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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung
für einen bürstenlosen Motor, die eine gegenelektromotorische
Kraftantriebssteuerung unter Verwendung eines sensorlosen Antriebssystems
ausführt.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Es
war bis jetzt ein bürstenloser Motor bekannt, der einen
Sensor zum Erfassen einer Position eines Magnetpols eines Magnetrotors
enthält. Andererseits war auch ein anderer bürstenloser
Motor bekannt, der ein sensorloses Antriebssystem anwendet des Ausführens
einer gegenelektromotorischen Kraftantriebssteuerung, die erzielt
wird durch Erfassen eines Spannungssignals (gegenelektromotorische
Kraftspannung), die in jeder Spule eines Stators induziert wird,
wenn ein Magnetrotor gedreht wird, und Erzeugen eines Energieversorgungssignals
für einen Motor auf der Grundlage eines Erfassungssignals
anstelle des Verwendens eines Sensors zum Erfassen einer Position
eines Magnetpols. Dabei sei angemerkt, dass die Spannung der gegenelektromotorischen
Kraft (Gegen-EMK) eine induzierte Spannung ist, die in einer Statorverdrahtung
auftritt, wenn ein Magnetrotor (ein Permanentmagnet) gedreht wird.
Das Spannungssignal wird jedoch in jeder Spule nur induziert, während
der Magnetrotor sich dreht. Während eines Nichtbetriebs
des Motors wird in jeder Spule keine Spannung induziert. Somit wird
keine Positionsinformation des Magnetrotors gewonnen. Bei der Aktivierung
des Motors muss der Magnetrotor zwangsweise gedreht werden, d. h.
er muss zwangsweise angetrieben werden (zwangsweise Antriebssteuerung).
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JP 2004-248387 A offenbart
eine Antriebsvorrichtung für einen bürstenlosen
Motor eines sensorlosen Antriebssystems zum zwangsweisen Antreiben
eines Motors zum Zeitpunkt seiner Aktivierung. Diese Vorrichtung
ist so eingerichtet, dass der Motor antreibend gesteuert wird durch
Erhöhen der Frequenz und eines Tastverhältnisses
in einem vorbestimmten Muster, so dass die Zahl der gegenelektromotorischen
Kraftantriebsvorgänge bei der Aktivierung des Motors gleich
oder kleiner ist als die Zahl der erzwungenen Antriebsvorgänge,
wenn der Motor von dem gezwungenen Antriebsmodus in dem gegenelektromotorischen
Kraftantriebsmodus umgeschaltet wird. Nach Ablauf einer vorbestimmten
Zeit des erzwungenen Antriebsmodus wird der Betrieb des Motors induziert
basierend auf der Position des Magnetrotors.
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Wenn
jedoch bei der Antriebsvorrichtung, die zum Durchführen
des zwangsweisen Antriebsvorgangs bei dem Motoreinschalten eingerichtet
ist, eine ungeeignete Spulenphase in dem zwangsweisen Antriebsmodus
mit Energie versorgt wird, kann der Magnetrotor möglicherweise
nicht gedreht werden, und somit wird keine gegen elektromotorische
Kraftspannung erzeugt. Demzufolge kann der bürstenlose
Motor möglicherweise nicht aktiviert werden. In der Antriebsvorrichtung,
die in JP'387 A offenbart ist, wird eine Spule einer bestimmten
Phase in einer Anfangsstufe mit Energie versorgt, um die Position
des Magnetrotors zu bestimmen (Anfangseinstellung) und dann wird
eine Spule einer geeigneten Phase mit Energie versorgt. Diese Antriebsvorrichtung
ergreift jedoch nicht hinreichende Maßnahmen gegen das
Problem, dass der Motor abhängig von der Position des Magnetrotors
in der Anfangsstufe nicht aktiviert wird, und kann daher eine Fehlfunktion
des Motors bewirken. Beim Bewegen zu einer Zielposition kann der Magnetrotor
beispielsweise durch den Impuls über die Zielposition hinausgehen,
oder der Magnetrotor kann im Gegenteil zu langsam rotieren, und
daher startet der erzwungene Antriebsmodus, bevor der Magnetrotor
die Zielposition erzeugt. In solchen Fällen kann der bürstenlose
Motor möglicherweise nicht aktiviert werden. In dem erzwungenen
Antriebsmodus kann der bürstenlose Motor möglicherweise ebenfalls
nicht aktiviert werden aufgrund einer ungeeigneten Energieversorgungszeitspanne
und eines ungeeigneten Energieversorgungszeitablaufs.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Umstände
gemacht und hat die Aufgabe, eine Antriebsvorrichtung für
einen bürstenlosen Motor bereitzustellen, die in der Lage
ist, das Aktivieren eines bürstenlosen Motors unabhängig
von der Position, an der der Magnetrotor angehalten hat, zu ermöglichen.
