DE19705039C2 - Mehrphasiger bürstenloser Gleichstrommotor und Verfahren zum Starten desselben - Google Patents

Mehrphasiger bürstenloser Gleichstrommotor und Verfahren zum Starten desselben

Info

Publication number
DE19705039C2
DE19705039C2 DE19705039A DE19705039A DE19705039C2 DE 19705039 C2 DE19705039 C2 DE 19705039C2 DE 19705039 A DE19705039 A DE 19705039A DE 19705039 A DE19705039 A DE 19705039A DE 19705039 C2 DE19705039 C2 DE 19705039C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
motor
phase
rotor
stator
phase windings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19705039A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19705039A1 (de
Inventor
Hung D Vu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oriental Motor Boston Technology Group Inc
Original Assignee
Seiberco Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiberco Inc filed Critical Seiberco Inc
Publication of DE19705039A1 publication Critical patent/DE19705039A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19705039C2 publication Critical patent/DE19705039C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20Arrangements for starting
    • H02P6/22Arrangements for starting in a selected direction of rotation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/12Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using detecting coils using the machine windings as detecting coil

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrphasigen, bürsten­ losen Gleichstrommotor mit integrierten Positionssensorwicklun­ gen des Typs, wie er in dem U.S. Patent 4 687 961 von Horber sowie in dem U.S. Patent 5 329 195, von Horber u. a. beschrieben und beansprucht ist, wobei die Erfindung von dem U.S. Patent 5 329 195 als nächstliegender Stand der Technik ausgeht.
Die Motoren der oben genannten Patente sind dadurch gekenn­ zeichnet, dass sie zwei Rotor-Feedbackkreise aufweisen, die mit jedem Motorphasenkreis verbunden sind. Das Feedbacksignal kann daher entweder mit der positiven oder der negativen Hälfte der­ selben Motorphasenkreis-Sinuswelle angepaßt werden. Die Bestim­ mung dieser Beziehung beim Start ist zwingend erforderlich, um die Kommutierung des Motors für die richtige Betriebsrichtung zu ermöglichen. Wenn die Phasenanpassung während des Startens nicht korrekt bestimmt wird, dreht der Motor in die falsche Richtung, was möglicherweise zu einer katastrophalen Fehlfunk­ tion des Systems führt.
Die Phasenanpassung wurde bei gegenwärtigen Motoren bisher durch Anlegen eines linearen Rampenstroms auf eine feste +90° Motorphasenkommutierung ausgehend von der anfangs erreichten Feedbackposition erreicht. Bei Drehung des Rotors unter einer aufgewendeten Momentkraft (mindestens 2° mechanischer Bewegung des Rotors ist notwendig) werden aufeinanderfolgende Feedback­ positionen geprüft, um ihr Verhältnis zueinander zu bestimmen und dabei die Phasenanpassung zu erzielen. Oft ist jedoch jeg­ liche Bewegung der Motorwelle beim Start unerwünscht oder nicht tolerierbar oder gar unmöglich.
Es wurden bereits Verfahren zum Motorstart ohne Bewegung be­ reitgestellt, wie beispielsweise in den U.S. Patenten 4 992 710 und 5 001 405 von Cassat, U.S. Patent 5 028 852 von Dunfield, U.S.-Patent 2 254 914 von Dunfield et al. sowie in der EP 0 251 785 A2 von Squires et al.. Die in diesen Patenten beschriebenen Techniken sind spezifisch auf die Motorkonstruktionen aus­ gerichtet, die darin beschrieben sind und können nicht wir­ kungsvoll mit dem integrierten Sensorwicklungen funktionieren, die den Motor der vorliegenden Erfindung kennzeichnen. Obwohl die Methoden nach dem Stand der Technik zweifelsfrei wirksam sind, um die Kommutierung dieser besonderen Motoren in die aus­ gewählte Richtung durchzuführen, so können sie jedoch keine dy­ namische hochauflösende Positionsbestimmungsfähigkeit bereit­ stellen, wie es von dem vorliegenden Motor und dem Verfahren geleistet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren zur Phasenanpassung und zum Starten eines mehrphasi­ gen bürstenlosen Gleichstrommotors bereitzustellen, der inte­ grierte Positionssensorwicklungen aufweist, und einen neuen Mo­ tor solchen Charakters bereitzustellen, der eine derartige Pha­ senanpassung und Initialisierungsfähigkeit besitzt.
