DE10026707A1 - Vorrichtung zum Steuern eines bürstenlosen Gleichstrommotors ohne Sensor - Google Patents

Vorrichtung zum Steuern eines bürstenlosen Gleichstrommotors ohne Sensor

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Abstract

Ein bürstenloser Gleichstrommotor ohne Sensor (2), der in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug montiert ist, wird durch eine interne ("on-board") Batterie (3) über einem Wechselrichter (11), der eine dreiphasige pulsbreitenmodulierte Spannung (PWM-Spannung) zuführt, angetrieben. Der Wechselrichter (11) wird zum Erzeugen der PWM-Spannung mit einem durchschnittlichen Spannungswert entsprechend einer Zielmotordrehzahl (Nt) gesteuert. Der PWM-Spannungswert wird durch Verändern seines Tastungsverhältnisses (Dr) derart gesteuert, daß eine Differenz zwischen der Zielmotordrehzahl (Nt) und der tatsächlichen Motordrehzahl (Nm) minimiert ist. Die tatsächliche Motordrehzahl (Nm) wird auf der Grundlage eines Signals bestimmt, das eine Rotorstellung anzeigt, die aus der an dem Motor angelegten PWM-Spannung erfaßt wird. Wenn die Batteriespannung absinkt und das Tastungsverhältnis (Dr) 100% erreicht, wird die Zielmotordrehzahl (Nt) vorübergehend auf einen Wert der tatsächlichen Motordrehzahl (Nm) verringert. Wenn die Batteriespannung sich erholt und das Tastungsverhältnis (Dr) kleiner als 100% wird, wird die Zielmotordrehzahl (Nt) allmählich wieder auf den ursprünglichen Wert (Nt 0 ) erhöht. Auf diese Art und Weise wird die PWM-Spannung richtig gesteuert, auch wenn die Batteriespannung sich schlagartig erhöht, wodurch der Motor stabil angetrieben wird, ohne einen Synchronisationsverlust zu verursachen.

Description

Diese Anmeldung nimmt die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei- 11-151058, die am 31. Mai 1999 angemeldet worden ist, in Anspruch, auf deren Inhalt im folgenden voll inhaltlich Bezug genommen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gesteuerten Antreiben eines bürstenlosen Gleichstrommotors ohne Sensor, wie er als Motor bei einem elektri­ schen Fahrzeug oder einem hybrid-elektrischen Fahrzeug verwendet wird.
Es gibt zwei Arten von bürstenlosen Gleichstrommotoren, eine mit einem Dreh­ stellungssensor und die andere ohne einen solchen Sensor. Bei einem Motor mit Sensor wird die Phase, die Frequenz und die Drehzahl des Motors auf der Grundlage einer durch den Drehstellungssensor erfaßten Rotorstellung bestimmt, während sie bei einem Motor ohne Sensor aufgrund einer Rotorstellung bestimmt werden, die aus einer an dem Motor anliegenden Motorspannung geschätzt bzw. abgeleitet wird.
Bei einem herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrommotor ohne Sensor wird eine Rotorstellung aufgrund einer erfaßten Motorspannung bestimmt und eine Drehzahl des Motors Nm wird aus einem zyklischen Zeitintervall eines Signals bestimmt, das die Rotorstellung anzeigt. Die Motordrehzahl Nm wird auf eine Zieldrehzahl Nt durch Zu­ führen einer pulsbreitenmodulierten Motorspannung, auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Motordrehzahl Nm und der Zieldrehzahl Nt gesteuert. Insbesondere wird ein Tastungsverhältnis (duty ratio) Dr der dem Motor zugeführten pulsbreitenmodulier­ ten Spannung (PWM-Spannung) in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen Nm und Nt erhöht oder erniedrigt.
