DE10037936A1 - Motorsteuereinrichtung - Google Patents

Abstract

Es ist eine Steuereinheit (5) für einen Synchronmotor (1) vorgesehen, welcher von einem mit einem Magnet versehenen Rotor gebildet wird. Die Steuereinheit (5) weist eine 180 DEG -Leitungsansteuereinheit (7) zum Ausführen einer 180 DEG -Leitungsansteuerung des Synchronmotors (1) auf. Ferner ist eine 120 DEG -Leitungsansteuereinheit (6) zum Ausführen einer 120 DEG -Leitungsansteuerung des Synchronmotors (1) vorgesehen. Eine Drehzahlberechnungseinheit (8) zum Berechnen der Motordrehzahl, eine Drehzahl/Wirkungsgrad-Tabelleneinheit (10) zum Speichern des Wirkungsgrads in bezug auf die Motordrehzahl sowie eine Ansteuerverfahrenauswahleinheit (9) zum Auswählen des optimalen Ansteuerverfahrens in bezug auf die aktuelle Drehzahl auf der Grundlage der aktuellen Drehzahl und der in der Drehzahl/Wirkungsgrad-Tabelleneinheit (10) gespeicherten Information sind ebenfalls ausgebildet. Dadurch führt gemäß der aktuellen Drehzahl der Synchronmotor (1) eine 120 DEG - oder eine 180 DEG -Leitungsansteuerung durch, um eine Ansteuerung und einen Antrieb mit optimalem Wirkungsgrad zu erzielen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorsteuereinrichtung gemäß den Patentansprüchen 1, 10 bzw. 18.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Motorsteuerein­ richtung, welche in der Lage ist, einen Synchronmotor, welcher einen mit Magneten versehenen Rotor aufweist, mit hohem Wirkungsgrad und mit hoher Zuverlässigkeit zu steu­ ern.

Technischer Hintergrund

In jüngster Zeit haben Umweltproblematiken und insbesonde­ re der Aspekt des Energieeinsparens gesteigerte öffentli­ che Beachtung und Aufmerksamkeit gefunden. Insbesondere im Bereich der Elektromotore hat es sich als wünschenswert herausgestellt, Motore herzustellen, die eine nur geringe Baugröße, einen besonders hohen Wirkungsgrad und dabei auch eine hohe Ausgangsleistung oder Ausgabeleistung be­ sitzen. All diese Aspekte sind vor dem Hintergrund der Notwendigkeit von Energieeinsparmaßnahmen zu sehen.

Motore wie dielektrische Motore oder SPM-Motore (Surface Permanent Magnet), die mit auf der Oberfläche eines Rotors vorgesehenen Permanentmagneten oder Dauermagneten ausge­ stattet sind, sind typische Beispiele für Motore aus dem Stand der Technik. Diese Motore werden am häufigsten im Rahmen der Massenproduktion verwendet.

Diese Motore besitzen einen Aufbau, welcher sich vom Auf­ bau herkömmlicher Motore unterscheidet. Unter diesen Moto­ ren hat der IPM-Motor (Interior Permanent Magnet) besonde­ re Aufmerksamkeit gefunden. Bei diesem sind die Permanent­ magnete oder Dauermagnete in einem Rotor eingebettet oder angeordnet, um den Wirkungsgrad weiter zu steigern. Dabei werden zusätzlich zum Flemingmoment auch Reluktanzmomente ausgenutzt und verwendet.

Fig. 35 zeigt ein Beispiel des Aufbaus für einen IPM- Motor. Der in Fig. 35 gezeigte IPM-Motor weist einen Rotor auf, welcher von einem Rotorkern 131 gebildet wird. Der Rotorkern 131 besitzt einen Eisenkern mit einer hohen ma­ gnetischen Permeabilität. Er kann auch aus Ferrosilizium­ platten beschichtet aufgebaut sein. Es sind ferner Perma­ nent- oder Dauermagnete 132 im Rotorkern 131 eingebettet. Der in Fig. 35 gezeigte IPM-Motor ist ein Vierpolmotor, bei welchem vier Dauermagnete 132 derart angeordnet sind, daß sich ihre N- und S-Pole aufeinanderfolgend oder alter­ nierend zueinander in Umfangsrichtung abwechseln, in Fig. 35 ist aber nur ein halbes Motorsegment gezeigt.

In Fig. 35 bezeichnet das Bezugszeichen 134 eine Einheit, um welche herum eine Spule gewickelt ist. Bezugszeichen 135 bezeichnet einen Stator, und Bezugszeichen 136 be­ zeichnet die Zähne oder die Verzahnung des äußeren Be­ reichs des Motors. Gemäß dieses Aufbaus tritt ein Unter­ schied zwischen der Induktivität Ld in Richtung der d- Achse, welche sich von der Mitte der Permanentmagnete 132 zur Mitte des Rotorkerns 131 hin erstreckt, und der Induk­ tivität Lq in Richtung einer q-Achse, welche um einen elektrischen Winkel von 90 Grad von der d-Achse verschoben ist, auf. Dadurch entsteht zusätzlich zu dem Flemingmoment Tm ein Reluktanzmoment Tr.

Die Beziehung zwischen diesen Momenten ist zum Beispiel in "Rotary Machine Employing Reluctance Torque" (Nobuyuki Matsui, et al., T. IEE Japan, Vol. 114-D, No. 9, 1994) analysiert, dieses Dokument wird nachfolgend als "Dokument 1" bezeichnet. Gemäß Dokument 1 erfüllen das Flemingmoment Tm und das Reluktanzmoment Tr die Beziehung (1).

Tt = Tm + Tr
= Pn.ϕa.ia.cosβ + Pn.1/2.(Ld - Lq).ia_.sin2β, (1)

wobei Pn die Anzahl der Paare von Polen, ϕa die Flußver­ bindung oder Flußverkettung, Ld die Induktivität in Rich­ tung der d-Achse, Lq die Induktivität in Richtung der q- Achse, id den Strom in Richtung der q-Achse, β die Stromphase und ia die Länge des Stromvektors bezeichnen.

Wenn sich die Stromphase β ändert, ändern sich auch das Flemingmoment Tm, das Reluktanzmoment Tr sowie das Gesamt­ moment Tt, wie das unter Bezugnahme auf die Fig. 36 im De­ tail beschrieben ist.

Vorangehend und nachfolgend wird unter Induktivität auch immer der Begriff Induktivität oder Induktion verstanden.

Wie in Fig. 36 gezeigt ist, nimmt das Flemingmoment Tm seinen Maximalwert an, wenn die Stromphase β 90 Grad be­ trägt. Es nimmt ab, wenn sich die Stromphase β, von 90 Grad ausgehend, ändert und wird 0, wenn die Stromphase β 180 Grad beträgt. Im Gegensatz dazu nimmt das Reluktanzmo­ ment Tr seinen Maximalwert an, wenn die Stromphase β 135 Grad beträgt. Deshalb nimmt das Gesamtmoment Tt, welches als Summe des Reluktanzmomentes Tr und des Flemingmoments Tm auffaßbar ist, seinen Maximalwert an, wenn die Stromphase β gleich oder nahezu gleich 115 Grad ist, ob­ wohl das Gesamtmoment vom Verhältnis der Momente abhängt. Entsprechend kann ein IPM-Motor, welcher auf wirkungsvolle Art und Weise das Reluktanzmoment Tr ausnutzt, ein höheres Gesamtmoment bereitstellen, als ein SPM-Motor, welcher nur mit dem Flemingmoment Tm betrieben wird, vorausgesetzt, daß beide Motoren denselben Strom führen.

Das Motoransteuerverfahren bildet einen Hauptpunkt bei der Bestimmung der Größe des Drehmoments oder Moments eines Motors. Bei herkömmlichen Stromansteuerverfahren wird eine 120°-Rechtecksignalansteuerung durchgeführt. Gemäß dieser 120°-Rechtecksignalansteuerung wird ein Strom zu zwei von drei Phasen (U, V und W) von Motorspulen geführt, so daß die Ströme, welche alle 120° zusammengeführt werden, einen Gleichstrom bilden, wodurch ein Inverter gesteuert wird. Gemäß der 120°-Rechtecksignalansteuerung wird für jede Phase eine nichtleitende Periode geschaffen, und eine In­ duktionsspannung, welche in der Statorspule durch Rotation des Rotormagneten während dieser nichtleitenden Phase er­ zeugt wird, wird zum Steuern der Drehung des Rotors be­ stimmt. Bei dem oben beschriebenen, das Reluktanzmoment Tr ausnutzenden IPM-Motor ist der Leitungszeitablauf eine we­ sentliche Bedingung, durch welche das Drehmoment oder Mo­ ment maximiert werden kann. Deshalb wird bei dem IPM-Motor die 120°-Rechtecksignalansteuerung ausgeführt und die wäh­ rend der nichtleitenden Periode induzierte Spannung ermit­ telt, um die Rotorphase zu berechnen.

Im Gegensatz dazu kann als Motoransteuerüberwachungsver­ fahren zum Verbessern des Motorwirkungsgrads auch ein 180°-Sinusansteuerverfahren als Motoransteuerüberwachungs­ verfahren verwendet werden, bei welchem die Leitungsbreite im elektrischen Winkel auf 180° eingestellt ist. Gemäß "Method of Controlling Driving of Brushless DC Motor, and Apparatus Therefor, and Electric Machinery and Apparatus Used Therefor" (International Laying-Open No. WO 95-27328), wobei dieses Dokument nachfolgend als "Dokument 2" be­ zeichnet wird, ergibt sich, daß die Leitungsbreite auf ei­ nen elektrischen Winkel von 180° und einen Motor mit ein­ gebetteten Permanentmagneten eingestellt ist und daß die Positionen der Magnetpole auf der Grundlage von Differen­ zen zwischen einem ersten Mittelpunktspotential der Motor­ spule und eines zweiten Mittelpunktspotentials bestimmt wird, welches durch einen Brückenschaltkreis eingestellt wird, der elektrisch parallel zur Motorspule ausgebildet ist.

Die in Dokument 2 offenbarte bürstenlose DC-Motorsteuer­ einrichtung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 37 be­ schrieben. Fig. 37 zeigt in schematischer Art und Weise den Aufbau der in Dokument 2 offenbarten Motorsteuerein­ richtung. In Fig. 37 wird durch Verwendung von drei Schalttransistorpaaren 212u, 212v und 212w ein Inverter ausgebildet, wobei jedes Transistorpaar 212u, 212v, 212w in Serie zwischen Anschlüssen der DC-Spannungsversorgung 222 angeordnet ist. Die Spannung auf der Verbindungslei­ tung zwischen den Schalttransistoren jedes Paars wird an entsprechende Y-verbundene Statorwicklung 213u, 213v und 213w der entsprechenden Phasen des bürstenlosen DC-Motors angelegt. Die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den Schalttransistoren jedes Paares wird auch an entsprechende Y-verbundene Widerstände 214u, 214v und 214w angelegt. Die Spannung am neutralen Punkt 213d wird an einen invertie­ renden Eingangsanschluß eines Verstärkers 215 über einen Widerstand 215a angelegt. Die Spannung am neutralen Punkt 214d der Y-verbundenen Widerstände wird an einen nichtin­ vertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 215 ange­ legt. Durch Verbinden des Widerstandes 215b zwischen dem Ausgangsanschluß und dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 215 wirkt dieser Aufbau als Differenzver­ stärker. Die Spannung En0 am neutralen Punkt 213d im Be­ reich der Statorwicklungen 213u, 213v und 213w ist iden­ tisch mit der Summe einer Inverterausgangswellenform und 3n-ten harmonischen Komponenten (n ganzzahlig), welche in der im Motor induzierten Spannungswellenform enthalten sind. Eine Spannung am neutralen Punkt 214d unter den Y­ verbundenen Widerständen 214u, 214v und 214w wird aus­ schließlich durch die Ausgangswellenform des Inverters be­ stimmt. Deshalb können die 3n-ten harmonischen Komponen­ ten, welche in der im Motor induzierten Spannungswellen­ form enthalten sind, entnommen werden, indem die Differenz zwischen der Spannung En0 am neutralen Punkt 213d und die Spannung am neutralen Punkt 214d erhalten werden. Durch die vorangehend beschriebene Art und Weise kann die motor­ induzierte Spannungswellenform, d. h. die Rotorposition, ermittelt werden, ohne daß ein Positionssensor für die Magnetpole eingesetzt wird. Folglich kann somit ein 180°- Ansteuerverfahren erreicht werden.

In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 10-341594 "Con­ troller for Electric Vehicle", welche nachfolgend als "Do­ kument 3" bezeichnet wird, wird ein Aufbau offenbart, bei welchem das 120°-Ansteuerverfahren oder das 180°- Ansteuerverfahren ausgewählt werden, falls dies notwendig ist, falls anormale Bedingungen im Hinblick auf den Magnetpolpositionsdetektor oder in bezug auf einen Rotati­ onspulsdetektor auftreten.

Gemäß dem Aufbau nach Dokument 2, welcher vorangehend be­ schrieben wurde, wird ein externer Schaltkreis, zum Bei­ spiel ein Differenzverstärker, für die Widerstandsverbin­ dung 214u, 214v und 214w vorgesehen, welche den Mittel­ punkt der Motorspulenverbindung schaffen, so daß die Ro­ torposition im 180°-sinoidal erregten Zustand ermittelt werden kann.

Bei einem Synchronmotor kann durch das 120°-Rechteckwel­ lenform-Ansteuerverfahren ein höherer Wirkungsgrad er­ reicht werden, als beim 180°-Sinusansteuerverfahren. Dies gilt für manche Fälle, und zwar in Abhängigkeit vom Zu­ stand des Motors, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung und der Drehzahl. Folglich kann das 180°- Sinusansteuerverfahren nicht immer den optimalen Wirkungs­ grad beim Ansteuern bereitstellen.

Die in Dokument 3 beschriebene Anordnung hat die Behand­ lung einer Situation zum Ziel, bei welcher zum Beispiel anormale Bedingungen im Rotationspulsbestimmungsschalt­ kreis in der Steuereinrichtung für ein elektrisches Fahr­ zeug auftreten, bei welchem kein Magnetpolpositionsbestim­ mungsschaltkreis vorgesehen ist. Oder es ist für eine Si­ tuation gedacht, in welcher anormale Bedingungen sowohl beim Magnetpolpositionsdetektor als auch beim Rotations­ pulsbestimmungsschaltkreis der Steuereinrichtung des Elek­ trofahrzeugs auftreten, welches mit einem Magnetpolpositi­ onsdetektor versehen ist. Folglich kann die Anordnung aus Dokument 3 im Hinblick auf den Wirkungsgrad keine optimal ausgebildete Anordnung sein.

Das 120°-Ansteuerverfahren wird in einem Fall ausgeführt, bei welchem anormale Bedingungen auftreten, und zwar mit dem Ziel, das Ansteuern oder den Antrieb fortzusetzen, oh­ ne den Motor zu stoppen oder anzuhalten. Das Steuerverfah­ ren während des Ansteuerns oder Antreibens wird auf der Grundlage einer ermittelten oder abgestützten Magnetpol­ stellung oder -position durchgeführt, welche durch einen Magnetpolpositionsbestimmungsschaltkreis ermittelt wurde. Entsprechend können auch hier Nachteile in bezug auf den Wirkungsgrad letztlich nicht überwunden werden.

Im Stand der Technik verwenden sensorlose Ansteuerverfah­ ren oder Antriebsverfahren zum Ansteuern und Überwachen eines Synchronmotors, und zwar ohne Verwendung eines Mo­ torrotorpositions- oder -stellungssensors, die nachfolgend beschriebene intermittierende Leitungsansteuerung. Gemäß der intermittierenden Leitungsansteuerung liegt eine vor­ bestimmte nichtleitende Zeitspanne oder Periode beim Lei­ tungsbetrieb oder beim leitenden Betrieb der Motorspule vor. Dabei wird eine elektrische Gegenspannung, welche in der Motorspule durch Rotation des Motors während der nichtleitenden Periode erzeugt wird, über einen Motorspu­ lenanschluß bestimmt oder ermittelt, so daß die Leitungs­ zeitabfolge gemäß dieser elektrischen Gegenspannung be­ stimmt und ermittelt werden kann. Gemäß diesem Leitungsan­ steuerverfahren wird ein sogenanntes 120°-Lei­ tungsansteuerverfahren, zum Beispiel ein 120°-Rechteck­ wellenformansteuerverfahren, gewöhnlich verwendet.

Alternativ dazu kann auch eine sogenannte 180°-Leitungs­ ansteuerung, zum Beispiel eine sinuidale Leitungsansteue­ rung verwendet werden, in welchem Fall der Synchronmotor ohne das Vorsehen einer nichtleitenden Periode oder Zeit­ spanne angesteuert und betrieben wird. Insbesondere kann ein derartiges Verfahren verwendet werden, damit Wider­ stände parallel zum neutralen Punkt von Dreiphasenmotor­ spulen und den Dreiphasenmotorspulen angeordnet sind. Da­ bei wird die Spannung des neutralen Punktes mit der Span­ nung des neutralen Punktes der Widerstände verglichen, um die elektromotorische Spannung des Motors zu detektieren, um die Leitungszeitabfolge des Motors zu bestimmen, um da­ durch den Motor anzusteuern und anzutreiben. Es können auch Verfahren angewandt werden, bei welchen in bezug auf den Motorstrom eine schnelle Berechnung oder Arithmetik ausgeführt wird, um die Motorstellung zu ermitteln und da­ durch die Leitungszeitabfolge zum Ansteuern und Antreiben des Motors zu bestimmen. Ferner ist es denkbar, daß der Motor dadurch angetrieben oder angesteuert wird, daß die Leitungszeitabfolge auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen der Motorantriebs- oder Motoransteuerspannung und dem Motorstrom ermittelt wird.

Gewöhnlich schafft das 180°-Leitungsansteuerverfahren eine glattere Ansteuerwellenform als die 120°-Leitungsan­ steuerung und erzeugt deshalb geringere Variationen im Drehmoment und in der Drehzahl.

Bei einem Synchronmotor mit einem Aufbau mit Permanent­ magnetrotor wird die Leitung des Motors gemäß einer genau­ en Zeitabfolge durchgeführt, welche mit der jeweiligen Stellung des Permanentmagneten korrespondiert. Dabei ist die Optimierung der entsprechenden Leitungszeitabfolge we­ sentlich für den Antrieb und die Ansteuerung des Motors. Zusätzlich zu dieser wesentlichen Bedingung muß die Lei­ tungszeitabfolge auf eine optimale Zeitabfolge in Abhän­ gigkeit von der jeweiligen Umdrehungsbedingung eingestellt werden, um einen hohen Wirkungsgrad und eine stabile Dre­ hung und Rotation zu erreichen.

Gemäß der intermittierenden Leitungsansteuerung, wie zum Beispiel der 120°-Leitungsansteuerung, werden eine elek­ tromotorische Gegenspannung, welche im Zusammenhang steht mit einem Permanentmagnetfluß und mit einem Ankerfluß, di­ rekt und die Permanentmagnetstellung und folglich die Drehstellung oder Drehposition tatsächlich ermittelt. Folglich kann der Motorantrieb oder die Motoransteuerung gemäß einer geeigneten Leitungszeitabfolge durchgeführt werden, und zwar durch Verbessern der Detektionsgenauig­ keit, d. h. durch das Entfernen von Rauschen. Insbesondere können Nachteile, zum Beispiel das Anhalten des Motors, selbst dann unterdrückt werden, wenn eine Störung auf­ tritt, weil die Drehstellung des Motors direkt ermittelt werden kann.

Im Vergleich mit der intermittierenden Leitungsansteue­ rung, wie zum Beispiel der 120°-Leitungsansteuerung, kann die 180°-Leitungsansteuerung ohne Stellungs- oder Positi­ onssensor den Wirkungsgrad verbessern und Rauschen und Vi­ brationen wirkungsvoller reduzieren. Nachteilig bei der 180°-Leitungsansteuerung ohne Positions- oder Stellungs­ sensor ist aber gewöhnlich die Komplexität und Kompli­ ziertheit der Ansteuerung, des Antriebs und der Überwa­ chung. Dies liegt daran, daß die Motordrehstellung nicht direkt bestimmt wird und daß die Ermittlung der Leitungs­ zeitabfolge nur mit geringer Genauigkeit durchgeführt wird. Folglich tritt das nachteilhafte Stoppen oder Anhal­ ten des Motors, falls eine Störung auftritt, mit höherer Wahrscheinlichkeit auf.

Zum Beispiel kann gemäß dem 180°-Leitungsansteuerverfah­ ren, bei welchem die Leitungszeitabfolge auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen dem Neutralpunkt der Spule und dem Neutralpunkt des Widerstands bestimmt wird, die Lei­ tungszeitabfolge der Antriebsspannung oder der Ansteuer­ spannung überwacht und gesteuert werden. Jedoch wird das Motordrehmoment tatsächlich durch den Motorstrom bestimmt. Bei der 180°-Leitungsansteuerung, welche keine Aus-Periode oder nichtleitende Periode verwendet, tritt eine Phasen­ differenz zwischen der Antriebsspannung oder Ansteuerspan­ nung und dem Motorstrom aufgrund des Einflusses der elek­ tromotorischen Gegenspannung durch den Permanentmagneten und der Spuleninduktivität auf. Falls diese Differenz als Grundlage für die Leitungszeitabfolge verwendet wird, ist die Empfindlichkeit gegenüber dem Motorstrom höher als ge­ genüber der Antriebsspannung oder Ansteuerspannung. Aus Experimenten ist als Ergebnis bekannt, daß die Empfind­ lichkeit sich im Vergleich mit der intermittierenden Lei­ tungsansteuerung unter bestimmten Rotationsbedingungen um einen Faktor zwei bis drei erhöht. Folglich wird eine sehr genaue Bestimmung der Leitungszeitabfolge benötigt. Demge­ mäß wird bei der 180°-Leitungsansteuerung eine Genauigkeit benötigt, welche um einen Faktor zwei bis drei höher ist als bei der intermittierenden Leitungsansteuerung.

Ferner wird gemäß dem 180°-Leitungsansteuerverfahren auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen der Motoran­ triebsspannung oder Motoransteuerspannung und dem Motor­ strom der Leitungsvorgang gemäß der verstrichenen Zeit­ spanne durch die sogenannte erzwungene Erregung geschal­ tet. Die Motorstromphasendifferenz zum Schaltzeitpunkt und folglich die Leitungszeitabfolge werden so gesteuert und überwacht. Jedoch liefert ein Fehler in der Steuerung der Motorstromphasendifferenz direkt einen Fehler in der Lei­ tungszeitabfolge. Folglich ist es notwendig, die Phasen­ differenz möglichst genau zu steuern und zu überwachen, um einen stabilen Antrieb, eine stabile Ansteuerung und somit ein Aufrechterhalten der Motordrehung zu erzielen. Diese eingeschränkte Steuerung kann ausgeführt werden, falls keine Störungen auftreten. Die Steuerung wird jedoch ins­ besondere instabil, falls Störungen auftreten. Die Lei­ tungszeitabfolge bei der intermittierenden Leitungsan­ steuerung hängt von der detektierten elektromotorischen Gegenspannung ab. Folglich kann eine genaue Leitungs­ zeitabfolge unabhängig von der Steuerabfolge erreicht wer­ den. Entsprechend benötigt die Phasendifferenzsteuerung und -überwachung eine genauere und engere Steuerung und Überwachung als die intermittierende Leitungsansteuerung.