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Zusätzliche
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teils in der folgenden
Beschreibung dargelegt und sind teils aus der Beschreibung naheliegend
oder können durch Praktizieren der Erfin dung gelernt werden.
Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mittels
der Instrumentalitäten und Kombinationen verwirklicht und
erzielt werden, die insbesondere in den angehängten Ansprüchen
aufgezeigt sind.
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Um
den Zweck der Erfindung zu erreichen, ist eine Antriebsvorrichtung
für einen bürstenlosen Motor bereitgestellt zum
Treiben eines bürstenlosen Motors, der einen Stator mit
Spulen mehrerer Phasen und einen Magnetrotor enthält, der
entsprechend dem Stator bereitgestellt ist, wobei die Vorrichtung dazu
ausgebildet ist, den Magnetrotor durch aufeinanderfolgendes Schalten
der Energieversorgung jeder Phasenspule zu drehen, eine Position
des Magnetrotors basierend auf einer gegenelektromotorischen Kraftspannung
zu erfassen, die in jeder Phasenspule erzeugt wird, und die Energieversorgung jeder
Phasenspule basierend auf der erfassten Position zu steuern, wobei
die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, jede Phasenspule unter Taststeuerung
mit Energie zu versorgen und vor der gegenelektromotorischen Kraftsteuerung
eine Anfangseinstellung durchzuführen zum Durchfahren eines
Energieversorgungstastwerts im Hinblick auf jede Phasenspule, um
den Magnetrotor in eine vorbestimmte Anfangsposition zu bringen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt stellt die Erfindung eine Antriebsvorrichtung für
einen bürstenlosen Motor bereit zum Treiben eines bürstenlosen
Motors, der einen Stator mit Spulen mehrerer Phasen und einen Magnetrotor
enthält, der entsprechend dem Stator bereitgestellt ist,
wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, den Magnetrotor durch
aufeinanderfolgendes Schalten der Energieversorgung jeder Phasenspule
zu drehen, eine Position des Magnetrotors basierend auf einer gegenelektromotorischen
Kraftspannung zu erfassen, die in jeder Phasenspule erzeugt wird,
und die Energieversorgung jeder Phasenspule basierend auf der er fassten
Position zu steuern, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist,
jede Phasenspule unter Taststeuerung mit Energie zu versorgen und
vor der gegenelektromotorischen Kraftsteuerung eine Anfangseinstellung
zumindest zweimal durchzuführen zum Durchfahren eines Energieversorgungstastwerts
im Hinblick auf jede Phasenspule, um den Magnetrotor in eine vorbestimmte
Anfangsposition zu bringen.
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Weiterentwicklungen
der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung eingegliedert
sind und einen Teil von ihr bilden, veranschaulichen eine Ausführungsform der
Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Ziele,
Vorteile und Prinzipien der Erfindung zu erläutern. In
den Zeichnungen sind:
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1 ein
elektrisches Schaltbild, dass einen Aufbau eines bürstenlosen
Motors und einer Steuerung dafür zeigt;
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2 ein
schematisches Diagramm, das eine Steuerlogik zeigt;
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3 ein
Zeitdiagramm, dass Änderungen in dem Energieversorgungstastwert
jeder Spule der Phasen zeigt;
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4 ein
Flussdiagramm, das Änderungen der mit Energie versorgten
Phasen zeigt;
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5A bis 5F schematische
Diagramme, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Stator und
einem Magnetrotor in einem Motorhaltzustand- zeigen;
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6 ein
schematisches Diagramm, das Änderungen der mit Energie
versorgten Phasen und Änderungen der Positionsbeziehung
zwischen dem Stator und dem Magnetrotor zeigen;
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7 ein
Zeitdiagramm, dass den Energieversorgungszeitablauf jeder Phase
in einem gegenelektromotorischen Kraftantriebsmodus und Änderungen
der gegenelektromotorischen Kraftspannung in jeder Phase zeigt;
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8 ein
Zeitdiagramm, dass Änderungen der Anschlussspannung der
Spulen der Phasen zeigt;
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9A und 9B schematische
Diagramme, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Stator und
einem Magnetrotor in dem Motorhaltzustand zeigen;
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10A und 10B schematische
Diagramme, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Stator und
einem Magnetrotor jeweils nach der ersten Anfangseinstellung und
nach der zweiten Anfangseinstellung zeigen;
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11A und 11B schematische
Diagramme, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Stator und
einem Magnetrotor vor der Energieversorgung von der W-Phase zu der
V-Phase zeigen;
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12 ein
schematisches Diagramm, das eine Steuerlogik zeigt;
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13 ein
Flussdiagramm, das Änderungen der mit Energie versorgten
Phasen zeigt; und
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14 eine
Schnittansicht einer Wasserpumpe.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
einer Antriebsvorrichtung für einen bürstenlosen
Motor, die die vorliegende Erfindung verwirklicht, wird nun mit
Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben.
