DE69301336T2

DE69301336T2 - Bürstenloser Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE69301336T2
Application number: DE69301336T
Authority: DE
Inventors: Toshio Inaji; Eiji Ueda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2013-04-07
Also published as: KR930022699A; EP0571076B1; EP0571076A1; DE69301336D1; US5378976A; KR960004262B1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der einen Stellungssensor zum Erfassen einer Drehstellung eines Permanentmagnetrotors aufweist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bürstenlose Gleichstromotoren besitzen eine längere Lebensdauer und eine geringere Geräuscherzeugung aus dem Grund, daß sie keinen mechanischen Kontakt benötigen, wie er bei herkömmlichen Gleichstrommotoren verwendet wird, die eine Bürste aufweisen. Als ein Ergebnis sind sie in jüngster Zeit weit verbreitet bei industrieller oder Audio- und Video-Ausrüstung verwendet worden, die eine größere Zuverlässigkeit verlangen (vergleiche beispielsweise EP-A-0313046).
Um den Umschaltvorgang einer leitenden Phase der Statorwicklungen eines Motors auszuführen, verwenden die meisten der herkömmlichen, bürstenlosen Gleichstrommotoren einen Rotorstellungssensor (wie beispielsweise den Hall-Sensor) statt einer Bürste. Jedoch ist der Rotorstellungssensor nicht so billig, verlangt eine komplizierte Stellungseinstellung zum Einstellen und eine erhöhte Anzahl von Wicklungen, so daß die Kosten der bürstenlosen Gleichstrommotoren groß verglichen mit Gleichstrommotoren sind, die eine Bürste aufweisen. Übrigens werden häufig einige konstruktive Begrenzungen aus dem Grund auferlegt, daß ein Rotorstellungssensor innerhalb des Motors selbst eingesetzt werden muß. Eine jüngste Tendenz ist, daß verbunden mit kleinerer Bauform von industrieller oder Audio- und Video-Ausrüstung, die zu verwendenden Motoren mit kleiner Größe und Dickenabmessung hergestellt werden, was bedeutet, daß der Querschnittsraum, wo ein Motorstellungssensor, wie der Hall-Sensor, vorgesehen werden soll, äußerst klein wird. Somit sind mehrere Arten von bürstenlosen Gleichstrommotoren, die keinen Stellungssensor, wie beispielsweise den Hall-Sensor haben, kürzlich vorgeschlagen worden. Unter ihnen ist ein solcher bürstenloser Gleichstrommotor bekannt, der einen Ausgangsimpuls eines Frequenzgenerators verwendet, der an einem Motor befestigt ist. Dieser Motor zählt einen Ausgangsimpuls des Frequenzgenerators, der einen Puls in Reaktion auf die Drehung des Rotors durch eine zählerschaltung erzeugt und leitet einen Ansteuerungsstrom, der ein voreingestelltes Strommuster hat, in Reaktion auf den derart erhaltenen Zählwert zu den dreiphasigen Statorwicklungen des Rotors in einer aufeinanderfolgenden Weise leitet, um dadurch den Permanentmagnetrotor zu drehen (vergleiche beispielsweise die japanische, offengelegte Patentanmeldung Nr. 63-262088).
Bei der oben erläuterten Konstruktion kann die Anfangsstellung des Rotors, wenn gestartet wird, nicht aufgefunden werden. Als ein Ergebnis hat der herkömmliche, bürstenlose Gleichstrommotor, wie er oben gezeigt worden ist, eine Erzeugungsschaltung für ein Rücksetzsignal, um insbesondere den Zähler zurückzusetzen, wobei beim Starten ein Rücksetzsignal verwendet wird, und ein bestimmtes Rücksetzsignal gleichzeitig den Statorwicklungen des Rotors zuzuführen, wodurch der Rotor und die Statorwicklungen in eine vorbestimmte Stellungsbeziehung zueinander im voraus gebracht werden.
Jedoch wird, wenn der bestimmte Rücksetzstrom den Statorwicklungen zugeführt wird, um die Anfangsstellung zu bestimmen, der Rotor gestartet, sich zu drehen, und die Stellung des Rotors wird eine schwingende um die vorbestimmte Stellung herum, so daß es unmöglich ist, die vorbestimmte Stellung in einer kurzen Zeitdauer zu stabilisieren. Als ein Ergebnis ist es unmöglich, den Modus in einer kurzen Zeitdauer von dem Rücksetzmodus, bei dem der bestimmte Rücksetzstrom den Statorwicklungen zugeführt wird, um den Rotor beim Starten in der vorbestimmten Stellung zu stabilisieren, in den Erfassungsmodus für die normale Stellung zu verschieben, bei dem ein Ausgangsimpuls des Frequenzgenerators in Reaktion auf die Drehung des Rotors gezählt wird. Somit tritt ein solches Problem auf, daß die Startzeit lang wird.
Dies bedeutet, daß ein herkömmlicher, bürstenloser Gleichstrommotor bei einer solchen Anwendung nicht verwendet werden kann, bei der verlangt wird, daß Drehung und Anhalten häufig wiederholt werden und in einer kurzen Zeitdauer gestartet werden soll.
Ferner wird bei dem herkömmlichen, bürstenlosen Gleichstrommotor, wie es oben erläutert worden ist, die Anfangsstellung des Rotors beim Starten erfaßt, so daß, selbst wenn der Rotor und die Statorwicklungen in eine vorbestimmten Stellungsbeziehung zueinander gemacht werden, in dem der Rücksetzstrom den Statorwicklungen zugeführt wird, und, wenn auf den Rotor eine Last aufgebracht wird, ändert sich die Stellungsbeziehung zwischen dem Rotor und dem Statorwicklungen stark in Abhängigkeit von der Größe der derart aufgebrachten Last. Als ein Ergebnis wird es unmöglich, den Rotor in der vorbestimmten Stellung im Rücksetzmodus zu stabilisieren.
Demgemäß wird bei dem herkömmlichen, bürstenlosen Gleichstrommotor, wie es oben gezeigt worden ist, wenn der Modus von dem Rücksetzmodus zu dem normalen der Stellungserfassung zum Zählen des Ausgangsimpulses des Frequenzgenerators in Reaktion auf die Drehung des Rotors verschoben wird, die Phase eines Stroms, der den statorwicklungen zugeführt wird, stark von der normalen Phase abgelenkt, so daß sich ergibt, daß es unmöglich ist, einen äußerst wirksamen Antrieb herzustellen.
Als ein Ergebnis ist ein herkömmlicher, bürstenloser Gleichstrommotor nachteilig dahingehend, daß er nur bei solchen Anwendungen verwendet werden kann, bei denen der Motor selbst beim Starten unbelastet ist.
Ferner wird bei dem bürstenlosen Gleichstrommotor, bei dem, wie es oben gezeigt worden ist, ein Ausgangsimpuls des Frequenzgenerators zum Erzeugen eines Impulses in Reaktion auf die Drehung des Motors durch die Zählschaltung gezählt wird und ein Treiberstrom zu den dreiphasigen Statorwicklungen in einer aufeinanderfolgenden Weise in Reaktion auf den derart erhaltenen Zählwert geleitet wird, um dadurch den Permanentmagnetrotor zu drehen, der Zählwert, der durch die Zählschaltung erhalten worden ist, fehlerhaft, wenn der Ausgang des Frequenzgenerators ein Rauschen aufweist, das sich aus irgendeinem Grund während des kontinuierlichen Antriebs überlagert hat, und ein solcher Zählfehler, der derart erzeugt worden ist, führt zu einer Verringerung des Wirkungsgrades des Motors und zu einer Zunahme bei der Drehmomentwelligkeit. Ferner kann die Aufaddierung solcher Zählfehler bewirken, daß im schlimmsten Fall der Motor angehalten wird, was bedeutet, daß es dem herkömmlichen, bürstenlosen Gleichstrommotor, wie es oben gezeigt worden ist, an Zuverlässigkeit mangelt.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Zielsetzung dieser Erfindung ist, einen bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, der eine Stellungsbeziehung zwischen dem Rotor und den Statorwicklungen in einer kurzen Zeitdauer beim Starten des Motors erfassen kann, und der unmittelbar die Betriebsart von einem Phasenzusammenfallmodus zum Zeitpunkt des Startens in eine normale Stellungserfassungsbetriebsart umschalten kann, was durch Zählen von Ausgangsimpulsen in Reaktion auf die Drehzahl des Rotors ausgeführt wird.
Eine andere Zielsetzung dieser Erfindung ist, einen bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, der die Stellung des Rotors mit einer äußerst hohen Genauigkeit unabhängig von der Größe einer Last erfassen kann, selbst wenn der Motor bereits der Anwendung einer solchen Last zum Zeitpunkt des Startens ausgesetzt ist.
Eine andere Zielsetzung dieser Erfindung ist ferner, einen bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, der stets mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann, indem ein Phasenkorrekturvorgang angewendet wird, damit die Phase von jeder der Spannungen, die jeweils in den Statorwicklungen induziert werden, mit der entsprechenden der Antriebsströme zusammenfällt, die jeweils den Statorwicklungen zugeführt werden, wenn sich der Motor auf normale Weise dreht.
Um die obengenannten Zielsetzungen zu erreichen, umfaßt ein bürstenloser Gleichstrommotor dieser Erfindung einen Frequenzgenerator zum Erzeugen mehrphasiger Frequenzsignale, von denen jedes eine Frequenz proportional zu einer Drehzahl des genannten Permanentmagnetrotors hat, eine Richtungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Drehrichtung des genannten Permanentmagnetrotors aus den genannten mehrphasigen Frequenzsignalen, um ein Richtungssignal zu erhalten, eine Zähleinrichtung, die auf das genannte Richtungssignal zum Aufzählen oder Abzählen von Impulsen von mindestens einem Frequenzsignal der mehrphasigen Frequenzsignale reagiert, eine Phaseneinstelleinrichtung, um einen Befehlswert von einem Zählwert der genannten Zähleinrichtung zu erhalten, eine Wellenformerzeugungseinrichtung zum Erzeugen mehrphasiger Wellenformsignale in Reaktion auf den genannten Befehlswert, und eine Stromversorgungseinrichtung zum Zuführen von Antriebsströmen oder Antriebsspannungen zu den mehrphasigen Statorwicklungen in Reaktion auf die genannten jeweiligen mehrphasigen Wellenformsignale. Eine Erfassungseinrichtung gibt ein Phasensignals in Reaktion auf eine Phase einer Spannung oder eines entsprechenden Antriebsstroms von mindestens einer der genannten mehrphasigen statorwicklungen aus Die genannte Phaseneinstelleinrichtung stellt einen Zählwert der genannten Zähleinrichtung ein, indem dazu ein vorbestimmter Wert in Reaktion auf einen Drehrichtungsbefehl hinzuaddiert oder davon subtrahiert wird, und führt eine Phaseneinstellung in Reaktion auf das genannte Phasensignal aus, um den Befehlswert zu erhalten. Wenn der Motor gestartet wird, indem das magnetische Drehfeld gedreht wird, das in den Statorwicklungen im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn erzeugt wird, fällt die Anfangsphase des Permanentmagnetrotors damit zusammen, und wenn sich der Rotor normal dreht, werden die Phasen der jeweiligen Antriebsströme, die zu den Statorwicklungen geleitet werden, und die Phasen der jeweils induzierten Spannungen, die in den Statorwicklungen induziert werden, korrigiert, damit sie stets miteinander zusammenfallen.
