DE69123788T2

DE69123788T2 - Bürstenloser Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE69123788T2
Application number: DE69123788T
Authority: DE
Inventors: Makoto Gotou; Toshio Inaji
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-07-04
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1997-06-19
Anticipated expiration: 2011-07-02
Also published as: EP0465181A3; CA2046149C; DE69123788D1; AU630820B2; US5144209A; EP0465181B1; KR940009208B1; EP0465181A2; AU7934691A; KR920003619A; CA2046149A1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor und insbesondere, einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der keinen Stellungssensor zum Bestimmen einer Drehstellung eines Permanentmagnetrotors aufweist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Kürzlich sind bürstenlose Gleichstrommotoren verbreitet in industriellen oder Audio- und Videoausrüstungen verwendet worden, die eine größere Zuverlässigkeit aus den Gründen verlangen, daß die Lebensdauer verbessert werden kann, ebenso wie die Geräuscherzeugung verringert werden kann, was sich aus einem solchen Vorteil ergibt, daß sie keinen mechanischen Kontakt haben müssen, wie er bei herkömmlichen Gleichstrommotoren verwendet würde, die eine Bürste aufweisen.
Um den Schaltvorgang einer leitenden Phase der Statorwicklung eines Motors durchzuführen, verwenden die meisten herkömmlichen, bürstenlosen Gleichstrommotoren einen Rotorstellungssensor (wie beispielsweise den Hall-Sensor), anstatt eine Bürste zu verwenden. Jedoch ist der Rotorstellungssensor selbst nicht so billig und verlangt eine komplizierte Lageeinstellung beim Anbringen und eine erhöhte Anzahl an Verdrahtungen, so daß die Kosten des bürstenlosen Gleichstrommotors verglichen mit den Gleichstrommotoren groß sind, die eine Bürste aufweisen.
Zusätzlich werden ihm einige Konstruktionsbegrenzungen häufig aus dem Grund auferlegt, daß ein Rotorstellungssensor innerhalb des Motors selbst angebracht werden muß. Eine kürzliche Tendenz ist, daß, begleitet von kleiner Baugröße bei industrieller oder Audio- und Videoausrüstung, Motoren, die verwendet werden sollen, mit geringer Größe nd Dicke hergestellt werden, was bedeutet, daß der Querschnittsraum, wo ein Rotorstellungssensor, wie der Hall-Sensor, vorgesehen werden soll, äußerst klein wird. Als ein Ergebnis sind verschiedene Arten eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der keinen Stellungssensor, wie beispielsweise den Hall-Sensor hat, vorgeschlagen worden.
Unter diesen ist beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor in der japanischen, offengelegten Patentanmeldung Nr. 55- 160980 geoffenbart, der auf dem sogenannten Halbwellen-Ansteuerungsverfahren beruht, bei dem ein elektrischer Strom unidirektional den Statorwicklungen des Rotors zugeführt wird. Bei diesem Verfahren werden elektromotorische Gegenkräfte erfaßt, die in zwei Statorwicklungen, die ortsfest sind, von dreiphasigen Statorwicklungen induziert werden, und die derart erfaßten Signale, werden betriebsmäßig verarbeitet, um die nächste leitende Phase zu bestimmen, so daß dadurch ein elektrischer Strom unidirektional den Statorwicklungen in einer aufeinanderfolgenden Weise zugeführt werden. Bei diesen Verfahren jedoch wird, weil der Rotor beim Starten eines Motors stationär ist, keine elektromotorische Gegenkraft in jeder der Statorwicklungen erzeugt. Als ein Ergebnis ist bei einem solchen bürstenlosen Gleichstrommotor nach dem Stand der Technik, wie er oben beschrieben worden ist, eine Startschaltung besonders vorgesehen, um eine bestimmte Statorwicklung zu erregen und dadurch die Anfangsstellung des Rotors im voraus zu bestimmen. In diesem Fall jedoch wird, selbst wenn nur eine Phase der Statorwicklungen erregt wird, um die Anfangsstellung des Rotors zu bestimmen, wie es oben gezeigt worden ist, die Position des Rotors schwingend und schwierig zu stabilisieren, was eine Zunahme bei der Startzeit ergibt.
Des weiteren liegt dem bürstenlosen Gleichstrommotor gemäß dem Stand der Technik das Halbwellen-Ansteuerungsverfahren zugrunde, bei dem ein elektrischer Strom unidirektional seinen Statorwicklungen zugeführt wird, so daß seine Ansteuerungsschaltung einerseits mit einer einfachen Konstruktion hergestellt werden kann, aber andererseits die Nützlichkeit und der Wirkungsgrad der Statorwicklungen verglichen mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor niedrig sind, dem das Vollwellen-Ansteuerungsverfahren zugrundeliegt, bei dem ein elektrischer Strom bidirektional seinen Statorwicklungen zugeführt wird, so daß ein zu entwickelndes Drehmoment klein wird.
Auch ist beispielsweise in der japanischen, offengelegten Patentanmeldung 62-260586 ein bürstenloser Gleichstrommotor geoffenbart, den das sogenannte Vollwellen-Ansteuerungsverfahren zugrundeliegt, bei dem ein elektrischer Strom bidirektional seinen Statorwicklungen zugeführt wird. Ein elektrischer Strom, der zu seinen Statorwicklungen fließen soll, wird zwangsweise und aufeinanderfolgend umgeschaltet, wenn mit einem Startimpulssignal gestartet wird, das von einer Startimpulserzeugungsschaltung ausgegeben wird, um dadurch den Motor anzusteuern. Wenn die Drehzahl des Motors erhöht wird und elektromotorische Gegenkräfte in den Statorwicklungen induziert werden, werden Nulldurchgangspunkte der elektromotorischen Gegenkräfte bestimmt, um dadurch ihr Ausgangssignal um eine konstante Zeitdauer durch einen monostabilen Multivibrator zu verzögern, so daß der Zeitpunkt, einen elektrischen Strom zu leiten, bestimmt wird. In diesem Fall wird jedoch, selbst wenn die Statorwicklungen zwangsweise und aufeinanderfolgend durch ein Impulssignal geschaltet werden, das von der Startschaltung beim Starten ausgegeben wird, der Rotor drehschwingend. Als ein Ergebnis ist, selbst wenn ein Nulldurchgangspunkt von jeder elektromotorischen Gegenkraft richtig durch eine Erfassungsschaltung bestimmt werden kann, das Schalten schwierig, damit richtig von der Startbetriebsart, den Rotor anzutreiben, indem die Statorwicklungen zwangsweise und aufeinanderfolgend umgeschaltet werden, in die normale Stellungserfassungsbetriebsart geändert wird, indem die Nulldurchgangspunkte der elektromotorischen Gegenkräfte bestimmt werden, die in den Statorwicklungen induziert werden. Das heißt, der Umschaltzeitpunkt von der Startbetriebsart in die normale Stellungsbestimmungsbetriebsart des Rotors ist technisch schwierig, was eine Zunahme an Startzeit des Motors ergibt.
Ferner verwendet ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß dem Stand der Technik, wie er oben beschrieben worden ist, ein solches Verfahren, daß die leitende Phase bestimmt wird, indem ein Impulssignal, das bei dem Nulldurchgangspunkt einer in jeder Statorwicklung induzierten, elektromotorischen Gegenkraft erzeugt wird, um eine konstante Zeitdauer durch einen monostabilen Multivibrator verzögert wird. Jedoch ist in diesem Fall die Verzögerungszeit unabhängig von der Drehzahl des Motors konstant, was bedeutet, daß er nicht für eine solche Anwendung geeignet ist, bei der die Drehzahl geändert werden soll, so daß ihm Flexibilität bei der Anwendung fehlt.
Im allgemeinen ist bei diesen bürstenlosen Gleichstrommotoren, die keinen Rotorstellungssensor aufweisen, der Rotor beim Starten stationär, und es wird keine elektromotorische Gegenkraft in jeder Statorwicklung erzeugt. Als ein Ergebnis kann die leitende Phase bei der Anfangsstufe nicht bestimmt werden, und eine solche Schwierigkeit ist weiter hervorgehoben worden, daß sie eine bedeutend schlechtere Startcharakteristik gegenüber Gleichstrommotoren haben, die einen Rotorstellungssensor aufweisen.
Auch werden diese bürstenlose Gleichstrommotoren, die keinen Rotorstellungssensor aufweisen, als eine Art von Synchronmotor betrachtet, da das Phasenumschalten zwangsweise beim Starten betrieben wird, und die für den Startvorgang geeignete Frequenz zum Phaseumschalten wird stark in Abhängigkeit von der Größe einer an den Motor anzulegenden Last oder durch die Trägheit des Rotors verändert. In manchen Fällen kann der Nulldurchgangspunkt einer induzierten, elektromotorischen Gegenkraft in jeder Statorwicklung nicht andauernd richtig bestimmt werden, so daß eine solche Schwierigkeit ferner entstanden ist, daß der Umschaltvorgang von der Startbetriebsart, den Rotor anzutreiben, indem die Statorwicklungen zwangsweise und aufeinanderfolgend geschaltet werden, in die normale Stellungsbestimmungsbetriebsart, um den Rotor anzutreiben, indem der Nulldurchgangspunkt von jeder elektromotorischen Gegenkraft bestimmt wird, schwierig ist, richtig auszuführen.
Ferner wird bei diesen bürstenlosen Gleichstrommotoren gemäß dem Stand der Technik, wie es oben beschrieben worden ist, ein elektrischer Strom, der zu den Statorwicklungen zum Antreiben fließen soll, als ein Rechteckwellensignal mit einer leitenden Breite von ungefähr 120º in Größen des elektrischen Winkels gebildet. Als ein Ergebnis wird, um eine induzierte, den Umschaltvorgang begleitende Spannungsspitze zu verhindern, eine Filterschaltung, die einen vergleichsweise großen Kondensator einschließt, praktisch verlangt, damit sie an einer leitenden Klemme der Statorwicklungen vorgesehen wird. Auch ist ein elektrischer Strom, der zu den Statorwicklungen fließen soll, Gegenstand eines EIN-AUS-Vorgangs in einer plötzlichen Weise, so daß eine Schwierigkeit ferner aufgetreten ist, daß Schwingungen und Geräusche leicht beim Starten erzeugt werden können, und eine solche Neigung wird verstärkt, wenn die Drehzahl des Motors erhöht wird.
Bürstenlose Motoren, die in den Statorwicklungen induzierte, elektromotorische Kräfte verwenden, um die Motorstellung zu berechnen, sind in WO 83/00781 und US 4,694,210 geoffenbart, wobei aber diese keine Lösungen zu den in den vorstehenden Absätzen dargelegten Problemen schaffen.
EP-A-363,169 offenbart ein System zum Antreiben eines bürstenlosen Motors, das keine Rotorstellungserfassungseinrichtung zum Bestimmen einer Rotorstellung verwendet. Das System umfaßt:
Mehrphasen-Motorantriebsspulen (1, 2, 3);
eine Mehrzahl von Treibertransistoren (10-15), die mit den Motorantriebsspulen verbunden sind;
eine Verteilerschaltung (70) zum sequentiellen Verteilen von Schaltsignalen zur Antriebsspulenerregung, an die Treibertransistoren;
einen Neigungssynthesierer (60) zum Glätten der Anstiegs- und Abfallflanken der Schaltsignale zur Antriebsspulenerregung;
einen spannungsgesteuerten Oszillator (40) zum Anlegen eines Signals an den Neigungssynthesierer, das eine richtige Frequenz aufweist;
eine Phasenfehlerbestimmungseinrichtung (20) zum Bestimmen eines Phasenfehlers zwischen den in den Antriebsspulen induzierten, elektromotorischen Gegenkräften und den Schaltsignalen zur Antriebsspulenerregung in dem Pausenintervall der Antriebsspulenerregung; und
einen Fehlerverstärker (30) zum Verstärken eines Ausgangs der Phasenfehlererfassungseinrichtung und zum Anlegen des verstärkten Ausgangs an den spannungsgesteuerten Oszillator.
EP-A-462,826 offenbart einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der umfaßt:
eine Mehrzahl Statorwicklungen (11, 12, 13);
eine Erfassungsschaltung (1) für die elektromotorische Kraft zum Erzeugen eines Impulssignalzuges in Reaktion auf elektromotorische Gegenkräfte, die jeweils in der genannten Mehrzahl von Statorwicklungen induziert werden;
eine Zeitdauerbestimmungsschaltung (7) zum Ausgeben eines verzögerten Impulssignalzuges, der erhalten wird, indem der Impulssignalzug verzögert wird, der von der Erfassungsschaltung für die elektromotorische Gegenkraft ausgegeben wird, wenn die Dauer des genannten Impulssignalzuges innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist und zum Ausgeben eines Pseudoausgangsimpulssignals, wenn die Dauer des Impulssignalzuges den vorbestimmten Bereich überschreitet;
eine Logikimpulserzeugungsschaltung (2) zum Erzeugen von Mehrphasenimpulssignalen in Reaktion auf die Impulssignale, die von der genannten Zeitdauerbestimmungsschaltung ausgegeben werden;
eine Sägezahnwellenformungsignalerzeugungsschaltung (100) zum Erzeugen eines Sägezahnwellenformsignals in Reaktion auf die Impulssignale von der Erfassungsschaltung für die elektromotorische Gegenkraft oder die Impulssignale von der Logikimpulserzeugungsschaltung; und
eine Stellungssignalformungsschaltung (101-106) zum Bilden von Mehrphasenstellungssignalen von den Impulssignalen von der Logikimpulserzeugungsschaltung und des Sägezahnwellenformsignals von der Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung; und
eine Energieversorgungsschaltung (5) zum Zuführen elektrischer Energie zu der Mehrzahl von Statorwicklungen in Reaktion auf die genannten Stellungssignale.

