JP2012528565A - モータ制御モジュール - Google Patents

Abstract

電気モータ３４のための制御モジュール１０が提供される。ＤＣブラシレスモータを含むそのようなモータ３４が、複数のコンポーネントの定量装置を含んだ数多い種類の装置で共通して使用されている。本願の設計では、４つのボード、すなわち、パワー調整モジュール１２、最上部ボード１４、中央部ボード１５、及び最下部ボード１８とを有している。

Description

技術分野
本願は、２００９年５月２８日に出願された米国特許出願番号６１／１８１，７７９号の利益を主張しており、その内容は参照によりここに導入される。

背景技術
長年、様々な制御が電気モータ用に使用されてきている。そのようなモータは、DCブラシレスモータを含み、複数のコンポーネントの定量装置を含んだ数多い種類の装置で共通して使用されている。

発明の開示
本発明の目的は、有効な制御、温度及び振動に対するロバスト性、種々のモータを制御する多様性を可能とし、かつ効率的に製造できるモータ制御モジュールを提供することである。本願の設計は、４つのボードを含んでいる。すなわち、パワー調整モジュール、最上部ボード、中央部ボート、及び最下部ボードである。

最上部ボードは、他のモータの種類用又は他のモータのパワーレベル用の中央部ボード及び最下部ボードのいずれを選択しても、それらと一緒に動作するように設計されたユニバーサルなモータ制御I／Oボードである。最上部ボードには、ネットワーク／バスプロセッサ及びネットワーク／バス共通回路が含まれている。

中央部ボードは、DCモータに対する３相PWM用のコントローラである。dsPIC33マイクロプロセッサテクノロジーが使用され、多くの種類の最下部ボードと連動するように設計される。

最下部ボードは、DCモータに対する３相PWM用のパワードライバである。セミクロン社の６個入りIGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）モジュールが、インターナショナルレクティファイアー社のドライバーとともに使用される。

パワー調整モジュールは、３相及び１相のパワーを受容し、DCバスコンデンサにエネルギーを蓄え、そしてDCバス電圧を出力する。

パワー調整モジュール及びモータ制御モジュールは共に直接接続される。シートメタルカバー、コネクタのエンドプレート、トークンアクセスドア、及び切削ヒートシンクが備わっており、エンクロージャーがサーボ油圧システム内のモータに隣接してボルトで固定されるように設計される。

システムは、全アンペアでの3相及び１相双方の動作を可能とする。カスタマイズされたインダクタを使用すれば、１つのモータ制御が１相パワー又は3相パワーのいずれにおいても使用可能となる。

MOVが過電圧保護及び現場故障トラブルシューティングに使用され、最適化されたEMC性能のために、パワー調整モジュールにおける２段パワーフィルタが利用される。SVPWM出力がPMSMモータに供与される。ソフトウェアアップグレードポートが双方のプロセッサに接続される。モータ制御プロセッサ用として分離されたパワー供給装置は、低電圧CANネットワークで駆動される。

活性電圧からのIP20保護は、取り外し可能なトークンアクセスカバーを備えている。最上部ボードはエンクロージャーにおいてIP20保護を取得しており、かつ簡単に取り外し出来るようになっており、異なるエンクロージャーに嵌め込みができる。

他の構成要素として、サーボ油圧システム用のコネクタI／O、二つのRTD、二つの圧力トランスデューサー、二つのデジタルI／Oドランバー（ソレノイド用）、一つのアナログI／O、リニアトランスデューサーを特に支援するために設計された一つのアナログ入力、一つのエンコーダー接続部（ホールセンサ、直交エンコーダー、インデックスパルス）、二つのＣＡＮ接続部、一つのメモリートークンソフトウェアアップグレードポート、及び一つのロータリーセレクトスイッチを含む。

診断としては、電流、電圧、ＩＧＢＴの温度、接続不良のための警告及び注意が備わっている。パワー低下は、ＩＧＢＴの温度と結び付いている。

データ記録デバイスは、パワー投入及び警告・注意カウンタ、ＩＧＢＴとＰＣＢの温度、電圧、及びモータ出力電流を記憶し、このデータ記録デバイスは診断及び保証返品の検査に利用することができる。