Bei der oben gezeigten Konstruktion zählt der bürstenlose Gleichstrommotor dieser Erfindung Ausgangsimpulse, die von dem Frequenzgenerator durch die Zählschaltung ausgegeben werden. Das Stellungssignal wird auf der Grundlage des derart erhaltenen Zählwerts gebildet, und als ein Ergebnis ist es nicht notwendig, einen Stellungssensor zu verwenden, den ein herkömmlicher, bürstenloser Gleichstrommotor verwenden muß. Infolgedessen wird es möglich, eine komplizierte Einstellstellungseinstellung des Sensors auszuschließen, sowie die Anzahl von Wicklungen zu verringern, was eine starke Kostenverringerung ergibt. Da es unnötig ist, einen Rotorstellungssensor in dem Motor vorzusehen, können ferner keine konstruktiven Begrenzungen auferlegt werden, so daß es möglich wird, daß er eine geringe Größe und Dicke hat.
Ferner werden zusätzlich die Antriebsströme, die jeweils zu den Statorwicklungen geleitet werden, und die induzierten Spannungen, die jeweils in den Statorwicklungen induziert werden einer Korrektur unterzogen, damit sie stets in der Phase miteinander zusammenfallen, was bedeutet, daß der Motor mit einem hohen Wirkungsgrad angetrieben werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm der Richtungserfassungsschaltung, die in Figur 1 gezeigt ist,
Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform bei jedem Bauteil der Richtungserfassungsschaltung zeigt, die in Fig. 2 gezeigt ist.
Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm der Phasenerfassungsschaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das eine Wellenform bei jedem Bauteil der Phasenerfassungsschaltung zeigt, die in Fig. 4 gezeigt ist.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform bei jedem Bauteil der in Fig. 1 gezeigten Schaltung zeigt, wenn gleichförmig gedreht wird.
Fig. 7 ist ein Vektor-Diagramm, das eine Beziehung eines Magnetpol Vektors eines Permanentmagnetrotors, einen magnetomotorischen Kraft-Vektor I, der durch die Statorwicklungen erzeugt wird, und eine induzierte Spannung E zeigt, die in den Statorwicklungen des bürstenlosen Gleichstrommotors, der in Fig. 1 gezeigt ist, induziert wird, wenn er sich gleichförmig dreht.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Phaseneinstellschaltung, einer Wellenformerzeugungsschaltung, einer Erfassungsschaltung für die Anfangsstellung und einer Auswählschaltung zeigt, die den bürstenlosen Gleichstrommotor bilden, der in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, um einen normalen Betriebsartvorgang des bürstenlosen Gleichstrommotors zu erläutern, der in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 10 ist ein Vektor-Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Magnetpol-Vektor eines Permanentmagnetrotors und eines magnetomotorischen Kraft-Vektors I zeigt, der durch die statorwicklungen des bürstenlosen Gleichstrommotors, der in Fig. 1 gezeigt ist, bei einem Phasenzusammenfallvorgang erzeugt wird.
Fig. 11 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern eines Phasenzusammenfallvorgangs des bürstenlosen Gleichstrommotors, der in Figur 1 gezeigt ist.
Fig. 12 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform bei jedem Bauteil des bürstenlosen, in Fig. 1 gezeigten Gleichstrommotors zeigt, wenn die Phasenerfassungsschaltung, die in Fig. 4 gezeigt ist, verwendet wird, und die Phase einer Spannung, die in jeder der Statorwicklungen induziert wird, wird von der Phase eines Antriebsstroms verschoben, der zu der entsprechenden der Statorwicklungen geleitet wird.
Fig. 13 ist ein Flußdiagramm, um einen Phasenkorrekturvorgang des bürstenlosen Gleichstrommotors zu erläutern, der in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 14 ist ein Schaltungsdiagramm einer anderen Ausführungsform einer Phasenerfassungsschaltung, die in Fig. 4 gezeigt ist.
Fig. 15 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform bei jedem Bauteil der Phasenerfassungsschaltung zeigt, die in Fig. 14 gezeigt ist,
Fig. 16 ist ein Diagramm, das eine signalwellenform bei jedem Bauteil des bürstenlosen, in Fig. 1 gezeigten Gleichstrommotors zeigt, wenn die Phasenerfassungsschaltung, die in Fig. 14 gezeigt ist, verwendet wird, und die Phase einer Spannung, die in jeder der Statorwicklungen induziert wird, von der Phase eines Antriebsstroms verschoben wird, der zu der entsprechenden der Statorwicklungen geleitet wird.
Fig. 17 ist ein Schaltungsdiagramm einer anderen Ausführungsform einer Phasenerfassungsschaltung, die in Fig. 4 gezeigt ist.
Fig. 18 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform bei jedem Bauteil der Schaltung zeigt, die in Fig. 17 gezeigt ist.
Fig. 19 ist ein Schaltungsdiagramm einer anderen Ausführungsform einer Stromversorgungsschaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 20 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform bei jedem Bauteil der Stromversorgungsschaltung zeigt, die in Fig. 19 gezeigt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung. In Fig. 1 ist 20 ein Permanentmagnetrotor, sind 11, 12 und 13 dreiphasige Statorwicklungen, und ist 1 ein Frequenzgenerator, der zweiphasige Frequenzsignale m1 und m2 erzeugt, die in der Phase gegeneinander proportional zu der Drehung des Permanentmagnetrotors 20 verschoben sind. Die zweiphasigen Frequenzsignale m1 und m2 werden zu einer Wellenformformungsschaltung 2 geschickt, um jeweils in Rechteckwellensignale s1 und s2 umgewandelt zu werden, und werden dann eine Richtungserfassungsschaltung 3 eingegeben. Die Richtungserfassungsschaltung 3 gibt ein Richtungssignal d in Reaktion auf die normale oder entgegengesetzte Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 20 aus. Ferner ist 4 eine Zählschaltung, die das Rechteckwellensignal s1 erhält, das von der Wellenformformungsschaltung 2 ausgegeben wird, und das Richtungssignal d, das von der Richtungserfassungsschaltung 3 ausgegeben wird, um dadurch die Impulszahl des Rechteckwellensignals s1, das durch die Wellenformformungsschaltung 3 erzeugt worden ist, proportional zu der Drehung des Permanentmagnetrotors 20 in Reaktion auf seine Drehrichtung auf- oder abzuzählen, und 8 ist eine Erfassungsschaltung für die Anfangsstellung, die einen Zählwert c des Zählers 4 erhält, um die Anfangsstellung des Permanentmagnetrotors zu bestimmen, indem das sich drehende Magnetfeld, das der Stator erzeugt, in der normalen oder entgegengesetzten Richtung gedreht wird, wenn die Phasen miteinander zusammenfallen, und einen Anfangswert q an die Zählschaltung 4 ausgibt. Die Erfassungsschaltung 8 für die Anfangsstellung gibt auch ein Adressenbefehlssignal b an eine Auswählschaltung 9 gleichzeitig aus, wenn die Phasen miteinander in Übereinstimmung gebracht worden sind. Eine Phasenerfassungsschaltung 10 vergleicht die Größe der dreiphasigen Spannungen, die jeweils an die Statorwicklungen 11, 12 und 13 angelegt werden, um ein Phasensignal g auszugeben. Ferner ist 5 eine Phaseneinstellschaltung, die einen vorbestimmten Wert zu dem Zählwert c der Zählschaltung 4 in Reaktion auf einen Richtungsbefehl r hinzuaddiert oder von ihm abzieht, der an einer Eingangsklemme 14 eingegeben wird, führt dann die Phasenkorrektur in Reaktion auf das Phasensignal g aus, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegeben worden ist, und gibt ein Adressensignal a an die Auswählschaltung 9 aus. Die Auswählschaltung 9 wählt das Adressensignal a oder den Adressenbefehl b in Reaktion auf einen Phasenübereinstimmungsbefehl t aus, der an einer Klemme 15 eingegeben wird, um dadurch ein Adressensignal f an eine Wellenformerzeugungsschaltung 6 auszugeben. Die Wellenformerzeugungsschaltung 6 gibt dreiphasige Stellungssignale p1, p2 und p3 an eine Stromversorgungsschaltung 7 in Reaktion auf das Adressensignal f aus, das von der Auswählschaltung 9 ausgegeben worden ist. Die Stromversorgungsschaltung 7 verstärkt die dreiphasigen Stellungssignale p1, p2 und p3, die derart eingegeben worden sind, um elektrische Ströme i1, i2 und i3, die zu den Größen der Stellungssignale p1, p2 und p3 proportional sind, den Statorwicklungen 11, 12 bzw. 13 zuzuführen.
Bei dem bürstenlosen Gleichstrommotor, der wie oben konstruiert ist, wird die Arbeitsweise im einzelnen erläutert.
Zuerst werden Erläuterungen für den Fall gegeben, daß sich der Permanentmagnetrotor 20 normal dreht.
Fig. 2 zeigt einen Schaltungsaufbau einer Richtungserfassungsschaltung, die ein Beispiel der Schaltung 3 zeigt, die in Fig. 1 gezeigt ist, und Fig. 3 zeigt eine Signalwellenform bei jedem Bauteil der Schaltung, die in Fig. 2 gezeigt ist.
In Fig. 2 ist 21 eine Flip-Flop-Schaltung vom D-Typ, die die zweiphasigen Rechteckwellensignale s1 und s2 erhält, die von der Wellenformformungsschaltung 2 ausgegeben werden. In der Flip-Flop-Schaltung 21 wird das Rechteckwellensignal s1 einer Dateneingangsklemme D eingegeben, und das Rechteckwellensignal s2 wird einer Takteingangsklemme CK eingegeben.
