diese Struktur ermöglicht das
Vorhandensein von Daten, die die Verhaltensweisen der elektrischen
Ströme
repräsentieren, die
zur Bestimmung des elektrischen Winkels zu verwenden sind.
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Eine
andere Technik zum Korrigieren des beobachteten elektrischen Stromes
mit der Wirkung des Antriebsstromes wird bei einer zweiten Vorrichtung
zum Bestimmen eines elektrischen Winkels einer Rotoreinheit in einem
Synchronmotor angewandt, der einen mehrphasigen Wechselstromfluß durch
eine Vielzahl von Phasenwicklungen fließen läßt und die Rotoreinheit durch
eine Wechselwirkung zwischen einem von der Vielzahl von Phasenwicklungen
erzeugten Magnetfeld und einem von einer Vielzahl von Permanentmagneten
erzeugten Magnetfeld zum Drehen veranlaßt, mit: einem Spannungsanlegemittel
zum Anlegen einer vorbestimmten Meßspannung an jede Kombination
von Phasenwicklungen, einem Ansteuerstromfeststellmittel zum Messen eines
Ansteuerstroms, der jeder Phasenwicklung zur Zeit des Anlegens der
vorbestimmten Meßspannung überlagert
ist; und mit einem Speichermittel zum vorherigen Speichern einer
Beziehung zwischen einem elektrischen Winkel und dem Verhalten des
durch jede Phasenwicklung fließenden
elektrischen Stroms als Reaktion auf die vorbestimmte Spannung zu
messen, die an jeder Kombination der Phasenwicklungen anliegt, während ein
Ansteuerstrom im Synchronmotor fließt; gekennzeichnet durch ein
Beobachtungsmittel zum Beobachten eines Verhaltens des elektrischen
Stroms, der als Reaktion auf die vorbestimmte Meßspannung durch jede Phasenwicklung
fließt,
die das Spannungsanlegemittel anlegt; und ein Bestimmungsmittel
für elektrische
Winkel zum Bestimmen des elektrischen Winkels der Rotoreinheit im
Bereich von 0 bis 2π auf
der Grundlage des beobachteten Verhaltens von elektrischem Strom
und gemessenem Ansteuerstrom, womit eine Korrektur des beobachteten
Werts vom elektrischen Strom mit einer Wirkung der Ansteuerspannung
durch Heranziehen der Beziehung erfolgt.
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Im
zweiten Gerät
nach der vorliegenden Erfindung speichert das Speichermittel die
Beziehung zwischen dem elektrischen Winkel und dem Verhalten des
elektrischen Stroms, der durch jede Phasenwicklung fliegt, als Reaktion
auf eine vorbestimmte Spannung zum Messen, die angewandt wird auf
jede Kombination von Phasenwicklungen, während Antriebsstrom im Synchronmotor
fließt.
Nach der Bedingung, daß das
Spannungsanlegemittel die vorbestimmte Spannung zum Messen einer
jeden Kombination von Phasenwicklung anlegt, beobachtet das elektrische
Stromverhaltenbeobachtungsmittel ein Verhalten des elektrischen
Stroms, der durch jede Phasenwicklung fließt, und das Antriebsstromfeststellmittel
mißt einen
Antriebsstrom, der dem Synchronmotor zugeführt wird. Das Bestimmungsmittel für den elektrischen
Winkel bezieht sich auf die Beziehung, die im Speichermittel gespeichert
ist, und bestimmt den elektrischen Winkel der Rotoreinheit im Bereich
von null bis 2π auf
der Grundlage des beobachteten Verhaltens vom elektrischen Strom
und dem gemessenen Antriebsstrom. Diese Struktur beinhaltet nicht
den Schritt des Korrigierens vom beobachteten elektrischen Strom
als Reaktion auf das Anlegen der vorbestimmten Spannung zur Messung, wodurch
die Zeitdauer weiter verkürzt
wird, die erforderlich ist, den elektrischen Winkel zu bestimmen.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand der beiliegenden Zeichnung deutlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNG
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1 ist ein Blockdiagramm,
das schematisch die Struktur eines Motorsteuergerätes 10 als erstes
Ausführungsbeispiel
nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 veranschaulicht schematisch
die Struktur eines Dreiphasensynchronmotors 40 mit einer
eingebauten Statoreinheit 30;
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3 ist eine Ansicht, die
die Beziehung zwischen der Statoreinheit 30 und einer Rotoreinheit 50 vom
Dreiphasensynchronmotor 40 darstellt;
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4 zeigt ein Ersatzschaltbild
des Dreiphasensynchronmotors im ersten Ausführungsbeispiel;
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5 ist ein Graph, der eine Übergangsantwort
vom U-Phasenstrom Iu(t) zeigt, wenn eine Spannung E1 an den U-VW-Phasen
anliegt;
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6 ist ein Graph, der die
Beziehung zwischen dem Antriebsstrom und dem Dämpfungsbetrag zeigt, der als
Tabelle 122A im Speicher 122 vom ersten Ausführungsbeispiel
gespeichert ist;
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7 ist ein Graph, der die
Beziehung zwischen der Wicklungsinduktivität und dem elektrischen Winkel θ zeigt;
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8 zeigt eine Technik des
Bestimmens der Induktivität
auf der Grundlage des Verhaltens vom elektrischen Strom im Zustand
des Anlegens einer vorbestimmten Spannung;
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9(A) und 9(B) sind Graphen, die die Beziehung
zwischen dem elektrischen Winkel und der Induktivität zeigen;
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10 zeigt die Beziehung zwischen
der Statoreinheit 30 und der Rotoreinheit 50 vom
Dreiphasensynchronmotor 40 in linearer Konfiguration;
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11 ist ein Ablaufdiagramm,
das eine elektrische Winkelbestimmungsroutine zeigt, die bezüglich des
ersten Ausführungsbeispiels
ausgeführt wird;
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12 ist ein Graph, der eine
Kurve des beobachteten Phasenstromes zeigt;
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13 ist ein Graph, der die
beobachteten Phasenströme
gegenüber
der aufgetragenen angelegten Spannung zeigt;
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14 ist ein Graph, der Variationen
in elektrischen Strömen
zeigt, wenn Spannungen entgegengesetzter Polarität an den U-VW-Phasen anliegen;
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15 ist ein Graph, der ein
Verfahren des Spezifizierens vom Bereich den elektrischen Winkels zeigt,
in dem der Vorteil einer magnetischen Sättigung in Anspruch genommen
wird;
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16 ist ein Blockdiagramm,
das schematisch die Struktur eines anderen Motorsteuergerätes 310 als
zweites Ausführungsbeispiel
nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
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17 ist ein Blockdiagramm,
das schematisch die Struktur eines noch anderen Motorsteuergerätes 410 als
drittes Ausführungsbeispiel
nach der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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18(A) und 18(B) sind Graphen, die eine Bestimmung
des elektrischen Winkels nach dem Stand der Technik zeigen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Einige
Modi des Ausführens
der vorliegenden Erfindung sind nachstehend als bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben. Unter Bezug auf 2 und 3 wird zuerst die allgemeine
Struktur des Dreiphasenmotors 40 beschrieben. Der Dreiphasensynchronmotor 40 enthält eine
Statoreinheit 30, eine Rotoreinheit 50 und ein
Gehäuse 60,
das die Statoreinheit 30 und die Rotoreinheit in sich aufnimmt.
