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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromrichtereinrichtung, ein Motor-Antriebssystem und ein Trennungs-Detektionsverfahren für ein Signalübertragungskabel, die dazu imstande sind, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Trennung eines Signalübertragungskabels zu bestimmen, das eine Signalleitung, die die Winkelinformation einer Drehwelle eines Motors überträgt, und eine Abschirmung aufweist.
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Stand der Technik
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Mit einem Fabrikroboter und einer Fabrik-Werkzeugmaschine sind ein Stromkabel zum Zuführen von Energie an einen Servomotor und eine Signalleitung verbunden, die die Winkelinformation einer Drehwelle des Motors überträgt. Diese können infolge der Bewegung des Servomotors getrennt werden, und es wurden verschiedene Verfahren zum Detektieren der Trennung einer Abschirmung eines geschirmten Kabels vorgeschlagen, um eine solche Trennung zu verhindern.
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Beispielsweise offenbart, was ein Verfahren zum Detektieren der Trennung eines Kabels einer Widerstandsschweißmaschine anbelangt, Patentliteratur 1 ein Verfahren zum Verbinden einer Tertiärwicklung eines Transformators zwischen beiden Enden eines geschirmten Bereichs eines geschirmten Kabels via ein Relais, und zum Detektieren der Trennung des geschirmten Bereichs einer geschirmten Leitung, indem das Relais geöffnet und geschlossen wird, und ein Verfahren zum Verbinden eines Widerstands, eines Optokopplers und eines Widerstands in Reihe zwischen ein erstes Ende einer der DC-Energiequellen, die in Reihe geschaltet sind, und ein erstes Ende eines geschirmten Bereichs einer geschirmten Leitung, Verbinden eines Widerstands, eines Optokopplers und eines Widerstands in Reihe zwischen ein erstes Ende der anderen DC-Energiequelle und ein zweites Ende des geschirmten Bereichs der geschirmten Leitung, Verbinden eines Kondensators zur Stoßstromabsorption mit jedem Pfad, und Detektieren der Trennung des geschirmten Bereichs der geschirmten Leitung durch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Stroms, der durch den Pfad fließt.
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Patentliteratur 2 offenbart ein Verfahren zum Erfassen der Trennung von geschirmten Schichten von Steuerungskabeln, die mit einem Schweißroboter verbunden sind, indem ein elektrischer Pfad zur Leitungserfassung zum Erfassen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer elektrischen Verbindung zwischen dem Schweißroboter und den Enden der geschirmten Schichten ausgebildet wird.
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Patentliteratur 3 offenbart ein Elektro-Bremskabel, das gebildet wird, indem eine Energieversorgungsleitung und eine Signalleitung mit einer Trennungs-Erfassungsleitung kombiniert werden.
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Literaturverzeichnis
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP 7- 3447 A
- Patentliteratur 2: JP 6 473 611 B2
- Patentliteratur 3: JP 2005- 166 450 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die Techniken, die in Patentliteratur 1 und 2 offenbart sind, haben das Problem, dass es notwendig ist, eine Tertiärwicklung eines Transformators oder eine DC-Energiequelle, einen Widerstand und einen Optokoppler, oder einen elektrischen Pfad zur Leitungserfassung vorzusehen, und zwar zusätzlich zu der Bestimmungseinheit, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Trennung einer Abschirmung eines geschirmten Kabels detektiert, und Patentliteratur 3 hat das Problem, dass es notwendig ist, eine Trennungs-Erfassungsleitung vorzubereiten.
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Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromrichtereinrichtung anzugeben, die nicht zusätzlich eine Energiequelle, einen elektrischen Pfad zur Leitungserfassung oder eine Trennungs-Erfassungsleitung zum Bestimmen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandensein einer Trennung einer Abschirmung eines Signalübertragungskabels benötigt, und zwar zusätzlich zur Bestimmungseinheit, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Trennung der Abschirmung detektiert.
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Lösung des Problems
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Eine Stromrichtereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: eine Stromrichterschaltung zum Umwandeln von Energie, die in einen Strom-Eingangsanschluss eingegeben wird, in AC-Energie, die einem Motor zugeführt werden soll, und zum Ausgeben der umgewandelten AC-Energie, die dem Motor zugeführt werden soll, an einem Strom-Ausgangsanschluss, mit dem ein elektrisches Kabel eines Stromkabels verbunden ist, das zum Zuführen der AC-Energie zum Motor verwendet wird; einen Erdungsanschluss, mit dem eine Erdungsleitung des Stromkabels verbunden ist; eine Drehgeber-Schaltung zum Ausgaben einer Drehgeber-Information auf der Basis einer Winkelinformation, die an einem Informations-Eingabeanschluss eingegeben wird und von einer Signalleitung eines Signalübertragungskabels zugeführt wird; eine Steuerungseinheit zum Ausgeben eines Steuerungssignals, das die Stromrichterschaltung auf der Basis der Drehgeber-Information steuert, die von der Drehgeber-Schaltung zugeführt wird; einen Abschirmungs-Anschluss, mit dem eine Abschirmung des Signalübertragungskabels verbunden ist, wobei die Abschirmung elektrisch mit der Erdungsleitung des Stromkabels auf Seiten des Motors verbunden ist; und eine Bestimmungseinheit zum Detektieren eines Stroms, der in den Abschirmungs-Anschluss eingegeben wird und durch die Abschirmung des Signalübertragungskabels fließt, und zum Ausgeben einer Trennungs-Detektionsinformation für eine Trennung in der Abschirmung des Signalübertragungskabels.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Trennungs-Detektionsinformation für die Abschirmung des Signalübertragungskabels zu erhalten, das mit dem Abschirmungs-Anschluss verbunden ist, indem der Strom detektiert wird, der durch die Abschirmung des Signalübertragungskabels fließt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Motor-Antriebssystem gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
- 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das allgemein eine Phase einer dreiphasigen Wechselrichterschaltung im Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
- 3 ist ein einfaches Ersatzschaltungsdiagramm zum Erläutern eines Gleichtakt-Erzeugungsmechanismus für eine Phase der dreiphasigen Wechselrichterschaltung, die in 2 veranschaulicht ist.
- 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das das Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht und einen Ausbreitungspfad eines Gleichtakt-Stroms veranschaulicht.
- 5 ist ein Ersatzschaltungsdiagramm, das einen Ausbreitungspfad eines Gleichtakt-Stroms für eine Phase der dreiphasigen Wechselrichterschaltung veranschaulicht, die in 4 veranschaulicht ist.
- 6 ist ein Ablaufdiagramm zum Detektieren der Trennung einer Abschirmung eines Signalübertragungskabels im Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform.
- 7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel zum Detektieren der Trennung einer Abschirmung eines Signalübertragungskabels in dem Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
- 8 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Motor-Antriebssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
- 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Motor-Antriebssystem gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
- 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Motor-Antriebssystem gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht.
- 11 ist ein Ersatzschaltungsdiagramm, das einen Ausbreitungspfad eines Gleichtakt-Stroms im Motor-Antriebssystem gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Erste Ausführungsform
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Ein Motor-Antriebssystem gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt, weist das Motor-Antriebssystem eine Stromrichtereinrichtung 10, ein Stromkabel 20, ein Signalübertragungskabel 30 und ein Störfilter 40 auf.
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Eine AC-Energiequelle 50, die eine System-Energiequelle ist, ist eine Energiequelle, die AC-Energie von drei Phasen zuführt, die aus einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase bestehen, und ist mit Stromleitungen 51U, 51V und 51W der drei Phasen verbunden, die aus der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase bestehen.
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Ein Motor 60 ist ein dreiphasiger Motor und weist einen Motorkörper auf, in dem Motor-Wicklungen 61U, 61V und 61W der drei Phasen, die aus der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase bestehen, und ein Rotor (nicht dargestellt) mit einer Drehwelle aufgenommen ist, sowie eine Drehgeber-Schaltung 62, die eine Winkelinformation der Drehwelle im Motorkörper 61 erhält.
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Der Motor 60 ist ein allgemein bekannter Servomotor.
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Die Drehgeber-Schaltung 62 ist eine allgemein bekannte Drehgeber-Schaltung, die für einen Servomotor verwendet wird.