Fig. 3a zeigt die Wellenformen der Rechteckwellensignale s1 und s2, wenn der Permanentmagnetrotor 20 normal gedreht wird, und Fig. 3b zeigt die Wellenformen der Rechteckwellensignale s1 und s2, wenn er in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird. Die Flip-Flop-Schaltung 21 vom D-Typ hält den Zustand der Dateneingangsklemme d bei jeder Anstiegsflanke des Signals, das der Takteingangsklemme CK eingegeben wird, um seinen Zustand an einer Ausgangsklemme Q auszugeben, und als ein Ergebnis wird, wenn der Permanentmagnetrotor 20 normal gedreht wird, ein Ausgangssignal Q der Flip-Flop-Schaltung 21 von D-Typ stets ein Zustand mit hohem Potential (nachfolgend "H" Zustand genannt), wie es in der Fig. 3a gezeigt ist. Wenn andererseits der Permanentmagnetrotor 20 entgegengesetzt gedreht wird, wird das Ausgangssignal Q der Flip-Flop-Schaltung 21 stets ein Zustand mit niedrigem Potential (nachfolgend "L" Zustand genannt), weil das Rechteckwellensignal s1 in der Phase um 90º gegen das Rechteckwellensignal s2 verzögert ist, wie es in der Fig. 3b gezeigt ist. Wie es aus den obigen Erläuterungen klar ist, kann die Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 20 durch die Richtungserfassungsschaltung 3 erfaßt werden, die in Fig. 2 gezeigt ist. Das heißt, wenn der Permanentmagnetrotor 20 normal gedreht wird, wird das Richtungssignal d, das von der Richtungserfassungsschaltung 3 ausgegeben wird, der "H" Zustand, und wenn er entgegengesetzt gedreht wird, wird es der "L" Zustand. Die Zählschaltung 4 erhält das Rechteckwellensignal s1, das von der Wellenformformungschaltung 2 ausgegeben worden ist, und das Richtungssignal d, das von der Richtungserfassungsschaltung 3 ausgegeben worden ist, um dadurch das Rechteckwellensignal s1 in Reaktion auf das Richtungssignal d auf- oder abzuzählen. Dies bedeutet, daß die Impulszahl des Rechteckwellensignals s1, das in Reaktion auf die Drehung des Permanentmagnetrotors 20 erzeugt worden ist, in Reaktion auf seine Drehrichtung auf- oder abgezählt wird, und die Größe der Drehbewegung des Permanentmagnetrotors 20 kann von dem Zählwert der Zählschaltung 4 erhalten werden. In diesem Fall jedoch ist bei der Zählschaltung 4 der Anfangszustand ungewiß, wenn der Motor gestartet wird, und als ein Ergebnis wird das Verfahren, den Anfangswert zu liefern, im einzelnen zu den späteren Erklärungen des Phasenzusammenfallvorgangs gezeigt, wobei auf die Figuren 10 und 11 Bezug genommen wird.
Fig. 4 zeigt einen Schaltungsaufbau einer Phasenerfassungsschaltung, die ein Beispiel der Schaltung 10 zeigt, die in Fig. 1 gezeigt ist, und Fig. 5 zeigt Signalwellenformen ihrer entsprechenden Bauteile.
In Fig. 4 hat ein Komparator 31 zwei Eingangsklemmen, von denen eine mit jedem Ende der Statorwicklung 11 verbunden ist. Der Komparator 31 hat einen nicht umkehrenden Eingang (+), der mit einer Klemmenspannung v1 der Statorwicklung 11 verbunden ist, und einen umkehrenden Eingang (-), der mit einem neutralen Punkt O der dreiphasigen Statorwicklungen 11, 12 und 13 verbunden ist. Der Komparator 31 gibt das Phasensignal g an die Phaseneinstellschaltung 5 in Reaktion auf die Phasenspannung der Statorwicklung 11 aus.
In Fig. 5 zeigt a die jeweiligen Spannungswellenformen der dreiphasigen Klemmenspannungen v1, v2 und v3, wenn der Permanentmagnetrotor 20 gedreht wird, wobei die Klemmenspannung v1 mit einem nicht-umkehrenden Eingang (+) und der neutrale Punkt O der dreiphasigen Statorwicklungen 11, 12 und 13 mit dem umkehrenden Eingang (-) des Komparators 31 verbunden ist, und als ein Ergebnis kann der Komparator 31 das Vorzeichen einer Phasenspannung erfassen, die in der Statorwicklung 11 erzeugt wird. Wie es aus Fig. 5b klar ist, fällt die Anstiegsflanke des Phasensignals g mit dem Null-Durchgangspunkt der Klemmenspannung v1 zu der Spannung an dem neutralen Punkt O zusammen. Dies bedeutet, daß das Phasensignal g, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegeben worden ist, um ein Zeitsignal durch Null-Durchgangspunktes einer Phasenspannung einer Phase der Dreiphasenstatorwicklungen 11, 12 und 13 zu erzeugen, und als ein Ergebnis kann die Phasenerfassungsschaltung 10 die Phase einer Phasenspannung der Statorwicklung 11 erfassen. Ferner wird die Arbeitsweise, die unter Verwendung des Phasensignais g ausgeführt wird, im einzelnen bei den späteren Erklärungen der Phasenkorrektur vorgenommen, wobei auf die Fig. 12 und 13 Bezug genommen wird.
Zuerst werden Erklärungen über die Arbeitsweise des bürstenlosen Gleichstrommotors dieser Ausführungsform gegeben, wenn er normal gedreht wird.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform bei jedem Bauteil des bürstenlosen Motors zeigt, der in Fig. 1 gezeigt ist, wenn er sich normal dreht, wobei Fig. 6a die jeweiligen Wellenformen von induzierten Spannungen e1, e2 bzw. e3 zeigt, die in den Wicklungen 11, 12 und 13 induziert worden sind, Fig. 6b dreiphasige Stellungssignale p1, p2 und p3 zeigt, die in der Wellenformerzeugungsschaltung 6 erzeugt worden sind, die nach Maßgabe der Drehstellung des Permanentmagnetrotors 20 erzeugt werden und in der Phase jeweils mit den induzierten Spannungen e1, e2 und e3 zusammenfallend gemacht werden, Fig. 6c die dreiphasigen Antriebsströme i1, i2 und i3 zeigt, die den jeweiligen Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 zugeführt werden, die durch Verstärken der Sinuswellen-Stellungssignale p1, p2 und p3 durch die Stromversorgungsschaltung 7 erzeugt werden, und Fig. 6d zeigt die Klemmenspannungen v1, v2 und v3 der entsprechenden Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13, die durch Kombinieren der induzierten Spannungen e1, e2 und e3 erhalten werden, die in den jeweiligen Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 mit Spannungsabfallkomponenten (nur der Fall der Spannung v1 ist schraffiert hier gezeigt) aufgrund der Wicklungswiderstände erhalten werden, die durch das Fließen der Antriebsströme i1, i2 und i3 zu den jeweiligen Phasen der dreiphasigen Statorwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt werden. Wie es aus Fig. 6 klar ist, werden die induzierten Spannungen e1, e2 und e3, die Stellungssignale p1, p2 und p3, die Antriebsströme i1, i2 und i3 und die Klemmenspannungen v1, v2 und v3 jeweils miteinander in Phase gebracht, und wenn die induzierten Spannungen e1, e2 und e3 und die Antriebsströme i1, i2 und i3 jeweils miteinander in Phase gebracht werden, wird der Motor mit dem höchsten Wirkungsgrad angetrieben.
Ein sich drehendes Magnetfeld wird in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt, das durch die dreiphasigen Antriebsströme i1, i2 und i3 hervorgerufen wird, und aufgrund der gegenseitigen Wirkung des derart erzeugten, sich drehenden Magnetfelds mit einem sich drehenden Magnetfeld, das durch die Magnetpole des Permanentmagnetrotors 20 und die Statorwicklungen 11, 12 und 13 hervorgerufen wird, wird auf dem Permanentmagnetrotor 20 eine Drehkraft ausgeübt, um dadurch zu beginnen, sich zu drehen.
Fig. 7 ist ein Vektor-Diagramm, das eine Phasenbeziehung eines Magnetpols des Permanentmagnetrotors 20 und eines sich drehenden Magnetfelds zeigt, das durch die Statorwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt wird. In Fig. 7 ist ein Magnetpol- Vektor, der einen Magnetpol des Permanentmagnetrotors 20 zeigt, I ist ein magnetomotorischer Kraft-Vektor, der ein sich drehendes Magnetfeld zeigt, das durch die Statorwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt wird, und E ist ein Vektor der induzierten Spannung, der eine induzierte Spannung zeigt, die in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert wird.
Fig. 7a zeigt in Größen des Vektors den Fall, wenn der Motor in der positiven Richtung (Uhrzeigerrichtung) gedreht wird, und Fig. 7b zeigt in Größen des Vektors den Fall, wenn er in die entgegengesetzte Richtung (Gegenuhrzeigerrichtung) gedreht wird, wobei in beiden Fällen der magnetomotorische Kraft-Vektor I oder Magnetpol-Vektor in der durch die Pfeile angegebenen Richtung jeweils gedreht wird. Wie es aus Fig. 7 klar ist, muß, um den Permanentmagnetrotor 20 fortlaufend zu drehen, die Phase des magnetomotorischen Kraft- Vektors I, die von den Statorwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt wird, stets um 90º in der Drehrichtung gegenüber der Phase des Magnetpol-Vektors des Permanentmagnetrotors 20 vorauseilend gemacht werden. Das heißt, um den Motor in einer normalen Richtung zu drehen, muß der magnetomotorische Kraft-Vektor I im Uhrzeigersinn um 90º vorauseilen, und um ihn in der entgegengesetzten Richtung zu drehen, muß der magnetomotorische Kraft-Vektor I im Gegenuhrzeigersinn um 90º vorauseilen.
Wie es aus Fig. 7 klar ist, werden der magnetomotorische Kraft-Vektor I und der Vektor E der induzierten Spannung miteinander unabhängig von der Drehrichtung des Motors in Phase gebracht. In einem solchen Zustand wird der Motor mit dem höchsten Wirkungsgrad angetrieben.
Jedes Bauteil des bürstenlosen Gleichstrommotors dieser Erfindung zum Durchführen einer Signalverarbeitung, wie es oben gezeigt ist, wird weiter im einzelnen erläutert.
Fig. 8 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Ausgestaltung der Phaseneinstellschaltung 5, der Wellenformerzeugungsschaltung 6, der Erfassungsschaltung 8 für die Anfangsstellung und der Auswählschaltung 9 zeigt, die in Fig. 1 gezeigt sind.
Bei dieser Ausführungsform sind die Phasenregelschaltung 5, die Wellenformerzeugungsschaltung 6, die Erfassungsschaltung 8 für die Anfangsstellung und die Auswählschaltung 9 aus einer Rechenschaltung 61, einem Speicher 62 und Digital/- Analog-Umwandler 63, 64 und 65 hergestellt. Die Rechenschaltung 61 arbeitet in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten, eingebauten Programm, das in einem Nurlesespeicher (ROM)- Bereich des Speichers 62 gespeichert ist, was später im einzelnen gezeigt wird, um den Richtungsbefehl r, der an der Klemme 14 eingegeben wird, den Phasenübereinstimmungsbefehl t, der an die Klemme 15 eingegeben wird, das Phasensignal g, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegeben wird, und den Zählwert c der Zählschaltung 4 in einen Speicherbereich (RAM) des Speichres 62 mit wahlfreiem Zugriff zu holen, und führt einen vorbestimmten Rechenablauf aus, um dadurch eine Adresse f zu erhalten. Als nächstes bezieht sich die Rechenschaltung 61 in Reaktion auf die derart erhaltene Adresse f auf eine Sinuswellenfunktionstabelle für eine Periode, die in dem Nurlesespeicherbereich (ROM) des Speichers 62 im voraus gespeichert ist, um dadurch dreiphasige, digitale Stellungssignale dp1, dp2 und dp3 zu erhalten, die in Reaktion auf die Adresse f sind, und gibt sie jeweils an die Digital/Analog-Umwandler 63, 64 und 65 aus. Die Digital/Analog-Umwandler 63, 64 und 65 wandeln jeweils die dreiphasigen, digitalen Stellungssignale dp1, dp2 und dp3 in analoge Werte um, um dadurch die dreiphasige Stellungssignale dp1, dp2 und dp3 auszugeben.
