DE102009036274B4

DE102009036274B4 - Drehungserfassungsvorrichtung und Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE102009036274B4
Application number: DE102009036274.6A
Authority: DE
Inventors: Ken Tanaka; Tsutomu Nakamura; Kenji Takeda; Masaru Touge; Yasuhiro Fukagawa
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: US8222776B2; JP2010063347A; DE102009036274A1; JP5385019B2; US20100033064A1; DE102009036274B8

Abstract

Drehungserfassungsvorrichtung (1), welche den Drehzustand eines Gleichstrommotors (2) detektiert, welcher Ankerwicklungen (L1, L2, L3), die aus Phasenwicklungen mindestens dreier Phasen bestehen, einen Kommutator (10) mit einer Anzahl von Kommutatorsegmenten (11, 12, 13), mit denen die Ankerwicklungen (L1, L2, L3) verbunden sind, und mindestens ein Paar von Bürsten (16, 17) aufweist, welche einen Strom zu jeder der Phasenwicklungen über den Kommutator (10) liefern, wobei die Drehungserfassungsvorrichtung folgendes enthält:Leistungszuführungsmittel (5), welche so ausgebildet sind, dass eine wechselstromüberlagerte Spannung, welche durch Überlagerung einer Wechselspannung über einer Gleichspannung erhalten wird, an das mindestens eine Paar von Bürsten (16, 17) des Gleichstrommotors (2) gelegt werden kann;Speisungsdetektierungsmittel (21) zum Detektieren eines durch den Gleichstrommotor (2) über die Bürsten (16, 17) geleiteten Motorstroms oder einer Strompfadspannung oder der Spannung an einem Speisungspfad, über welchen der Motorstrom fließt; undDrehzustandsdetektierungsmittel (7), welche zumindest einen der folgenden Größen als den Drehzustand des Gleichstrommotors (2) basierend auf dem Motorstrom oder der Wechselstromkomponente, welche in der Strompfadspannung enthalten ist, welche durch die Speisungsdetektierungsmittel (21) detektiert wird, erfasst, nämlich Drehwinkel, Drehrichtung und Drehzahl; wobeider Gleichstrommotor (2) so ausgebildet ist, dass irgendwelche zwei Kommutatorsegmente (11, 12, 13) unter den Kommutatorsegmenten (11, 12, 13) als eine Gruppe erfasst werden und der Abschnitt zwischen den Kommutatorsegmenten (11, 12, 13) in mindestens einer Gruppe einen Kapazitätswert hat, welcher verschieden von den Kapazitätswerten der Abschnitte zwischen Kommutatorsegmenten (11, 12, 13) in den anderen Gruppen ist, und wobeiwobei die Leistungszuführungsmittel (5) derart konfiguriert sind, dass diese ein Anlegen einer wechselstromüberlagerte Spannung mit einer Frequenz verursachen welche unter Berücksichtigung einer Mehrzahl von Resonanzfrequenzwerten (f1, f2, f3), verursacht gemäß dem Kapazitätswert, eingestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehungserfassungsvorrichtung, welche den Drehzustand eines Bürsten-Gleichstrommotors oder Kommutator-Gleichstrommotors detektiert, beispielsweise den Drehwinkel, die Drehrichtung und die Drehzahl, sowie einen Bürsten-Gleichstrommotor oder Kommutator-Gleichstrommotor, dessen Drehzustand mit einer solchen Drehungserfassungsvorrichtung detektiert werden kann.
Bürsten-Gleichstrommotoren oder Kommutator-Gleichstrommotoren (nachfolgend einfach als Gleichstrommotoren bezeichnet) wurden herkömmlicherweise auch in Fahrzeugen verwendet. Sie werden beispielsweise zur Einstellung des Öffnungswinkels einer Luftgemischdrossel für die Temperatureinstellung oder einer Betriebsmodusdrossel für die Betriebsauswahl in einer Fahrzeug-Klimaanlage verwendet. Zur Steuerung eines Gleichstrommotors, wie er in diesen Anwendungsfällen verwendet wird, werden die folgenden Messungen zur genauen Steuerung des Öffnungswinkels jeder Drossel genommen: der Drehzustand, beispielsweise der Drehwinkel, die Drehrichtung und die Drehzahl, des Gleichstrommotors wird detektiert; und die Steuerung wird so durchgeführt, dass der Öffnungswinkel jeder Drossel gleich einem gewünschten Winkel auf der Basis des detektierten Drehzustandes ist.
Als eine der allgemeinen Methoden zum Detektieren des Drehzustandes eines Gleichstrommotors ist das folgende Verfahren allgemein bekannt: ein Sensor, beispielsweise ein Drehmelder und ein Potentiometer, sind vorgesehen und der Drehzustand wird auf der Basis eines Detektorsignals von dem Sensor oder Fühler detektiert. Aus diesem Grunde wird auch bei Fahrzeugen das Verfahren zur Schaffung solch eines Sensors verwendet, um einen Drehzustand zu detektieren.
Dieses Verfahren der Schaffung eines Sensors zum Detektieren eines Drehzustandes schafft jedoch ein Problem. Ein Raum zum Einbau des Sensors ist bei jedem Gleichstrommotor notwendig. Neben einem Kabelbaum für die Zufuhr der Gleichstromleistung zu den Gleichstrommotoren ist auch ein Kabelbaum zur Übertragung eines Detektierungssignals von einem Sensor zu irgendeinem anderen Gerät (Fahrzeug-ECU und dergleichen) für jeden Gleichstrommotor notwendig. Dies verursacht eine Erhöhung des Gewichtes und der Kosten des Fahrzeugs. Aus diesem Grunde besteht ein steigender Bedarf bezüglich der Einführung von sensorfreien Verfahren zur Verminderung der Sensoren und der zugehörigen Kabelbäume. Es wurden vielerlei sensorfreie Verfahren zum Detektieren des Drehzustandes eines Gleichstrommotors ohne die Verwendung eines Sensors größeren Ausmaßes, beispielsweise eines Drehmelders, vorgeschlagen. Beispielsweise ist ein Verfahren zum Detektieren des Drehzustandes durch Detektieren und Zählen der Anstiegsimpulse bekannt, welche erzeugt werden, wenn die Verbindung zwischen einem Kommutator und den Bürsten geschaltet wird. Dieses Verfahren verursacht jedoch ein Problem. Wenn ein Motor gestartet oder stillgesetzt wird und die Anzahl der Umdrehungen niedrig ist, dann nimmt die elektromotorische Kraft des Motors ab und die Anstiegsimpulse werden auch kleiner. Aus diesem Grunde wird es, wenn die Drehzahl verringert wird, schwieriger, einen Anstiegsimpuls zu detektieren und die Möglichkeit einer fehlerhaften Detektierung nimmt zu.
