DE4190247C2 - Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen Motors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen Motors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs (IEEE Transact. on Ind. Appl. Vol. IA-21 No. 4. 1985, S. 595-601).

STAND DER TECHNIK

Gewöhnlich benötigt ein bürstenloser Motor einen De­ tektor zum Erfassen der Position von magnetischen Polen ei­ nes Rotors des Motors. Jedoch, wo es schwierig ist, den Polpositionsdetektor zu verwenden, wird ein Verfahren angewandt, bei dem der Polpositionsde­ tektor weggelassen und ein Kommutierungssignal für den Mo­ tor auf der Grundlage eines in der Ankerwicklung induzier­ ten Spannungssignals erzeugt wird. Dieses Verfahren soll nun erläutert werden.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer her­ kömmlichen Einrichtung zum Betreiben eines bürstenlosen Mo­ tors. Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Gleichstrom­ quelle und Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Gruppe von Halb­ leiterschaltelementen, die durch sechs Transistoren U bis Z sechs mit den Transistoren invers parallel geschalteten Dioden gebildet ist. Bezugszeichen 3 bezeichnet einen bür­ stenlosen Motor, der durch eine dreiphasig geschaltete An­ kerwicklung 4 und einen Magnetmotor 5 gebildet ist. Bezugs­ zeichen 6 bezeichnet eine Rotorpositionserfassungseinrich­ tung, die aus drei Filtern 61 bis 63 und einer Gruppe 64 von Vergleichern gebildet ist. Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Kommutierungssignalerzeugungseinrichtung, die eine lo­ gische Operation bezüglich Rotorpositionserfassungssignalen 6U, 6V und 6W als Ausgangssignale der Rotorpositionserfas­ sungseinrichtung durchführt, um Kommutierungssignale 7U bis 7Z der Transistoren in der Halbleiterschaltelementgruppe 2 zu erzeugen. Derartige Einrichtungen sind beispielsweise aus der JP-59-36 520 B2 oder den IEEE Transact. on Industry Applications (Vol. IA-21, No. 4, 1985, S 595-601 bekannt.

Mit dem obigen Aufbau empfängt die Kommutierungssi­ gnalerzeugungseinrichtung 7 in einem Rotorpositionserfas­ sungsbetriebsmodus, in dem ein in der Ankerwicklung 4 indu­ ziertes Spannungssignal erfaßt und der bürstenlose Motor 3 durch ein Kommutierungssignal betrieben wird, das auf der Grundlage eines durch Umwandlung des Spannungssignals durch die Rotorpositionserfassungseinrichtung 6 erhaltenen Erfas­ sungssignals erzeugt wurde, Rotorpositionserfassungssignale 6U bis 6W, wie in Fig. 2 gezeigt, und führt daran eine lo­ gische Operation durch, um Kommutierungssignale 7U bis 7Z zu erhalten. Die Transistoren in der Halbleiterschaltele­ mentgruppe 2 werden durch diese Kommutierungssignale umge­ schaltet, wodurch bewirkt wird, daß der bürstenlose Motor kontinuierlich ein Drehmoment erzeugt.

