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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine bürstenlose Motorantriebsvorrichtung,
die eine Induktionsantriebssteuerung unter Verwendung eines sensorlosen
Antriebssystems durchführt, und eine Fluidpumpe.
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Diesbezüglich
ist ein bürstenloser Motor bekannt, der einen Sensor zum
Erfassen einer Magnetpolposition eines Magnetrotors verwendet. Andererseits
ist auch ein anderer bürstenloser Motor bekannt, der ein
sensorloses Antriebssystem anpasst, das eine "Induktionsantriebssteuerung"
durchführt, die durch ein Erfassen eines in jeder Statorspule
induzierten Spannungssignals (induzierte Spannung) erreicht wird,
wenn ein Magnetrotor gedreht wird, und erzeugt ein auf einem Erfassungssignal
basierendes Bestromungssignal anstelle der Verwendung eines Sensors
zum Erfassen einer Magnetpolposition. Das Spannungssignal wird jedoch
in jede Spule nur während des Drehens des Magnetrotors
induziert. Beim Anhalten des Motors wird in keine Spule eine Spannung
induziert. Folglich wird keine Positionsinformation vom Magnetrotor
erhalten. Im Aktivierungszeitpunkt des Motors muss der Magnetrotor
zwangsweise gedreht werden, d. h. zwangsweise angetrieben werden
("Zwangsantriebssteuerung"). Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig,
die Anfangseinstellung auszuüben, um eine Anfangsposition
des Magnetrotors auf eine vorgegebene Position einzustellen, um eine
Umkehrdrehung des Magnetrotors oder andere Nachteile in der "Zwangsantriebssteuerung"
zu vermeiden. Dies würde sehr viel Zeit benötigen,
wodurch die bürstenlosen Motoren nicht sofort aktiviert werden
können.
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JP 2000-60070 A offenbart
einen bürstenlosen Motor, der mit einem Permanentmagneten
derartig zum Einschränken einer Halteposition vorgesehen
ist, so dass ein Magnetrotor durch eine Magnetkraft des Permanentmagneten
an einer bestimmten Halteposition angehalten wird. Dieser bürstenlose Motor
kann derart aktiviert werden, dass zum Aktivierungsbeginn die Anfangsposition
des Magnetrotors auf die vorgegebene Position eingestellt wird,
auch wenn ein Hallelement oder dergleichen zum Erfassen der Magnetrotorposition
nicht vorgesehen ist. Es ist vorstellbar, einen solchen bürstenlosen
Motor für eine Kraftstoffpumpe in einem Fahrzeugmotor zu
verwenden.
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Der
in JP' 070 A offenbarte bürstenlose Motor muss jedoch derart
angeordnet werden, um die Magnetkraft des Permanentmagneten aufzuheben, während
der Motor gedreht wird. Dementsprechend muss zusätzlich
eine Entmagnetisierungsspule eingebaut werden und während
der Drehung des bürstenlosen Motors konstant bestromt werden.
Infolgedessen würde der Leistungsverbrauch des bürstenlosen
Motors ansteigen, was eine Abnahme des Motorwirkungsgrads bewirkt.
Im Fall, bei dem diese bürstenlose Motorart in einer Kraftstoffpumpe
eines Fahrzeugmotors verwendet wird, kann sich die Kraftstoffersparnis
verschlechtern. Beim Starten der Verbrennungsmaschine muss die Kraftstoffpumpe
sofort aktiviert werden, um der Verbrennungsmaschi ne schnell Kraftstoff
zuzuführen. Jedoch benötigt der bürstenlose
Motor als Mittel zum Erkennen der Magnetrotorposition beim Aktivierungsbeginn
der Kraftstoffpumpe sehr viel Zeit. Der bürstenlose Motor
ist daher als ein solches Mittel ungeeignet.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts des genannten Sachverhalts
gemacht und hat als Aufgabe, eine bürstenlose Motorantriebsvorrichtung vorzusehen,
die in der Lage ist, eine kürzere Aktivierungszeit und
einen verringerten Leistungsverbrauch zu erreichen und eine Abnahme
des Motorwirkungsgrads verhindert. Eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Kraftstoffpumpe vorzusehen, die in
der Lage ist, den Fluiddruck beim Starten einer Verbrennungsmaschine
schnell zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche 1
und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
werden in den Unteransprüchen genannt.
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Zusätzliche
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der folgenden
Beschreibung dargelegt und sind zum Teil aus der Beschreibung offensichtlich
oder können durch Betreiben der Erfindung erfahren werden.