Zusammenfassung der Erfindung

In Anbetracht der obenerwähnten Probleme ist es eine Zielsetzung dieser Erfindung, einen bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, der guter Starteigenschaften erhalten kann, ohne eine besondere Startschaltung zu verwenden, obgleich kein Stellungssensor verwendet werden muß.
Eine andere Zielsetzung dieser Erfindung ist, einen bürstenlosen Gleichstrommotor nach dem Vollwellen-Ansteuerungsverfahren zu schaffen, bei dem ein elektrischer Strom bidirektional jeder seiner Statorwicklungen zugeführt werden kann.
Eine weitere Zielsetzung dieser Erfindung ist, einen bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, dessen Drehzahl wahlweise geändert werden kann.
Eine noch weitere Zielsetzung dieser Erfindung ist, einen bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, der keine Filterschaltung einschließlich eines großen Kondensators aufweisen muß, wie er in einem bürstenlosen Gleichstrommotor gemäß dem Stand der Technik verwendet werden müßte, wie es oben gezeigt wurde, und der Schwingungen und Geräuscherzeugung auf einen äußerst niedrigen Wert bringt, selbst wenn er mit hoher Drehzahl läuft.
Um die obengenannten Zielsetzungen zu erreichen, umfaßt ein bürstenloser Gleichstrommotor dieser Erfindung:
einen Rotor;
eine Mehrzahl Statorwicklungen;
eine Erfassungsschaltung für die elektromotorische Gegenkraft zum Erzeugen eines Impulssignalzuges in bezug auf die elektromotorischen Gegenkräfte, die jeweils in der genannten Mehrzahl von Statorwicklungen induziert werden;
eine Perioden- bzw. Zeitdauerbestimmungsschaltung zum Ausgeben des genannten Impulssignalzuges, wenn die Dauer des genannten Impulssignalzuges innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist und zum Ausgeben eines Pseudoausgangsimpulssignals, wenn die Dauer des genannten Impulssignalzuges den vorbestimmten Bereich überschreitet;
eine Logikimpulserzeugungsschaltung zum Erzeugen von Mehrphasenimpulssignalen in Reaktion auf den genannten Impulssignalzug oder das genannte Pseudoausgangsimpulssignal, das von der genannten Zeitdauerbestimmungsschaltung ausgegeben wird;
eine Stellungssignalformungsschaltung zum Bilden von Stellungssignalen, die eine Stellung des Rotors angeben; und
eine Energieversorgungsschaltung zum Zuführen elektrischer Energie zu der genannten Mehrzahl von Statorwicklungen in Reaktion auf die genannten Stellungssignale,
worin die genannten Stellungssignalformungsschaltung einschließt,
eine Sägezahnwellenformsignalerzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Sägezahnwellenformsignals in Reaktion auf den genannten Impulssignalzug;
eine Trapezwellenformsignalformungsschaltung zum Bilden von trapezförmigen Wellenformsignalen aus den Mehrphasenimpulssignalen, die von der genannten Logikimpulserzeugungsschaltung ausgegeben werden, und aus dem Sägezahnwellenformsignal, das von der genannten Sägezahnwellenformsignalerzeugungsschaltung ausgegeben wird, und zum Anwenden der trapezförmigen Wellenformsignale auf die genannten Energieversorgungsschaltung als die genannten Stellungssignale,
worin die genannte Stellungssignalformungsschaltung die Stellungssignale bildet, indem ein Gleichstromwert von den trapezförmigen Wellenformsignalen subtrahiert wird, die von der genannten Trapezwellenformsignalformungsschaltung ausgegeben werden.
Mit der obenerwähnten Konstruktion führt ein bürstenloser Gleichstrommotor dieser Erfindung eine Impulsformung der Nulldurchgangspunkte der elektromotorischen Gegenkräfte durch, die jeweils in den Statorwicklungen induziert werden, um sie in einen Impulssignalzug umzuwandeln. Ein trapezförmiges Wellenformstellungssignal des Rotors wird auf der Grundlage des Impulssignalszugs gebildet, der derart erhalten wird. Als ein Ergebnis ergibt sich, selbst wenn der Motor seine Drehzahl ändert, keine Änderung der leitenden Phase einer Statorwicklung, die nachfolgend leitend sein soll. Demgemäß kann ein bürstenloser Gleichstrommotor dieser Erfindung ohne weiteres bei einer solchen Anwendung eingesetzt werden, bei der verlangt wird, daß seine Drehzahl geändert wird. Dies bedeutet, daß ein solcher Nachteil bei einem herkömmlichen, bürstenlosen Gleichstrommotor, der keinen Rotorstellungssensor aufweist, ausgeschlossen werden kann, instabil beim Antriebsbetrieb zu werden, wenn die Drehzahl geändert wird.
Ferner gibt bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor dieser Erfindung, selbst wenn die Erfassungsschaltung für die elektromotorische Gegenkraft beim Starten kein Impulssignal ausgibt, die Periodenbestimmungsschaltung ein Pseudoimpulssignal aus, um die leitenden Phasen der Statorwicklungen auf eine aufeinanderfolgende Weise zu schalten. Als ein Ergebnis kann, selbst wenn eine besondere Startschaltung nicht vorgesehen ist, ein Pseudoimpulssignal ohne weiters beim Starten ausgegeben werden, und das derart ausgegebene Pseudoimpulssignal schaltet die leitenden Phasen der Statorwicklungen in einer erzwungenen und aufeinanderfolgenden Weise. Und wenn die Erfassungsschaltung für die elektromotorische Gegenkraft Nulldurchgangspunkte der elektromotorischen Gegenkräfte erfaßt, kann das Schalten schnell von der Startbetriebsart vorgenommen werden, um den Rotor anzutreiben, indem die Statorwicklungen zwangsweise und aufeinanderfolgend zu der normalen Stellungserfassungsbetriebsart umgeschaltet werden, um ihn anzutreiben, indem die Nulldurchgangspunkte der elektromotorischen Gegenkräfte bestimmt werden, die in den Statorwicklungen induziert werden. Somit kann eine Startcharakteristik, die mit derjenigen kompatibel ist, die bei herkömmlichen Motoren erhalten wird, die einen Rotorstellungssensor aufweisen, geschaffen werden.
Ferner ermöglicht zusätzlich, da es nicht notwendig ist, einen Rotorstellungssensor zu verwenden, wie er bei herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrommotoren verwendet würde, ein bürstenloser Gleichstrommotor dieser Erfindung, ein kompliziertes Einstellen der Positionseinstellung des Sensors auszuschließen, sowie die Anzahl der Verdrahtungen zu verringern, wodurch sich eine starke Kostenverringerung ergibt.
Da es unnötig ist, einen Rotorstellungssensor in dem Motor vorzusehen, kann ihm zusätzlich des weiteren keine Konstruktionsbeschränkung auferlegt werden, wodurch stark zu der Möglichkeit beigetragen wird, ihn mit geringer Größe und Dicke herzustellen.
Auch bestimmt bei der obengenannten Konstruktion die Erfassungsschaltung für die elektromotorische Gegenkraft nur Nulldurchgangspunkte der in den Statorwicklungen induzierten, elektromotorischen Gegenkräfte, so daß trotz der fehlenden Notwendigkeit, einen Stellungssensor, wie den Hall-Sensor, zu verwenden, ein bürstenloser Gleichstrommotor dieser Erfindung einen elektrischen Strom bidirektional zu jeder Statorwicklung zuführen kann, was bedeutet, daß ein bürstenloser Gleichstrommotor auf der Grundlage des Vollwellen-Ansteuerungsverfahren ohne weiteres geschaffen werden kann. Als ein Ergebnis kann verglichen mit einem Motor auf der Grundlage des Halbwellen-Ansteuerungsverfahrens, bei dem ein elektrischer Strom unidirektional jeder Statorwicklung zugeführt wird, ein Motor mit einer hervorstechend größeren Nützlichkeit und Wirkungsgrad der Statorwicklungen sowie des Drehmoments, das entwickelt wird, geschaffen werden.
Zusätzlich kann das Phasenschalten eines elektrischen Stroms, der jeder Statorwicklung zugeführt werden soll, äußerst stetig durch ein Sägezahnwellensignal ausgeführt werden, das durch die Sägezahnwellenform-Erzeugungsschaltung erzeugt wird, so daß eine Filterschaltung, die einen vergleichsweise großen Kondensator einschließt, nicht notwendig ist, eine leitende Klemme der Statorwicklungen zu verbinden, um eine Spannungsspitze zu verringern, die begleitet von dem Phasenumschaltvorgang erzeugt wird, wie es bei Herkömmlichen zu sehen ist. Auch muß ein elektrischer Strom, der in eine Statorwicklung fließen soll, nicht notwendigerweise plötzlich EIN oder AUS geschaltet werden, so daß ein Phasenumschaltvorgang stetig ausgeführt werden kann, was einen Motorantrieb mit äußerst wenig erzeugter Schwingung und Geräusch ergibt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm eines Motors und einer Stromversorgungsschaltung, die in Fig. 1 gezeigt sind.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element der Schaltung ausgegeben wird, die in Fig. 2 gezeigt ist.
Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm der in Fig. 1 gezeigten Erfassungsschaltung für die elektromotorische Gegenkraft.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die für jedes Element der in Fig. 4 gezeigten Schaltung ausgegeben wird.
Fig. 6 ist ein Schaltungsdiagramm einer Periodenbestimmungsschaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 7(a) ist ein Diagramm, das eine von jedem Element der in Fig. 6 gezeigten Schaltung ausgegebenen Signalwellenform zeigt, wenn ein Motor gestartet wird.
Fig. 7(b) ist ein Diagramm, das eine von jedem Element der in Fig. 6 gezeigten Schaltung ausgegebenen Signalwellenform zeigt, wenn er sich ruhig dreht.
Fig. 8 ist ein Schaltungsdiagramm einer Sägezahnwellenform- Erzeugungsschaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 9(a) ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element der in Fig. 8 gezeigten Schaltung ausgegeben wird, wenn bei hoher Drehzahl gedreht wird.
Fig. 9(b) ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element der in Fig. 8 gezeigten Schaltung ausgegeben wird, wenn mit mittlerer Drehzahl gedreht wird.
Fig. 9(c) ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element der in Fig. 8 gezeigten Schaltung ausgegeben wird, wenn mit niedriger Drehzahl gedreht wird.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das eine Hauptschaltung eine Sägezahnwellenform-Erzeugungsschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
Fig. 11 ist ein Schaltungsdiagramm einer Logikimpulserzeugungsschaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 12 ist ein Diagramm, das eine von jedem Element der in Fig. 11 gezeigten Schaltung ausgegebene Signalwellenform zeigt.
Fig. 13 ist ein Schaltungsdiagramm einer Trapezwellenformsignal-Bildungsschaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 14 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element der in Fig. 13 gezeigten Schaltung ausgegeben wird.