Es ist nun herausgefunden worden, dass diese Aufgabe leicht durch das Bereitstellen eines Mehrphasen-Gleichstrommotors er­ zielt werden kann, welcher außergewöhnliche Steuermittel auf­ weist. Der Motor umfaßt einen Stator aus magnetischem Material mit einer Anordnung von einen gegenseitigen Abstand aufweisen­ den Polelementen, eine Vielzahl von Phasenwicklungen, die ge­ trennt voneinander auf mindestens einigen der Polelemente ge­ wickelt sind und eine Vielzahl von Sensorwicklungen, die ebenso gewickelt sind. In einigen Ausführungsformen können eine Pha­ senwicklung und eine Sensorwicklung auf denselben Polelementen gewickelt sein. Erste Verbindungsmittel verbinden die Phasen­ wicklungen, um zumindest zwei Motorphasen zu ermöglichen, und zweite Verbindungsmittel verbinden die Sensorwicklungen, um zu­ mindest zwei Sensorkreise zu installieren, wobei jede Sensor­ wicklung durch den Stator mit zumindest einer Phasenwicklung magnetisch gekuppelt ist. Der Motor umfaßt einen Rotor mit einer Anordnung von einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Polelementen, die zumindest zeitweise magnetisch gemacht werden können, um so positive und negative Polaritäten an Polen in wechselnden Positionen in der Anordnung zu bewirken. Der Rotor ist relativ zum Stator beweglich gehalten, wobei sich die Pol­ elemente des Rotors in körperlicher und magnetischer Nähe an den Statorelementen vorbeibewegen. Zumindest eine Stromversor­ gung ist elektrisch mit den ersten und zweiten Verbindungsmit­ teln des Motorstators verbunden, um einen Gleichstrom dorthin zu liefern, wobei die Reglermittel operativ mit zumindest einer Kraftquelle und den zweiten Verbindungsmitteln zum Regeln des zumindest den ersten Verbindungsmitteln gelieferten elektri­ schen Stroms verbunden sind. Normalerweise wird Strom konstant von einer getrennten Stromversorgung den zweiten Verbindungs­ mitteln angeliefert, wobei die Stromversorgung einen frequenz­ festen Kreis umfaßt. Die Reglermittel sind ausgelegt, um fol­ gende Schritte auszuführen:
  • a) Bewirken der Lieferung elektrischen Stroms von der zumin­ dest einen Stromversorgung zur Erregung der Feedbackwicklungen, um von den beiden Sensorkreisen Feedbacksignale zu erzeugen, die die Position des Rotors anzeigen;
  • b) Erfassen der Feedbacksignale;
  • c) Verwenden des erfaßten Feedbacksignals, um die Stellung des Rotors zu bestimmen;
  • d) Bewirken der Lieferung elektrischen Stroms von der zumin­ dest einen Stromversorgung zur Erregung der Phasenwicklungen bei einem solchen Kommutierungswinkel, bei dem der Motor im Drehmomentgleichgewicht und der Rotor in einer festen Stellung gehalten wird;
  • e) Bestimmung von Änderungen in den Feedbacksignalen während des Schritts der Erregung der Phasenwicklung und
  • f) Verwenden dieser Feedbacksignaländerungen zum Bestimmen des aktuellen Werts des Kommutierungswinkels.
In den meisten Fällen sind die Reglermittel so ausgelegt, um folgende weitere Schritte auszuführen:
  • a) Verwenden des bestimmten aktuellen Werts des Kommutie­ rungswinkels, um die Phasenpolarität des Motors zu bestimmen; und
  • b) Verwenden der bestimmten Motorphasenpolarität zur Regelung der Stromlieferung von der zumindest einen Stromquelle zur Er­ regung der Phasenwicklungen bei einem solchen Kommutierungswin­ kel, um die Bewegung des Rotors in eine ausgewählte Richtung zu bewirken. Der Kommutierungswinkel aus Schritt (h) unterscheidet sich üblicherweise um 90° von dem Kommutierungswinkel des Schrittes (d).
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch das Bereitstellen eines Verfahrens zur Phasenanpassung eines Mehrphasen-Gleich­ strom-Elektromotors der beschriebenen Art beim Starten und ohne Bewegung des Rotors erreicht. Durch Ausführen des Verfahrens werden die oben aufgeführten, durch die Reglermittel ausgeführ­ ten Schritte bewirkt.
Detaillierte Beschreibung der in den Figuren dargestellten Aus­ führungsformen
Es wird zunächst auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen, in der die Komponenten eines Mehrphasen-Gleichstrommotors der Bau­ art dargestellt sind, bei dem die Phasenanpassung und Startrou­ tine der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gelangt. Der Mo­ tor ist in dem oben erwähnten U.S. Patent 5 329 195 von Horber et al. näher erläutert, weshalb lediglich eine eingeschränkte Beschreibung seiner Merkmale erforderlich ist.