Die Rotoreinheit 50 verfügt über Permanentmagneten 51 bis 54,
die an der Peripherie befestigt sind. Eine Drehwelle 55 ist
in der Achsenmitte der Rotoreinheit 50 angeordnet und drehbar
gestützt
durch Halterungen 61 und 62, die sich im Gehäuse 60 befinden.
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Die
Rotoreinheit 50 ist aufgebaut durch Legen einer Vielzahl
von Rotoren 57, die ausgedruckt sind auf einer dünnen Platte
eines nicht gerichteten elektromagnetischen Stahls aufeinander.
Wie aus 3 klar hervorgeht,
hat jeder Rotor 57 vier auffällige Pole 71 bis 74,
die senkrecht zueinander angeordnet sind. Nachdem die Vielzahl von
Rotoren 57 einer auf den anderen gelegt sind, wird die
Drehwelle 55 in die laminierten Rotoren 57 gepreßt, um diese versuchsweise
anzuschließen.
Die Rotoren 57, aufgebaut aus dem elektromagnetischen Stahl,
haben Isolationsschichten und Klebeschichten, die auf deren Oberfläche aufgebracht
sind. Das Erwärmen
der laminierten Rotoren 57 bis zu einer vorbestimmten Temperatur
veranlaßt
die Klebeschichten, sich miteinander zu verbinden.
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Nach
dem Zusammenbau der Rotoreinheit 50 werden die Permanentmagneten 51 bis 54 zwischen
den auffälligen
Polen 71 bis 74 auf der Peripherie der Rotoreinheit 50 angeordnet
und längs
der Achse der Rotoreinheit 50 befestigt. Die Permanentmagneten 51 bis 54 werden
in ihrer Dickerichtung magnetisiert. Beim Zusammenbau der Rotoreinheit 50 mit
der Statoreinheit 30 schaffen die Permanentmagneten 51 und 52 einen
Magnetweg Md, der die Rotoren 57 und Statoren 20 durchläuft (siehe
die Ein-Punkt-Kettenlinie in 3).
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Wie
die Rotoren 57 sind eine Vielzahl von Statoren 20,
die die Statoreinheit 30 bildet, aus der dünnen Platte
nicht gerichteten elektromagnetischen Stahls gestanzt. Wie in 3 gezeigt, hat jeder Stator 20 12
Zähne 22.
Statorwicklungen 32, die die Statoreinheit 30 veranlassen,
ein magnetisches Drehfeld zu schaffen, sind um den Zahn 22 gewickelt,
um die Schlitze 24 zu durchlaufen, die zwischen dem Zahn 22 gebildet
sind. Der Stator 20 hat tiefe Löcher zum Aufnehmen von Befestigungsbolzen 34,
die an der Peripherie vorgesehen sind, obwohl die Bolzenlöcher in
der Darstellung von 3 nicht
vorhanden sind.
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Die
Statoreinheit 30 wird zusammengebaut durch Erwärmen und
Schmelzen der Klebeschichten im Zustand, daß die Vielzahl der plattenförmigen Statoren 20 aufeinander
liegen und gegeneinander gedrückt
sind. Die Statorwicklungen 32 werden dann um den Zahn 22 der
Statoren 20 gewickelt. Die zusammengebaute Statoreinheit 30 wird
in ein Gehäuse 60 verbracht,
und die Befestigungsbolzen 34 eingefügt in die Bolzenlöcher und
verklammert, um so die Statoreinheit 30 mit dem Gehäuse 60 zu
befestigen. Die Rotoreinheit 50 wird nachfolgend in das
Gehäuse 60 eingebracht,
um drehbar gestützt
zu sein von den Halterungen 61 und 62 im Gehäuse 60.
Dies vervollständigt
den Dreiphasensynchronmotor 40.