Andererseits wird während einer Zeit, wenn der bür­ stenlose Motor 3 angehalten ist, keine induzierte Spannung erzeugt. Nach Aktivierung werden daher die Kommutierungssi­ gnale 7U bis 7Z, wie in Fig. 2 gezeigt, mit einer niedri­ gen Frequenz zugeführt, um den bürstenlosen Motor 3 mit ei­ ner niedrigen Drehzahl zwangsweise zu drehen. Durch diese Drehung werden in der Ankerwicklung 4 induzierte Spannungen erzeugt. Die induzierten Spannungen werden durch die Rotor­ positionserfassungseinrichtung 6 umgewandelt, um die Rotor­ positionserfassungssignale 6U bis 6W, wie in Fig. 2 ge­ zeigt, zu erhalten. Der obige Betriebsmodus ist ein syn­ chronisierter Betriebsmodus. Zu dem Zeitpunkt, wenn solche Rotorpositionserfassungssignale in dem synchronisierten Be­ triebsmodus begründet worden sind, wird eine Signalquelle für die Kommutierungssignale 7U bis 7Z auf die Rotorpositi­ onserfassungssignale 6U bis 6W umgeschaltet, um dadurch einen Übergang in den Rotorpositionserfassungsbetriebsmodus herbeizuführen. Bei Verfahren, die aus der DE 30 12 833 A1 und der DE 30 36 908 C2 bekannt sind, erfolgt das Umschalten in der Rotorpositionsserfassungsbetriebsmodus bei vorher festgelegten Drehzahl. Aus der DE 30 12 833 A1 ist ferner ein Verfahren bekannt, bei dem der bürstenlose Motor vor dem Starten in eine festgelegte Position überführt wird.

Bei dem obigen Aufbau ist eine festverdrahtete Schaltung für die Kommutierungssignalerzeugungseinrichtung 7 wohlbekannt, die aus den Positionserfassungssignalen 6U bis 6W durch logische Operationen die Kommutierungssignale 7U bis 7Z erzeugt.

In dem Falle, wo ein Mikrocomputer als Kommutierungssignalerzeugungseinrichtung 7 verwendet wird, kann ein Verfahren in Betracht gezogen werden, bei dem der Mikrocomputer in dem Rotorpositionserfassungsbetriebsmodus ständig die Rotorpositionserfassungssignale 6U bis 6W überwacht und die Kommutierungssignale 7U bis 7Z in Ansprache auf die (hohen oder niedrigen) Pegel der Rotorpositionserfassungssignale erzeugt. Bei diesem Verfahren erfolgt die Überwachung der Werte der Rotorpositionserfassungssignale selbst in dem Falle, wo der Übergang von dem synchronisierten Betriebsmodus auf den Rotorpostionserfassungsbetriebsmodus erfolgt. Daher ist ein glatter Übergang möglich, ohne daß die zeitliche Lage des Übergangs speziell in Betracht gezogen werden muß.

Jedoch muß der Mikrocomputer bei dem obigen Verfahren die Rotorpositionserfassungssignale häufig abgreifen. Dem­ entsprechend wird der größere Teil der Steuerkapazität des Mikrocomputers zum Betreiben des bürstenlosen Motors ver­ wendet und deshalb ist eine andere Steuerung oder eine Steuerung für eine Einrichtung, in der von dem bürstenlosen Motor Gebrauch gemacht wird, begrenzt.

Auch wird, wenn die Anzahl der Häufigkeit des Abgrei­ fens zum Zwecke der Durchführung einer anderen Steuerung vermindert wird, ein Fehler in der Phase des Kommutierungs­ signals erzeugt.

Um das obige Problem bei diesem Verfahren zu lösen, kann ein Verfahren in Betracht gezogen werden, bei dem die ansteigenden und abfallenden Flanken der Rotorpositionser­ fassungssignale abgenommen werden. Nämlich, wie in Fig. 1 gezeigt ist, existieren das erste bis sechste Muster als Ausgangsmuster der Kommutierungssignale 7U bis 7Z entspre­ chend dem Flankenübergang der Rotorpositionserfassungssi­ gnale 6U bis 6W und diese Muster werden in einer Folge ab dem ersten Muster ausgegeben.