Als nächstes wird das eingebaute Programm, das in dem nur Lesespeicherbereich des Speichers 26 gespeichert ist unten erläutert.
Zuerst wird die normale Betriebsart zum Durchführen von Abläufen, wenn normal gedreht wird, unter Bezugnahme auf das grundlegende Flußdiagramm erläutert, das in Figur 9 gezeigt ist.
In Fig. 9 wird bei einem Schritt 71 auf eine Unterbrechung gewartet, wenn sich der Zählwert c der Zählschaltung 4 ändert. Wenn die Unterbrechung durchgeführt wird, geht der Ablauf zu einem Schritt 72.
Bei dem Schritt 72 werden der Zählwert c der Zählschaltung 4, das Richtungsbefehlssignal r, das an die Klemme 14 eingegeben worden ist, in den Speicherbereich mit wahlfreiem Zugriff des Speichers 62 zum Speichern hereingenommen.
Bei einem Schritt 73 wird beurteilt, ob das Richtungsbefehlssignal r eines im Uhrzeigersinn oder eines im Gegenuhrzeigersinn ist. Wenn beurteilt worden ist, daß es im Uhrzeigersinn ist, geht der Ablauf zu einem Schritt 74, bei dem ein vorbestimmter Wert (entsprechend 90º in der Größe der Phase) zu dem Zählwert c der Zählschaltung 4 hinzuaddiert wird, um die Adresse f zu erhalten. Wenn beurteilt worden ist, daß es im Gegenuhrzeigersinn ist, geht er zu einem Schritt 75, bei dem ein vorbestimmter Wert (äquivalent zu 90º in Größen der Phase) von dem Zählwert c der Zählschaltung 4 subtrahiert wird, um die Adresse f zu erhalten. Die Schritte 71, 72, 73, 74 und 75 führen die Betriebsabläufe durch, die die Phaseneinstellschaltung 5 vornimmt.
Bei einem Schritt 76 werden dreiphasige Adressen f1, f2 und f3, die bei dem nächsten Schritt 76 notwendig sind, nach Maßgabe des Adressensignals f erhalten, das durch den Schritt 74 oder 75 erhalten worden ist.
Das heißt, die Phasen der Stellungssignale p1, p2 und p3 werden zueinander um 120º (siehe Fig. 6) verschoben, und als ein Ergebnis werden die dreiphasigen Adressen f1, f2 und f3 berechnet, wie folgt:
f1 = f (1)
f2 = f + (120) (2)
F3 = f - (120) (3)
Ferner ist (120) ein Adressenzählwert, der 120º in Größen der Phase äquivalent ist.
Bei dem Schritt 77 wird auf die Sinuswellenfunktionstabelle, die in dem Nurleserspeicherbereich des Speichers 62 gespeichert ist, auf der Grundlage der Adressenwerte f1, f2 und f3 zurückgegriffen, die bei dem Schritt 76 erhalten worden sind, um die dreiphasigen, digitalen Stellungssignale dp1, dp2 und dp3 zu erhalten.
Bei einem Schritt 78 werden die dreiphasigen, digitalen Stellungssignale dp1, dp2 und dp3, die bei dem Schritt 77 erhalten worden sind, jeweils an die Digital/Analog-Umwandler 63, 64 und 65 ausgegeben. Die Digital/Analog-Umwandler 63, 64 und 65 wandeln die digitalen Stellungssignale dp1, dp2 und dp3 in entsprechende, analoge Werte um, um Stellungssignale p1, p2 und p3 auszugeben, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Die Schritte 76, 77 und 78 führen die Arbeitsvorgänge aus, die die Wellenformerzeugungsschaltung 6 vornimmt. Nach der Ausführung des Schritts 78 geht es zu dem Schritt 71, um dadurch die obengenannten Schritte zu wiederholen.
Indem solche Schritte von der Phaseneinstellschaltung 5 und der Wellenformerzeugungsschaltung 6 durchgeführt werden, werden die Stellungssignale p1, p2 und p3 der Stromversorgungsschaltung 7 in Reaktion auf die Drehung des Permanentmagnetrotors 20 zugeführt. Die Stromversorgungsschaltung 7 führt die Sinuswellen-Antriebsströme i1, i2 bzw. i3 den Statorwicklungen 11, 12 und 13 zu. Das heißt, die Größe der Drehbewegung des Permanentmagnetrotors 20 wird erfaßt und das Magnetfeld, das von den Statorwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt worden ist, wird um die derart erfaßte Größe gedreht. Als ein Ergebnis erzeugen die Statorwicklungen ein sich drehendes Magnetfeld, und der magnetomotorische Kraft- Vektor I des sich drehenden Magnetfelds wird so gebildet, daß er stets um 90º in der Phase gegenüber dem Magnetpol- Vektor des Permanentmagnetrotors 20 verschieden ist, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Somit wird aufgrund der gegenseitigen Wirkung des Magnetpol-Vektors und des magnetomotorischen Kraft-Vektors I der Permanentmagnetrotor 20 mit einer Drehkraft beaufschlagt, um dadurch die Drehung fortzusetzen.
Jedoch ist in einem solchen Anfangszustand, bei dem eine Stromquelle eingeschaltet wird oder ähnliches, der Zählwert der Zählschaltung 4 unsicher, was die Notwendigkeit ergibt, dem Zählwert einen Anfangswert cs zu geben.
Als nächstes wird der Vorgang des Zusammenfallens der Phasen im einzelnen erläutert, um den Anfangswert für die Zählschaltung in dem bürstenlosen Gleichstrommotor dieser Ausführungsform zu geben.
Wenn gestartet wird, wird das Phasenzusammenfallbefehlsignal t an der Klemme 15 der Auswählschaltung 9 eingegeben, die in Fig. 1 gezeigt ist, und das Ausgangssignal b der Erfassungsschaltung 8 für die Anfangsstellung wird durch die Auswählschaltung 9 ausgewählt, damit es als die Adresse f an die Wellenformerzeugungsschaltung 6 ausgegeben wird. Die Erfassungsschaltung 8 für die Anfangsstellung dreht zwangsweise das sich drehende Magnetfeld, das durch die Statorwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt wird, im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn, um dadurch die Phasenbeziehung des Magnetpols des Permanentmagnetrotors 20 und des sich drehenden Magnetfelds zu erfassen, das von den Statorwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt wird.
Fig. 10 ist ein Vektor-Diagramm, das eine Beziehung des Magnetpol-Vektors , der durch den Permanentmagnetrotor 20 erzeugt wird, und des magnetomotorischen Kraft-Vektors I zeigt, der durch die Statorwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt wird, die zum Erläutern des Phasenzusammenfallvorgangs dieser Ausführungsform dienen.
Wenn die Phasen miteinander in Übereinstimmung gebracht werden sollen, gibt die Auswählschaltung 9 den Adressenbefehl b der Erfassungsschaltung 8 für die Anfangsstellung an die Wellenformerzeugungsschaltung 6 aus, und die Adresse f, die der Wellenformerzeugungsschaltung 6 eingegeben worden ist, wird zwangsweise unabhängig von der Drehung des Permanentmagnetrotors 20 geändert, wodurch die Richtung des magnetomotorischen Kraft-Vektors I der Statorwicklungen in Reaktion auf die derart geänderte Adresse f geändert wird. Als ein Ergebnis wird durch die gegenseitige Wirkung des magnetomotorischen Kraft-Vektors I und des Magnetpol-Vektors der Permanentmagnetrotor 20 mit einer Drehkraft beaufschlagt, damit er beginnt, sich zu drehen. Wenn von dem Motor angenommen wird, daß er nicht belastet ist, werden der magnetomotorische Kraft-Vektor I und der Magnetpol-Vektor vorzugsweise miteinander in Übereinstimmung gebracht (in diesem Fall wird das Drehmoment, das der Motor erzeugt, null), wobei der Zustand von ihnen in Fig. 10a gezeigt ist. Wenn jedoch angenommen wird, daß der Motor belastet ist, fallen der magnetomotorische Kraft-Vektor I und der Magnetpol-Vektor nicht miteinander zusammen, so daß ein Phasenwinkel θ zwischen ihnen nach Maßgabe der Größe der Last gebildet wird. Ferner ist die Richtung der Phasenverschiebung derart, daß, wenn der Motor im Uhrzeigersinn gedreht wird, der Magnetpol-Vektor um einen Winkel θ im Gegenuhrzeigersinn von dem magnetomotorischen Kraft-Vektor I verschoben wird, wie es in Fig. 10b gezeigt ist, und, wenn der Motor im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird der Magnetpol-Vektor um den Winkel θ im Uhrzeigersinn von dem magnetomotorischen Kraft-Vektor I verschoben, wie es in Fig. 10c gezeigt ist. In diesem Fall jedoch zählt die Zählschaltung 4 das Rechteckwellensignal s1 in Reaktion auf das Richtungssignal d auf oder ab, so daß der Permanentmagnetrotor 20 und die Größe seiner Drehbewegung von dem Anfangswert her stets erfaßt werden. Wenn hier der Anfangswert der Zählschaltung 4 als cs ausgedrückt wird, und wenn der magnetomotorische Kraft-Vektor I der Statorwicklungen um Δf im Uhrzeigersinn gedreht wird, kann der Zählwert c1 der Zählschaltung 4 erhalten werden:
c1 = cs + Δf - h (4)
wo h ein Zählwert ist, der dem Phasenwinkel θ, der in Fig. 10 gezeigt ist, in Größen der Phase äquivalent ist.
Auch kann, wenn der magnetomotorische Kraft-Vektor I der Statorwicklungen um Δf im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, der Zählwert c2 der Zählschaltung 4 erhalten werden zu:
c2 = cs - Δf + h (5)
Daher kann der Anfangswert cs der Zählschaltung 4 berechnet werden kann, zu:
cs = (c1 + c2) / 2 (6)
Weitere, ins einzelne gehende Erläuterungen werden über die Arbeitsweise des Ausführens des Phasenübereinstimmungsvorgangs dieser Ausführungsform vorgenommen, wobei auf Fig. 11 Bezug genommen wird, die ein Flußdiagramm zum Erläutern der Phasenübereinstimmungs-Betriebsart ist, bei dem die Phasen miteinander zur Übereinstimmung gebracht werden.
In Fig. 11 wird bei einem Schritt 91 das Adressensignal f um eins erhöht, und das Verfahren geht zu einem Schritt 92. In diesem Fall wird der Anfangswert der Adresse f bei Phasenübereinstimmung zu Null gemacht.
Bei dem Schritt 92 wird beurteilt, ob die Adresse f einen bestimmten Wert Δf überschreitet oder nicht. Wenn die Adresse f den Wert Δf nicht überschreitet, wird zu dem Schritt 91 wieder zurückgekehrt, um dadurch die Adresse f weiter um eins zu erhöhen. Dann, wenn die Adresse f den Wert Δf überschreitet, wird zu einem Schritt 93 gegangen.
Bei dem Schritt 93 wird der Zählwert c der Zählschaltung 4 geholt, damit er als der erste Zählwert c1 in dem Speicherbereich (RAM) mit wahlfreiem Zugriff des Speichers 92 gespeichert wird, und dann wird zu einem Schritt 94 gegangen.