Die herkömmliche Steuerung weist jedoch das Problem auf, daß die Rotorstellung fehlerhaft bestimmt wird, wenn eine Spannung einer Gleichstromleistungsquelle sich schlagartig ändert, da die Rotorstellung auf der Grundlage einer erfaßten Gleichstrom­ spannung bestimmt wird. Die fehlerhafte Bestimmung der Rotorstellung kann zu einem Stillstand des Motors aufgrund eines Synchronisationsverlustes führen, da die Mo­ tordrehzahl aus der Rotorstellung bestimmt wird und das Tastungsverhältnis der PWM- Spannung wird auf der Grundlage der Motordrehzahl berechnet. Der schlagartige Wech­ sel der Spannung der Gleichstromleistungsquelle tritt bei einem Elektro- oder Hybrid­ fahrzeug oftmals auf, wenn es in Nutzbremsung (regenerative breaking) betrieben wird. In diesem Fall erhöht sich die Spannung der Leistungsquelle schlagartig aufgrund der regenerierten Energie.
Das vorstehend erwähnte Problem ist besonders in der folgenden Situation bemer­ kenswert: Eine Spannung einer Gleichstromleistungsquelle eines elektrischen Fahrzeugs ist ziemlich niedrig und demgemäß wird der Motor mit einer niedrigeren Drehzahl als der Zieldrehzahl mit einem fest bei 100% eingestellten PWM-Tastungsverhältnis ange­ trieben. Wenn sich die Spannung der Leistungsquelle in dieser Situation aufgrund einer Nutzbremsung schlagartig erhöht, kann das Tastungsverhältnis dieser schlagartigen Er­ höhung der Leitungsquellenspannung nicht schnell folgen. Dies führt zu einer schlagar­ tigen Erhöhung des Motordrehmoments oder zu einem Stillstand des Motors aufgrund eines Synchronisationsverlustes, der durch eine fehlerhafte Bestimmung der Rotorstel­ lung verursacht ist.
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht des zuvor erwähnten Problems ge­ macht worden und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Motorsteuervorrichtung zu schaffen, welche in der Lage ist, einen bürstenlosen Gleich­ strommotor ohne Sensor auch dann stabil zu steuern, wenn sich eine Leistungsquellen­ spannung schlagartig ändert.
Ein in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug montierter bürstenloser Gleichstrom­ motor ohne Sensor wird durch eine interne ("on-board") Gleichstromleistungsquelle, d. h. eine Batterie, angetrieben. Die Gleichstromleistung der Batterie wird durch einen Wechselrichter, der von einer dazugehörigen Steuervorrichtung gesteuert wird, in eine dreiphasige pulsbreitenmodulierte Spannung (PWM-Spannung) wechselgerichtet. Die PWM-Spannung wird dem Motor zugeführt, um ihn in einer gesteuerten Art und Weise anzutreiben. Der Durchschnittswert der PWM-Spannung wird durch ein Verändern ei­ nes Tastungsverhältnisses der PWM-Spannung gesteuert. Das Tastungsverhältnis wird zum Minimieren einer Differenz zwischen der Zielmotordrehzahl und der aktuellen Motordrehzahl gesteuert.
Die tatsächliche Motordrehzahl wird auf der Grundlage eines Signals bestimmt, das eine Rotorstellung anzeigt, welche wiederum aufgrund der PWM-Spannung, die an dem Motor angelegt ist, erfaßt wird. Andererseits wird die Zielmotordrehzahl der Steu­ ervorrichtung von außen zugeführt. Die PWM-Spannung wird derart gesteuert, daß eine Schwankung der Batteriespannung keinen Einfluß auf den Wert der PWM-Spannung besitzt. Da die Rotorstellung aufgrund der so gesteuerten PWM-Spannung erfaßt wird, wird sie mit einer hohen Genauigkeit erfaßt.
Wenn die Batteriespannung aus irgendeinem Grund absinkt und dadurch das Ta­ stungsverhältnis 100% erreicht, um den Batteriespannungsabfall zu kompensieren, wird die ursprüngliche Zielmotordrehzahl auf einen Wert der erfaßten tatsächlichen Mo­ tordrehzahl verringert. Der verringerte Wert wird so lange aufrechterhalten, bis das Ta­ stungsverhältnis weniger als 100% beträgt. Wenn die Batteriespannung wieder ansteigt und das Tastungsverhältnis weniger als 100% wird, wird die Zielmotordrehzahl allmäh­ lich auf den ursprünglichen Wert erhöht. Wenn die Batteriespannung sich schlagartig durch eine Nutzbremsung oder dergleichen erhöht, wird auf diese Art und Weise eine plötzliche übermäßige Erhöhung der PWM-Spannung vermieden. Demgemäß wird die Rotorstellung auf der Grundlage der PWM-Spannung genau erfaßt und der Motor wird richtig gesteuert, ohne daß ein Synchronisationsverlust verursacht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der bürstenlose Gleichstrommotor ohne Sensor ungeachtet einer schlagartigen Änderung der Batteriespannung stabil gesteuert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsform anhand der Zeichnun­ gen.
Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, das einen Gesamtaufbau einer Motorsteuer­ vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen mit ei­ nem Motor und einer Leistungsquelle zeigt;
Fig. 2 einen Stromlaufplan, der einen Rotorerstellungsdetektor in der Motorsteuervorrichtung zeigt;
Fig. 3 einen Stromlaufplan, der einen Antriebssignalgenerator in der Motorsteuervorrichtung zeigt;
Fig. 4A und 4B ein Flußdiagramm, das ein Betriebsverfahren eines Drehzahlbe­ fehlsgebers, einer PWM-Berechnungsvorrichtung und einer Ta­ stungsverhältnisbeurteilungsschaltung in der Motorsteuervor­ richtung zeigt, wobei Fig. 4A von Fig. 4B gefolgt ist;
Fig. 5 ein Zeitablaufdiagramm, das verschiedene Spannungswellenfor­ men in der Motorsteuervorrichtung zeigt;
Fig. 6 ein Zeitablaufdiagramm, das eine Leistungsquellenspannung, Motordrehzahlen und ein PWM-Tastungsverhältnis in der Motor­ steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 7 ein Zeitablaufdiagramm, das eine Leistungsquellenspannung, eine Motordrehzahl und ein PWM-Tastungsverhältnis in einer her­ kömmlichen Motorsteuervorrichtung zeigt.
Der Gesamtaufbau einer Motorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfin­ dung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Ein bürstenloser Gleichstrommo­ tor ohne Sensor ist in einem elektrischen Fahrzeug montiert und wird durch eine Hoch­ spannungsgleichstromleistungsquelle 3 (eine Batterie) unter Steuerung mittels einer Motorsteuervorrichtung 1 angetrieben. Die Motorsteuervorrichtung 1 enthält: einen Wechselrichter 11, einen Batteriespannungsdetektor 12, einen Rotorstellungsdetektor 13, einen Drehzahldetektor 14, einen Drehzahlbefehlsgeber 15, eine Drehzahlsteuervor­ richtung 16, einen Speicher 17, eine PWM-Berechnungsvorrichtung 18, eine Tastungs­ verhältnisbeurteilungsschaltung 19 und einen Antriebssignalgenerator 20.
Der Wechselrichter 11 ist von konventioneller Bauart und enthält in dem oberen Zweig Halbleiterschaltelemente 11a-11c (in dieser bestimmten Ausführungsform wer­ den IGBTs verwendet), und Halbleitungsschaltelemente 11d-11f in dem unteren Zweig sowie Umlaufdioden 11g-11m. Der Batteriespannungsdetektor 12 erfaßt die Spannung der Leistungsquelle 3. Der Rotorstellungsdetektor 13 erfaßt Impulssignale, die auf der Grundlage der an den Motor gelegten Spannung (als Motorspannung bezeichnet) er­ zeugt werden, zum Feststellen einer Stellung des Rotors des Motors 2. Der Drehzahl­ detektor 14 berechnet die Drehzahl des Rotors als Reziprokalwert des zyklischen Zeit­ intervalls der Impulssignale, die die Rotorstellung anzeigen. Der Drehzahlbefehlsgeber 15 gibt eine Zieldrehzahl Nt aus, welche die gleiche wie eine vorbestimmte Zieldrehzahl Nt0 ist, die von außerhalb zugeführt wird, oder wird gemäß eines Tastungsverhältnisbe­ urteilungssignals, das von der Tastungsverhältnisbeurteilungsschaltung 19 zugeführt wird, modifiziert.