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Die Stromrichtereinrichtung 10 weist Folgendes auf: Strom-Eingangsanschlüsse 11U, 11V, 11W, Strom-Ausgangsanschlüsse 12U, 12V, 12W, einen Erdungsanschluss 12G, Informations-Eingabeanschlüsse 13a, 13b, einen Abschirmungs-Anschluss 13G, eine Stromrichterschaltung 14, eine Drehgeber-Schaltung 15, eine Steuerungsschaltung 16, die als Steuerungseinheit dient, und eine Bestimmungseinheit 17. Die Stromrichterschaltung 14, die Drehgeber-Schaltung 15 und die Steuerungsschaltung 16 bilden einen Servoverstärker. Die Stromrichtereinrichtung 10 ist auf einer Leiterplatte (nicht dargestellt) montiert.
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Die Strom-Eingangsanschlüsse 11U, 11V und 11W für die drei Phasen sind jeweils mit den entsprechenden Stromleitungen 51U, 51V und 51W verbunden, und zwar über das Störfilter 40.
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Das Störfilter 40 weist Gleichtakt-Drosselspulen 41U, 41V und 41W auf, die jeweils zwischen die entsprechenden Stromleitungen 51U, 51V und 51W und die entsprechenden Strom-Eingangsanschlüsse 11U, 11V und 11 W geschaltet sind, und weist Kondensatoren 42U, 42V und 42W auf, deren erste Enden jeweils mit den entsprechenden Stromleitungen 51U, 51V und 51W verbunden sind, und deren zweite Enden mit einem Erdungsknoten verbunden sind.
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Mit den Strom-Ausgangsanschlüssen 12U, 12V und 12W für die drei Phasen sind jeweils erste Enden der entsprechenden elektrischen Kabel 21U, 21V und 21W für die drei Phasen im Stromkabel 20 verbunden.
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Zweite Enden der elektrischen Kabel 21U, 21V und 21W sind jeweils mit den entsprechenden dreiphasigen Motorwicklungen 61U, 61V und 61W im Motorkörper 61 verbunden.
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Mit dem Erdungsanschluss 12G ist ein erstes Ende der Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 verbunden.
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Ein zweites Ende der Erdungsleitung 21G ist mit einem Motorgehäuse (nicht dargestellt) des Motorkörpers 61 verbunden, das die Motorwicklungen 61U, 61V, 61W und dergleichen aufnimmt. Das Motorgehäuse ist aus Metall gebildet.
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Der Erdungsanschluss 12G ist mit einem Kühlkörper 70 über eine Erdungsleitung 80a verbunden. Der Kühlkörper 70 ist eine Wärmeabführungsrippe, die die Wärme abführt, die von der Stromrichterschaltung 14 erzeugt wird, und ist geerdet. Der Kühlkörper 70 ist auf der Leiterplatte zur Wärmeabführung für zumindest eine von einer Gleichrichterschaltung 141 und einer Wechselrichterschaltung 143 montiert.
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Das Stromkabel 20 weist die elektrischen Kabel 21U, 21V und 21W für die drei Phasen auf, die Kernleiter sind, die AC-Energie übertragen, die dem Motor zugeführt werden soll, und die Erdungsleitung 21G, um die Sicherheit zu gewährleisten.
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Die Erdungsleitung 21G führt auch elektromagnetische Störungen, die von der Stromrichterschaltung 14 durch die elektrischen Kabel 21U, 21V und 21W übetragen werden, auf die Seite der Stromrichterschaltung 14 zurück und verhindert, dass die elektromagnetischen Störungen von den elektrischen Kabeln 21U, 21V und 21W abgestrahlt werden.
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Jedes der elektrischen Kabel 21U, 21V und 21W und der Erdungsleitung 21G hat eine Peripherie, die ummantelt ist, hat eine verdrillte bzw. verseilte Drahtstruktur mit einem vorgegebenen Abstandsintervall und ist mit einem Oberflächenisolator ummantelt 22. Das Stromkabel 20 ist ein allgemein bekanntes Kabel, das eine Erdungsleitung aufweist.
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Mit einem Paar von Informations-Eingabeanschlüssen 13a und 13b sind jeweils erste Enden der Signalleitungen 31a und 31b eines Signalübertragungskabels 30 verbunden.
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Zweite Enden des Paars von Signalleitungen 31a und 31b sind mit einem Ausgabe-Ende der Drehgeber-Schaltung 62 verbunden.
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Die Signalleitungen 31a und 31b übertragen als ein Rückkopplungssignal Winkelinformationen einer Drehwelle des Motors 60, die von der Drehgeber-Schaltung 62 ausgegeben werden, an das Paar von Informations-Eingabeanschlüsse 13a und 13b.
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Mit dem Abschirmungs-Anschluss 13G ist ein erstes Ende einer Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 verbunden.
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Ein zweites Ende der Abschirmung 31G ist mit dem Motorgehäuse des Motorkörpers 61 verbunden.
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Die Abschirmung 31G ist elektrisch mit der Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 auf Seiten des Motors 60 über das Motorgehäuse des Motorkörpers 61 verbunden.
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Das Signalübertragungskabel 30 weist Folgendes auf: die Signalleitungen 31a, 31b, die jeweils ein Kernleiter sind, der eine Winkelinformation der Drehwelle des Motors 60 überträgt, einen Zwischenschicht-Isolator, der die Signalleitungen 31a, 31b ummantelt, und die maschenartige metallische Abschirmung 31G, die so angeordnet ist, dass sie den Zwischenschicht-Isolator umgibt und verhindert, dass elektromagnetische Störungen in die Signalleitungen 31a, 31b eindringen. Die Abschirmung 31G ist mit einem Oberflächenisolator 32 ummantelt. Das Signalübertragungskabel 30 ist ein allgemein bekanntes geschirmtes Kabel.
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Die Strom-Eingangsanschlüsse 11U, 11V, 11W, die Strom-Ausgangsanschlüsse 12U, 12V, 12W, der Erdungsanschluss 12G, die Informations-Eingabeanschlüsse 13a, 13b und der Abschirmungs-Anschluss 13G sind an Enden einer Fläche der Leiterplatte (nicht dargestellt) angeordnet.
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Die Stromrichterschaltung 14 ist eine Schaltung, die AC-Energie, die in die Strom-Eingangsanschlüsse 11U, 11V, 11W eingegeben wird und von der AC-Energiequelle 50 zugeführt wird, in AC-Energie umwandelt, die dem Motor 60 zugeführt werden soll, und sie führt die AC-Energie, die dem Motor 60 zugeführt werden soll, den Strom-Ausgangsanschlüssen 12U, 12V, 12W zu. Die Stromrichterschaltung 14 ist auf einer Fläche der Leiterplatte montiert.
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Die Stromrichterschaltung 14 weist die Gleichrichterschaltung 141, einen Glättungskondensator 142 und die Wechselrichterschaltung 143 auf.
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Die Gleichrichterschaltung 141 weist Eingabe-Enden für die drei Phasen auf, die mit den jeweiligen Strom-Eingangsanschlüsse 11U, 11V und 11W verbunden sind, sie wandelt eine AC-Spannung der eingegebenen dreiphasigen AC-Energie in eine einphasige DC-Spannung um, und sie gibt die einphasige DC-Spannung an ein Paar von Ausgabe-Enden aus. Mit einem P-Bus 144P und einem N-Bus 144N sind die jeweiligen Ausgabe-Enden der Gleichrichterschaltung 141 verbunden.
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Die Gleichrichterschaltung 141 ist eine Vollwellen-Gleichrichterschaltung,wie z. B. eine dreiphasige Brückengleichrichterschaltung unter Verwendung eines Gleichrichterelements aus einer Diode oder einem Thyristor, und sie ist eine allgemein bekannte dreiphasige Gleichrichterschaltung.
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Der Glättungskondensator 142 ist zwischen den P-Bus 144P und den N-Bus 144N geschaltet und glättet die einphasige DC-Energie, die aus den Ausgabe-Enden der Gleichrichterschaltung 141 ausgegeben wird.