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Um
die Zielsetzung der Erfindung zu erreichen, ist eine bürstenlose
Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines bürstenlosen
Motors vorgesehen, aufweisend einen Stator, der Spulen für
eine Vielzahl von Phasen und einen Magnetrotor, der in dem Stator
angeordnet ist, beinhaltet, wobei die Vorrichtung ein Steuermittel
beinhaltet, das derart angeordnet ist, um den Magnetrotor durch
aufeinanderfolgendes Umschalten der Bestromung der Spulen der Phasen
zu drehen, um basierend auf einer induzierten Spannung, die in den
Spulen der Phasen erzeugt wird, eine Position des Magnetrotors zu
erfassen und um basierend auf der erfassten Position die Bestromung
der Spulen der Phasen zu steuern, wobei das Steuermittel eine Anfangseinstellsteuerung
zum Einstellen der Magnetrotorposition an eine Anfangsposition durchführt,
die ein Ausführen der nächsten Zwangsantriebssteuerung
erlaubt, wenn die Stromversorgung der Steuermittel unterbrochen
wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt sieht die Erfindung eine Fluidpumpe vor, die in Verbindung
mit einer Verbrennungsmaschine vorgesehen ist, wobei die Pumpe aufweist:
einen bürstenlosen Motor als eine Antriebsquelle, wobei
der bürstenlose Motor einen Stator aufweist, der Spulen
für eine Vielzahl von Phasen und einen Magnetrotor, der
in dem Stator angeordnet ist, beinhaltet; ein Steuermittel, das
derart angeordnet ist, um den Magnetrotor durch aufeinanderfolgendes
Umschalten der Bestromung der Spulen der Phasen zu drehen, um basierend
auf einer induzierten Spannung, die in den Spulen der Phasen erzeugt
wird, eine Magnetrotorposition zu erfassen und um basierend auf
der erfassten Position die Bestromung der Spulen der Phasen zu steuern;
und einen Pumpenabschnitt zum Erhöhen eines Fluiddrucks
basierend auf der Basis des Magnetrotordrehmoments, wobei das Steuermittel
beim Anhalten der Verbrennungsmaschine eine Anfangseinstellsteuerung
zum Einstellen der Magnetrotorposition in eine Anfangsposition,
die ein Ausführen der nächsten Zwangsantriebssteuerung
erlaubt, durchführt, und das Steuermittel die Zwangsantriebssteuerung
beim Starten der Verbrennungsmaschine ohne ein Ausführen
der Anfangseinstellsteuerung durchführt. Weitere Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
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Die
beiliegenden Zeichnungen, die in die Beschreibung aufgenommen sind
und einen Teil davon ausbilden, veranschaulichen eine Ausführungsform der
Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erklären
der Aufgaben, Vorteile und Prinzipien der Erfindung.
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In
den Zeichnungen ist/sind
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1 eine
Schnittansicht eines Kraftstofftanks, der in Verbindung mit einer
Verbrennungsmaschine in einem Fahrzeug montiert ist;
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2 ein
elektrisches Schaltdiagramm, das den Aufbau eines bürstenlosen
Motors und eines Steuergeräts für eine Kraftstoffpumpe
und weiteres zeigt;
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3 ein
Konzeptdiagramm, das eine Steuerungslogik zeigt;
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4 ein
Zeitdiagramm, das den Bestromungszeitverlauf jeder Phase in einem
Induktionsantriebsmodus und Variationen der induzierten Spannung
in jeder Phase anzeigt;
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5 ein
Zeitdiagramm, das die Veränderungen der Anschlussspannung
in den Spulen der Phasen anzeigt;
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6 ein
Zeitdiagramm, das die Veränderungen des Bestromungs-Tastverhältniswerts
an jeder Spule der Phasen anzeigt;
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7A bis 7F Konzeptdiagramme,
die eine Lagebeziehung zwischen einem Stator und einem Magnetrotor
in einem Zustand zeigen, bei dem ein Motor angehalten wird; und
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8 ein
Konzeptdiagramm, das einen Wechsel der bestromten Phasen und einen
Wechsel der Lagebeziehung zwischen dem Stator und dem Magnetrotor
anzeigt.
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Eine
detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
einer bürstenlosen Motorantriebsvorrichtung und einer Fluidpumpe,
die die vorliegende Erfindung ausführen, wird nun mit Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben.