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Wenn
ein elektrischer Strom fließt
durch die Statorwicklungen 32 von der Statoreinheit 30 zu
deren Erregung um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, wird ein
Magnetweg Mq gebildet, der durch die benachbarten auffallenden Pole
verläuft,
die Rotoren 57 und die Statoren 20, wie in 3 gezeigt. In der Darstellung
von 3 repräsentiert
eine Achse 'd' eine Achse vom Magnetfluß, der vom
Permanentmagneten 51 bis 54 erzeugt wird und die
Rotoreinheit 50 in Richtung des Durchmessers durchfließt, wohingegen
eine Achse 'q' eine Achse des Magnetflusses repräsentiert,
den die Statorwicklungen 32 der Statoreinheit 30 erzeugen
und der die Rotoreinheit 50 in Richtung des Durchmessers
durchläuft.
In diesem Ausführungsbeispiel
sind vier Pole vorgesehen, deren Achsen 'd' und 'q' elektrisch einen Winkel von 90° zueinander
haben.
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Unter
Bezug auf 1 ist nachfolgend
die Struktur der Motorsteuereinheit 10 beschrieben. Die Motorsteuereinheit 10 enthält eine
Motorstromregelschaltung 100, die einen Drehmomentbefehlswert von
außen
aufnimmt und die Dreiphasenströme (Phasen
U, V und W) des Dreiphasensynchronmotors 40 regelt, und
Strommesser 102, 104 und 106 zum jeweiligen
Messen des U-Phasenstromes Iu, eines V-Phasenstromes Iv und eines W-Phasenstromes
Iw des Dreiphasensynchronmotors 40. Die Motorsteuereinheit 10 enthält des weiteren
einen Strom-Drehmoment-Umsetzer 110, der die beobachteten
Werte vom U-Phasenstrom Iu und vom V-Phasenstrom Iv in Drehmomente
umsetzt; drei Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 112, 114 und 116 zum Umsetzen
der beobachteten Werte elektrischer Ströme in digitale Daten, einen
Ein-Chip-Mikroprozessor (CPU) 120 zum Ausführen von
Rechenoperationen zur Bestimmung eines elektrischen Winkels, und
einen Speicher 112 zum Speichern von Tabellen, die für die Rechenoperation
eines elektrischen Winkels verwendet werden. Die Drehmomente, umgesetzt vom
Strom-Drehmoment-Umsetzer 110,
werden aufsummiert und vom Drehmomentbefehlswert subtrahiert, um
so eine Rückkopplungssteuerung
des aktuellen Drehmoments im Dreiphasensynchronmotor 40 zu
erzielen. Die Motorstromregelschaltung 100 hat eine Spannungsanlegeeinheit 130 in
ihrer ersten Ausgangsstufe. Die Spannungsanlegeeinheit 130 bestimmt
eine an die jeweiligen Wicklungen des Dreiphasensynchronmotors 40 angelegten
Spannungen, um die jeweiligen Phasenströme Iu, Iv und Iw zu bekommen,
basierend auf dem Drehmomentbefehlswert. Die Spannungsanlegeeinheit 130 empfängt ein Steuerausgangssignal
aus der CPU 120, so daß die an
den jeweiligen Wicklungen anliegende Spannung des Dreiphasensynchronmotors 40 von
außen
geregelt werden kann. Wie in 1 gezeigt,
hat der Speicher 122 zwei dort gespeicherte Tabellen; eine
Tabelle 122A, die zum Korrigieren beobachteter Werte elektrischer
Ströme
verwendet wird, und eine Tabelle 122B, die zum Errechnen
eines elektrischen Winkels aus korrigierten Werten elektrischer
Ströme
verwendet wird.
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Nachfolgend
beschrieben ist das Prinzip der aktuellen Prozedur zum Bestimmen
eines elektrischen Winkels der Rotoreinheit
50 im Dreiphasensynchronmotor
40 mit
dem obigen Aufbau bei der Motorsteuereinheit
10, die zuvor
abgehandelt wurde.
4 zeigt
ein Ersatzschaltbild des Dreiphasensynchronmotors
40. Im
Falle, daß eine
vorbestimmte Spannung E1 eine Stufenfunktion hat, an die U-Phase
und die VW-Phase
des Dreiphasensynchronmotors
40 angelegt wird, stellt ein
elektrischer Strom, der zwischen U-VW-Phasen fließt, eine Übergangsantwort
dar, die abhängig
ist von einer Induktivitätskomponente
L der Schaltung. Der Graph von
5 zeigt
ein Beispiel der Übergangsantwort.
Die Induktivität
L der Schaltung ist festgelegt als eine Funktion des elektrischen
Winkels
der
Rotoreinheit
50. Im Falle, daß die Rotoreinheit
50 nicht
dreht und in einem Ruhezustand gehalten ist, das heißt, der elektrische
Winkel der Achse 'd', elektrisch gebildet mit
der Achse 'q' in der Rotoreinheit
50 bestimmt
die Induktivität
L der Schaltung.
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Der
elektrische Strom Iu(t), der das Ersatzschaltbild in 4 durchfließt (wird
nachstehend als U-Phasen-Strom bezeichnet) hat eine Antwort, die festgelegt
ist durch die nachstehende Gleichung (1): Iu(t) = {1–exp
(–Rt/L)}E1/R ...(1)wobei
exp( ) eine Exponentialfunktion darstellt, und R und t bedeuten
die Impedanz der Schaltung bzw. die Zeit. Der U-Phasenstrom Iu(t) zeigt einen leichten Anstieg
unter der Bedingung, daß eine
große
Induktivität
L vorliegt. Die Messung der elektrischen Ströme zu vorbestimmten Zeitpunkten
nach dem Anlegen der Spannung ergibt die Induktivitäten L und
bestimmt letztlich den elektrischen Winkel θ.