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Die Wechselrichterschaltung 143 weist ein Paar von Eingabe-Enden auf, die mit dem Paar von jeweiligen Ausgabe-Enden der Gleichrichterschaltung 141 über den P-Bus 144P und den N-Bus 144N verbunden sind, sie wandelt die Energie in eine AC-Spannung auf der Basis der eingegebenen DC-Spannung um, und sie gibt die umgewandelte dreiphasige AC-Energie mit einer vorgegebenen Spannung und Frequenz an Ausgabeanschlüsse für drei Phasen aus. Die Ausgabe-Enden für die drei Phasen der Wechselrichterschaltung 143 sind mit den jeweiligen Strom-Ausgangsanschlüssen 12U, 12V und 12W verbunden, die AC-Energie, die von den Ausgabe-Enden der Wechselrichterschaltung 143 zugeführt wird und dem Motor zugeführt werden soll, wird den Motorwicklungen 61U, 61V und 61W des Motors 60 über die elektrischen Kabel 21U, 21V und 21W des Stromkabels 20 zugeführt, und der Motor 60 wird angetrieben.
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Die Wechselrichterschaltung 143 weist einen U-Phase-Wechselrichter 143U, einen V-Phase-Wechselrichter 143V und einen W-Phase-Wechselrichter 143W auf.
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Jeder von dem U-Phase-Wechselrichter 143U, dem V-Phase-Wechselrichter 143V und dem W-Phase-Wechselrichter 143W weist einen oberen Zweig 1431 und einen unteren Zweig 1432 auf, die in Reihe zwischen den P-Bus 144P und den N-Bus 144N geschaltet sind, wie in 2 gezeigt, die allgemein eine Phase der der dreiphasigen Wechselrichterschaltung veranschaulicht.
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Verbindungspunkte zwischen dem oberen Zweig 1431 und dem unteren Zweig 1432 sind Ausgabe-Enden, und die Ausgabe-Enden sind mit den entsprechenden jeweiligen Strom-Ausgangsanschlüssen 12U, 12V und 12W verbunden.
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Jeder von dem oberen Zweig 1431 und dem unteren Zweig 1432 weist einen Transistor Tr auf, der ein Leistungshalbleiter ist, und eine Diode D, die antiparallel zum Transistor Tr geschaltet ist.
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Die Wechselrichterschaltung 143 ist eine allgemein bekannte Wechselrichterschaltung.
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Die Drehgeber-Schaltung 15 gibt eine Drehgeber-Information auf der Basis eines Rückkopplungssignals aus, das eine Winkelinformation der Drehwelle im Motor 60 ist, die in die Informations-Eingabeanschlüsse 13a, 13b über die Signalleitungen 31a, 31b des Signalübertragungskabels 30 eingegeben wird und von der Drehgeber-Schaltung 62 zugeführt wird. Die Drehgeber-Schaltung 15 ist auf einer Fläche der Leiterplatte montiert.
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Die Steuerungsschaltung 16 steuert die Stromrichterschaltung 14 und regelt die Stromrichterschaltung 14 mit Rückkopplung, und zwar auf der Basis der Drehgeber-Information, die von der Drehgeber-Schaltung 15 zugeführt wird.
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Die Steuerungsschaltung 16 gibt ein Steuerungssignal, das ein Schaltbefehl ist, an die Wechselrichterschaltung 143 auf, derart, dass der Motorkörper 61 bei der vorgegebenen Spannung und Frequenz arbeitet. Außerdem berechnet die Steuerungsschaltung 16 die Drehgeber-Information, die von der Drehgeber-Schaltung 15 zugeführt wird, und regelt ein Steuerungssignal mit Rückkopplung, das der Wechselrichterschaltung 143 zugeführt werden soll. Das Steuerungssignal wird eingegeben, um die Elektroden der Transistoren Tr im oberen Zweig 1431 und im unteren Zweig 1432 der Wechselrichterschaltung 143 zu steuern.
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Außerdem ist beispielsweise in einem Fall eines Pulsweitenmodulationsverfahrens das Steuerungssignal ein Signal, das die Timings bzw. Zeitpunkte eines Einschaltsignals und eines Ausschaltsignals der Transistoren Tr im oberen Zweig 1431 und im unteren Zweig 1432 angibt.
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Die Steuerungsschaltung 16 kann durch eine dedizierte Schaltung gebildet sein, oder sie kann als Software in einem Mikrocomputer oder einer CPU gebildet sein, und sie kann eine jegliche Schaltung sein, solange die Schaltung für einen allgemein bekannten Servoverstärker verwendet wird. Die Steuerungsschaltung 16, die von einer dedizierten Schaltung gebildet wird, und jene mit der gleichen Funktion durch Software, werden kollektiv als eine Steuerungseinheit bezeichnet. Um eine Verwirrung bei der Beschreibung zu vermeiden, werden nachfolgend beide als Steuerungsschaltung 16 bezeichnet.
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Die Bestimmungseinheit 17 detektiert einen Strom, der in den Abschirmungs-Anschluss 13G eingegeben wird und durch die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 fließt, und sie gibt eine Trennungs-Detektionsinformation für eine Trennung in der Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 aus.
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Da die Abschirmung 31G aus einem maschenartigen Metall gebildet ist, ist die Trennungs-Detektionsinformation eine Information, die einen Fall angibt, in dem die Trennung in einem Teil der Maschen auftritt, d. h. eine Information, die einen Zustand angibt, in dem die Maschen nicht vollständig getrennt sind, sondern es das Risiko einer Trennung gibt, oder eine Information, die einen Fall angibt, in dem die Abschirmung 31G vollständig getrennt ist.
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Die Bestimmungseinheit 17 weist eine Stromerfassungseinheit 171, eine Stromdetektionseinheit 172, eine Datenspeichereinheit 173 und eine Vergleichseinheit 174 auf.
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Die Stromerfassungseinheit 171 ist ein allgemein bekannter Stromsensor, der einen Strom misst, der durch eine Erdungsleitung 80b fließt, deren erstes Ende mit dem Abschirmungs-Anschluss 13G verbunden ist.
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Das zweite Ende der Erdungsleitung 80b ist mit dem Kühlkörper 70 verbunden.
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Die Stromdetektionseinheit 172 detektiert einen Strom, der durch die Erdungsleitung 80b fließt, und verwendet den Strom als einen Stromwert. Die Stromdetektionseinheit 172 verwendet den Strom, der von der Stromerfassungseinheit 171 gemessen wird, als einen Stromwert zum Vergleich mit einem Vorgabewert.
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Im Betrieb der Wechselrichterschaltung 143, d. h. zu der Zeit, wenn der obere Zweig 1431 eingeschaltet ist und der untere Zweig 1432 ausgeschaltet ist, wird ein Ersatzschaltbild erhalten, wie in 3 veranschaulicht, und ein Gleichtaktstörungsstrom I0 wird durch eine Spannungsschwankung der Strom-Ausgangsanschlüsse 12U, 12V, 12W infolge des Schaltens erzeugt. Obwohl nicht dargestellt, gilt Folgendes: Selbst zu einer Zeit, wenn der obere Zweig ausgeschaltet ist und der untere Zweig eingeschaltet ist, ist eine Spannungsquelle auf Seiten des unteren Zweigs und eine Streukapazität auf Seiten des oberen Zweigs im Ersatzschaltbild, aber dies ist nur eine vertikale Umkehrung, und der Gleichtaktstörungsstrom I0 wird durch eine Potentialschwankung der Strom-Ausgangsanschlüsse 12U, 12V, 12W erzeugt.
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Da die Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 und die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 elektrisch miteinander auf Seiten des Motors 60 durch das Motorgehäuse des Motors 60 verbunden sind, wird der Gleichtaktstörungsstrom I0 auf die Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 und die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 aufgeteilt.
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Der Gleichtaktstörungsstrom I0 ist die Summe des Stroms I1, der durch die Erdungsleitung 80a fließt, und des Stroms I2, der durch die Erdungsleitung 80b fließt.
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Die Datenspeichereinheit 173 speichert einen Vorgabewert, der als ein Schwellenwert dient.
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Der Vorgabewert zu dieser Zeit ist der Scheitelwert des Gleichtaktstörungsstroms, bestimmt aus einer Kombination der Stromrichterschaltung 14, die eine Störungs-Erzeugungsquelle ist, des Stromkabels 20, des Signalübertragungskabels 30, der Länge und Anordnung dieser Kabel, sowie des Motors 60.