Als weiteres sensorfreies Verfahren wurde folgende Methode vorgeschlagen: ein Widerstand wird zwischen zwei bestimmte einer Mehrzahl von Segmenten (Kommutatorsegmenten) geschaltet, welche in einem Kommutator gebildet sind (d.h., parallel zu einer Phasenwicklung, welche zwischen diese Segmente geschaltet ist); und ein Drehimpuls wird basierend auf dem Strom detektiert, welcher zwischen den Segmenten fließt (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Bei diesem sensorfreien Verfahren, welches in dem Patentdokument 1 offenbart ist, ist ein Widerstand parallel zu irgendeiner Phasenwicklung geschaltet. Wenn somit ein Gleichstrom zu einer Motorschaltung (einer Schaltung, welche Phasenwicklungen von mehreren Phasen auf der Ankerwicklungsseite aufweist) über Bürsten geführt wird, dann ändert sich ein zwischen den Bürsten fließender Strom mit periodischen Schwankungen gemäß den Drehwinkeln des Motors. Ein Drehimpuls wird basierend auf dieser Stromänderung detektiert. Hierdurch wird es möglich, die Detektierungsgenauigkeit im Vergleich zu dem oben erwähnten Detektierungsverfahren, welches lediglich auf Anstiegsimpulsen basiert, zu erhöhen (Patentdokument 1 JP 2003 - 111 465 A ).
Das in dem Patentdokument 1 offenbarte Verfahren verursacht jedoch ein Problem. Bei diesem Verfahren wird ein Gleichstrom, der durch eine Motorschaltung fließt, zu Fluktuationen durch Verbindung eines Widerstandes mit irgendeiner Phasenwicklung veranlasst; aus diesem Grunde schwankt das Motordrehmoment unvermeidbar entsprechend diesen Stromschwankungen. Die Schwankung des Motordrehmoments verursacht Störungen im Motor selbst oder Störungen an einem von dem Motor angetriebenen Objekt.
Auch bei dem im Patentdokument 1 offenbarten Verfahren bleibt immer noch dasselbe Problem wie bei dem oben erwähnten, auf Anstiegsimpulsen basierenden Verfahren. D.h., wenn die Drehzahl sich erniedrigt, wird die Stromänderung vermindert und die Möglichkeit von fehlerhafter Detektierung wird vergrößert.
In der DE 10 2007 013 711 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dreherfassung eines bürstenbetriebenen Gleichstrommotors mit einer Anzahl von Wicklungssträngen, die während des Betriebs mittels Lamellen drehwinkelabhängig elektrisch zwischen Bürsten geschaltet werden, angegeben. Dabei ist vorgesehen, einer Versorgungsgleichspannung für die Bürsten ein Wechselspannungssignal aufzumodulieren, mittels dessen der Verlauf des komplexen Widerstands des Gleichstrommotors ermittelt und zu der Dreherfassung herangezogen wird. Hierdurch wird eine kostengünstige und in der Kraftfahrzeugtechnik einsetzbare Dreherfassung möglich, ohne dass zusätzliche mechanische Bauteile erforderlich wären.
Die US 3 638 098 A offenbart das Folgende: Ein Wechselrichter zum Erzeugen von ein- oder mehrphasigem Strom, umfassend Reihennetzwerke, die gleich der Anzahl von Phasen sind, wobei solche Netzwerke mit einer oder mehreren Gleichstromquellen verbunden sind. Jedes Seriennetzwerk enthält zwei Kondensatoren in Reihenschaltung, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt zwischen den beiden Kondensatoren ein Lastanschluss ist, der mit seiner jeweiligen Phasenlast verbindbar ist. Für jedes Reihennetz ist mindestens ein elektronischer Kommutator vorgesehen, der mit jeweils einem zweiten Lastanschluss verbunden ist und abwechselnd zwischen die Enden von Anschlüssen des Reihennetzes geschaltet ist. Es sind Mittel zum Triggern des Kommutators in Folge mit und bei der richtigen Phase der Frequenz des zu erzeugenden Wechselstroms vorgesehen. Der Wechselrichter stellt eine Stromquelle für induktiven Strom verbrauchende Geräte, insbesondere Induktionsmotoren, bereit.
Die DE 196 24 355 A1 offenbart das Folgende: Die Entstöreinrichtung weist mindestens ein Bauteil aus einem Ring- oder Scheibenvaristor auf, der durch ein Grundelement mit einer leitfähigen Beschichtung auf mindestens einer Seite gebildet sein kann. Der aus Zinkoxid hergestellte Varistor kann eine zentrale Bohrung zum direkten Anbringen an der Welle eines Elektromotors oder Generators haben, wobei die leitende Beschichtung in Segmente unterteilt ist, die jeweils über eine gesputterte Lötverbindung mit einer entsprechenden Motor- oder Generatorwicklung verbunden sind.
Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Probleme geschaffen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Rotationsdetektor oder eine Drehungserfassungsvorrichtung zu schaffen, welcher bzw. welche in der Lage ist, genau den Drehzustand eines Gleichstrommotors unabhängig von dessen Drehzahl ohne Vorsehen eines Sensors, beispielsweise eines Codierers, zu detektieren, so dass Drehmomentschwankungen nicht verursacht werden, und einen Gleichstrommotor zu schaffen, dessen Drehzustand unter Verwendung eines solchen Rotationsdetektors detektiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dessen sind jeweiliger Gegenstand der zugehörigen abhängigen Ansprüche.
Die zur Beseitigung der obigen Probleme geschaffene Erfindung besteht in einer Drehungserfassungsvorrichtung, welche einen Gleichstrommotor mit einschließt, der folgendes enthält: Ankerwicklungen, welche aus Phasenwicklungen von mindestens drei Phasen bestehen; einen Kommutator mit einer Anzahl von Kommutatorsegmenten, an welche die Ankerwicklungen angeschlossen sind; und mindestens ein Paar von Bürsten, welche Strom zu jeder Phasenwicklung über den Kommutator liefern, wobei die Drehungserfassungsvorrichtung den Drehzustand dieses Gleichstrommotors detektiert. Sie enthält folgendes: Leistungszuführungsmittel zur Zuführung mindestens einer wechselstromüberlagerten Spannung, welche durch Überlagerung einer Wechselspannung über der Gleichspannung erhalten wird, zu dem mindestens einem Paar von Bürsten des Gleichstrommotors; Speisungsdetektierungsmittel zum Detektieren eines Motorstroms, welcher durch den Gleichstrommotor über die Bürsten geleitet wird, oder einer Schaltungszweigspannung oder einer Spannung an einem Speisungszweig, über welchen der Motorstrom fließt; und Drehzustandsdetektierungsmittel zum Detektieren des Drehwinkels und/oder der Drehrichtung und/oder der Drehzahl als Drehzustand des Gleichstrommotors basierend auf der Wechselstromkomponente, welche in dem Motorstrom oder der Schaltungszweigspannung enthalten ist, welche durch die Speisungsdetektierungsmittel detektiert werden.