消磁されたモータを検出することは一つの重要な特徴であるが、それは消磁モータを修理するのは困難だからである。この問題は、ケミカルポンプ又は油圧ポンプに関する問題としばしば混同される。

ＩＧＢＴの温度をモニタリングすること及びパワーを低下させることによって、ＩＧＢＴの寿命を最大にすることができる。温度仕様の範囲外での作動は、ＩＧＢＴの寿命に多大な影響を与える。パワー低下は、システムを単に停止するよりもむしろ、システム性能を低下させる。

カスタマイズされたインダクタの周辺の温度分離用“チムニー（覆い）”（chimney）によって、コンデンサから熱を隔離しておくことができる。

エンクロージャーの設計によって、コンデンサの数を最大にすることができる。エンクロージャーは、カバー内のポリオキシメチレンシートを含み、このシートによって、高振動のテスト中においても、コンデンサに損傷を与えずにコンデンサがカバーに接触することが許容される。

トークンポートエリアは発泡体ブロックで分離されており、この発泡体ブロックはモータ制御の高圧領域へのアクセスを禁止するとともに、パワー低下時もトークンの損失を防止する。

ソフトスタートによってコンデンサへ流入する電流を制限することができ、リレーを閉じることを可能とする前に徐々にコンデンサを充電し、それによって構成要素の寿命が最大化される。

本発明のこれらの及び他の目的並びに利点は、添付の図とともに記載された以下の記述によってより十分に理解されるであろう。そして、添付の図において、同様の参照番号は幾つかの図を通じて同一部品又は類似部品を参照している。

図面の簡単な説明
本発明のモータ制御モジュールの斜視図を示している。 本発明のモータ制御モジュールの一部分解斜視図を示している。 本発明のモータ制御モジュールの別の一部分解斜視図を示している。 一部切欠平面図であり、ＬＥＤ領域を示している。 図４の切欠の詳細を示している。 上面が取り外された上体の平面図を示している。 一部切欠側面図であり、絶縁シートを示している。 分解図である。 別の分解図である。 インダクタとチムニーの詳細図である。 インダクタとチムニーの別の詳細図である。 インダクタとチムニーの一部詳細図である。

発明を実施するための最良の形態
本発明のモータ制御モジュールは１０と番号付けされている。本願の設計は、４つのボードを含んでいる。すなわち、パワー調整モジュール１２、最上部ボード１４、中央部ボート１６、及び最下部ボード１８である。最上部、中央部、及び最下部の番号付けは、好適な実施形態において各配置を参照しており、単に便宜上のために使用されている。必要であれば他の配置及び位置付けを使用してもよいことは勿論である。

最上部ボード１４は、他のモータの種類用又は他のモータのパワーレベル用の中央部ボード１６及び最下部ボード１８のいずれを選択しても、それらと一緒に動作するように設計されたユニバーサルなモータ制御I／Oボードである。最上部ボード１４には、ネットワーク／バスプロセッサ及びネットワーク／バス共通回路が含まれている。

中央部ボード１６は、DCモータに対する３相PWM用のコントローラである。dsPIC33マイクロプロセッサテクノロジーが使用され、多くの種類の最下部ボード１８と連動するように設計される。

最下部ボード１８は、DCモータに対する３相PWM用のパワードライバである。セミクロン社の６個入りIGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）モジュール２０が、インターナショナルレクティファイアー社のドライバーとともに使用される。

パワー調整モジュール１２は、３相及び１相のパワーを受容し、DCバスコンデンサ２２にエネルギーを蓄え、そしてDCバス電圧を出力する。

パワー調整ボード１２及びモータ制御ボードは共に直接接続される。シートメタルカバー２４、コネクタのエンドプレート２６、トークンアクセスドア２８、及び切削ヒートシンク３０が備わっており、エンクロージャー３２がサーボ油圧システム内のモータ３４に隣接してボルトで固定されるように設計される。

システムは、全アンペアでの3相及び１相双方の動作を可能とする。カスタマイズされたインダクタ３６を使用すれば、１つのモータ制御が１相パワー又は3相パワーのいずれにおいても使用可能となる。