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Das heißt, der Vorgabewert zu dieser Zeit ist ein Wert, der einen Zustand angibt, in dem ein Teil der Maschen der Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 getrennt ist und es nicht vollständig getrennt ist, sondern ein Risiko der Trennung besteht.
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Es sei angemerkt, dass der Vorgabewert zu dieser Zeit auch ein Wert sein kann, der einen Fall darstellt, in dem die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 vollständig getrennt ist.
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Die Vergleichseinheit 174 vergleicht den Strom I2, der von der Stromdetektionseinheit 172 detektiert wird, mit dem Vorgabewert, der in der Datenspeichereinheit 173 gespeichert ist, und gibt eine Trennungs-Detektionsinformation für die Trennung in der Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 auf der Basis des Vergleichsergebnisses aus.
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Wenn der Wert des Stroms I2, der von der Stromdetektionseinheit 172 detektiert wird, gleich groß wie oder kleiner als der Vorgabewert ist, der in der Datenspeichereinheit 173 gespeichert ist, gibt die Vergleichseinheit 174 an eine Anzeigeeinheit 90 die Trennungs-Detektionsinformation für die Trennung in der Abschirmung 31G aus.
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Wenn die Trennung in einem Teil der Abschirmung 31G auftritt, nimmt der Widerstandswert zu, wenn sich der Trennungsbereich ausdehnt, und daher ändert sich der Strom I2, der vom Gleichtaktstörungsstrom I0 geteilt wird und durch die Erdungsleitung 80b fließt, auf einen kleineren Wert, wenn der Widerstandswert zunimmt.
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Durch passende Auswahl des Vorgabewerts, der in der Datenspeichereinheit 173 gespeichert ist, kann ein Trennungszustand der Abschirmung 31G aus der Trennungs-Detektionsinformation herausgefunden werden, die aus der Vergleichseinheit 174 an die Anzeigeeinheit 90 ausgegeben wird, und eine vollständige Trennung der Abschirmung 31G kann verhindert werden.
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Es sei angemerkt, dass dann, wenn der Vorgabewert ein Wert ist, der angibt, dass die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 getrennt ist, die Vergleichseinheit 174 an die Anzeigeeinheit 90 eine Trennungs-Detektionsinformation ausgibt, die angibt, dass die Abschirmung 31G getrennt ist.
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Die Stromdetektionseinheit 172 und die Vergleichseinheit 174 können als Software in einem Mikrocomputer oder einer CPU implementiert sein. Wenn die Steuerungsschaltung 16 als Software in einem Mikrocomputer oder einer CPU implementiert ist, ist es nur notwendig, die Stromdetektionseinheit 172 und die Vergleichseinheit 174 als Software in demselben Mikrocomputer oder derselben CPU zu implementieren.
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Die Anzeigeeinheit 90 ist durch eine LED-Leuchte gebildet, die unabhängig auf der Leiterplatte angeordnet ist, oder eine LED-Leuchte einer Steuerungseinheit, die mit dem Servoverstärker verbunden ist, oder sie verwendet einen Anzeigebildschirm eines Host-Steuerungsrechners als eine Anzeigeeinheit.
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Betrieb des Motor-Antriebssystems
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Als Nächstes wird das Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
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Indem ein Energiequellenschalter eingeschaltet wird, werden U-Phasen-AC-Energie, V-Phasen-AC-Energie und W-Phasen-AC-Energie von der AC-Energiequelle 50 an die Stromrichtereinrichtung 10 über die U-Phasen-Stromleitung 51U, die V-Phasen-Stromleitung 51V, die W-Phasen-Stromleitung 51W, das Störfilter 40 und die Strom-Eingangsanschlüsse 11U, 11V und 11W zugeführt.
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In der Stromrichtereinrichtung 10 wandelt zunächst die Gleichrichterschaltung 141 die U-Phasen-AC-Energie, die V-Phasen-AC-Energie und die W-Phasen-AC-Energie in eine einphasige DC-Spannung um, der Glättungskondensator 142 glättet die DC-Spannung. Danach wandelt die Wechselrichterschaltung 143 die geglättete DC-Energie in dreiphasige AC-Spannung um, und zwar auf der Basis eines Steuerungssignals, das von der Steuerungsschaltung 16 zugeführt wird, und gibt die umgewandelte dreiphasige AC-Energie mit einer Spannung und einer Frequenz aus, die als AC-Energie vorgegeben sind, die dem Motor 60 zugeführt werden soll, und zwar an den Strom-Ausgangsanschlüssen 12U, 12V, 12W.
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Das Steuerungssignal, das von der Steuerungsschaltung 16 zugeführt wird, wird gemäß der Drehgeber-Information rückkopplungsgeregelt, die von der Drehgeber-Schaltung 15 zugeführt wird.
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Die dreiphasige AC-Energie, die den Strom-Ausgangsanschlüssen 12U, 12V und 12W zugeführt wird, wird den Motorwicklungen 61U, 61V und 61W des Motors 60 jeweils über die elektrischen Kabel 21U, 21V und 21W des Stromkabel 20 zugeführt, und der Motor 60 wird zur Rotation angetrieben.
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Wenn der Motor 60 zur Rotation angetrieben wird, erhält indessen die Drehgeber-Schaltung 62 eine Winkelinformation der Drehwelle im Motor 60, und die Winkelinformation der Drehwelle wird von der Drehgeber-Schaltung 62 an die Drehgeber-Schaltung 15 ausgegeben, und zwar über die Signalleitungen 31a, 31b des Signalübertragungskabels 30 und die Informations-Eingabeanschlüsse 13a, 13b.
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Die Drehgeber-Information, die von der Drehgeber-Schaltung 15 zugeführt wird, wird in die Steuerungsschaltung 16 eingegeben, und sie wird zur Rückkopplungsregelung eines Steuerungssignals verwendet, das der Wechselrichterschaltung 143 zugeführt werden soll.
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Erzeugungsmechanismus für Gleichtaktstörungsstrom I0
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Wenn die Wechselrichterschaltung 143 einen Hochgeschwindigkeits-Schaltbetrieb gemäß einem Steuerungssignal durchführt, das von der Steuerungsschaltung 16 zugeführt wird, wird eine Gleichtaktstörung zwischen den elektrischen Kabeln 21U, 21V, 21W des Stromkabels 20 und der Erde erzeugt, und der Gleichtaktstörungsstrom I0 fließt durch die elektrischen Kabel 21U, 21V, 21W.
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Zunächst wird ein Erzeugungsmechanismus für den Gleichtaktstörungsstrom I0 beschrieben.
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Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird nur eine Phase der Wechselrichter 143U, 143V und 143W in der Wechselrichterschaltung 143 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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3 veranschaulicht ein einfaches Ersatzschaltungsdiagramm, wenn der Transistor Tr des oberen Zweigs 1431 eingeschaltet ist und der Transistor Tr des unteren Zweigs 1432 ausgeschaltet ist.
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Die Spannung der Strom-Ausgangsanschlüsse 12U, 12V, 12W ändert sich von dem Potential des N-Busses 144N zu dem Potential des P-Busses 144P. Während dieser Änderung wird eine Gleichtaktspannung an die Streukapazitäten der elektrischen Kabel 21U, 21V, 21W des Stromkabels 20 und die Streukapazitäten zwischen den Motorwicklungen 61U, 61V, 61W des Motors 60 und einem Stator des Motors 60 angelegt, und der Gleichtaktstörungsstrom I0 fließt von den elektrischen Kabeln 21U, 21V, 21W und den Motorwicklungen 61U, 61V, 61W zum Motorgehäuse des Motors 60, und zwar über die Streukapazitäten 63U, 63V, 63W.
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Die Streukapazitäten 63U, 63V und 63W, die in 3 veranschaulicht sind, sind jeweils die Summe der Streukapazitäten der entsprechenden elektrischen Kabel 21U, 21V und 21W und der Streukapazitäten zwischen den entsprechenden Motorwicklungen 61U, 61V und 61W und dem Stator des Motors 60.
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Jede der Streukapazitäten 63U, 63V, 63W ist ein Wert, der vom Motor 60 abhängt.