In dem Gleichstrommotor werden irgendwelche zwei Kommutatorsegmente der Anzahl von Kommutatorsegmenten als Gruppe herausgegriffen und der Abschnitt zwischen den Kommutatorsegmenten der mindestens einen Gruppe hat einen Kapazitätswert, welcher unterschiedlich von demjenigen der Abschnitte zwischen den Kommutatorsegmenten in den anderen Gruppen ist.
In dem so aufgebauten Rotationsdetektor oder der Drehungserfassungsvorrichtung findet folgendes in der ankerwicklungsseitigen Schaltung (nachfolgend als „Motorschaltung“ bezeichnet) statt, welche zwischen dem mindestens einem Paar von Bürsten in dem Gleichstrommotor gebildet ist: der Abschnitt zwischen mindestens einer Gruppe von Kommutatorsegmenten (nachfolgend als „Abschnitt zwischen spezifischen Kommutatorsegmenten“ bezeichnet) hat einen Kapazitätswert, welcher unterschiedlich von denjenigen der Abschnitte zwischen Kommutatorsegmenten in anderen unterschiedlichen Gruppen ist.
Aus diesem Grunde findet nachfolgendes statt, wenn der Gleichstrommotor sich dreht: die Kommutatorsegmente, die sich in gleitendem Kontakt mit einem Bürstenpaar befinden, ändern sich in Verbindung mit der Drehung und dies verändert die Impedanz der Motorschaltung, welche zwischen dem Paar von Bürsten gebildet ist. Im Einzelnen ändert sich, während sich der Gleichstrommotor um 180° dreht, die Impedanz der Motorschaltung und nimmt mindestens zwei unterschiedliche Werte an (verändert sich in zwei Stufen). Aus diesem Grunde verändern sich mit der Änderung der Impedanz auch die folgenden Größen: die Wechselstromkomponente in einem Motorstrom, welcher durch den Gleichstrommotor durch Anlegen einer wechselstromüberlagerten Spannung fließt und die Spannung an einem Speisungszweig, über welchen der Motorstrom fließt (Schaltungszweigspannung).
Folglich detektieren die Speisungsdetektierungsmittel den Motorstrom oder die Schaltungszweigspannung und die Drehzustandsdetektierungsmittel detektieren den Drehzustand, d.h., mindestens eine der folgenden Größen: Drehwinkel, Drehrichtung und Drehzahl, des Gleichstrommotors, auf der Basis folgender Größen: der Wechselstromkomponente, welche in dem detektierten Motorstrom enthalten ist (Wechselstromkomponente) oder der Wechselstromkomponente, welche in der detektierten Schaltungszweigspannung enthalten ist (Wechselstrom-Spannungskomponente).
Eine Detektierung des Drehzustandes auf der Basis einer Wechselstromkomponente kann im Einzelnen beispielsweise basierend auf einer Amplitudenänderung der Wechselstromkomponente durchgeführt werden. Wenn sich die Impedanz der Motorschaltung in Verbindung mit der Änderung der Kommutatorsegmente, welche sich in Kontakt mit einem Bürstenpaar befinden, ändert, während der Gleichstrommotor rotiert, ändert sich auch die Amplitude der Wechselstromkomponente, welche in dem Motorstrom oder in der Schaltungszweigspannung enthalten ist. Im Falle der Wechselstromkomponente, welche in dem Motorstrom enthalten ist, wird beispielsweise ihre Amplitude mit Anstieg der Impedanz vermindert und ihre Amplitude mit einer Verminderung der Impedanz erhöht. Aus diesem Grunde kann ein Drehzustand auf der Basis einer Änderung in der Amplitude der Wechselstromkomponente detektiert werden.
Das Drehmoment des Gleichstrommotors wird durch eine Gleichstromkomponente in einem Motorstrom erzeugt, welcher durch den Motor aufgrund einer wechselstromüberlagerten Spannung getrieben wird, welche durch die Leistungszuführungsmittel geliefert wird. Die Wechselstromkomponente hat keinen Einfluss auf das Drehmoment des Gleichstrommotors. Aus diesem Grunde kann ein Wechselstrom durch Anlegen einer konstanten Wechselspannung an den Gleichstrommotor unabhängig von dem Zustand des Gleichstrommotors durchgeleitet werden (während der Beschleunigung oder Verzögerung, bei konstanter Drehzahl, beim Stillsetzen oder dergleichen).
Bei dem Rotationsdetektor oder der Drehungserfassungsvorrichtung nach der Erfindung kann daher ein Drehzustand ohne Fehler auch während einer Periode von der Motorverzögerung bis zu seiner Stillsetzung ohne Fehler durch fortwährendes Zuführen einer Wechselspannung detektiert werden (fortwährendes Zuführen eines Wechselstromes). Dies kann geschehen, selbst wenn die von den Leistungszuführungsmitteln zugeführte Gleichspannung während des Abbremsens auf null gesetzt wird. Zusätzlich erfolgt die Detektierung eines Drehzustandes auf der Basis einer Wechselstromkomponente im Motorstrom oder in der Schaltungszweigspannung des Gleichstrommotors; daher erfolgt das Detektieren ohne Einfluss auf den Gleichstrom (d.h., ohne Einfluss auf das Motorenmoment).
Aus diesem Grunde ist es möglich, einen Rotationsdetektor zu schaffen, welcher genau den Drehzustand eines Gleichstrommotors unabhängig von dessen Drehzahl detektieren kann, ohne dass ein Sensor, beispielsweise ein Codierer vorgesehen wird, so dass das Drehmoment nicht schwankt.
Die anderen Abschnitte zwischen den Kommutatorsegmenten, welche von dem Abschnitt zwischen den besonderen Kommutatorsegmenten verschieden sind, können beliebig bezüglich des Kapazitätswerts konfiguriert sein. Das bedeutet, die anderen Abschnitte zwischen Kommutatorsegmenten, welche verschieden von dem Abschnitt zwischen den besonderen Kommutatorsegmenten sind, brauchen nicht einen bestimmten Kapazitätswert zu haben. Oder, anders ausgedrückt, die Abschnitte zwischen Kommutatorsegmenten in all den anderen Gruppen können einen Kapazitätswert haben. Es ist jedoch notwendig, den Motor mindestens so zu konfigurieren, dass sämtliche Abschnitte zwischen Kommutatorsegmenten nicht einen identischen Kapazitätswert haben.