Beispielsweise, wenn zu einem Zeitpunkt a der Anstieg des Rotorpositionserfassungssignals 6U erfaßt wird, werden die Kommutierungssignale mit dem ersten Muster ausgegeben. Danach, wenn zu einem Zeitpunkt b die Flanke des Rotorposi­ tionserfassungssignals 6W erfaßt wird, wird das Muster der Kommutierungssignale auf das zweite Muster umgeändert. Nachfolgend werden die Flanke von 6V, der Anstieg von 6U, die Flanke von 6W und die Flanke von 6V jeweils zu den Zeitpunkten c, d, e bzw. f abgenommen und das dritte bis sechste Muster aufeinanderfolgend jeweils als die Muster der Kommutierungssignale ausgegeben. Nach dem Ausgeben der sechs Muster wird wieder beim Anstieg von 6U das erste Mu­ ster ausgegeben und der gleiche Vorgang wird wiederholt. Bei diesem Verfahren ist es ausreichend, daß der Mikrocom­ puter nur die Flanken der Rotorpositionserfassungssignale als Unterbrechungsignale behandelt. Während der übrigen Zeit kann der Mikrocomputer eine andere Steuerung durchfüh­ ren. Daher ist die Nutzungseffektivität des Mikrocomputers beträchtlich verbessert.

Bei dem obigen Verfahren jedoch ist, weil die Flanken der Rotorpositionserfassungssignale 6U bis 6W und die Folge der Kommutierungssignale 7U bis 7Z eindeutig bestimmt sind, ein glattes Betreiben des Motors nicht möglich, wenn nicht die Ausgangsfolge des ersten bis sechsten Musters strikt eingehalten wird. Insbesondere besteht ein Problem darin, daß ein glatter Übergang unmöglich ist, wenn die Rotorpositionser­ fassungssignale und die Kommutierungssignale zu einem Zeit­ punkt des Übergangs vom synchronisierten Betriebsmodus in den Rotorpositionserfassungsbetriebsmodus nicht in einer - richtigen Folge miteinander verknüpft werden.

Bei Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen Motors, die beispielsweise aus der JP-59-36520 B2 der den IEEE Transact. on Ind. Appl. Vol. IA-21, No. 4, 1985, Seiten 595 bis 601 be­ kannt sind, werden während eines synchronisierten Betriebsmo­ dus n Arten von Treiberschwingungsformen mit dem ersten bis n­ ten Muster sequentiell ausgegeben, und das Ausgeben des n-ten Musters ist gefolgt von einem zyklischen Ausgeben der Muster wieder in einer Folge von dem ersten Muster, wodurch ein ro­ tierendes Magnetfeld in der Ankerwicklung erzeugt wird. Nach dem Übergang von dem synchronisierten Betriebsmodus in den Ro­ torpositionserfassungsbetriebsmodus wird eine Signalquelle für die Erzeugung des Kommutierungssignals von dem externen Signal auf das Rotorpositionserfassungssignal umgeschaltet. Bei die­ sen Verfahren erfolgt die Umschaltung in den Rotorpositionser­ fassungsbetriebsmodus dann, wenn die Phasendifferenz zwischen den in den Ankerwicklungen des bürstenlosen Motors induzierten Spannungssignalen und der extern aufgegebenen Treiberschwin­ gungsform einen bestimmten Wert unterschreitet. Der Wert der Phasendifferenz, bei dem das Umschalten erfolgreich durchge­ führt werden kann, ohne daß der Motor aus dem Tritt gerät, hängt dabei im allgemeinen von der Motorlast ab. Ein derarti­ ger Startvorgang eines bürstenlosen Motors erfolgt daher nur dann störungsfrei, wenn die Motorlast nach Festlegung des Wer­ tes der Phasendifferenz, bei der das Umschalten erfolgt, nicht mehr geändert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Starten eines bürstenlosen Motors, das das störungsfreie Starten des Motors ohne Rücksicht auf die Motorlast ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dazu, nachdem das (n-1)-te Muster ausgegeben worden ist und zu einem Zeitpunkt, wenn das n-te Muster nachfolgend auszugeben ist, auf das Rotorpositionser­ fassungssignal umgeschaltet, wobei ein Muster des Ro­ torpositionserfassungssignals entsprechend einem Muster des­ selben zu der Zeit der Ausgabe des n-ten Musters der Treiber­ schwingungsformen mit einem spezifizierten Muster verglichen wird und die Signalquelle zum Erzeugen des Kommutierungssi­ gnals für einen Übergang zu dem Rotorpositionserfassungsbe­ triebsmodus unmittelbar nachdem die beiden Muster miteinander übereingestimmt haben von dem externen Signal auf das Rotorpo­ sitionserfassungssignal umgeschaltet wird.