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Die
nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich auf Ausführungsformen
einer elektrischen Kraftstoffpumpe in einer Verbrennungsmaschine
und einer bürstenlosen Motorantriebsvorrichtung, die in Kraftstoffpumpen
verwendet wird. 1 ist eine Schnittansicht eines
Kraftstofftanks 1, der in Verbindung mit einer Verbrennungsmaschine 11 in
ein Fahrzeug montiert wird. In dem Kraftstofftank 1 wird eine
Hochdruckfilterabdeckung 3 von einem Tankkörper 2 getrennt
ausgebildet. Diese Hochdruckfilterabdeckung 3 ist mit einer
elektrischen Kraftstoffpumpe (nachfolgend einfach eine "Kraftstoffpumpe") 4, Kraftstoffdurchgängen 5a und 5b,
einem Druckregler 6 und einem Hochdruckkraftstofffilter 7 versehen.
Ein Kraftstofffilter 8 ist an eine Ansaugöffnung
der Kraftstoffpumpe 4 angebracht. Der im Tankkörper 2 gelagerte
Kraftstoff wird über den Kraftstofffilter 8 in
die Kraftstoffpumpe 4 angesaugt, wenn die Kraftstoffpumpe 4 betrieben
wird. Dann durchläuft der Kraftstoff den Hochdruckkraftstofffilter 7 über
den Kraftstoffdurchgang 5a und durchläuft ferner
den Kraftstoffdurchgang 5b. Der Kraftstoff wird durch den Druckregler 6 druckgesteuert
und danach durch eine Auslassöffnung 9 ausgestoßen.
Der ausgestoßen Kraftstoff wird einer Verbrennungsmaschine 11 durch eine Kraftstoffleitung 12 zugeführt.
In einem obersten Teil der Hochdruckfilterabdeckung 3 ist
ein Steuergerät 10 zum Steuern der Kraftstoffpumpe 4 angeordnet,
die elektrisch mit dem Steuergerät 10 verbunden ist.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht das Steuergerät 10 einem
Steuermittel der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet
die Kraftstoffpumpe 4 einen bürstenlosen Motor 21 als
eine Antriebsquelle, um eine lange Lebensdauer zu erreichen, und
einen Pumpenabschnitt 4a zum Erhöhen des Kraftstoffdrucks
basierend auf der Ausgangsleistung des Motors 21. Der Pumpenabschnitt 4a ist
mit einem Drehbauteil (nicht gezeigt), wie z. B. einem Flügel,
versehen, der durch ein Drehmoment eines Magnetrotors 24,
der später erläutert wird, gedreht wird.
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2 ist
ein elektrisches Schaltdiagramm, das den Aufbau des bürstenlosen
Motors 21, der in der Kraftstoffpumpe 4 verwendet
wird, und dem Steuergerät 10 davon und weiters
zeigt. Das Steuergerät 10 beinhaltet einen Steuerkreis 22,
einen Treiberkreis 23 und einen zweiten Leistungstransistor
TrB. In der vorliegenden Ausführungsform ist der bürstenlose
Motor 21 ein Dreiphasenmotor. Der Treiberkreis 23 ist
ein Kreis, der sich einem Dreiphasen-Vollwellen-Antriebssystem anpasst.
Der bürstenlose Motor 21 wird derart konfiguriert,
um ohne Verwendung eines Hallelements die Position des Magnetrotors 24 (eine
Rotorposition) unter Verwendung der induzierten Spannung (erzeugte
Spannung), die in den Spulen 25A, 25B und 25C für
eine Vielzahl von Phasen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) des Stators,
der den bürstenlosen Motor 21 ausmacht, produziert wird,
zu erfassen. Genauer gesagt ist der bürstenlose Motor 21 derart
angeordnet, um basierend auf der induzierten Spannung, die durch
Drehung des Magnetrotors 24, der auch ein bewegbares Bauteil
der Kraftstoffpumpe 4 ist, erzeugt wird, die Rotorposition
zu erfassen, und um die zu bestromende Spule 25A bis 25C der
drei Phasen zu erfassen. Jedoch wird beim Anfahren keine induzierte
Spannung erzeugt, wobei der Magnetrotor 24 "zwangsweise
angetrieben wird" um sich zu drehen. Nachdem die induzierte Spannung
in der Zwangantriebssteuerung (Modus) erzeugt wird, wird die Zwangantriebssteuerung
(Modus) in die Induktionsantriebssteuerung (Modus) umgeschaltet,
die durch ein Erfassen der induzierten Spannung ausgeführt
wird.