Es kann in geeigneter Weise bestimmt werden was im Einzelnen als Drehzustand bestimmt wird und was detektiert wird, die Wechselstromkomponente im Motorstrom oder in der Schaltungszweigspannung. Aus diesem Grunde kann beispielsweise, wenn ein Drehwinkel auf der Basis einer Wechselstromkomponente im Motorstrom detektiert werden soll, die Erfindung als Drehwinkeldetektor konfiguriert werden. Dieser Drehwinkeldetektor detektiert den Speisestrom (Motorstrom) des Gleichstrommotors, welcher über die Bürsten fließt. Er extrahiert die Wechselstromkomponente, welche in dem detektierten Motorstrom enthalten ist und detektiert einen Drehwinkel auf der Basis der extrahierten Wechselstromkomponente.
Der Gleichstrommotor kann ein kapazitives Element eines vorbestimmten Kapazitätswerts enthalten, welches parallel zu einem Teil einer Phasenwicklung oder zu einer ganzen Phasenwicklung mindestens einer Phase geschaltet ist.
Die obige Konfiguration, bei welcher ein Abschnitt zwischen mindestens einer Gruppe von Kommutatorsegmenten einen Kapazitätswert hat, welcher unterschiedlich von denjenigen der Abschnitte zwischen Kommutatorsegmenten in den anderen Gruppen ist, wird in der oben beschriebenen Weise realisiert. Das bedeutet, die Konfiguration wird durch Schalten eines kapazitiven Elements parallel zu einem Teil einer Phasenwicklung oder einer ganzen Phasenwicklung realisiert.
Das kapazitive Element hat die Eigenschaft, dass es unmöglich ist (oder schwierig ist) einen Gleichstrom durch es zu leiten, dass es aber leicht einen Wechselstrom durchlässt. Das bedeutet, sein Widerstand ist so groß, dass ein Strom, welcher ein Gleichstrom ist, kaum durchfließt (oder mit geringer Wahrscheinlichkeit durchfließt), und dass es gegenüber einem Wechselstrom eine so niedrige Impedanz hat, dass ein Wechselstrom bereitwillig durchgelassen wird.
Aus diesem Grunde fließt der größte Teil der Gleichstromkomponente in dem Motorstrom, der durch die Motorschaltung geleitet wird, in den Ankerwicklungen und fließt nicht zu dem kapazitiven Element oder ein vernachlässigbarer Teil dieses Stroms fließt dorthin. Das bedeutet, das kapazitive Element ist gegenüber dem Gleichstrom in einem Zustand entsprechend einem Fehlen seiner Existenz. Aus diesem Grunde wird das Drehmoment des Gleichstrommotors, welcher von dem Gleichstrom betrieben wird, durch das Vorhandensein des kapazitiven Elements nicht beeinflusst.
Aus diesem Grunde kann eine Veränderung der Impedanz der Motorschaltung in Verbindung mit der Drehung des Gleichstrommotors ohne Fehler durch folgenden einfachen Aufbau vorgenommen werden: ein derartiger einfacher Aufbau besteht darin, dass das kapazitive Element parallel zu einem Teil einer Phasenwicklung oder einer ganzen Phasenwicklung mindestens einer Phase geschaltet wird.
In einem Gleichstrommotor werden kapazitive Elemente unterschiedlichen Kapazitätswerts jeweils mit Phasenwicklungen mindestens zweier Phasen verbunden. Die Drehzustands-Detektierungsmittel detektieren die Drehrichtung des Gleichstrommotors basierend mindestens auf dem Muster der Veränderung der oben erwähnten Wechselstromkomponente.
Wenn kapazitive Elemente unterschiedlichen Kapazitätswerts jeweils parallel mit mindestens zwei Phasenwicklungen, welche Ankerwicklungen enthalten, geschaltet werden, dann findet folgendes statt. Die Impedanz der Motorschaltung verändert sich in mehrfachen Stufen (in mindestens drei Stufen oder mehr Stufen) im Zusammenhang mit der Drehung des Gleichstrommotors. Die Wechselstromkomponente im Motorstrom oder in der Schaltungszweigspannung verändert sich auch schrittweise im Zusammenhang mit dieser schrittweisen Änderung der Impedanz.
Folglich kann ein Rotationsdetektor, welcher mindestens eine Drehrichtung detektieren kann, geschaffen werden, indem dieser so aufgebaut wird, dass die Drehrichtung eines Gleichstrommotors aus dem Muster der schrittweisen Veränderung der Wechselstromkomponente ermittelt wird. Weiter ist es auch möglich, einen Drehwinkel und eine Drehrichtung auf der Basis der Veränderung in der Wechselstromkomponente zu detektieren. Aus diesem Grunde ist es auch möglich, einen Rotationsdetektor hoher Qualität zu schaffen, welcher in der Lage ist, entweder einen Drehwinkel oder eine Drehzahl zusätzlich zu einer Drehrichtung oder beide Größen zu detektieren.
Wenn ein Rotationsdetektor so aufgebaut ist, dass er einen Drehwinkel und eine Drehrichtung detektiert, dann kann das Ergebnis der Drehwinkelerfassung auch auf der Basis des Ergebnisses der Drehrichtungserfassung korrigiert werden. Selbst wenn die Drehrichtung eines Gleichstrommotors sich ändert, kann daher sein Drehwinkel dementsprechend genau detektiert werden.
Ein Gleichstrommotor kann Ankerwicklungen enthalten, welche aus Phasenwicklungen von drei Phasen zusammengesetzt sind.
Es gibt eine breite Vielfalt von Zahlen von Phasen der Ankerwicklungen in einem Gleichstromkommutatormotor und eine Anzahl von Phasen ist in geeigneter Weise entsprechend einem anzutreibenden Objekt gewählt. Für Gleichstrommotoren zum Antrieb von vielerlei anzutreibenden Objekten einschließlich der oben erwähnten Klimaanlage in einem Fahrzeug werden häufig Dreiphasenmotoren verwendet. Der dreiphasige Gleichstrommotor ist im Raumbedarf klein und leichtgewichtig und es besteht an ihm großer Bedarf nicht nur auf dem Gebiet von Fahrzeugkomponenten.