Wie oben beschrieben wurde, benötigt die 180°-Leitungs­ ansteuerung eine genaue und strikte Steuerung und Überwa­ chung. Folglich kann dadurch keine effiziente Ansteuerung und kein effizienter Antrieb erreicht werden, falls Stö­ rungen die Randbedingungen der Steuerung und Überwachung reduzieren. Des weiteren wird die Steuerung und Überwa­ chung durch Probleme beeinflußt, welche im Zusammenhang stehen mit Fehlern in der Motorleitungssteuerung und mit dem Stoppen oder Anhalten des Motors. Die Möglichkeit des Auftretens dieser Probleme ist deutlich erhöht gegenüber der intermittierenden Leitungsansteuerung, wie zum Bei­ spiel der 120°-Leitungsansteuerung.

Die oben beschriebenen Störungen beinhalten insbesondere Änderungen in der Versorgungsspannung, welche dem Inverter zugeführt wird, der die Einrichtungen und/oder den Syn­ chronmotor antreibt oder steuert. Ferner sind auch Ände­ rungen in der Motordrehzahl sowie Änderungen im Lastmoment mit umfaßt. Bei der 180°-Leitungsansteuerung ist die Steuerung und Überwachung im Vergleich mit der intermit­ tierenden Leitungsansteuerung, insbesondere der 120°- Leitungsansteuerung, gewöhnlich vergleichsweise schwierig, und folglich ist die Robustheit und Stabilität gegenüber Störungen gewöhnlich eher niedrig.

Wie oben beschrieben wurde, ist das 180°-Leitungsansteu­ erverfahren im Hinblick auf die Wirksamkeit, Momentenvi­ brationen, Drehvibrationen und gegenüber Rauschen vorteil­ haft, besitzt aber eine geringe Überwachungs- oder Steu­ errobustheit oder -stabilität. Ferner kann gemäß dem 180°- Leitungsansteuerverfahren die Steuer- oder Überwachungs­ ausführung selbst verbessert werden, zum Beispiel durch Anheben der Steuerempfindlichkeit oder -verstärkung, ins­ besondere als Maßnahme gegen Störungen. Jedoch können Stö­ rungen, welche durch die verbesserte Steuerungsausführung oder Überwachungsausführung nicht behandelt werden können, Schwierigkeiten erzeugen, zum Beispiel das Anhalten oder Stoppen des Motors.

Wie bereits dargelegt wurde, offenbart Dokument 3 den Auf­ bau zum Schalten des Betriebs zwischen dem 120°-Lei­ tungsansteuerverfahren und dem 180°-Leitungsansteuerungs­ verfahren.

In der in Dokument 3 beschriebenen Anordnung wird jedoch ein Rotationspulserzeugungsschaltkreis, zum Beispiel ein Encoder während der 180°-Leitungsansteuerung verwendet. Ebenso ist ein Stellungs- oder Positionssensor zum Bestim­ men der Motorstellung oder Motorposition notwendig. Demge­ mäß kann der Aufbau aus Dokument 3 nicht zum Antreiben oder Ansteuern eines Motors ohne Positionssensor verwendet werden.

Gemäß dem Aufbau aus Dokument 3 wird das Ansteuerverfahren oder Antriebsverfahren derart geschaltet, daß die 120°- Leitungsansteuerung ausgewählt wird, falls eine Ausgabe weder des Positionssensors noch des Rotationspulserzeu­ gungsschaltkreises erhalten werden kann, oder daß die 180°-Leitungsansteuerung ausgewählt wird, und zwar in ei­ nem Bereich niedriger Drehzahlen, bei welchem die elektro­ motorische Gegenspannung nicht ohne Schwierigkeiten ermit­ telt werden kann, wobei die 120°-Leitungsansteuerung im mittleren und im Bereich mit hohen Drehzahlen ausgewählt wird. Dabei wird folglich die Auswahl allein auf der Grundlage der Drehzahl durchgeführt. Entsprechend ist es dabei nicht möglich, die spezifischen Bedingungen und ins­ besondere das Auftreten von Störungen, welche den Motoran­ trieb und die Motoransteuerung beeinflussen, zu behandeln. Entsprechend ist es auch nicht möglich, eine Motoransteue­ rung und einen Motorbetrieb mit hohem Wirkungsgrad, gerin­ gem Rauschen, geringen Vibrationen und einer hohen Verläß­ lichkeit zu realisieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Motorsteu­ ereinrichtung zu schaffen, mit welcher auf besonders wir­ kungsvolle Art und Weise ein Synchronmotor gesteuert und überwacht werden kann, welcher eine Rotoreinheit mit einem Magneten aufweist.

Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, eine Motorsteuereinrichtung bereitzustellen, mit welcher ein Synchronmotor mit einem mit einem Permanentmagneten verse­ henen Rotor mit hoher Wirksamkeit und hoher Verläßlichkeit angesteuert und/oder angetrieben werden kann, und zwar oh­ ne daß ein Positionssensor oder Stellungssensor während der Behandlung von Störungen verwendet wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Motorsteuer­ einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprü­ che 1, 10 bzw. 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Motorsteuereinrichtung sind jeweils Ge­ genstand der abhängigen Unteransprüche.

Eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung be­ steht darin, eine Motorsteuereinrichtung zu schaffen, wel­ che geeignet ist, einen Synchronmotor mit einem mit einem Magneten versehenen Rotor mit besonders hohem Wirkungsgrad und hoher Verläßlichkeit ahne Verwendung eines Positions­ sensors während der Behandlung von Störungen zu steuern und/oder anzutreiben.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Motorsteu­ ereinrichtung anzugeben, welche einen Ansteuerüberwa­ chungsschaltkreis zum Steuern und Überwachen eines Syn­ chronmotors aufweist. Der Ansteuerüberwachungsschaltkreis steuert und überwacht das Antreiben und das Ansteuern des Synchronmotors. Der Ansteuerüberwachungsschaltkreis weist eine Mehrzahl von Leitungsansteuerschaltkreisen zum An­ steuern, Antreiben und zum Beaufschlagen des Synchronmo­ tors mit Strom auf. Die Mehrzahl von Leitungsansteuer­ schaltkreisen besitzt mindestens einen 180°-Leitungsan­ steuerschaltkreis für eine 180°-Leitungsansteuerung des Synchronmotors und einen 120°-Leitungsansteuerschaltkreis für eine 120°-Leitungsansteuerung des Synchronmotors. Der Ansteuerüberwachungsschaltkreis wählt aus der Mehrzahl von Leitungsansteuerschaltkreisen einen gemäß dem Motorwir­ kungsgrad des Synchronmotors aus.

Ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar­ in, daß durch Auswahl aus der Mehrzahl von Leitungsansteu­ erschaltkreisen im Hinblick auf den Motorwirkungsgrad und insbesondere im Hinblick auf den optimalen Wirkungsgrad des Synchronmotors eine entsprechende Ansteuerung oder ein entsprechendes Antreiben durchgeführt werden kann.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Motorsteuereinrichtung zum Steuern und/oder Überwachen des Synchronmotors einen Ansteuerüberwachungs­ schaltkreis aufweist. Der Ansteuerüberwachungsschaltkreis steuert und/oder überwacht das Ansteuern und das Antreiben des Synchronmotors. Der Ansteuerüberwachungsschaltkreis steuert und/oder überwacht dabei den Leitungsbreitenan­ steuerschaltkreis gemäß dem Motorwirkungsgrad des Syn­ chronmotors.

Folglich kann der Synchronmotor in bezug auf den Motorwir­ kungsgrad mit der optimalen Leitungsbreite angesteuert und angetrieben werden, wodurch ein optimaler Wirkungsgrad er­ reicht wird.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Motorsteuereinrichtung zum Ansteuern und/oder Antreiben und Steuern und Überwachen eines Syn­ chronmotors mit einem mit einem Permanentmagneten versehe­ nen Rotor sowie ein Ansteuer- und/oder Antriebsschaltkreis zum Ansteuern und/oder Antreiben des Synchronmotors ohne Verwendung eines Positionssensors aufweist: einen 180°- Leitungsansteuerschaltkreis, einen intermittierenden Lei­ tungsansteuerschaltkreis, einen Motorstörungsüberwachungs­ schaltkreis und einen Ansteuerverfahrenauswahlschaltkreis. Der 180°-Leitungsansteuerschaltkreis ist zum Ausführen ei­ ner 180°-Leitungsansteuerung des Synchronmotors vorgese­ hen. Der intermittierende Leitungsansteuerschaltkreis ist zum Ausführen einer intermittierenden Leitungsansteuerung des Synchronmotors mit einer nichtleitenden Periode und einem Durchlaßwinkel kleiner als 180° vorgesehen. Der Mo­ torstörungsüberwachungsschaltkreis ist zum Überwachen von Störungen gegenüber dem Synchronmotor und dem Ansteuer­ schaltkreis vorgesehen. Der Ansteuerverfahrenauswahl­ schaltkreis ist ausgebildet, die 180°-Leitungsansteuerung oder die intermittierende Leitungsansteuerung als Ansteu­ erverfahren des Synchronmotors gemäß eines Ausgabesignals des Motorstörungsüberwachungsschaltkreises auszuwählen.

Demgemäß können der 180°-Leitungsansteuerschaltkreis und der intermittierende Leitungsansteuerschaltkreis in geeig­ neter Art und Weise gemäß auftretender Störungen ausge­ wählt werden, so daß ein Motorantrieb oder eine Motoran­ steuerung mit hohem Wirkungsgrad, niedrigem Rauschen und geringen Vibrationen erreicht werden kann, insbesondere während des eingeschwungenen oder Gleichgewichtszustands, in welchem die Störungen nur klein sind. Ferner kann ein Motorantrieb oder eine Motoransteuerung mit hoher Verläß­ lichkeit erreicht werden, ohne daß die Nachteile eines An­ haltens oder Stoppens des Motors während ungewöhnlicher Zustände auftreten, bei welchen Störungen des Motors vor­ liegen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung auf der Grund­ lage bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Motorsteuereinrichtung anhand einer schematischen Zeich­ nung näher erläutert. Aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Figuren gehen weitere Zielsetzungen, Merkmale, Aspekte und Vorteile der erfin­ dungsgemäßen Motorsteuerung gegenüber dem Stand der Tech­ nik hervor.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt einen Aufbau einer Motorsteuereinrich­ tung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 erläutert das 120°-Leitungsansteuerverfahren.

Fig. 3 erläutert das 180°-Leitungsansteuerverfahren.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Aufbaus des IPM-Motors (A).

Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus ei­ nes IPM-Motors (B).

Fig. 6 zeigt experimentelle Ergebnisse der Messung der Gesamtwirkungscharakteristik in bezug auf die Motorausgangsleistung des IPM-Motors (A).

Fig. 7 zeigt experimentelle Ergebnisse der Messung der Gesamtwirkungscharakteristik in bezug auf die Motorausgangsleistung des IPM-Motors (B).

Fig. 8 zeigt experimentelle Ergebnisse der Messung der Gesamtwirkungscharakteristik in bezug auf die Motorausgangsleistungen der IPM-Motore (A) und (B).

Fig. 9 zeigt experimentelle Ergebnisse der Messung der Gesamtwirkungscharakteristik in bezug auf die Motorausgangsleistungen der IPM-Motore (A) und (B).

Fig. 10-16 Anordnungen von Motorsteuereinrichtungen für zweite bis sechste Ausführungsformen der vor­ liegenden Erfindung.

Fig. 17 zeigt Ansteuerwellenformen bei einer sinuida­ len Leitungsansteuerung, welche als Beispiel einer 180°-Leitungsansteuerung dient.

Fig. 18 zeigt Ansteuerwellenformen für eine 120°- Leitungsansteuerung mit einem Rechtecksignal, welche als Beispiel für eine intermittierende Leitungsansteuerung dient.

Fig. 19 zeigt Ansteuerwellenformen bei einer 150°- Leitungsansteuerung, welche als weiteres Bei­ spiel für die intermittierende Leitungsan­ steuerung dient.

Fig. 20 zeigt Motorstromwellenformen, welche auftre­ ten, falls ein Puls zur Erzeugung von Momen­ tenvibrationen angelegt wird.

Fig. 21 zeigt Motorstromwellenformen, welche auftre­ ten, falls Variationen in einer Gleichspan­ nungsversorgung des Inverterschaltkreises 2 auftreten.

Fig. 22-24 sind Flußdiagramme, welche den Verfahrensab­ lauf in einer Motorstörungsüberwachungseinheit 25 und in einer Ansteuerverfahrenauswahlein­ heit 9 während der intermittierenden Leitungs­ ansteuerung darstellen.

Fig. 25 ist ein Flußdiagramm, welches den Verfahrens­ ablauf während des Übergangs von der 180°- Leitungsansteuerung zur intermittierenden Lei­ tungsansteuerung darstellt.

Fig. 26 zeigt Ausgabesignale, welche von der Motorstö­ rungsüberwachungseinheit 25 und der Ansteuer­ verfahrenauswahleinheit 9 ausgegeben werden, und zwar zum Zeitpunkt einer Änderung in der Versorgungsspannung.

Fig. 27 zeigt Ergebnisse eines Experiments in bezug auf den Übergang von der 180°-Leitungsansteue­ rung zur intermittierenden Leitungsansteue­ rung.

Fig. 28 ist ein Flußdiagramm, welches den Verfahrens­ ablauf beim Rücksprung von der intermittieren­ den Leitungsansteuerung zur 180°-Leitungs­ ansteuerung darstellt.

Fig. 29 zeigt das Ergebnis eines Experiments in bezug auf den Übergang von der intermittierenden Leitungsansteuerung zur 180°-Leitungsansteue­ rung.

Fig. 30 zeigt als Beispiel den konkreten Aufbau einer Ausführungsform für eine intermittierende Lei­ tungsansteuereinheit 30.

Fig. 31 zeigt als Beispiel einen konkreten Aufbau ei­ ner Ausführungsform der 180°-Leitungsansteu­ ereinheit 7.

Fig. 32 zeigt das Ergebnis eines Experiments in bezug auf das Ansteuern oder Antreiben eines Syn­ chronmotors auf der Grundlage einer Phasendif­ ferenzsteuerung oder Phasendifferenzüberwa­ chung.

Fig. 33 zeigt das Ergebnis eines Experiments in bezug auf das Bestimmen eines Zusammenhangs zwischen der Antriebsspannung oder Ansteuerspannung (PWM-Referenztastwert, PWM duty reference va­ lue) und einer Phasendifferenzinformation.

Fig. 34 beschreibt die Bestimmung der Phasendifferenz­ information.

Fig. 35 zeigt als Beispiel den Aufbau eines IPM- Motors.

Fig. 36 zeigt Variationen im Drehmoment eines IPM- Motors.

Fig. 37 zeigt in schematischer Art und Weise den Auf­ bau der in Dokument 2 offenbarten Motorsteuer­ einrichtung.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vor­ liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren und Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren und Zeichnun­ gen werden für die entsprechenden korrespondierenden Ein­ heiten und Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet, und zwar in den Figuren und in den dazugehörigen Beschrei­ bungen.

Erstes Ausführungsbeispiel

Die Motorsteuereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Die in Fig. 1 gezeigte Motorsteu­ ereinrichtung weist einen Inverterschaltkreis 2, eine AC- Spannungsversorgung 4, einen AC/DC-Wandelschaltkreis 3 zum Umwandeln der von der AC-Spannungsversorgung 4 zugeführten Versorgungsspannung in eine Gleichspannung und zu deren Zuführen zum Inverterschaltkreis 2 sowie eine Steuerein­ heit 5 auf. Diese werden zum Ansteuern und Antreiben eines IPM-Motors - nämlich eines Synchronmotors 1 - verwendet, welcher sowohl ein Flemingmoment (Fleming torque) als auch ein Reluktanzmoment (reluctance torque) zum Erhöhen des Ausgabedrehmoments verwendet.

Die Steuereinheit 5 weist eine 120°-Leitungsansteuerein­ heit 6 zur 120°-Leitungsansteuerung des Synchronmotors 1, eine 180°-Leitungsansteuereinheit 7 zur 180°-Leitungsan­ steuerung des Synchronmotors 1, eine Drehzahlberechnungs­ einheit 8 zum Bestimmen oder Berechnen der Drehzahl des Synchronmotors 1, eine Ansteuerverfahrenauswahleinheit 9 zum Auswählen der Ansteuereinheit zum Erreichen eines op­ timalen Wirkungsgrads auf der Grundlage der von der Dreh­ zahlberechnungseinheit 8 ausgegebenen Drehzahl und auf der Grundlage von in einer Drehzahl/Wirkungsgrad-Tabelle - welche später beschrieben wird - gespeicherter Information, eine Drehzahl/Wirkungsgrad-Tabelleneinheit 10, in wel­ cher bereits Zusammenhänge zwischen Drehzahlen und ent­ sprechenden Wirkungsgraden im Hinblick auf die jeweiligen Ansteuerverfahren des Synchronmotors 1 gespeichert sind, eine PWM-erzeugende und phasenverteilende Einheit 11, wel­ che eine PWM-Wellenform an jedes Antriebs- oder Ansteuer­ element des Inverterschaltkreises 2 auf der Grundlage der von der 120°-Leitungsansteuereinheit 6 oder 180°- Leitungsansteuereinheit 7 angegebenen Spannung abgibt, so­ wie eine Solldrehzahlspeichereinheit 12 zum Speichern ei­ ner Solldrehzahl, d. h. einer zu erreichenden Drehzahl, auf.

Die Steuereinheit 5 wird von einem Mikrocomputer gebildet. Die jeweiligen Komponenten 6-12, welche oben beschrieben wurden, sind dabei im wesentlichen durch Software reali­ siert. Der Programminhalt zum Ausführen in diesen Kompo­ nenten 6-12 kann in einem Speicher, zum Beispiel einem ROM (Read Only Memory), vor dem Vertrieb gespeichert wer­ den. Es kann auch ein überschreibbarer Speicher, zum Bei­ spiel ein Flash-ROM oder dergleichen, vorgesehen sein, in welchem Verbesserungen, Korrekturen und weitere Programm­ änderungen im Programminhalt durchgeführt werden können, falls dies notwendig ist oder gewünscht wird. Anstelle der oben beschriebenen Struktur können die jeweiligen Kompo­ nenten und Bestandteile der Steuereinheit 5 auch durch entsprechende Hardwarekomponenten realisiert sein, die die entsprechenden Verfahrensschritte ausführen.

Die von der AC-Spannungsversorgung 4 bereitgestellte AC- Versorgungsspannung wird durch den AC/DC-Wandelschaltkreis 3 in eine DC-Spannung umgewandelt und dem Inverterschalt­ kreis 2 zugeführt. Das Schalten innerhalb der jeweiligen Antriebselemente oder Ansteuerelemente, zum Beispiel in Form von Transistoren oder IGBTs (Insulated Gate Bipolar Thyristor/Transistor), welche den Inverterschaltkreis 2 bilden, wird über eine notwendige oder gewünschte Tastung (duty) gemäß einer von der PWM-erzeugenden und phasenver­ teilenden Einheit 11 abgegebenen PWM-Wellenform ausge­ führt. Dadurch wird die Spannung den jeweiligen Phasen U, V und W des IPM-Motors, also dem Synchronmotor 1 zugeführt und somit der Motor angetrieben oder angesteuert.

Die 120°-Leitungsansteuereinheit 6 legt dabei die Spannung für eine Periode von 120° an die Motorspule an. Fig. 2 zeigt Spannungswellenformen, welche gemäß der 120°-Lei­ tungsansteuerung angelegt werden. In Fig. 2 bezeichnet die Abszisse den elektrischen Winkel der Spulenleitung, die Ordinate gibt die Spannung an. Es wird vorausgesetzt, daß der anzutreibende Motor Statorspulen mit drei Phasen U, V und W aufweist. Die Bezugszeichen 25u, 25v und 25w be­ zeichnen die angewandten Spannungswellenformen der jewei­ ligen Phasen U, V bzw. W.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird für die U-Phase die Lei­ tung mit einer Rechteckwellenform für eine Periode von 120 Grad ausgeführt. Für die verbleibende Periode von 60 Grad wird eine nichtleitende Periode oder Zeitspanne 26u gebil­ det. Die Leitung für die V- und die W-Phasen wird mit ei­ ner Rechteckwellenform durchgeführt, welche Phasendiffe­ renzen von 120 Grad und 240 Grad in bezug auf die Wellen­ form für die U-Phase aufweist. Für die V- und die W-Phasen sind nichtleitende Perioden 26v und 26w jeweils mit einer Länge von 60 Grad vorgesehen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 sei erläutert, daß die 180°-Leitungsansteuereinheit 7 die Spannung für eine Peri­ ode von 180 Grad an die Motorspule anlegt. Fig. 3 zeigt Wellenformen der Spannungen bei dieser 180°-Leitungsan­ steuerung. In Fig. 3 zeigt die Abszisse den elektrischen Winkel der Spulenleitung. Die Ordinate bezeichnet die Spannung. Es wird wieder vorausgesetzt, daß der anzusteu­ ernde Motor Statorspulen mit drei Phasen, d. h. Phasen U, V und W, aufweist. Die Bezugszeichen 31, 32 und 33 bezeich­ nen die zugeführten Spannungswellenformen der U-, V- und W-Phasen.

Bei dem 180°-Leitungsansteuerverfahren wird jede Phase mit einer Sinuswelle erregt, wie das in Fig. 3 gezeigt ist. Unter der Annahme, daß die U-Phasenspule als Referenzspule dient, weisen die Leitungswellen für die V- und W-Phase Phasendifferenzen von 120 Grad bzw. 240 Grad auf.

Wieder unter Bezugnahme auf die Fig. 1 sei erläutert, daß die Drehzahlberechnungseinheit 8 von der 120°-Leitungsan­ steuereinheit 6 oder der 180°-Leitungsansteuereinheit 7 Information in bezug auf die Drehzahl des Synchronmotors 1 empfängt. Diese Drehzahlinformation wird gemäß eines be­ kannten Verfahrens, zum Beispiel dem Verfahren des Berech­ nens der Drehzahl aus der Induktionsspannung, dem Verfah­ ren unter Verwendung eines Drehzahldetektors, zum Beispiel eines Sensors, oder einem Verfahren unter Verwendung einer externen Mittelpunktsbestimmungseinrichtung, erhalten. Je­ de dieser Vorgehensweisen oder Verfahren kann verwendet werden.

Die Ansteuerverfahrensauswahleinrichtung 9 wählt das An­ steuerverfahren zum Erreichen eines optimalen Wirkungs­ grads gemäß der Drehzahl aus, und zwar sowohl auf der Grundlage der von der Drehzahlberechnungseinheit 8 ausge­ gebenen Drehzahlinformation als auch auf der Grundlage ei­ ner Tabelle, welche die Zusammenhänge zwischen der Dreh­ zahl und dem Wirkungsgrad bei den verschiedenen Ansteuer­ methoden darstellt und welche in der Drehzahl/Wir­ kungsgrad-Tabelleneinheit 10 gespeichert ist. Insbesondere wählt die Ansteuerverfahrensauswahleinheit 9 die 120°- Leitungsansteuerungseinheit 6 oder die 180°-Leitungsan­ steuereinheit 7 aus.