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Wie
in 2 gezeigt, ist der Treiberkreis 23 durch
einen ersten, dritten und fünften Transistor Tr1, Tr3 und
Tr5 der PNP-Art und zweite, vierte und sechste Transistoren Tr2,
Tr4 und Tr6 der NPN-Art ausgebildet, wobei alle Transistoren als
Umschaltelemente dienen. Diese ersten bis sechsten Transistoren
Tr1 bis Tr6 sind in einem Dreiphasen-Brückenaufbau verbunden.
Der erste, dritte und fünfte Transistor Tr1, Tr3 und Tr5
weisen Emitter auf, die jeweils mit einer Stromversorgungsanschlussstelle
(+Ba) des Steuergeräts 10 verbunden sind, während
der zweite, vierte und sechste Transistor Tr2, Tr4 und Tr6 Emitter
aufweisen, die jeweils geerdet sind. Der Dreiphasen-bürstenlose
Motor 21 beinhaltet den Magnetrotor 24 und den
Stator 25, der die Spulen 25A, 25B, und 25C,
die die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase jeweils ausbilden,
beinhaltet. Die Spulen 25A, 25B und 25C der
U-, V- und W-Phasen haben an einem Ende einen gemeinsamen Anschlusspunkt, an
dem alle Phasenspulen verbunden sind. An dem anderen Ende weist
die Spule 25A einen Anschlusspunkt auf, der mit einem gewöhnlichen
Verbindungspunkt des ersten und zweiten Transistors Tr1 und Tr2 verbunden
ist, wobei die Spule 25C einen Anschlusspunkt aufweist,
der mit einem gewöhnlichen Verbindungspunkt des dritten
und vierten Transistors Tr3 und Tr4 verbunden ist, und wobei die
Spule 25B einen Anschlusspunkt aufweist, der mit einem
gewöhnlichen Verbindungspunkt des fünften und
sechsten Transistors Tr5 und Tr6 verbunden ist. Jede Basis der Transistoren
Tr1 bis Tr6 ist mit dem Steuerkreis 22 verbunden. Ein Anschlusspunkt
des Steuerkreises 22 ist mit der Stromversorgungsanschlussstelle (+Ba)
des Steuergeräts 10 verbunden und der andere Anschlusspunkt
davon ist geerdet. In der vorliegenden Ausführungsform
ist der Steuerkreis 22 als ein kundenspezifischer IC vorgesehen.
Der zweite Leistungstransistor TrB ist als ein PNP-Art Transistor ausgebildet,
der einen mit der Stromversorgungsanschlussstelle (+Ba) des Steuergeräts 10 verbundenen
Emitter, einen mit einem Anschlusspunkt (Vb) des Steuergeräts 10 verbundenen
Kollektor und eine mit dem Steuerkreis 22 verbundene Basis
aufweist.
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Wie
in 2 gezeigt ist das Steuergerät 20 über
einen Stromversorgungskreis 31 mit einer elektronischen
Steuereinheit (ECU) 32 verbunden. Der Stromversorgungskreis 31 ist
ein Kreis, um der ECU 32 und dem Steuergerät 10 elektrische
Leistung zuzuführen. Die ECU 32 ist eine Vorrichtung,
die hauptsächlich die Verbrennungsmaschine 11 steuert.
Die ECU 32 beinhaltet eine zentrale Bearbeitungseinheit (CPU) 33 und
einen ersten Leistungstransistor TrA. Die CPU 33 ist mit
einer Stromversorgungsanschlussstelle (+B) der ECU 32 verbunden.
Der erste Leistungstransistor TrA ist als ein PNP-Art-Transistor ausgebildet,
der einen mit der Stromversorgungsanschlussstelle (+B) der ECU 32 verbundenen
Emitter, einen mit einem Anschlusspunkt (Va) der ECU 32 verbundenen
Kollektor und eine mit der CPU 33 verbundene Basis, aufweist.
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Der
Stromversorgungskreis 31 beinhaltet eine Batterie 34,
einen Zündschalter (IG/SW) 35 und ein Relais 36.