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Wenn sich die Gleichtaktspannung um ΔV während der Zeit Δt ändert und der Wert der Streukapazität von jeder der Streukapazitäten 63U, 63V, 63W durch C ausgedrückt ist, wird der Gleichtaktstörungsstrom I0 durch C × ΔV/Δt ausgedrückt.
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Der Gleichtaktstörungsstrom I0 fließt, indem er in den Strom I1, der durch die Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 fließt, das mit dem Motorgehäuse des Motors 60 verbunden ist, und den Strom I2 geteilt wird, der durch die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 fließt.
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Der Strom I1 fließt zum Kühlkörper 70, und zwar über den Erdungsanschluss 12G und die Erdungsleitung 80a.
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Der Strom I2 fließt zum Kühlkörper 70, und zwar über den Abschirmungs-Anschluss 13G und die Erdungsleitung 80b.
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Wenn der Transistor Tr des oberen Zweig 1431 ausgeschaltet wird und der Transistor Tr des unteren Zweigs 1432 eingeschaltet wird, ändert sich indessen die Spannung vom Potential des P-Busses 144P auf das Potential des N-Busses 144N, der Gleichtaktstörungsstrom I0 fließt, und der Strom I1 und der Strom I2 fließen.
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Der Gleichtaktstörungsstrom I0 fließt durch jeden der Wechselrichter 143U, 143V und 143W der drei Phasen, und zwar durch den oben beschriebenen Erzeugungsmechanismus für den Gleichtaktstörungsstrom I0, und der Strom I1 und der Strom I2 fließen.
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Ausbreitungspfad des Gleichtaktstörungsstroms I0
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Als Nächstes wird der Ausbreitungspfad des Gleichtaktstörungsstroms I0 im Motor-Antriebssystem unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Der Großteil des Gleichtaktstörungsstroms I0 ist der Strom 11, der vom Motorgehäuse des Motors 60 zur Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 fließt. Der Strom I1 fließt von der Erdungsleitung 21G durch die Erdungsleitung 80a, den Kühlkörper 70 und die Kondensatoren 42U, 42V, 42W des Störfilters 40, und er fließt zur Wechselrichterschaltung 143 zurück, die eine Störquelle ist, und zwar über den P-Bus 144P und den N-Bus 144N.
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Der verbleibende Teil des Gleichtaktstörungsstroms I0 ist der Strom I2, der vom Motorgehäuse des Motors 60 zur Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 fließt. Der Strom I2 fließt von der Abschirmung 31G durch die Erdungsleitung 80b, den Kühlkörper 70 und die Kondensatoren 42U, 42V, 42W des Störfilters 40, und er fließt zur Wechselrichterschaltung 143 zurück, die eine Störquelle ist, und zwar über den P-Bus 144P und den N-Bus 144N.
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Teilungsverhältnis zwischen dem Strom I1 und dem Strom I2
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Ein Parameter zum Bestimmen des Teilungsverhältnisses bzw. Nebenschlussverhältnisses zwischen dem Strom I1 und dem Strom I2, die vom Gleichtaktstörungsstrom I0 geteilt sind, wenn das Stromkabel und das Signalübertragungskabel ausreichend voneinander getrennt sind, wird beschrieben.
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Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird nur eine Phase der Wechselrichter 143U, 143V und 143W in der Wechselrichterschaltung 143 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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Die elektrischen Kabel 21U, 21V, 21W des Stromkabels 20 haben jeweils eine Selbstinduktivität, die die Summe der entsprechenden der Induktivitäten 21LU, 21LV, 21LW der Kabel selbst und der entsprechenden der Gegeninduktivitäten 21MU, 21MV, 21MW zwischen einem entsprechenden der elektrischen Kabel 21U, 21V, 21W und der Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 ist.
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Die Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 hat eine Selbstinduktivität, die die Summe der Induktivität 21LG des Kabels selbst und jeder der Gegeninduktivitäten 21MU, 21MV, 21MW zwischen der Erdungsleitung 21G und den elektrischen Kabeln 21U, 21V, 21W des Stromkabels 20 ist.
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Die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 hat eine Selbstinduktivität 31LG.
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Eine Streukapazität ist zwischen jedem der elektrischen Kabel 21U, 21V, 21W des Stromkabels 20 und der Erdungsleitung 21G vorhanden, die mit dem Motorgehäuse des Motors 60 verbunden ist, und eine Streukapazität ist zwischen jeder der Motorwicklungen 61U, 61V, 61W des Motors 60 und dem Stator des Motors 60 vorhanden.
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Wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, weist der Ausbreitungspfad des Gleichtaktstörungsstroms I0 zwei Pfade auf, und zwar des Stroms I1, der durch die Erdungsleitung 21G fließt, und des Stroms I2, der durch die Abschirmung 31G fließt, geteilt vom Gleichtaktstörungsstrom I0.
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Das Teilungsverhältnis zwischen dem Strom I1 und dem Strom I2 wird durch die Impedanz in jedem der Strompfade des Stroms I1 und des Stroms I2 bestimmt.
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Wenn die Gegeninduktivitäten 21MU, 21MV, 21MW zwischen den elektrischen Kabeln 21U, 21V, 21W und der Erdungsleitung 21G des Stromkabel 20 groß sind, ist die Impedanz im Strompfad des Stroms I1 niedrig, und daher wird der Strom I1 in einen großen Wert vom Gleichtaktstörungsstrom I0 geteilt.
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Wenn wiederum die Kopplung schwach ist und die Gegeninduktivitäten 21MU, 21MV, 21MW klein sind, ist die Impedanz im Strompfad des Stroms I1 relativ größer als die Impedanz im Strompfad des Stroms I2, und daher ist der Strom I2 relativ groß.
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Wenn die Länge der Stromkabel 20 zunimmt, nehmen die Induktivitäten 21LU, 21LV, 21LW der elektrischen Kabel 21U, 21V, 21W des Stromkabels 20, die Gegeninduktivitäten 21MU, 21MV, 21MW, die Induktivität 21LG der Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 und die Selbstinduktivität 31LG der Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 alle zu.
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Obwohl in 4 nicht dargestellt gibt es streng genommen auch eine Stromkomponente, die zurück zum Gleichtaktstörungsstrom I0 fließt, nachdem sie von Seiten der Stromleitung 51U, 51V, 51 W aus gestreut ist.
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In der ersten Ausführungsform gilt jedoch Folgendes: Da das Störfilter 40 mit den Gleichtakt-Drosselspulen 41U, 41V, 41W vorhanden ist, das die Impedanz der Stromleitungen 51U, 51V, 51W mit hoher Impedanz und der Kondensatoren 42U, 42V, 42W maskiert, die jeweils eine ausreichend große Kapazität aufweist, ist der Störungsstrom, der von Seiten der Stromleitung 51U, 51V, 51W streut, ein sehr kleiner Wert bezogen auf den Gleichtaktstörungsstrom I0, und er ist ein vernachlässigbarer Wert bezogen auf den Strom I1 und den Strom I2.
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Daher werden der Strom I1 und der Strom I2 durch die Länge des Stromkabels 20, die Länge des Signalübertragungskabels 30, den Leitungs-Leitungs-Abstand zwischen den elektrischen Kabeln 21U, 21V, 21W und der Erdungsleitung 21G im Stromkabel 20, das Abstandsintervall der verdrillten Drahtstruktur im Stromkabel 20, die Struktur des Motors 60, die Kennlinien des Störfilters 40 und die Spannung zwischen dem P-Bus 144P und dem N-Bus 144N bestimmt.
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Durch passende Auswahl des Stromkabels 20, des Signalübertragungskabels 30 und des Störfilters 40 kann daher der Wert des Stroms I2, der im normalen Zustand fließt, passend vorgegeben werden, so dass die Trennungs-Detektionsinformation erhalten wird.
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Es sei angemerkt, dass der Leitungs-Leitungs-Abstand im Stromkabel 20 und das Abstandsintervall der verdrillten Drahtstruktur Faktoren sind, die die Gegeninduktivitäten 21MU, 21MV, 21MW im Stromkabel 20 bestimmen.
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Verfahren zum Detektieren der Trennung des Signalübertragungskabels 30
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Als Nächstes wird ein Verfahren zum Detektieren der Trennung des Signalübertragungskabels 30 durch die Bestimmungseinheit 17 unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm beschrieben, das in 6 gezeigt ist.