Die von der Ansteuerverfahrensauswahleinheit 9 ausgewählte Leitungsansteuereinheit - also die 120°-Leitungsan­ steuereinheit 6 oder die 180°-Leitungsansteuereinheit 7 - gibt Spannungsdaten an die PWM-erzeugende und phasenver­ teilende Einheit 11 ab. Diese Einheit 11 bestimmt das Tastverhältnis das PWM-Signals auf der Grundlage der Span­ nungsdaten, verteilt das PWM-Signal an jedes im Inverter­ schaltkreis 2 enthaltene Ansteuerelement oder Antriebsele­ ment und gibt ein Befehlssignal oder Instruktionssignal zum Schalten jedes Ansteuerelements oder Antriebselements ab.

Die Solldrehzahlspeichereinheit 12 vergleicht die aktuelle Drehzahlinformation des Motors, welche von der Drehzahlbe­ rechnungseinheit 8 ausgegeben wurde, mit der Solldrehzahl, um eine Abweichung oder Differenz zu berechnen und gibt dann Abweichungskorrekturdaten an die 120°-Leitungsansteu­ ereinheit 6 oder die 180°-Leitungsansteuereinheit 7 zum Erreichen einer angepaßten oder richtigen Motordrehzahl, also Motorgeschwindigkeit ab.

Die nachfolgend beschriebenen Experimente wurden mit einem Synchronmotor 1 ausgeführt, welcher mit einer Motorsteuer­ einrichtung angetrieben und angesteuert wurde, welche den vorangehend beschriebenen Aufbau besitzt. Es wurden zwei Arten von IPM-Motoren, nämlich (A) und (B), bei diesen Ex­ perimenten verwendet. Diese werden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben. Fig. 4 zeigt einen Quer­ schnitt durch den Rotor des IPM-Motors (A), welcher in dem Experiment verwendet wurde. In Fig. 4 bezeichnen die Be­ zugszeichen a1 und a2 Permanent- oder Dauermagneten. Diese sind im Rotor eingebettet und in Richtung auf das Zentrum des Rotors konvex ausgebildet. Das Bezugszeichen a3 be­ zeichnet den Rotor, welcher aus einem Material mit einer hohen magnetischen Permeabilität oder aus geschichteten Ferrosiliziumplatten hergestellt ist. Das Bezugszeichen a4 bezeichnet eine Achse, zum Beispiel die d-Achse, welche sich durch die Zentren oder Mittelpunkte der Permanentma­ gneten und des Rotors erstreckt. Bezugszeichen a5 bezeich­ net eine andere Achse, nämlich die q-Achse, welche um ei­ nen elektrischen Winkel von 90 Grad von der d-Achse ver­ schoben oder verdreht ist.

Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht des Rotors des IPM- Motors (B), welcher in dem Experiment verwendet wurde. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen b1 einen im Rotor ein­ gebetteten Permanent- oder Dauermagneten. Bezugszeichen b2 bezeichnet den aus geschichteten Ferrosiliziumplatten ge­ bildeten Rotor. Bezugszeichen b3 bezeichnet eine Achse, d. h. die d-Achse, welche sich durch die Zentren oder Mit­ telpunkte der Permanentmagnete und des Rotors erstreckt. Bezugszeichen b4 bezeichnet eine andere Achse, nämlich die q-Achse, welche um einen elektrischen Winkel von 90 Grad von der d-Achse verschoben oder verdreht ist.

Bei dem IPM-Motor ist das Flemingmoment proportional (oder prounital) zur Flußkette oder Flußverbindung, d. h. zur ma­ gnetischen Feldstärke des Magneten, und das Reluktanzmo­ ment ist proportional (oder prounital) zur Differenz in der Induktivität zwischen der d-Achse und der q-Achse. Beim IPM-Motor (A) zum Beispiel geben die Magnete a1 und a2 das Flemingmoment ab. Das Reluktanzmoment ist aufgrund der Differenz zwischen den Induktivitäten Ld und Lq in Richtung der d-Achse und der q-Achse gegeben.

Beim IPM-Motor (A) passiert der Magnetfluß in Richtung der d-Achse die Dauermagneteinheit, welche im wesentlichen die gleiche magnetische Permeabilität besitzt wie Luft, zwei­ mal, so daß der magnetische Widerstand relativ groß ist. Die Induktivität Ld in Richtung der d-Achse ist klein. Im Gegensatz dazu passiert der Magnetfluß in Richtung der q- Achse eine Einheit mit einer hohen magnetischen Permeabi­ lität zwischen den Permanent- oder Dauermagneten, so daß der magnetische Widerstand relativ klein ist. Die Indukti­ vität Lq in Richtung der q-Achse ist groß. Dementsprechend ist die Differenz zwischen den Induktivitäten Ld und Lq bei dem IPM-Motor (A) groß.

Beim IPM-Motor (B) ist das vom Magneten b1 erzeugte Fle­ mingmoment vergleichbar mit dem beim IPM-Motor (A). Jedoch ist die Differenz zwischen den magnetischen Widerständen in Richtung der d-Achse und in Richtung der q-Achse klein. Folglich ist die Differenz zwischen den Induktivitäten Ld und Lq klein, so daß das Reluktanzmoment kleiner ist als beim IPM-Motor (A). Zwischen den IPM-Motoren (A) und (B) besteht folglich dahingehend ein Unterschied, daß der IPM- Motor (A) in größerem Ausmaß das Reluktanzmoment für sei­ nen Betrieb einsetzt.

Fig. 6 zeigt ein Ergebnis eines Experiments zum Bestimmen der Wirkungsgradcharakteristiken des IPM-Motors (A) in be­ zug auf die Motorausgangsleistung. In Fig. 6 bezeichnet die Y-Achse 51, also die Ordinate, das dimensionslose Ver­ hältnis des Gesamtwirkungsgrades. Die X-Achse 50, also die Abszisse, gibt das dimensionslose Verhältnis der Motoraus­ gangsleistung an, welche als Ergebnis oder Produkt der Mo­ tordrehzahl und des Lastmoments aufgefaßt werden kann. Weil das Lastmoment nahezu konstant ist, kann das dimensi­ onslose Verhältnis der Motordrehzahl auch auf der X-Achse 50 angegeben werden.

Der oben angegebene Gesamtwirkungsgrad meint einen Wir­ kungsgrad, welcher als Produkt oder Ergebnis eines Motor­ wirkungsgrads, welcher den Wirkungsgrad der Motoreinheit repräsentiert, und eines Schaltkreiswirkungsgrades, wel­ cher den Wirkungsgrad der Schaltkreiseinheit repräsentiert aufgefaßt werden kann. In Fig. 6 bezeichnen die Bezugszei­ chen 52 und 53 die Wirkungsgradcharakteristiken für die 180°-Leitungsansteuerung bzw. die 120°- Leitungsansteuerung.

Bei dem IPM-Motor (A) wird, wie das in Fig. 6 gezeigt ist, durch das 180°-Leitungsansteuerungsverfahren ein höherer Wirkungsgrad erreicht als beim 120°-Leitungsansteu­ erverfahren, falls die Motorausgangsleistung oder die Mo­ tordrehzahl niedrig sind. Beim Ansteigen der Motoraus­ gangsleistung oder der Motordrehzahl erhöhen sich die Wir­ kungsgrade für beide Verfahren. Jedoch sind die Anstiegs­ raten in bezug auf die beiden Verfahren unterschiedlich, so daß der Wirkungsgrad für das 120°-Leitungsansteuerver­ fahren den Wirkungsgrad des 180°-Leitungsansteuerver­ fahrens übersteigt, und sich die Verhältnisse in bezug auf die Wirkungsgrade umkehren.

Fig. 7 zeigt das Ergebnis eines Experiments zum Ermitteln der Wirkungsgrade in bezug auf die Motorausgangsleistung für den IPM-Motor (B). In Fig. 7 bezeichnet die Y-Achse 60, also die Ordinate, den Gesamtwirkungsgrad. Die X-Achse 61, also die Abszisse, bezeichnet das dimensionslose Ver­ hältnis der Motorausgangsleistung oder der Motordrehzahl. Die Bezugszeichen 62 und 63 bezeichnen die Wirkungscharak­ teristiken für die 180°-Leitungsansteuerung bzw. für die 120°-Leitungsansteuerung.

Bei dem IPM-Motor (B) wird, wie das in Fig. 7 gezeigt ist, durch das 180°-Leitungsansteuerverfahren ein höherer Wir­ kungsgrad als beim 120°-Leitungsansteuerverfahren er­ reicht, falls die Motorausgangsleistung oder die Motor­ drehzahl niedrig sind. Dies geschieht in ähnlicher Art und Weise wie beim IPM-Motor (A). Mit Ansteigen der Motoraus­ gangsleistung oder der Motordrehzahl steigen auch die Wir­ kungsgrade in bezug auf beide Verfahren an. Jedoch sind die Anstiegsraten in bezug auf die beiden Verfahren unter­ schiedlich, so daß der Wirkungsgrad für das 120°- Leitungsansteuerung den Wirkungsgrad des 180°-Leitungs­ ansteuerverfahrens übersteigt, und sich die Verhältnisse in bezug auf die Wirkungsgrade umkehren.

Nachfolgend werden nun die Wirkungsgrade in bezug auf das 120°- und das 180°-Leitungsansteuerverfahren beschrieben. Der Gesamtwirkungsgrad des Motors wird durch die nachfol­ gende Formel (2) beschrieben:

Gesamtwirkungsgrad = (Motorausgangsleistung)/((elek­ trische Motoreingangsleistung) + (Motorverlust + Schaltkreisverlust)) (2)

Nachfolgend werden die in Formel (2) beschriebenen Motor­ verluste im Detail beschrieben. Fig. 8 zeigt das Ergebnis eines Experiments zum Bestimmen der Motorwirkungsgradcha­ rakteristiken in bezug auf die Motorausgangsleistung für die IPM-Motoren (A) und (B). In Fig. 8 bezeichnet die Y- Achse 71, also die Ordinate, das dimensionslose Verhältnis der Motorwirkungsgraddifferenz zwischen dem 120°- und dem 180°-Leitungsansteuerverfahren, also: (Motorwirkungsgrad beim 180°-Leitungsansteuerverfahren) - (Motorwirkungsgrad beim 120°-Leitungsansteuerverfahren). Die Bezugszeichen 72 und 73 bezeichnen die Motorwirkungsgradunterschiedcharak­ teristiken für den IPM-Motor (A) bzw. (B).

Bei den IPM-Motoren (A) und (B) wird, wie das in der Fig. 8 gezeigt ist, bei dem 180°-Leitungsansteuerverfahren ein höherer Wirkungsgrad erreicht als beim 120°-Leitungsan­ steuerverfahren, falls die Motorausgangsleistung oder die Motordrehzahl niedrig sind.

Mit dem Ansteigen der Motorausgangsleistung oder der Mo­ torzahl vermindert sich der Unterschied zwischen den Wir­ kungsgraden zwischen den 120°- und dem 180°-Leitungsan­ steuerverfahren und verschwindet schließlich.

Die Motorverluste werden gebildet durch Verluste in Kupfer (copper loss), in Eisen (iron loss) und auch durch mecha­ nische Verluste (mechanical loss). Im Zusammenhang mit den Verlusten in Kupfer ist das 180°-Leitungsansteuerverfahren gegenüber dem 120°-Leitungsansteuerverfahren vorteilhaf­ ter, weil das 180°-Leitungsansteuerverfahren ein größeres Moment oder Drehmoment als das 120°-Leitungsansteuerver­ fahren erzeugen kann. Ferner wird durch das 180°-Lei­ tungsansteuerverfahren bei konstanter Last ein geringerer Strom verbraucht. Wirbelstromverluste, welche eine Art Verlust im Eisenbereich darstellen, sind proportional (prounital) jeweils zum Quadrat der magnetischen Flußdich­ te, der Plattenstärke und der Frequenz und umgekehrt pro­ portional (prounital) zum spezifischen elektrischen Wider­ stand. Folglich vermindern sich die Wirbelstromverluste, falls die Drehzahl ansteigt, mit anderen Worten, falls die Frequenz steigt. Deshalb ist das 180°-Leitungsansteuerver­ fahren im Bereich geringer Drehzahlen vorteilhaft, weil in diesem Bereich die Kupferverluste stärker ausfallen als die Motorverluste. Jedoch tritt dieser Unterschied im Mo­ torwirkungsgrad zwischen den zwei Verfahren nicht im Be­ reich hoher Drehzahlen auf, weil dort Wirbelstromverluste vorherrschend sind.

Nachfolgend wird nun der Schaltkreisverlust beschrieben. Fig. 9 zeigt das Ergebnis eines Experiments in bezug auf die Schaltkreiswirkungscharakteristiken bezüglich der Mo­ torausgangsleistungen für die IPM-Motore (A) und (B). In Fig. 9 bezeichnet die Y-Achse 81, also die Ordinate, das dimensionslose Verhältnis der Schaltkreiswirkungsgraddif­ ferenz zwischen dem 120°- und dem 180°-Leitungsansteuer­ verfahren. Die X-Achse 80, also die Abszisse, bezeichnet das dimensionslose Verhältnis der Motorausgangsleistung und mithin der Motordrehzahl. Die Bezugszeichen 82 und 83 bezeichnen die Motorwirkungsgraddifferenzcharakteristiken der IPM-Motore (A) bzw. (B). Die oben beschriebene Schalt­ kreiswirkungsgraddifferenz kann durch die nachfolgende Formel (3) dargestellt werden:

(Schaltkreiswirkungsgraddifferenz) = (Schaltkreis­ wirkungsgrad im 180°-Leitungsansteuerverfahren) - (Schaltkreiswirkungsgrad im 120°-Leitungsansteuer­ verfahren) (3)

Bei den IPM-Motoren (A) und (B) wird, wie das in Fig. 9 gezeigt ist, durch das 180°-Leitungsansteuerverfahren ein höherer Schaltkreiswirkungsgrad als beim 120°-Leitungs­ ansteuerverfahren bereitgestellt, falls die Motorausgangs­ leistung oder die Motordrehzahlen niedrig sind.

Mit dem Ansteigen der Motorausgangsleistung oder der Mo­ tordrehzahl verschwindet der Unterschied zwischen dem 120°- und dem 180°-Leitungsansteuerverfahren in bezug auf den Schaltkreiswirkungsgrad. Der Zusammenhang zwischen ih­ nen wird in einem bestimmten Bereich sogar umgekehrt.

Die Schaltkreisverluste umfassen in erster Linie die Kup­ ferverluste des Schaltkreises und die Schaltverluste des Schaltkreises. Die Schaltkreisverluste zeigen einen Ver­ lauf und eine Charakteristik, welche ähnlich ist zu jenen des Verlustes des Motors alleine. Die Schaltverluste der Transistoren im Inverterschaltkreis 2 erhöhen sich propor­ tional (prounital) zur Drehzahl. Jedoch erzeugt das 180°- Leitungsansteuerverfahren mit einer längeren Leitungsperi­ ode einen stärkeren Schaltverlust als das 120°- Leitungsansteuerverfahren. Im Bereich niedriger Drehzahlen sind die Kupferverluste die vorherrschenden Schaltkreis­ verluste. Folglich ist das 180°-Leitungsansteuerverfahren in bezug auf die Schaltkreisverluste im Bereich geringere Drehzahlen vorteilhafter als das 120°-Leitungs­ ansteuerverfahren. Im Bereich hoher Drehzahlen jedoch er­ höhen sich die Schaltverluste, so daß dieser Vorteil ver­ lorengeht. In einem bestimmten Bereich kehren sich die Verhältnisse der Schaltkreiswirkungsgrade zwischen der 120°- und der 180°-Leitungsansteuerverfahren um.

Im Hinblick auf den Gesamtwirkungsgrad, welcher unter Be­ rücksichtigung des Motorverlustes und des Schaltkreisver­ lusts bestimmt wird, ist im Bereich niedriger Drehzahlen das 180°-Leitungsansteuerverfahren gegenüber dem 120°-Lei­ tungsansteuerverfahren vorteilhaft. Im Bereich hoher Dreh­ zahlen jedoch ist das 120°-Leitungsansteuerverfahren vor­ teilhaft.

Auf der Grundlage der oben beschriebenen Ergebnisse weist die Motorsteuereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel der Erfindung eine gespeicherte Tabelle auf, wel­ che die Verhältnisse zwischen der Motordrehzahl und dem Gesamtwirkungsgrad für die jeweiligen Ansteuerverfahren des jeweiligen Motors enthält, und zwar in der Dreh­ zahl/Wirkungsgrad-Tabelleneinheit 10. Nachdem der Syn­ chronmotor 1 seine Rotation aufgenommen hat, bestimmt die Drehzahlberechnungseinheit in geeigneter Art und Weise die Drehzahl, zum Beispiel durch Verwendung eines Sensors, und sendet die ermittelte Drehzahl an die Ansteuerverfahren­ auswahleinheit 9. Die Drehzahl/Wirkungsgrad-Ta­ belleneinheit 10 beinhaltet Informationen in bezug auf das jeweils optimale Ansteuerverfahren für verschiedene Werte der Drehzahl. Entsprechend wählt die Ansteuerverfahrenaus­ wahleinheit 9 das für die aktuelle Drehzahl optimale An­ steuerverfahren aus.

Es folgt nun eine Beschreibung für einen Fall, bei welchem der vorangehend beschriebene IPM-Motor (A) als Synchronmo­ tor 1 verwendet wird. Bei diesem Fall wird zum Beispiel im anfänglichen Bereich mit niedrigen Drehzahlen das 180°- Leitungsansteuerverfahren ausgewählt.

Wenn die Solldrehzahlspeichereinheit 12 einen Befehl zum Erhöhen der Drehzahl von einer nicht gezeigten System­ steuerung erhält, vergleicht sie die ermittelte Drehzahl mit der Solldrehzahl um ein Fehler- oder Abweichungssignal auszugeben. Dadurch überträgt die 180°-Leitungs­ ansteuereinheit 7 geeignete Spannungsdaten an die PWM- erzeugende und phasenverteilende Einheit 11, welche dann durch den Inverterschaltkreis 2 dem Synchronmotor 1 zuge­ führt werden. Folglich steigt die Drehzahl an.

Wenn sich die Drehzahl um eine bestimmte Größe erhöht hat, insbesondere auf einen Wert, in dessen Bereich die Bezie­ hung der Wirkungsgrade zwischen der 180°-Leitungs­ ansteuerung und der 120°-Leitungsansteuerung umgekehrt wird, wählt die Ansteuerverfahrenauswahleinheit 9 die 120°-Leitungsansteuerung aus, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen.

Es kann notwendig sein, eine Ansteuerung und/oder Überwa­ chung im Bereich derjenigen Drehzahlen durchzuführen, wel­ che gerade die Umkehrung der Beziehung des totalen Wir­ kungsgrads zwischen der 180°-Leitungsansteuerung und der 120°-Leitungsansteuerung bewirkt, diese Drehzahl wird nachfolgend als "Übergangsdrehzahl Nc" bezeichnet. Alter­ nativ dazu kann der Motor eine Charakteristik aufweisen, so daß die Beziehung in bezug auf den Gesamtwirkungsgrad zwischen der 180°-Leitungsansteuerung und der 120°-Lei­ tungsansteuerung gerade bei einer überwachten oder gesteu­ erten Drehzahl umgekehrt wird. In diesen Fällen ändert sich das Ansteuerverfahren, welches einen maximalen Wir­ kungsgrad erreichen kann, gemäß bereits kleinen Änderungen in der Drehzahl. Falls die Ansteuerung streng zwischen der 180°-Leitungsansteuerung und der 120°-Leitungsansteuerung hin- und hergeschaltet wird, resultiert dies in einem häu­ figen Umschalten des Ansteuerverfahrens, so daß die Steu­ ereinheit, also der Mikrocomputer überlastet werden kann. Dadurch wird ebenfalls die Belastung auf den Inverter­ schaltkreis 2, den Synchronmotor 1 und andere Elemente er­ höht, wodurch letztlich in einigen Fällen die Lebensdauer der jeweiligen Komponenten gesenkt wird.

Um die oben beschriebene Situation zu vermeiden, können Hysteresecharakteristiken für die Drehzahl, bei welcher ein Umschalten zwischen der 180°-Leitungsansteuerung und der 120°-Leitungsansteuerung auszuführen ist, vorgesehen sein. Auf diese Art und Weise wird die nachfolgende Formel (4) erfüllt, falls eine Steuerung oder Überwachung vom Be­ reich niedriger Drehzahlen über die Übergangsdrehzahl Nc zum Bereich hoher Drehzahlen hin erfolgt. Andererseits wird die nachfolgende Formel (5) erfüllt, wenn eine Über­ wachung oder Steuerung durchgeführt wird vom Bereich hoher Drehzahl über die Übergangsdrehzahl Nc zum Bereich niedri­ ger Drehzahl hin.

Umschaltdrehzahl = Nc (Übergangsdrehzahl) + ΔN1 (4)

Umschaltdrehzahl = Nc (Übergangsdrehzahl) + ΔN2 (5)

In den Formeln (4) und (5) bedeuten ΔN1 und ΔN2 die soge­ nannten Hysteresewerte. Die Hysteresewerte ΔN1, ΔN2 werden in der oben beschriebenen Art und Weise vorgesehen. Dabei ist es vorgesehen, daß das Ansteuerverfahren oder An­ triebsverfahren nicht geändert wird, falls ich die Dreh­ zahl im Bereich der Hysteresewerte ändert. Dadurch kann die Belastung der Steuereinheit, also des Mikrocomputers reduziert werden. Ferner wird dadurch die häufige Benut­ zung der einzelnen Komponenten der Hardware, insbesondere des Inverterschaltkreises 2 und des Synchronmotors 1, ver­ hindert, so daß die einzelnen Komponenten der Hardware in bezug auf ihre Lebensdauer und ihre Verläßlichkeit gestei­ gert werden können.

Die Werte der vorangehend beschriebenen Hysteresebereiche ΔN1und ΔN2 können vorab ermittelt werden, und zwar im Hinblick auf den Variationsbereich der Drehzahl und im Hinblick auf den entsprechenden Variationsbereich des Wir­ kungsgrads. Die Hysteresebereiche ΔN1 und ΔN2 können aber auch arithmetisch gemäß bestimmter Steuer- oder Überwa­ chungsinformationen berechnet werden, falls dies notwendig ist. Diese Informationen beinhalten zum Beispiel Informa­ tionen in bezug auf die Anfangsdrehzahl und die Solldreh­ zahl. Die Hysteresebereiche können gleich sein oder sich unterscheiden.

Bei dem vorangehenden Beispiel erfolgt die Umkehrung der Zusammenhänge ausschließlich an einem einzigen Punkt im gesamten Drehzahlbereich. Eine derartige Umkehrung der Zu­ sammenhänge kann jedoch auch an zwei oder mehr Punkten im gesamten Drehzahlbereich auftreten. Bei dem oben beschrie­ benen Beispiel wird die 120°-Leitungsansteuerung durch ei­ ne sogenannte PWM oder Pulsbreitenmodulation durchgeführt. Es können jedoch auch andere Modulationsverfahren, insbe­ sondere das PAM, das Pulsamplitudenmodulationsverfahren oder dergleichen verwendet werden, um hohe Wirkungs­ gradcharakteristiken zu erreichen, wodurch sich dann auch ähnliche Effekte einstellen.