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Diese
Ausführungsform wird erläutert anhand einer Antriebsvorrichtung
für einen bürstenlosen Motor, der in einer motorgetriebenen
Wasserpumpe in einer Motorkühlvorrichtung verwendet werden
soll. Diese Wasserpumpe wird in einem hybridelektrischen Fahrzeug
oder einem Elektrofahrzeug verwendet. 14 zeigt
eine Schnittansicht dieser Wasserpumpe 21. Die Wasserpumpe 21 enthält
einen Pumpteil 23, eine Steuerung 10 und einen
Verbinder 25 zur Leistungszufuhr, die integral in einem einzigen
Gehäuse 22 bereitgestellt sind. Der Pumpteil 23 ist
gebildet aus einem Ansaugrohr 23, einem Abflussrohr 27,
einer Pumpkammer 28, die jeweils mit dem Ansaugrohr 26 und
dem Abflussrohr 27 in Verbindung steht, einer Schaufel 29,
die integral mit einem Magnetrotor 15 bereitgestellt ist
und in der Pumpenkammer 28 drehbar ist, und einem bürstenlosen
Motor 11, der als Leistungsquelle dient.
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Der
bürstenlose Motor 11 enthält einen Stator 14 und
dem Magnetrotor 15, der um den Stator 14 herum
drehbar ist. Der Stator 14 enthält mehrere Phasen
U, V und W, die jeweils eine U-Phasenspule 14A, eine V-Phasenspule 14B und
eine W-Phasenspule 14C aufweisen, die auf einem Statorkern 30 angebracht
sind. Der Magnetrotor 15 ist wie oben erwähnt
integral mit der Schaufel 29 versehen und um den Stator 14 herum
drehbar. Die Drehung des Magnetrotors 15 um den Stator 14 herum
bewirkt, dass sich die Schaufel 29 in der Pumpkammer 28 dreht, wodurch
Wasser durch das Ansaugrohr 26 in die Pumpkammer 28 gesaugt
wird und das Wasser über das Abflussrohr 27 aus
der Pumpe 21 abgelassen wird. Die Steuerung 10 ist
so aufgebaut, dass sie den bürstenlosen Motor 11 steuert,
und sie ist aus einer Schaltungsplatte 24 mit verschiedenen
Elektronikkomponenten gebildet. Der Verbinder 25 ist mit
einem externen Leistungskabel verbunden, um dem bürstenlosen
Motor 11 und der Steuerung 10 elektrische Leistung
zuzuführen.
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1 ist
ein elektrisches Schaltbild, das einen Aufbau des in der Wasserpumpe 21 verwendeten
bürstenlosen Motors 11 und der Steuerung 10 dafür
zeigt. Die Steuerung 10, die einer Antriebsvorrichtung
der Erfindung entspricht, enthält eine Steuerschaltung 12 und
eine Treiberschaltung 23. In dieser Ausführungsform
ist der bürstenlose Motor 11 ein dreiphasiger
Motor, und die Treiberschaltung 13 ist eine Schaltung,
die ein dreiphasiges Zweiwegantriebssystem anwendet. Der bürstenlose
Motor 11 ist so aufgebaut, dass die Winkelposition des
Magnetrotors 15 (eine Rotorposition) unter Verwendung der gegenelektromotorischen
Kraftspannung (erzeugte Spannung) erfasst wird, die in jeder der
Spulen 14A, 14B und 14C der mehreren
Phasen (U-Phase, V-Phase, W-Phase) des den bürstenlosen
Motor 11 konstituierenden Stators 14 erzeugt werden,
ohne ein Hall-Element zu verwenden. Insbesondere ist der bürstenlose
Motor 11 so eingerichtet, dass er die Rotorposition auf
der Grundlage der gegenelektromotorischen Kraftspannung erfasst,
die durch die Drehung des Magnetrotors 15, der auch ein
bewegliches Element der Wasserpumpe 21 ist, erzeugt wird,
und die mit Energie zu versorgenden Phasenspulen 14A–14C bestimmt.