Der allgemein mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnete Motor be­ steht aus einem zylindrischen Kern 18 mit sich jeweils in ent­ gegengesetzte Richtungen erstreckenden Achsabschnitten 20 (von denen lediglich eine sichtbar ist) und einer Anordnung von 24 Permanentmagneten hoher Energie, die beispielsweise durch Ver­ kleben auf dessen Oberfläche festgelegt sind und die sich in Längsrichtung (axial) darauf erstrecken. Die Magnete sind be­ züglich ihrer Polarität alternierend angeordnet und bestehen vorzugsweise aus einer Samarium/Kobalt-Legierung.
Der Stator, allgemein mit der Bezugsziffer 12 gekennzeichnet, besteht aus einer Vielzahl von gepackten, durch Stanzen oder Schneiden hergestellten Lamellen (von denen lediglich eine sichtbar ist) und von denen jede einen ringförmigen Rückschluß 26 mit 24 Polen 34 aufweist, die sich von dem Rückschluß 26 ra­ dial nach innen erstrecken und über den inneren Ringumfang im gleichen Abstand verteilt sind. Die gepackten Lamellen bilden gemeinsam die Pole 34 des Stators (aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Teile des Stators und die Elemente der Lamel­ len, aus denen sie gebildet sind, mit derselben Bezugsziffer gekennzeichnet).
Jeder Pol 34 des Stators 12 weist zwei Wicklungen 38, 38' auf, die einander gegenüberliegend angeordnet und voneinander durch Papier oder ein Kunstharzmaterial in üblicher Weise isoliert sind. Die Wicklungen 38, 38' sind in der dargestellten Weise gewickelt und miteinander verbunden. Insbesondere sind zwei Sensor-Schaltkreis-Abschnitte, mit CT1 und CT2 bezeichnet, vor­ handen, welche elektrisch parallel an den mit S1 und S2 gekenn­ zeichneten Stellen miteinander verbunden sind. Alle Wicklungen 38 des Satzes, welche den Schaltkreisabschnitt CT1 umfassen, sind in einer Richtung auf ungeraden Polen 34 gewickelt und alle Wicklungen 38, welche den Schaltkreisabschnitt CT2 umfas­ sen, sind in entgegengesetzter Richtung auf geradzahligen Polen gewickelt. Auf diese Weise erzeugen die Sensorwicklungen der beiden Wicklungssätze einander entgegengesetzt gerichtete ma­ gnetische Ströme, wie es durch die Position der kleinen Kreise neben entweder dem äußeren oder dem inneren Ende der Spu­ lenwicklung angezeigt ist.
Die Verbindungspunkte, an denen die Anschlüsse 48 und 50 für die jeweiligen Sensorkreisabschnitte CT1 und CT2 angeschlossen sind, unterteilen jeden Satz der Sensorwicklungen 38 in zwei gleichzahlige Untergruppen. Zusätzlich dazu, dass die Pole mit­ einander alternierend angeordnet sind, ist vorgesehen, dass die Pole jeder Wicklungsuntergruppe ebenfalls miteinander alternie­ rend auf dem Statorkörper abwechseln.
Folgendes betrifft die Phasen- oder Drehmomentwicklungen 38':
Diejenigen, die auf den Polen A gewickelt sind, sind in Serie zu einer ersten Phase, als "A" gekennzeichnet, verbunden und diejenigen, die auf den verbleibenden Polen B gewickelt sind, sind als eine zweite Phase, bezeichnet mit "B", miteinander verbunden. Auf diese Weise sind die Pole jeder Phasengruppe als nebeneinanderliegende Paare angeordnet. Die Wicklungen 38' auf den gepaarten Polen A sind in die entgegengesetzte Richtung gewickelt, um einen magnetischen Strom zu erzeugen, der einem Weg durch die Polpaare folgt, wenn die Phase aktiviert ist, wodurch diese miteinander magnetisch gekoppelt werden.
Aus dem Vorangegangenen ist ersichtlich, dass die beschriebene Wicklung des Stators jeden Pol in die Lage versetzt, als Drehmomentpol und als Sensorpol zu funktionieren. Die darge­ stellte besondere Anordnung bietet optimales magnetisches Gleichgewicht sowohl hinsichtlich der Leistungs- als auch der Sensorfunktionen des Motors, wenn der Stator angeschlossen ist, um auf zwei Phasen gleicher Spannung zu arbeiten und Zwei-Ka­ nal-Feedbacksignale zu liefern, wobei zusätzlich ein extrem ho­ hes Auflösungsniveau der Rotorposition und somit eine außeror­ dentlich akkurate Positionsinformation geboten wird. Es sei nochmals zum Ausdruck gebracht, dass Statoren, wie solche des oben angegebenen Horber-Patents wünschenswerterweise in der Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, ebenso wie Motoren mit beliebigen anderem Design und Auslegung, soweit sie die Minimalkriterien erfüllen, die nachfolgend er­ läutert werden.
Fig. 2 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm eines Systems, das den beschriebenen Motor verwendet. Der Strom für den "Sensormo­ tor" 82 wird von einem Verstärker 84 bereitgestellt, der mit Gleichstrom läuft und eine H-Brücke für jede Phase enthält, be­ zeichnet mit HA und HB, die jeweils mittels der Leitungen 62, 64 mit den Anschlüssen 40, 46 verbunden sind und - wie darge­ stellt - stromregulierende Nebenkreise oder Schleifen aufwei­ sen; die H-Brücken verwenden vorteilhafterweise Feld-Effekt- Transistoren und werden üblicherweise mit 20 KHz Chopper- Frequenz betrieben.