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Wenn
die Spannung zum Messen der Induktivität während des Betriebs vom Dreiphasensynchronmotor 40 anliegt,
das heißt
im Zustand, bei dem der Antriebsstrom die U-Phase durchfließt, wird
der U-Phasenstrom Iu(t) beeinflußt durch den Antriebsstrom
und bedämpft
aus der Übergangsantwort,
die durch die obige Gleichung (1) festgelegt ist. Die Beziehung
zwischen dem Betrag der Bedämpfung
und dem Antriebsstrom kann im voraus gemessen werden. Der Graph
von 6 zeigt die dargestellte
Beziehung zwischen dem Dämpfungsbetrag
und dem Treiberstrom im Falle des Dreiphasensynchronmotors 40,
der in diesem Ausführungsbeispiel
verwendet wird. Die Dämpfungsbeträge gemäß bekannter Antriebsströme der jeweiligen
Phasen lassen sich aus dem Graphen ablesen. Der genaue U-Phasenstrom
Iu(t), V-Phasenstrom Iv(t) und W-Phasenstrom Iw(t) werden bestimmt
durch Addition der Dämpfungsbeträge zu den
jeweiligen beobachteten Phasenströmen Iu, Iv und Iw. Der Graph,
der die Beziehung zwischen dem Dämpfungsbetrag
und dem Antriebsstrom einer jeden Phase darstellt, ist in der Tabelle 122A vom
Speicher 122 gespeichert.
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Die
Induktivitäten
Lu, Lv und Lw der Phasen U, V und W werden errechnet aus den Variationen der
elektrischen Ströme
Iu, Iv und Iw der jeweiligen Phasen und bestimmen letztlich den
elektrischen Winkel. Induktivitäten
aller drei Phasen sind nicht erforderlich für die Bestimmung des elektrischen
Winkels, aber Induktivitäten
beliebiger zweier Phasen sind hinreichend. In diesem Ausführungsbeispiel werden
die Induktivitäten
Lu und Lv im voraus gemessen für
eine Vielzahl elektrischer Winkel, die im Speicher 122 gespeichert
sind. Der Graph von 7 zeigt
die beobachtete Beziehung als Beispiel. Die Kurve der durchgehenden
Linie stellt die beobachtete Induktivität dar zwischen den U-VW-Phasen, die gegenüber dem
elektrischen Winkel aufgetragen sind, wohingegen die Kurve der gebrochenen
Linie stellt die beobachteten Induktivitäten zwischen den V-WU-Phasen
dar, die abhängig
vom elektrischen Winkel aufgetragen sind. Die Beziehung zwischen der
beobachteten Zwischenwicklungsinduktivität und dem elektrischen Winkel
ist gespeichert in der Tabelle 122B, die verwendet wird
zum Bestimmen des elektrischen Winkels gemäß dem korrigierten Wert des
elektrischen Stromes im Speicher 122.
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Eine
konkrete Prozedur legt zuerst eine Spannung an, die U-VW-Phasen, um die
Induktivität L2
zu messen, und legt dann eine Spannung an zwischen die U-WU-Phasen
zum Messen einer Induktivität
L1. Nur ein Winkel der Rotoreinheit 50, der nur ein elektrischer
Winkel ist, im Bereich von 0 bis 2π entspricht der Induktivität L2 zwischen
den U-VW-Phasen und der Induktivität L1 zwischen den W-WU-Phasen.
Dies ist der elektrische Winkel von α1 = β1. Messen der Phasenströme Iu und
Iv führt folglich
zur Bestimmung des elektrischen Winkels θ der Rotoreinheit 50.
In der obigen Abhandlung hängt die
Bestimmung der Induktivität
L zwischen speziellen Phasen ab von der Zeitdauer Tθ, die verflossen ist,
bevor der elektrische Stromfluß zwischen
den speziellen Phasen ein vorbestimmtes Niveau erreicht, wie es
in 5 gezeigt ist. Gemäß anderer möglicher
Prozeduren kann die Bestimmung der Induktivität abhängen vom Wert elektrischen
Stromes Im, der erzielt wird, wenn eine vorbestimmte Spannung zwischen
den speziellen Phasen einer vorbestimmten Zeitdauer anliegt, wie
in 8 gezeigt. Letztere
Technik, die in 8 gezeigt
ist, wird angewandt für
die aktuelle Bestimmung des elektrischen Winkels, da die erforderliche
Verarbeitungszeit feststehend ist.
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Die
beobachteten Kurven, die im Graphen von 7 gezeigt sind, haben unterschiedliche
induktivitätselektrische
Winkelkennlinien im Bereich von 0 bis π und im Bereich von π bis 2π. Die induktivitätselektrische
Winkelkurve zeigt jedoch im wesentlichen identisches Verhalten im
Bereich von 0 bis π und
im Bereich von π bis
2π, wie
im Graphen von 9 gezeigt.
Die Errechnung der Induktivitäten
L2 und L1 zwischen den jeweiligen Phasen aus den Phasenströmen Iu und
Iv gibt zwei Lösungen,
die der Beziehung genügen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird
die magnetische Beziehung zwischen der Statoreinheit 30 und
der Rotoreinheit 50 unsymmetrisch sein, so daß die Induktivität L und
der elektrische Winkel θ eine
unsymmetrische Beziehung beibehalten, wie in 7 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel
wird die unsymmetrische magnetische Beziehung zwischen der Statoreinheit 30 und
der Rotoreinheit 50 realisiert durch Anwenden magnetischer
Elemente 86 bis 89 auf die magnetisierten Flächen der Permanentmagnete 52 und 54 und
der Oberflächen der
hervorstehenden Pole 72 und 74. 10 zeigt die Statoreinheit 30 und
die Rotoreinheit 50 des Dreiphasensynchronmotors 40 in
einer linearen Konfiguration zur besseren Übersichtlichkeit. In der Rotoreinheit 50 sind
die magnetischen Elemente 86 und 88 jeweils auf
den unteren Flächen
des Permanentmagneten 52 und des Permanentmagneten 54 angeordnet,
wohingegen die magnetischen Elemente 87 und 89 jeweils
mit den Oberflächen
der hervorstehenden Pole 72 und 74 verbunden sind.