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Die Stromdetektionseinheit 172 und die Vergleichseinheit 174 in der Bestimmungseinheit sind als Software in einem Mikrocomputer oder einer CPU implementiert, wie auch deren Funktionen, und die Trennung des Signalübertragungskabel 30 wird gemäß dem Ablaufdiagramm detektiert, das in 6 gezeigt ist.
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Im Schritt ST1 nimmt die Stromdetektionseinheit 172 einen Stromwert auf, der erhalten wird, indem der Strom I2 detektiert wird, der durch die Erdungsleitung 80b fließt, unter Verwendung der Stromerfassungseinheit 171.
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Das heißt, Schritt ST1 ist ein Detektionsschritt, in dem die Stromdetektionseinheit 172 den Strom I2 detektiert, der durch die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 fließt, das elektrisch mit der Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 auf Seiten des Motors 60 verbunden ist, aus dem Gleichtaktstörungsstrom I0, der durch den Betrieb der Wechselrichterschaltung 143 erzeugt wird.
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Im Schritt ST2 vergleicht die Vergleichseinheit 174 den Stromwert des Stroms I2, der durch die Abschirmung 31G fließt und im Schritt ST1 detektiert wird, mit einem Vorgabewert, der in der Datenspeichereinheit 173 gespeichert ist (Vergleichsschritt), und wenn die Vergleichseinheit 174 bestimmt, dass der Stromwert des Stroms I2 gleich groß wie oder kleiner als der Vorgabewert ist (Bestimmungsschritt), fährt der Prozess mit Schritt ST3 fort. Im Bestimmungsschritt gilt Folgendes: Wenn der Stromwert des Stroms I2 den Vorgabewert überschreitet, endet der Prozess.
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Wenn der Prozess mit Schritt ST3 fortfährt, gibt die Vergleichseinheit 174 an die Anzeigeeinheit 90 eine Trennungs-Detektionsinformation auf, die einen Zustand angibt, in dem es ein Risiko der Trennung der Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 gibt.
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Die Schritte ST2 und ST3 sind Trennungs-Detektionsschritte, bei denen die Vergleichseinheit 174 den Stromwert des Stroms I2, der durch die Abschirmung 31G fließt und im Detektionsschritt detektiert wird, mit dem Vorgabewert vergleicht, der in der Datenspeichereinheit 173 gespeichert ist, und eine Trennungsdetektion der Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 auf der Basis des Vergleichsergebnisses durchgeführt wird.
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Die Anzeigeeinheit 90 zeigt eine Warnung bezüglich des Trennungszustands der Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 für einen Benutzer an, und zwar auf der Basis der Trennungs-Detektionsinformation, die von der Vergleichseinheit 174 zugeführt wird.
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Der Benutzer kann von der Tatsache unterrichtet werden, dass es das Risiko einer Trennung der Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 gibt, und zwar durch die Anzeige der Anzeigeeinheit 90, und er kann das Signalübertragungskabel 30 und das Stromkabel 20 vor der Trennung des Kabels ersetzen.
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Im Ergebnis kann die Trennung des Signalübertragungskabels 30 verhindert werden, und eine Prozessverzögerung infolge eines Stopps einer Leitung unter Verwendung des Motors 60 infolge der Trennung des Kabels und Verluste infolge der Reparatur einer Einrichtung und der Ausrüstung in der Leitung kann verhindert werden.
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Durch die Anzeige der Anzeigeeinheit 90 auf der Basis der Trennungs-Detektionsinformation, die von der Vergleichseinheit 174 zugeführt wird, können auf ähnliche Weise Kontaktfehler eines Verbinders, der das Stromkabel 20 mit den Strom-Ausgangsanschlüssen 12U, 12V, 12W und dem Erdungsanschluss 12G verbindet, eines Verbinders, der das Stromkabel 20 mit dem Motor 60 verbindet, eines Verbinders, der das Signalübertragungskabel 30 mit dem Informations-Eingabeanschluss 13a, 13b und dem Abschirmungs-Anschluss 13G verbindet, und eines Verbinders, der das Signalübertragungskabel 30 mit dem Motor 60 verbindet, herausgefunden bzw. entdeckt werden.
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Weiteres Beispiel, wie der Vorgabewert vorzugeben ist, der in der Datenspeichereinheit 173 gespeichert ist
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Ein weiteres Beispiel, wie der Vorgabewert vorzugeben ist, der in der Datenspeichereinheit 173 gespeichert ist, im Verfahren zum Detektieren der Trennung des Signalübertragungskabels 30 mittels der Bestimmungseinheit 17 gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm beschrieben, das in 7 veranschaulicht ist.
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Der Vorgabewert, der in der Datenspeichereinheit 173 im Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform gespeichert ist, wird durch den Gleichtaktstörungsstrom bestimmt, der aus einer Kombination der Stromrichterschaltung 14, der Drehgeber-Schaltung 15, der Steuerungsschaltung 16, des Stromkabels 20, des Signalübertragungskabels 30 und des Motors 60 bestimmt wird. In einem anderen Beispiel wird als der Vorgabewert ein Wert verwendet, der durch den Stromwert bestimmt wird, der erhalten wird, indem der Strom I2 detektiert wird, der durch die Erdungsleitung 80b fließt, und zwar durch einen Versuchsbetrieb (Kabel-Diagnosebetrieb) des Motor-Antriebssystems. Die übrigen Punkte sind gleich oder ähnlich.
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Das heißt, im Schritt ST01 während des Versuchsbetriebs des Motor-Antriebssystems werden der Transistor Tr des oberen Zweigs 1431 und der Transistor Tr des unteren Zweigs 1432 jedes Wechselrichters 143U, 143V, 143W in der Wechselrichterschaltung 143 gleichzeitig eingeschaltet oder gleichzeitig ausgeschaltet, die Stromerfassungseinheit 171 detektiert den Strom I2, der durch die Erdungsleitung 80b fließt, und die Stromdetektionseinheit 172 nimmt den Strom I2 entgegen.
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Im Schritt ST02 wird ein Wert als ein Vorgabewert an die Datenspeichereinheit 173 ausgegeben, und zwar auf der Basis des Stromwerts des Stroms I2, der von der Stromdetektionseinheit 172 entgegengenommen wird.
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Der Vorgabewert, der in der Datenspeichereinheit 173 gespeichert ist, kann der Stromwert des Stroms I2 selbst sein, der von der Stromdetektionseinheit 172 entgegengenommen wird, oder er kann beispielsweise ein Stromwert sein, der erhalten wird, indem der Stromwert des Stroms I2 mit 0,8 multipliziert wird.
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Wenn das Motor-Antriebssystem normal betrieben wird, detektiert - ähnlich zum Verfahren zum Detektieren der Trennung des Signalübertragungskabels 30 mittels der Bestimmungseinheit 17, wie in 6 gezeigt - in den Schritten ST1 bis ST3 die Stromdetektionseinheit 172 den Strom I2, der durch die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 fließt, und der Stromwert des Stroms I2 wird mit dem Vorgabewert verglichen, der in der Datenspeichereinheit 173 gespeichert ist. Wenn der Stromwert des Stroms I2 gleich groß wie oder kleiner als der Vorgabewert ist, wird eine Trennungs-Detektionsinformation, die einen Zustand angibt, in dem es ein Risiko der Trennung der Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 gibt, an die Anzeigeeinheit 90 ausgegeben.
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Da der Vorgabewert, der in der Datenspeichereinheit 173 gespeichert ist, ein Wert auf der Basis des Stroms I2 ist, der durch die Erdungsleitung 80b fließt, wenn der Transistor Tr des oberen Zweigs 1431 und der Transistor Tr des unteren Zweigs 1432 jedes Wechselrichters 143U, 143V, 143W gleichzeitig eingeschaltet oder gleichzeitig ausgeschaltet sind, fließt ein Strom infolge einer Frequenz zum Antreiben des Motors 60 nicht, und die Gleichtaktstörungsströme, die von den Wechselrichtern 143U, 143V und 143W erzeugt werden, überlappen einander. Daher können die augenblicklichen Gleichtaktstörungsstrom I0 infolge der Schwankung der Gleichtaktspannung unter einer Maximalbedingung detektiert werden, und ein hochgenauer Wert kann als ein gemessener Wert erhalten werden. Im Ergebnis kann die Trennungs-Detektionsinformation für die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 mit hoher Genauigkeit erhalten werden.