Wie oben beschrieben wurde, kann der Synchronmotor durch das optimale Antriebs- oder Ansteuerverfahren angetrieben oder angesteuert werden, bei welchem ein optimaler Wir­ kungsgrad erreicht wird, und zwar gemäß der entsprechenden Drehzahl durch Ausführen einer sogenannten Rückkoppel­ überwachung oder Steuerung, bei welcher die aktuelle Dreh­ zahl des Motors bestimmt und entsprechend angepaßt oder korrigiert wird, um die Solldrehzahl durch Abgabe eines Solldrehzahlbefehls zu erreichen. Dies wird zusätzlich auch dadurch erreicht, daß eine entsprechende Auswahl­ steuerung oder Auswahlüberwachung beim Auswählen des opti­ malen Antriebsverfahrens oder Ansteuerverfahrens auf der Grundlage der aktuellen Drehzahlinformation durchgeführt wird. Dadurch kann eine Motoransteuerung oder ein Motoran­ trieb mit einem optimalen Wirkungsgrad im gesamten Dreh­ zahlbereich oder im gesamten Geschwindigkeitsbereich er­ reicht werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Die Motorsteuerung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert. In Fig. 10 weist die Steuereinheit 5 eine 120°- Leitungsansteuereinheit 6, eine 180°-Leitungsansteu­ ereinheit 7, eine Drehzahlberechnungseinheit 8, eine An­ steuerverfahrensauswahleinheit 9 zum Auswählen des Ansteu­ erverfahrens zum Erreichen eines optimalen Wirkungsgrads auf, wobei die Auswahl durchgeführt wird auf der Grundlage von von einer Motorausgangsleistungsberechnungseinheit 14 abgegebener Motorausgangsleistungsdaten und aufgrund einer den Zusammenhang zwischen der Motorausgangsleistung und dem Wirkungsgrad wiedergebenden Tabelle, wobei sämtliche Daten in einer Motorausgangsleistung/Wirkungsgrad- Tabelleneinheit 20, welche ebenfalls vorgesehen ist, ge­ speichert sind. Der Zusammenhang zwischen der Motoraus­ gangsleistung und dem Wirkungsgrad ist für jedes Ansteuer­ verfahren oder Antriebsverfahren des Synchronmotors 1 vor­ ab ermittelt und gespeichert. Des weiteren ist eine Lastmomentberechnungseinheit 13, welche Lastmomentinforma­ tionen des Synchronmotors 1, welcher ein IPM-Motor ist, berechnet, sowie eine Motorausgangsleistungsberechnungs­ einheit 14 vorgesehen, welche aus der Drehzahlinformation und der Lastmomentinformation die Motorausgangsleistung berechnet.

Die Steuereinheit 5 wird im wesentlichen von einem Mikro­ computer gebildet. In dem Fall werden die jeweiligen Kom­ ponenten mit den Bezugszeichen 6 bis 12, die oben be­ schrieben wurden, mittels Software realisiert. Anstelle einer softwaremäßigen Realisierung können die jeweiligen Komponenten, insbesondere die Komponenten 6 bis 12, der Steuereinheit 5 auch hardwaremäßig ausgebildet sein, wobei jede Hardwarekomponente ein entsprechendes Verfahren durchführt.

Die von der AC-Spannungsversorgung 4 zugeführte AC-Ver­ sorgungsspannung wird durch den AC/DC-Umwandler 3 in eine DC-Spannung umgewandelt und dann dem Inverterschaltkreis 2 zugeführt. Das Schalten in den entsprechenden Ansteuer- oder Antriebselementen, zum Beispiel Transistoren Tr und IGBTs, welche den Inverterschaltkreis 2 bilden, wird unter der Verwendung einer entsprechenden Tastung oder Güte (du­ ty) unter Steuerung durch eine PWM-erzeugende und phasen­ verteilende Einheit 11 der Steuereinheit 5 durchgeführt. Dadurch erhalten die jeweiligen Phasen des Synchronmotors über den Inverterschaltkreis 2 die DC-Spannung, wodurch dann der Synchronmotor 1 angesteuert oder angetrieben wird.

Die Lastmomentberechnungseinheit 13 erhält Informationen in bezug auf das Lastmoment, und zwar von der 120°-Lei­ tungsansteuereinheit 6 oder der 180°-Leitungsansteuerein­ heit 7, und gibt dann Lastmomentinformationen aus. Zur Er­ stellung und/oder Auswertung dieser Lastmomentinformatio­ nen stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Zum Bei­ spiel kann ein Verfahren verwendet werden, bei welchem die Information von einem Momentendetektor ermittelt wird. Al­ ternativ dazu kann auch ein Verfahren verwendet werden, bei welchem ein Zusammenhang zwischen dem Spulenstrom und dem Moment vorab ermittelt und gespeichert wird. Dabei wird dann ein Spulenlaststrom ermittelt, zum Beispiel durch einen Stromdetektor, und nachfolgend wird dann das Lastmoment bestimmt durch Berechnen.

Die Motorausgangsleistungsberechnungseinheit 14 berechnet die Motorausgangsleistung aus der Drehzahlinformation, welche von der Drehzahlberechnungseinheit 8 ausgegeben wird, und aus der Lastmomentinformation, welche von der Lastmomentberechnungseinheit 13 ausgegeben wird. Das An­ steuerverfahren oder Antriebsverfahren zum Erreichen eines optimalen Wirkungsgrads wird gemäß der Motorleistung, wel­ che entsprechend berechnet wurde, und auf der Grundlage der in der Motorleistung/Wirkungsgrad-Tabelleneinheit 20 vorab bereits gespeicherte Information ausgewählt.

Die von der Ansteuerverfahrenauswahleinheit 9 ausgewählte Leitungsansteuereinheit - d. h. die 120°-Leitungsansteuer­ einheit 6 oder die 180°-Leitungsansteuereinheit 7 -, sen­ det Spannungsdaten an die PWM-erzeugende und phasenvertei­ lende Einheit 11. Diese Einheit bestimmt das Güteverhält­ nis oder Tastverhältnis des PWM-Signals auf der Grundlage der so übermittelten Spannungsdaten. Ferner übermittelt und verteilt diese Einheit 11 das PWM-Signal an die jewei­ ligen Ansteuer- oder Antriebselemente, welche den Inver­ terschaltkreis 2 bilden, um ein Befehlssignal oder In­ struktionssignal zum Schalten der jeweiligen Antriebsele­ mente oder Ansteuerelemente abzugeben.

Die Solldrehzahlspeichereinheit 12 vergleicht die aktuelle oder tatsächliche Drehzahlinformation, welche von der Drehzahlberechnungseinheit 8 erhalten wurde, mit der Solldrehzahl, um einen Abweichungswert oder Fehlerwert zu berechnen. Ferner sendet sie Abweichungskorrekturdaten zum Erreichen einer optimalen Drehzahl an die 120°-Lei­ tungsansteuereinheit 6 oder an die 180°-Leitungsansteuer­ einheit 7.

Wie oben beschrieben wurde, wird die tatsächliche oder ak­ tuelle Drehzahl bestimmt. Ferner sind die Steuereinheit bzw. der entsprechende Algorithmus, so ausgebildet, um ei­ ne rückgekoppelte Überwachung oder Steuerung zum Korrigie­ ren oder Anpassen der Drehzahl entsprechend der Instruk­ tionen oder gemäß des Befehls in bezug auf die Solldreh­ zahl und auch in bezug auf die Auswahlsteuerung oder -überwachung auszuführen, um das geeignete Ansteuer- oder Antriebsverfahren auf der Grundlage der aktuellen Drehzahl und der Lastmomentinformation auszuwählen, so daß der Syn­ chronmotor 1 mit einem optimalen Antriebs- oder Ansteuer­ verfahren angetrieben oder angesteuert werden kann. Da­ durch kann der Synchronmotor 1 mit einem optimalen Wir­ kungsgrad über den gesamten Motorausgangsleistungsbereich angesteuert und angetrieben werden.

Drittes Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf Fig. 11 wird nun eine Motorsteuerein­ richtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung beschrieben. Die in Fig. 11 gezeigte Steuereinheit 5 weist eine 120°-Leitungsansteuereinheit 6, eine 180°-Leitungsansteuereinheit 7, eine Drehzahlberech­ nungseinheit 8, eine Ansteuerverfahrensauswahleinheit 9, eine Drehzahl/Wirkungsgrad-Tabelleneinheit 10, eine PWM- erzeugende und phasenverteilende Einheit 11, eine Solldrehzahlspeichereinheit 12, eine Stromdetektionsein­ heit 17, welche ausgebildet ist, einen während einer be­ stimmten Phase unter den Phasen der Motorspulenanschlüsse U, V und W fließenden Strom zu bestimmen und Stromphasen­ information zu erzeugen, eine Spannungs/Strom-Phasendif­ ferenzbestimmungseinheit 15, welche ausgebildet ist, eine Phasendifferenzinformation aus der Stromphaseninformation der Stromdetektionseinheit 17 und einer Spannungsphasenin­ formation von der 180°-Leitungsansteuereinheit 7 zu be­ stimmen, eine Phasendifferenzspeichereinheit 16, welche ausgebildet ist, eine Sollphasendifferenz zu speichern, eine Arithmetikeinheit 30 und eine Induktionsspannungsde­ tektionseinheit 18 auf, welche ausgebildet ist, an den je­ weiligen Phasen der Motorspulenanschlüsse U, V und W er­ zeugte Induktionsspannung zu detektieren.

Die Steuer- und/oder Überwachungseinheit 5 wird von einem Mikrocomputer gebildet. Die jeweiligen Komponenten 6-18, die oben beschrieben wurden, können dabei durch Software realisiert werden. Anstelle einer softwaremäßigen Reali­ sierung können die jeweiligen Komponenten 6-18 der Steu­ ereinheit 5 auch hardwaremäßig ausgebildet sein, wobei die hardwaremäßig realisierten Komponenten dann jeweilige Ver­ fahrensschritte zur Realisierung ihrer Funktionsweise aus­ führen. Die Stromdetektionseinheit 17 kann auch als soge­ nannter Stromsensor ausgebildet sein, zum Beispiel in Form einer Spule und eines Hall-Elements. Denkbar sind auch Stromumwandler oder dergleichen.

Die 120°-Leitungsansteuereinheit 6 wird zum Fortsetzen der Beaufschlagung der Motorspule 4 mit einer Spannung für ei­ ne Periode von 120° verwendet. Die so angewandten Ströme weisen Wellenform auf, die bereits in Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurden. Während der nichtleitenden Pe­ rioden 26u, 26v und 26w, d. h. während der Zeit, bei der die Spulen nicht in der 120°-Leitungsansteuerung erregt werden, detektiert die Induktionsspannungsdetektionsein­ heit 18 die durch die am Rotor vorgesehenen Magnete indu­ zierte Spannung. Die 120°-Leitungsansteuereinheit 6 ent­ hält von der Induktionsspannungsdetektionseinheit 18 ent­ sprechende Informationen und bestimmt die Phase des Ro­ tors.

Die Spannung/Strom-Phasendifferenzdetektionseinheit 15 be­ rechnet die Phasendifferenz des Stroms bezüglich der Span­ nung auf der Grundlage der Stromphaseninformation, welche von der Stromdetektionseinheit 17, welche den durch eine bestimmte Phase (die W-Phase in Fig. 11) fließenden Motor­ strom detektiert, erhalten wird, und auf der Grundlage der Spannungsphaseninformation, welche von der 180°- Leitungsansteuereinheit 7 abgegeben wird.

Die Arithmetikeinheit 30 berechnet den Fehler oder die Ab­ weichung zwischen der Phasendifferenz, welche von der Spannung/Strom-Phasendifferenzdetektionseinheit 15 abgege­ ben wird und der in der Phasendifferenzspeichereinheit 16 gespeicherten Sollphasendifferenz.

Die 180°-Leitungsansteuereinheit 7 wird für das Fortsetzen des Beaufschlagens der Spannung an die Motorspulen für ei­ ne Periode von 180° verwendet. Die bei dieser Leitung ver­ wendeten Wellenformen sind die gleichen, welche im Zusam­ menhang mit Fig. 3 bereits beschrieben wurden. Die 180°- Leitungsansteuereinheit 7 erhält die Fehler oder Abwei­ chungskorrekturdaten von der Arithmetikeinheit 30, um eine optimale Drehzahl zu erreichen.

Die Solldrehzahlspeichereinheit 12 empfängt von der Dreh­ zahlberechnungseinheit 8 die aktuelle oder tatsächliche Drehzahlinformation und vergleicht diese mit der Solldreh­ zahl. Ferner sendet sie Abweichungskorrekturdaten zum Er­ reichen einer geeigneten Drehzahl an die 120°-Leitungs­ ansteuereinheit 6 oder an die 180°-Leitungsansteuereinheit 7.

Wie oben beschrieben wurde, wird die aktuelle oder tat­ sächliche Drehzahl bestimmt. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, eine Rückkopplungsüberwachung oder Rückkopp­ lungssteuerung auszuführen, um die Drehzahl gemäß einer Instruktion oder eines Befehls in bezug sowohl auf die Solldrehzahl als auch auf die Steuerungsüberwachung zum Auswählen der richtigen oder angemessenen Ansteuermethode zu korrigieren, und zwar auf der Grundlage der Information in bezug auf die aktuelle oder tatsächliche Drehzahl. Folglich kann der Synchronmotor 1 mittels eines optimalen Ansteuerverfahrens oder Antriebsverfahrens angesteuert oder angetrieben werden.

Ferner wird die 120°-Leitungsansteuereinheit 6 durch die Induktionsspannung und die 180°-Leitungsansteuereinheit 7 durch die Phasendifferenzinformation gesteuert und/oder überwacht, wodurch der Synchronmotor 1 mit einem optimalen Verfahren ohne Verwendung eines bestimmten Positionsdetek­ tors angesteuert oder angetrieben werden kann.

Viertes Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird nun eine Motorsteue­ rungseinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die in Fig. 12 dargestellte Steuereinheit 5 weist eine Leitungsbreitenan­ steuereinheit 21, eine Drehzahlberechnungseinheit 8, eine Leitungsbreitenauswahleinheit 19, eine Drehzahl/Wir­ kungsgrad-Tabelleneinheit 10, eine PWM-erzeugende und pha­ senverteilende Einheit 11 sowie eine Solldrehzahlspei­ chereinheit 12 auf.

Die Steuereinheit 5 wird im wesentlichen von einem Mikro­ compute 75566 00070 552 001000280000000200012000285917545500040 0002010037936 00004 75447r gebildet. In diesem Fall können die jeweiligen anderen Komponenten, wie oben beschrieben wurde, mittels Software realisiert sein. Anstelle einer softwaremäßigen Realisierung können die jeweiligen Komponenten der Steuer­ einheit 5 auch hardwaremäßig ausgebildet sein, wobei jede Hardwarekomponente dann gemäß einer Funktionalität ein entsprechendes Ausführungsverfahren realisiert.

Die Leitungsbreitenansteuereinheit 21 stellt eine Periode oder Phase ein, für welche Spannung an die Motorspule ei­ ner bestimmten Phase angelegt wird. Diese Periode liegt zwischen 120° und 180°. Die Wellenformen der Ansteuer- oder Antriebsspannung, welche an die anderen Phasen gelegt werden, haben Phasendifferenzen von 120 und 240 Grad, je­ weils in bezug auf die oben angegebene Phase.

Die Drehzahlberechnungseinheit 8 detektiert oder berechnet die Drehzahl des Synchronmotors 1 auf der Grundlage von Drehzahlinformationen, welche sich auf die Drehzahl bezie­ hen und welche von der Leitungsbreitenansteuereinheit 21 ausgesandt werden. Die Drehzahlinformation kann mittels verschiedener Verfahren erhalten werden, zum Beispiel durch ein Berechnungsverfahren der Drehzahl aus der Induk­ tionsspannung durch Verwenden eines Rotationsdetektors, zum Beispiel eines Sensors, oder durch Verwendung eines Detektionsschaltkreises und äußeren Mittelpunkt, zum Bei­ spiel einem Exzenter.

Die Drehzahl/Wirkungsgrad-Tabelleneinheit 10 hat bereits vorab eine Tabelle gespeichert, welche das Verhältnis oder den Zusammenhang zwischen der Drehzahl und dem Wirkungs­ grad des Synchronmotors für jedes Antriebsverfahren oder jedes Steuerverfahren und für jede Leitungsbreite reprä­ sentiert. Die Leitungsbreitenauswahleinheit 19 wählt die Leitungsbreie derart, daß ein optimaler Wirkungsgrad im Zusammenhang mit der aktuellen Drehzahl erhalten werden kann, welche auf der Grundlage der von der Drehzahlberech­ nungseinheit 8 ausgegebenen Drehzahl ermittelt wurde, und auf der Grundlage derjenigen Information, welche den Zu­ sammenhang zwischen der Drehzahl und dem Wirkungsgrad re­ präsentieren, welche in der Drehzahl/Wirkungsgrad- Tabelleneinheit 10 gespeichert ist.

Wenn die Leitungsbreitenauswahleinheit 19 eine Leitungs­ breite auswählt, gibt die Leitungsbreitenansteuereinheit 21 eine der ausgewählten Leitungsbreite entsprechende Spannung oder entsprechende Spannungsdaten an die PWM- erzeugende und phasenverteilende Einheit 11 ab. Die PWM- erzeugende und phasenverteilende Einheit 11 bestimmt ih­ rerseits das Güteverhältnis oder Tastverhältnis des PWM- Signals auf der Grundlage der Spannung oder der Spannungs­ daten. Die Einheit 11 gibt ferner das PWM-Signal an die jeweiligen Antriebselemente oder Ansteuerelemente, welche im Inverterschaltkreis 2 vorgesehen sind, ab, um Befehls- oder Instruktionssignale zum Schalten der jeweiligen An­ triebselemente oder Ansteuerelemente auszugeben.

Wie oben beschrieben wurde, wird die tatsächliche oder ak­ tuelle Drehzahl detektiert. Die Steuereinheit ist ausge­ bildet, eine Rückkoppelüberwachung oder Rückkoppelsteue­ rung auszuführen, um eine Drehzahlkorrektur gemäß dem Be­ fehlssignal oder Instruktionssignal auszuführen, welches die eingestellte Solldrehzahl und auch die Auswahlsteue­ rung zum Auswählen des Ansteuerverfahrens oder Antriebs­ verfahrens der optimalen Leitungsbreite auf der Grundlage der tatsächlichen oder aktuellen Drehzahleninformation an­ zeigt. Folglich kann der Synchronmotor in dem Ansteuerver­ fahren oder Antriebsverfahren mit optimaler Leitungsbreite angesteuert oder angetrieben werden. Dies erlaubt ein ef­ fizienteres Ansteuern oder Antreiben des Synchronmotors.

Es kann ein derartiger Aufbau angewandt und verwendet wer­ den, daß die Lastmomentberechnungseinheit 13 und die Mo­ torausgangsleistungsberechnungseinheit 14 zusätzlich vor­ gesehen sind, wobei die Motorausgangsleistung/Wir­ kungsgrad-Tabelleneinheit 20 anstelle der Drehzahl/Wir­ kungsgrad-Tabelleneinheit 10 vorgesehen ist und wobei die Ausgangssignale der Motorausgangsleistungsberechnungsein­ heit 14 zur Leitungsbreitenauswahleinrichtung 19 ausge­ sandt werden. In diesem Fall kann der Synchronmotor 1 mit einer optimalen Leitungsbreite in Übereinstimmung mit der Motorausgangsleistung angesteuert oder angetrieben werden.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf Fig. 13 wird nun nachfolgend eine Mo­ torsteuereinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die in Fig. 13 ge­ zeigte Steuereinheit 5 weist eine 120°-Leitungsan­ steuereinrichtung 6, eine 180°-Leitungsansteuereinheit 7, eine Drehzahlberechnungseinheit 8, eine Ansteuerverfahren­ auswahleinheit 9, eine Drehzahl/Wirkungsgrad-Tabellen­ einheit 10, eine PWM-erzeugende und phasenverteilende Ein­ heit 11, eine Zieldrehzahlspeichereinheit 12 und eine An­ steuerverfahrenbefehlseinheit 22 auf.

Die Steuereinheit 5 wird im wesentlichen von einem Mikro­ computer gebildet. In diesem Fall können die jeweiligen Komponenten, die oben beschrieben wurden, auch im wesent­ lichen softwaremäßig ausgebildet sein. Anstelle der soft­ waremäßigen Realisierung können die jeweiligen Komponenten der Steuereinheit 5 auch hardwaremäßig realisiert sein, wobei jede Hardwarekomponente dann entsprechend ihrer Funktionalität ein entsprechendes Verfahren zum Ablauf bringt.

Die Ansteuerverfahrenbefehlseinheit 22 ist eine bestimmte Einheit im fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und steuert den Betrieb der Ansteuerverfahren­ auswahleinheit 9. Insbesondere wählt die Ansteuerverfah­ renauswahleinheit 9 entweder das 120°-Leitungsansteuer­ verfahren oder das 180°-Leitungsansteuerverfahren aus, und zwar auf der Grundlage eines von der Ansteuerverfahrenbe­ fehlseinheit 22 zusätzlich zum Ausgangssignal der Dreh­ zahlberechnungseinheit 8 ausgegebenen Interruptsignals oder Unterbrechungssignals.

Es kann zum Beispiel notwendig sein, zwangsweise das 180°- Leitungsansteuerverfahren anzuwenden, zum Beispiel zur Rauschunterdrückung. In diesem Fall wird ein die Ausfüh­ rung der 180°-Leitungsansteuerung anzeigendes Interruptsi­ gnal unabhängig von dem aktuellen oder tatsächlichen An­ steuerverfahren an die Ansteuerverfahrenauswahleinheit 9 übersandt. Zu diesem Zeitpunkt wird der tatsächliche oder laufende Zustand beibehalten, falls das 180°-Leitungs­ ansteuerverfahren zur Zeit ausgeführt wird. Falls jedoch gerade das 120°-Leitungsansteuerverfahren ausgeführt wird, wird das Ansteuerverfahren geändert und das 180°- Leitungsansteuerverfahren ausgeführt.

Zum Verlassen der Ansteuerung, welche durch das vorange­ hende Interruptsignal erzwungen wurde, gibt die Ansteuer­ verfahrenbefehlseinheit 22 ein Signal zum Verlassen des Interrupts oder der Unterbrechung aus. Dadurch kann die Ansteuerverfahrenauswahleinheit 9 das Ansteuerverfahren gemäß dem Ausgangssignal der Drehzahlberechnungseinheit 8 auswählen.

Wie oben beschrieben wurde, wird die tatsächliche oder ak­ tuelle Drehzahl ermittelt. Ferner ist es möglich, eine Rückkoppelüberwachung oder Rückkoppelsteuerung durchzufüh­ ren, um die Drehzahl gemäß der eingestellten Solldrehzahl zu korrigieren. Ferner ist es möglich, die Steuerung zur Auswahl des optimalen Ansteuer- oder Antriebsverfahrens auf der Grundlage der tatsächlichen oder aktuellen Dreh­ zahl auszuführen. Des weiteren kann das Ausführen des be­ liebigen Auswählens eines Ansteuerverfahrens gemäß eines externen Befehls oder einer externen Instruktion ausge­ führt werden. Dadurch kann der Synchronmotor 1 bei einem beliebigen Ansteuerverfahren mit einem optimalen Wirkungs­ grad angetrieben oder angesteuert werden.