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Beim
Einschalten wird jedoch keine gegenelektromotorische Kraftspannung
erzeugt und somit wird bewirkt, dass der Magnetrotor 15 durch
einen "Anfangseinstellungs-" und "erzwungenen Antriebs-" Steuermodus
gedreht wird. Nachdem durch die erzwungene Antriebssteuerung die
gegenelektromotorische Kraft erzeugt wurde, wird dieser erzwungene Antriebssteuermodus
in den gegenelektromotorischen Kraftantriebssteuermodus geschaltet,
der durch Erfassen der gegenelektromotorischen Kraftspannung ausgeführt
wird.
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Wie
in 1 gezeigt, ist die Treiberschaltung 13 gebildet
durch einen ersten, dritten und fünften Transistor Tr1,
Tr3 und Tr5 des pnp-Typs als Schaltelemente und einen zweiten, vierten
und sechsten Transistor Tr2, Tr4 und Tr6 des npn-Typs als Schaltelemente,
die in einem dreiphasigen Brückenaufbau geschaltet sind.
Der erste, dritte und fünfte Transistor Tr1, Tr2 und Tr5
haben Emitter, die jeweils mit einem Leistungszuführanschluss
(+Ba) der Steuerung 10 verbunden sind, während
der zweite, vierte und sechste Transistor Tr2, Tr4 und Tr6 Emitter
haben, die jeweils mit Masse verbunden sind. Der dreiphasige bürstenlose
Motor 11 enthält den Magnetrotor 15 und
den Stator 14, der mit den Spulen 14A, 14B und 14C versehen
ist, die jeweils die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase bilden.
Die Spulen 14A, 14B und 14C der U-, V-
und W-Phase haben an einem Ende einen gemeinsamen Anschluss, mit
dem alle Phasenspulen verbunden sind. An den anderen Enden hat die
U-Phasenspule 14A einen Anschluss, der mit einem gemeinsamen
Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Transistor Tr1 und Tr2
verbunden ist, die W-Phasenspule 14C hat einen Anschluss,
der mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt des dritten und des vierten
Transistors Tr3 und Tr4 ver bunden ist, und die V-Phasenspule 14B hat
einen Anschluss, der mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt des
fünften und des sechsten Transistors Tr5 und Tr6 verbunden
ist. Jede Basis der Transistoren Tr1–Tr6 ist mit der Steuerschaltung 12 verbunden. Ein
Anschluss der Steuerschaltung 12 ist mit dem Leistungszuführanschluss
(+Ba) verbunden, und ihr anderer Anschluss ist mit Masse verbunden.
Die Steuerschaltung 12 ist in dieser Ausführungsform durch
ein kundenspezifisches IC gebildet.
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das die Steuerlogik zeigt, die von der
Steuerschaltung 12 ausgeführt werden soll. 3 ist
ein Zeitdiagramm, das Änderungen in dem Energieversorgungstastwert jeder
Phasenspule 14A–14C zeigt. Wenn ein Aktivierungsbefehlssignal
durch Einschalten eines Zündschalters eines Motors in Schritt 100 eingegeben wird,
führt die Steuerschaltung 12 entsprechend dieser
Steuerlogik zuerst in Schritt 110 eine erste Anfangseinstellung
(Tastdurchlaufsteuerung) durch. Anders ausgedrückt ändert
die Steuerschaltung 12 allmählich ein Energieversorgungstastwert
DY mit Bezug auf jede Phasenspule 14A–14C.
In dieser Ausführungsform wird wie in 3 von
der Zeit t0 bis zu der Zeit t1 gezeigt ein Wert des Energiezuführungstastwerts
DY allmählich von einer kurzen Zeit (einem kleinen Energieversorgungsverhältnis)
zu einer langen Zeit (einem großen Energieversorgungsverhältnis)
erhöht. Anschließend führt die Steuerschaltung 12 in
Schritt 120 eine zweite Anfangseinstellung (Tastdurchlaufsteuerung)
aus. Insbesondere ändert die Steuerschaltung 12 allmählich
den Energieversorgungstastwert DY für jede Phasenspule 14A–14C wieder
in derselben Weise wie bei dem ersten Mal. In dieser Ausführungsform
wird, wie durch die Zeiten t1–t2 in 3 gezeigt,
ein Wert des Energieversorgungstastwerts DY wieder allmählich
von einer kurzen Zeit (einem kleinen Energieversorgungsverhältnis)
zu einer lan gen Zeit (einem großen Energieversorgungsverhältnis)
erhöht. Durch zweifaches Durchführen der Anfangseinstellung
wie oben wird der Magnetrotor 15 in eine vorbestimmte Anfangsposition
gebracht.