Folglich wird der Rotationsdetektor nach der Erfindung als ein Gerät zum Detektieren des Drehzustands eines solchen dreiphasigen Gleichstrommotors angewendet. Da es nicht notwendig ist, einen Fühler, beispielsweise einen Codierer vorzusehen, ist es in diesem Falle möglich, sich in ausreichendem Maße die Vorteile der kleinen Baugröße und der Leichgewichtigkeit von dreiphasigen Gleichstrommotoren zunutze zu machen und weiter einen Drehzustand genau zu erfassen. Aus diesem Grunde ist dies der effektivere Weg.
Wenn die Anzahl von Phasen der Ankerwicklungen eines Gleichstrommotors, wie oben erwähnt, größer als drei ist, dann ist es ratsam, das kapazitive Element beispielsweise mit einer Phasenwicklung irgendeiner Phase zu verbinden. Im Falle des dreiphasigen Gleichstrommotors bedeutet dies, dass kapazitive Elemente jeweils mit Phasenwicklungen von irgendwelchen zwei Phasen verbunden werden oder kapazitive Elemente jeweils mit den Phasenwicklungen aller drei Phasen verbunden werden. (In diesem Falle ist es jedoch notwendig, mindestens ein kapazitives Element zu verwenden, das in seinem Kapazitätswert von demjenigen der anderen kapazitiven Elemente verschieden ist.) Wenn jedoch mehrfache kapazitive Elemente in der oben beschriebenen Weise verwendet werden, dann verursacht dies eine Vergrößerung von Baugröße, Gewicht und Kosten des Gleichstrommotors. Zusätzlich existiert fortwährend ein Speisungsweg allein des kapazitiven Elements zwischen den Bürsten während der Drehung und die Größe der Änderung der Impedanz, welche sich in Verbindung mit der Drehung ändert, wird auch vermindert.
Gemäß der Erfindung muss ferner ein kapazitives Element oder ein notwendiges minimales kapazitives Element vorgesehen sein. Dies ermöglicht es, die Baugröße, das Gewicht und die Kosten der gesamten Ausrüstung zu reduzieren. Zusätzlich werden die folgenden unterschiedlichen Perioden abhängig vom Drehwinkel erzeugt: eine Periode, während welcher ein Speisungsweg nur eines einzigen kapazitiven Elements zwischen den Bürsten existiert und die Impedanz sehr niedrig ist; und eine Periode, während welcher ein Speisungsweg des nur einen kapazitiven Elements nicht existiert (eine Phasenwicklung ist auf dem Speisungsweg zwischen den Bürsten ohne Fehlerhaftigkeit vorhanden) und die Impedanz ist hoch. Aus diesem Grunde können die Drehzustands-Detektierungsmittel leicht einen Drehzustand auf der Basis der Wechselstromkomponente detektieren. Aus diesem Grunde ist es möglich, einen Drehzustand genauer zu erfassen.
Im Falle eines Rotationsdetektors, welcher mindestens eine Drehrichtung detektieren kann, ist es ratsam, die folgende Maßnahme zu ergreifen: wenn ein Gleichstrommotor Ankerwicklungen enthält, welche beispielsweise aus Phasenwicklungen von drei Phasen bestehen, werden kapazitive Elemente unterschiedlichen Kapazitätswerts jeweils mit den Phasenwicklungen von zwei Phasen verbunden.
Bei dem in dieser Weise aufgebauten Rotationsdetektor kann die Drehrichtung eines dreiphasigen Gleichstrommotors durch Vorsehen von zwei kapazitiven Elementen oder benötigten minimalen Kapazitätselementen detektiert werden. Es ist daher möglich, einem Anwachsen der Baugröße und der Kosten des Gleichstrommotors entgegenzuwirken und die Drehrichtung genau zu erfassen.
Es bestehen vielerlei mögliche Vorgehensweisen bezüglich der Maßnahme, wo und wie das kapazitive Element tatsächlich in einem Gleichstrommotor vorzusehen ist. Wenn ein Ringvaristor, welcher als eine Komponente zum Absorbieren von Anstiegen bekannt ist, vorgesehen ist, kann das kapazitive Element beispielsweise an dem Ringvaristor vorgesehen sein.
Beispielsweise hat ein Gleichstrommotor einen Ringvaristor mit einer Vielzahl von Elektroden, welchre an der Welle des Gleichstrommotors befestigt ist und jedes der Anzahl von Kommutatorsegmenten ist jeweils mit einer Elektrode in dem Ringvaristor verbunden. Das kapazitive Element ist zwischen jeweils zwei Elektroden in dem Ringvaristor befestigt und geschaltet.
Es gibt vielerlei mögliche konkrete Verfahren bezüglich des Aspekts, wie das Kapazitätselement an der Plattenoberfläche des Ringvaristors befestigt werden sollte. Zusätzlich kann z.B. folgende Maßnahme ergriffen werden: ein Ringvaristor mit einem kapazitiven Element, bei welchem ein Ringvaristor und ein kapazitives Element einstückig eingegossen sind, wird als eine Komponente konstruiert und diese Komponente wird verwendet.
Im Falle eines Gleichstrommotors mit einem eingebauten Ringvaristor ist die Anzahl von Mann-Stunden, welche zur Herstellung des Gleichstrommotors erforderlich ist, verminderbar, indem ein kapazitives Element an dem Ringvaristor befestigt wird. Weiter ermöglicht dies eine Reduzierung der Anzahl von Mann-Stunden, die zur Herstellung des gesamten Rotationsdetektors oder Drehmelders erforderlich sind.
Insbesondere kann die elektrische Verbindung zusammen mit der mechanischen Befestigung durchgeführt werden, indem ein kapazitives Element zwischen Elektroden des Ringvaristors, beispielsweise durch Lötung gelegt wird. Dies ermöglicht es, die Anzahl von Mann-Stunden, die zur Verdrahtung zwischen dem kapazitiven Element und den Ankerwicklungen erforderlich sind, weiter zu reduzieren.
Jedwedes Material ist zur Verwendung als kapazitives Element einsetzbar, solang es den vorbestimmten Kapazitätswert ergibt. Wenn ein einen Kondensator bildendes Material als das kapazitive Element verwendet wird, ist es möglich, einen Drehzustand mit einer einfacheren Gerätekonfiguration genau zu detektieren.
Es bestehen vielerlei mögliche Verfahren zum Aufbau der Leistungszuführungsmittel. Gemäß einem Beispiel kann eine Leistungsquelle, welche eine wechselstromüberlagerte Spannung (pulsierender Strom) erzeugt und abgibt, welche durch Überlagerung einer Wechselspannung über einer Gleichspannung erhalten wird, aufgebaut werden.