Die Anschlüsse 52, 54 für die Sensorkanäle des Motors sind mit­ tels der Leitungen 66, 68 mit einer Gleichstrom betriebenen Sensorerregungseinheit 70 verbunden, die ebenfalls die Form einer H-Brücke aufweisen kann und die üblicherweise mit einer vorbestimmten konstanten Frequenz von 100 KHz arbeitet, um kon­ stant einen Wechselstrom zu den Paaren der Sensorwicklungen der beiden Kanäle CT1 und CT2 zu liefern. Die Sensorerregungsein­ heit 70 wird mittels eines Synchrondetektors, der über die Lei­ tungen 74, 76 mit den Anschlüssen 48 und 50 des Sensormotors 82 verbunden ist, synchronisiert und liefert Inversionsfunktionen der Signale von den Sensorkanälen, um einem Positionsdecoder eine Regelspannung mit variierender Amplitude zu liefern, der in einem in das System integrierten Mikroprozessor 78 enthalten ist. Der Mikroprozessor 78, bei dem es sich vorteilhafterweise um einen Intel 80V296-Chip oder einen ähnlichen Chip handeln kann, weist auch ein Feedback-Monitoring, ein Anfangs-Feedback, einen Signaldifferenzierer und eine Kommutierungsreglerlo­ gik auf, die in der in der Zeichnung dargestellten Weise miteinander verbunden sind. Signale des Mikroprozessors 78 steuern die H-Brücken HA und HB über die Leitungen 90 und 92 zur Stromversorgung der Wicklungen und Puls-Weiten-Modulation, geeignet um eine gewünschte Betätigung des Motors herbei­ zuführen, wobei dies von der Rotorposition und von den Steuersignaleingaben aus einem Kontrollterminal 94 in das System abhängt.
Die Amplitude der Spannung, die an den Anschlüssen 48 und 50 abgegriffen wird, hängt von der Induktivität der Wicklungen 38 ab, wodurch wiederum eine Anzeige des magnetischen Stroms in den Polen, bewirkt durch die Rotormagnete, geliefert wird. We­ sentlich für die Erfindung ist die Erkenntnis, daß der Fluss, d. h. der magnetische Strom, der von den mit Strom versorgten Wicklungen 38' ebenfalls einen Effekt bestimmter Bedeutung auf die Induktivität der Wicklungen 38 besitzt und somit auf das Signal, das von diesen abgeleitet wird.
Ist die Feedback-Position bekannt, kann die Kommutierung bei entweder 0° oder 180° durchgeführt werden, wodurch kein Drehmo­ ment an dem Rotor erzeugt wird. Das Unterstromsetzen der Pha­ senwicklungen bei solchen Kommutierungswinkeln (Ungleich-Kom­ mutierung bei 90°) wird als proportionaler Amplitudenwechsel im Feedback-Signal widergespiegelt, und zwar abnehmend oder zuneh­ mend, abhängig davon, ob das Feedback-Signal an die positive oder negative Hälfte der der Motorphasensinuswelle angepaßt worden ist. In jedem Fall liefert das Feedback-Signal bei Stillstand die Phasenanpassungsinformation, die notwendig ist, um den Motor für die Bewegung in die jeweils gewünschte Rich­ tung zu kommutieren.
Diese Prinzipien und die Schritte, die ausgeführt werden, um diese Prinzipien zu verwirklichen, sind in Fig. 3, 4A-4C und 5 der Zeichnungen graphisch dargestellt. Es sei darauf hinge­ wiesen, daß die eingekreisten Ziffern "1", "2" und "3" in den Fig. 4A-4C lediglich der Bezeichnung der fortlaufenden Punkte des illustrierten Flußbildes dienen. In Fig. 5 stellt die Kurve "M" den Motorphasenzyklus und die Kurve "FB" die beiden Feed­ back-Zyklen dar, wobei der eine während der positiven Hälfte (0° bis 180°) des Motorphasenzyklus und der andere während der negativen Hälfte (180° bis 360°) auftritt.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 ersichtlich, wird die Motorpha­ senposition und Stabilität in der Phase T1 durch Lesen des Feedback-Signals bestimmt und festgestellt, wobei die Summe von den beiden Feedback-Signalen eine absolute Amplitude "A" er­ gibt. Die Schrittfolge, die von dem Mikroprozessor 78 in Fig. 2 während der Phase T1 ausgeführt wird, ist in Fig. 4A beschrie­ ben. Wenn der Stillstand der Motorwelle bestätigt worden ist (d. h. wenn sie nicht durch extern aufgebrachte Kräfte bewegt wird) und wenn bestimmt worden ist, dass die Feedback-Signale innerhalb der vorbestimmten Grenzen liegen (z. B. innerhalb 20% bis 80% des Maximums der gestatteten Werte, üblicherweise zwischen 1 bis 4 Volt), wird in die Phase T2 eingetreten und es wird die Initialisierungsroutine in Übereinstimmung mit der Se­ quenz gemäß Fig. 4B fortgesetzt.