Das Paar Permanentmagnete 51 und 52, die die magnetischen
Pole bilden, haben unterschiedliche Eigenschaften bei Anwesenheit
der magnetischen Elemente 86 und 87 und bei Abwesenheit
der magnetischen Elemente 86 und 87. Die Beziehung
zwischen dem elektrischen Winkel und dem elektrischen Strom, der
durch jede Phase fließt,
zeigt unterschiedliches Verhalten in den ersten 180° ohne die
magnetischen Elemente 86 und 87 (0 bis π) und den
nächsten
180° mit
den magnetischen Elementen 86 und 87 (π bis 2π) .
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Die
obige Beschreibung bezieht sich auf den Umriß der Technik, der eine vorbestimmte
Spannung an die U-VW-Phasen anlegt und an die V-WU-Phasen, mißt die elektrischen
Ströme,
die durch die U-Phase und die V-Phase fließen, und bestimmt den elektrischen
Winkel θ auf
der Grundlage der beobachteten Werte elektrischer Ströme. Im folgenden beschrieben
ist ein Prozeß von
der elektrischen Winkelbestimmung, die ausgeführt wird von der CPU 120 dieses
Ausführungsbeispiels. 11 ist ein Ablaufdiagramm,
das die elektrische Winkelbestimmungsroutine zeigt, die die CPU 120 ausführt. Die
elektrische Winkelbestimmungsroutine wird alle 16 ms aktiviert durch
eine Zeitgeberunterbrechung und in ungefähr 1 ms. 12 ist ein Graph, der eine beobachtete Kurve
des I-Phasenstromes zeigt, und 13 zeigt die
Messung elektrischer Stromvariationen ΔI der jeweiligen Phasen in diesem
Ausführungsbeispiel.
Der untere Abschnitt von 13 entspricht
der Erweiterung vom Bereich 'A' in 12.
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Wenn
der Betrieb vom Dreiphasensynchronmotor 40 erforderlich
ist als Reaktion auf eine Bestromung, legt die CPU 120 sukzessive
eine vorbestimmte Spannung an die jeweiligen Wicklungen an, mißt Induktivitäten zwischen
den Wicklungen und bestimmt den elektrischen Winkel θ der Rotoreinheit 50 im
Gehäuse
auf der Grundlage des in den 5 und 7 gezeigten Prinzips. Die
CPU 120 läßt einen
Antriebsstrom durch jede Phase gemäß dem elektrischen Winkel θ fließen, um
so den Dreiphasensynchronmotor 40 zu aktivieren. Die CPU 120 führt nachfolgend
den Prozeß aus,
der im Ablaufdiagramm von 11 gezeigt
ist, um den elektrischen Winkel der Rotoreinheit 50 zu
bestimmen, während
der elektrische Stromfluß durch
jede Phase und der Antrieb des Dreiphasensynchronmotors 40 erfolgt.
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Wenn
das Programm in die Routine von 11 eintritt,
liest die CPU 120 zuerst den Wert des elektrischen Stromes
Iu1, der durch die U-Phase beim Beginn der Messung in Schritt S200
fließt,
und legt eine vorbestimmte Spannung (Spannung zur Messung) E1 an,
wie in der Stufenfunktion an die U-VW-Phasen in Schritt S205. Wie
in 13 gezeigt, variiert
die Spannung zur Messung zusätzlich
zur Antriebsspannung den elektrischen Stromfluß zwischen den U-VW-Phasen.
Die CPU 120 liest dann einen Wert elektrischen Stromes
Iu2, der durch die U-Phase zum Zeitpunkt fließt, wenn die zur Messung anliegende
Spannung in Schritt S210 endet und errechnet eine Variation ΔIu vor und
nach dem Anlegen der Spannung zur Messung in Schritt S215. ADC 112 setzt
die analogen Ausgangssignale des Strommessers 102 um in
digitale Daten, und die CPU 120 liest die digitalen Daten
als beobachtete Werte der elektrischen Ströme. Die obige Prozedur wird
wiederholt für die
V-Phase und für
die W-Phase. Die CPU 120 liest Werte elektrischer Ströme Iv1 und
Iw1 zum Beginn der Messung (Schritte S220 und S240), legt die vorbestimmte
Spannung zur Messung an (Schritte S225 und S245), liest Werte elektrischer
Ströme
Iv2 und Iw2 zur Bestimmung des Anlegens (Schritte S230 und S250)
und errechnet Variationen ΔIv
und ΔIw (Schritte
S230 und S255). Induktivitäten
bei wenigstens zwei Phasen sind erforderlich zum Bestimmen des elektrischen
Winkels, wie schon zuvor beschrieben. Die Verarbeitung beispielsweise
von den Schritten S240 bis S255 für die W-Phase kann somit ausgelassen
werden.
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Die
Variationen ΔIu, ΔIv und ΔIw werden
bei Anwesenheit des Antriebsstromes gemessen und gedämpft von
den genauen Variationen bei Abwesenheit des Antriebsstromes. Zum
Zwecke der Korrektur bezieht sich die CPU 120 auf die Tabelle 122A, die
im Speicher 122 gespeichert ist, liest die Beträge der Bedämpfung entsprechend
den elektrischen Strömen
Iu1, Iv1 und Iw1 zu Beginn der Messung und fügt die Dämpfungsbeträge den jeweiligen Variationen ΔIu, ΔIv unf ΔIw hinzu.
Die CPU 120 erzielt folglich die Werte der Phasenströme Iu, Iv
und Iw, und diese sind äquivalent
den Messungen bei Abwesenheit des Treiberstroms in Schritt S260.