Fig. 14 zeigt ein weiteres Beispiel für den Aufbau einer Motorsteuereinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung. Die Steuereinheit 5, welche in Fig. 14 gezeigt ist, weist eine 120°-Leitungs­ ansteuereinheit 6, eine 180°-Leitungsansteuereinheit 7, eine Drehzahlberechnungseinheit 8, eine Ansteuerverfahren­ auswahleinheit 9, eine Motorausgangsleitung/Wirkungsgrad- Tabelle 20, eine PWM-erzeugende und phasenverteilende Ein­ heit 11, eine Solldrehzahlspeichereinheit 12, eine Lastmo­ mentberechnungseinheit 13, eine Motorausgangsleistungsbe­ rechnungseinheit 14 und eine Antriebsverfahrenbefehlsein­ heit 22 auf.

Gemäß dem in Fig. 14 gezeigten Aufbau kann die Drehzahl gemäß der eingestellten Solldrehzahl abgeändert und korri­ giert werden. Das Antriebs- oder Ansteuerverfahren kann so ausgewählt werden, um gemäß der aktuellen Motorausgangs­ leistung einen optimalen Antrieb oder eine optimale An­ steuerung zu erreichen. Ferner kann das Ansteuerverfahren oder Antriebsverfahren gemäß eines externen Befehls oder einer externen Instruktion beliebig ausgewählt werden.

Des weiteren kann der in Fig. 11 gezeigte Aufbau in ähnli­ cher Art und Weise mit einer Ansteuerverfahrenbefehlsein­ heit 22 für die Ansteuerverfahrenauswahleinheit 9 ausge­ bildet sein, so daß die Drehzahl gemäß eines eingestellten Solldrehzahlbefehls korrigiert oder abgeändert werden kann. Ferner kann dann das Ansteuerverfahren so ausgewählt werden, daß gemäß dem aktuellen Motorzustand eine optimale Ansteuerung oder ein optimaler Antrieb erreicht wird. Fer­ ner kann das Antriebs- oder Ansteuerverfahren auch belie­ big ausgewählt werden und zwar gemäß einer externen In­ struktion und eines externen Befehls.

Fig. 15 zeigt ein weiteres Beispiel für den Aufbau einer Motorsteuereinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 15 ist eine Ansteuer­ befehlseinheit 23 für die Leitungsbreitenauswahleinheit 19 vorgesehen. Die Ansteuerbefehlseinheit 23 empfängt eine externe Instruktion oder einen externen Befehl und gibt dann ein Interruptsignal oder Unterbrechungssignal zum er­ zwungenen Einstellen einer entsprechenden Leitungsbreite oder ein Interruptbeendigungssignal oder Unterbrechungsbe­ endigungssignal zum Beenden des Interrupts oder der Unter­ brechung aus. Dadurch kann die Drehzahl gemäß eines einge­ stellten Solldrehzahlbefehls abgeändert und korrigiert werden. Ferner kann die Leitungsbreite gemäß dem aktuellen Motorzustand optimal ausgewählt werden. Ferner kann die Leitungsbreite auch gemäß dem externen Befehl oder der ex­ ternen Instruktion beliebig ausgewählt werden.

Bei dem in Fig. 15 gezeigten Aufbau kann ferner eine Lastmomentberechnungseinheit 13 und eine Motorausgangslei­ stungsberechnungseinheit 14 vorgesehen sein. Eine Dreh­ zahl/Wirkungsgrad-Tabelleneinheit 10 kann durch eine Mo­ torausgangsleistung/Wirkungsgrad-Tabelleneinheit 20 er­ setzt werden, so daß das Ausgangssignal der am Motoraus­ gangsleistungsberechnungseinheit 14 an die Leistungsbrei­ tenauswahleinheit 19 abgegeben werden kann. Dadurch kann in ähnlicher Weise für die Leitungsbreitenauswahleinrich­ tung 19 eine Ansteuerbefehlseinheit vorgesehen sein.

Bei dem oben beschriebenen fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Zusammenhang mit der er­ zwungenen 180°-Ansteuerung eine entsprechende Überwachung oder Steuerung durchgeführt. Im Zusammenhang mit der er­ zwungenen 120°-Ansteuerung kann die Steuerung und/oder Überwachung auf ähnliche Art und Weise durchgeführt wer­ den, um das Ansteuerverfahren auf ähnliche Art und Weise zu erzwingen.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf Fig. 16 wird die Motorsteuereinrich­ tung einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung näher erläutert. Die in Fig. 16 dargestellte Mo­ torsteuereinrichtung weist einen Inverterschaltkreis 2 zum Ansteuern oder Antreiben des Synchronmotors 1, einen Wan­ delschaltkreis 3 (in der Figur ist dabei "AC-DC" hinzuge­ fügt) zum Umwandeln der AC-Versorgungsspannung in eine Gleichspannung und zu deren Bereitstellen an den Inverter­ schaltkreis 2, eine AC-Spannungsversorgung 4 sowie eine Steuereinheit 5 auf, zum Ansteuern oder Antreiben und zum Steuern oder Überwachen des Synchronmotors 1.

In der Fig. 16 weist die Motorsteuereinrichtung eine Mo­ torstörungsüberwachungseinheit 25, welche ein, eine Stö­ rung repräsentierendes Signal vom Synchronmotor 1 oder vom Inverterschaltkreis 2 empfängt, eine Ansteuerverfahrenaus­ wahleinheit 29, welche gemäß dem Ausgabesignal der Motor­ störungsüberwachungseinheit 25 ein entsprechendes An­ triebs- oder Ansteuerverfahren auswählt, eine intermittie­ rende Leitungsansteuereinheit 30, welche zum Beispiel das Einstellen der Leitungszeitabfolge und eines Referenzwer­ tes für die Antriebs- oder Ansteuerspannung (PWM-Güte oder -Tastung) steuert und/oder überwacht, zum Ausführen der intermittierenden Leitungsansteuerung des Synchronmotors 1 mit einer nichtleitenden Periode von weniger als 180° im Durchlaßwinkel, eine 180°-Leitungsansteuereinheit 7 zum Steuern und/oder Überwachen des Einstellens der Leitungs­ zeitabfolge und des Einstellens des Referenzwertes für die Antriebs- und/oder Ansteuerspannung (PWM-Güte oder -Tastung), einen Schalter 40 zum Bereitstellen eines PWM- Referenztastwertes und einer Leitungszeitabfolge gemäß dem ausgewählten Ansteuerverfahren an die PWM-erzeugende und phasenverteilende Einheit 11, sowie eine PWM-erzeugende und phasenverteilende Einheit 11 auf zum Erzeugen und Aus­ geben des PWM-Signals, welches zum Antreiben und/oder An­ steuern jedes Motoransteuerelements des Inverterschalt­ kreises 2 für jedes Ansteuerelement verwendet wird.

Die Spannungsversorgung für den Inverterschaltkreis 2 ist vom sogenannten pulsamplitudenmodulierten Typ oder PAM- Typ, welches eine besonders variable Spannungsversorgung darstellt.

Gemäß den Störungen des Synchronmotors 1 oder des Inver­ terschaltkreises 2, welche durch die Motorstörungsüberwa­ chungseinheit 25 detektiert werden, bestimmt die Ansteuer­ verfahrenauswahleinheit 29, ob der Synchronmotor 1 mit dem intermittierenden Leitungsansteuerverfahren oder dem 180°- Leitungsansteuerverfahren angesteuert und/oder angetrieben wird.

Die Signale, welche der Motorstörungsüberwachungseinheit 25 zugeführt werden und welche die Störungen zum Beispiel des Synchronmotors 1 oder des Inverterschaltkreises 2 be­ schreiben, beeinflussen die Steuervariablen der Motor­ steuerung und der Ansteuerung bzw. Antriebs und wirken da­ her als Störungen. Dies sind zum Beispiel die DC-Ver­ sorgungsspannung, welche die Versorgungsspannung für jedes Antriebselement oder Ansteuerelement im Inverterschalt­ kreis 2 darstellt, die Drehzahl des Synchronmotors 1, das vom Synchronmotor 1 erzeugte Lastmoment, der Motorstrom der Motorspule, welche gemäß den oben angegebenen Bedin­ gungen variiert, und die Phasendifferenz zwischen der An­ triebsspannung oder Ansteuerspannung und dem Motorstrom.

Es ist nicht notwendig, diese Bedingungen direkt zu ermit­ teln oder zu detektieren. Andere Störfaktoren oder beglei­ tende Störinformationen, welche sich von den vorangehend beschriebenen Informationen unterscheiden, können ermit­ telt werden. In vielen Fällen umfassen die Störinformatio­ nen Parameter, deren Abweichungen oder Variationen von den Gleichgewichtswerten wesentlich sind. Folglich ist es oft wünschenswert, diese Abweichungen oder Variationen der Werte davon durch die Motorstörüberwachungseinheit 25 zu ermitteln.

Die Motorsteuereinrichtung gemäß der sechsten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung steuert den Motorantrieb und/oder die Motoransteuerung durch Auswahl des geeigneten Antriebs- oder Ansteuerverfahrens - d. h. durch die Auswahl eines Verfahrens, welches eine gute Steuer- und/oder Über­ wachungsperformance liefert - und zwar für jeden Zeit­ punkt, bei welchem eine Störung auftritt. Mit anderen Wor­ ten wird dies durch Auswahl desjenigen Ansteuerverfahrens erreicht, durch welches eben nicht die Nachteile des An­ haltens oder Stoppens des Motors aufgrund von Störungen auftritt. Dadurch wird eine Motoransteuerung oder ein Mo­ torantrieb erreicht, welcher mit hoher Zuverlässigkeit und hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden kann.

Zum Verbessern des Wirkungsgrades und zum Unterdrücken der Veränderungen oder Variationen im Moment oder Drehmoment, von Vibrationen und vom Rauschen ist es oft wünschenswert, die 180°-Leitungsansteuerung durch eine sinuidale Leitung durchzuführen, welche eine sanfte oder glatte Änderung in der Ansteuerwellenform oder Antriebswellenform bereit­ stellt.

Verschiedene Antriebs- oder Ansteuerungswellenformen kön­ nen bei der intermittierenden Leitungsansteuerung verwen­ det werden, bei welcher der Durchlaßwinkel kleiner als 180° ist, so daß die Nichtleitungsperiode im Rahmen der Ansteuerungs- oder Antriebswellenform bereitgestellt wird, und bei welcher die erzeugte elektromotorische Gegenspan­ nung während der oben genannten Nichtleitungsperiode de­ tektiert werden kann. Da die 120°-Leitungsansteuerung die vollständige Zweiphasenleitung ist und eine Rechteckwel­ lenformleitung ermöglicht, ergibt sich zum Beispiel der Vorteil, daß die Ansteuerungs- oder Antriebswellenform, welche der Phase zuzuführen ist, auf einfache Art und Wei­ se erzeugt werden kann. Da die elektromotorische Gegen­ spanne über eine lange Zeitspanne detektiert werden kann, kann die Detektion mit einer höheren Zuverlässigkeit oder verbesserten Zuverlässigkeit durchgeführt werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 17 bis 19 werden nunmehr drei Wellenformen für die jeweiligen Phasen beschrieben. In den Fig. 17 bis 19 ist ein Signal - ein Ausgabesignal der PWM-erzeugenden und phasenverteilenden Einheit 11 - an jedem Spulenanschluß zum Ansteuern oder Antreiben der An­ steuer- oder Antriebselemente des Inverterschaltkreises 2 in Form eines analogen Wertes gezeigt. Bei der tatsächli­ chen Leitungsperiode ist die Ansteuerwellenform die PWM- Wellenform, und die PWM-Tastung wird gemäß der Leitungspe­ riode geändert. In jeder Figur stellt die Abszisse den elektrischen Winkel der Spulenleitung dar. Die Ordinate gibt jeweils die Spannung an. Die Spulen der drei Phasen, d. h. der U-, der V- und der W-Phase des Motors, müssen an­ getrieben oder angesteuert werden.

Bei dem 180°-Leitungsansteuerverfahren wird jede Phase durch eine Sinuswellenformleitung erregt, wie das in Fig. 17 gezeigt ist. Unter Verwendung der U-Phasenspule als Be­ zug oder Referenz haben die Leitungswellenformen für die V- und W-Phasen eine Phasendifferenz von 120 und 240 Grad in bezug auf die Leitungswellenform für die U-Phase.

Bei dem 120°-Rechteckwellenformleitungsansteuerverfahren wird die Rechteckwellenformleitung bei jeder Phase für ei­ ne Periode von 120° durchgeführt, wie das in Fig. 18 ge­ zeigt ist. Die Leitung wird dann für die verbleibende Pe­ riode von 60 Grad gestoppt oder angehalten. Unter Verwen­ dung der U-Phase als Referenz oder Bezug haben die V- und die W-Phase Phasendifferenzen von 120 Grad bzw. 240 Grad zur U-Phase.

Bei dem 150°-Rechteckwellenformleitungsansteuerverfahren wird die Rechteckwellenformleitung für jede Phase für eine Periode von 150 Grad durchgeführt, wie das in Fig. 19 ge­ zeigt ist. Die Leitung wird dann für die verbleibende Pe­ riode von 30 Grad gestoppt oder angehalten.

Die tatsächliche Motorstromwellenform, welche auf dem U- Phasenspulenanschluß erscheint, falls während der 180 Grad-Leitungsansteuerung eine Störung auftritt, wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 20 und 21 beschrieben. In den in den Fig. 20 und 21 gezeigten Experimenten wurde eine 180°-Leitungsansteuerung mit einer Sinuswellenform durchgeführt. Die Motordrehzahl war 3000 Umdrehungen/Minu­ te und das Gleichgewichtslastmoment war 1,5 Nm.

Fig. 20 zeigt eine Motorstromwellenform, welche auftritt, wenn ein Puls angewandt oder aufgebracht wird, welcher ei­ ne Momentenvibration von ungefähr 0,5 Nm erzeugt. Wie in Fig. 20 gezeigt ist, erhöht sich die Amplitude der Motor­ stromwellenform im Übermaß, wenn die Momentenvariationen oder Vibrationen auftreten. Darüber hinaus wird die sinui­ dale Wellenform auch noch direkt nach dem Ende der Varia­ tion des Moments gestört.

Fig. 21 zeigt die Motorstromwellenform, welche erscheint, wenn die DC-Versorgungsspannung des Inverterschaltkreises 2 variiert. Gemäß dem in Fig. 21 gezeigten Experiment va­ riiert die DC-Versorgungsspannung um etwa 20 V. Wie in Fig. 21 gezeigt ist, ist der Motorstrom in ähnlicher Weise wie beim Fall der Änderung des Lastmoments gestört, wenn sich die DC-Versorgungsspannung ändert.

Dies liegt daran, daß die Momentenvariation eine instan­ tante Änderung der Leitungszeitabfolge bewirkt, und ferner daran, daß die Ansteuerung oder der Antrieb nicht gemäß der richtigen oder genauen Leitungszeitabfolge erfolgt. Bei beiden in den Fig. 20 und 21 gezeigten Experimenten wird nur das Absenken der Wirkungsgrade oder dergleichen durch die Tatsachen bewirkt, daß die Steuerung oder die Überwachung dem durch die Störungsvariation erzeugten um­ gekehrten Effekt nicht folgen oder berücksichtigen kann. Ferner ist wesentlich dabei, daß die Ansteuerung oder der Antrieb nicht gemäß der richtigen oder geeigneten Lei­ tungszeitabfolge erfolgen kann. Wenn jedoch die Stärken der jeweiligen Störungsvariationen ansteigen oder eine lange Zeitspanne vor dem Ende der Variationen verstreicht, kann der Motor seine Drehbewegung nicht fortsetzen und wird folglich gestoppt oder angehalten.

Dies beruht auf der Tatsache, daß die jeweiligen Ansteuer­ verfahren der 180°-Leitungsansteuerung derart ausgestaltet sind, daß die Überwachungs- und Steuerstabilität oder -robustheit aufgrund der oben beschriebenen Steuer- oder Überwachungsschwierigkeiten gering ist und somit sich die Störungen in starker Art und Weise auswirken.

Obwohl der Einfluß der Störungen also groß sein kann, be­ sitzen die 180°-Leitungsansteuerung und insbesondere die 180°-Leitungsansteuerung mit einer Sinuswelle die Vortei­ le, daß das Motorrauschen und die Vibrationen aufgrund der Kontinuierlichkeit und Glattheit der Ansteuerwellenform gering sind und daß der Wirkungsgrad aufgrund der hohen Rate der Ausnutzung und Verwendung der Wicklungen verbes­ sert werden kann. Falls die vorangehend beschriebenen Stö­ rungen nicht vorliegen, ist es deshalb wünschenswert, die Motoransteuerung oder den Motorantrieb durch die 180°- Leitungsansteuerung zum Erreichen einer hohen Drehperfor­ mance durchzuführen.

Gemäß der intermittierenden Leitungsansteuerung, zum Bei­ spiel der 120°-Leitungsansteuerung, wird eine Off-Periode oder nichtleitende Periode, bei welcher kein Motorstrom zur Verfügung gestellt wird, verwendet. Dabei wird die elektromotorische Gegenspannung, welche die rotatorische Position oder Stellung des Motors repräsentiert, bestimmt. Deshalb ändert sich die Leitungszeitabfolge nicht in gro­ ßem Maße, selbst wenn Störungen wie Momentenvariation auf­ treten, obwohl dann auch Variationen in der Drehzahl auf­ treten können. Im Vergleich mit der 180°-Leitungs­ ansteuerung ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Nachteilen wie dem Stoppen oder Anhalten des Motors, zum Beispiel aufgrund von Störungen, eher gering und somit die Verläßlichkeit in bezug auf die Motoransteuerung oder den Motorantrieb hoch.

Entsprechend wählt die Motorsteuereinrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die 180°-Leitungsansteuerung zum Erzielen einer hohen Rota­ tions- oder Drehperformance im Gleichgewichtszustand, bei welchem Störungen nicht auftreten oder hinreichend klein sind. In einem ungewöhnlichen Zustand kann auch die inter­ mittierende Leitungsansteuerung verwendet werden, welche eine hohe Verläßlichkeit mit sich bringt, falls Störungen auftreten oder groß sind.

Folglich kann eine Motoransteuerung oder ein Motorantrieb mit einem hohen Wirkungsgrad, geringem Rauschen und gerin­ gen Variationen und Vibrationen im Gleichgewichtszustand erreicht werden. Andererseits ergibt sich in einem unge­ wöhnlichen Zustand des Motorbetriebs eine Motoransteuerung oder ein Motorantrieb mit einer hohen Verläßlichkeit ohne den Nachteil des Anhaltens oder Stoppens des Motors.

Unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der Fig. 22 bis 25 werden nunmehr die Verarbeitungsvorgänge im Hinblick auf die Motorstörungsüberwachungseinheit 25 und die Ansteuer­ verfahrensauswahleinheit 29 beschrieben. Die Verarbei­ tungsabfolge in diesem Flußdiagramm wird gemäß der Zeit­ abfolge der Erzeugung des Referenzwertes für die Ansteuer­ spannung oder Antriebsspannung (PWM-Tastung) oder für jede PWM-Trägerperiode ausgeführt. Gewöhnlich beginnt die Ver­ arbeitung in Antwort oder in Reaktion auf einen Interrupt oder eine Unterbrechung durch den steuernden Mikrocompu­ ter.

Wenn die 180°-Leitungsansteuerung ausgeführt wird, werden die Verarbeitungsschritte wie folgt durchgeführt. Unter Bezugnahme auf Fig. 22 wird ein Störsignal im Schritt S71 mit einem Schwellenwertdatum verglichen, welches die er­ laubte oder zulässige Variation repräsentiert.

Das oben angegebene Störsignal kann ein Signal sein, wel­ ches die vorangehend beschriebene Lastmomentvariation re­ präsentiert oder ein Signal, welches in etwa der Versor­ gungsspannung oder dergleichen entspricht. Das die Varia­ tion im Lastmoment beschreibende Signal kann ein von einem Momentensensor ausgesandtes Signal oder ein Signal sein, welches die Variation in der Amplitude des in Fig. 20 ge­ zeigten Motorstroms darstellt. Ferner ist ein Signal denk­ bar, welches eine Phasendifferenz des Motorstroms in bezug auf die Ansteuerspannung oder Antriebsspannung darstellt. Ferner ist auch ein Signal denkbar, welches Drehzahlverän­ derungen oder -variationen beschreibt, die sich aufgrund von Momentenvariationen oder -änderungen ergeben. In dem Fall, bei welchem die Drehzahländerungsinformation ange­ wandt wird, ist es möglich, einen Ausfall in der Motorlei­ tung während einer übermäßigen Beschleunigung oder Abbrem­ sung des Synchronmotors zu behandeln. Das die Versorgungs­ spannung repräsentierende Signal kann ein Signal sein, welches den über einen Spannungsteiler der DC- Spannungsversorgung ermittelten Spannungswert darstellt, oder ein Signal für einen Wert, welcher die AC-Versor­ gungsspannung repräsentiert.

Es kann nur ein Signal als das vorangehend beschriebene Störsignal verwendet und angewandt werden. Alternativ dazu können auch zwei oder mehr Signale als Störsignale ange­ wandt und ausgewertet werden, wodurch die Motoransteuerung oder der Motorantrieb besonders genau überwacht werden kann.

Das Schwellenwertdatum enthält einen Wert, welcher die Stärke der Variation oder Änderung repräsentiert, welche keine signifikante Senkung des Wirkungsgrads bei der 180°- Leitungsansteuerung aufgrund von Störungen erzeugt oder gar den Motor zum Anhalten bringt. In den Beispielen der Fig. 20 und 21 kann die Lastmomentvariation auf einen Wert gesetzt werden, welcher in etwa mit 0,5 Nm korrespondiert. Dies ist ein Wert, bei welchem die Rotation des Motors aufrechterhalten werden kann. Ferner kann dabei die DC- Versorgungsspannungsvariation auf einen Wert von etwa 20 V gesetzt werden.

Die Schwellenwertdaten können in Abhängigkeit von der Gleichgewichtsdrehzahl und dem Gleichgewichtslastmoment variieren. Ebenso kann zwischen verschiedenen Werten in Abhängigkeit von den Rotationsbedingungen hin- und herge­ schaltet werden, um die Leitungsansteuerungsauswahl beson­ ders wirkungsvoll auszuführen. Des weiteren können die Schwellenwertdaten verwendet werden als Raten für die Stärke der Änderung in bezug auf den Gleichgewichtswert. Die Stärke dieser Änderung kann dann mit dem Schwellen­ wertdatum verglichen werden. Dadurch kann das Ansteuerver­ fahren präzise ausgewählt und geschaltet werden, und zwar unabhängig von den Drehbedingungen und Rotationsbedingun­ gen des Motors. Es ergibt sich folglich eine besonders ho­ he Verläßlichkeit in bezug auf das Auswählen und Schalten der Ansteuerung und des Antriebs.

Die Vergleichsverarbeitung im Schritt S71 kann so ausge­ legt werden, daß die Tatsache ermittelt wird, daß die Er­ gebnisse des Vergleichs mehrmals fortgesetzt werden, so daß der Einfluß durch ermitteltes Rauschen gemindert wer­ den kann, wodurch sich eine besonders hohe Verläßlichkeit ergibt.