Fig. 15 ist ein Schaltungsdiagramm einer Stellungssignalbildungsschaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 16 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element der in Fig. 15 gezeigten Schaltung ausgegeben wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Erfassungsschaltung für die elektromotorische Gegenkraft, um elektromotorische Gegenkräfte a, b bzw. c zu erhalten, die in den Dreiphasen-Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden. Die Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft bestimmt entsprechende Nulldurchgangspunkte der dreiphasigen, elektromotorischen Gegenkräfte, a, b und c, um sie in einen Impulszug n umzuwandeln. Der Impulszug n zeigt den Nulldurchgangspunkt von jeder der dreiphasigen, elektromotorischen Gegenkräfte, a, b und c, die derart in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden. Der von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft ausgegebene Impulszug n wird in eine Periodenbestimmungsschaltung 7 eingegeben. Die Periodenbestimmungsschaltung 7 mißt eine Periode des Impulszuges n, der von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft ausgegeben wird, und gibt den Impulszug n selbst aus, wenn die derart gemessene Periode innerhalb eines bestimmten Bereiches ist. Und wenn sie den bestimmten Bereich überschreitet, erzeugt die Periodenbestimmungsschaltung 7 ein Pseudoimpulssignal statt des Impulszuges n und gibt ein Impulssignal z aus. Das derart ausgegebene Impulssignal z wird einer Logikimpulserzeugungsschaltung 2 und einer Sägezahnwellenform-Erzeugungsschaltung 3 zugeführt. Die Logikimpulserzeugungsschaltung 2 frequenzdividiert das derart zugeführte Impulssignal z und gibt sechsphasige Impulssignale aus, die die gleiche Frequenz wie die der elektromotorischen Gegenkräfte aufweisen, die in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt werden. Die Sägezahnwellenform-Erzeugungsschaltung 3 erzeugt ein Wellenzahn- oder Neigungswellenformsignal st in Reaktion auf das derart zugeführte Impulssignal z. Die sechsphasigen Impulssignale, die durch die logische Impulssignalschaltung 2 erzeugt worden sind, werden zu einer Trapezwellenformsignal-Formungsschaltung 4 geschickt. Die Trapezwellenformsignal-Formungsschaltung 4 bildet umwandelbar sechsphasige Trapezwellenformsignale auf der Grundlage der von der Logikimpulserzeugungsschaltung 2 geschickten sechsphasigen Impulssignale und des Sägezahnwellenformsignals st, das von der Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3 geschickt worden ist. Die derart durch die Trapezwellenformsignal- Synthesierschaltung 4 gebildeten sechsphasigen Trapezwellenformsignale werden zu einer Stellungssignalformungsschaltung 5 geschickt, um sie dadurch in ein Stellungssignal des Rotors umwandelbar zu formen. Das derart erhaltene Stellungssignal wird einer Stromversorgungsschaltung 6 eingegeben. Die Stromversorgungsschaltung 6 führt einen elektrischen Strom bidirektional den Statorwicklungen 11, 12 und 13 in einer aufeinanderfolgenden Weise in Reaktion auf das derart eingegebene Stellungssignal zu.
Die Arbeitsweise eines bürstenlosen Gleichstrommotors dieser Ausführungsform mit der oben gezeigten Struktur wird unten im einzelnen erläutert.
Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm einer Stromversorgungsschaltung 6, die in Fig. 1 gezeigt ist.
In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 27 einen Permanentmagnetrotor, 11, 12 und 13 bezeichnet jeweils eine Statorwicklung, und 21, 22, 23, 24, 25 und 26 bezeichnet jeweils einen Treibertransistor zum Zuführen eines elektrischen Stroms zu jeder der Statorwicklungen 11, 12 und 13 auf der Grundlage des EIN-AUS- Betriebs. Von diesen Treibertransistoren sind 21, 22 und 23 PNP Transistoren und 24, 25 und 26 sind NPN Transistoren. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Stromquelle. Der bürstenlose Gleichstrommotor wird allgemein betrieben, indem sechsphasige Stellungssignale angelegt werden, die in Reaktion auf ein Stellungssignal des Rotors 27 jeweils an der Basis der Treibertransistoren 21, 26, 22, 23, 24 und 25 erhalten werden. In diesem Fall jedoch wird bei jedem der PNP Transistoren 21, 22 und 23 das Signal an seine Basis in der Richtung angelegt, daß ein elektrischer Strom abgenommen wird, und andererseits wird es an die Basis von jedem der NPN Transistoren 24, 25 und 26 in der Richtung angelegt, daß es hereingenommen wird. Zuerst werden die Transistoren 21 und 25 leitend, damit ein elektrischer Strom zu den Statorwicklungen 11 und 12 fließt. Als nächstes werden die Transistoren 21 und 26 leitend, damit ein elektrischer Strom zu den Statorwicklungen 11 und 13 fließt. Ein solcher Phasenschaltvorgang wird in einer aufeinanderfolgenden Weise durchgeführt, um den Permanentmagnetrotor 27 zu drehen.
Fig. 3 zeigt eine Signalwellenform, die von jedem Element der Stromversorgungsschaltung 6 ausgegeben wird, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Die Fig. 3 a, b und c zeigen elektromotorische Gegenkräfte der Statorwicklungen 11, 12 bzw. 13. Die Fig. 3 d", e", f", g", h" und i" zeigen sechsphasige Impulssignale, die durch die Stellungssignalformungsschaltung 5 erzeugt werden und den sechsphasigen Stellungssignalen äquivalent sind, die in Reaktion auf eine Drehstellung des Rotors 27 erhalten werden. Diese Signale haben eine trapezförmige Wellenform und das Verfahren, solch ein trapezförmiges Wellenformsignal zu erhalten, wird im einzelnen später erörtert, wenn die Stellungssignalformungsschaltung 5 unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 beschrieben wird.
Jedes der sechsphasigen Stellungssignale, wie es bei d", e", f", g", h" und i" der Fig. 3 gezeigt ist, wird einem entsprechenden der Treibertransistoren 21, 26, 22, 24, 23 und 25 eingegeben. Andererseits jedoch wird bei jedem der PNP Transistoren 21, 22 und 23 das Signal an seine Basis in der Richtung angelegt, daß ein elektrischer Strom abgenommen werden kann, und andererseits wird es bei jedem der NPN Transistoren 24, 25 und 26 an seine Basis in der Richtung gelegt, daß es hereingenommen wird. Der an jeden Transistor angelegte Basisstrom wird dadurch verstärkt, daß ein elektrischer Strom proportional zu jedem Basisstrom zu einem entsprechenden Kollektor geleitet wird. Als ein Ergebnis werden elektrische Ströme, wie es in den Fig. 4 j, k und l gezeigt ist, bidirektional den Statorwicklungen 11, 12 und 13 zugeführt. Ein solcher Phasenschaltvorgang wird in einer aufeinanderfolgenden Weise ausgeführt, um dadurch den Permanentmagnetrotor 27 zu drehen. Zusätzlich bezeichnet das alphabetische Zeichen Dc in Fig. 3 j eine Stromflußweite eines Antriebsstroms, der der Statorwicklung 11 zugeführt werden soll. Die Stromflußweite Dc wird kleiner als 180º in Größen des elektrischen Winkels gemacht. Das heißt, jeder der Antriebsströme, die in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden, hat eine Zeitdauer, während der ein elektrischer Strom zu Null wird. Eine solche Zeitdauer wird in der Nähe von und den Nulldurchgangspunkt einer elektromotorischen Gegenkraft einschließend erzeugt, die in jeder der Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert wird.
Es werden weitere Erläuterungen über den Signalverarbeitungsvorgang bei jedem Element dieser Ausführungsform gemacht.
Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm einer Erfassungsschaltung 1 für eine elektromotorische Gegenkraft, die in Fig. 1 gezeigt ist.
In Fig. 4 bezeichnen die Bezugszeichen 14, 15 und 16 jeweils einen Widerstand, dessen eine Klemme mit einer entsprechenden der Statorwicklungen 11, 12 und 13 verbunden ist und dessen andere Klemme mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden ist, 31, 32 und 33 geben jeweils einen Komparator an, dessen eine Eingangsklemme (+) mit einer entsprechenden der Statorwicklungen 11, 12 und 13 verbunden ist und dessen andere Klemme (-) mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände 14, 15 und 16 verbunden ist, und 34, 35 und 36 geben jeweils ein UND-Verknüpfungsglied an. Die UND-Verknüpfungsglieder 34, 35 und 36 sind mit ihren Eingangsklemmen mit den Ausgangsklemmen der Komparatoren 31 und 32, der Komparatoren 32 und 33 bzw. der Kompartoren 33 und 31 verbunden. Das Bezugszeichen 30 gibt ein ODERVerknüpfungsglied an, das jeden der Ausgänge von dem UND-Verknüpfungsglied 34, 35 und 36 erhält und ein ODER-Ausgangssignal m ausgibt, und 39 bezeichnet ein EXKLUSIV-ODER-Verknüpfungsglied, das an seiner einen Eingangsklemme das Ausgangssignal m, das von dem ODER-Verknüpfungsglied 30 ausgegeben wird, und an seiner anderen Klemme ein Signal als ein anderes Signal empfängt, das erhalten wird, indem das Ausgangssignal m von dem ODER-Verknüpfungsglied 30 durch eine Zeitkonstante verzögert wird, die durch einen Widerstand 37 und einen Kondensator 38 festgelegt ist. Ein Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Verknüpfungsglieds 39 wird als ein Impulszug n von der Ausgangsklemme der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Kraft ausgesandt.
Die Arbeitsweise der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft, die in Fig. 4 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 erklärt.
Die Widerstände 14, 15 und 16 sind jeweils mit den Statorwicklungen 11, 12 und 13 verbunden, so daß das gleiche elektrische Potential wie das des neutralen Punkts o der Statorwicklungen 11, 12 und 13 an dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände 14, 15 oder 16 erhalten werden kann. Als ein Ergebnis besteht für den Motor keine Notwendigkeit, eine Signalleitung besonders von dem neutralen Punkt der Statorwicklung 11, 12 und 13 abzunehmen. Die in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induzierten, elektromotorischen Gegenkräfte a, b bzw. c werden den Klemmen (+) der Komparatoren 31, 32 und 33 eingegeben, die in Fig. 4 gezeigt sind, und das elektrische Potential des neutralen Punkts der Statorwicklungen 11, 12 und 13, die an dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände 14, 15 und 16 erhalten wird, wird ihren Eingangsklemmen (-) eingegeben. Somit können jeweils an den Klemmen der Komparatoren 31, 32 und 33 Impulssignale, die Wellenformen aufweisen, wie es in den Fig. 5 u, v und w gezeigt ist, jeweils erhalten werden, indem die elektromotorischen Gegenkräfte a, b und c wellenformmäßig geformt werden. Die Impulsflanken der Wellenformen u, v und w fallen jeweils mit den Nulldurchgangspunkten der elektromotorischen Gegenkräfte a, b und c zusammen. Als ein Ergebnis wird von der Ausgangsklemme des ODER- Verknüpfungsglieds 30 ein Wellenformsignal erhalten, wie es in Fig. 5 m gezeigt ist, das einen Impulszug hat, der ansteigende und abfallende Impulsflanken hat, die mit den Nulldurchgangspunkten der dreiphasigen elektromotorischen Gegenkräfte a, b und c zusammenfallen. Fig. 5 n zeigt eine Wellenform eines Signals, das durch differenzieren beider Flanken des Ausgangsimpulssignals m des ODER-Verknüpfungsglieds 30 erhalten wird. Das heißt, das EXKLUSIV-ODER-Verknüpfungsglied 30 gibt ein Impulssignal an dem Nulldurchgangspunkt von jeder der dreiphasigen elektromotorischen Gegenkräfte a, b und c aus, um dadurch einen Impulszug n auszugeben, der sechs Impulse (in Größen des elektrischen Winkels von 60º) pro Periode von jeder der elektromotorischen Gegenkräfte a, b und c aufweist.