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Wenn Störungen gemessen werden, indem gleichzeitig der Transistor Tr des oberen Zweigs 1431 und der Transistor Tr des unteren Zweigs 1432 jedes der Wechselrichter 143U, 143V, 143W gleichzeitig eingeschaltet oder gleichzeitig ausgeschaltet werden, und zwar jedes Mal, bevor der normale Betrieb des Motor-Antriebssystems nach dem Stopp startet, wird die Genauigkeit der Diagnose weiter verbessert.
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Es sei angemerkt, dass im obigen Beispiel das Verfahren zum Detektieren der Trennung des Signalübertragungskabels 30 durch die Bestimmungseinheit 17 stets während des normalen Betriebs des Motor-Antriebssystems durchgeführt wird. Die Trennung kann jedoch auch periodisch während des normalen Betriebs detektiert werden oder zum Zeitpunkt des Einschaltens der Energiequelle oder zum Zeitpunkt des Ausschaltens der Energiequelle, und zum Zeitpunkt der Detektion der Trennung kann die Trennungs-Detektionsinformation erhalten werden, indem der Strom I2, der durch die Erdungsleitung 80b fließt, wenn der Transistor Tr des oberen Zweigs 1431 und der Transistor Tr des unteren Zweigs 1432 jedes Wechselrichters 143U, 143V, 143W gleichzeitig eingeschaltet oder gleichzeitig ausgeschaltet werden, mit dem Vorgabewert verglichen wird, der in der Datenspeichereinheit 173 gespeichert ist.
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In diesem Beispiel gilt Folgendes: Da der Strom I2, der durch die Erdungsleitung 80b fließt, einen Wert hat, der größer als der Strom I2 ist, der durch die Erdungsleitung 80b im normalen Zustand fließt, kann die Trennungs-Detektionsinformation für die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 mit höherer Genauigkeit erhalten werden.
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Das Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, verbindet elektrisch die Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 und die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 miteinander auf Seiten des Motors 60, detektiert den Strom I2, der durch die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 fließt, aus dem Gleichtaktstörungsstrom I0, der durch den Betrieb der Wechselrichterschaltung 143 der Stromrichterschaltung 14 in der Stromrichtereinrichtung 10 erzeugt wird, und gibt die Trennungs-Detektionsinformation für die Trennung in der Abschirmung des Signalübertragungskabels aus. Daher kann die Trennung des Signalübertragungskabels 30 verhindert werden, ohne eine neue Energiequelle oder Signalschaltung zum Motor-Antriebssystem hinzuzufügen, um die Trennungs-Detektionsinformation für die Abschirmung des Signalübertragungskabels zu erhalten, und bevor die Trennung der Signalleitungen 31a, 31b des Signalübertragungskabels 30 auftritt und ein Signal nicht übertragen werden kann, kann die Verschlechterung des Signalübertragungskabels 30 bei einer Trennungsstufe der Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 gefunden werden, und das Signalübertragungskabel 30 kann ersetzt bzw. ausgetauscht werden.
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Im Ergebnis können eine Prozessverzögerung infolge des Stopps einer Leitung unter Verwendung des Motors 60 und Verluste infolge der Reparatur einer Einrichtung und der Ausrüstung in der Leitung verhindert werden.
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Da der Zeitpunkt, wenn das Signalübertragungskabel 30 ersetzt werden muss, im Voraus gefunden werden kann, kann das Auftreten eines Kommunikationsfehlers durch die Signalleitungen 31a, 31b des Signalübertragungskabels 30 infolge der Trennung der Signalleitungen 31a, 31b des Signalübertragungskabels 30, der direkten Einkopplung von Störungen, die vom Wechselrichter 143U, 143V, 143W auf die Signalleitungen 31a, 31b des Signalübertragungskabels 30 hergeleitet werden, oder der Einkopplung von unerwarteten externen Störungen in die Signalleitungen 31a, 31b des Signalübertragungskabels 30 infolge des Fortschreitens der Trennung der Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 verhindert werden.
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Im Ergebnis können eine Prozessverzögerung infolge des Stopps einer Leitung unter Verwendung des Motors 60 und Verluste infolge der Reparatur einer Einrichtung und der Ausrüstung in der Leitung verhindert werden.
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Da das Störfilter 40, das die Gleichtakt Drosselspulen 41U, 41V, 41W und die Kondensatoren 42U, 42V, 42W aufweist, zwischen die Stromrichtereinrichtung 10 und die AC-Energiequelle 50 geschaltet ist, kann außerdem ein Störstrom, der von Seiten der Stromleitung 51U, 51V, 51W streut, in dem Strom I2, der durch die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 fließt, ignoriert werden, und die Trennungs-Detektionsinformation für die Abschirmung des Signalübertragungskabels kann mit hoher Genauigkeit erhalten werden.
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Zweite Ausführungsform
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Ein Motor-Antriebssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
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Das Motor-Antriebssystem gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass das Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform als die AC-Energiequelle 50 eine Energiequelle verwendet, die AC-Energie mit drei Phasen aus einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase zuführt, wohingegen das Motor-Antriebssystem gemäß der zweiten Ausführungsform eine DC-Energiequelle 50A verwendet, und dass eine Stromrichterschaltung 14A einen Glättungskondensator 142 und eine Wechselrichterschaltung 143 aufweist, indem sie eine DC-Energiequelle 50A verwenden, und das Motor-Antriebssystem gemäß der zweiten Ausführungsform ist in den übrigen Punkten ähnlich zum Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform.
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In 8 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in 1 die gleichen oder entsprechende Komponenten.
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Das heißt, die DC-Energiequelle 50A ist eine DC-Energiequelle, die AC in DC umwandelt, und zwar unter Verwendung einer Batterie oder einer äußeren Einrichtung, und sie ist mit Stromleitungen 51AP, 51AN verbunden.
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Die Stromrichtereinrichtung 10A weist Folgendes auf: einen Strom-Eingangsanschluss 11P, 11N, Strom-Ausgangsanschlüsse 12U, 12V, 12W, einen Erdungsanschluss 12G, einen Informations-Eingabeanschluss 13a, 13b, einen Abschirmungs-Anschluss 13G, die Stromrichterschaltung 14A, eine Drehgeber-Schaltung 15, eine Steuerungsschaltung 16, die als Steuerungseinheit dient, und eine Bestimmungseinheit 17. Die Stromrichterschaltung 14A, die Drehgeber-Schaltung 15, und die Steuerungsschaltung 16 bilden einen Servoverstärker. Die Stromrichtereinrichtung 10A ist auf einer Leiterplatte (nicht dargestellt) montiert.
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Die Strom-Eingangsanschlüsse 11P und 11N sind jeweils mit den entsprechenden Stromleitungen 51AP und 51AN über ein Störfilter 40A verbunden.
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Das Störfilter 40A weist Kondensatoren 42P und 42N auf, deren erste Enden jeweils mit den entsprechenden Stromleitungen 51AP und 51AN verbunden sind, und deren zweite Enden mit einem Erdungsknoten verbunden sind.
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Das Störfilter 40A kann Gleichtakt-Drosselspulen aufweisen, die jeweils zwischen eine entsprechende der Stromleitungen 51AP und 51AN und einen entsprechenden der Strom-Eingangsanschlüsse 11P und 11N geschaltet sind, sowie Kondensatoren, deren erste Enden jeweils mit einer entsprechenden der Stromleitungen 51AP und 51AN verbunden sind und deren zweite Enden mit einem Erdungsknoten verbunden sind.
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Durch das Vorhandensein des Störfilters 40A ist der Störungsstrom, der von Seiten der Stromleitung 51AP, 51AN herausstreut, ein sehr kleiner Wert bezogen auf den Gleichtaktstörungsstrom, und er ist ein vernachlässigbarer Wert.
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Durch Aufnahme der Kondensatoren 42P und 42N innerhalb der Einrichtung, ist es außerdem weniger wahrscheinlich, dass die Kondensatoren 42P und 42N durch externe Störungen beeinflusst werden.