Der Kommutierungs-Phasen-Winkel ist auf -90° gesetzt (ein posi­ tiver 90° Winkel könnte alternativ ebenfalls durchgeführt wer­ den), basierend auf der Feedback-Position, wodurch ein Kommu­ tierungswinkel von entweder 0°, wenn das Feedback-Signal mit der positiven Hälfte der Motorphasenzyklus-Sinuswelle, darge­ stellt in Fig. 5, oder 180°, wenn das Feedback-Signal mit der negativen Hälfte angepaßt worden ist, vorgegeben wird. Der Motorstrom wird dann von Null auf schließlich einen Wert gesetzt, der 75% des maximalen Drehmoments entspricht, und zwar bei einem Winkel, der kein Drehmoment erzeugt. Es sei darauf hingewiesen, dass selbst unter derartigen Bedingungen eine Drehbewegung der Welle auftreten kann, was aber durch einen Positionskorrekturschritt ausgeglichen wird.
Wie in Fig. 3 dargestellt, zeigen zunehmende Feedback-Signalam­ plituden Kommutierung bei 0° und folglich eine Anpassung mit der positiven (0° bis 180°) Hälfte der Motor-Phasen-Zyklus­ welle, während abnehmende Amplituden eine Angleichung zur nega­ tiven (180° bis 360°) Hälfte der Welle anzeigen. Der Phasen­ strom ist dann auf Null reduziert und die Sequenz wird bei ge­ eigneter Umsetzung der erhaltenen Information wiederholt. Der erste Schritt, auf den in Fig. 4C Bezug genommen wird, ent­ spricht der Phase T3 in Fig. 3, wobei die verbleibenden Schritte die erfolgreiche Vervollständigung einer Initialisie­ rung und Anzeige einer ±90° Kommutierung der Phasenwicklung zum Bewirken einer Drehbewegung des Motors in die Korrekturrichtung enthalten. Die Referenzen in Fig. 3 bezüglich 3% Größenord­ nungsänderung sind etwas willkürlich, wenn auch eine 1%ige Än­ derung eine praktische Schwelle für eine bedeutsame Informa­ tion, jedenfalls in den meisten Fällen, darstellen kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Flußbild der Fig. 4A-4C rein exemplarisch ist und lediglich dahingehend verstanden wird, dass darin die beste Art zur Durchführung der Erfindung dargestellt ist. Beispielsweise kann es sein, dass die Sequenz, die von dem Strichlinienrechteck in Fig. 4A eingeschlossen ist, in vielen Fällen nicht notwendig ist, beispielsweise in sol­ chen, bei denen eine Sicherung gegen Wellendrehung durch andere Mittel erzielt werden kann, und auch die Kommutierung kann anderswo in der Sequenz vorgenommen werden, z. B. nachfolgend einem Positions-Updating-Schritt. Die 1%ige Zunahme der Stromniveauabgabe und die 50% Obergrenze bezüglich des Abgabestroms, auf die in Fig. 4B Bezug genommen sind, sind etwas willkürlich und können in geeigneter Weise geändert werden. Das Aufsummieren beider Feedback-Signale, um den Ge­ samtwechsel der Feedback-Werte zu errechnen, ist nicht allgemein wesentlich, und die Wiederholung des Zyklus ist zwar ratsam, jedoch nicht in allen Instanzen erforderlich.
Obwohl ein Zweiphasensystem dargestellt und beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Konzepte der Erfindung ebenso bei anderen Mehrphasensystemen anwendbar sind; spezifische Mo­ difikationen sind selbstverständlich notwendig durchzuführen, was jedoch dem Fachmann offensichtlich ist, und es ist selbst­ verständlich möglich, in jeder vorgesehenen Phase den Strom un­ abhängig zu regeln. Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass die vorangehend beschriebenen und definierten Konzepte sowohl bei Linear- als auch bei rotierenden Motoren und Bewegungsrege­ lungssystemen zur Anwendung gelangen können, und dass die Tech­ nik auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden kann als die Mo­ torinitialisierung, z. B. zur kontinuierlichen Bestimmung der Motorposition. Es können Änderungen an der Vorrichtung und dem Verfahren der Erfindung vorgenommen werden, ohne von dem Gedan­ ken der Erfindung abzuweichen und ohne den Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen. Dies ist für den Durchschnitts­ fachmann offensichtlich.
Es ist daher erkennbar, dass die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zur Phasenanpassung und Initialisierung eines mehrphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors mit integrierten Sensorwicklungen und einen neuen Motor des Typs bereitstellt, der derartige Fähigkeiten aufweist. Das Verfahren und der Motor der Erfindung sind hochwirksam und in Leistung und Betrieb ver­ läßlich und relativ einfach zu konstruieren und herzustellen.