Ein Umschalter 36a des Relais 36 ist an einem
Ende mit der Stromversorgungsanschlussstelle (+Ba) des Steuergeräts 10 und
an dem anderen Ende mit der Batterie 34 verbunden. Der
Zündschalter 35 ist an einem Ende mit der Batterie 34 und an
dem anderen Ende mit der Stromversorgungsanschlussstelle (+B) der
ECU 32 verbunden. Eine Spule 36b des Relais 36 ist
an einem Ende mit dem Anschlusspunkt (Va) der ECU 32 verbunden
und an dem anderen Ende geerdet. Der Anschlusspunkt (Vb) des Steuergeräts 10 ist
mit dem Anschlusspunkt (Va) der ECU 32 verbunden. Ein Ende
des Zündschalters 35 ist mit dem Steuerkreis 22 über
den IG-Anschlusspunkt (IG) des Steuergeräts 10 verbunden.
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Eine
Erläuterung der durch die ECU 32 und das Steuergerät 10 ausgeführten
Steuerlogik wird mit Bezugnahme auf 3, die das
Konzeptdiagramm zeigt, gegeben.
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Zunächst
wird im Schritt 300 der erste Leistungstransistor TrA durch
die CPU 33 auf "AUS" geschaltet, wenn im Schritt 100 der
Zündschalter (IG/SW) des Stromversorgungskreises 31 nicht
auf "EIN" geschaltet ist,.
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Andererseits
wird, im Schritt 110 die Stromversorgungsanschlussstelle
(+B) der ECU 32 auf "EIN" geschaltet, wenn im Schritt 100 der
Zündschalter (IG/SW) 35 auf "EIN" geschaltet ist.
Folglich wird der erste Leistungstransistor TrA der ECU 32 im Schritt 120 auf
"EIN" geschaltet, und das Relais 36 des Stromversorgungskreises 31 wird
im Schritt 130 auf "EIN" geschaltet, wobei im Schritt 140 die
Stromversorgungsanschlussstelle (+Ba) des Steuergeräts 10 auf
"EIN" geschaltet wird.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird im Schritt 150 der zweite Leistungstransistor
TrB des Steuergeräts 10 auf "EIN" geschaltet und
dann treibt der Steuerkreis 22 den Magnetrotor 24 im
Schritt 160 zwansgweise an. Genauer gesagt wird unabhängig
von der Position des Magnetrotors 24 (die Rotorposition)
eine spezielle Spule der Spulen 25A, 25B und 25C der
U-, V- und W-Phasen bestromt.
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Im
Schritt 170 erfasst der Steuerkreis 22 die induzierte
Spannung. Falls keine induzierte Spannung erfasst wird, treibt der
Steuerkreis 22 den Magnetrotor 24 erneut im Schritt 160 zwangsweise
an. Falls die induzierte Spannung erfasst wird, treibt der Steuerkreis 22 den
Rotor 24 durch Abschätzen der Rotorposition im
Schritt 180 an. Anschließend erfasst der Steuerkreis 22 im
Schritt 190, ob der IG-Anschlusspunkt (IG) des Steuergeräts 10 "AUS"
ist oder nicht. In anderen Worten heißt das, dass erfasst
wird, ob der Zündschalter (IG/SW) 35 auf "AUS"
geschaltet ist oder nicht. Genauer gesagt kehrt der Steuerkreis 22 zu
Schritt 170 zurück und führt die Bearbeitung der
Schritte 170 bis 190 erneut aus, falls der IG-Anschlusspunkt
(IG) auf "EIN" verbleibt. Folglich wiederholt der Steuerkreis 22 die
Schritte 170 bis 190, um die "Induktionsantriebssteuerung"
durchzuführen. Diese "Induktionsantriebssteuerung" wird
im Detail später erklärt.
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Andererseits
schaltet der Steuerkreis 22 den ersten, vierten und sechsten
Transistor Tr1, Tr4 und Tr6 auf "EIN", um die Rotor-Brems-Antriebsteuerung auszuüben,
falls im Schritt 190 erfasst wird, dass der IG-Anschlusspunkt
(IG) auf "AUS" ist. Genauer gesagt führt der Steuerkreis 22 die
"Brems-Antriebssteuerung" aus. Dies ergibt eine Bremskraft auf den Magnetrotor 24,
die die Drehgeschwindigkeit des Rotors 24 verringert.
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Anschließend übt
der Steuerkreis 22 im Schritt 210 die Rotorposition-Anfangseinstellung
aus. Genauer gesagt führt der Steuerkreis 22 die
"Anfangseinstellsteuerung" durch, wovon die Details später
erläutert werden. Der Steuerkreis 22 schaltet im
Schritt 220 den zweiten Leistungstransistor TrB auf "AUS".