Im Schritt S71 geht die Verarbeitung zum Schritt S72 über, wenn das Störsignal das Schwellenwertdatum nicht über­ schreitet. Im Schritt S72 wird festgestellt, daß die Stö­ rung klein ist, und es wird die 180°-Leitungsansteuerung im tatsächlichen oder aktuellen Zustand ermöglicht. Folg­ lich wird ein Signal zum Fortsetzen der 180°-Leitungsan­ steuerung ausgegeben.

Falls das Störsignal das Schwellenwertdatum überschreitet, wird die Verarbeitung mit dem Schritt S73 fortgesetzt. Im Schritt S73 wird festgestellt, daß die Störung groß ist. Ferner wird festgestellt, daß die 180°-Leitungsansteuerung im aktuellen oder derzeitigen Zustand nicht möglich ist. Folglich wird die Verarbeitung derart fortgesetzt, daß zur intermittierenden Leitungsansteuerung übergegangen oder umgeschaltet wird, welche dann aufgenommen wird und welche später im Detail beschrieben werden wird. Dann ist die Verarbeitung beendet.

Der Inhalt der vorangehenden Verarbeitungsschritte wird unten unter Bezugnahme auf Fig. 26 erläutert. In bezug auf die Fig. 26 wird angenommen, daß die Information in bezug auf die Phasendifferenz des Motorstroms gegenüber der An­ steuerspannung oder der Antriebsspannung als Störsignal verwendet wird. Dies kann eine besonders effiziente Vorge­ hensweise sein, wenn die Steuerung und Überwachung der Mo­ toransteuerung auf der Grundlage der Phasendifferenz aus­ geführt wird, weil die Phasendifferenzinformation als Störsignal verwendet werden kann.

Fig. 26 zeigt Zustände, welche auftreten, wenn sich die Versorgungsspannung ändert. Insbesondere zeigt Fig. 26 ei­ ne Versorgungsspannungswellenform, eine Motorstromwellen­ form, Information, welche als Störsignal dienen kann und welche die Phasendifferenz des Motorstroms in bezug auf die Ansteuerspannung oder Antriebsspannung repräsentiert, ein Ausgabesignal der Motorstörungsüberwachungseinheit 25 und einen Zustand der Auswahl der Ansteuerverfahrenauswahl­ einheit 29.

Wenn die Störung auftritt, ändert sich die Phasendifferen­ zinformation. Die Motorstörungsüberwachungseinheit 25 än­ dert ihr Ausgabesignal, falls die Phasendifferenzinforma­ tion das Schwellenwertdatum überschreitet. Die Ansteuer­ verfahrenauswahleinheit 9 gibt ein Signal zum Auswählen des Ansteuerverfahrens als Reaktion auf die Änderung des Ausgangssignals der Motorstörungsüberwachungseinheit 25 aus.

Beim einfachsten Aufbau kann die Motorstörungsüberwa­ chungseinheit 25 als einfacher Komparator oder Vergleichs­ baustein ausgebildet sein, welcher die Funktion reali­ siert, den Wert des Ausgangssignals für eine festgelegte Zeitspanne zu halten und dann einen Vergleich zwischen dem Störsignal und dem Schwellenwertdatum durchzuführen. Die Motorstörungsüberwachungseinheit 25 kann zusätzlich einen Aufbau aufweisen, der zum Beispiel zum Mitteln von Ergeb­ nissen der Vergleichsoperationen ausgelegt ist, wodurch die Genauigkeit des Betriebs verbessert wird. Die Verar­ beitung durch einen ähnlichen Aufbau kann für die Rückkehr von der intermittierenden Leitungsansteuerung zur 180°- Leitungsansteuerung ausgeführt und verwendet werden, was später beschrieben werden wird.

Wenn die intermittierende Leitungsansteuerung ausgeführt wird, wird die Verarbeitung wie folgt ausgeführt. Unter Bezugnahme auf Fig. 23 ist gezeigt, daß im Schritt S81 be­ stimmt wird, ob das Störsignal kleiner wird als ein das Schwellenwertdatum beschreibender Wert oder nicht. Das Störsignal und das Schwellenwertdatum sind in ähnlicher Art und Weise ausgestaltet, wie bisher beschrieben wurde.

Wenn das Störsignal nicht unter das Schwellenwertdatum fällt, wird die Arbeitsabfolge mit dem Schritt S82 fortge­ setzt. Im Schritt S82 wird festgestellt, daß die Störung im derzeitigen Zustand groß ist, und folglich wird ein Signal zum Fortsetzen der intermittierenden Leitungsansteuerung ausgegeben.

Wenn das Störsignal unter das Schwellenwertdatum abfällt, wird die Verarbeitung mit dem Schritt S83 fortgesetzt. Im Schritt S83 wird festgestellt, daß die Störung im derzei­ tigen Zustand klein ist, und folglich wird ein Verarbei­ tungsschritt, ein Umschaltschritt, zum Rückkehren zur 180°-Leitungsansteuerung ausgeführt, welcher später be­ schrieben wird. Dadurch wird die Verarbeitung beendet.

Ein weiteres Beispiel der Verarbeitungsprozesse während der intermittierenden Leitungsansteuerung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 24 beschrieben. Die in Fig. 24 gezeig­ te Verarbeitungsabfolge weist einen Schritt S91 anstelle des Schritts S81 aus Fig. 23 auf. Im Schritt S91 wird er­ mittelt, ob eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Auftre­ ten des letzten Störsignals verstrichen ist. Falls die vorbestimmte Zeitspanne seit Auftreten des letzten Störsi­ gnals verstrichen ist, wird die Verarbeitung mit dem Schritt S83 zum Ausführen des Umschaltens und der Rückkehr zur 180°-Leitungsansteuerung ausgeführt. Falls die vorbe­ stimmte Zeitspanne seit dem Auftreten des Störsignals nicht verstrichen ist, wird die Verarbeitung mit dem Schritt S82, nämlich dem Fortsetzen und/oder Auswählen der intermittierenden Leitungsansteuerung fortgesetzt.

Gewöhnlich tritt die Störung instantan zum Zeitpunkt des Abschaltens oder des Schaltens einer Last auf. Danach wird der Normalzustand wiederhergestellt, oder in vielen Fällen werden neue Werte erhalten. Folglich wird der Gleichge­ wichtszustand wiederhergestellt, nachdem die instantanen Variationen oder Abweichungen beendet sind. Entsprechend kann die Verarbeitung fortgesetzt werden, um die 180°- Leitungsansteuerung nach dem Verstreichen einer festen Zeitperiode, zum Beispiel von 2 Sekunden, wiederaufzuneh­ men.

Wie oben beschrieben wurde, werden das Lastmoment, die Drehzahl, die Versorgungsspannung oder diese Werte beglei­ tende Signale überwacht, und es wird die Stärke der Varia­ tionen davon mit erlaubten Werten, nämlich mit Schwellen­ wertdaten, verglichen. Dadurch wird eine Verarbeitung aus­ geführt, um die geeigneten Ansteuer- oder Antriebsverfah­ ren auszuwählen. Insbesondere wird die Verarbeitung ausge­ führt, um die 180°-Leitungsansteuerung im Gleichgewichts­ zustand auszuwählen, wodurch geringere Störungen bewirkt werden. Andererseits wird die intermittierende Leitungsan­ steuerung in ungewöhnlichen Betriebszuständen ausgewählt, bei welchen starke Störungen auftreten. Folglich ist es möglich, das Anhalten oder Stoppen oder andere Probleme des Motors zu verhindern, welche aufgrund von Störungen, zum Beispiel Variationen der Versorgungsspannung, zum Bei­ spiel ein instantaner Spannungsabfall oder aufgrund von Änderungen oder Variationen der Motordrehzahl oder des Lastmoments, des Motorstroms, oder der Phasendifferenz zwischen der Antriebsspannung oder Ansteuerspannung und dem Motorstrom auftreten. Es ist somit möglich, eine Mo­ toransteuerung und einen Motorantrieb mit hohem Wirkungs­ grad, geringem Rauschen, geringen Vibrationen und hoher Verläßlichkeit zu realisieren.

Nunmehr wird der Schritt S73 für den Übergang zur intermit­ tierenden Leitungsansteuerung und von Schritt S83 für den Übergang zur 180°-Leitungsansteuerung beschrieben. Fig. 25 zeigt die Verarbeitung im Schritt S73 für den Übergang von der 180°-Leitungsansteuerung zur intermittierenden Lei­ tungsansteuerung. Im Schritt S101 wird die Leitung in be­ zug auf alle Spulenanschlüsse des synchronen Motors ge­ stoppt. Dies geschieht zur Ermittlung der tatsächlichen elektromotorischen Gegenspannung durch Abschalten sämtli­ cher Spulenanschlüsse. Dies ermöglicht die Bestimmung der tatsächlichen elektromotorischen Gegenspannung durch Ab­ schalten aller Spulenanschlüsse und dadurch die Bestimmung der genauen Motordrehstellung, obwohl die elektromotori­ sche Gegenspannung während der 180°-Leitungsansteuerung von den Spulenanschlüssen nicht genau abgeleitet werden kann, weil dort keine nichtleitende Periode oder Zeitspan­ ne vorliegt.

Im Schritt S102 wird die elektromotorische Gegenspannung zum Bestimmen des Eingangssignals eines elektromotorischen Gegenspannungspulses bestimmt. Die Bestimmung der elektro­ motorischen Gegenspannung wird so lange wiederholt, bis das Pulseingangssignal auftritt.

Zum genauen Ausführen der Bestimmung der Drehposition wäh­ rend des vollständigen Entfernens des Einflusses der Spu­ lenanschlußspannung aufgrund der 180°-Leitungsansteuerung kann das Pulseingangssignal detektiert werden, zum Bei­ spiel zweimal, und die Genauigkeit kann durch Ausführen der zweiten Bestimmung als genaue Pulsermittlung ausge­ führt werden. Die Genauigkeit erhöht sich mit der Erhöhung der Anzahl der Detektionen. Der Motor wird während jeder Detektion abgeschaltet. Entsprechend kann ein häufiges De­ tektieren bewirken, daß der Motor anhält. Aus einem Expe­ riment wurde ermittelt, daß optimale Bedingungen zum Aus­ führen dieser Detektion vorliegen, wenn eine Detektion zweifach durchgeführt wird.

Wenn der elektromotorische Gegenspannungspuls ermittelt ist, geht die Verarbeitung zum Schritt S103 über. Im Schritt S103 wird die intermittierende Leitungsansteuerung ausgewählt, um den Synchronmotor anzutreiben und anzusteu­ ern und um die Leitungsphasen gemäß der in den Fig. 18 und 19 gezeigten Wellenform zu schalten. Dann endet die Verar­ beitung.

In dem Fall, bei welchem die Leitungszeitabfolge in bezug auf den elektromotorischen Gegenspannungspuls vorweggenom­ men oder verzögert wird, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, wird der elektromotorische Gegenspannungspuls, welcher be­ reits angepaßt ist, verwendet, um die vorangehend be­ schriebene Betriebsabfolge durchzuführen.

Der Referenz- oder Bezugswert der Ansteuerspannung oder Antriebsspannung (PWM-Tastung) während des Übergangs kann im Hinblick auf den Wert während der 180°-Leitungsansteue­ rung eingestellt werden.

Im Betrieb bei niedrigen Drehzahlen ist die zur Drehzahl proportionale (prounitale) elektromotorische Gegenspannung klein, und folglich ist ein genauer Übergang nicht mög­ lich. Im Fall, bei welchem die Drehzahl vor dem Übergang zur intermittierenden Leitungsansteuerung kleiner ist als eine vorbestimmte Drehzahl, kann jedoch der Referenzwert der Antriebsspannung oder Ansteuerspannung (PWM-Tastung) auf einen hohen Wert gesetzt werden, um eine schnelle Ro­ tation bei der Ansteuerung direkt nach dem Übergang auszu­ führen, wodurch das vorangehend beschriebene Problem ver­ mieden wird. Im extrem langsamen Bereich ist der Übergang zur intermittierenden Leitungsansteuerung extrem schwie­ rig, so daß es notwendig sein kann, den Übergang zu ver­ hindern, wobei diese Vorgehensweise vom jeweiligen Syn­ chronmotor abhängt.

Gemäß einem Experiment ist bekannt, daß Drehzahlen von 500 bis 1000 Umdrehungen/Minute direkt nach dem Übergang eine schnelle Rotation benötigen, und daß extrem niedrige Dreh­ zahlen von 500 Umdrehungen/Minute oder weniger einen der­ artigen Übergang unmöglich machen. Die vorangehend be­ schriebenen vorbestimmten Drehzahlen werden von der Ampli­ tude der elektromotorischen Gegenspannung und vom S/N- Verhältnis beeinflußt. Folglich müssen diese Werte mög­ lichst vorab bestimmt werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 27, welche eine Motorstrom­ wellenform zeigt, werden experimentelle Ergebnisse in be­ zug auf den Übergang von der 180°-Leitungsansteuerung zur intermittierenden Leitungsansteuerung beschrieben. Bei diesem Experiment beträgt die Drehzahl 3000 Umdrehun­ gen/Minute, das Lastmoment ist 1,5 Nm. Fig. 27 zeigt ver­ schiedene Wellenformen für den Fall, bei welchem der Über­ gang zur intermittierenden Leitungsansteuerung gemäß dem Auftreten von Störungen durchgeführt wurde, welche sich als Änderungen oder Variationen in der Versorgungsspannung des Inverterschaltkreises 2 darstellen. Die 120°- Leitungsansteuerung wird als intermittierende Leitungsan­ steuerung ausgeführt.

Wie in Fig. 27 gezeigt ist, sind sämtliche Spulenanschlüs­ se während des Übergangs abgeschaltet, und der Übergang zur intermittierenden Leitungsansteuerung kann verläßlich durchgeführt werden. Durch Bereitstellen der Periode, für welche die Spulenanschlüsse abzuschalten sind, kann die elektromotorische Gegenspannung genau ermittelt werden. Dann kann die Verarbeitung des Übergangs zur intermittie­ renden Leitungsansteuerung auf verläßliche Art und Weise durchgeführt werden, so daß das Umschalten des Ansteuer­ verfahrens oder des Antriebsverfahrens mit erhöhter Ver­ läßlichkeit ausgeführt werden kann.

Nun wird die Verarbeitung hinsichtlich des Schritts S83 für die Rückkehr von der intermittierenden Leitungsan­ steuerung, welche in den Fig. 23 und 24 gezeigt ist, zur 180°-Leitungsansteuerung beschrieben. Im Schritt S121 wird die Leitungsphase im aktuellen oder laufenden Zustand aus der Leitungszeitabfolge berechnet. Bei der 120°- Leitungsansteuerung ist es möglich, die oben erwähnte Pha­ se durch Berechnung eines Winkels im Hinblick auf die si­ nuidale Wellenformphase zu berechnen, und zwar für die si­ nuidale Wellenform, welche mit dem Zeitpunkt korrespon­ diert, wenn die Spannungsversorgung für die U-Phasenspule zur V-Phasenspule beginnt.

Im Schritt S122 werden die Sinusdaten auf der Grundlage der berechneten Phase eingestellt. Im Schritt S123 werden sämtliche Spulenanschlüsse zeitweise abgeschaltet. Dies hat zum Ziel, den Einfluß der intermittierenden Leitungs­ ansteuerung vor dem Schalten des Leitungsansteuerverfah­ rens zum Rückkehrzeitpunkt zu verhindern.

Im Schritt S124 wird die 180°-Leitungsansteuerung ausge­ wählt, der Rückkehrvorgang wird dann beendet. Der Refe­ renzwert für die Ansteuerspannung oder Antriebsspannung (PWM-Tastung) zum Rückkehrzeitpunkt kann im Hinblick auf den Wert während der intermittierenden Leitungsansteuerung eingestellt werden.

Als Ergebnis eines Experiments in bezug auf den Übergang von der intermittierenden Leitungsansteuerung zur 180°- Leitungsansteuerung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 29 erläutert. Bei diesem Experiment betrug die Drehzahl 3000 Umdrehungen/Minute, das Lastmoment war 1,5 Nm. Es wurde die 120°-Leitungsansteuerung als intermittierende Lei­ tungsansteuerung verwendet. Fig. 29 zeigt eine Motorstrom­ wellenform zum Zeitpunkt des Rückkehrens zur 180°- Leitungsansteuerung in Reaktion auf die Tatsache, daß die Störung in vermindertem Maße vorliegt, oder eine entspre­ chende vorbestimmte Zeitspanne seit der Störung verstri­ chen ist.

Wie in Fig. 29 gezeigt ist, wird die Phaseninformation zum Zeitpunkt des Rückkehrens kontinuierlich gehalten. Folg­ lich wird die Rückkehr zur 180°-Leitungsansteuerung mit einer genauen Phase auf verläßliche Art und Weise er­ reicht.

Wie oben beschrieben wurde, wird die Phaseninformation der intermittierenden Leitungsansteuerung berechnet, wobei diese Information dann als Referenz verwendet wird, die Leitungsphase für die 180°-Leitungsansteuerung bestimmt werden muß, so daß die Verläßlichkeit des Vorgangs der Mo­ toransteuerung oder des Motorantriebs verbessert werden kann.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 30 wird nun ein typischer Aufbau für die Motoransteuerung mit einer intermittieren­ den Motoransteuereinheit 30 beschrieben. In Fig. 30 weist die dargestellte intermittierende Leitungsansteuereinheit 30 eine Magnetpolpositionsbestimmungseinheit 31, welche einen Referenzspannungsvergleich durchführt, um die Dreh­ stellung des Synchronmotors 1 zu bestimmen, eine Solldreh­ zahlinformationsspeichereinheit 32 zum Speichern einer Solldrehzahlinformation für den Synchronmotor 1, einen Ad­ dierer 33, welcher eine Abweichung oder ein Fehler zykli­ scher Periodeninformation der Magnetpolpositionsbestim­ mungseinheit in bezug auf eine Sollzyklusperiodeninforma­ tion der Solldrehzahlinformationsspeichereinheit 32 be­ rechnet, und eine Drehzahlverstärkungseinheit 34 auf, wel­ che die Abweichung oder den Fehler aus dem Addierer 33 verstärkt.

Das Ausgabesignal der Drehzahlverstärkungseinheit 34 wird als PWM-Referenztastwert an die PWM-erzeugende und phasen­ verteilende Einheit 11 übersandt. Das Stellungssignal oder Positionssignal der Magnetpolpositionsbestimmungseinheit 31 wird als Leitungszeitabfolge der PWM-erzeugenden und phasenverteilenden Einheit 11 zugeführt. Der Inverter­ schaltkreis 2 empfängt das Ansteuersignal oder Antriebs­ signal von der PWM-erzeugenden und phasenverteilenden Ein­ heit 11. Auf dieser Grundlage wird der Synchronmotor 1 an­ gesteuert oder angetrieben.

Im Fall der 120°-Leitungsansteuerung ist für jede der Mo­ torspulenanschlüsse eine Off-Periode oder nichtleitende Periode vorgesehen, wie das in Fig. 18 gezeigt ist. Gemäß der Bewegung und der Drehung der Permanentmagnete während dieser Off-Periode tritt eine elektromotorische Gegenspan­ nung auf. Die Wellenform der während der Off-Periode er­ scheinenden elektromotorischen Gegenspannung verschiebt sich gemäß der Leitungszeitabfolge. Entsprechend ist es möglich, die Magnetpolstellung des Motorrotors, welche ja eine Motordrehposition oder -drehstellung darstellt, über die Motorspulenanschlüsse zu ermitteln.

Als einfache und verläßliche Maßnahme kann eine Filterung in der Magnetpolpositionsbestimmungseinheit 31 mittels Tiefpaßfilterung erster Ordnung durchgeführt werden. Fer­ ner kann ein Spannungsvergleich durch Vergleich mit dem Zwischenpotential und dem intermediären Potential der Mo­ torspulenanschlüsse durchgeführt werden. Wenn die Leitung mit einer vorauseilenden oder avancierten Phase oder mit einer nacheilenden oder verzögerten Phase durchgeführt werden muß, wird der Magnetpolpositionsbestimmungssignal­ puls gezählt, zum Beispiel durch einen Zeitgeber oder Taktgeber, und dadurch wird die gewünschte Leitungszeitab­ folge erhalten und als Positionssignal zur Verfügung ge­ stellt. Die Magnetpolpositionsbestimmungseinheit 31 ist notwendig, um komplizierte Verarbeitungsschritte, wie zum Beispiel das Filtern oder auch die Spannungsumwandlung, durchzuführen. Deshalb kann die Magnetpolpositionsbestim­ mungseinheit auch als externer Schaltkreis ausgebildet sein, im Gegensatz zum Beispiel zu der Steuereinheit 5, welche zum Beispiel als Mikrocomputer ausgebildet ist.

Die Magnetpolpositionsbestimmungseinheit 31 bzw. deren Auf­ bau ist nicht auf die vorangehend beschriebene Struktur beschränkt. Sie kann einen Aufbau aufweisen, welcher die Motorspulenanschlußsignale mit der Bezugsspannung ver­ gleicht, d. h. ohne das Durchführen eines Filterprozesses oder dergleichen. Ferner kann der Aufbau auch PWM- Komponenten und Rauschen entfernen, um die Motordrehstel­ lung oder Motordrehposition zu ermitteln.

Durch Verwendung der intermittierenden Leitungsansteue­ rungseinheit 30, so wie sie oben beschrieben wurde, kann die Motordrehstellung auf verläßliche Art und Weise von der an den Motorspulenanschlüssen erzeugten elektromotori­ schen Gegenspannung ermittelt werden. Folglich kann die Motoransteuerung oder Motorantrieb auf besonders verläßli­ che Art und Weise durchgeführt werden.

Nachfolgend wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 31 der Auf­ bau für eine Motoransteuerung oder einen Motorantrieb mit­ tels einer 180°-Leitungsansteuereinheit 7 beschrieben. Wie bereits beschrieben wurde, wird die 180°-Leitungsan­ steuerung zum Beispiel auf der Grundlage einer arithmeti­ schen Operation in bezug auf den Motorstrom oder durch Verwendung eines neutralen Punkts ausgeführt. Unter diesen Betriebsarten kann die sogenannte Phasendifferenzsteuerung oder Phasendifferenzüberwachung auf der Grundlage der Pha­ sendifferenz zwischen der Ansteuerspannung oder Antriebs­ spannung und dem in Fig. 31 gezeigten Motorstrom den not­ wendigen Aufbau und die Betriebsart vereinfachen. Dadurch werden letztlich geringe Betriebs- und Produktionskosten erzielt.

Bei der Phasendifferenzsteuerung oder -überwachung wird gewöhnlich ein Nulldurchgang des Motorstroms zur Vereinfa­ chung der Verarbeitung detektiert. Jedoch kann aufgrund der in Fig. 31 dargestellten Art und Weise eine Ansteue­ rung und ein Antrieb mit höherer Verläßlichkeit als bei der Detektion des Nulldurchgangs erreicht werden.