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In
Schritt 130 führt die Steuerschaltung anschließend
die erzwungene Antriebssteuerung durch. Wie nach der Zeit t2 in 3 gezeigt
wird unter der Bedingung, dass der Energieversorgungstastwert DY
konstant ist (hier 50%) und der Magnetrotor 15 in die vorbestimmte
Anfangsstellung gebracht ist, eine spezifische Phase der Phasenspulen 14A–14C mit
Energie versorgt.
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In
Schritt 140 erfasst die Steuerschaltung 12 die
Position des Magnetrotors 15 durch Beobachten der gegenelektromotorischen
Kraftspannung. In Schritt 150 stellt die Steuerschaltung 12 anschließend
fest, ob die Position des Magnetrotors 15 erfasst wurde
oder nicht. Wenn festgestellt wurde, dass die Position nicht erfasst
wurde, kehrt die Steuerschaltung 12 zum Schritt 130 der
erzwungenen Antriebssteuerung zurück. Wenn in Schritt 150 dagegen festgestellt
wird, dass die Position erfasst wurde, führt die Steuerschaltung 12 in
Schritt 160 die gegenelektromotorische Kraftantriebssteuerung
durch und kehrt dann zu Schritt 140 zurück, um
die gegenelektromotorische Kraftspannung zu beobachten. Um die gegenelektromotorische
Antriebssteuerung auszuführen, führt die Steuerschaltung 12 eine
Vorlaufsteuerung zum Vorverschieben des Energieversorgungszeitablaufs
für jede Phasenspule 14A–14C wie in 2 gezeigt
durc. Bei dieser Vorlaufsteuerung wird der Zeitvorlauf auf "0°"
gesetzt, bis die Drehung stabil wird, d. h. der Zeitvorlauf wird
ausgeschaltet. Die Details dieser Vorlaufsteuerung werden später beschrieben.
Zum Durchführen von anderen Steuerungen als der gegenelektromotorischen
Kraftantriebssteuerung ist der Energieversorgungszeit vorlauf für
jede Phasenspule 14A–14C nicht erlaubt
und wird auf "0°" gehalten.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das Änderungen der mit Energie versorgten
Phasen entsprechend der Steuerlogik von 2 zeigt.
In dieser Ausführungsform wird die erste Anfangseinstellung (Tastdurchlaufsteuerung)
ausgeführt durch Durchführen einer Energieversorgung
von der W-Phase zu der U-Phase, d. h. von der Spule 14C zu
der Spule 14A. Die zweite Anfangseinstellung (Tastdurchlaufsteuerung)
wird ausgeführt durch Durchführen einer Energieversorgung
von der W-Phase zu der V-Phase, d. h. von der Spule 14C zu
der Spule 14B. Bei dem erzwungenen Antriebsmodus wird die
Energieversorgung von der U-Phase zu der V-Phase durchgeführt,
d. h. von der Spule 14A zu der Spule 14B. In dem
nachfolgenden erzwungenen oder gegenelektromotorischen Kraftantriebsmodus
werden die Spulen 14A–14C der Phasen
U bis W in der Richtung und Reihenfolge "U → W", "V → W",
"V → W", ... "U → V" mit Energie versorgt.
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Hier
wird die Positionsbeziehung zwischen dem Magnetrotor 15 und
dem Stator 14, der die Phasen U, V und W enthält,
erläutert von der ersten Anfangseinstellung (Tastdurchlaufsteuerung)
bis der erzwungene oder gegenelektromotorische Kraftantriebsmodus
ausgeführt wird. 5A–5F sind schematische
Diagramme, die vorstellbare Positionsbeziehungen zwischen dem Stator 14 und
dem Magnetrotor 15 in einem Motorhaltzustand zeigen. 6 ist
ein schematisches Diagramm, das Änderungen der mit Energie
versorgten Phasen im Zusammenhang mit der obigen Steuerlogik und Änderungen
der Positionsbeziehung zwischen dem Stator 14 und dem Magnetrotor 15 zeigen.
Wenn die erste Anfangseinstellung (Tastdurchlaufsteuerung) von dem
in 5A–5F gezeigten
Motorhaltzustand aus gestartet wird, dreht sich der Magnetrotor
so, dass er sich langsam in einen Zustand (A) in 6 bewegt.
Dann wird die zweite Anfangseinstellung (Tastdurchlaufsteuerung)
ausgeführt, um den Magnetrotor 15 um 30° in
einen Zustand (B) in 6 weiterzudrehen. Anschließend
wird die erzwungene Antriebssteuerung durchgeführt, wodurch
der Magnetrotor 15 zusätzlich um 30° in
einen Zustand (C) in 6 gedreht wird. Dann wird die
erzwungene oder gegenelektromotorische Kraftantriebssteuerung durchgeführt,
um den Magnetrotor 15 in Schritten von 30° weiterzudrehen,
um zu den Zuständen (D) und (E) in 6 zu kommen.