Dementsprechend ist im Schritt 230 das Relais 36 des
Stromver sorgungskreises auf "AUS" geschaltet und die Stromversorgungsanschlussstelle (+Ba)
des Steuergeräts 10 wird auf "AUS" geschaltet. Das
heißt, dass der Steuerkreis 22 so lange wartet, bis
die Rotorposition-Anfangseinstellung beendet ist und stoppt dann
die Leistungszufuhr an das Steuergerät, wenn der Zündschalter 35 auf
"AUS" geschaltet ist, um die Verbrennungsmaschine 11 anzuhalten.
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Nachfolgend
wird die vorher erwähnte "Induktionsantriebssteuerung"
erklärt. 4 ist ein Zeitdiagramm, das
den Zeitverlauf der Bestromung jeder Phase, die durch den Steuerkreis 22 während
der Induktionsantriebssteuerung durchgeführt wird, und die
Variationen der induzierten Spannung in jeder Phase anzeigt. Der
Steuerkreis 22 steuert die Bestromung jeder Basis (Gate)
des Transistors Tr1 bis Tr6 des Treiberkreises 23, um die
Bestromung der Spulen 25A bis 25C der U- bis W-Phasen
zu steuern. In 4 bezeichnen die Wörter
"UH, VH, WH" ein Hi-Side-Gate zum Einstellen der U-, V- und W-Phasen
auf einen hohen Level und die Wörter "UL, VL, WL" bezeichnen
ein Low-Side-Gate zum Einstellen der U-, V- und W-Phasen auf einen
unteren Level. Wie in 4 gezeigt, werden die Spulen 25A bis 25C der
U- bis W-Phasen selektiv bestromt, wobei eine induzierte Spannung
in jeder Spule erzeugt wird, wenn die Bestromung des Hi-Side-Gate
und des Low-Side-Gate gesteuert wird.
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5 ist
ein Zeitdiagramm, das die Spannungsveränderungen im Anschlusspunkt
jeder Spule 25A, 25B, 25C jeder Phase
(U-Phase, V-Phase und W-Phase) zeigt. Wie aus diesem Diagramm ersichtlich
ist, wird jede Spule 25A, 25B, 25C alternierend einer
"120°-Bestromung" und einer "60°-Nicht-Bestromung"
ausgesetzt. In 5 wird, wenn im Zeitpunkt t1
die Spule auf einen nichtbestromten Zustand umgeschaltet wird, als
erstes eine positive gegenelektromotorische Kraft als pulsförmige
Spannung erzeugt und anschließend steigt die induzierte
Spannung an. Während einer Zeitdauer vom Umschalten auf
die Bestromung im Zeitpunkt t2 bis zum Umschalten auf die Nicht-Bestromung
im Zeitpunkt t3 bleibt die Spannung auf einem konstanten Level positiv. Wenn
die Spule im Zeitpunkt t3 in einen nichtbestromten Zustand umgeschaltet
wird, wird eine negative gegenelektromotorische Kraft als pulsförmige Spannung
erzeugt und anschließend nimmt die induzierte Spannung
ab. Wenn die Spule im Zeitpunkt t4 in den bestromten Zustand umgeschaltet
wird, bleibt die Spannung auf einem konstanten Level negativ. Der
Steuerkreis 22 erfasst die Rotorposition unter Verwendung
der erzeugten induzierten Spannung, die der gegenelektromotorischen
Spannung folgt. Der Steuerkreis 22 steuert, basierend auf
der oben erfassten Rotorposition die Bestromung der Spulen 25A bis 25C der
U-, V- und W-Phasen. Genauer gesagt bewirkt der Steuerkreis 22 durch
aufeinanderfolgendes Umschalten der Bestromung der Spulen 25A bis 25C der
U- bis W-Phasen des Stators 25 ein Drehen des Magnetrotors 24.
Der Steuerkreis 22 erfasst ferner basierend auf der induzierten
Spannung, die in jeder Spule 25A, 25B, 25C jeder
U-, V- und W-Phase erzeugt wird, die Rotorposition, um basierend
auf der erfassten Rotorposition die "Induktionsantriebssteuerung"
zum Steuern der Bestromung der Spulen 25A bis 25C der
U- bis W-Phasen auszuüben.