In diesem Fall wird jedoch verlangt, um richtig einen Nulldurchgangspunkt einer elektromotorischen Gegenkraft von jeder Klemme der Statorwicklungen 11, 12 und 13 zu bestimmen, einen elektrischen Strom, der zu jeder Statorwicklung fließt, in der Nähe des Nulldurchgangspunkts jeder elektromotorischen Gegenkraft zu Null zu machen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Dies ist aus dem Grund, daß, wenn ein elektrischer Strom in der Nähe des Nulldurchgangspunkts fließt, an jeder Klemme der Statorwicklungen 11, 12 und 13 nicht nur eine elektromotorische Gegenkraft in jeder Statorwicklung induziert wird, sondern auch eine Spannungsabfallskomponente angelegt wird, die dadurch erzeugt wird, daß ein Antriebsstrom in einen Wicklungswiderstand fließt, so daß die richtige Bestimmung eines Nulldurchgangspunkts unmöglich wird. Insbesondere fließen beim Starten des Motors, obgleich geeignet große elektromotorische Gegenkräfte in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 nicht induziert werden, größere elektrische Ströme als jene, die bei dem normalen Betrieb des Motors verlangt werden, zu den Statorwicklungen 11, 12 und 13. Als ein Ergebnis ist es notwendig, um die Nulldurchgangspunkte der elektromotorischen Gegenkräfte a, b und c richtig zu bestimmen, sicherzustellen, daß elektrischer Strom, der zu einer Statorwicklung fließen soll, in der Nähe des Nulldurchgangspunkts davon zu Null gemacht wird. Somit wird insbesondere beim Starten des Motors bevorzugt, die Stromflußweite Dc, die in Fig. 3 gezeigt ist, so auszuwählen, daß sie beträchtlich kleiner als 180º in Größen des elektrischen Winkels sogar im Hinblick auf die Verhinderung der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft ist, beim Erfassen der Nulldurchgangspunkte der elektromotorischen Gegenkräfte mehrfach zu arbeiten.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Periodenbestimmungsschaltung 7, die in Fig. 1 gezeigt ist, im einzelnen unten erläutert.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer Periodenbestimmungsschaltung 7, die in Fig. 1 gezeigt ist. Fig. 7 (a) ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element der Schaltung, die in Fig. 6 gezeigt ist, beim Starten des Motors ausgegeben wird. Fig. 7 (b) ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element der in Fig. 6 gezeigten Schaltung ausgegeben wird, wenn stationär gedreht wird.
In Fig. 6 bedeutet das Bezugszeichen 41 einen Zähler und 40 gibt eine Taktimpulserzeugungsschaltung an. Der Zähler 41 gibt ein Übertragflaggensignal t aus, wenn sein Zählwert einen bestimmten Wert überschreitet. Die Taktimpulserzeugungsschaltung 40 erzeugt einen Taktimpuls ck. Der Taktimpuls ck wird dem Zähler 41 eingegeben. Das Bezugszeichen 47 gibt ein ODER-Verknüpfungsglied mit zwei Eingängen an, das einen Impuls n, der von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft ausgegeben wird, und die Übertragsflagge t erhält, die von dem Zähler 41 ausgegeben wird, und ein Impulssignal z als ein Ausgang der Impulsbestimmungsschaltung 7 ausgibt. Eine Rücksetzimpulserzteugungsschaltung 42 erhält den Impuls z von dem ODER-Verknüpfungsglied 47 und gibt einen Rücksetzimpuls r an den Zähler 41 zum Rücksetzen seines Zählwertes aus. Des weiteren ist die Übertragsflagge t einem Pseudoimpuls äquivalent, der durch die Periodenbestimmungsschaltung 7 erzeugt wird.
Die Arbeitsweise der Periodenbestimmungsschaltung 7, die in Fig. 6 gezeigt ist, wird, wenn ein Motor gestartet wird, zuerst unter Bezugnahme unter Fig. 7 (a) erläutert.
In Fig. 7 (a) ist n ein Impulssignal, das von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft ausgegeben wird. Wenn der Motor gestartet wird, induzieren die dreiphasigen Statorwicklungen 11, 12 und 13 keine elektromotorischen Gegenkräfte, und das Impulssignal n wird von dort nicht ausgegeben. Der Zähler 41 fährt fort, den Taktimpuls ck zu zählen, bis der Rücksetzimpuls r von der Rücksetzimpulserzeugungsschaltung 42 ausgegeben wird. Als ein Ergebnis nimmt der Zählwert des Zählers 41 gleichförmig zu, und, wenn er einen bestimmten Wert überschreitet, wird von ihm die Übertragsflagge t ausgegeben. Die Übertragsflagge t wird durch das ODER-Verknüpfungsglied 47 als das Impulssignal z ausgegeben und gleichzeitig zu der Rücksetzimpulserzeugungsschaltung 42 geschickt. Es wird so geschickt, daß die Rücksetzimpulserzeugungsschaltung 42 einen Rücksetzimpuls r, wie es in Fig. 7 (a) gezeigt ist, an den Zähler 41 ausgibt. Als ein Ergebnis wird der Zählwert des Zählers 41 sofort zurückgesetzt. Somit wird der Zählwert des Zählers 41 als ein Sägezahnwellenformsignal erhalten, wie es analog bei p der Fig. 7 (a) dargestellt ist. Ferner gibt es zwischen der Phase des Impulses z und derjenigen des Rücksetzimpulses r eine Beziehung, wie es in Fig. 7 (a) gezeigt ist. Die Tatsache, daß der Rücksetzimpuls r in der Phase gegen den Impuls z verzögert wird, ist, sicherzustellen, daß der Impuls t von dem Zähler 41 mit einer geeigneten Pulsbreite ausgegeben wird. Auch wird in Fig. 7 (a) die Impulsbreite von jedem der Impulse t, z und r aus Gründen der Bequemlichkeit groß gemacht, aber sie ist ausreichend klein verglichen mit der Impulsdauer.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Periodenbestimmungsschaltung 7, die in Fig. 6 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf Fig. 7 (b) erläutert, wenn sich ein Motor normal dreht.
Die Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft bestimmt Nulldurchgangspunkte der elektromotorischen Gegenkräfte a, b bzw. c, die in den Dreiphasen-Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden, und gibt ein Impulssignal n aus. Das Impulssignal n wird dem ODER-Verknüpfungsglied 47 eingegeben, um dadurch einen Impuls z auszugeben und ihn zur gleichen Zeit zu der Rücksetzimpulserzeugungsschaltung 42 zu schicken. Die Rücksetzimpulsschaltung 42 gibt einen Rücksetzimpuls r, wie es in Fig. 7 (b) gezeigt ist, an den Zähler 41 aus, um dadurch dessen Zählwert sofort zurückzusetzen. Als ein Ergebnis ist der Zählwert des Zählers 41 analog dargestellt als ein Sägezahnwellenformsignal, wie es bei p der Fig. 7 (b) gezeigt ist. Auch gibt in diesem Fall die Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft das Impulssignal n aus, bevor der Zählwert des Zählers 41 einen bestimmten Wert erreicht, so daß der Zählwert zurückgesetzt und eine Übertragsflagge t nicht ausgegeben wird. Wie es aus der obenerwähnten Erläuterung klar ist, gibt, wenn der Motor gestartet wird, die Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Kraft kein Impulssignal n aus, sondern stattdessen wird ein Pseudoimpulssignal, die Übertragsflagge t, als das Impulssignal z mit konstanter Breite ausgegeben. Zusätzlich wird, wenn der Motor normal gedreht wird, das Ausgangsimpulssignal n der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Kraft als das Impulssignal z ausgegeben.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Sägezahnwellenform-Erzeugungsschaltung 3, die in Fig. 1 gezeigt ist, im einzelnen unten erläutert.
Fig. 8 ist ein Schaltungsdiagramm einer Sägezahnwellenform-Erzeugungsschaltung 3 dieser Ausführungsformen. Fig. 9 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element der in Fig. 8 gezeigten Schaltung ausgegeben wird. In Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen 48 die Periodenbestimmungsschaltung 7, die in Fig. 6 gezeigt ist und die erneut aus dem Grund gezeigt ist, weil der Impuls r der von der von Rücksetzimpulserzeugungsschaltung 42 ausgegeben wird, und ein Ausgang eines Zwischenbit und das höchstwertigste Bit des Zählers 41 in der Sägezahnwellenform-Erzeugungsschaltung 3 verwendet werden.
In Fig. 8 bezeichnen die Bezugszeichen 43 und 44 einen ersten Zwischenspeicher bzw. einen zweiten Zwischenspeicher. Mit einer Setzklemme S des ersten Zwischenspeichers 43 ist ein Ausgang des Zwischenbit des Zählers 41 verbunden, und mit einer Setzklemme S des zweiten Zwischenspeichers 44 ist ein Ausgang des höchstwertigsten Bit des Zählers 41 verbunden. Der von der Rücksetzerzeugungsschaltung 42 ausgegebene Rücksetzimpuls r wird zu jeder Rücksetzklemme R des ersten Zwischenspeichers 43 und des zweiten Zwischenspeichers 44 geschickt, um dadurch die Inhalte zurückzusetzen, die gespeichert werden sollen. Die Bezugszeichen 45 und 46 geben ein erstes D-Flip-Flop bzw. ein zweites D-Flip-Flop an. Die Eingangsklemme D des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 und 46 ist mit einer Ausgangsklemme Q von dem ersten und dem zweiten Zwischenspeicher 43 und 44 verbunden, und der Taktklemme C des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 und 46 wird der Ausgangsimpuls z von der Periodenbestimmungsschaltung 7 eingegeben. Ein Kondensator 50 wird zur Auflade- oder Entladungsanwendung verwendet und erzeugt ein Sägezahnwellenformsignal in Reaktion auf das Impulssignal z der Periodenbestimmungsschaltung 7. Eine erste Konstantstromversorgungsschaltung 51, eine zweite Konstantstromversorgungsschaltung 52 und eine dritte Konstantstromversorgungsschaltung 53 führen jeweils einen Aufladestrom dem Kondensator 50 zu, wobei die Größen der Aufladeströme, die dort zugeführt werden, jeweils bei I1, I2 bzw. I3 angegeben sind. Von jenen sind eine erste und zweite Konstantstromversorgungsschaltung 51 und 52 jeweils über einen Schalter 56 und einen Schalter 57 mit dem Kondensator 50 verbunden. Die Schalter 56 und 57 werden in Reaktion auf Ausgangssignale von den Ausgangsklemmen Q des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 bzw. 46 auf eine solche Weise betätigt, daß sie AUS geschaltet werden, wenn die Ausgangssignale von ihnen "H" (hoher Pegel) sind und sie werden EIN geschaltet, wenn sie "L" (niedriger Pegel) sind. Das heißt, der Aufladestrom, der dem Kondensator 50 zugeführt werden soll, kann in Reaktion auf die EIN-AUS-Arbeitsweise der Schalter 56 und 57 angepaßt werden. Das Bezugszeichen 54 gibt einen Rücksetzschalter zum Entladen einer in dem Kondensator 50 gespeicherten, elektrischen Ladung an, und 55 gibt einen Pufferverstärker an, dessen Eingangsklemme mit dem Kondensator 50 verbunden ist. Die Ausgangsklemme des Pufferverstärkers 55 wird die Ausgangsklemme der Sägezahnwellenform-Erzeugungsschaltung 3. In Fig. 8 bilden der Auflade- und Entladungskondensator 50, die drei Konstantstromversorgungsschaltungen 51, 52 und 53, die zwei Schalter 56 und 57, der Rücksetzschalter 54 und der Pufferverstärker 55 eine Wellenformerzeugungsschaltung 90 der Sägezahnwellenform-Erzeugungsschaltung 3.