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Die
CPU 120 bestimmt dann den elektrischen Winkel auf der Grundlage
der jeweiligen Phasenströme,
die korrigiert sind um den Dämpfungsbetrag
in Schritt S270. Diese Prozedur folgt im Prinzip der zuvor beschriebenen
Prozedur. Die Induktivitäten Lu,
Lv und Lw werden zuerst gewonnen durch Errechnung aus den korrigierten
Werten der elektrischen Ströme
oder anderenfalls unter Bezug auf eine vorgespeicherte Tabelle.
Der elektrische Winkel θ gemäß den drei
Induktivitäten
Lu, Lv und Lw wird dann gelesen aus der anderen Tabelle 122b,
die im Speicher 122 gespeichert ist. Gemäß einer
konkreten Prozedur werden die drei errechneten Induktivitäten Lu,
Lv und Lw verglichen mit Induktivitätsdaten Lu0, Lv0 und Lw0 der
jeweiligen Phasen, die in der Tabelle 122B gespeichert
sind, und ein elektrischer Winkel θ0, der wenigstens die Summe
der Differenzen angibt, wird aus der Tabelle 122B gelesen.
Es ist ein praktischer Weg, ein Stück der Induktivität als ausgenommene
Daten zu behandeln, da alle drei Induktivitäten nicht immer genau gemessen
werden können. Beispielsweise
wird eine gewisse Kombination errechneter Induktivitäten Lu und
Lv verglichen mit Induktivitätsdaten
Lu0 und Lv0, die in der Tabelle gespeichert sind, und der zugehörige elektrische
Winkel θ0
wird nach der Bedingung gelesen, daß die Summe der Differenzen
nicht größer als
ein vorbestimmter Wert ist. Im Falle, daß die Summe der Differenzen
größer als
der vorbestimmte Wert ist, wird im Gegensatz dazu eine andere Kombination
von errechneten Induktivitäten
Lv und Lw mit den Induktivitätsdaten
Lv0 und Lw0 verglichen.
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Die
Standardprozedur errechnet die Induktivitäten aus den Werten elektrischer
Ströme
jeweiliger Phasen und bestimmt dann den elektrischen Winkel auf
der Grundlage der gewonnenen Induktivitäten. Die Prozedur dieses Ausführungsbeispiels
läßt jedoch
den Prozeß des
Errechnens der Induktivitäten aus
den beobachteten Werten elektrischer Ströme aus und bezieht sich auf
die Tabelle 122B, die im Speicher 122 gespeichert
ist, um direkt den elektrischen Winkel entsprechend den Werten elektrischer Ströme zu lesen.
Die Verarbeitung in Schritt S270 im Ablaufdiagramm von 11 vergleicht die korrigierten
Werte der elektrischen Ströme
Iu, Iv und Iw mit elektrischen Stromdaten Iu0, Iv0 und Iw0, die
in der Tabelle 122B gespeichert sind, um den elektrischen Winkel
zu bestimmen.
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Wie
zuvor beschrieben, erfordert die Prozedur dieses Ausführungsbeispiels
nicht den Drehmomentstrom, der auf null zurückkehren muß, wenn die Stufenspannung
E1 an jeder Phase anliegt. Dieses kürzt die Zeitdauer ab, die erforderlich
ist zum Aufbereiten der Messung sowie die Zeitdauer, die erforderlich
ist zur Rückkehr
des elektrischen Stromes auf den Originalpegel nach Beendigung der
Messung. Die Prozedur des Ausführungsbeispiels
verkürzt nämlich die
gesamte Zeitdauer, die erforderlich ist zum Bestimmen des elektrischen
Winkels. Da der elektrische Stromfluß zwischen den jeweiligen Wicklungen
nicht auf null zurückkehrt,
ist dieses Verfahren wünschenswert,
eine Variation im elektrischen Strom pro Einheitszeit zu vernachlässigen,
womit das Auftreten von Außenstörungen vermieden
wird.
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Der
solchermaßen
gewonnene elektrische Winkel
wird
abgegeben an die Motorstromregulierschaltung
100 und verwendet
als Information, die die Drehstellung der Rotoreinheit
50 repräsentiert
im Verlauf der Operation des Dreiphasensynchronmotors
40,
um die Phase zu spezifizieren, an der der Antriebsstrom anliegt,
unter den Phasen U, V und W der Statorwicklungen
32. Im
obigen Ausführungsbeispiel wird
die magnetische Beziehung zwischen der Statoreinheit
30 und
der Rotoreinheit
50 unsymmetrisch im Bereich von 0 bis π und im Bereich
von π bis
2π, so daß der elektrische
Winkel unzweideutig bestimmbar ist. Selbst wenn die magnetische
Beziehung symmetrisch ist, ermöglichen
einige Abwandlungen des Verfahrens den elektrischen Winkel genau
im Bereich von 0 bis 2π zu
bestimmen. Das abgewandelte Verfahren spezifiziert zuerst den Bereich
von 180°,
in dem der elektrische Winkel der Rotoreinheit
50 vorhanden
ist, und nimmt danach den Strombereich von 180° an auf der Grundlage der Umdrehungsgeschwindigkeit
der Rotoreinheit
50.
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Beispielsweise
verursacht eine Spannung eine magnetische Sättigung zwischen den U-VW-Phasen,
die doppelt anliegt mit entgegengesetzter Polarität, und der
elektrische Stromfluß durch die
U-Phasenwicklung als Reaktion auf jede Spannung wird gemessen. 14 ist ein Graph, der den elektrischen
Stromfluß durch
die U-Phase in der jeweiligen Polarität zeigt, die aufgetragen ist
gegenüber
dem elektrischen Winkel π der
Rotoreinheit 50. Im Graphen von 15 wird die beobachtete Kurve elektrischen
Stromflusses durch die U-Phase umgekehrt, wenn eine negative Spannung
zwischen den U-VW-Phasen anliegt, und ist dargestelllt mit der beobachteten
Kurve elektrischen Stromes, wenn eine positive Spannung zwischen
den U-VW-Phasen anliegt. Der Bereich von 0 bis 2π ist eingeteilt in 12 Teilungen
zur Verdeutlichung der Darstellung.