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Nachfolgend
wird eine Erläuterung zur vorher genannten "Rotorpositions-Anfangseinstellung (Anfangseinstellsteuerung)"
gegeben. Der Steuerkreis 22 übt die Anfangseinstellung
im Schritt 210 aus 3 zweimal
aus. In anderen Worten verändert der Steuerkreis 22 bei
der ersten Anfangseinstellung (Tastverhältnis-Durchlaufsteuerung)
allmählich ein Bestromungs-Tastverhältniswert
DY bezüglich jeder Spule 25A, 25B, 25C der
U- bis W-Phasen. In der vorliegenden Ausführungsform wird,
wie in 6 vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 gezeigt,
ein Wert des Bestromungs-Tastverhältniswerts DY allmählich
von einer kurzen Zeit (geringes Bestromungsverhältnis)
zu einer langen Zeit (großes Bestromungsverhältnis)
erhöht. Anschließend verändert der Steuerkreis 22 in
der zweiten Anfangseinstellung (Tastverhältnis-Durchlaufsteuerung)
den Bestromungs-Tastverhältniswert DY jeder Spule 25A, 25B, 25C der
U- bis W-Phasen erneut in der gleichen Art wie im ersten Zeitpunkt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 6 durch
die Zeitpunkte t1 bis t2 gezeigt, ein Wert des Bestromungs-Tastverhältniswerts
DY allmählich von einer kurzen Zeit (geringes Bestromungsverhältnis)
zu einer langen Zeit (großes Bestromungsverhältnis)
erneut erhöht.
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Nun
erfolgt eine Erläuterung zu der Lagebeziehung zwischen
dem Magnetrotor 24 und dem Stator 25, der die
U-, V-, W-Phasen beinhaltet, in jeder ersten Anfangseinstellung
(Tastverhältnis Durchlaufsteuerung) und jeder zweiten Anfangseinstellung (Tastverhältnis-Durchlaufsteuerung).
Die 7A–7F sind
Konzeptdiagramme, die vorstellbare Lagebeziehungen zwischen dem
Stator 25 und dem Magnetrotor 24 während
eines Haltezustands des Motors zeigen. 8 ist ein
Konzeptdiagramm, das eine Veränderung der bestromten Phasen
zwischen der ersten Anfangseinstellung und der zweiten Anfangseinstellung
und eine Veränderung in der Lagebeziehung zwischen dem
Stator 25 und dem Magnetrotor 24 zeigt. Wenn die
erste Anfangseinstellung vom Haltezustand des Motors, der in den 7A bis 7F gezeigt
ist, gestartet wird, beginnt sich der Magnetrotor 24 langsam
in einen Zustand (A) oder (A') aus 8 zu bewegen.
Anschließend wird die zweite Anfangseinstellung derart
ausgeübt, so dass der Magnetrotor 24 zusätzlich
um 30° oder 60° in einen Zustand (B) aus 8 gedreht
wird. Beim Anhalten der Verbrennungsmaschine 11, d. h. beim
Anhalten der Kraftstoffpumpe 4 und demzufolge beim Anhalten
des bürstenlosen Motors 21, werden der Stator 25 und
der Magnetrotor 24 im Zustand (B) aus 8 angehalten.
Die Position des Magnetrotors 24 in (B) aus 8 ist
eine "Anfangsposition", die ein Ausführen der nächsten
"Zwangsantriebssteuerung" erlaubt. Der Magnetrotor 24 wird
auf die "Anfangsposition" durch die zwei Anfangseinstellungsabläufe
eingestellt. Demententsprechend wird beim Starten des bürstenlosen
Motors 21 die Bestromung von der U-Phase zu der V-Phase
(U→V) in den Zustand (B) aus 8 (die Anfangsposition)
geleitet, und folglich die "Zwangsantriebssteuerung", die dem Magnetrotor 24 ein
weiteres Drehen um 30° in einen Zustand (C) aus 8 erlaubt,
einfach ausgeführt. Anschließend wird die Bestromung
von der U-Phase zur W-Phase (U→W) und wiederum von der
V-Phase zu der W-Phase (V→W) durchgeführt, wodurch
der "Zwangsantrieb" oder der "Induktionsantrieb" ausgeführt
wird. Dies bewirkt, dass sich der Magnetrotor 24 jeweils
nacheinander weiter um 30° in die Zustände (D)
und (E) aus 8 dreht.
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Entsprechend
der Antriebsvorrichtung des bürstenlosen Motors 21 in
der oben erläuterten vorliegenden Ausführungsform,
wird der Magnetrotor 24 bei der Anfangseinstellposition
als Reaktion auf das Ausschalten des Zündschalters 35 angehalten.