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Hier
wird die oben genannte gegenelektromotorische Kraftantriebssteuerung
im Folgenden erklärt. 7 ist ein
Zeitdiagramm, das den Zeitablauf der Energieversorgung jeder Phase,
die von der Steuerschaltung 12 während der gegenelektromotorischen
Kraftantriebssteuerung durchgeführt wird, und Änderungen
der gegenelektromotorischen Kraftspannung in jeder Phase zeigt.
Die Steuerschaltung 12 steuert die Energieversorgung jeder
Basis (Gate) der Transistoren Tr1–Tr6 der Treiberschaltung 13, um
die Energieversorgung der Spulen 14A–14C der Phasen
U-W zu steuern. In 7 bezeichnen die Wörter
"UH, VH, WH" ein oberes Gate zum Einstellen der Phasen U, V und
W auf einem hohen Niveau und die Wörter "UL, VL, WL" bezeichnen
ein unteres Gate zum Einstellen der Phasen U, V, und W auf einem niedrigen
Niveau. Wenn die Energieversorgung des oberen Gates und des unteren
Gates gesteuert wird, werden die Spulen 14A–14C der
Phasen U-W wie in 7 gezeigt, selektiv mit Energie
versorgt, was in jeder der Spulen 14A–14C eine
gegenelektromotorische Kraftspannung erzeugt.
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8 ist
ein Zeitdiagramm, das Änderungen der Anschlussspannung
jeder der Spulen 14A–14C der Phasen U-W
zeigt. Wie aus diesem Diagramm ersichtlich wird jede Spule 14A–14C abwechselnd 120° Energiezufuhr
und 60° keine Energiezufuhr ausgesetzt. Wenn die Spule
zum Zeitpunkt t1 in einen nicht mit Energie versorgten Zustand geschaltet wird,
wird zunächst eine positive gegenelektromotorische Kraft
als pulsförmige Spannung erzeugt, und anschließend
steigt die gegenelektromotorische Kraftspannung an. Während
einer Zeitspanne von dem Schalten zu der Energieversorgung zum Zeitpunkt
t2 bis zum Schalten zu keiner Energieversorgung beim Zeitpunkt t3
bleibt die Spannung positiv auf einem konstanten Pegel. Wenn die
Spule zum Zeitpunkt t3 in einen nicht mit Energie versorgten Zustand
geschaltet wird, wird eine negative gegenelektromotorische Kraft
als pulsförmige Spannung erzeugt und anschließend
sinkt die induzierte Spannung. Dabei stellt die gegenelektromotorische
Kraft eine Spannung dar, die bei einem Anker eines elektrischen
Motors auftritt, der sich einem Magnetfeld dreht, und ihre Polarität
ist umgekehrt zu der Polarität der elektrischen Kraft,
die dem Anker zugeführt werden soll. Wenn die Spule zum
Zeitpunkt t4 in den mit Energie versorgten Zustand geschaltet wird,
bleibt die Spannung negativ auf einem konstanten Pegel. Die Steuerschaltung 12 erfasst
die Rotorposition unter Verwendung der gegenelektromotorischen Kraftspannung,
die nach der gegenelektromotorischen Spannung erzeugt wird. Die
Steuerschaltung 12 steuert die Energieversorgung der Spulen 14A–14C der
Phasen U, V und W basierend auf der wie oben erfassten Rotorposition.
Insbesondere bewirkt die Steuerschaltung 12 durch aufeinanderfolgendes Schalten
der Energieversorgung der Spulen 14A–14C der
Phasen U-W des Stators 15, dass der Magnetrotor 15 sich
dreht. Die Steuerschaltung 12 erfasst weiter die Rotorposition
basierend auf der gegenelektromotorischen Kraftspannung, die in
jeder Phasenspule 14A–14C wie oben erzeugt
wird, um die gegenelektromotorische Kraftantriebssteuerung zum Steuern
der Energieversorgung jeder Phasenspule 14A–14C basierend
auf der erfassten Rotorposition zu steuern. Unter der Annahme, dass
beispielsweise der Energieversorgungszeitablauf je der Phasenspule 14A–14C im
Hinblick auf den Übergang der Spulenanschlussspannung in
jeder Phasenspule wie in 7 gezeigt ein Referenzzeitablauf
ist, bedeutet die Vorlaufsteuerung in dem gegenelektromotorischen
Kraftantriebsmodus, der mit in Bezug auf 2 erläutert
wurde, dass die Steuerung den Energieversorgungszeitablauf vorverschiebt,
so dass er früher ist als der Referenzzeitablauf. Der Vorlaufsteuerungswert
von dem Referenzzeitablauf kann beispielsweise in einem Bereich
von 5°–15° festgelegt werden.