Claims (4)

1. Mehrphasiger bürstenloser Gleichstrommotor, mit
einem Stator (12) mit ausgeprägten Polelementen (1 . . 24),
einer Vielzahl von Phasenwicklungen (38'), die jeweils in konzentrierter Form um zumindestens einige der Polelemente (34) gewickelt sind und deren Anschlüsse so miteinander ver­ bunden sind, daß mindestens zwei Motorphasen (A, B) am Luftspalt des Stators (12) ausgebildet werden,
einer Vielzahl von Sensorwicklungen (38), die jeweils in konzentrierter Form gemeinsam mit einer Phasenwicklung (38') um zumindestens einige der Polelemente (34) gewickelt sind und deren Anschlüsse so miteinander verbunden sind, daß min­ destens zwei Sensorkreise (CT1, CT2) gebildet werden,
einem Rotor (10), der an seiner dem Stator (12) zugewandten Seite Permanentmagnete (24) trägt, die in Umfangsrichtung alternierend polarisiert sind und den Polelementen (34) un­ ter Bildung eines Luftspaltes gegenüberstehen,
einer Kommutierungsschaltung (96), mit der die Phasenwick­ lungen (38') der Motorphasen (A, B) selektiv bestromt werden können,
einer Sensorerregungsschaltung (70), deren hochfrequentes Ausgangssignal an Eingangsanschlüsse (52, 54) der Sensor­ kreise (CT1, CT2) gelegt wird,
einem Synchrondetektor 72, der mit Ausgangsanschlüssen (48, 50) der Sensorkreise (48, 50) verbunden ist, die daran an­ liegenden Spannungssignale aufarbeitet und Ausgangssignale (SIN, COS) abgibt,
einem Mikroregler, dem die von dem Synchrondetektor (72) ab­ gegebenen Ausgangssignale (SIN, COS) zugeführt werden und der daraus und aus anderen Eingangssignalen Steuersignale (90, 92) für die Kommutierungsschaltung (96) erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Anfahren des bürstenlosen Gleichstrommotors
die relative Stellung des Rotors (10) in Bezug auf den Sta­ tor (12) bei unbestromten Phasenwicklungen (38') durch Auswertung der Ausgangssignale (SIN, COS) des Synchrondetektors (72) ermittelt wird,
anschließend die Phasenwicklungen (38') mit einem von Null bis zu einem festgelegten Höchstwert ansteigenden Strom be­ aufschlagt werden, wobei die den Kommutierungswinkel des Gleichstrommotors angebende Phasenlage der Ströme in den mindestens zwei Motorphasen (A, B) in Abhängigkeit der Stel­ lung des Rotors (10) so gewählt wird, daß kein Drehmoment auf den Rotor (10) ausgeübt wird, und
die bei der Bestromung der Phasenwicklungen (38') auftreten­ den Veränderungen der Ausgangssignale (SIN, COS) gegenüber dem nichtbestromten Zustand erfaßt werden und als Korrektur­ werte bei der Ermittlung der Stellung des Rotors (10) in Ab­ hängigkeit der Ströme in den Phasenwicklungen (38') verwen­ det werden.
2. Mehrphasiger bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutierungswinkel des Gleichstrommotors zum Anfahren um 90°el vom Kommutierungs­ winkel wahrend der Ermittlung der Korrekturwerte abweicht.
3. Verfahren zum Anfahren eines mehrphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors, mit
einem Stator (12) mit ausgeprägten Polelementen (1 . . 24),
einer Vielzahl von Phasenwicklungen (38'), die jeweils in konzentrierter Form um zumindestens einige der Polelemente (34) gewickelt sind und deren Anschlüsse so miteinander ver­ bunden sind, daß mindestens zwei Motorphasen (A, B) am Luftspalt des Stators (12) ausgebildet werden,
einer Vielzahl von Sensorwicklungen (38), die jeweils in konzentrierter Form gemeinsam mit einer Phasenwicklung (38') um zumindestens einige der Polelemente (34) gewickelt sind und deren Anschlüsse so miteinander verbunden sind, daß min­ destens zwei Sensorkreise (CT1, CT2) gebildet werden,
einem Rotor (10), der an seiner dem Stator (12) zugewandten Seite Permanentmagnete (24) trägt, die in Umfangsrichtung alternierend polarisiert sind und den Polelementen (34) un­ ter Bildung eines Luftspaltes gegenüberstehen,
einer Kommutierungsschaltung (96), mit der die Phasenwick­ lungen (38') der Motorphasen (A, B) selektiv bestromt werden können,
einer Sensorerregungsschaltung (70), deren hochfrequentes Ausgangssignal an Eingangsanschlüsse (52, 54) der Sensor­ kreise (CT1, CT2) gelegt wird,
einem Synchrondetektor 72, der mit Ausgangsanschlüssen (48, 50) der Sensorkreise (48, 50) verbunden ist, die daran an­ liegenden Spannungssignale aufarbeitet und Ausgangssignale (SIN, COS) abgibt,
einem Mikroregler, dem die von dem Synchrondetektor (72) ab­ gegebenen Ausgangssignale (SIN, COS) zugeführt werden und der daraus und aus anderen Eingangssignalen Steuersignale (90, 92) für die Kommutierungsschaltung (96) erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die relative Stellung des Rotors (10) in Bezug auf den Sta­ tor (12) bei unbestromten Phasenwicklungen (38') durch Aus­ wertung der Ausgangssignale (SIN, COS) des Synchrondetektors (72) ermittelt wird,
anschließend die Phasenwicklungen (38') mit einem von Null bis zu einem festgelegten Höchstwert ansteigenden Strom be­ aufschlagt werden, wobei die den Kommutierungswinkel des Gleichstrommotors angebende Phasenlage der Ströme in den mindestens zwei Motorphasen (A, B) in Abhängigkeit der Stel­ lung des Rotors (10) so gewählt wird, daß kein Drehmoment auf den Rotor (10) ausgeübt wird, und
die bei der Bestromung der Phasenwicklungen (38') auftreten­ den Veränderungen der Ausgangssignale (SIN, COS) gegenüber dem nichtbestromten Zustand erfaßt werden und als Korrektur­ werte bei der Ermittlung der Stellung des Rotors (10) in Ab­ hängigkeit der Ströme in den Phasenwicklungen (38') verwen­ det werden.
4. Verfahren zum Anfahren eines mehrphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutierungswinkel des Gleichstrommotors zum An­ fahren um 90°el vom Kommutierungswinkel während der Ermitt­ lung der Korrekturwerte abweicht.
DE19705039A 1996-02-08 1997-02-10 Mehrphasiger bürstenloser Gleichstrommotor und Verfahren zum Starten desselben Expired - Fee Related DE19705039C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/582,080 US5838122A (en) 1996-02-08 1996-02-08 Motor initialization method and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19705039A1 DE19705039A1 (de) 1997-10-30
DE19705039C2 true DE19705039C2 (de) 2001-12-20