Die Arbeitsweise der Wellenformerzeugungsschaltung 3, die in Fig. 8 gezeigt ist, wird, wenn sich der Permanentmagnetrotor 27 mit einer hohen Drehzahl dreht, zuerst unter Bezugnahme auf Fig. 9 (a) erklärt.
In Fig. 9 ist n ein Impulssignal, das von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Kraft ausgegeben wird. Die Anstiegsflanken des Impulssignals n geben Nulldurchgangspunkte der elektromotorischen Gegenkraft a, b bzw. c an, die in den Dreiphasen-Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden. Die Impulsbreite des Signals n ist 60º in Größen des elektrischen Winkels äquivalent. Der alphabetische Buchstabe r ist ein Rücksetzimpulssignal, das von der Rücksetzimpulserzeugungsschaltung 42 ausgegeben wird. Das Impulssignal z und das Rücksetzimpulssignal r stehen phasenmäßig in Beziehung, wie es in Fig. 9 (a) gezeigt ist, in der das Impulssignal r in der Phase gegenüber dem Impulssignal z verzögert wird. Dies ist, das Übertragen des Bitwerts des Zählers 41 zu dem ersten und zweiten Zwischenspeicher 43 und 44 sicherzustellen. Ferner wird, wobei auf Fig. 9 (a) Bezug genommen wird, eine Impulsbreite von dem Impuls z und dem Rücksetzimpuls r der Bequemlichkeit halber groß gemacht, ist ausreichend klein verglichen mit der Impulsdauer.
Der Zähler 41 fährt fort, Taktimpulse ck zu zählen, bis die Rücksetzimpulserzeugungsschaltung 42 das Rücksetzimpulssignal r ausgibt. Das Rücksetzimpulssignal r hat die gleiche Periode wie das Impulssignal z, das von der Periodenbestimmungsschaltung 6 ausgegeben wird (in diesem Fall ist der Impuls z gleich dem Impuls n, der von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft ausgegeben wird) was bedeutet, daß der Zählwert des Zählers 41 ein Wert der Periode des Impulssignals n wird, das von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft ausgegeben wird. Dieser Zustand ist analog bei p der Fig. 9 (a) gezeigt.
Wenn der Permanentmagnetrotor 27 bei einer hohen Drehzahl ist, wird der Zählwert des Zählers 41 ausreichend klein, und ein Bitwert des Zählers 41, der der Setzklemme S von dem ersten und dem zweiten Zwischenspeicher 43 und 44 eingegeben wird, wird stets "L", und ein Ausgangssignal, das an der Ausgangsklemme Q des ersten und des zweiten Zwischenspeichers 43 und 44 ausgegeben wird, wird auch "L". Als ein Ergebnis erhält die Eingangsklemme D des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 und 46 ein Signal "L", das von der Ausgangsklemme Q des ersten und des zweiten Zwischenspeichers 43 und 44 ausgegeben wird, und die Taktklemmen C des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 und 46 erhalten über das ODER-Verknüpfungsglied 47 das Impulssignal n, das von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft ausgegeben wird, so daß ein Ausgangssignal an der Ausgangsklemme Q des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 und 46 auch als "L" bleibt.
Deshalb werden beide Schalter 56 und 57 auf EIN geschaltet, so daß der Kondensator 50 mit einem Ladestrom (I1 + I2 + I3) versorgt wird, der durch Aufsummieren der Ströme I1, I2 bzw. I3 erhalten wird, die von der ersten, zweiten und dritten Konstantstromversorgungsschaltung 51, 52 und 53 ausgegeben werden. So empfangen, beginnt der Kondensator 50 mit einer konstanten Steigung aufgeladen zu werden. Wenn jedoch das Impulssignal n eingegeben wird, wird der Rücksetzschalter 54 sofort auf EIN geschaltet, so daß ein elektrische Ladung, die in dem Kondensator 50 gespeichert ist, sofort entladen wird. Dieser Zustand ist bei st der Fig. 9 (a) gezeigt. Wie es oben erläutert worden ist, wird ein Sägezahnwellenformsignal st phasengleich zu dem Impulssignal n von der Sägezahnwellenform-Erzeugungsschaltung 3 ausgegeben.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Sägezahnwellenform-Erzeugungsschaltung 3, die in Fig. 8 gezeigt ist, wenn der Permanentmagnetrotor 27 bei einer mittleren Drehzahl gedreht wird, unter Bezugnahme auf Fig. 9 (b) erläutert.
In dem Fall, daß der Permanentrotor 27 bei einer mittleren Drehzahl ist, wird angenommen, daß das Impulssignal n, das von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Kraft ausgegeben wird, eine längere Periode als in dem Fall hat, daß er sich in einem Hochdrehzahlzustand befindet, und der Zählwert des Zählers 41 wird größer als in dem Fall, wenn er mit hoher Drehzahl gedreht wird, so daß der Bitwert, der an der Setzklemme S des ersten Zwischenspeichers 43 eingegeben wird, von "L" auf "H" geändert wird und der Bitwert, der der Setzklemme S des zweiten Zwischenspeichers 44 eingegeben wird, stets "L" wird. So wird, wie oben angenommen, daß von der Ausgangsklemme Q des ersten Zwischenspeichers 43 ein Signal, das wiederholt "L" und "H" wird, ausgegeben wird, und andererseits von der Ausgangsklemme Q des zweiten Zwischenspeichers 44 ein Signal ausgegeben wird, das stets "L" wird. Diese Zustände sind bei q1 und q2 der Fig. 9 (b) gezeigt. Als ein Ergebnis werden, wenn das Impulssignal n, das von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft ausgegeben wird, der Taktklemme C des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 und 46 eingegeben wird, die Ausgangssignale der Ausgangsklemmen Q des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 und 46 "H" und "L", wie es bei s1 bzw. s2 der Fig. 9 (b) gezeigt ist, da die Eingangsklemmen D des ersten und des zweiten D-Flip- Flop 45 und 46 jeweils mit Signalen "H" und "L" versehen werden, die von den Ausgangsklemmen Q des ersten und des zweiten Zwischenspeichers 43 und 44 ausgegeben werden.
Als ein Ergebnis wird der Schalter 56 AUS geschaltet und der Schalter 57 wird EIN geschaltet, und dem Kondensator 50 werden nur Ladeströme zugeführt, die von der zweiten und der dritten Konstantstromversorgungsschaltung 52 und 53 ausgegeben werden, deren Größe als (I1 + I2) ausgedrückt wird. Der Ladestrom wird verglichen mit dem Fall klein, bei dem mit hoher Drehzahl gedreht wird, was bedeutet, daß der Kondensator 50 beginnt, mit einer konstanten Steigung langsamer als in dem Fall aufgeladen zu werden, indem er sich mit hoher Drehzahl dreht. Dieser Zustand ist bei st der Fig. 9 (b) gezeigt. Des weiteren ist die Wellenform, die mit unterbrochenen Linien bei st der Fig. 9 (b) gezeigt ist, eine Sägezahnwellenform, die erhalten wird, wenn der gleiche Ladestrom zugeführt wird, wenn mit einer hohen Drehzahl gedreht wird, oder (I1 + I2 + I3) wird dem Kondensator 50 zugeführt, wenn bei einer mittleren Drehzahl gedreht wird. Wie es durch die durchgezogene Linie bei st der Fig. 9 (b) gezeigt ist, kann, indem die Größe eines Ladestroms, der dem Kondensator 50 in Reaktion auf die Drehzahl des Rotors 27 zugeführt werden soll, der Spitzenwert einer Sägenzahnwellenform, wenn bei einer mittleren Drehzahl gedreht wird, größengleich zu der gemacht werden, wenn mit einer hohen Drehzahl gedreht wird. Wie es aus den oben angegebenen Erläuterungen klar ist, kann, selbst wenn bei einer mittleren Drehzahl gedreht wird, die Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3 ein Sägezahnwellenformsignal st erzeugen, das phasengleich zu dem Impulssignal z ist und einen Spitzenwert hat, der erhalten wird, wenn bei hoher Drehzahl gedreht wird.
Ähnlich wird die Arbeitsweise der Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3 unten unter Bezugnahme auf Fig. 9 (c) erläutert, wenn sich der Permanentmagnetrotor 27 mit niedriger Drehzahl dreht.
Wenn der Permanentmagnetrotor 27 mit niedriger Drehzahl gedreht wird, wird die Periode des Impulssignals n, das von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft ausgegeben wird, länger als das, das erhalten wird, wenn er bei einer mittleren oder hohen Drehzahl gedreht wird, und der Zählwert des Zählers 41 wird noch größer als der, der erhalten wird, wenn mit einer mittleren Drehzahl gedreht wird. Somit werden der Bitwert, der von dem Zähler 41 der Setzklemme S des ersten Zwischenspeichers 43 eingegeben wird, und der Bitwert, der von dort der Setzklemme S des zweiten Zwischenspeichers 44 eingegeben wird, beide von "L" auf "H" geändert, und beide Ausgangssignale von der Ausgangsklemme Q des ersten Zwischenspeichers 43 und das von der Ausgangsklemme Q des zweiten Zwischenspeichers 44 werden "L" bzw. "H". Diese Zustände sind bei q1 und q2 der Fig. 9 (c) gezeigt. Als ein Ergebnis erhalten, wenn das Impulssignal n den Taktklemmen C des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 und 46 eingegeben werden, die Eingangsklemmen D des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 und 46 ein Signal mit "H" jeweils von den Ausgangsklemmen Q des ersten und des zweiten Zwischenspeichers 43 und 44, so daß Ausgangssignale von den Ausgangsklemmen Q des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 und 46 "H" werden, wie es bei s1 und s2 der Fig. 9 (c) gezeigt ist.
Demgemäß werden die Schalter 56 und 57 auf AUS geschaltet, und dem Kondensator 50 wird ein Ladestrom I3 von der dritten Konstantstromversorgungsschaltung 53 zugeführt. In diesem Fall wird der zuzuführende Ladestrom weiter kleiner als der gemacht, der erhalten wird, wenn mit hoher oder mit mittlerer Drehzahl gedreht wird, was bedeutet, daß der Kondensator 50 beginnt, mit einer konstanten Steigung aufgeladen zu werden, die sanfter als die ist, die erhalten wird, wenn bei einer mittleren Drehzahl gedreht wird. Dies ist bei st der Fig. 9 (c) gezeigt. Die durch unterbrochene Linien bei st der Fig. 9 (c) gezeigte Wellenform zeigt eine Sägezahnwellenform, die erhalten wird, wenn der gleiche Ladestrom wie in dem Fall zugeführt wird, in dem mit hoher Drehzahl gedreht wird, oder (I1 + I2 + I3) wird dem Kondensator 50 zugeführt, wenn bei niedriger Drehzahl gedreht wird. Wie es durch die durchgezogene Linie bei st der Fig. 9 (c) gezeigt ist, kann, indem die Größe eines Ladestroms, der dem Kondensator 50 in Reaktion auf die Drehzahl des Permanentmagnetrotors 27 zugeführt werden soll, verändert wird, der Spitzenwert einer Sägezahnwellenform, wenn bei niedriger Drehzahl gedreht wird, in der Größe gleich derjenigen gemacht werden, wenn mit einer hohen Drehzahl gedreht wird. Wie es aus den obenerwähnten Erläuterungen klar ist, kann, selbst wenn bei niedriger Drehzahl gedreht wird, die Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3 ein Sägezahnwellenformsignal st erzeugen, das phasengleich mit dem Impulssignal n ist, und einen Spitzenwert hat, der gleich dem ist, der erhalten wird, wenn mit einer hohen Drehzahl gedreht wird.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm der Hauptschaltung einer Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3 gemäß einer anderen Ausführungsform der Schaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Die in Fig. 10 gezeigte Schaltung ersetzt die in Fig. 8 gezeigte Wellenformerzeugungsschaltung 90 durch eine digitale Schaltung. Fig. 10 zeigt nur die Anordnung der Wellenformerzeugungsschaltung 90.