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Wie
in 15 gezeigt, variiert
im Falle, daß der
elektrische Strom eine magnetische Sättigung hervorruft, die Polarität der angelegten
Spannung die Beziehung zwischen dem elektrischen Winkel π der Rotoreinheit 50 und
dem beobachteten Wert elektrischen Stromes. In Teilungen 1 bis 3 und 4' bis 6' wird der beobachtete
elektrische Strom als Reaktion der positiven Spannung größer als
der beobachtete elektrische Strom als Reaktion auf die negative
Spannung. In Teilungen 4 bis 6 und 1' bis 3' wird im Gegensatz
dazu der beobachtete elektrische Strom als Reaktion auf die negative
Spannung größer als
der beobachtete elektrische Strom als Reaktion auf die positive
Spannung. Diese Eigenschaft wird verwendet zum Spezifizieren, ob
der elektrische Winkel von der Rotoreinheit 50 im Bereich von 0
bis π oder
im Bereich von π bis
2π vorhanden
ist. Nachdem der elektrische Winkel spezifiziert ist entweder im
Bereich von 0 bis π oder
im Bereich von π bis
2π wird die
Technik des ersten zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels anhand der
Zeichnungen der 11 bis 13 angewandt zum Bestimmen
des elektrischen Winkels im Bereich von 0 bis 2π.
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Während die
Rotoreinheit 50 ihre Drehung einstellt, ist der elektrische
Winkel π unzweideutig bestimmt,
indem der elektrische Stromfluß veranlaßt wird,
eine magnetische Sättigung
zwischen den U-VW-Phasen hervorzurufen. Die Spezifikation des Bereichs
von 180°,
in dem der elektrische Winkel vorhanden ist, wird sukzessive aktualisiert
auf der Grundlage der Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotoreinheit 50.
Dieses Verfahren kann die Messung des elektrischen Winkels π genau fortsetzen
lediglich durch Anlegen der Spannung E1 zum Messen, die keinerlei
magnetische Sättigung
hervorruft, während die
magnetische Beziehung symmetrisch gehalten wird. Im obigen Ausführungsbeispiel
wird die elektrische Winkelbestimmungsroutine aktiviert alle 16
ms. Unter der Bedingung einer Hochgeschwindigkeitsdrehung kann eine
elektromotorische Gegenkraft verwendet werden zum Bestimmen des
elektrischen Winkels. Die Bestimmung des elektrischen Winkels durch
Heranziehen des Vorteils der elektromotorischen Gegenkraft ist allgemein
verfügbar
in einem spezifischen Bereich maximaler Drehgeschwindigkeit bis
zu 1/5 der Maximaldrehgeschwindigkeit. Der elektrische Winkel kann
somit bestimmt werden unter Nutzung des Vorteils der Induktivitäten zum
spezifischen Bereich und durch Nutzen des Vorteils der elektromotorischen
Gegenkraft im spezifischen Bereich. Dies ermöglicht es, den zu messenden
elektrischen Winkel aus dem beendeten Zustand der maximalen Drehgeschwindigkeit
ohne zusätzliche
Sensoren zu messen.
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Nachstehend
beschrieben ist ein zweites Ausführungsbeispiel
nach der vorliegenden Erfindung. Im Motorsteuergerät 310 des
zweiten Ausführungsbeispiels
korrigiert die CPU 120 die beobachteten Werte der elektrischen
Ströme
zur Bestimmung des elektrischen Winkels nicht. Im zweiten Ausführungsbeispiel
speichert der Speicher 122 lediglich eine Tabelle, die
verwendet wird zum Bestimmen des elektrischen Winkels gemäß den Werten
elektrischer Ströme,
die bei Abwesenheit des Antriebsstroms beobachtet werden (dies entspricht
der Tabelle 122B im ersten Ausführungsbeispiel). Die Struktur
des zweiten Ausführungsbeispiels
hat drei Rechen- und Logikeinheiten 132, 134 und 136,
die zwischen den ADC 112, 114 und 116 und
der CPU 120 angeordnet sind zum Korrigieren der Werte elektrischer
Ströme,
die erforderlich sind im Prozeß des
Bestimmens vom elektrischen Winkel, während der Antriebsstrom durch
jede Phase fließt.
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Die
Rechen- und Logikeinheiten 132, 134 und 136 befinden
sich zwischen den ADC 112, 114 und 116 und
der CPU 120, um die Datentransformation auszuführen. Die
Rechen- und Logikeinheiten 132 bis 136 empfangen
die Ausgangsdaten der ADC 112, 114 und 116 sowie
die Ausgangsdaten eines Analog-Digital-Umsetzers (wird nachstehend
als ADC bezeichnet) 118, der ein Spannungssignal gemäß dem Antriebsstrom
aus der Motorstromregelschaltung 100 umsetzt in ein digitales
Signal. Die Motorstromregelschaltung 100 gibt Drehmomentströme an jeweilige
drei Phasen ab, und der ADC 118 führt die Analog-zu-Digital-Umsetzung
unabhängig
für jeweilige
Phasen aus.