Family

ID=24327757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19705039A Expired - Fee Related DE19705039C2 (de) 1996-02-08 1997-02-10 Mehrphasiger bürstenloser Gleichstrommotor und Verfahren zum Starten desselben

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5838122A (de)
JP (1) JPH09215374A (de)
CA (1) CA2196821C (de)
DE (1) DE19705039C2 (de)
FR (1) FR2744858B1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008007402A1 (de) * 2008-02-04 2009-08-06 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Permanentmagneterregte elektrische Maschine für ein Hausgerät und Schaltungsanordnung mit einer permanentmagneterregten Maschine

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6133656A (en) * 1995-08-18 2000-10-17 Hisey; Bradner L. Brushless commutated torque motor for use with a rotary low frequency sound reproducing apparatus
WO1999027642A1 (de) * 1997-11-25 1999-06-03 Hans Hermann Rottmerhusen Steuerung für einen stromwendermotor
US6046555A (en) * 1998-10-23 2000-04-04 Nippon Kogaku Kk System and method for determining a magnetic offset of a brushless DC motor
US6211634B1 (en) * 1999-07-29 2001-04-03 Otis Elevator Company Method and apparatus for initialization and operation of field-commutated motors and machines incorporating field-commutated motors
DE10007120B4 (de) * 2000-02-17 2007-04-12 LFK Lenkflugkörpersysteme GmbH Stromregelung permanenterregter Synchronmotoren für Lenkflugkörper mit elektromechanischem Ruderstellantrieb
FR2828739B1 (fr) * 2001-08-16 2003-12-12 Commissariat Energie Atomique Magnetometre a correction de dissymetrie de structure
US7288910B2 (en) * 2003-12-01 2007-10-30 Pratt & Whitney Canada Corp. Sensorless control in a permanent magnet machine
CN103684134B (zh) * 2012-09-13 2016-03-30 上海海拉电子有限公司 一种用于无刷直流电机的位置传感器
US9287819B2 (en) * 2013-03-15 2016-03-15 Sky Windpower Corporation System and method for determining rotor shaft position of high voltage PM AC synchronous machines using auxiliary windings
RU2556884C1 (ru) * 2014-05-19 2015-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Способ настройки вентильного электродвигателя
EP3029826B1 (de) * 2014-12-05 2018-04-04 Etel S. A.. Verfahren zur Bestimmung eines Kommutierungswinkels