In Fig. 10 gibt das Bezugszeichen 81 eine Frequenzteilerschaltung an. Die Frequenzteilerschaltung 81 frequenzunterteilt ein eingegebenes Taktsignal ck in zwei und in vier, um Taktsignale ck/2 und ck/4 zu erzeugen und gibt sie aus. Eine Datenauswähleinrichtung 82 wählt ein Taktsignal aus den drei Taktsignalen ck, ck/2 und ck/4 aus und gibt das ausgewählte Taktsignal aus, das mittels der Eingangssignale s1 und s2 geschaltet wird. Ein Zähler 83 erhält ein Ausgangssignal von der Datenauswähleinrichtung 82 als einen Takteingang. Ferner erhält der Zähler 83 das Impulssignal n von der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Kraft, um den Zählwert des Zählers 83 zurückzusetzen. Ein D-A (Digital/Analog) Wandler 84 wandelt einen Digitalwert des Zählers 83 in einen Analogwert um. Die Ausgangsklemme des Digital/Analog-Wandlers 84 wird die Ausgangsklemme der Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3, um ein Signal st auszugeben.
Der Betrieb der Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3, die in Fig. 10 gezeigt ist, wird, wenn der Permanentmagnetrotor 27 mit niedriger, mittlerer oder hoher Drehzahl gedreht wird, erläutert, wie es in dem Fall unter Verwendung von Fig. 8 gezeigt ist.
Der Zählwert des Zählers 83 nimmt gleichmäßig mit der Zunahme der Zeit zu, und der Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 84 zum Umwandeln eines Digitalwertes des Zählers 83 in einen Analogwert nimmt mit einer konstanten Steigung in der gleichen Weise wie in dem Fall unter Verwendung der Fig. 8 zu. In diesem Fall jedoch wird, wenn das Impulssignal n dem Zähler 83 eingegeben wird, der Inhalt des Zählers 83 sofort zurückgesetzt, so daß ein Ausgangssignal von dem Digital/Analog-Wandler 84 ein Sägezahnwellenformsignal st wird, das eine Sägezahnform hat. Wenn der Rotor 27 mit hoher Drehzahl gedreht wird, ähnlich dem Fall der Verwendung der Fig. 8, werden beide Ausgangssignale des ersten und des zweiten D-Flip-Flop 45 und 46 oder s1 und s2 "L". Unter einer solchen Bedingung wählt die Datenauswählausrichtung 82 das Taktsignal ck aus. Wenn mit einer mittleren Drehzahl gedreht wird, wird s1 "H" und s2 wird "L" und die Datenauswähleinrichtung 82 wählt das Taktsignal ck/2 aus. Wenn mit mittlerer Drehzahl gedreht wird, werden s1 und s2 beide "H" und die Datenauswähleinrichtung 82 wählt das Blocksignal ck/4 aus. Dies bedeutet, daß, wenn die Drehung mit der Drehzahl von einem hohen, mittleren zu einem niedrigen Wert geändert wird, die Frequenz eines Taktsignals, die die Datenauswähleinrichtung 82 auswählt, in der Reihenfolge von ck, ck/2 und ck/4 abnimmt, so daß, selbst wenn die Periode des Impulssignals n aufgrund der Verringerung der Drehzahl lang wird, der Zählwert der Zähler 82 im wesentlichen gleich ist, unabhängig von der Drehzahl des Rotors 27. Als ein Ergebnis kann der Spitzenwert des Ausgangssignals st, das durch analoges Umwandlen des Zählers 83 durch den Digital/Analog-Wandler 84 erhalten wird, im wesentlichen gleich sein, wie es in dem Fall unter Verwendung von Fig. 8 gezeigt ist, so daß die Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3 ein Sägezahnwellenformsignal st mit gleicher Phase wie das Impulssignal n und im wesentlichen dem gleichen Spitzenwert unabhängig von der Drehzahl des Rotors 27 erzeugen kann.
Fig. 11 ist ein Schaltungsdiagramm einer Logikimpulserzeugungsschaltung 2, die in Fig. 1 gezeigt ist. Fig. 12 ist ein Diagramm, das eine Wellenform zeigt, die von jedem Element der Schaltung ausgegeben wird, die in Fig. 11 gezeigt ist.
In Fig. 11 bezeichnet das Bezugszeichen 80 einen sechsphasigen Ringzähler, der das Impulssignal z von der Periodenbestimmungsschaltung 7 erhält. Sechs Ausgangsklemmen davon geben jeweils sechsphasige Impulssignale p1, p2, p3, p4, p5 und p6 aus, wie es in Fig. 12 gezeigt ist. Diese Impulssignale haben jeweils eine Impulsbreite von 60º in Größen des elektrischen Winkels und werden zu der Trapezwellenformsignal-Formungsschaltung 4 geschickt.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Trapezwellenformsignal- Formungsschaltung 4, die in Fig. 1 gezeigt ist, im einzelnen unten erläutert.
Fig. 13 ist ein Schaltungsdiagramm der Trapezwellenformsignal- Formungsschaltung 4 und Fig. 14 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element der in Fig. 13 gezeigten Schaltung ausgegeben wird.
In Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 60 eine Eingangsklemme der Trapezwellenformsignal-Formungsschaltung 4, um ein Ausgangssignal st von der Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3 zu erhalten, 63 bezeichnet einen Pufferverstärker, der eine mit einer Bezugsstromversorgungsschaltung 62 verbundene Eingangsklemme aufweist, um ein Signal sf zu erhalten, 61 einen Umkehrverstärker, um das Ausgangssignal st von der Eingangsklemme 60 und das Ausgangssignal sf von dem Pufferverstärker 63 zu erhalten. Mithin werden drei Signale, die das Signal st von der Eingangsklemme 60, das Signal sf von dem Pufferverstärker 63 und ein Ausgangssignal sd vom dem Umkehrverstärker 61 umfassen, jeder Signalformungsschaltung 71, 72, 73, 74, 75 und 76 eingegeben. Ferner haben die Signalformungsschaltung 71, 72, 73, 74, 75 und 76 alle die gleiche Ausbildung zueinander, und es ist nur die Ausbildung der Signalformungsschaltung 71 typischerweise in Fig. 13 gezeigt. In der Signalformungsschaltung 71 sind 64, 65 und 66 Schalter und ihr eines Ende ist mit der Eingangsklemme 60, dem Pufferverstärker 63 bzw. dem Umkehrverstärker 61 verbunden, und ihre anderen Enden sind gemeinsam mit einem Widerstand 67 verbunden. Ein durch den Widerstand 67 erhaltenes Spannungssignal wird ein Ausgangssignal von der Signalformungsschaltung 71. In Fig. 13 werden die Schalter 64, 65 und 66 in Reaktion auf die drei Impulssignale (p1, p2, p3) von den sechsphasigen Impulssignalen p1, p2, p3, p4, p5 und p6, die von der Logikimpulserzeugungsschaltung 2 ausgegeben werden, EIN- oder AUS-geschaltet. Dann wird von der Ausgangsklemme der Signalformungsschaltung 71 ein Signal d ausgegeben. Ähnlich werden drei Schalter (nicht gezeigt) von jeder der Signalformungsschaltungen 72, 73, 74, 75 und 76 EIN oder AUS in Reaktion auf die drei Impulssignale (p2, p3, p4,), (p3, p4, p5,), (p4, p5, p6), (p5, p6, p1) bzw. (p6, p1, p2) geschaltet. Dann geben die Schaltungen 72, 73, 74, 75 bzw. 76 Signale e, f, g, h und i an ihren Ausgangsklemmen aus.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Trapezsignalformungsschaltung in Fig. 13 unter Bezugnahme auf Fig. 14 erklärt, in der eine Signalwellenform gezeigt ist, die von jedem Element davon ausgegeben wird.
In Fig. 14 ist z ein Ausgangssignal von der Periodenbestimmungsschaltung 6, p1, p2, p3, p4, p5 und p6 sind Ausgangssignale von der logischen Impulsschaltung 2, und st ist ein Ausgangssignal von der Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3. Da das Ausgangssignal st von der Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3 zu dem Umkehrverstärker 61 geschickt wird, wird ein Ausgangssignal von dem Umkehrverstärker 61 ein Signal, wie es bei sd bei der Fig. 14 gezeigt ist, das erhalten wird, indem das Signal st oder (sd = sf - ft) umgekehrt wird. Fig. 14 (sf) zeigt die Wellenform eines Ausgangssignals des Pufferverstärkers 63, dessen Größe so gesetzt wird, daß sie gleich dem Spitzenwert des Sägezahnwellenformsignals st wird. Die Schalter 64, 65 und 66 der Signalformungsschaltung 71 werden durch ein Signal mit "H" EIN geschaltet und mittels eines Signals von "L" in Reaktion auf die Impulssignale p1, p2 und p3 AUS-geschaltet, die von der Logikimpulserzeugungsschaltung so ausgegeben werden, so daß die Ausgänge der Eingangsklemme 60, des Pufferverstärkers 63 und des Umkehrverstärkers 61 mit der Ausgangsklemme der Signalformungsschaltung 71 in einer aufeinanderfolgenden Weise verbunden werden, so daß ein Trapezwellenformsignal erhalten wird, wie es bei d der Fig. 14 gezeigt ist.
Auf ähnliche Weise wie oben geben die Signalformungsschaltung 72, 73, 74, 75 bzw. 76 an ihren Ausgangsklemmen Trapezwellenformsignale e, f, g, h und i in Reaktion auf die Impulssignale (p2, p3, p4), (p3, p4, p5), (p4, p5, p6), (p5, p6, p1) und (p6, p1, p2) aus.
Als nächstes wird die Arbeitsweise einer Stellungssignalformungsschaltung 5, die in Fig. 1 gezeigt ist, unten beschrieben.
Fig. 15 ist ein Schaltungsdiagramm einer Stellungssignalformungsschaltung 5 dieser Ausführungsform, und Fig. 16 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element der Schaltung 5 ausgegeben worden ist.
In Fig. 15 bezeichnen die Bezugszeichen 111 und 112 Bezugsspannungsversorgungsschaltungen, 110 bezeichnet einen Schalter, der auf die Seite des Schalters 111 oder auf die Seite des Schalters 112 in Reaktion auf ein Ausgangssignal s1 von dem ersten D-Flip- Flop 45 oder einem Ausgangssignal s2 von dem zweiten D-Flip-Flop 46 geschaltet wird, die die Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3 bilden, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Die Bezugszeichen 101, 102 und 103 geben Subtraktionseinrichtungen an, die jeweils die Trapezwellenformsignale d, f und h erhalten, die durch die Trapezwellenformsignalerzeugungsschaltung 4 gebildet werden. Ferner erhält jede Subtraktionseinrichtung 101, 102 und 103 über den Schalter 110 einen konstanten Gleichspannungswert von der Bezugsspannungversorgungsschaltung 111 oder 112. Die Bezugszeichen 104, 105 und 106 geben Multiplikationseinrichtungen an, die Ausgangssignale von den Subtraktionseinrichtungen 101, 102 bzw. 103 erhalten, 109 gibt eine Addiereinrichtung an, die Ausgangssignale von den Multiplikationseinrichtungen 104, 105 und 106 erhalten, 107 gibt einen Verstärker an, dessen eine Eingangsklemme (+) ein Ausgangssignal von Addiereinrichtung 109 erhält, und dessen andere Eingangsklemme (-) einen Gleichspannungswert von einer Bezugsspannungversorgungsschaltung 108 erhält. Das Ausgangssignal von dem Verstärker 107 wird zu den Multiplikationseinrichtungen 104, 105 und 106 als ein Verstärkungssteuerungseingangssignal geschickt, um dadurch die Verstärkung von jeder der Multiplikationseinrichtungen 104, 105 und 106 zu steuern. Dann werden von den Multiplikationseinrichtungen 104, 105 und 106 Signale d', f' bzw. h' ausgegeben. Die Subtraktionseinrichtungen 101, 102 und 103, die Multiplikationseinrichtungen 104, 105 und 106, die Additionseinrichtung 109, der Verstärker 107, der Schalter 110 und die Bezugsspannungsversorgungsschaltungn 108, 111 und 112 bilden eine Stellungssignalformungsschaltung 91 für eine obere Seite, um ein Basissignal zu erzeugen, das an die Transistoren 21, 22 und 23 anzulegen ist, die in Fig 2 gezeigt sind. Ähnlich werden die Trapezwellenformsignale e, g und i, die durch die Tranpezwellenformsignalformungsschaltung 4 gebildet werden, umwandelbar durch eine Stellungssignalformungsschaltung 92 für die untere Seite zu Signalen e', g' bzw. i' gebildet. In diesem Fall jedoch weist die Stellungssignalformungsschaltung 92 für die untere Seite die gleiche Ausgestaltung wie die Stellungssignalformungsschaltung 91 für die obere Seite auf, und nur die Ausgestaltung der Stellungssignalformungsschaltung 91 für die obere Seite wird hier gezeigt. In Fig. 15 bezeichnen die Bezugszeichen 121, 122, 123, 124, 125 und 126 Spannungs- Stromumwandlungsschaltungen, die die Spannungssignale d', f', h', e', g' und i', die durch die Stellungssignalformungsschaltung 91 für die obere Seite und die Stellungssignalformungsschaltung 92 für die untere Seite erhalten worden sind, in Stromsignale d", f", h", e", g" bzw. i" umwandeln.