Bei dem Schritt 94 wird das Adressensignal f, das der Wellenformerzeugungsschaltung 6 eingegeben werden soll, zu diesem Zeitpunkt um eins erniedrigt, und es wird zu einem Schritt 95 gegangen.
Bei dem Schritt 95 wird beurteilt, ob die Adresse f einen bestimmten Wert - Δf überschreitet oder nicht. Wenn die Adresse f nicht -Δf überschreitet, wird wieder zu dem Schritt 94 zurückgegangen, um weiter die Adresse f um eins zu verringern. Dann, wenn die Adresse f den Wert - Δf überschreitet, wird zu einem Schritt 96 gegangen.
Bei dem Schritt 96 wird der Zählwert c der Zählschaltung 4 geholt, damit er als der zweite Zählwert c2 in dem Speicherbereich mit wahlfreiem Zugriff des Speichers 62 gespeichert wird, und dann wird zu einem Schritt 97 gegangen.
Bei dem Schritt 97 wird die Berechnung ausgeführt, wobei die Gleichung (6) in Größen des ersten und des zweiten Zählwerts c1 und c2 verwendet wird, die jeweils durch die Schritte 93 und 96 erhalten worden sind, um den Anfangswert cs der Zählschaltung 4 zu erhalten. Nach Beendigung des Rechenvorgangs bei dem Schritt 97 wird zu einem Schritt 98 gegangen.
Bei dem Schritt 98 wird der Wert cs, der durch den Schritt 97 erhalten worden ist, zu der Zählschaltung 4 als der Anfangswert geschickt.
Diese Schritte von dem Schritt 91 zu dem Schritt 98 sind die Arbeitsweise des Phasenübereinstimmungsmodus bei dem Anfangszustand, wie in dem Fall des Startens des Motors. Somit ist der Phasenübereinstimmungsvorgang des Magnetpol-Vektors des Permanentmagnetrotors 20 und des magnetomotorischen Kraft-Vektors I abgeschlossen, der von den Statorwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt wird (vergleiche Fig. 10a).
Nach dem Beenden des Phasenübereinstimmungsvorgangs wird zu der normalen Betriebsart übergegangen, die in Fig. 9 gezeigt ist, wodurch der Permanentmagnetrotor 20 gedreht wird.
Als nächstes werden ins einzelne gehende Erläuterungen über die Phasenkorrektur gemacht, die durchgeführt werden soll, wenn sich der bürstenlose Gleichstrommotor dieser Ausführungsform normal dreht.
Fig. 12 ist ein Signalwellenformdiagramm bei jedem Bauteil des bürstenlosen Gleichstrommotors, der in Fig. 1 gezeigt ist, wobei gezeigt sind die Wellenformen der induzierten Spannungen e1, e2 und e3, die jeweils in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden, die Wellenformen der Spannungen und Ströme der jeweiligen Bauteile, wenn die Phasen der Antriebsströme i1, i2 und i3, die zu den jeweiligen Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 geleitet worden sind, verschoben werden, und die Wellenform des Phasensignals g, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegeben wird.
Fig. 12a zeigt die induzierten Spannungen e1, e2 und e3, die jeweils in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden, Fig. 12b zeigt die Sinuswellen-Stellungssignale p1, p2 und p3, die von der Wellenformerzeugungsschaltung 6 ausgegeben werden, und Fig. 12c zeigt die Antriebsströme i1, i2 und i3, die jeweils zu den Statorwicklungen 11, 12 und 13 geleitet werden. Die Stellungssignale p1, p2 und p3, von denen jedes ein Sinuswellensignal ist, werden zu der Stromversorgungschaltung 7 geschickt, in der diese Sinuswellen- Stellungssignale p1, p2 und p3 verstärkt und jeweils in die dreiphasigen Sinuswellenantriebsströme i1, i2 und i3 umgewandelt werden, damit sie zu den entsprechenden Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 geschickt werden, und als ein Ergebnis sind die Stellungssignale p1, p2 und p3 und die Antriebssignale e1, e2 und e3 jeweils mit der Phase miteinander in Übereinstimmung gebracht. Fig. 12d zeigt die Klemmenspannungen v1, v2 und v3 der jeweiligen Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13, die durch Kombinieren der induzierten Spannungen e1, e2 und e3, die in den jeweiligen Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden, mit den Spannungsabfallkomponenten (nur der Fall der induzierten Spannung v1 ist hier schattiert gezeigt) wegen der erzeugten Wicklungswiderstände erhalten werden, die durch Fließen der Antriebsströme i1, i2 und i3 zu den jeweiligen Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 hervorgerufen werden. Wie es aus Fig. 12 klar ist, haben die induzierten Spannungen e1, e2 und e3, die Antriebsströme i1, i2 und i3 und die Klemmenspannungen v1, v2 und v3 alle verschiedene Phasen. Insbesondere sind die induzierten Spannungen e1, e2 und e3 und die Antriebsströme i1, i2 und i3 jeweils phasenverschoben, so daß der Motor nicht mit dem höchsten Wirkungsgrad angetrieben wird. Fig. 12e zeigt das Phasensignal g, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegeben wird, die in Fig. 4 gezeigt ist. Ähnlich dem Fall, der in Fig. 5 gezeigt ist, fällt die Anstiegsflanke des Stellungssignals g mit dem Null-Durchgangspunkt zusammen, bei dem die Klemmenspannung v1 das Potential des neutralen Punkts O in Richtung von der Unterseite zu der Oberseite kreuzt, und die Abfallflanke des Stellungssignals g fällt mit dem Null-Durchgangspunkt zusammen, bei dem die Klemmenspannung v1 das Potential des neutralen Punkts O in Richtung von der Oberseite zu der Unterseite kreuzt. Ferner ist die Anstiegsflanke des Phasensignals g in der Phase um Δg von dem Null-Durchgangspunkt des Stellungssignals p1 (oder des Antriebssignals i1) verschoben.
Als nächstes werden ins einzelne gehende Erläuterungen über die Phasenkorrektur gegeben, die bei dieser Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird, wobei die induzierten Spannungen e1, e2 und e3 und die Antriebsströme i1, i2 und i3 miteinander in Reaktion auf das Phasensignal g in Übereinstimmung gebracht werden, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegeben wird, wie es bereits in Fig. 6 gezeigt worden ist.
Fig. 13 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern der Phasenkorrekturbetriebsart, wo die Phasenkorrektur bei dieser Ausführungsform durchgeführt wird, während auf Fig. 13 Bezug genommen wird.
In Fig. 13 wird bei einem Schritt 131 auf eine Unterbrechung wegen der Erzeugung der Anstiegsflanke des Phasensignals g gewartet, die von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegeben wird. Wenn die Anstiegsflanke des Phasensignals g nicht erzeugt wird, geht der Ablauf zu dem normalen Arbeitsbetrieb, und wenn die Anstiegsflanke des Phasensignals g erzeugt wird, geht er zu dem Schritt 132. Bei dem Schritt 132 wird die Differenz Δg (= f - fp) zwischen dem Adressenwert f, der der Wellenformerzeugungsschaltung 6 zu dem Zeitpunkt eingegeben worden ist, als die Anstiegsflanke des Phasensignals g erzeugt wurde, und einem Adressenwert fp, der dem Null-Durchgangspunkt des Stellungssignals p1 äquivalent ist, das von der Wellenformerzeugungsschaltung 6 ausgegeben wird, berechnet und als die Phasendifferenz Δg in dem Speicherbereich mit wahlfreiem Zugriff des Speichers 62 gespeichert, und dann wird zu einem Schritt 133 gegangen. Bei dem Schritt 133 wird beurteilt, ob die Größe der Phasendifferenz Δg, die durch den Schritt 132 erhalten worden ist, innerhalb des Bereiches eines vorbestimmten Werts G ist oder nicht. Wenn die Größe der Phasendifferenz Δg kleiner als der vorbestimmte Wert G ist, geht der Ablauf zu der normalen Betriebsart über, und wenn die Größe der Phasendifferenz Δg größer als der vorbestimmte Wert G ist, geht er zu einem Schritt 134. Bei dem Schritt 134 wird das Vorzeichen der derart erhaltenen Phasendifferenz Δg beurteilt. Wenn das Vorzeichen der Phasendifferenz Δg positiv ist, wird zu einem Schritt 135 gegangen. Bei dem Schritt 135 wird der Adressenwert f um eins erhöht, und dann wird zu der normalen Betriebsart übergegangen. Wenn das Vorzeichen der Phasendifferenz Δg nicht positiv ist, wird zu einem Schritt 136 gegangen, bei dem der Adressenwert f um eins verringert wird, und dann wird der Ablauf zu der normalen Betriebsart gebracht.
Diese Vorgänge von dem Schritt 131 zu dem Schritt 136 sind die Arbeitsweise des Phasenkorrekturmodus bei dieser Ausführungsform.
Indem die in dem Flußdiagramm der Fig. 13 gezeigten Schritte ausgeführt werden, wird der Null-Durchgangspunkt von jeder der Klemmenspannung v1, v2 und v3 zu dem Potential des neutralen Punkts O so verarbeitet, daß er mit dem entsprechenden der Stellungssignale p1, p2 und p3 übereinstimmt, die von der Wellenformerzeugungsschaltung 6 ausgegeben werden. Dies bedeutet, daß, wenn der Null-Durchgangspunkt der Klemmenspannung v1 von dem Adressenwert fp vorwärtsgebracht wird, der dem Null-Durchgangspunkt des Stellungssignals p1 entspricht, wie es in Fig. 12e gezeigt ist, die Phasen der Stellungssignale p1, p2 und p3 durch Verringern des Adressenwerts f der Stellungssignale vorwärtsgebracht werden, die der Wellenformerzeugungsschaltung 6 eingegeben werden. Andererseits werden, wenn der Null-Durchgangspunkt der Klemmenspannung v1 gegenüber dem Adressenwert fp verzögert ist, der dem Null-Durchgangspunkt des Stellungssignals p1 entspricht, die Phasen der Stellungssignale p1, p2 und p3 verzögert, indem der Adressenwert f der Stellungssignale erhöht wird, die der Wellenformerzeugungsschaltung 6 eingegeben werden. Als ein Ergebnis werden die Stellungssignale p1, p2 und p3 (die gleich den Phasen der Antriebsströme i1, i2 und i3 sind), die von der Wellenformerzeugungsschaltung 6 ausgegeben werden, mit den Phasen der jeweiligen Klemmenspannung v1, v2 und v3 zum Zusammenfallen gebracht, und die Phasen der induzierten Spannungen v1, v2 und v3 werden mit den Phasen der Antriebsströme i1, i2 und i3 jeweils zum Zusammenfallen gebracht, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, so daß der Motor mit dem höchsten Wirkungsgrad angetrieben wird.