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Entsprechend
der Antriebsvorrichtung für den bürstenlosen Motor
in der oben erläuterten Ausführungsform wird die
Anfangseinstellung zweimal vor der gegenelektromotorischen Kraftantriebssteuerung
ausgeführt, so dass der Energieversorgungstastwert für
jede Phasenspule 14A–14C des Stators 14 zweimal
durchlaufen wird. Der Magnetrotor 15 kann langsam in die
vorbestimmte Anfangsstellung relativ zum Stator 14 gedreht
werden, in der er bereit ist, aktiviert (zwangsweise angetrieben)
zu werden. Da die Anfangseinstellung kontinuierlich zweimal durchgeführt
wird, wird der Magnetrotor 15 durch die zweite Durchlaufsteuerung
nicht an dem toten Punkt anhalten. Der tote Punkt ist eine Stellung,
in der der Magnetrotor 15 sich auch dann nicht dreht, wenn später
die zwangsweise Antriebssteuerung durchgeführt wird. Es
wird beispielsweise angenommen, dass die Positionsbeziehung zwischen
dem Stator 14 und dem Magnetrotor 15 während
des Motorhalls wie in 9A und 9B (5E und 5F)
gezeigt ist. Zu der Zeit, zu der die erste Anfangseinstellung für
die Phasenenergieversorgung "W → U" durchgeführt
wird, um die erste Durchlaufsteuerung auszuführen, kann
die Positionsbeziehung zwischen dem Stator 14 und dem Magnetrotor 15 zu
einer Position eines toten Punkts gelangen, die in 10 gezeigt ist.
Anschließend wird jedoch die zweite Anfangseinstellung
durchgeführt für die Phasenenergiezu fuhr "W → V".
Demzufolge wird der Magnetrotor 15 wie in 10B gezeigt um 60° gegenläufig
gedreht. Die Positionsbeziehung zwischen dem Stator 14 und dem
Magnetrotor 15 kommt zu derselben wie die in 6B gezeigte. Insbesondere ist diese Position
ein Zustand, in dem die erzwungene Antriebssteuerung später
durch die Phasenenergieversorgung "U → V" ermöglicht
wird. Dabei besteht die Gefahr, dass der Magnetrotor 15 durch
die Phasenenergiezufuhr "W → V" bei der zweiten Anfangseinstellung
an dem toten Punkt anhält. Die vorstellbare Position des
Magnetrotors 15 vor der Energiezufuhr "W → V"
ist jedoch der Zustand, wie er in einer der 11A und 11B gezeigt ist. Dieser Zustand unterscheidet
sich von dem Zustand nach der Phasenenergieversorgung "W → U"
in der ersten Anfangseinstellung. Anders ausgedrückt ist
insbesondere der dreiphasige bürstenlose Motor 11 den
fortlaufenden doppelten Anfangseinstellungen unterworfen, so dass
die zweite Durchlaufsteuerung den Magnetrotor 15 daran
hindern kann, an dem toten Punkt anzuhalten. Demzufolge kann insbesondere
der dreiphasige bürstenlose Motor 11 auch dann in
einen aktivierbaren Zustand versetzt werden, wenn der Magnetrotor 15 an
einer beliebigen Position hält.
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In
dieser Ausführungsform wird Energieversorgung jeder Phasenspule 14A–14C durch
ein dreiphasiges Zweiwegantriebssystem durchgeführt. Somit
kann der Magnetrotor 15 durch die oben erwähnte
doppelte Anfangseinstellung wirkungsvoll in eine solche Positionsbeziehung
mit dem Stator 14 gebracht werden, dass der Magnetrotor 15 bereit
ist, zwangsweise angetrieben zu werden. Daher wird insbesondere
der dreiphasige bürstenlose Motor 11 effizient
in einen aktivierbaren Zustand versetzt.
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In
dieser Ausführungsform besteht die Durchlaufsteuerung in
der ersten und zweiten Anfangseinstellung darin, den Energieversor gungstastwert
langsam von einer kurzen Zeit zu einer langen Zeit zu ändern.
Somit wird der Magnetrotor 15 zuverlässig beginnen,
sich aus dem Haltzustand herauszudrehen. Es ist daher möglich,
den Bürstenmotor 11 zuverlässig in einen
aktivierbaren Zustand zu versetzen.