Die Leistungszuführungsmittel können folgendes enthalten: eine Gleichstrom-Leistungsquelle zur Zuführung einer Gleichspannung zu einem Gleichstrommotor; und Wechselspannungs-Zuführungsmittel zur Lieferung einer Wechselspannung an den Gleichstrommotor. Die Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle und die Wechselspannung von den Wechselspannungs-Zuführungsmitteln werden an den Gleichstrommotor gelegt. Hierdurch kann an den Gleichstrommotor die wechselstromüberlagerte Spannung angelegt werden.
Es sei eine mehr ins Einzelne gehende Beschreibung vorgenommen. Die Gleichstrom-Leistungsquelle und die Wechselspannungs-Zuführungsmittel sind getrennt vorgesehen und die Gleichspannung und die Wechselspannung werden jeweils von diesen Quellen zugeführt. Demzufolge wird eine wechselstromüberlagerte Spannung, welche durch Überlagerung der Wechselspannung über der Gleichspannung erhalten wird, zugeführt. Sowohl die Gleichstrom-Leistungsquelle als auch die Wechselspannungs-Zuführungsmittel können leicht zu niedrigeren Kosten durch jeweils gesonderte Darstellung derselben in der oben beschriebenen Weise konfiguriert werden.
Die Leistungszuführungsmittel können folgendes enthalten: eine Gleichstrom-Leistungsquelle zur Zuführung der Gleichspannung zu dem Gleichstrommotor; Gleichstrom-Unterbrechermittel zum Unterbrechen der Zuführung von Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle zu dem Gleichstrommotor; und Wechselspannungs-Zuführungsmittel zur Zuführung einer Wechselspannung zu dem Gleichstrommotor. Weiter kann der Rotationsdetektor Gleichstromunterbrecher-Steuermittel zur Steuerung der Gleichstrom-Unterbrechermittel aufweisen. Diese Gleichstromunterbrecher-Steuermittel arbeiten folgendermaßen: wenn sich der Gleichstrommotor dreht, liefern sie Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle zu dem Gleichstrommotor, so dass eine wechselstromüberlagerte Spannung zu dem Gleichstrommotor geliefert wird. Und wenn der Gleichstrommotor abgebremst wird, unterbrechen sie die Zuführung von Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle.
Die Gleichstromunterbrecher-Steuermittel steuern die Gleichstrom-Unterbrechermittel. Wenn somit der Gleichstrommotor abgebremst wird, geschieht das Abbremsen durch Zuführung der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle, welche unterbrochen wird. Aus diesem Grunde kann die Zuführung von Wechselspannung durch die Wechselspannungs-Zuführungsmittel kontinuierlich durchgeführt werden, selbst wenn eine Abbremsung erfolgt. Dies ermöglicht es, einen Drehzustand nicht nur bei stetiger Drehung sondern auch während einer Periode vom Beginn einer Abbremsung zu einer vollständigen Stillsetzung des Gleichstrommotors zuverlässig zu detektieren. Die Leistungszuführungsmittel können folgendes enthalten: eine Gleichstrom-Leistungsquelle, welche eine Gleichspannung abgibt; eine Motortreiberschaltung, welche mit der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle gespeist wird und diese Gleichspannung an einen Gleichstrommotor liefert und dadurch den Gleichstrommotor antreibt; Gleichstrom-Unterbrechermittel zum Unterbrechen der Abgabe der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle; und Wechselspannungs-Zuführungsmittel zum Zuführen einer Wechselspannung zu dem Gleichstrommotor. Weiter kann der Rotationsdetektor oder Drehmelder Gleichstromunterbrecher-Steuermittel zur Steuerung der Gleichstrom-Unterbrechermittel enthalten. Diese Gleichstromunterbrecher-Steuermittel arbeiten folgendermaßen: wenn sich ein Gleichstrommotor ständig dreht, dann geben sie Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle in die Motortreiberschaltung ein, so dass eine wechselstromüberlagerte Spannung an den Gleichstrommotor gelegt werden kann; und wenn der Gleichstrommotor abgebremst wird, unterbrechen sie die Eingabe der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle zu der Motortreiberschaltung.
Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle wird an den Gleichstrommotor über die Motortreiberschaltung geliefert. Die Zuführung der Wechselspannung durch die Wechselspannungs-Zuführungsmittel kann über die Motortreiberschaltung ausgeführt werden; die Wechselspannung kann aber auch zu dem Gleichstrommotor ohne Zwischenschaltung der Motortreiberschaltung geliefert werden, d.h., unabhängig von dem Betriebszustand der Motortreiberschaltung.
Zu der Zeit der Abbremsung wird die Eingabe der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle zu dem Motor unterbrochen und die Zuführung der Gleichspannung von der Motortreiberschaltung zu dem Gleichstrommotor wird unterbrochen. Hierdurch wird die Abbremsung durchgeführt. Aus diesem Grunde kann die Zuführung der Wechselspannung durch die Wechselspannungs-Zuführungsmittel kontinuierlich selbst zur Zeit der Abbremsung durchgeführt werden.
Aus diesem Grunde kann ein Drehzustand zuverlässig nicht nur bei kontinuierlicher Drehung, sondern auch während einer Periode vom Beginn der Abbremsung bis zur vollständigen Stillsetzung des Gleichstrommotors zuverlässig detektiert werden.
Es bestehen vielerlei mögliche konkrete Verfahren zum Aufbau der Gleichstrom-Unterbrechermittel. Beispielsweise können die Gleichstrom-Unterbrechermittel ein Halbleiterschaltelement enthalten.
Die Leistungszuführungsmittel können folgendes enthalten: eine Gleichstrom-Leistungsquelle, welche eine Gleichspannung abgibt; eine Motortreiberschaltung, die mit der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle beaufschlagt wird und diese Gleichspannung an einen Gleichstrommotor liefert und hierdurch den Gleichstrommotor antreibt; und Wechselspannungszuführungsmittel zur Lieferung einer Wechselspannung an den Gleichstrommotor. Weiter kann der Rotationsdetektor oder Drehmelder eine Motortreiberschaltungs-Steuereinrichtung zur Steuerung der Motortreiberschaltung enthalten. Wenn der Gleichstrommotor abgebremst wird, dann schalten die Motortreiberschaltungs-Steuermittel abwechselnd die Polarität der Gleichspannung, welche zu dem Gleichstrommotor geführt wird, mit einer vorbestimmten Frequenz um.