Demgemäß können, selbst wenn die Anfangsstellung nicht genau in dem Phasenübereinstimmungsmodus erfaßt werden kann, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, können die induzierten Spannungen e1, e2 und e3 und die Antriebsströme i1, i2 und i3 jeweils in der Phase miteinander durch die in Fig. 13 gezeigte Phasenkorrekturbetriebsart zum Zusammenfallen gebracht werden, wenn normal gedreht wird. Ferner können, selbst wenn eine Störung zusätzlich dem Frequenzgenerator 1 aus irgendeinem Grund auferlegt wird, wenn der Motor angetrieben wird und der Zählwert der Zählschaltung fehlerhaft gemacht wird, die induzierten Spannungen e1, e2 und e3 und die Antriebsströme i1, i2 und i3 automatisch jeweils mit der Phase, wenn normal gedreht wird, durch die Phasenkorrekturbetriebsart zum Zusammenfallen gebracht werden, die in Fig. 13 gezeigt ist. Als ein Ergebnis kann ein solcher schlimmster Zustand, daß der Motor selbst aufgrund einer Aufaddierung von Fehlern des Zählwerts der Zählschaltung 4, der durch das Rauschen erzeugt worden ist, das zusätzlich dem Frequenzgenerator 1 auferlegt wird, daran gehindert werden, sich zu entwickeln.
Fig. 14 ist ein Schaltungsdiagramm einer Phasenerfassungsschaltung, die ein anderes Beispiel der Schaltung 10 zeigt, die in Fig. 4 gezeigt ist, und Fig. 15 ist ein Diagramm, das eine signalwellenform von jedem Bauteil der Phasenerfassungsschaltung zeigt, die in Fig. 14 gezeigt ist.
In Fig. 14 erhält ein Komparator 100 zwei Klemmenspannungen (in diesem Fall v2 und v3) von den dreiphasigen Klemmenspannungen der Statorwicklungen 11, 12 und 13. Der Komparator 100 vergleicht die Größe der zwei Klemmenspannungen v2 und v3 und gibt das Phasensignal g an die Phaseneinstellschaltung 5 nach Maßgabe des derart durch Vergleich erhaltenen Ergebnisses aus.
Fig. 15a zeigt eine Wellenform von jeder der dreiphasigen Wellenspannung v1, v2 und v3, wenn der Permanentmagnetrotor 20 gedreht wird. Die Klemmenspannung v2 ist mit einem nichtumkehrenden Eingang (+) des Komparators 100 verbunden, und die Klemmenspannung v3 ist mit einem umkehrenden Eingang (-) des Komparators 100 verbunden, und, wenn v2 > v3 ist, wird das von dem Komparator 100 ausgegebene Signal g ein "H" Zustand, und wenn v2 < v3 ist, wird der Ausgang g, der von dem Komparator 100 ausgegeben wird, ein "'L" Zustand, die in Fig. 15b gezeigt sind. Wie es aus Fig. 15b klar ist, sind die Klemmenspannungen v1, v2 und v3 dreiphasige, symmetrische Signale, so daß die Anstiegsflanke des Phasensignals g mit dem maximalen Spitzenpunkt der Klemmenspannung v1 zusammenfällt, und die Abfallflanke des Phasensignals g mit dem minimalen Spitzenpunkt der Klemmenspannung v1 zusammenfällt. Das heißt, das Phasensignal g, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegeben wird, gibt eine Zeitangabe über den Spitzenpunkt der Klemmenspannung v1 der dreiphasigen Klemmenspannungen v1, v2 und v3 der Statorwicklungen 11, 12 und 13 aus, so daß es möglich ist, die Phase der Klemmenspannung v1 durch die Phasenerfassungsschaltung 10 zu erfassen.
Als nächstes werden ins einzelne gehende Erläuterungen über den Phasenkorrekturvorgang, der ausgeführt wird, wenn normal gedreht wird, in dem Fall vorgenommen, daß die Phasenerfassungsschaltung verwendet wird, die in Fig. 14 dieser Ausführungsform gezeigt ist.
Fig. 16 zeigt die Wellenformen der induzierten Spannungen e1, e2 und e3, die jeweils in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 entwickelt worden sind, wobei die Wellenformen der Spannungen und Ströme, die von den entsprechenden Schaltungen ausgegeben werden, wenn die Antriebsströme i1, i2 und i3 zu den jeweiligen Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 geleitet werden, in der Phase zueinander verschoben sind, und das Phasensignal g, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegeben wird.
Fig. 16a zeigt die induzierten Spannungen e1, e2 und e3, die jweils in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden, Fig. 16b zeigt die Sinuswellen-Stellungssignale p1, p2 und p3, die von der Wellenformerzeugungsschaltung 6 ausgegeben werden, und Fig. 6c zeigt die Antriebsströme i1, i2 und i3, die jeweils zu den Statorwicklungen 11, 12 und 13 geleitet werden. Die Stellungssignale p1, p2 und p3 sind Sinuswellensignale. Die Stromversorgungsschaltung 7 verstärkt diese Stellungssignale p1, p2 und p3 und wandelt sie in dreiphasige Sinuswellen-Antriebsströme i1, i2 und i3 um, damit sie den Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 jeweils so zugeführt werden, daß die Stellungssignale p1, p2 und p3 in der Phase jeweils zu den Antriebsströmen i1, i2 und i3 gleichgemacht werden. Fig. 16d zeigt die Klemmenspannungen v1, v2 und v3 der jeweiligen Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13, die durch Kombinieren der induzierten Spannungen e1, e2 und e3, die in den jeweiligen Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden, mit den Spannungsabfallkomponenten (nur der Fall der induzierten Spannung v1 ist hier schraffiert gezeigt) wegen der Wicklungswiderstände erhalten werden, die durch das Hindurchfliessen der Antriebsströme i1, i2 und i3 zu den entsprechenden Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 hervorgerufen werden. Wie es aus Fig. 16 klar ist, haben die induzierten Spannungen e1, e2 und e3, die Antriebsströme i1, i2 und i3 und die Klemmenspannungen alle unterschiedliche Phasen. Insbesondere sind die induzierten Spannungen e1, e2 und e3 und die Antriebsströme i1, i2 und i3 jeweils in der Phase zueinander verschoben, so daß der Motor nicht mit dem höchsten Wirkungsgrad angetrieben werden kann. Fig. 16e zeigt das Phasensignal g, das von der Phasenerfassungsschaltung 10, die in Fig. 14 gezeigt ist, ausgegeben wird. Ähnlich dem in Fig. 15 gezeigten Fall ist die Anstiegsflanke des Phasensignals g mit dem maximalen Spitzenpunkt der Klemmenspannung v1 zum Zusammenfallen gebracht worden, und die Abfallflanke des Stellungssignals g ist mit dem minimalen Spitzenpunkt der Klemmenspannung v1 zum Zusammenfallen gebracht worden. Ferner ist die Anstiegsflanke des Phasensignals g in der Phase Δg von dem maximalen Spitzenpunkt des Stellungssignals p1 (oder des Antriebsstroms i1) verschoben.
Hier werden die Erläuterungen zu der Arbeitsweise der Durchführung der Phasenkorrektur, damit die Phasen der induzierten Spannungen e1, e2 bzw. e3 mit den Phasen der Antriebsströme i1, i2 und i3 in Reaktion auf das Phasensignal g im Übereinstimmung kommen, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 diese Ausführungsform ausgegeben wird, aus dem Grund unterlassen, eine Wiederholung zu vermeiden, da sie die gleichen wie bei der in Fig. 13 gezeigten sind. Ferner wird in dem Fall, bei dem die Phasenerfassungsschaltung 10 verwendet wird, die in Fig. 4 gezeigt ist, die Arbeitsweise so ausgeführt, daß der Nulldurchgangspunkt der Klemmenspannung v1 der Statorwicklung 11 mit dem Nulldurchgangspunkt des Stellungssignals p1 (oder des Antriebsstroms i1) zum Zusammenfallen gebracht wird, wobei aber in dem Fall, bei dem die Phasenerfassungsschaltung 10, die in Fig. 14 gezeigt ist, verwendet wird, die Arbeitsweise so ausgeführt wird, daß der maximale Spitzenpunkt der Klemmenspannung v1 der Statorwicklung 11 mit dem maximalen Spitzenpunkt des Stellungssignals (oder des Antriebsstroms i1) zum Zusammenfallen gebracht wird. Jedoch sind diese zwei Fälle bei der Arbeitsweise dahingehend nicht verschieden, daß die Phase der Stellungssignale p1, p2 und p3, die von der Wellenformerzeugungsschaltung 6 ausgegeben werden (die gleich den Phasen der Antriebsströme i1, i2 und i3 sind) und die Phasen der Klemmenspannungen v1, v2 und v3 so verarbeitet werden, daß sie miteinander und den Phasen der induzierten Spannungen e1, e2 und e3 zum Zusammenfallen gebracht werden und die Phasen der Antriebsströme i1, i2 und i3 werden so verarbeitet, daß sie jeweils miteinander zum Zusammenfallen gebracht werden.
Bei den obigen Erläuterungen ist die Stromversorgungsschaltung 7 eine Stromversorgungsschaltung vom sogenannten Stromregelungstyp, die dreiphasige Antriebsströme proportional zu den jeweiligen Stellungssignalen p1, p2 und p3 erzeugt, die von der Wellenformerzeugungsschaltung 6 ausgegeben werden. Jedoch kann ein solcher Stromverstärker, der Ströme jeweils proportional zu den eingegebenen Stellungssignalen p1, p2 und p3 erzeugt, ohne weiteres eine Zwischenphasenänderung im allgemeinen entwickeln, was dahingehend nachteilig ist, daß die Schaltkreiskonstruktion komplex verglichen mit einem einfachen Spannungsverstärker wird. In dem Fall, daß die Stromversorgungsschaltung einen sogenannten Spannungsregelungstyp verwendet wird, die dreiphasige Antriebsspannungen proportional jeweils zu den eingegebenen Stellungssignalen p1, p2 und p3 erzeugt, kann eine Phasenerfassungsschaltung, wie sie in Fig. 17 gezeigt ist, statt der Phasenerfassungsschaltung 10 verwendet werden, die in Fig. 4 gezeigt ist.
Fig. 17 zeigt ein weiteres Beispiel der Phasenerfassungsschaltung 10, die in Fig. 1 gezeigt ist, und Fig. 18 zeigt eine Signalwellenform von jedem Bauteil der in Fig. 17 gezeigten Schaltung.
In Fig. 17 ist 41 ein Widerstand zur Stromerfassung, der in Reihe mit der Statorwicklung 11 einer Phase verbunden ist und den Phasenstrom i1, der zu der Statorwicklung 11 geleitet wird, in eine Spannung umwandelt, und 42 ist ein Komparator, der zwei Eingangsanschlüsse hat, von denen jeweils einer mit jedem Ende des Widerstands 41 verbunden ist. Der Komparator 42 gibt das Phasensignal g an die Phaseneinstellschaltung 5 in Reaktion auf die Richtung eines zu dem Widerstand 41 fliessenden Stroms aus.
In Fig. 18 zeigt a eine Wellenform von jedem der Ströme i1, i2 und i3, die jeweils zu den dreiphasigen Statorwicklungen 11, 12 und 13 fliessen, wenn der Permanentmagnetrotor 20 gedreht wird. Der Strom i1, der zu der Statorwicklung 11 fliessen soll, wird durch den Widerstand 41 in eine Spannung entsprechend dem Strom selbst umgewandelt, und die Spannungen an den beiden Enden des Widerstands 41 sind jeweils mit einem nicht-umkehrenden Eingang (+) und einem umkehrenden Eingang (-) des Komparators 42 verbunden, so daß der Komparator 42 ein Vorzeichen des Phasenstroms erfassen kann, der zu der Statorwicklung 11 geleitet wird. Wie es aus der Wellenform b klar ist, die in Fig. 18 gezeigt ist, ist die Anstiegsflanke des Phasensignals g mit dem Nulldurchgangspunkt des Stroms i1 zum Zusammenfallen gebracht. Das heißt, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegebene Phasensignal g gibt eine Zeitgabe des Nulldurchgangspunkts eines Phasenstroms der Statorwicklung 11, 12 und 13 aus, so daß es die Phasenerfassungsschaltung 10 möglich macht, die Stromphase der Statorwicklung 11 zu erfassen.