Die Drehzahlsteuervorrichtung 16 berechnet eine Differenz zwischen der Zieldrehzahl Nt und einer erfaßten Motordrehzahl Nm und bildet eine Befehls­ ("Instructed")-Motorspannung Vinst, die die Motorzahl erhöht oder erniedrigt, um die Differenz zwischen Nt und Nm zu verringern. Wenn die Motordrehzahl Nm niedriger als die Zieldrehzahl Nt ist, wird die Befehlsmotorspannung Vinst durch ein Hinzufügen eines vorbestimmten Spannungsbetrags entsprechend eines vorbestimmten Tastungs­ verhältnisses zu der gegenwärtigen Motorspannung gebildet. Wenn die Motordrehzahl Nm höher als die Zieldrehzahl Nt ist, wird die Befehlsmotorspannung Vinst durch ein Verringern um einen vorbestimmten Spannungswert entsprechend zu einem vorbe­ stimmten Tastungsverhältnis aus einer gegenwärtigen Motorspannung gebildet. Der Speicher 17 speichert die Befehlsmotorspannung Vinst, die von der Drehzahlsteuervor­ richtung 16 zugeführt wird.
Die PWM-Berechnungsvorrichtung 18 berechnet ein Tastungsverhältnis Dr des Wechselrichters 11 auf der Grundlage einer Leistungsquellenspannung Vb (Batterie­ spannung), die durch den Batteriespannungsdetektor 12 erfaßt worden ist, und der Be­ fehlsmotorspannung Vinst, die in dem Speicher 17 gespeichert ist, und gibt ein PWM- Signal mit dem berechneten Tastungsverhältnis Dr und der vorbestimmten Trägerfre­ quenz aus. Die Tastungsverhältnisbeurteilungsschaltung 19 bestimmt, ob das Tastungs­ verhältnis Dr des PWM-Signals 100% beträgt oder nicht. Der Antriebssignalgenera­ tor 20 erzeugt eine Gatespannung Vg, die den Betrieb der Schaltelemente 11a-11f in der Wechselrichterschaltung 11 auf der Grundlage des Rotorstellungssignals, das von dem Rotorstellungsdetektor 13 zugeführt ist, und dem PWM-Signal, das von der PWM-Be­ rechnungsvorrichtung 18 zugeführt ist, steuert.
Die zahlreichen Bauteile und Schaltungen außer dem Wechselrichter 11 selbst, die in der Motorsteuervorrichtung 1 enthalten sind, werden richtigerweise als eine Wechsel­ richtersteuervorrichtung bezeichnet. Von diesen zahlreichen Komponenten in der Mo­ torsteuervorrichtung wird der Rotorstellungsdetektor 13, der Drehzahlbefehlsgeber 15, die PWM-Berechnungsvorrichtung 18, die Tastungsverhältnisbeurteilungsschaltung 19 und der Antriebssignalgenerator 20 im folgenden weiterhin erläutert, da diese Bestand­ teile für die vorliegende Erfindung von besonderem Interesse sind. Die in Fig. 1 ge­ zeigten Referenzzeichen, die vorstehend nicht erklärt sind, korrespondieren mit jeweili­ gen Spannungen oder Signalen wie folgt: 12a mit der Batteriespannung Vb, 13a-13c mit der Motorspannung Vm, 13d-13e mit dem Rotorstellungssignal P, 14a mit der Ro­ tordrehzahl Nm, 15a mit der Zielmotordrehzahl Nt, 17a mit der Befehlsmotorspannung Vinst, 18a mit dem Tastungsverhältnis Dr der PWM-Spannung, 19a mit dem Tastungs­ verhältnisbeurteilungssignal, und 20a-20f mit der Gatespannung Vg.
Die Einzelheiten des Rotorstellungsdetektors 13 werden in Fig. 2 gezeigt. Der Rotorstellungsdetektor 13 ist aus drei Rotorstellungserfassungsschaltungen aufgebaut, von denen jede mit einer Phase übereinstimmt und einen identischen Aufbau aufweist. Jede Rotorstellungserfassungsschaltung ist aus einer integrierenden Schaltung aufge­ baut, die aus einem Widerstand R und einem Kondensator C, Widerständen r1, r2 und einem Komparator CR bestehen. Diese Bestandteile sind wie in Fig. 2 gezeigt verbun­ den. Die integrierende Schaltung beseitigt eine Trägerfrequenz aus der PWM-Spannung. Die Motorspannung Vm (13a-13c entsprechend zu jeder Phase) wird von einem Ende des Rotorstellungsdetektors 13 zugeführt und das Rotorstellungssignal P (13d-13f ent­ sprechend zu jeder Phase) wird von dem anderen Ende ausgegeben.