Bei dem so aufgebauten Rotationsdetektor geschieht die Zuführung der Gleichspannung fortdauernd, auch wenn der Gleichstrommotor abgebremst wird. Das bedeutet, selbst zu der Zeit der Abbremsung wird die wechselstromüberlagerte Spannung, welche durch Überlagerung der Wechselspannung über der Gleichspannung erhalten wird, zu dem Gleichstrommotor geführt. Wenn aber die wechselstromüberlagerte Spannung kontinuierlich wie bei der stetigen Drehung zugeführt wird, dann wird natürlich keine Bremsung ausgeführt.
Folglich bremst die Motortreiberschaltungs-Steuereinrichtung den Gleichstrommotor durch abwechselndes Umschalten der Polarität der zu dem Gleichstrommotor über die Motortreiberschaltung geführten Gleichspannung mit vorbestimmter Frequenz ab. Das Umschalten der Polarität der zu dem Gleichstrommotor geführten Gleichspannung ist gleichbedeutend mit einem Versuch einer abwechselnden Änderung der Drehrichtung des Gleichstrommotors.
Der Durchschnittswert der Gleichspannung, welche an den Gleichstrommotor gelegt wird, kann durch geeignete Einstellung des folgenden Verhältnisses so weit herabgesetzt werden, dass die Drehung des Gleichstrommotors abstoppt: es handelt sich um ein Verhältnis einer Zeit, für die eine Polarität innerhalb eines Schaltzyklus beim abwechselnden Umschalten der Polarität erzeugt wird, zu einer Zeit, für welche die andere Polarität erzeugt wird. (Die eine Polarität bezieht sich auf die Polarität der Gleichstromleistung, welche an den Gleichstrommotor zu legen ist, um den Gleichstrommotor in einer Richtung zu drehen.) (Die andere Polarität bezieht sich auf die Polarität der Gleichstromleistung, welche an den Gleichstrommotor zu legen ist, um den Gleichstrommotor in die andere Richtung zu drehen.) (Dieses Verhältnis wird nachfolgend auch als „Schaltzeitverhältnis“ bezeichnet.)
Es ist somit möglich, folgendes nicht nur bei stetiger Drehung, sonder auch während einer Zeit vom Beginn der Abbremsung bis zur vollständigen Stillsetzung des Gleichstrommotors zu verwirklichen: es ist möglich, die Zuführung der wechselstromüberlagerten Spannung fortzusetzen (d.h., ohne die Notwendigkeit einer Unterbrechung der Zuführung der Gleichspannung) und einen Drehzustand zuverlässig zu detektieren.
Das Schaltzeitverhältnis, welches verwendet wird, wenn die Polarität der angelegten Gleichspannung beim Bremsen umgeschaltet wird, kann in geeigneter Weise so lange eingestellt werden, dass der Gleichstrommotor abgebremst und schließlich stillgesetzt werden kann. Wenn beispielsweise das Schaltzeitverhältnis auf 50% (1:1) eingestellt ist, dann kann der Mittelwert der Gleichspannung, welche zu dem Gleichstrommotor geführt wird, zu Null gemacht werden. Aus diesem Grunde kann der sich drehende Gleichstrommotor rascher stillgesetzt werden.
Die Frequenz, mit welcher die Motortreiberschaltungs-Steuermittel abwechselnd die Polarität der angelegten Gleichspannung umschalten, kann in geeigneter Weise eingestellt werden. Es ist jedoch ratsam, diese Frequenz auf einen Wert einzustellen, der verschieden von der Frequenz der Wechselspannung ist, welche von den Wechselspannungs-Zuführungsmitteln zugeführt wird.
Dies ermöglicht es, eine unerwünschte Wechselstromkomponente zu entfernen, beispielsweise gegebenenfalls eine Störungskomponente, welche durch das obige Umschalten verursacht wird und welche in dem Motorstrom oder in der Schaltungszweigspannung enthalten ist, welche durch die Einspeisungs-Detektierungsmittel detektiert wird. Die unerwünschte Wechselstromkomponente kann zusammen mit der Komponente der Wechselspannung von den Wechselspannungs-Zuführungsmitteln auftreten. Die unerwünschte Wechselstromkomponente kann beispielsweise unter Verwendung eines Filters oder irgendwelcher anderer entsprechender Mittel beseitigt werden. Aus diesem Grunde kann ein Drehzustand oder ein Rotationszustand genau detektiert werden. Wenn die obige Frequenz, mit welcher die Polarität abwechselnd umgeschaltet wird, auf einen Wert eingestellt wird, der von der Frequenz der Wechselspannung von dem Wechselspannungszuführungsmitteln verschieden ist, ist es ratsam, die folgende Maßnahme zu ergreifen: die Frequenz wird auf einen Wert eingestellt, welcher niedriger als die Frequenz der Wechselspannung von dem Wechselspannungs-Zuführungsmitteln ist.
Dies ermöglicht es, in einfacher Weise die Komponente der Wechselspannung von den Wechselspannungs-Zuführungsmitteln von der Wechselstromkomponente zu trennen, welche in dem Motorstrom oder in der Schaltungszweigspannung entsprechend der Detektierung durch die Speisungsdetektierungsmittel enthalten ist, unter Verwendung beispielsweise eines Hochpassfilters.
Die Leistungszuführungsmittel können folgendes enthalten: eine Gleichstromleistungsquelle, welche eine Gleichspannung abgibt; eine Motortreiberschaltung, welche mit der Gleichspannung von der Gleichstromleistungsquelle beaufschlagt wird, diese Gleichspannung zu einem Gleichstrommotor liefert, um diesen anzutreiben, und mindestens ein Bürstenpaar kurzschließen kann; und Wechselspannungs-Führungsmittel zur Lieferung einer Wechselspannung an den Gleichstrommotor. Weiter kann der Rotationsdetektor Motortreiberschaltungs-Steuermittel zur Steuerung der Motortreiberschaltung enthalten. Diese Motortreiberschaltungs-Steuermittel arbeiten folgendermaßen: wenn ein Gleichstrommotor sich ständig dreht, liefern sie Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle an den Gleichstrommotor und liefern hierdurch eine wechselstromüberlagerte Spannung an den Gleichstrommotor; und wenn der Gleichstrommotor abgebremst wird, führen sie eine Kurzschlussbremsung aus, bei welcher mindestens ein Bürstenpaar kurzgeschlossen wird, um eine Bremsung zu erreichen.
Die Wechselspannungs-Zuführungsmittel und die Speisungs-Detektierungsmittel sind in einem gemeinsamen Strompfad angeordnet. Der gemeinsame Strompfad ist ein Speisungs-Schaltungspfad, über welchen Motorstrom sowohl bei ständiger Drehung als auch bei der Kurzschlussbremsung über die Speisungs-Schaltungswege von der Gleichstrom-Leistungsquelle zu dem Gleichstrommotor fließt.