Hier werden die Erläuterungen über die Arbeitsweise des Ausführens der Phasenkorrektur, damit die Phasen der induzierten Ströme e1, e2 und e3 jeweils mit den Phasen der Antriebsströme i1, i2 und i3 in Reaktion auf das Phasensignal g übereinstimmen, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 dieser Ausführungsform ausgegeben wird, aus dem Grund weggelassen, eine Wiederholung zu vermeiden, da sie ungefähr die gleiche wie jene des sogenannten Stromregeltyps ist, der in Fig. 12 gezeigt ist.
Fig. 19 zeigt ein anderes Beispiel der Stromversorgungsschaltung 7, die in Figur 1 gezeigt ist, wobei ein Beispiel gezeigt ist, bei dem eine vom Spannungsverstärkungstyp verwendet wird.
In Fig. 19 sind 141a, 141b, 141c Verstärker, die jeweils an ihren umkehrenden (-) Eingangsklemmen die Stellungssignale p1, p2 und p3, die von der Wellenformerzeugungsschaltung 6 ausgegeben werden, über Widerstände 142a, 142b und 142c erhalten, und die eine Bezugsspannung 144 an den jeweiligen nicht-umkehrenden (+) Eingangsklemmen erhalten. Die Ausgänge der Verstärker 141a, 141b und 141c sind jeweils mit den Basen von NPN Transistoren 145a, 145b und 145c und PNP Transistoren 146a, 146b und 146c verbunden, deren Emitter jeweils gemeinsam verbunden sind. Die Kollektoren der NPN Transistoren 145a, 145b und 145c sind jeweils mit einer positiven Stromquelle verbunden, die PNP Transistoren 146a und 146c sind über einen Stromerfassungswiderstand 148 mit Masse (Gnd) verbunden, und der PNP Transistor 146b ist über einen Stromerfassungswiderstand 147 mit Masse verbunden. Ein Signal ps2 und ein Signal ps3, die durch Umwandeln der Ströme in Spannungen erhalten werden, werden jeweils an einer Klemme 149 und einer Klemme 150 ausgegeben. In diesem Fall jedoch sind die Stromerfassungswiderstände 147 und 148 mit ihrem Widerstandswert einander gleichgemacht. Ferner sind 143a, 143b und 143c Rückkoppelungswiderstände, die jweils mit den gemeinsamen Verbindungspunkten der Emitter der NPN Transistoren und der PNP Transistoren sowie mit der umkehrenden Eingangsklemme (-) der Verstärker 141a, 141b und 141c verbunden sind. Die Ausgänge ps2 und ps3 von den Klemmen 149 und 150 werden der Phasenerfassungsschaltung 100 eingegeben, die in Fig. 14 gezeigt ist. In diesem Fall jedoch wird der Ausgang ps2 statt der Klemmenspannung v2 eingegeben, und der Ausgang ps3 wird statt der Klemmenspannung v3 eingegeben. Fig. 19 ist eine Stromversorgungsschaltung vom Spannungsverstärkungstyp, so daß die Stellungssignale p1, p2 und p3, die von der Wellenformerzeugungsschaltung 6 ausgegeben werden, mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt werden, der durch das Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände 142 und 143 bestimmt wird, und die derart verstärkten Sinuswellenspannungen werden jeweils an die Statorwicklungen 11, 12 und 13 gelegt. Als ein Ergebnis werden die Statorwicklungen 11, 12 und 13 mit Sinuswellenantriebsströmen i1, i2 bzw. i3 versorgt.
Fig. 20 zeigt eine Signalwellenform von jedem Bauteil des bürstenlosen Gleichstrommotors, der in Fig. 1 gezeigt ist, wenn er sich normal dreht.
In diesen zeigt Fig. 20a die induzierten Ströme e1, e2 und e3, die jweils in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden, zeigt 20b die Sinuswellen-Stellungssignale p1, p2 und p3, die von der Wellenformerzeugungsschaltung 6 ausgegeben werden, und zeigt Fig. 20c die Klemmenspannungen v1, v2 und v3 der jeweiligen Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13. Die Stellungssignale p1, p2 und p3 sind Sinuswellensignale, und die in Fig. 19 gezeigte Stromversorgungsschaltung 7 verstärkt jeweils die Spannungen dieser Signale, um dreiphasige Sinuswellenantriebsspannungen v1, v2 und v3 den jeweiligen Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 zuzuführen, und als ein Ergebnis werden die Stellungssignale p1, p2 und p3 in der Phase in Übereinstimmung jeweils mit den Antriebsspannungen v1, v2 und v3 gebracht. Fig. 20d zeigt die Ströme i1, i2 und i3, die zu den entsprechenden Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 geleitet werden sollen, in denen solche Ströme, die jeweils dem Unterschied zwischen den Antriebsspannungen v1, v2 und v3, die angelegt werden sollen, und den induzierten Spannungen e1, e2 und e3 proportional sind, die jeweils in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden, oder i = (V - e)/R (R = der Wicklungswiderstand) fliessen. Das heißt, die Signale, die durch Kombinieren der Spannungsabfallkomponenten, die aufgrund der Wicklungswiderstände erzeugt werden, die durch die Antriebsströme i1, i2 und i3 hervorgerufen werden, die jeweils den Phasen der Statorwicklungen 11, 12 und 13 zugeführt werden, mit den induzierten Spannungen e1, e2 und e3 erhalten werden, die jweils in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induziert werden, werden in der Phase mit den Antriebsspannungen v1, v2 und v3 in Übereinstimmung gebracht, wie es in Fig. 20c gezeigt ist.
Fig. 20e zeigt die Signale ps2 und ps3, die in Fig. 19 gezeigt sind, wobei das Signal ps2 ein Signal ist, das durch Umwandeln des Stroms der negativen Seite (abfliessender Strom) des Stroms i2 in eine Spannung umgewandelt wird, und das Signal ps3 ist ein Signal, das erhalten wird, indem der kombinierte Strom aus den jeweiligen Strömen der negativen Seiten (abfliessende Ströme) der Ströme i3 und i1 in eine Spannung umgewandelt wird.
Die Tatsache, daß das Signal ps3 den kombinierten Strom aus den jeweiligen negativen Seiten der Ströme i3 und i1 verwendet, ist, weil die zwei Signale ps2 und ps3, die zum vergleich in den Komparator 100 der Phasenerfassungsschaltung 10 eingegeben werden sollen, die in Fig. 14 gezeigt ist, nicht gleichzeitig Null werden, so daß sie wirksam sind, die Arbeitsweise des Komparators 100 zu stabilisieren.
Fig. 20f zeigt das Phasensignal g, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegeben wird, die in Fig. 14 gezeigt ist, wobei die Anstiegsflanke des Phasensignals g mit der maximalen Spitze des Stroms i1 zusammenfällt. Wie es aus Fig. 20 klar ist, ist die Anstiegsflanke des Phasensignals g in der Phase um Δg von dem maximalen Spitzenpunkt des Stellungssignals p1 (oder des Antriebsstroms v1) verschoben.
Die jeweiligen Signalwellenformen der schaltungen des bürstenlosen Gleichstrommotors dieser Ausführungsform sind in Fig. 20 für den Fall gezeigt, daß als Stromversorgungsschaltung 7 eine vom Spannungsregelungstyp verwendet wird, bei der Sinuswellenspannungen proportional jeweils zu den Stellungssignalen an die Statorwicklungen angelegt werden. Jedoch ist die Arbeitsweise des Ausführens der Phasenkorrektur so, daß die Phasen der induzierten Spannungen e1, e2 und e3 mit den Phasen der Antriebsströme i1, i2 und i3 in Reaktion auf das Phasensignal g übereinstimmen, das von der Phasenerfassungsschaltung 10 ausgegeben wird, ungefähr gleich derjenigen bei dem Fall, daß eine vom Stromregelungstyp, die in Fig. 16 gezeigt ist, verwendet wird, und als ein Ergebnis werden die Erläuterungen dazu hier aus dem Grund fortgelassen, eine Wiederholung zu vermeiden.
Wie es oben beschrieben worden ist erzeugt der bürstenlose Gleichstrommotor dieser Erfindung dreiphasige Stellungssignale, die die zweiphasigen Frequenzsignale verwenden, die in der Phase voneinander verschieden sind und von dem Frequenzgenerator ausgegeben worden sind, was bedeutet, daß ein stellungssensor, wie der Hall-Sensor, nicht notwendig ist, verwendet zu werden.
Ferner ist bei der Wellenformerzeugungsschaltung 6, die in Fig. 1 gezeigt ist, die digitale Datentabelle für die Sinuswellenfunktion nur fur eine Periode in dem Speicher gespeichert, und indem auf die Funktionstabelle durch Ändern des Adressenwerts um eine unterschiedliche Größe der Phase Bezug genommen wird, werden die digitalen drei-phasigen Stellungssignale jeweils an die drei Digital/Analog-Umwandler 63, 64 und 65 ausgegeben, sind aber nicht darauf beschränkt, und es erübrigt sich zu sagen, daß ein Digital/- Analog-Umwandler verwendet wird, um die digitalen Werte in analoge Werte in einer sequentiellen Weise umzuwandeln, und die derart erhaltenen, analogen Werte können in drei Abtast- und Halteschaltungen (nicht gezeigt) gehalten werden, wodurch sie als ihre drei-phasigen Stellungssignale ausgegeben werden. Auch ist die Sinuswellenfunktion eine symmetrische, periodische Funktion, und als ein Ergebnis ist es nicht notwendig, alles von einer Periode in der Funktionstabelle zu speichern, was bedeutet, daß nur eine 1/2 Periode oder 1/4 Periode in der Funktionstabelle gespeichert werden kann, und der verbleibende Teil kann in geeigneter Weise gemäß dem Adressenwert verarbeitet werden, um dadurch digitale Werte zu halten, die den drei-phasigen Stellungssignalen äquivalent ist. Dies ist vorteilhaft dahingehend, daß der Speicher, der für die Funktionstabelle notwendig ist, klein gemacht werden kann. Ferner erübrigt es sich, zu sagen, daß nicht nur die Funktionstabelle für nur eine Periode in dem Speicher gespeichert wird, sondern daß Sinuswellenfunktion für die drei Phasen in jeweiligen Funktionstabellen gespeichert werden und die digitalen Werte, die den drei-phasigen Stellungssignalen äquivalent sind, jeweils unmittelbar an die Digital/Analog-Umwandler 63, 64 und 65 ausgegeben werden.
Ferner erübrigt es sich auch zu sagen, daß der Motor, der verwendet wird, ein drei-phasiger ist, aber nicht darauf beschränkt ist, so daß ein Motor, der irgendeine Anzahl von Phasen hat, für diesen Zweck verwendet werden kann.