In der vorliegenden Ausführungsform führt, wenn
der Zündschalter 35 auf "AUS" geschaltet wird,
das Steuergerät 10 die "Anfangseinstellsteuerung"
jeder Spule 25A, 255, 25C der U- bis
W-Phasen derart durch, so dass die Position des Magnetrotors 24 zunächst
auf die Anfangsposition, die das Durchführen der nächsten
"Zwangsantriebssteuerung" erlaubt, eingestellt wird, und dann wird
der Magnetrotor 24 angehalten. Um den bürstenlosen
Motor 21 beim nächsten Mal zu starten, beginnt
sich der Magnetrotor 24 daher sofort durch die Zwangsantriebssteuerung
zu drehen. Dies ermöglicht ein Verkürzen der Aktivierungszeit
des bürstenlosen Motors 21, wodurch sich der Leistungsverbrauch des
Motors 21 verringert. Ferner gibt es im Unterschied zum
Stand der Technik keine Notwendigkeit, eine Demagnetisierungsspule
vorzusehen, die während des Motorbetriebs konstant bestromt werden
muss, um eine Magnetkraft eines Permanentmagneten zum Einschränken
einer Halteposition aufzuheben. Folglich kann eine Abnahme des Motorwirkungsgrades
verhindert werden.
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In
der vorliegenden Erfindung führt das Steuergerät 10 die
"Bremsantriebssteuerung" zum Anhalten der Drehung des Magnetrotors 24 vor
der "Anfangseinstellsteuerung" durch. Die Drehgeschwindigkeit des
Magnetrotors 24 kann folglich unverzüglich vor
der "Anfangseinstellsteuerung" reduziert werden. Beim Anhalten des
bürstenlosen Motors 21 kann entsprechend die Anfangseinstellsteuerung umgehend
beendet werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der Stator 25 die
Spulen 25A bis 25C der drei Phasen und diese Spulen 25A bis 25C werden
durch das Dreiphasen-Vollwellen-Antriebssystem angeregt. Der Magnetrotor 24 kann
mit dem Stator 25 in einer derartigen Lagebeziehung angeordnet
werden, dass er ein Durchführen des Zwangsantriebs effizient erlaubt.
Dadurch kann der Dreiphasen-bürstenlose Motor 21 in
der vorliegenden Ausführungsform die "Zwangsantriebssteuerung"
effizient ausführen.
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Entsprechend
der Kraftstoffpumpe 4 der vorliegenden Ausführungsform
wird der Magnetrotor 24 als Reaktion auf das Ausschalten
des Zündschalters 35 angehalten, wodurch die Kraftstoffpumpe 4 angehalten
wird. In der vorliegenden Ausführungsform führt
das Steuergerät 10 beim Anhalten der Verbrennungsmaschine 11 die
"Anfangseinstellsteuerung" durch, um zunächst die Position
des Magnetrotors 24 auf die "Anfangsposition" einzustellen,
die der nächsten "Zwangsantriebssteuerung" ein Ausführen
erlaubt. Beim Starten der Verbrennungsmaschine 11 führt
das Steuergerät 10 ferner die "Zwangsantriebssteuerung"
durch, ohne die Anfangseinstellsteuerung durchzuführen.
Dementsprechend beginnt sich bei einem Starten der Verbrennungsmaschine 11 der Magnetrotor 24 sofort
durch die "Zwangsantriebssteuerung" zu drehen, wodurch die Kraftstoffpumpe 4 unverzüglich
aktiviert wird. Infolgedessen kann sich beim Starten der Verbrennungsmaschine 11 der Kraftstoffdruck
schnell erhöhen, und folglich kann der Kraftstoff der Verbrennungsmaschine 11 schnell
zugeführt werden. Diesbezüglich kann die Verbrennungsmaschine 11 verbesserte
Starteigenschaften, eine reduzierte Startzeit und einen verbesserten Kraftstoffverbrauch
aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorher genannte Ausführungsform
beschränkt und kann in anderen spezifischen Ausbildungen
ausgeführt werden, ohne von den wesentlichen Eigenschaften
davon abzuweichen.
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Die
Fluidpumpe der Erfindung ist als Kraftstoffpumpe 4 in der
oberen Ausführungsform ausgeführt, aber sie kann
auch als eine elektrische Wasserpumpe ausgeführt werden.
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Die
Antriebsvorrichtung der Erfindung ist als Dreiphasenbürstenloser
Motor 21 ausgeführt, aber sie kann passend als
ein anderer bürstenloser Motor, der eine andere Phasenanzahl
als 3 aufweist, ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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