Ein Minusanschluß jedes Komparators CR ist mit der integrierenden Schaltung durch den Widerstand r2 verbunden und gemeinsam miteinander verbunden, so daß eine Durchschnittsmotorspannung der drei Phasen zu dem Minusanschluß geführt wird. Ein Plusanschluß jedes Komparators CR ist mit der jeweiligen integrierenden Schaltung durch den Widerstand r1 verbunden. Somit gibt die Rotorstellungserfassungsschaltung einen höheren Wert für ein Rotorstellungssignal P aus, wenn die Motorspannung Vm jeder Phase höher als die Durchschnittsmotorspannung ist.
Der Aufbau des Antriebssignalgenerators 20 wird in Fig. 3 gezeigt. Der Antriebs­ signalgenerator 20 ist, wie gezeigt, aus logischen Schaltungen aufgebaut. Das PWM- Signal (18a) von der PWM-Berechnungsvorrichtung 18 und das Rotorstellungssignal P (13d-13f) von dem Rotorstellungsdetektor 13 werden dem Antriebssignalgenerator zu­ geführt und die Gatespannung Vg (20a-20f) wird entsprechend eines Betriebs der Lo­ gikschaltungen erzeugt. Der Betrieb dieser Schaltungen wird unter Bezugnahme auf das Zeitablaufdiagramm, das in Fig. 5 gezeigt wird, später erläutert.
Der Drehzahlbefehlsgeber 15, die PWM-Berechnungsvorrichtung 18 und die Ta­ stungsverhältnisbeurteilungsschaltung 19 sind in dieser speziellen Ausführungsform als Software eines Mikrocomputers aufgebaut, obgleich sie genauso gut durch Hardware aufgebaut sein können. Ihr Betrieb wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm, das in den Fig. 4a und 4b gezeigt ist, beschrieben.
Die PWM-Berechnungsvorrichtung 18 führt das Verfahren der Schritte S100-­ S108, wie in Fig. 4A gezeigt, durch. Bei Schritt S100 wird die Batteriespannung Vb und die Befehlsmotorspannung Vinst gelesen. Das Tastungsverhältnis Dr des Wechselrich­ ters 11 wird bei Schritt S102 gemäß der folgenden Formel berechnet: Dr = Vinst/Vb × 100%. Das Tastungsverhältnis Dr übersteigt 100% in der Situation, bei der die Befehlsmotorspannung Vinst die Batteriespannung Vb erreicht und die Mo­ tordrehzahl Nm weiterhin niedriger als die Zieldrehzahl Nt ist, da die Drehzahlsteuer­ vorrichtung 16 zum weiteren Erhöhen der Befehlsspannung Vinst in dieser Situation arbeitet. Bei Schritt S104 (dieses Verfahren wird durch die Tastungsverhältnisbeurtei­ lungsschaltung 19 durchgeführt) wird daher geprüft, ob das Tastungsverhältnis Dr 100% übersteigt oder nicht. Wenn das Tastungsverhältnis Dr 100% übersteigt, wird bei Schritt S106 das Tastungsverhältnis auf 100% eingestellt. Wenn nicht, fährt das Verfahren bei Schritt S108 fort. Bei Schritt S108 wird das PWM-Signal mit dem in den vorhergehen­ den Schritten bestimmten Tastungsverhältnis Dr ausgebildet und ausgegeben. Das PWM-Signal ist ein Impulssignal mit einem vorbestimmten zyklischen Zeitintervall und dem bestimmten Tastungsverhältnis. Die PWM-Berechnungsvorrichtung 18 kann als eine Hardwareschaltung aufgebaut sein. Die Berechnung von Vinst/Vb kann beispiels­ weise durch eine Teilungsschaltung durchgeführt werden und das PWM-Signal kann aus einem Ausgang eines Komparators, an welchem eine Sägezahnspannung und die Spannung entsprechend des berechneten Werts von Vinst/Vb anliegt, erlangt werden.