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Positionssignalformungsschaltung 5, die in Fig. 15 gezeigt ist, wenn der Permanentmagnetrotor 27 mit niedriger Drehzahl gedreht wird, zuerst unten unter Bezugnahme auf Fig. 16 erläutert, die eine Signalwellenform zeigt, die von jedem Element davon ausgegeben wird. In diesem Fall jedoch wird angenommen, daß ein Signal s1 (oder s2) das dem Schalter 110 eingegeben wird, wenn bei niedriger Drehzahl gedreht wird, "H" wird und mit der Seite der Bezugsspannungsversorgungsschaltung 111 (ein Gleichspannungswert x) verbunden ist.
In Fig 16, d, e, f, g, h und i zeigen sechsphasige Trapezwellenformsignale, die von der Trapezwellenformsignalformungsschaltung 4 ausgegeben werden, und die Fußbreite von jedem dieser Signale ist 180º in Größen des elektrischen Winkels, wie es in Fig. 16 zu sehen ist. Ferner ist ein Gleichstromwert x der Bezugsspannungsversorgungsschaltung 111 für jedes Signal durch die abwechselnd lang- und kurzunterbrochene Linie gezeigt. Das heißt, von den Subtraktionseinrichtungen 101, 102 und 103 werden nur Signale, die aus den oberen Teilen der abwechselnd lang- und kurz gestrichelten Linien der Signale d, e, f, g, h und i gebildet sind, ausgegeben. Die Multiplikationseinrichtungen 104, 105 und 106, die Addiereinrichtung 109 und der Verstärker 107 bilden eine geschlossene Schleife, in der die Multiplikationseinrichtungen 104, 105, 106 in bezug auf ihre Verstärkungen so gesteuert werden, daß ein Ausgang von der Addiereinrichtung 109 gleich dem Gleichspannungswert der Bezugsspannungsversorgungsschaltung 108 wird. Als ein Ergebnis werden die Eingangssignale der Multiplikationseinrichtungen 104, 105 bzw. 106 von der Addiereinrichtung 101, 102 und 103 sechsphasige Trapezwellenformsignale mit gleichem Spitzenweg untereinander, und mit einer kleineren Fußbreite als 180º in Größen des elektrischen Winkels, wie es bei d', e', f', g', h' und i' der Fig. 16 gezeigt ist. Auch kann die Fußbreite von jedem Trapezwellenformsignal frei zwischen 180º (wenn x = 0) und 120º in Größen des elektrischen Winkels gesetzt werden, indem die Größe des Gleichspannungswertes x der Bezugsspannungsversorgungsschaltung 111 verändert wird.
Dann, wenn der Rotor 27 mit hoher Drehzahl gedreht wird, wird das Signal s1 (oder s2), das dem Schalter 110 eingegeben wird, "L" und wird mit der Seite der Bezugsspannungsversorgungsschaltung 112 (ein Gleichspannungswert x') verbunden, so daß eine Fußbreite von jeder Stellungssignalwellenform größer als die gemacht werden kann, die erhalten wird, wenn bei niedriger Drehzahl gedreht wird (x' < x). Ferner sind, wenn die Größe des Gleichspannungswertes x' der Bezugsspannungsversorgungsschaltung 112 auf Null gesetzt wird, die Signale d', e', f', d', h' und i' gleich den Signalen d, e, f, g, h bzw. i, so daß es möglich ist, die Fußbreite von jedem Trapezwellenformsignal zu 180º in Größen des elektrischen Winkels zu machen.
Insbesondere wird, wenn ein Motor gestartet wird, obgleich ausreichend große, elektromotorische Gegenkräfte nicht in den Statorwicklungen des Rotors induziert werden, ein elektrischer Strom, der größer als der ist, wenn sich der Motor bei der normalen Drehung befindet, an die Statorwicklungen angewendet, so daß, um die Nulldurchgangspunkte der elektromotorischen Gegenkräfte zu erfassen, die richtig induziert werden sollen, verlangt wird, sicherzustellen, daß der elektrische Strom in der Nähe des Nulldurchgangspunkts von jeder elektromotorischen Gegenkraft Null wird. Demgemäß wird es vom Gesichtspunkt, die Fehlfunktion der Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft beim Erfassen des Nulldurchgangspunkts einer elektromotorischen Gegenkraft zu verhindern, die darin induziert wird, bevorzugt, eine leitende Weite Dc auszuwählen, die in Fig. 3 gezeigt ist, so daß sie beträchtlich kleiner 180º in Größen des elektrischen Winkels ist, sowie den Gleichspannungswert x groß zu setzen, wenn gestartet wird. Und wenn die Drehung normal wird, kann der Gleichspannungswert x klein eingestellt werden.
Die Signale d', e', f', g', h' und i', die in Fig. 16 gezeigt sind, werden Stellungssignale des Permanentmagnetrotors 27. Diese Stellungssignale d', e', f', g', h' und i' sind Spannungssignale und werden jeweils durch die Spannungsstromumwandlungsschaltungen 121, 124, 122, 125, 123 und 126 in die Stromsignale d", e", f", g", h" und i" gemäß den jeweiligen einzugebenden Spannungen umgewandelt und dann zu der Stromversorgungsschaltung 6 geschickt, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Wie es klar aus den vorgenannten Erläuterungen zu sehen ist, erfaßt in einem bürstenlosen Gleichstrommotor dieser Erfindung eine Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Gegenkraft Nulldurchgangspunkte der elektromotorischen Gegenkräfte a, b bzw. c, die in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden, und wandelt sie in ein Impulssignal n um. Als nächstes mißt eine Periodenbestimmungsschaltung 7 eine Periode des Impulssignals n, und gibt, wenn die derart gemessene Periode innerhalb eines bestimmten Bereiches ist, das Impulssignal n aus, und wenn gestartet wird, gibt sie ein Pseudoimpulssignal t als ein Ausgangsimpulssignal z statt des Impulssignals z an eine Logikimpulserzeugungsschaltung 2 und eine Sägezahnwellenformerzeungsschaltung 3 aus. Die Logikimpulserzeugungsschaltung 2 erhält dieses Impulssignal z, um sechsphasige Impulssignale p1, p2, p3, p4, p5 und p6 zu erzeugen. Die Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3 erhält auch das Impulssignal z und erzeugt ein Sägezahnwellensignal st mit gleicher Phase wie das Impulssignal z. Das Sägezahnwellenformsignal st und die sechsphasigen Signale p1, p2, p3, p4, p5 und p6 werden zu einer Trapezwellenformsignalformungsschaltung 4 geschickt, um sie in sechsphasige Trapezwellenformsignale d, e, f, g, h und i umzuwandeln, wie es in Fig. 14 gezeigt ist. Diese sechsphasigen Trapezwellenformsignale d, e, f, g, h und i werden zu einer Stellungssignalformungsschaltung 5 geschickt und jeweils in Trapezwellenformstellungssignale d', e', f', g', h' und i' umgewandelt, die jeweils eine kleinere Fußbreite als 180º in Größen des elektrischen Winkels haben. Schließlich führt eine Stromversorgungsschaltung 6 einen Antriebsstrom bidirektional den Statorwicklungen 11, 12 und 13 in einer aufeinanderfolgenden Weise in Reaktion auf diese Rotorstellungssignale d', e', f', g', h' und i' zu, wie es in Fig. 3 j, k und l gezeigt ist, so daß der Permanentmagnetrotor 27 gedreht wird. Eine Bezeichnung Dc, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist eine leitende Weite von jedem der Antriebsstromsignale j, k und l, die frei eingestellt werden kann, indem der Gleichstromwert einer Bezugsspannungsversorgungsschaltung 111 oder 112 der Stellungssignalformungsschaltung 5 eingestellt wird, die in Fig. 15 gezeigt ist.
Somit ermöglicht ein bürstenloser Gleichstrommotor diese Erfindung, daß ein elektrischer Strom bidirektional zu den Statorwicklungen auf der Grundlage des Vollwellen-Betriebsverfahrens ohne Ausrüstung mit einem Stellungssensor fließt, wie beispielsweise dem Hall-Sensor.
Ferner ist es nicht notwendig zu zeigen, daß, wenn eine leitende Breite von jedem der Antriebsstromsignale j, k und l, die den Statorwicklungen 11, 12 und 13 zuzuführen sind, auf einen Wert von 180º in Größen des elektrischen Winkels festgelegt wird, die Spannungssignale von der Trapezwellenformsignalformungsschaltung 4 durch entsprechende Spannungs-Stromumwandlungsschaltungen in Stromsignale umgewandelt werden, ohne besonders mit einer Stellungssignalformungsschaltung 5 ausgerüstet zu sein, und dann können die derart umgewandelten Stromsignale direkt zu der Stromversorgungsschaltung 6 geschickt werden.
Des weiteren verwendet die Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Kraft, die diese Erfindung betrifft, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, drei Widerstände, die gemeinsam miteinander verbunden sind, um ein elektrisches Potential des neutralen Punktes o der Statorwicklungen zu bestimmen. In diesem Fall jedoch ist es nicht notwendig zu sagen, daß eine Signalleitung verwendet werden kann, die unmittelbar an dem neutralen Punkt der Statorwicklungen eines Motors für diesen Zweck abgenommen wird, Des weiteren wird bei diesen Ausführungsformen dieser Erfindung, die oben beschrieben worden sind, ein Motor verwendet, der auf einen Dreiphasenmotor beschränkt ist, der Statorwicklungen mit Y-(Stern)-Verbindung aufweist, aber sie ist nicht darauf beschränkt, sondern fähig einen Motor zu verwenden, dessen Statorwicklungen eine Δ (Delta)-Verbindung aufweisen.
Ferner mißt bei dieser Ausführungsform einer Sägezahnwellenformerzeugungsschaltung 3 dieser Erfindung eine Periodenbestimmungsschaltung 6 die Periode des Impulssignals n, das von einer Erfassungsschaltung 1 für die elektromotorische Kraft ausgegeben wird, und ein Neigungswinkel wird auf einer Zeitbasis einer Sägezahnwellenform durch drei Schritte in Reaktion auf die derart gemessene Periode umgewandelt, aber es ist nicht notwendig zu sagen, daß sie nicht darauf beschränkt ist und auf mehr als drei erhöht werden kann, sowie kontinuierlich verändert werden kann.