MOVが過電圧保護及び現場故障トラブルシューティングに使用され、最適化されたEMC性能のために、パワー調整モジュールにおける２段パワーフィルタが利用される。SVPWM出力がPMSMモータに供与される。ソフトウェアアップグレードポート３８が双方のプロセッサに接続される。モータ制御プロセッサ用として分離されたパワー供給装置は、低電圧CANネットワークで駆動される。

活性電圧からのIP20保護は、取り外し可能なトークンアクセスカバーを備えている。最上部ボード１４はエンクロージャーにおいてIP20保護を取得しており、かつ簡単に取り外し出来るようになっており、異なるエンクロージャーに嵌め込みができる。

他の構成要素として、サーボ油圧システム用のコネクタI／O、二つのRTD、二つの圧力トランスデューサー、二つのデジタルI／Oドランバー（ソレノイド用）、一つのアナログI／O、リニアトランスデューサーを特に支援するために設計された一つのアナログ入力、一つのエンコーダー接続部（ホールセンサ、直交エンコーダー、インデックスパルス）、二つのＣＡＮ接続部、一つのメモリートークンソフトウェアアップグレードポート、及び一つのロータリーセレクトスイッチを含む。種々のＩ／Ｏ接続部が４０と総称される。

診断としては、電流、電圧、ＩＧＢＴの温度、接続不良のための警告及び注意が備わっている。パワー低下は、ＩＧＢＴの温度と結び付いている。

データ記録デバイスは、パワー投入及び警告・注意カウンタ、ＩＧＢＴとＰＣＢの温度、電圧、及びモータ出力電流を記憶し、このデータ記録デバイスは診断及び保証返品の検査に利用することができる。

消磁されたモータを検出することは一つの重要な特徴であるが、それは消磁モータを修理するのは困難だからである。この問題は、ケミカルポンプ又は油圧ポンプに関する問題としばしば混同される。

ＩＧＢＴの温度をモニタリングすること及びパワーを低下させることによって、ＩＧＢＴの寿命を最大にすることができる。温度仕様の範囲外での作動は、ＩＧＢＴの寿命に多大な影響を与える。パワー低下は、システムを単に停止するよりもむしろ、システム性能を低下させる。

カスタマイズされたインダクタ３６の周辺の温度分離用“チムニー”４２によって、コンデンサ２２から熱を隔離しておくことができる。

エンクロージャー３２の設計によって、コンデンサの数を最大にすることができる。エンクロージャーは、カバー２４内のポリオキシメチレンシート４４を含み、このシート４４によって、高振動のテスト中においても、コンデンサに損傷を与えずにコンデンサ２２がカバー２４に接触することが許容される。

トークンポートエリア４６は発泡体ブロック４８で分離されており、この発泡体ブロック４８はモータ制御の高圧領域へのアクセスを禁止するとともに、パワー低下時もトークンの損失を防止する。

ＬＥＤ５０が診断目的用に備わっており、その光をそこからカバー２４の表面に伝達するためにチューブ５２が備わっている。分離発泡体バッド５４によって、光がＬＥＤ５０と各チューブ５２との間でもれないようになっている。

ソフトスタートによってコンデンサへ流入する電流を制限することができ、リレーを閉じることを可能にする前に徐々にコンデンサを充電し、それによって構成要素の寿命が最大化される。

以下の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲から逸脱しないで、種々の修正及び変更がモータ制御モジュールに対して想定することが可能である。

Claims (5)

1. ＤＣブラシレスモータを制御するためのモータ制御モジュールであって、前記モジュールは、
   パワー調整モジュールと、
   最上部のモータ制御Ｉ／Ｏボードと、
   中央部のマイクロプロセッサＰＷＭボードと、
   最下部のパワードライバーボードと、
   を有するモジュール。
2. 前記最上部のボードは、ネットワーク／バスプロセッサとネットワーク／バス共通回路とをさらに有する請求項１に記載のモータ制御モジュール。
3. 前記最下部のボードは、ＩＧＢＴモジュールをさらに有する請求項１に記載のモータ制御モジュール。
4. 前記パワー調整モジュールは、ＤＣバスコンデンサとインダクタとをさらに有する請求項１に記載のモータ制御モジュール。
5. 前記パワー調整モジュールは、前記インダクタの周辺にチムニーをさらに有する請求項４に記載のモータ制御モジュール。

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