In der Fig. 31 weist die 180°-Ansteuereinheit 7 einen Stromsensor 41, welcher den durch eine bestimmte Phase (U- Phase in der Figur) unter den U-, V- und W-Phasen der Mo­ torspulenanschlüsse fließenden Motorstrom detektiert, so­ wie eine Motorstrombestimmungsverstärkungseinheit 42 auf, welche nach dem Verstärken des detektierten Motorstroms um einen bestimmen Faktor und dem Berechnen eines Offset- Wertes ein entsprechendes Motorstromsignal ausgibt. Der Stromsensor 41 und die Motorstrombestimmungsverstärkungs­ einheit 42 sind als externe Schaltkreise ausgebildet, um einen einfacheren und praktisch realisierbareren Aufbau im Vergleich zum Fall zu realisieren, bei welchem diese Ein­ heiten innerhalb der Steuereinheit 5 ausgebildet sind. Ferner weist die 180°-Leitungsansteuereinheit 7 eine Pha­ sendifferenzbestimmungseinheit 43 auf, welche das Motor­ stromsignal durch Ausführen einer Analog/Digital- Umwandlung gemäß einer vorbestimmten Zeitabfolge ausführt und welche eine durch Berechnung erhaltene Phasendifferen­ zinformation ausgibt. Des weiteren ist eine Sollphasendif­ ferenzinformationsspeichereinheit 44 vorgesehen, welche vorab gespeichert eine Phasendifferenzinformation bezüg­ lich einer Sollphase enthält, d. h. eine Sollphasendiffe­ renzinformation.

Die Phasendifferenzbestimmungseinheit 43 mißt den Motor­ strom mehrmals, und zwar alle zwei Motoransteuer- oder An­ triebsphasenperioden. Sie integriert die gemessenen Strom­ werte, um einen Motorstromsignalbereich für jede Phasenpe­ riode zu erhalten. Die Bereichsverhältnisse zwischen die­ sen Motorstromsignalbereichen werden berechnet und ausge­ geben, und zwar als Phasendifferenzinformation.

Gemäß den Rotationsbedingungen und der Verzerrung des Mo­ torstroms, ändert sich die Leitungszeitabfolge, bei wel­ cher ein maximaler Wirkungsgrad erhalten werden kann. Folglich wird bevorzugt, daß die Sollphasendifferenzinfor­ mation in bezug auf die Rotationsbedingungen und andere Daten zu jedem Zeitpunkt eingestellt werden kann.

Des weiteren weist die 180°-Leitungsansteuereinheit 7 ei­ nen Addierer 45 zum Berechnen von Fehler- oder Abwei­ chungsdaten in bezug auf den Fehler oder die Abweichung zwischen der Sollphasendifferenzinformation aus der Soll­ phasendifferenzinformationsspeichereinheit 44 und der Pha­ sendifferenzinformation aus der Phasendifferenzbestim­ mungseinheit 43 auf. Ferner ist eine PI-Arithmetikeinheit 46 vorgesehen, welche proportionale (prounitale) Fehlerda­ ten oder Abweichungsdaten berechnet und auch die inte­ grierten Fehlerdaten oder Abweichungsdaten in bezug auf die vom Addierer 45 berechneten Fehlerdaten oder Abwei­ chungsdaten. Die PI-Arithmetikeinheit 46 gibt entsprechend einen Referenzwert für die Tastung oder die Tastrate ab. Durch Verwendung der PI-Steuerung oder -Überwachung kann der Restfehler der Phasendifferenz nahezu auf Null einge­ regelt oder gesteuert werden.

Des weiteren weist die 180°-Leitungsansteuereinheit 7 eine Drehzahleinstelleinheit 47 zum Einstellen eines Drehzahl­ befehls oder einer Drehzahlinstruktion für den Synchronmo­ tor, eine Sinusdatentabelle 48, welche eine vorbestimmte Anzahl von Daten aufweist, und eine Sinusdatenpräparati­ onseinheit 49 auf. Die Sinusdatenpräparationseinheit 49 arbeitet gemäß dem Drehzahlbefehl oder der Drehzahlin­ struktion und gemäß der verstrichenen Zeit, um die zu den U-, V- und W-Phasen der Motorspulen korrespondierenden Si­ nusdaten aus der Sinusdatentabelle 48 auszulesen und die Motoransteuerspannungphaseninformation der U-Phase aus dem Sinusdatensatz der U-Phase auszugeben.

Der Stromsensor 41 kann als Spulenelement und als Hall- Element ausgebildet sein. Er kann auch einen Stromumwand­ ler oder dergleichen aufweisen. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Motorstrom nur einer bestimmten Phase, nämlich der U-Phase, unter der Mehrzahl der Phasen ermittelt. Jedoch können die Motorströme sämt­ licher Phasen detektiert werden. Dadurch kann eine beson­ ders präzise und genaue Motoransteuerung oder ein entspre­ chender Motorantrieb erreicht werden. Die Sinusdaten kön­ nen mittels einer Arithmetikeinheit anstelle der vorgese­ henen Sinusdatentabelle 48, welche die Sinusdaten vorab speichert, erzeugt werden.

Fig. 31 zeigt den Aufbau für eine sinuidale Leitungsan­ steuerung unter Verwendung einer entsprechenden beispiel­ haft angegebenen 180°-Leitungsansteuerung. Weil durch die sinuidale Leitungsansteuerung eine besonders glatte und geschmeidige Zufuhr des Motorstroms aufgrund der Verwen­ dung einer Sinuswellenform erreicht werden kann, wird des­ halb das Auftreten von Vibrationen, Variationen und Rau­ schen reduziert. Jedoch ist die Ansteuerwellenform nicht auf die Verwendung einer sinuidalen Wellenform beschränkt. Das Ansteuern oder Antreiben mit höherem Wirkungsgrad kann gerade unter Verwendung einer Ansteuerwellenformleitung erreicht werden, welche den Motorstrom gemäß der Magnet­ flußverteilung des Motorrotors bereitstellt.

Wie oben beschrieben wurde, berechnet die Phasendifferenz­ detektionseinheit 43 das Flächenverhältnis oder das Be­ reichsverhältnis zwischen zwei Motorstromsignalbereichen oder -flächen, welche während zweier Motoransteuerpotenti­ alphasenperioden bestimmt wurden, und gibt das Ergebnis als Phasendifferenzinformation aus. Die PI-Arith­ metikeinheit wird von der Stärke der Abweichung zwischen der Sollphasendifferenzinformation und der Phasendifferen­ zinformation aus der Phasendifferenzdetektionseinheit 43 beeinflußt. In der PWM-erzeugenden und phasenverteilenden Einheit 11 wird die Ausgabetastung oder das Ausgabe­ tastverhältnis in bezug auf einen Referenzwert für die Ta­ stung oder das Tastverhältnis berechnet, welche von der PI-Arithmetikeinheit 46 ausgegeben wird. Ferner werden die Sinuswellenformdaten, welche vom Drehzahlbefehl oder von der Drehzahlinstruktion jedesmal bereitgestellt und erhal­ ten werden, auch hier bereitgestellt und erhalten. Auf der Grundlage der berechneten Werte werden die Motorspulen über den Inverterschaltkreis 2 zum Antreiben oder Ansteu­ ern des Synchronmotors 1 gesteuert und überwacht.

In dem in Fig. 31 gezeigten Aufbau wird die Stärke der An­ triebsspannung oder Ansteuerspannung - nämlich die Tast­ breite im Rahmen des PWM-Tastverhältnisses - durch eine Phasendifferenzsteuer- oder -überwachungsrückkopplung er­ mittelt, welche ausgeführt wird, um eine konstante Motor­ stromphasendifferenz in bezug auf die Motoransteuerspan­ nung oder Motorantriebsspannung (Ausgabetastverhältnis) zu erreichen. Die Drehzahl wird auf der Grundlage der Sinus­ daten, welche für eine vorgegebene Frequenz für den Be­ trieb des Synchronmotors 1 bei einer gewünschten Frequenz bereitgestellt und ausgegeben werden, bestimmt.

Beim Beginn wird durch eine erzwungene Leitung der jewei­ ligen Phasen eine erzwungene Erregung eingeleitet, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Die Steuerung und Überwachung in der oben beschriebenen Art und Weise wird dagegen während des normalen Betriebs oder der normalen Ansteuerung durchgeführt. Die Phasendifferenz kann dabei auch in der oben beschriebenen Art und Weise gesteuert und überwacht werden.

Die Tatsache, daß der Synchronmotor 1 in der oben be­ schriebenen Art und Weise durch eine Phasendifferenzsteue­ rung oder -überwachung angetrieben, angesteuert und über­ wacht werden kann, wird nachfolgend auf der Grundlage von Ergebnissen von Experimenten mit einem IPM-Motor (Interior Permanent Magnet Motor) beschrieben.

Der IPM-Motor, welcher einen eingebetteten Dauer- oder Permanentmagneten in seinem Rotor aufweist, verwendet ein sogenanntes magnetisches Drehmoment oder magnetisches Mo­ ment, welches gemäß dem magnetischen Fluß und dem Spulen­ strom ausgebildet wird. Ferner verwendet ein derartiger Motor auch ein sogenanntes Reluktanzmoment oder Reluktanz­ drehmoment, welches gemäß der Änderung der Induktivität oder Induktivität der Motorspule in Abhängigkeit von der Rotorkonfiguration erzeugt wird. Die Summe des magneti­ schen Moments und des Reluktanzmoments nimmt einen Maxi­ malwert an, wenn der Rotor eine bestimmte Relativposition in bezug auf den Stator annimmt. Diese Relativposition än­ dert sich in Abhängigkeit von den Drehbedingungen. Zum An­ treiben oder Ansteuern des IPM-Motors muß die Relativposi­ tion zwischen dem Rotor und dem Stator bestimmt werden. Die Leitungszeitabfolge muß optimiert werden, um die Mo­ torspulen mit Strom zu beaufschlagen, wenn die optimalen Positionsverhältnisse dafür vorliegen. Selbst im Fall, bei welchem der Synchronmotor unter höchstens geringer Berück­ sichtigung des Wirkungsgrads betrieben und angesteuert wird, könnte ein Bremsen des Moments auftreten, welches den Motor stoppt, falls die Leitungszeitabfolge nicht in einem geeigneten Bereich liegt. Zum Beispiel verwendet die intermittierende Leitungsansteuerung eine elektromotori­ sche Gegenspannung zum Bestimmen der Relativposition zwi­ schen Rotor und Stator.

Unter Bezugnahme auf Fig. 32 wird nun das Ergebnis eines Experiments beschrieben, bei welchem ein Synchronmotor auf der Grundlage einer Phasendifferenzsteuerung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angetrieben und angesteuert wurde. In Fig. 32 beschreibt die Ordinate die Phasendifferenzinformation und die Ab­ szisse bezeichnet die relative Phase zwischen Rotor und Stator, welche mit der relativen Position des Rotors in bezug auf den Stator korrespondiert, welche durch einen Encoder oder Sensor repräsentiert wird, der die Motordreh­ stellung angibt. Das Experiment wurde bei einer Drehzahl von 1000 Umdrehungen/Minute und einem Lastmoment von 15 kgf cm durchgeführt.

Die Phasendifferenzsteuerung gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht ausgelegt, direkt die Stellung des Rotors in bezug auf den Stator festzustellen. Wie in Fig. 32 gezeigt ist, ist die Positionsanordnung zwischen dem Rotor und dem Stator im wesentlichen propor­ tional (prounital) oder identisch mit der Phasendifferen­ zinformation. Demgemäß kann das Positionsverhältnis zwi­ schen dem Rotor und dem Stator indirekt durch Steuern und überwachen der Phasendifferenzinformation auf einen vorbe­ stimmten Wert hin eingestellt werden. Deshalb kann der Mo­ tor gemäß der entsprechenden Leitungszeitabfolge zur Er­ reichung eines optimalen Wirkungsgrads betrieben und ange­ steuert werden, und zwar durch Optimierung der Sollphasen­ differenzinformation.

Unter ähnlichen experimentellen Bedingungen wie den in be­ zug auf Fig. 32 beschriebenen wurde der Zusammenhang zwi­ schen der Ansteuerspannung oder Antriebsspannung (PWM- Referenztastwert) und der Phasendifferenzinformation in einem Experiment gemessen, dessen Ergebnis unter Bezugnah­ me auf Fig. 33 erläutert wird. In Fig. 32 bezeichnet die Ordinate die Phasendifferenzinformation, und die Abszisse bezeichnet die Motoransteuerspannung oder die Motoran­ triebsspannung (Referenztastwert). Wie in Fig. 33 gezeigt ist, ist die Phasendifferenzinformation im wesentlichen proportional (prounital) zur Motoransteuerspannung oder Motorantriebsspannung. Folglich kann die Phasendifferen­ zinformation durch Erhöhen oder Senken der Antriebsspan­ nung oder Ansteuerspannung (PWM-Referentastwert) gere­ gelt, überwacht oder gesteuert werden.

Insbesondere kann die Strom/Spannungs-Phasendifferenz (Phasendifferenzinformation) geändert werden, und zwar durch Ändern der Ansteuerspannung oder Antriebsspannung (Referenztastwert) und zwar während des Betriebs mit einer konstanten Drehzahl. Der Aufbau des sechsten Ausführungs­ beispiels der vorliegenden Erfindung, kann auf effektive und wirkungsvolle Art und Weise die Steuerung und Überwa­ chung ausführen und zwar durch eine Phasendifferenzsteuer­ rückkoppelschleife oder Phasendifferenzüberwachungsrück­ koppelschleife, welche die Ansteuerspannung oder Antriebs­ spannung (Referenztastwert) auf der Grundlage der Phasen­ differenzinformation erhöht oder erniedrigt.

Aus diesem oben genannten experimentellen Ergebnis ergibt sich, daß die Phasendifferenzsteuerung ausgeführt werden kann, und zwar im Gegensatz zu der Tatsache, daß der tat­ sächliche Motorstrom nicht als reine Sinuswelle oder als reines Sinussignal ausgebildet ist, aber Verzerrungs- und Fehlerkomponenten überlagert enthält. Es wird ferner klar, daß die Phasendifferenzinformation auf der Grundlage des Motorstromsignalbereichsverhältnisses oder -flächenver­ hältnisses von zwei Phasenperioden mit einer ausreichend hohen Genauigkeit bestimmt werden kann. Die vorangehend beschriebenen Probleme sind dadurch überwunden, und die Detektionsgenauigkeit wurde verbessert, und zwar im Ver­ gleich mit der Phasendifferenzbestimmungsmethode, bei wel­ cher ausschließlich ein Punkt, zum Beispiel der Nulldurch­ gangspunkt des Motorstroms, ermittelt wird.

Obwohl die jeweiligen Charakteristiken der oben beschrie­ benen experimentellen Ergebnisse fast oder nahezu propor­ tionale (prounitale) Zusammenhänge ergeben, stellen die angegebenen Daten keine vollständig gerade Linie im stren­ gen Sinn dar. Dies liegt wahrscheinlich daran, daß Verzer­ rungen und Abweichungen im Motorstrom zusätzlich zu Meß­ fehlern auftreten. Folglich ändert sich die Steuer- und Überwachungssystemverstärkung der Phasendifferenzsteuerung in Abhängigkeit vom Wert der Phasendifferenz. Jedoch kann die Verstärkung als Steuersystemverstärkung so eingestellt werden, daß die oben beschriebene Nichtlinearität mit be­ rücksichtigt wird. Dadurch wird ein Steuer- und Überwa­ chungssystem erreicht, welches eine weiter verbesserte Ge­ nauigkeit dadurch erzielt, daß die Verstärkung des Überwa­ chungs- und Steuersystems gemäß dem Wert der Phasendiffe­ renz angepaßt und geändert wird.

In Abhängigkeit von den Rotationsbedingungen können die Neigungen und Steigungen der jeweiligen Charakteristiken sich ändern. Jedoch kann ein Steuer- und Überwachungssy­ stem ausgebildet werden, bei welchem die Stärke der Ände­ rung der Steuer- und Überwachungssystemverstärkung in Ab­ hängigkeit von der Drehzahl berücksichtigt wird. Dadurch wird das Steuer- und Überwachungssystem im Hinblick auf seine Genauigkeit dadurch weiter verbessert, daß die Ände­ rungen der Verstärkungen des Steuer- und Überwachungssy­ stems gemäß den Drehbedingungen angepaßt und geändert wird.

Bei dem oben beschriebenen Experiment wurde ein invertie­ render Verstärker als Motorstromdetektionsverstärkerein­ heit 42 verwendet.

Es wird nun nachfolgend ein Verfahren zum Einstellen der Drehzahl bei der Phasendifferenzsteuerung oder -überwa­ chung unter Verwendung einer Sinusdatentabelle beschrie­ ben, wobei Bezug genommen wird auf das PWM-Ausgabesignal.

Das Phasendifferenzsteuerverfahren gemäß dem sechsten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich zum Beispiel im Hinblick auf das Drehzahlsteuer- und -überwachungsverfahren, bei welchem ein elektromotorischer Gegenspannungspuls detektiert wird, und zwar dahingehend, daß die Motordrehzahl von der Frequenz der sinuidalen Spannung (PWM), welche den Motorspulen zugeführt wird, ab­ hängt. Folglich wird die Ansteuerung mit der sogenannten erzwungenen Erregung verwendet.

Es wird angenommen, daß die Sinusdatentabelle 48 Daten­ spalten enthält oder gespeichert hat, aus denen eine si­ nuidale Wellenform ausgegeben wird, falls eine Digi­ tal/Analog-Ausgabe in kontinuierlicher Art und Weise aus­ geführt wird. Es wird zum Beispiel angenommen, daß die Da­ ten für eine Zyklusperiode in Form von 360 sinuidalen Da­ tenwerten angegeben sind. In diesem Fall bildet jedes si­ nuidale Datum einen Wert, welcher mit einem elektrischen Winkel von 1 Grad korrespondiert. In der nachfolgenden Be­ schreibung wird angenommen, daß die sinuidale Datentabelle 360 sinuidale Datenwerte für eine Zyklenperiode aufweist, daß die PWM-Trägerfrequenz 3 kHz beträgt und daß der Syn­ chronmotor 1 für eine Periode, welche zwei sinuidalen Zy­ klenperioden pro Phase entspricht, eine Drehung vollführt.

Im Fall der sinuidalen 180°-Leitung muß die Motoransteuer­ spannung oder Antriebsspannung (Ausgabetastung) eine si­ nuidale Wellenform aufweisen. Folglich müssen die sinuida­ len Daten für jeden PWM-Trägerzyklus erneuert werden. Des weiteren muß für jede Rotation des Synchronmotors 1 eine Erneuerung 720 (= 360 × 2) Male durchgeführt werden.

Unter der Annahme, daß jedes Bezugsdatenelement in der Si­ nusdatentabelle für jeden PWM-Trägerzyklus erneuert wird, benötigt eine Rotation 0,24 Millisekunden (720 × 0,333), weil die PWM-Trägerzyklusperiode 1/3000 = 0,333 Millisekunden beträgt. Folglich ist die Drehzahl un­ gefähr 250 Umdrehungen/Minute. Falls die Strukturfaktoren des Motors nicht mit berücksichtigt werden, wird die Mo­ tordrehzahl gemäß der PWM-Trägerfrequenz und der Erneue­ rungsperiode der Referenzdaten der Sinusdatentabelle be­ stimmt. Falls der Motor zum Beispiel drei Spulenphasen aufweist, werden die Sinusdatenelemente, welche um einen elektrischen Winkel von 120 Grad zueinander verschoben oder verdreht sind, als Daten für die jeweiligen Phasen behandelt. Es kann auch eine Sinusarithmetik ausgeführt werden, um die Sinusdaten für jeden Zeitpunkt, bei dem sie benötigt werden, bereitzustellen.

Die so ermittelten Sinusdaten werden für jede Phase mit dem Referenztastwert multipliziert, welcher durch die Pha­ sendifferenzsteuerung berechnet wird. Die PWM-erzeugende Einheit 11 zum Beispiel ein PWM-Wellenformgenerator, emp­ fängt das Ergebnis der oben beschriebenen Multiplikation und gibt ein PWM-Signal oder eine PWM-Wellenform aus. Der PWM-Wellenformgenerator erzeugt zum Beispiel ein Dreieck­ signal, und zwar mit der PWM-Trägerzyklusperiode. Der Hö­ henwert dieses Dreiecksignals wird mit dem Ergebnis der oben beschriebenen Multiplikation verglichen. Auf der Grundlage dieses Vergleichs wird ein High/Low- Ausgabesignal erzeugt.

Der PWM-Wellenformgenerator wird in Form eines bestimmten elektronischen Schaltkreises, integrierten Schaltkreises (IC) oder durch die Funktion des steuernden Mikrocomputers realisiert. Auf diese Weise kann die PWM-Wellenform für das jeweilige Ansteuerelement oder Antriebselement auf einfache Art und Weise erreicht werden.

Nachfolgend wird nun der gesamte Vorgang von der Bestim­ mung der Phasendifferenzinformation zur Berechnung des Tast­ referenzwerts und auch die Anordnung für diese Vorge­ hensweise beschrieben.

Fig. 34 zeigt die Bestimmung der Phasendifferenzinformati­ on. Der Motorstrom der U-Phase weist eine sinuidale Wel­ lenform auf und besitzt seine Mitte oder sein Zentrum im Bereich des Nulldurchgangs. Dieser Motorstrom wird ver­ stärkt und mit einem Offset versehen, und zwar durch die Motorstromdetektionsverstärkungseinheit 42, um ein ent­ sprechendes Motorstromsignal zu erzeugen. Dies wird durch­ geführt, um den Motorstrom nach Umwandlung in eine Span­ nung durch den A/D-Umwandler (nicht gezeigt) in einem er­ laubten Spannungsbereich zu halten, z. B. von 0 V bis +5 V.

Die Motoransteuerspannung- oder -antriebsspannungsphasen­ information der U-Phase wird aufgrund der Sinusdaten der U-Phase durch die Sinusdatenerzeugungseinheit 49 erzeugt. Im praktischen Vorgehen ist es nicht notwendig, daß die Motoransteuer- oder Motorantriebsspannungsphaseninformati­ on eine sinuidale Wellenform besitzt. Es ist jedoch not­ wendig, daß die Phaseninformation erhalten werden kann.

Die Phasendifferenzdetektionseinheit 43 wird mit dem Mo­ torstromsignal und der Motoransteuerspannung- oder Motor­ antriebsspannungsphaseninformation beaufschlagt, wie das in Fig. 34 gezeigt ist. Die Phasendifferenzdetektionsein­ heit 43 mißt das Motorstromsignal von der Motorantriebs­ spannung- oder Motoransteuerspannungsphaseninformation, und zwar für eine vorbestimmte Phasenperiode, welche be­ reits eingestellt ist. Insbesondere wird eine Messung n- fach pro Phasenperiode mit einer bestimmten Meßphase oder Samplephase (Meßzeit oder Samplezeit) durchgeführt, und zwar zweifach in dem in Fig. 18 gezeigten Fall.

Zum Beispiel werden in der Phasenperiode θ0 die Motor­ stromsignale - I0 und I1 - gemäß der Meßzeitabfolge s0 und s1 gemessen. In der Phasenperiode θ1 werden Motorstromsi­ gnale - I2 und I3 - gemäß der Meßzeitabfolge s2 bzw. s3 gemessen. In der Phasenperiode θ2 werden Stromsignale - I4 und I5 - gemäß der Meßzeitabfolge s4 bzw. s5 gemessen. In der Phasenperiode θ3 werden Motorstromsignale - I6 und I7 - gemäß der Meßzeitabfolge s6 bzw. s7 gemessen.