Die Tastungsverhältnisbeurteilungseinrichtung 19 führt das Verfahren der Schritte S104 und S110 durch. Das heißt, bei Schritt S104 wird beurteilt, ob das Tastungsver­ hältnis 100% übersteigt oder nicht und das Beurteilungsergebnis wird bei Schritt S110 dem Drehzahlbefehlsgeber 15 zugeführt.
Der Drehzahlbefehlsgeber 15 führt die in Fig. 4A und 4B gezeigten Verfahrens­ schritte S112-S128 durch. Bei Schritt S112 wird die von außen zugeführte Zielmo­ tordrehzahl Nt0 gelesen. Bei Schritt S114 wird überprüft, ob das Tastungsverhält­ nis Dr 100% beträgt oder nicht. Wenn das Tastungsverhältnis Dr 100% beträgt, wird bei Schritt S116 die gegenwärtige Motordrehzahl Nm gelesen und bei Schritt S118 wird die Zielmotordrehzahl Nt gleich der gegenwärtigen Motordrehzahl Nm eingestellt. Bei Schritt S120 wird ein Merker (flag) F auf "1" gesetzt, was bedeutet, daß das Tastungs­ verhältnis Dr 100% beträgt. Anschließend kehrt das Verfahren zu einem nicht näher dargestellten Hauptprogramm zurück. Wenn bei Schritt S114 bestimmt wird, daß das Tastungsverhältnis Dr 100% nicht beträgt, fährt das Verfahren bei dem in Fig. 4B ge­ zeigten Schritt S122 fort. Bei Schritt 122 wird überprüft, ob der Merker F gleich "1" ist. Wenn F = 1 ist, wird bei Schritt S124 die Zielmotordrehzahl Nt allmählich zu der vor­ bestimmten Zieldrehzahl Nt0 verschoben. Anschließend wird bei Schritt S126 der Mer­ ker auf "0" zurückgesetzt und das Verfahren kehrt zu dem aufrufenden Programm bzw. zum Hauptprogramm zurück. Wenn der Merker nicht "1" ist, wird bei Schritt S128 die Zieldrehzahl auf Nt0 gesetzt und das Verfahren kehrt anschließend zu dem aufrufenden Programm bzw. Hauptprogramm zurück.
Gemäß dem in Fig. 5 gezeigten Zeitablaufdiagramm wird der Betrieb der Motor­ steuervorrichtung in der Situation erläutert, bei der die Batteriespannung aufgrund z. B. einer Nutzbremsung erhöht ist. In dem Zeitablaufdiagramm werden die Batteriespan­ nung Vb (12a), die Motorspannung Vm (13a, 13b, 13c, jeweils eine Spannung einer Phase), das Rotorstellungssignal P (13d, 13e, 13f, das jeweils das Rotorstellungssignal einer Phase zeigt), die Gatespannung Vg (20a-20f) und das Tastungsverhältnis Dr des PWM-Signals von oben her in dem Diagramm in dieser Reihenfolge gezeigt.
Bei dem in dem Diagramm gezeigten Beispiel wird die Batteriespannung Vb auf 200 V bis zu einem Zeitpunkt "A" gehalten und beginnt sich bei A aufgrund der Nutz­ bremsung zu erhöhen und anschließend erhöht sich die Batteriespannung Vb rapide und erreicht 300 V zu einem Zeitpunkt "B". Bis zum Zeitpunkt A beträgt das Tastungsver­ hältnis Dr 60% und die Motorspannung Vm beträgt 120 V. Wenn das Tastungsverhält­ nis Dr auf 60% nach dem Zeitpunkt A wie bei der herkömmlichen Steuervorrichtung gehalten wird, erhöht sich die Motorspannung Vm rapide in Übereinstimmung mit der Erhöhung der Batteriespannung Vb und erreicht einen Wert von 180 V (300 V × 60%) zum Zeitpunkt B. Folglich arbeitet der Rotorstellungsdetektor 13 fehlerhaft und gibt ein fehlerhaftes Rotorstellungssignal P aus, wodurch ein Synchronisationsverlust in dem Motor verursacht wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Vermeiden eines derartigen fehlerhaften Betriebes das Tastungsverhältnis Dr von 60% auf 40% ernied­ rigt, wenn die Batteriespannung Vb sich erhöht. Dabei wird die Motorspannung Vb auf einen konstanten Wert von 120 V gehalten.