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In
dieser Ausführungsform wird nach der zweiten Anfangseinstellung,
d. h. nachdem der Magnetrotor 15 in die vorbestimmte Anfangsposition
gebracht wurde, aber bevor die gegenelektromotorische Kraftantriebssteuerung
ausgeführt wird, die erzwungene Antriebssteuerung ausgeführt,
um zwangsweise die Spulen (hier 14A und 14B) einer bestimmten
Phase (U → V) mit Energie zu versorgen. Da demzufolge die
Spulen (14A und 14B) der bestimmten Phase mit
Energie versorgt werden, während der Magnetrotor 15 in
die vorbestimmte Anfangsposition gebracht ist, wird der Magnetrotor 15 zuverlässig
beginnen, sich zu drehen. Das macht es möglich, den bürstenlosen
Motor 11 vor der Ausführung der gegenelektromotorischen
Kraftantriebssteuerung sicher zu aktivieren. Der Energieversorgungstastwert
DY während der erzwungenen Antriebssteuerung und einer
gewissen Zeitspanne, bis die Drehung des Magnetrotors 15 stabil
wird, ist auf einen vorbestimmten festen Wert eingestellt (in diesem
Fall 50%). Es ist daher möglich, die Aktivierungsenergie des
Magnetrotors 15 auf ein bescheidenes Maß zu begrenzen
und daher zu verhindern, dass der Magnetrotor 15 sich übermäßig
dreht und über eine Zielposition hinausfährt.
In dieser Hinsicht kann verhindert werden, dass der Magnetrotor 15 zur
Zeit der Aktivierung außer Schritt fällt.
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Gemäß dieser
Ausführungsform wird bei der gegenelektromotorischen Kraftantriebssteuerung
der Energieversorgungszeitablauf jeder Phasenspule 14A–14C vorverschoben.
Das verbessert die Möglichkeit, dass der Magnetrotor 15 in
seiner Drehung dem Energie versorgungszeitablauf jeder Phasenspule 14A–14C folgt.
Andererseits ist während der erzwungenen Antriebssteuerung
und einer bestimmten Zeitspanne, bis die Drehung des Magnetrotors 15 stabil
wird, der Energieversorgungszeitablauf jeder Phasenspule 14A–14C nicht
vorverschoben. Das verschlechtert nicht die Möglichkeit
des Magnetrotors 15, in der Rotation dem Energieversorgungszeitablauf
jeder Phasenspule 14A–14C zu folgen.
Demzufolge kann der Magnetrotor 15 bei der Aktivierung stabil
gedreht werden, und er kann auch effizient nach der Aktivierung
gedreht werden, um einen verbesserten Motorwirkungsgrad bereitzustellen.
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Gemäß dieser
Ausführungsform wird der dreiphasige bürstenlose
Motor als Leistungsquelle für die Wasserpumpe 21 verwendet,
die in einem hybridelektrischen Fahrzeug oder einem Elektrofahrzeug
angebracht werden soll. Daher kann der bürstenlose Motor 11 der
Wasserpumpe 21, die in dem hybridelektrischen Fahrzeug
oder dem Elektrofahrzeug verwendet werden, die Betriebe und Vorteile ähnlich
den obigen liefern.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform
eingeschränkt und kann in anderen spezifischen Formen verwirklicht
sein, ohne von ihren wesentlichen Eigenschaften abzuweichen.
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In
der obigen Ausführungsform wird die doppelte, d. h. eine
erste und zweite Anfangseinstellung vor der ersten erzwungenen Antriebssteuerung durchgeführt.
Alternativ kann die Anfangseinstellung auch nur einmal durchgeführt
werden. Insbesondere kann anstelle der Schritte 110 und 120 in 2 ein einzelner
Anfangseinstellungsschritt (Tastdurchlaufsteuerung) in einem Schritt 115 vor
der erzwungenen Antriebssteuerung in dem Schritt 130 durchgeführt werden,
wie es in 12 gezeigt ist. Änderun gen
der mit Energie versorgten Phasen entsprechend der Steuerlogik sind
in dem Flussdiagramm von 13 gezeigt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform ist die Antriebsvorrichtung
der Erfindung verwirklicht als dreiphasiger bürstenloser
Motor 11. Eine Alternative besteht darin, die Antriebsvorrichtung
als bürstenlosen Motor mit einer von drei verschiedenen
Anzahl von Phasen zu verwirklichen.
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Während
die derzeit bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist klar, dass diese Offenbarung nur
dem Zweck der Veranschaulichung dient und dass verschiedene Änderungen
und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne
von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten
Ansprüchen dargelegt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2004-248387
A [0003]