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Die
Rechen- und Logikeinheit 132 empfängt beispielsweise ein Zeitsignal
aus der CPU 120, speichert den beobachteten Wert vom U-Phasenstrom Iu1
und Iu2 zeitweilig, errechnet die Differenz zwischen Iu1 und Iu2,
liest den Antriebsstrom in diesem Moment, bezieht sich auf die Tabelle
und gibt einen korrigierten Wert elektrischen Stromes ab (das heißt, den
Wert eines elektrischen Stroms, der der Messung bei Abwesenheit
des Antriebsstromes äquivalent
ist) an die CPU 120. Die CPU 120 gibt das Zeitsignal
an die Rechen- und Logikeinheit 132 ab und erzielt den
Wert elektrischen Stromflusses durch die U-Phase als Reaktion auf
das Anlegen der Spannung zur Messung. Auf diese Weise gewinnt die
CPU 120 die Werte elektrischer Ströme, die durch die V-Phase und
die W-Phase als Reaktion auf das Anlegen der Spannung zur Messung
fließen.
Die CPU 120 bezieht sich dann auf den Speicher 122 und
bestimmt den elektrischen Winkel der Rotoreinheit 50 auf
der Grundlage der eingegebenen Werte elektrischer Ströme.
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17 zeigt ein noch anderes
Motorsteuergerät 410 als
drittes Ausführungsbeispiel
nach der vorliegenden Erfindung. In der Struktur des dritten Ausführungsbeispiels
führt die
CPU 120 keine Korrektur der beobachteten Werte elektrischer
Ströme zur
Bestimmung des elektrischen Winkels aus. Wie im zweiten Ausführungsbeispiel
enthält
die Struktur vom dritten Ausführungsbeispiel
einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 418, der ein Spannungssignal gemäß dem Ansteuerstrom
aus der Motorstromregelschaltung 100 umsetzt in ein digitales
Signal. Die Ausgangsdaten vom ADC 418 werden direkt in
einen Speicher 422 eingegeben, und die CPU 120 verwendet
die Daten, wenn der Bezug auf eine vorgespeicherte Tabelle im Speicher 422 erfolgt.
Die im Speicher 422 gespeicherte Tabelle repräsentiert
die dreidimensionale Beziehung zwischen dem elektrischen Winkel,
dem Antriebsstrom und dem beobachteten Wert eines jeden Phasenstromes
als Reaktion auf eine Spannung zur Messung, die bei Anwesenheit des
Antriebsstromes anliegt. Die Prozedur vom dritten Ausführungsbeispiel
errechnet die Variationen ΔIu, ΔIv und ΔIw elektrischer
Ströme,
die die jeweiligen Phasen in den Schritten S200 bis S255 vom ersten
Ausführungsbeispiel
im Ablaufdiagramm von 11 durchfließen, und
bestimmt direkt den elektrischen Winkel auf der Grundlage der Variationen
in den Phasenströmen,
ohne die Korrektur in Schritt S260 auszuführen.
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Die
Prozedur vom dritten Ausführungsbeispiel
verwendet die dreidimensionale Tabelle, die im Speicher 422 gespeichert
ist, und stellt die Beziehung her zwischen dem Antriebsstrom, der
Variation ΔI
im beobachteten elektrischen Strom und dem elektrischen Winkel.
Anders als im ersten Ausführungsbeispiel
kann das dritte Ausführungsbeispiel somit
den elektrischen Winkel bestimmen, ohne die beobachteten Werte der
elektrischen Ströme
mit den Dämpfungsbeträgen zu korrigieren,
aufgrund der Anwesenheit des Antriebsstromes. Die Struktur vom dritten
Ausführungsbeispiel
führt zur
selben Wirkung wie jene des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels;
das heißt,
die Verkürzung
der erforderlichen Zeit zur Messung, während das Auftreten von Außenstörungen vermieden
wird. Das dritte Ausführungsbeispiel
führt die
Korrektur nicht aus, wodurch die Zeit, die zur Bestimmung des elektrischen
Winkels erforderlich ist, weiter verkürzt wird.
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Es
ist unmißverständlich,
daß die
obigen Ausführungsbeispiele
nur illustrativ sind und in keinem Sinne beschränkend. Der Umfang und die Lehre der
vorliegenden Erfindung ist lediglich beschränkt durch die anliegenden Patentansprüche.
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Die
Technik des Standes der Technik sollte die Spannung an einem Synchronmotor
im Prozeß der
Messung des elektrischen Winkels auf null zurückkehren lassen. Dies verursacht
Außenstörungen.
Die Struktur der vorliegenden Erfindung nutzt die Tatsache, daß der elektrische
Winkel eines Dreiphasensynchronmotors 40 abhängt von
den Zwischenwicklungsinduktivitäten.
Die Prozedur der vorliegenden Erfindung legt eine vorbestimmte Spannung
zum Messen an jede Kombination von Wicklungen und mißt Variationen
elektrischer Ströme,
die durch die jeweiligen Wicklungen fließen. Der elektrische Strom,
der durch jede Wicklung fließt,
wird bei Anwesenheit eines Antriebsstromes im Dreiphasensynchronmotor 40 bedämpft, verglichen
mit dem Fall der Abwesenheit eines Antriebsstromes. Die Prozedur
der vorliegenden Erfindung bezieht sich folglich auf eine Tabelle 122A,
um die beobachteten Werte der elektrischen Ströme auf der Grundlage der Variationen
elektrischer Ströme
zu korrigieren, und bezieht sich auf eine weitere Tabelle 122B,
um den elektrischen Winkel π gemäß den korrigierten
Werten elektrischer Ströme
zu messen. Die Struktur der vorliegenden Erfindung kann den elektrischen
Winkel bestimmen, ohne daß der
Antriebsstrom auf null zurückgeht,
wodurch die Zeitdauer zum Bestimmen des elektrischen Winkels verkürzt wird,
während
das Auftreten von Außenstörungen vermieden
wird.