Bei einem derartigen Vorgehen wird der Vergleich der Pha­ sendifferenz zwischen induzierten Spannungssignalen und einer von außen aufgegebenen Treiberschwingungswellenform mit einem festgelegten Wert vermieden, so daß die genannten Schwierig­ keiten nicht auftreten. Ferner erfolgt der Mustervergleich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich während der Ausgabe eines von n Mustern der Treiberschwingungsformen, so daß die Mustervergleichseinrichtung während der übrigen Zeit für an­ dere Operationen zur Verfügung steht.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer herkömmlichen Einrichtung, mit der die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines bürstenlosen Motors möglich ist,

Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm von Rotorpositionserfassungssignalen und Kommutierungssignalen in der herkömmlichen Einrichtung,

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm von Rotorpositionserfassungssignalen, Kommutierungssignalen und Betriebsmoden bei der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 4 zeigt den Aufbau einer anderen Einrichtung zum Betreiben eines bürstenlosen Motors nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Gleichstromquelle, und Be­ zugszeichen 2 bezeichnet eine Gruppe von Halbleiterschaltele­ menten, die aus sechs Transistoren U bis Z und sechs mit den Transistoren umgekehrt parallel geschalteten Dioden gebildet ist. Bezugszeichen 3 bezeichnet einen bürstenlosen Motor, der aus einer dreiphasig geschalteten Ankerwicklung 4 und einem Magnetrotor 5 gebildet ist. Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Rotorpositionserfassungseinrichtung, die aus drei Filtern 61 bis 63 und einer Gruppe 64 von Vergleichern gebildet ist. Be­ zugszeichen 7 bezeichnet einen Mikrocomputer als Kommutie­ rungssignalerzeugungseinrichtung, die eine logische Operation -bezüglich den von der Rotorpositionserfassungseinrichtung 6 ausgegebenen Rotorpositionserfassungssignalen 6U, 6V und 6W durchführt, um die Kommutierungssignale 7U bis 7Z der Transistoren in der Halbleiterschaltelementgruppe 2 zu erzeu­ gen, um dadurch jeweils die Transistoren U bis Z umzuschalten.

Als nächstes soll das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert wer­ den.

In Fig. 4 zeigen Bezugszeichen 1 bis 7 Komponenten, die denen der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung ähnlich sind. Daher soll de­ ren Erläuterung weggelassen werden. Das Bezugszeichen 8 be­ zeichnet eine Mustervergleichseinrichtung, die die Rotor­ positionserfassungssignale 6U bis 6W mit einem spezifizierten Muster (L, L, H) vergleicht und ein Ausgangssignal an den Mikrocomputer 7 liefert, wenn (6U, 6V, 6W) = (L, L, H) festge­ stellt worden ist.

Nun soll der Betrieb der Einrichtung zum Betreiben eines bürstenlosen Motors mit dem obigen Aufbau beschrieben werden.