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2254914A (en) * 1939-09-09 1941-09-02 Westinghouse Electric & Mfg Co Disconnecting contact
US4687961A (en) * 1986-03-17 1987-08-18 Seiberco Incorporated Polyphase DC motor with sensor poles
EP0251785A2 (de) * 1986-07-01 1988-01-07 Conner Peripherals, Inc. Verfahren und Gerät für die Steuerung elektrischer Motore
US4992710A (en) * 1989-09-27 1991-02-12 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor with sample time optimization
US5001405A (en) * 1989-09-27 1991-03-19 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor
US5028852A (en) * 1990-06-21 1991-07-02 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor without hall effect devices using a time differential method
US5329195A (en) * 1992-11-02 1994-07-12 Seiberco Incorporated Sensor motor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4876491A (en) * 1986-07-01 1989-10-24 Conner Peripherals, Inc. Method and apparatus for brushless DC motor speed control
US4678973A (en) * 1986-10-07 1987-07-07 General Motors Corporation Sensorless starting control for a brushless DC motor
US4703235A (en) * 1986-12-03 1987-10-27 United Technologies Corporation Brushless DC motor
US5254914A (en) * 1990-06-29 1993-10-19 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor without Hall effect devices using a mutual inductance detection method
DE69301336T2 (de) * 1992-04-10 1996-10-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Bürstenloser Gleichstrommotor
US5525886A (en) * 1994-06-23 1996-06-11 General Electric Company Low speed position estimator for switched reluctance machine using flux/current model
US5598071A (en) * 1994-07-11 1997-01-28 Seagate Technology Method for starting and commutating a permanent-magnet direct current motor having a single phase winding
US5537020A (en) * 1994-12-28 1996-07-16 Hydro-Quebec Method and apparatus for starting up a synchronous machine
US5633569A (en) * 1995-03-10 1997-05-27 Texas Instruments Incorporated Start-up commutation method for a rotating magnetic storage device without back rotation
US5569990A (en) * 1995-03-31 1996-10-29 Seagate Technology, Inc. Detection of starting motor position in a brushless DC motor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2254914A (en) * 1939-09-09 1941-09-02 Westinghouse Electric & Mfg Co Disconnecting contact
US4687961A (en) * 1986-03-17 1987-08-18 Seiberco Incorporated Polyphase DC motor with sensor poles
EP0251785A2 (de) * 1986-07-01 1988-01-07 Conner Peripherals, Inc. Verfahren und Gerät für die Steuerung elektrischer Motore
US4992710A (en) * 1989-09-27 1991-02-12 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor with sample time optimization
US5001405A (en) * 1989-09-27 1991-03-19 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor
US5028852A (en) * 1990-06-21 1991-07-02 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor without hall effect devices using a time differential method
US5329195A (en) * 1992-11-02 1994-07-12 Seiberco Incorporated Sensor motor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008007402A1 (de) * 2008-02-04 2009-08-06 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Permanentmagneterregte elektrische Maschine für ein Hausgerät und Schaltungsanordnung mit einer permanentmagneterregten Maschine

Also Published As

Publication number Publication date
US5838122A (en) 1998-11-17
FR2744858A1 (fr) 1997-08-14
DE19705039A1 (de) 1997-10-30
JPH09215374A (ja) 1997-08-15
CA2196821C (en) 2000-08-22
CA2196821A1 (en) 1997-08-09
FR2744858B1 (fr) 1999-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE68919898T2 (de) Dauermagnetartiger Synchronmotor.
DE69219812T2 (de) Steuerschaltung mit Energierückgewinnung für einen Reluktanzmotor
DE3006034C2 (de) Motorsteuersystem für einen bürstenlosen Elektromotor
DE3838579C2 (de)
DE19705039C2 (de) Mehrphasiger bürstenloser Gleichstrommotor und Verfahren zum Starten desselben
DE2804297A1 (de) Induktionsmotor-regelvorrichtung
EP1458077A1 (de) Mehrphasiger Elektromotor welcher einen Rotor mit eingebetteten Permanentmagneten aufweist
DE19701342A1 (de) Bürstenloser Gleichstrommotor
WO2003030332A2 (de) Elektromotor, insbesondere elektronisch kommutierter gleichstrommotor
DE2620935C3 (de) Reluktanzmotor
DE19914228A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Reduzieren akustischen Rauschens in einem elektrischen Motor mit geschalteter Reluktanz
DE2756575C2 (de)
WO2013007679A2 (de) Elektrische maschine für einen lenkantrieb
DE2314259C2 (de)
EP2474090B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer rotorlage einer synchronmaschine
DE2406790A1 (de) Radiales aktives magnetisches lager mit drehantrieb
EP2335343B1 (de) Lageerkennung mittels bemf nulldurchgang erkennung eines rotors einer elektronisch kommutierten elektrischen maschine mit zwei strängen unterschiedlicher induktivität
DE3432372C2 (de) Dreiphasiger kollektorloser Gleichstrommotor
DE3609678A1 (de) Antriebsanordnung mit kollektorlosem gleichstrommotor
DE2452082A1 (de) Kollektorloser gleichstrommotor mit einstraengiger statorwicklung
DE1288679C2 (de) Einrichtung zur messung des erregerstromes bei maschinen, deren umlaufende erregerwicklung ueber rotierende gleichrichter gespeist wird
DE102019103737A1 (de) Elektromotor, insbesondere bürstenloser Gleichstrommotor
DE3037724A1 (de) Gleichstrommotor
EP1758229B1 (de) Elektromotor
EP0216202B1 (de) Elektromotor

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: ORIENTAL MOTOR BOSTON TECHNOLOGY GROUP INC., BRAIN

8339 Ceased/non-payment of the annual fee