Claims

1. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, umfaßend:

einen Rotor (20), der eine Vielzahl von Magnetpolen hat;

mehrphasige statorwicklungen (11, 12, 13), die nahe dem genannten Rotor mit einem vorbestimmten Zwischenraum dazwischen angebracht sind;

einen Frequenzgenerator (1) zum Erzeugen mehrphasiger Frequenzsignale, von denen jedes eine Frequenz proportional zu einer Drehzahl des genannten Rotors hat;

eine Richtungserfassungseinrichtung (3) zum Erfassen einer Drehrichtung des genannten Rotors aus den genannten mehrfasigen Frequenzsignalen, um ein Richtungssignal zu erhalten;

eine Zähleinrichtung (4), die auf das genannte Richtungssignal zum Aufzählen oder Abzählen von Impulsen mit mindestens einem Frequenzsignal der genannten mehrphasigen Frequenz signale reagiert;

eine Phaseneinstelleinrichtung (5), um einen Befehlswert von einem Zählwert der genannten Zähleinrichtung zu erhalten;

eine Wellenformerzeugungseinrichtung (6) zum Erzeugen mehrphasiger Wellenformsignale in Reaktion auf den genannten Befehlswert; und

eine Stromversorgungseinrichtung (7) zum Zuführen von Antriebsströmen oder Antriebsspannungen an die mehrphasigen Statorwicklungen in Reaktion auf die genannten jeweiligen mehrphasigen Wellenformsignale;

dadurch gekennzeichnet, daß er ferner eine Erfassungseinrichtung (10) zum Ausgeben eines Phasensignals in Reaktion auf eine Phase einer Spannung oder eines Stroms von mindestens einer der genannten mehrphasigen Statorwicklungen umfaßt;

und daß die genannte Phaseneinstelleinrichtung einen Zählwert der genannten Zähleinrichtung einstellt, indem dazu ein vorbestimmter Wert in Reaktion auf einen Drehrichtungsbefehl hinzuaddiert oder davon subtrahiert wird, und eine Phaseneinstellung in Reaktion auf das genannte Phasensignal ausführt, um den Befehlswert zu erhalten.

2. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem die genannte Phasenerfassungseinrichtung (10) zweiphasige Spannungen oder zweiphasige Ströme vergleicht, die den mehrphasigen Statorwicklungen zugeführt werden sollen, um das genannte Phasensignal zu erhalten.

3. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem die genannte Phasenerfassungseinrichtung (10) einen Strom, der zu einer Phase der Statorwicklungen geleitet wird, mit einer Summe von Strömen vergleicht, die zu den anderen Phasen der Statorwicklungen geleitet werden, um das genannte Phasensignal zu erhalten.

4. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem die genannte Phasenerfassungseinrichtung (5) den Zählwert der genannten Zähleinrichtung (4) in Reaktion auf ein Phasensignal nur einstellt, wenn eine Phasendifferenz zwischen einer Spannung und einem Strom der genannten Statorwicklungen einen vorbestimmten Wert überschreitet.

5. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem die genannte Phasenerfassungseinrichtung (5) einen vorbestimmten Wert zu dem Zählwert der genannten Zähleinrichtung (4) in Reaktion auf den Drehrichtungsbefehl hinzuaddiert oder von ihm subtrahiert, um eine Phase eines sich drehenden Magnetfelds, das durch die genannten Statorwicklungen erzeugt wird, um 90º in Größen des elektrischen Winkels von einer Phase eines Magnetpols des genannten Rotors zu drehen.

6. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem die genannte Wellenformerzeugungseinrichtung umfaßt:

eine Speichereinrichtung (67), in der im voraus digitale Daten gespeichert sind, die ein Sinuswellensignal darstellen; und

eine Digital/Analog- Umwandlungseinrichtung (63, 64, 65), um eine digitale Date, die aus der genannten Speichereinrichtung gelesen worden ist, in einen analogen Wert umzuwandeln.

7. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in Anspruch 6 beansprucht, in dem in der genannten Wellenformerzeugungseinrichtung (6) digitale Daten gespeichert sind, die nur eine Periode des Sinuswellensignals darstellen.

8. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in Anspruch 6 beansprucht, in dem in der genannten Wellenformerzeugungseinrichtung (6) digitale Daten gespeichert sind, die nur eine halbe Periode oder eine viertel Periode des Sinuswellensignals darstellen.

9. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in Anspruch 1 beansprucht, in der die genannte Zähleinrichtung, die Phaseneinstelleinrichtung und die Wellenformerzeugungseinrichtung einschließen:

eine Speichereinrichtung (62) zum Speichern von Programmdaten; und

eine Operations-Verarbeitungseinheit zum Ausführen von Verarbeitungen nach Maßgabe der genannten Programmdaten.

10. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in irgendeinem, der Ansprüche 1 bis 8 beansprucht, ferner umfaßend:

eine Erfassungseinrichtung (8) für die Anfangsstellung zum Berechnen eines Anfangswerts des genannten Rotors aus einem Zählwert der genannten Zähleinrichtung und zum Ausgeben des genannten Anfangswerts an die genannte Zähleinrichtung.

11. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in Anspruch 10 beansprucht, in dem die genannte Erfassungseinrichtung (8) für die Anfangsstellung einen ersten Zählwert der genannten Zähleinrichtung erfaßt, indem ein Magnetfeld im Uhrzeigersinn gedreht wird, und einen zweiten Zählwert der genannten Zähleinrichtung erfaßt, indem das Magnetfeld entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, und einen Mittelwert aus dem genannten ersten Zählwert und dem zweiten Zählwert als Anfangswert der Zähleinrichtung berechnet.

12. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in Anspruch 10 beansprucht, in dem die genannte Erfassungseinrichtung (8) für die Anfangsposition nur arbeitet, wenn der genannte Motor gestartet wird.

13. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, wie in Anspruch 10 beansprucht, in dem die genannte Erfassungseinrichtung (8) für die Anfangsposition, die Zähleinrichtung, die Phaseneinstelleinrichtung und die Wellenformerzeugungseinrichtung einschließen:

eine Speichereinrichtung (62) zum Speichern von Programmdaten; und

eine operations-Verarbeitungseinheitseinrichtung zum Ausführen von Verarbeitungen nach Maßgabe der genannten Programmdaten.