Claims

1. Ein bürstenloser Gleichstrommotor umfassend:

einen Rotor (27);

eine Mehrzahl Statorwicklungen (11, 12, 13);

eine Erfassungsschaltung (1) für die elektromotorische Kraft zum Erzeugen eines Impulssignalzuges in bezug auf die elektromotorischen Gegenkräfte, die jeweils in der genannten Mehrzahl von Statorwicklungen induziert werden;

eine Periodenbestimmungsschaltung (7) zum Ausgeben des genannten Impulssignalzuges, wenn die Periode des genannten Impulssignalzuges innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist, und zum Ausgeben eines Pseudoausgangsimpulssignals, wenn die Periode des genannten Impulssignalzuges den vorbestimmten Bereich überschreitet;

eine Logikimpulserzeugungsschaltung (2) zum Erzeugen von Mehrphasenimpulssignalen in Reaktion auf den genannten Impulssignalzug oder das genannte Pseudoausgangsimpulssignal, das von der genannten Periodenbestimmungsschaltung ausgegeben wird;

eine Stellungssignalformungsschaltung (5) zum Bilden von Stellungssignalen, die eine Stellung des Rotors angeben; und

eine Energieversorgungsschaltung (6) zum Zuführen elektrischer Energie zu der genannten Mehrzahl von Statorwicklungen in Reaktion auf die genannten Stellungssignale,

worin die genannte Stellungssignalformungsschaltung (5) einschließt,

eine Sägezahnwellenformungsignalerzeugungsschaltung (13) zum Erzeugen eines Sägezahnwellenformsignals in Reaktion auf den genannten Impulssignalzug;

eine Trapezwellenformsignalformungsschaltung (4) zum Bilden von trapezförmigen Wellenformsignalen aus den Mehrphasenimpulssignalen, die von der genannten Logikimpulserzeugungsschaltung ausgegeben werden, und aus dem Sägezahnwellenformsignal, das von der genannten Sägezahnwellenformsignalerzeugungsschaltung ausgegeben wird, und zum Anwenden der trapezförmigen Wellenformsignale auf die genannten Energieversorgungsschaltung als die genannten Stellungssignale,

worin die genannte Stellungssignalformungsschaltung (5) die Stellungssignale bildet, indem ein Gleichstromwert von den trapezförmigen Wellenformsignalen subtrahiert wird, die von der genannten Trapezwellenformsignalformungsschaltung (4) ausgegeben werden.

2. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 1, worin die genannte Stellungssignalformungsschaltung (5) umfaßt eine Mehrzahl von Subtraktionsschaltungen (101, 102, 103), von denen jede einen Gleichstromwert von einem Trapezwellenformsignal subtrahiert, das ihr eingegeben wird, eine Mehrzahl Multiplikationsschaltungen (104, 105, 106), von denen jede ein Ausgangssignal von einer entsprechenden der genannten Mehrzahl von Subtraktionsschaltungen in ein Stellungssignal umwandelt, eine Addierschaltung (109) zum Addieren von Ausgangssignalen von der genannten Mehrzahl von Multiplikationsschaltungen, und einen Verstärker (107) zum Steuern der Ausgangssignale von der genannten Mehrzahl von Multiplikationsschaltungen, so daß ein Ausgang von der genannten Addierschaltung hergestellt wird, damit er einen vorbestimmten Wert hat.

3. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 1, worin die genannte Stellungssignalformungsschaltung (5) den Gleichstromwert ändert, der von den trapezförmigen Wellenformsignalen subtrahiert werden soll, die von der genannten Trapezwellenformerzeugungsschaltung (4) in Reaktion auf die Periode des Impulssignalzugs ausgegeben werden, der von der genannten Erfassungsschaltung (1) für die elektromotorische Gegenkraft ausgegeben wird.

4. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 1, worin die genannte Stellungssignalformungsschaltung (5) den Gleichstromwert erhöht, der von den trapezförmigen Wellenformsignalen subtrahiert werden soll, die von der genannten Trapezwellenformsignalerzeugungsschaltung (4) ausgegeben werden, wenn die Periode des Impulssignalzugs, der von der genannten Erfassungsschaltung (1) für die elektromotorische Kraft ausgegeben wird, lang ist.

5. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin die genannte Sägezahnwellenformsignalerzeugungsschaltung (3) einen Steigungswinkel des Sägezahnwellenformsignals auf einer Zeitbasis in Reaktion auf den Impulssignalzug ändert, der von der genannten Erfassungsschaltung (1) für die elektromotorischen Gegenkraft ausgegeben wird.

6. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin die genannte Sägezahnwellenformsignalerzeugungsschaltung (3) eine Zählerschaltung (83) zum Zählen von Takten und eine Digital/Analog-Wandlerschaltung (84) zum Umwandeln eines Inhaltswertes der genannten Zählerschaltung in einen analogen Wert umfaßt.

7. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 6, worin die genannte Sägezahnwellenformsignalerzeugungsschaltung (3) die Anzahl der Takte, die der genannten Zählerschaltung (83) eingegeben werden sollen, in Reaktion auf die Periode des Impulssignalzugs ändert, der von der genannten Erfassungsschaltung (1) für die elektromotorische Kraft ausgegeben wird.