Gemäß Fig. 6 wird der Betrieb der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Er­ findung für die Situation erläutert, bei der die Batteriespannung VB sich verringert und das Tastungsverhältnis 100% erreicht. In dem Zeitablaufdiagramm der Fig. 6 werden die Batteriespannung Vb (12a), die Motordrehzahl Nm (14a), die Zielmotordreh­ zahl Nt (15a) und das Tastungsverhältnisbeurteilungssignal 19a in dieser Reihenfolge gezeigt. Wenn die Batteriespannung Vb sich von einem Ausgangswert verringert und unterhalb eines bestimmten Wertes sinkt, kann die Zielmotordrehzahl Nt nicht weiter aufrecht erhalten werden. In dieser Situation wird das Tastungsverhältnis Dr 100% und dadurch wird das Tastungsverhältnisbeurteilungssignal 19a eingestellt. Nach dem Ein­ stellen des Tastungsverhältnisbeurteilungssignals stellt der Drehzahlbefehlsgeber 15 die Zielmotordrehzahl Nt auf die gegenwärtige Motordrehzahl Nm vorübergehend ein. Wenn danach die Batteriespannung Vb sich aufgrund einer Nutzbremsung schlagartig erhöht, wie es in dem Diagramm gezeigt ist, wird das Tastungsverhältnis kleiner als 100%. Demgemäß wird das Rotorstellungssignal P auf normale Art und Weise erzeugt und das Tastungsverhältnisbeurteilungssignal 19a wird zurückgesetzt. Zu diesem Zeit­ punkt erhöht der Drehzahlbefehlsgeber 15 allmählich die Zielmotordrehzahl Nt, welche vorübergehend auf Nm gesetzt worden ist, auf den ursprünglichen Wert von Nt0.
Der vorstehend beschriebene Betrieb kann wie folgt zusammengefaßt werden. Die Zielmotordrehzahl Nt wird vorübergehend auf den Wert der gegenwärtigen Motordreh­ zahl Nm verringert, wenn die Batteriespannung Vb sich verringert und das Tastungsver­ hältnis Dr 100% wird. Wenn die Batteriespannung Vb sich danach schlagartig erhöht, erhöht sich daher die an dem Motor angelegte Spannung Vm nicht schlagartig propor­ tional zu der Batteriespannung Vb. Da somit die schlagartige Erhöhung der Motorspan­ nung Vm vermieden wird, wird die Rotorstellung auf der Grundlage der Motorspannung Vm korrekt erfaßt. Die schlagartige Erhöhung der Motordrehzahl wird auch dann ver­ mieden, wenn die Motorspannung Vb sich aufgrund der Nutzbremsung rapide erhöht.
Zu Vergleichszwecken wird der Betrieb einer herkömmlichen Motorsteuervor­ richtung für die gleiche Situation wie vorstehend beschrieben in Fig. 7 gezeigt. Die Zielmotordrehzahl Nt (15a) wird auf einem vorhergehenden Wert gehalten, wenn die Batteriespannung Vb (12a) sich verringert und das Tastungsverhältnis 100% erreicht. Daher besteht eine große Differenz zwischen der Zielmotordrehzahl Nt und der tatsäch­ lichen Motordrehzahl Nm, welche in Übereinstimmung mit dem Batteriespannungsab­ fall verringert worden ist. Demgemäß wird das Tastungsverhältnis auf 100% gehalten, wenn die Batteriespannung Vb danach aufgrund einer Nutzbremsung sich schlagartig erhöht. Folglich erhöht sich die Motordrehzahl in Übereinstimmung mit dem schlagarti­ gen Anstieg der Batteriespannung Vb ebenfalls schlagartig, und die Rotorstellung kann nicht korrekt erfaßt werden, wodurch der Motor zu einem Stillstand gebracht wird. Mit anderen Worten, die herkömmliche Steuervorrichtung kann dem schlagartigen Batterie­ spannungsanstieg nicht richtig folgen.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die vorhergehende be­ vorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann ersichtlich, daß Veränderungen in Form und Detail darin gemacht werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Steuern eines bürstenlosen Gleichstrommotors (2) ohne Sensor, der durch einen Gleichstromleistungsquelle (3) angetrieben wird, wobei die Vor­ richtung aufweist:
einen Wechselrichter (11) zum Zuführen einer dreiphasigen pulsbreitenmodulier­ ten Motorspannung (Vm) zu den bürstenlosen Gleichstrommotor (2) ohne Sensor, wobei die Motorspannung aus der Gleichstromleistungsquelle (3) erzeugt wird; und
eine Steuervorrichtung zum Steuern des Betriebs des Wechselrichters (11), wobei die Steuervorrichtung einen Drehzahldetektor (14) zum Erfassen einer Motordreh­ zahl auf der Grundlage einer Rotorstellung, die aus der Motorspannung bestimmt wird, enthält, wobei die Steuervorrichtung ein Tastungsverhältnis (Dr) der drei­ phasigen pulsbreitenmodulierten Motorspannung zum Verringern einer Differenz zwischen einer Zielmotordrehzahl (Nt) und einer erfaßten Motordrehzahl (Nm) steuert, wobei
die Rotorstellung auf der Grundlage der Motorspannung bestimmt wird, die zum Beseitigen einer Spannungsschwankung der Gleichstromleistungsquelle gesteuert wird.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei
die Steuervorrichtung das Tastungsverhältnis (Dr) zum Beseitigen des Einflusses der Spannungsschwankung der Gleichstromleistungsquelle (3) an einen Durch­ schnittswert der Motorspannung modifiziert bzw. anpaßt.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei
die Steuervorrichtung die Zielmotordrehzahl (Nt) auf einen Wert der erfaßten Motordrehzahl (Nm) vorübergehend einstellt, wenn das Tastungsverhältnis (Dr) 100% erreicht und der vorübergehend eingestellte Wert (Nm) während einer Zeitdauer aufrecht erhalten wird, in welcher das Tastungsverhältnis (Dr) 100% beträgt; und
die Steuervorrichtung die vorübergehend eingestellte Zielmotordrehzahl (Nm) auf einen Wert der ursprünglichen Zielmotordrehzahl (Nt0) allmählich verschiebt, nachdem das Tastungsverhältnis (Dr) kleiner als 100% wird.
4. Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen Gleichstrommotors ohne Sensor (2), der durch eine Batterie (3) über eine Motorsteuervorrichtung (1) angetrieben, die zwischen dem Motor und der Batterie angeschlossen ist, wobei das Verfahren fol­ gende Schritte aufweist:
ein Wechselrichten einer Gleichspannung der Batterie (3) in eine dreiphasige pulsbreitenmodulierte Spannung (Vm) mit einem steuerbaren Tastungsverhältnis (Dr);
Zuführen der pulsbreitenmodulierten Spannung (Vm) zu dem Motor (2);
Einstellen einer Zielmotordrehzahl (Nt) auf einen vorbestimmten Wert (Nt0);
Erfassen einer Motordrehzahl (Nm) auf der Grundlage der dem Motor (2) zuge­ führten pulsbreitenmodulierten Spannung (Vm);
Berechnen einer Drehzahldifferenz zwischen der erfaßten Motordrehzahl (Nm) und der Zielmotordrehzahl (Nt);
Modulieren des Tastungsverhältnisses (Dr) der pulsbreitenmodulierten Spannung (Vm) zum Minimieren der Drehzahldifferenz;
Verändern der Zielmotordrehzahl (Nt) auf einen Wert der erfaßten Motordreh­ zahl (Nm), wenn die Batteriespannung sich verringert und dadurch das Tastungs­ verhältnis (Dr) der Motorspannung (Vm) 100% erreicht;
Aufrechterhalten der Zielmotordrehzahl (Nt) auf dem erfaßten Motordrehzahl­ wert (Nm) während einer Zeitdauer, in welcher das Tastungsverhältnis (Dr) 100% beträgt; und
allmähliches Verschieben der Zielmotordrehzahl (Nt), die auf dem erfaßten Mo­ tordrehzahlwert (Nm) gehalten worden ist, auf den vorbestimmten Wert (Nt0), nachdem das Tastungsverhältnis (Dr) kleiner als 100% wird.
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