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Die Stromrichterschaltung 14A weist den Glättungskondensator 142 und die Wechselrichterschaltung 143 auf.
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Der Glättungskondensator 142 ist zwischen einen P-Bus 144P und einen N-Bus 144N geschaltet, die jeweils mit den Strom-Eingangsanschlüssen 11P und 11N verbunden sind, und glättet die DC-Energie, die von der DC-Energiequelle 50A zugeführt wird.
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Die Wechselrichterschaltung 143 weist ein Paar von Eingabe-Enden auf, die jeweils mit den entsprechenden von dem P-Bus 144P und dem N-Bus 144N verbunden sind, sie wandelt die Energie in eine AC-Spannung um, und zwar auf der Basis der geglätteten DC-Spannung, und sie gibt die umgewandelte dreiphasige AC-Energie mit einer vorgegebenen Spannung und Frequenz an die Ausgabe-Enden für drei Phasen aus. Die Wechselrichterschaltung 143 ist die gleiche wie die Wechselrichterschaltung 143 der Stromrichterschaltung 14 im Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform.
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Das Motor-Antriebssystem gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform nur darin, dass die Energiequelle die DC-Energiequelle 50A ist, und demzufolge wird die Stromrichterschaltung 14A so geändert, dass sie zur DC-Energiequelle 50A passt. Daher führt das Motor-Antriebssystem gemäß der zweiten Ausführungsform einen ähnlichen Betrieb wie das Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform durch und kann eine ähnliche Wirkung erzielen.
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Dritte Ausführungsform
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Ein Motor-Antriebssystem gemäß einer dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
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Das Motor-Antriebssystem gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich vom Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass jeder der Kondensatoren 18a, 18b zwischen einen entsprechenden eines Paares von Bussen, die eine Gleichrichterschaltung 141 und eine Wechselrichterschaltung 143 miteinander verbinden, d. h. einen P-Bus 144P und einen N-Bus 144N, und einen Kühlkörper 70 geschaltet ist, der als ein Erdungsknoten dient, und das Motor-Antriebssystem gemäß der dritten Ausführungsform ist in den übrigen Punkten ähnlich dem Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform.
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In 9 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in 1 die gleichen oder entsprechende Komponenten.
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Der Kondensator 18a ist zwischen den P-Bus 144P und den Erdungsknoten geschaltet, und der Kondensator 18b ist zwischen den N-Bus 144N und den Erdungsknoten geschaltet.
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Im Ergebnis ist die Impedanz im Ausbreitungspfad niedrig, der als Umlaufpfad dient, durch den ein Gleichtaktstörungsstrom I0 fließt, so dass sich die Wirkung ergibt, dass eine Impedanz-Maskierung auf Seiten der Stromleitung 51U, 51V, 51W erfolgt.
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Ein Störstrom, der durch jeden von dem P-Bus 144P und dem N-Bus 144N infolge von externen Störungen fließt, die von Seiten der Stromleitung 51U, 51V, 51W herrühren, fließt zur Seite des Kühlkörpers 70, und zwar durch den Kondensator 18a, 18b.
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Daher kann ein Einfluss von externen Störungen, die von Seiten der Stromleitung 51U, 51V, 51W herrühren, unterdrückt werden, der Einfluss der externen Störung auf einen Strom I2, der durch eine Abschirmung 31G eines Signalübertragungskabels 30 fließt, kann ignoriert werden, und eine Trennungs-Detektionsinformation für die Abschirmung des Signalübertragungskabels kann mit hoher Genauigkeit erhalten werden.
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Da der Kondensator 18a mit dem P-Bus 144P verbunden ist und der Kondensator 18b mit dem N-Bus 144N verbunden ist, und zwar auf einer Leiterplatte, ist außerdem das Störfilter innerhalb der Stromrichtereinrichtung 10 montiert. Daher kann sich die Funktion als Störfilter ausreichend zeigen.
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Vierte Ausführungsform
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Ein Motor-Antriebssystem gemäß einer vierten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 10 und 11 beschrieben.
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Das Motor-Antriebssystem gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich vom Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform darin, das sowohl ein Stromkabel 20, als auch ein Signalübertragungskabel 30 nach innen geführt sind, und zwar mit einer isolierenden Ummantelung 23, und das Motor-Antriebssystem gemäß der vierten Ausführungsform ist in den übrigen Punkten ähnlich dem Motor-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform.
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In 10 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in 1 die gleichen oder entsprechende Komponenten.
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In 11 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in 5 die gleichen oder entsprechende Komponenten.
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Das Stromkabel 20 und das Signalübertragungskabel 30 sind aneinander angrenzend angeordnet, d. h. teilweise in Kontakt miteinander, und das Äußere bzw. die Peripherie des Stromkabels 20 und des Signalübertragungskabels 30 sind mit der isolierenden Ummantelung 23 ummantelt bzw. beschichtet sowie integriert.
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Da das Stromkabel 20 und das Signalübertragungskabel 30 aneinander angrenzen, sind Gegeninduktivitäten 21 MU, 21M'V, 21M'W zwischen den elektrischen Kabeln 21U, 21V, 21W des Stromkabels 20, einer Erdungsleitung 21G und einer Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 vorhanden.
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Da das Stromkabel 20 und das Signalübertragungskabel 30 integriert sind, gilt verglichen mit dem Fall, in dem das Stromkabel 20 und das Signalübertragungskabel 30 separat angeordnet sind, so dass sie nahe bei einander sind, Folgendes: Schwankungen der Gegeninduktivitäten 21M'U, 21M'V, 21M'W sind klein, und es gibt keine Schwankung der Impedanz im Ausbreitungspfad des Stroms I1, der durch die Erdungsleitung 21G des Stromkabels 20 fließt, oder der Impedanz im Ausbreitungspfad des Stroms I2, der durch die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 fließt.
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Im Ergebnis gilt Folgendes: Da die Schwankung des Gleichtaktstörungsstrom I0 während des normalen Betriebs des Motor-Antriebssystems klein ist, sind die Schwankungen des Stroms I1 und des Stroms I2 ebenfalls klein, und eine Trennungs-Detektionsinformation für die Abschirmung 31G des Signalübertragungskabels 30 kann mit hoher Genauigkeit erhalten werden.
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Die Ausführungsformen können frei miteinander kombiniert werden, jegliches Bestandteilselement in jeder der Ausführungsformen kann modifiziert werden, oder jegliches Bestandteilselement in jeder der Ausführungsformen kann weggelassen werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das Motor-Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird angemessen für einen Fabrikroboter oder eine Fabrik-Werkzeugmaschine verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10A
- Stromrichtereinrichtung,
- 11U, 11V, 11W
- Strom-Eingangsanschluss,
- 12U, 12V, 12W
- Strom-Ausgangsanschluss,
- 12G
- Erdungsanschluss,
- 13a, 13b
- Informations-Eingabeanschluss,
- 13G
- Abschirmungs-Anschluss,
- 14
- Stromrichterschaltung,
- 141
- Gleichrichterschaltung,
- 142
- Glättungskondensator,
- 143
- Wechselrichterschaltung,
- 1431
- oberer Zweig,
- 1432
- unterer Zweig,
- 144P
- P-Bus,
- 144N
- N-Bus,
- 15
- Drehgeber-Schaltung,
- 16
- Steuerungsschaltung,
- 17
- Bestimmungseinheit,
- 18a, 18b
- Kondensator,
- 20
- Stromkabel,
- 21U, 21V, 21W
- elektrisches Kabel,
- 21G
- Erdungsleitung,
- 30
- Signalübertragungskabel,
- 31a, 31b
- Signalleitung,
- 31G
- Abschirmung,
- 40
- Störfilter,
- 41U, 41V, 41W
- Gleichtakt Drosselspule,
- 42U, 42V, 42W
- Kondensator,
- 50
- AC-Energiequelle,
- 51U, 51V, 51W
- Stromleitung,
- 50A
- DC-Energiequelle,
- 51AP, 51AN
- Stromleitung,
- 60
- Motor,
- 61
- Motorkörper,
- 62
- Drehgeber-Schaltung,
- 90
- Anzeigeeinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 73447 A [0005]
- JP 6473611 B2 [0005]
- JP 2005166450 A [0005]