DE19705039C2 - Mehrphasiger bürstenloser Gleichstrommotor und Verfahren zum Starten desselben - Google Patents
Mehrphasiger bürstenloser Gleichstrommotor und Verfahren zum Starten desselbenInfo
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Description
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.
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.
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.
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.
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.
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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 |
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