Unter der Annahme, daß die vorbestimmten Phasenperioden θ0 und θ1 bereits voreingestellt sind, werden die gemessenen Strommeßdaten für jede der Phasenperioden θ0 und θ1 inte­ griert. Dadurch werden Stromsignalbereiche oder Stromsi­ gnalflächen Is0 und Is1 berechnet (Is0 = I0 + I1, Is1 = I2 + I3).

Ein Verhältnis zwischen den Motorstromsignalbereichen Is0 und Is1 wird berechnet und als Phasendifferenzinformatio­ nen weiterhin verwendet. Durch Einstellen einer konstanten Meßzeitabfolge s0-s3 kann die Verarbeitungsweise weiter vereinfacht werden.

Falls die vorgegebenen Phasenperioden θ2 und θ3 ebenfalls eingestellt sind, werden die gemessenen Strommeßdaten in­ tegriert für jede der Phasenperioden θ2 und θ3. Es ergeben sich daraus dann Stromsignalbereiche oder Stromsignalflä­ chen Is2 und Is3 (Is2 = 14 + 15, Is3 = 16 + 17). Dadurch wird das Verhältnis zwischen den Motorstromsignalbereichen oder -flächen Is2 und Is3 berechnet.

Die Phasenperiode kann auch eine Mitte oder ein Zentrum bei einem elektrischen Winkel von 90 Grad oder 270 Grad für die Ansteuerspannung oder Antriebsspannung besitzen (d. h. bei invertierten Werten von 90 Grad), wie das in Fig. 34 gezeigt ist. Dies ist vorteilhaft zum Beispiel für das Einstellen der Sollwerte. Das Mitteln der Phasendiffe­ renzinformation kann mehrfach ausgeführt werden, wodurch sich die Verläßlichkeit des Verfahrens steigern läßt.

Wie oben beschrieben wurde, ist das Ansteuerverfahren für die 180°-Leitungsansteuerung ausgelegt, die Phasendiffe­ renz zwischen der Motoransteuerspannung oder Motoran­ triebsspannung und dem Motorstrom zu ermitteln, wodurch die Verarbeitung und die Schaltkreise vereinfacht werden können. Des weiteren werden Motorstrombereiche oder Motor­ stromflächen erhalten, und dadurch die Phasendifferenzin­ formation als Verhältnisse davon ermittelt, wodurch die Phasendifferenz mit einer hohen Zuverlässigkeit bestimmt werden kann. Des weiteren wird die Bestimmung der Be­ reichsverhältnisse oder Flächenverhältnisse unter Verwen­ dung der Motorstrommeßdaten unter Ausführung einer mehrma­ ligen Messung oder Samplung erreicht. Dadurch kann die Phasendifferenzbestimmung mit einer hohen Zuverlässigkeit mittels eines einfachen Vorgangs oder Verfahrens ausge­ führt werden.

In der vorangehenden Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen und Figuren werden die Begriffe Leitungsbreite (conduction width) und Leitungsdauer, -phase synonym ver­ wendet und können Zeit- und/oder winkelmäßig aufgefaßt werden. Unter einer Ausgangs- oder Ausgabeleistung des Mo­ tors (motor output) wird dasselbe verstanden. Dasselbe gilt für die Begriffe Ausgangs- und Ausgabesignal. Schließlich werden auch die Begriffe Störung, Störungs­ signal und Störsignal synonym verwendet.

Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und erläutert wurde, ist dies nur zum Zwecke der Veran­ schaulichung und in Form von Beispielen geschehen, die den Schutzbereich und den Grundgedanken der vorliegenden Er­ findung nicht einschränken sollen.

Claims (41)

1. Motorsteuereinrichtung zum Steuern eines Synchronmotors mit einer Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) zum Über­ wachen des Ansteuerns des Synchronmotors (1),
wobei die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) eine Mehrzahl Leitungsansteuereinrichtungen (6, 7) zum Lei­ tendmachen und zum Ansteuern des Synchronmotors (1) auf­ weist und
wobei die Mehrzahl Leitungsansteuereinrichtungen (6, 7) mindestens umfaßt:
eine 180°-Leitungsansteuereinrichtung (7) zum Durchführen einer 180°-Leitungsansteuerung des Synchron­ motors (1) und
eine 120°-Leitungsansteuereinrichtung (6) zum Aus­ führen einer 120°-Leitungsansteuerung des Synchronmotors (1), und
wobei die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) ausge­ bildet ist, eine der Leitungsansteuereinrichtungen (6, 7) gemäß dem Motorwirkungsgrad des Synchronmotors auszu­ wählen.

2. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) ausgebildet ist, den Zustand des Synchronmotors (1) zu bestimmen und die 120°-Leitungsansteuereinrichtung (6) oder die 180°-Leitungsansteuereinrichtung (7) derart auszuwählen, daß der Motorwirkungsgrad einen gewünschten Wirkungsgrad im ermittelten Motorzustand annimmt.

3. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 2,
bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) aufweist:
eine Motordrehzahlberechnungseinrichtung (8) zum Be­ rechnen der Motordrehzahl des Synchronmotors (1),
eine Speichereinrichtung (10) zum Speichern eines Zu­ sammenhangs zwischen der Motordrehzahl und dem Motor­ wirkungsgrad des Synchronmotors (1), und zwar sowohl für die 180°-Leitungsansteuerung (7) als auch für die 120°-Leitungsansteuerung (6) und
eine Auswahleinrichtung (9) zum Ausführen der Auswahl, um den gewünschten Motorwirkungsgrad zu erreichen, und zwar in bezug auf die auf der Grundlage der in der Speichereinrichtung (10) gespeicherten Information be­ rechnete Motordrehzahl.

4. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 3,
bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) ferner eine Befehlseinrichtung (22) zum Instruieren ei­ ner der Mehrzahl von Leitungsansteuereinrichtungen (6, 7) auf der Grundlage eines externen Befehls aufweist und
bei welcher die Auswahleinrichtung (9) ausgebildet ist, auf der Grundlage der Steuerung durch die Be­ fehlseinrichtung (22) eine Auswahl in bezug auf die 180°-Leitungsansteuereinrichtung (7) und die 120°- Leitungsansteuereinrichtung (6) durchzuführen.

5. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) aufweist:
eine Motordrehzahlberechnungseinrichtung (8) zum Be­ rechnen der Motordrehzahl des Synchronmotors (1),
eine Momentberechnungseinrichtung (13) zum Berechnen eines Moments des Synchronmotors (1),
eine Motorausgangsleistungsberechnungseinrichtung (14) zum Berechnen der Motorausgangsleistung des Synchron­ motors (1), auf der Grundlage der berechneten Motor­ drehzahl und des berechneten Moments,
eine Speichereinrichtung (20) zum Speichern eines Zu­ sammenhangs zwischen der Motorausgangsleistung und des Motorwirkungsgrads des Synchronmotors (1) und zwar für die 180°-Leitungssteuerung und die 120°-Leitungs­ steuerung, und
eine Auswahleinrichtung (9) zum Ausführen der Auswahl, um den gewünschten Motorwirkungsgrad zu erreichen, und zwar in bezug auf die auf der Grundlage der in der Speichereinrichtung (20) gespeicherten Informationen berechnete Motorausgangsleistung.

6. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 5,
bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) ferner eine Befehlseinrichtung (22) zum Instruieren einer der Mehrzahl von Leitungsansteuereinrichtungen (6, 7) auf der Grundlage eines externen Befehls auf­ weist und
bei welcher die Auswahleinrichtung (9) ausgebildet ist, auf der Grundlage der Steuerung durch die Befehl­ seinrichtung (22) die 180°-Leitungsansteuereinrichtung (7) oder die 120°-Leitungsansteuereinrichtung (6) aus­ zuwählen.

7. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 2,
bei welcher der Synchronmotor (1) eine Mehrzahl Motor­ spulenanschlüsse (U, V, W) aufweist und bei welcher des weiteren vorgesehen sind:
eine Phasendifferenzdetektionseinrichtung (15), um Phasendifferenzinformation in bezug auf den Motor­ strom, welcher durch einen (W) der Mehrzahl Motorspu­ lenanschlüsse fließt, und der dem Synchronmotor (1) zugeführten Antriebsspannung zu ermitteln,
eine Speichereinheit (16) zum Speichern von Informati­ on in bezug auf eine gewünschte Phasendifferenz und
eine Induktionsspannungsdetektionseinrichtung (18) zum Bestimmen von an der Mehrzahl Motorspulenanschlüsse (U, V, W) erzeugten Induktionsspannungen,
wobei der Betrieb der 180°-Leitungsansteuereinrich­ tung (7) gemäß der Differenz zwischen der von der Pha­ sendifferenzbestimmungseinrichtung (15) ermittelten Pha­ sendifferenzinformation und der in der Speichereinheit (16) gespeicherten Information bezüglich der gewünschten Phasendifferenz gesteuert wird und
wobei der Betrieb der 120°-Leitungsansteuereinrich­ tung (6) gemäß zumindest einer der ermittelten Indukti­ onsspannungen gesteuert wird.

8. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) des weiteren auf­ weist:
eine Motordrehzahlberechnungseinrichtung (8) zum Be­ rechnen der Motordrehzahl des Synchronmotors (1) und
eine Einrichtung (12) zum Speichern einer gewünschten Motordrehzahl und zum Steuern des Einstellens der Drehzahl des Synchronmotors (1) für jede der Leitungs­ ansteuereinrichtungen (6, 7), und zwar auf der Grund­ lage der Differenz zwischen der berechneten Motordreh­ zahl und der gewünschten Motordrehzahl.

9. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher als Synchronmotor (1) ein IPM-Motor vorgesehen ist, welcher einen Rotor mit einem Magneten aufweist.

10. Motorsteuereinrichtung zum Steuern eines Synchronmotors mit einer Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) zum Über­ wachen des Ansteuerns des Synchronmotors (1),
wobei die Ansteuerüberwachungsvorrichtung (5) eine Leitungsbreitenansteuereinrichtung (21) aufweist zum be­ liebigen Einstellen einer Leitungsbreite des Synchronmo­ tors (1) und
bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) ausgebildet ist, die Leitungsbreitenansteuereinrichtung (21) gemäß dem Motorwirkungsgrad des Synchronmotors (1) zu steuern.

11. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 10,
bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) ausgebildet ist, den Zustand des Synchronmotors (1) zu ermitteln und eine Leitungsbreite derart auszuwählen, daß der Motorwirkungsgrad einen gewünschten Wirkungs­ grad für den ermittelten Zustand des Synchronmotors (1) annimmt, und
bei welcher die Leitungsbreitenansteuereinrichtung (21) ausgebildet ist, die Einstellung auf der Grundla­ ge der durch die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) ausgewählten Leitungsbreite zu ändern.

12. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 11,
bei welcher die Leitungsbreitenansteuereinrichtung (21) ausgebildet ist, gemäß der eingestellten Leitungs­ breite eine Drehzahlinformation des Synchronmotors (1) abzugeben, und
bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) aufweist:
eine Motordrehzahlberechnungseinrichtung (8) zum Be­ rechnen der Motordrehzahl des Synchronmotors (1) auf der Grundlage der Drehzahlinformation,
eine Speichereinrichtung (10) zum Speichern eines Zu­ sammenhangs zwischen der Motordrehzahl und des Motor­ wirkungsgrads in bezug auf den Synchronmotor (1) für jede beliebig eingestellte Leitungsbreite, und
eine Auswahleinrichtung (19) zum Ausführen der Auswahl der Leitungsbreite, um in bezug auf die auf der Grund­ lage der in der Speichereinrichtung (10) gespeicherten Information berechnete Motordrehzahl einen gewünschten Motorwirkungsgrad zu erreichen.

13. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 12,
bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) ferner eine Befehlseinrichtung (22) aufweist, welche zum Befehlen einer vorbestimmten Leitungsbreite auf der Grundlage eines externen Befehls ausgebildet ist, und
bei welcher die Auswahleinrichtung (19) ausgebildet ist, unter der Steuerung der Befehlseinrichtung (22) ei­ ne vorbestimmte Leitungsbreite auszuwählen.

14. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 11,
bei welcher die Leitungsbreitenansteuereinrichtung (21) gemäß der eingestellten Leitungsbreite eine Dreh­ zahlinformation in bezug auf den Synchronmotor (1) ab­ gibt und
bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) aufweist:
eine Motordrehzahlberechnungseinrichtung (8) zum Be­ rechnen einer Motordrehzahl des Synchronmotors (1) auf der Grundlage der Drehzahlinformation,
eine Momentberechnungseinrichtung (13) zum Berechnen des Moments des Synchronmotors (1),
eine Motorausgangsleistungsberechnungseinrichtung (14) zum Berechnen der Motorausgangsleistung des Synchron­ motors (1) auf der Grundlage der berechneten Motor­ drehzahl und des berechneten Drehmoments,
eine Speichereinrichtung (20) zum Speichern eines Zu­ sammenhangs zwischen der Motorausgangsleistung und des Motorwirkungsgrads des Synchronmotors (1), und zwar für jede der Leitungsbreiten, welche durch die Lei­ tungsbreitenansteuereinrichtung (21) einstellbar sind, und
eine Auswahleinrichtung (19), welche zum Ausführen der Auswahl der Leitungsbreite ausgebildet ist, um in be­ zug auf die auf der Grundlage der in der Speicherein­ richtung (20) gespeicherten Information berechnete Mo­ torausgangsleistung einen gewünschten Motorwirkungs­ grad zu erreichen.

15. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 14,
bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) des weiteren eine Befehlseinrichtung (22) aufweist zum Befehlen einer vorbestimmten Leitungsbreite auf der Grundlage eines externen Befehls, und
bei welcher die Auswahleinrichtung (19) ausgebildet ist, unter Steuerung durch die Befehlseinrichtung (22) die vorbestimmte Leitungsbreite auszuwählen.

16. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die Ansteuerüberwachungseinrichtung (5) des weiteren auf­ weist:
eine Motordrehzahlberechnungseinrichtung (8) zum Be­ rechnen der Motordrehzahl des Synchronmotors (1) und
eine Einrichtung (12) zum Speichern einer gewünschten Motordrehzahl und zum Steuern des Einstellens der Lei­ tungsbreitenansteuereinrichtung (21) auf der Grundlage der Differenz zwischen der berechneten Motordrehzahl und der gewünschten Motordrehzahl.

17. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 10, bei welcher der Synchronmotor (1) ein IPM-Motor ist, welcher einen mit einem Magneten versehenen Rotor auf­ weist.

18. Motorsteuereinrichtung zum Ansteuern und Überwachen eines Synchronmotors (1), welcher einen Rotor mit einem Dauermagneten und eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Synchronmotors (1) ohne Verwendung eines Positions­ sensors aufweist, mit:
einer 180°-Leitungsansteuereinrichtung (7) zum Durch­ führen einer 180°-Leitungsansteuerung des Synchronmo­ tors (1),
einer intermittierenden Leitungsansteuereinrichtung (30) zum Ausführen einer intermittierenden Leitungsan­ steuerung des Synchronmotors (1) mit einem Durchlaß­ winkel kleiner als 180° und einer nichtleitenden Peri­ ode,
einer Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) zum Überwachen einer Störung des Synchronmotors (1) und/oder der Ansteuereinrichtung und
einer Ansteuerverfahrenauswahleinrichtung (29) zum Auswählen der 180°-Leitungsansteuerung oder der inter­ mittierenden Leitungsansteuerung als Ansteuerverfahren des Synchronmotors (1) gemäß eines Ausgabesignals der Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25).

19. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18, bei welcher der Durchlaßwinkel der intermittierenden Leitungsansteuereinrichtung (30) 120° beträgt.

20. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18,
bei welcher die Ansteuereinrichtung aufweist:
eine Invertereinheit (2) zum Ansteuern des Synchronmo­ tors (1),
eine AC-Spannungsversorgungseinheit (4), welche für die Invertereinheit (2) vorgesehen ist, um diese mit einer AC-Versorgungsspannung zu versorgen, und
eine Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25), welche ausgebildet ist, mindestens eine DC-Versorgungsspan­ nung in der Invertereinheit (2) und die AC-Ver­ sorgungsspannung, welche von der AC-Spannungsversor­ gungseinrichtung (4) bereitgestellt wird, zu überwa­ chen.

21. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, die Drehzahl des Synchronmotors (1) zu überwachen.

22. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, das Moment des Synchronmotors (1) zu überwachen.

23. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, den Motorstrom des Synchronmotors (1) zu überwachen.

24. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, eine Phasendifferenz zwischen der Ansteuerspannung oder Antriebsspannung einer bestimmten Phasen des Synchronmotors (1) und des Motorstroms des Synchronmotors (1) zu überwachen.

25. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, zumindest eine die Ansteuerung oder den Antrieb des Synchronmotors (1) beeinflussende Störung und ein synchron mit der Störung sich änderndes Störungssignal zu überwachen.

26. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18,
bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist zu ermitteln, ob ein Zustand des Synchronmotors (1) und/oder der Ansteuereinrichtung ein normaler oder ein ungewöhnlicher Zustand ist, und zwar auf der Grundlage der überwachten Störung, und
bei welcher die Ansteuerverfahrenauswahleinrichtung (29) ausgebildet ist, als Ansteuerverfahren die 180°- Leitungsansteuerung auszuwählen, falls die Motorstö­ rungsüberwachungseinrichtung (25) einen Normalzustand ermittelt, und welche ausgebildet ist, als Ansteuerver­ fahren die intermittierende Leitungsansteuerung auszu­ wählen, falls ein ungewöhnlicher Zustand ermittelt wur­ de.

27. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18,
bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist zu ermitteln, ob ein Zustand des Synchronmotors (1) und/oder der Ansteuereinrichtung ein normaler oder ein ungewöhnlicher Zustand ist, und zwar auf Grundlage der überwachten Störung, und
bei welcher die Ansteuerverfahrenauswahleinrichtung (29) ausgebildet ist, die 180°-Leitungsansteuerung aus­ zuwählen, falls die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) einen normalen Zustand ermittelt, und welche ausge­ bildet ist, die intermittierende Leitungsansteuerung auszuwählen, falls ein ungewöhnlicher Zustand ermittelt wurde, und welche darüber hinaus ausgebildet ist, die 180°-Leitungsansteuerung auszuwählen, falls von der Aus­ wahl der intermittierenden Leitungsansteuerung an eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist.

28. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 26, bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, einen ungewöhnlichen Zustand zu detektieren, falls eine Variation in der Versorgungs­ spannung größer als eine erlaubte Variation ist.

29. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 26, bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, einen ungewöhnlichen Zustand zu detektieren, falls eine Variation in der Drehzahl des Synchronmotors (1) größer ist als eine erlaubte Variati­ on.

30. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 26, bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, einen ungewöhnlichen Zustand zu detektieren, falls eine Variation im Drehmoment des Syn­ chronmotors (1) größer ist als eine erlaubte Variation.

31. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 26, bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, einen ungewöhnlichen Zustand zu detektieren, falls eine Variation im Motorstrom des Syn­ chronmotors (1) größer ist als eine erlaubte Variation.

32. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 26, bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, einen ungewöhnlichen Zustand zu detektieren, falls eine Variation der Phasendifferenz zwischen der Ansteuerspannung oder Antriebsspannung in einer bestimmten Phase des Synchronmotors (1) und dem Motorstrom des Synchronmotors (1) größer ist als eine erlaubte Variation.

33. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 26, bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, einen ungewöhnlichen Zustand zu detektieren, falls zumindest eine die Motoransteuerung des Synchronmotors (1) beeinflussende Störung und/oder ein mit der Störung sich synchron änderndes Störungs­ signal größer sind als eine erlaubte Variation.

34. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 26,
bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist zu bestimmen, ob auf der Grundlage vorbestimmter Grenzdaten ein normaler oder ein ungewöhn­ licher Zustand vorliegt, und
bei welcher die Motorstörungsüberwachungseinrichtung (25) ausgebildet ist, gemäß der Rotationsbedingungen des Synchronmotors (1) die Grenzdaten zu ändern.

35. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die Ansteuerverfahrenauswahleinrichtung (29) ausgebildet ist, eine Zeitspanne zum Anhalten der Leitung des Synchronmotors (1) bereitzustellen, falls das Ansteuerverfahren von der 180°-Leitungsansteuerung zur intermittierenden Leitungsansteuerung geschaltet wird.

36. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 35, bei welcher die intermittierende Leitungsansteuerein­ richtung (30) ausgebildet ist, eine Drehzahl derart ein­ zustellen, daß die nach einem Übergang zur intermittie­ renden Leitungsansteuerung zu erreichende Drehzahl grö­ ßer ist als die Drehzahl während der 180°-Leitungs­ ansteuerung, falls die Drehzahl des Synchronmotors (1) niedriger als ein vorbestimmter Wert ist und falls das Ansteuerverfahren von der 180°-Leitungsansteuerung zur intermittierenden Leitungsansteuerung umgeschaltet wer­ den muß.

37. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die 180°-Leitungsansteuereinrichtung (7) ausgebildet ist, eine Leitungsphase der 180°-Leitungs­ ansteuerung auf der Grundlage der Leitungszeit unmittel­ bar vor dem Umschalten von der intermittierenden Lei­ tungsansteuerung zur 180°-Leitungsansteuerung zu bestim­ men.

38. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die intermittierende Leitungsansteuerein­ richtung (30) ausgebildet ist, ein Umschalten der Lei­ tung auf das Bestimmen einer Gegenspannung auszuführen, welche an einem Motoranschluß (U, V, W) des Synchronmo­ tors (1) erzeugt wird.

39. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die 180°-Leitungsansteuereinrichtung (7) ausgebildet ist, eine Motoransteuerung durch Steuern der Stromphasendifferenzinformation in bezug auf die Phasen­ differenz zwischen der Ansteuerspannung oder Antriebs­ spannung, welche an einen Motoranschluß (U) mit bestimm­ ter Phase im Synchronmotor (1) angelegt wird, und des durch diesen Motoranschluß (U) fließenden Motorstroms ausgebildet ist.

40. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 39,
bei welcher die 180°-Leitungsansteuereinrichtung (7) ausgebildet ist, die Stromphasendifferenzinformation zu erzeugen, und zwar durch Berechnen des Verhältnisses zwischen einem ersten Motorstrombereich (Is0), welcher durch Integration des Motorstroms innerhalb einer ersten Phasenperiode (θ0) erhalten wird, und eines zweiten Mo­ torstrombereichs (Is1), welcher durch Integration des Motorstroms während einer zweiten Phasenperiode (θ1) er­ halten wird, und
bei welcher die erste und die zweite Phasenperiode (θ0, θ1) unter Bezugnahme auf die Antriebsspannungsphase oder Ansteuerspannungsphase des Synchronmotors (1) ein­ gestellt werden.

41. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 40,
bei welcher die 180°-Leitungsansteuereinrichtung (7) ausgebildet ist, den ersten Motorstrombereich (Is1) durch Messen des Motorstroms für eine vorbestimmte An­ zahl von Malen während der ersten Phasenperiode (θ0) und durch Integrieren der gemessenen Strommeßdaten zu erhal­ ten und
bei welcher die 180°-Leitungsansteuereinrichtung (7) ausgebildet ist, den zweiten Motorstrombereich (Is2) durch Messen des Motorstroms für eine vorbestimmte An­ zahl von Malen während der zweiten Phasenperiode (θ1) und durch Integration der gemessenen Strommeßdaten zu erhalten.