Der bürstenlose Motor 3 wird durch Anlegen von von dem Mikrocomputer ausgegebenen niederfrequenten Kommutierungssi­ gnalen 7U bis 7Z, wie in Fig. 3 gezeigt, in Betrieb genommen. Zu dem Zeitpunkt, wenn ausreichende Rotorpositionserfassungs­ signale sichergestellt sind, wartet der Mikrocomputer 7 auf den Empfang eines Ausgangssignals der Mustervergleichsein­ richtung 8. Sobald das fünfte Muster der Kommutierungssignale als Synchronisierungssignal ausgegeben ist, nehmen die Rotor­ positionserfassungssignale ein Muster (6U, 6V, 6W) = (L, L, H) entsprechend einem Muster zu der Zeit der Ausgabe des sechsten Musters der Kommutierungssignale an. In diesem Augenblick liefert die Mustervergleichs­ einrichtung 8 ein Ausgangssignal an den Mikrocomputer 7, das wiederum zu einem Umschalten von einem synchronisierten Betriebsmodus in einen Rotorpositionserfassungsbetriebs modus führt. Danach, zu einem Zeitpunkt, wenn 6U als nächstes ansteigt, wenn sich der bürstenlose Motor dreht, werden die Kommutierungssignale 7U bis 7Z das erste Muster annehmen. Nachfolgend werden die Kornmutierungssignale sequentiell auf der Grundlage der Rotorpositionserfassungs­ signale erzeugt. Das bedeutet, daß der bürstenlose Motor in dem Rotorpositionserfassungsbetriebsmodus betrieben wird.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN IN DEN FIGUREN

1 GLEICH STROMQUELLE
2 GRUPPE VON HALBLEITERSCHALTELEMENTEN
3 BÜRSTENLOSER MOTOR
4 ANKERWICKLUNG
5 MAGNETROTOR
6 ROTORPOSITIONSERFASSUNGSEINRICHTUNG
6U∼6W ROTORPOSITIONSERFASSUNGSSIGNAL
7 KOMMUTIERUNGSSIGNALERZEUGUNGSEINRICHTUNG (MIKROCOMPUTER)
7U∼7Z KOMMUTIERUNGSSIGNAL
8 MUSTERVERGLEICHSEINRICHTUNG

Claims (1)

1. Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen Motors mit ei­ nem Rotorpositionserfassungsbetriebsmotors des Erfassens eines in einem Anker eines einen Magnetrotor aufweisenden bürstenlo­ sen Motors induzierten Spannungssignals und Betreibens des bürstenlosen Motors durch ein Kommutierungssignal, das auf der Grundlage eines durch Umwandlung des Spannungssignals mittels einer Rotorpositionserfassungseinrichtung erhaltenen Rotorpo­ sitionserfassungssignals erzeugt wurde, und einem synchroni­ sierten Betriebsmodus des zwangsweisen Betreibens des bürsten­ losen Motors durch Erzeugen eines rotierenden magnetischen Feldes unter Verwendung eines aus einem externen Signal er­ zeugten Kommutierungssignals, bis das Rotorpositionserfas­ sungssignal sich eingestellt hat, bei dem in dem synchroni­ sierten Betriebsmodus n Arten von Treiberschwingungsformen mit ersten bis n-ten Mustern sequentiell ausgegeben werden, wobei der Ausgabe des n-ten Musters ein zyklisches Ausgeben der Mu­ ster wieder in einer Folge ab dem ersten Muster folgt, wodurch ein rotierendes magnetisches Feld in der Ankerwicklung erzeugt wird, und nach dem Übergang von dem synchronisierten Betriebs­ modus in den Rotorpositionserfassungsmodus zur Erzeugung des Kommutierungssignals von dem externen Signal auf das Rotorpo­ sitionserfassungssignal umgeschaltet wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umschaltung erfolgt, nachdem das (n-1)-te Muster ausgegeben worden ist und zu einem Zeitpunkt, wenn das n-te Muster nachfolgend auszugeben ist, wobei ein Muster des Rotorpositionserfassungssignals entsprechend einem Muster des­ selben zu der Zeit der Ausgabe des n-ten Musters der Treiber­ schwingungsformen mit einem spezifizierten Muster verglichen wird und die Signalquelle zum Erzeugen des Kommutierungssi­ gnals für einen Übergang zu dem Rotorpositionserfassungsbe­ triebsmodus unmittelbar nachdem die beiden Muster miteinander übereingestimmt haben von dem externen Signal auf das Rotorpo­ sitionserfassungssignal umgeschaltet wird.