Die Wechselspannungs-Zuführungsmittel sind auf einem gemeinsamen Strompfad vorgesehen, über welchen Motorstrom sowohl bei konstanter Drehung als auch bei der Kurzschlussabbremsung fließt. (Das bedeutet, die Wechselspannung von den Wechselspannungs-Zuführungsmitteln wird an dem gemeinsamen Strompfad angelegt.) Gleichzeitig liegen auch die Speisungs-Detektierungsmittel auf demselben gemeinsamen Strompfad und der Motorstrom oder die Schaltungszweigspannung auf diesem gemeinsamen Strompfad wird detektiert. Aus diesem Grunde ist es, selbst in der Konfiguration, in welcher der Gleichstrommotor durch eine Kurzschlussbremsung abgebremst wird, möglich, zuverlässig einen Drehungszustand sowohl bei stetiger Drehung als auch beim Abbremsen zu detektieren.
Die Wechselspannungs-Zuführungsmittel können auf einem ersten gemeinsamen Strompfad vorgesehen sein, welcher sich von einer Bürste der beiden Bürsten, welche das obige Bürstenpaar des Gleichstrommotors bilden, zu der Motortreiberschaltung über die gemeinsamen Strompfade erstreckt. Weiter können die Speisungs-Detektierungsmittel auf einem zweiten gemeinsamen Strompfad vorgesehen sein, welcher sich von der anderen Bürste der beiden Bürsten, welche das obige Bürstenpaar des Gleichstrommotors bilden, zu der Motortreiberschaltung über die gemeinsamen Strompfade erstreckt.
Wenn die Wechselspannungs-Zuführungsmittel und die Speisungs-Detektierungsmittel beispielsweise benachbart vorgesehen sind, dann kann die Wechselspannung von dem Wechselspannungs-Zuführungsmitteln unmittelbar durch die Speisungs-Detektierungsmittel detektiert werden. Dies hat zur Folge, dass eine Änderung der Wechselstromkomponente aufgrund der Veränderung in der Impedanz der Motorschaltung nicht mehr detektiert werden kann. Wenn die beiden Teile benachbart angeordnet sind, so ist es, um diesen Nachteil zu vermeiden, erforderlich, ein Impedanzelement, beispielsweise einen Widerstand, dazwischenzuschalten.
Wenn die Wechselspannungs-Zuführungsmittel und die Speisungs-Detektierungsmittel getrennt vorgesehen sind, wobei sich der Gleichstrommotor dazwischen befindet, dann kann demgegenüber folgendes festgestellt werden: es ist unnötig, eine Impedanz zwischen die genannten Teile auf einem gemeinsamen Strompfad zwischenzuschalten und eine Zunahme der Kompliziertheit der Vorrichtung kann verhindert werden.
In der obigen Erläuterung sind die Wechselspannungs-Zuführungsmittel in einem gemeinsamen Strompfad, nämlich dem ersten gemeinsamen Strompfad, angeordnet, und die Speisungs-Detektierungsmittel sind in dem anderen gemeinsamen Strompfad, nämlich dem zweiten gemeinsamen Strompfad angeordnet. Es können aber beispielsweise die Wechselspannungs-Zuführungsmittel und die Speisungs-Detektierungsmittel jeweils an einem Ende des Gleichstrommotors auf einem gemeinsamen Strompfad angeordnet sein (d.h. sowohl an dem ersten gemeinsamen Strompfad als auch an dem zweiten gemeinsamen Strompfad). In diesem Falle steuern Wechselstromzuführungs-Steuermittel beide Wechselspannungs-Zuführungsmittel, welche in den jeweiligen gemeinsamen Strompfaden vorgesehen sind, um die Wechselspannung zu dem Gleichstrommotor zu führen. Die Drehzustands-Detektierungsmittel detektieren einen Drehzustand auf der Basis des Ergebnisses der Detektierung durch die einen oder die anderen oder beide Speisungs-Detektierungsmittel, welche in den jeweiligen Strompfaden vorgesehen sind.
Es kann in geeigneter Weise festgestellt werden, welche der Wechselspannungs-Zuführungsmittel, welche in dem ersten gemeinsamen Strompfad und dem zweiten gemeinsamen Strompfad vorgesehen sind, verwendet werden sollen, um die Wechselspannung zu liefern. Es kann aber auch in geeigneter Weise das Detektierungsergebnis bestimmt werden, auf welches die Speisungs-Detektierungsmittel basieren sollen, um einen Drehzustand zu erfassen.
Wenn ein Gleichstrommotor sich in dem Zustand der oben genannten stetigen Drehung befindet, dann können die Wechselstromzuführungs-Steuermittel die folgende Verarbeitung durchführen: Sie können die Wechselspannungs-Zuführungsmittel im gemeinsamen Strompfad, der unter den gemeinsamen Strompfaden an den positiven Pol der Gleichstrom-Leistungsquelle angeschlossen ist, dazu veranlassen, die Wechselspannung zu liefern. Die Drehzustand-Detektierungsmittel können einen Drehzustand auf der Basis des Ergebnisses der Erfassung durch die Speisungs-Detektierungsmittel detektieren, welche im gemeinsamen Strompfad unter den gemeinsamen Strompfaden angeschlossen ist, welcher mit dem negativen Pol der Gleichstrom-Leistungsquelle verbunden ist. Wenn weiter der Gleichstrommotor einer Kurzschlussbremsung unterzogen wird, dann können die Wechselstromzufuhrungs-Steuermittel die anderen Wechselspannungs-Zuführungsmittel, welche von denjenigen zu der Zeit der stetigen Drehung verschieden sind, dazu veranlassen, die Wechselspannung zuzuführen. Die Drehzustands-Detektierungsmittel können auch einen Drehzustand auf der Basis des Ergebnisses der Detektierung durch die anderen Speisungs-Detektierungsmittel erfassen, welche verschieden von denjenigen zu der Zeit der stetigen Drehung sind.
Eine mehr ins Einzelne gehende Beschreibung folgt. Im Zustand der stetigen Drehung wird Wechselspannung an die Seite hohen Potentials des Gleichstrommotors geliefert (die Seite des positiven Pols der Gleichstrom-Leistungsquelle); und es wird ein Drehzustand unter Verwendung des Ergebnisses der Erfassung der Speisungs-Detektierungsmittel detektiert, welche an der Seite niedrigen Potentials des Gleichstrommotors (die Seite des negativen Pols der Gleichstrom-Leistungsquelle) vorgesehen sind. Bei der Kurzschlussbremsung werden unterdessen die Wechselspannungs-Zuführungsmittel und die Speisungs-Detektierungsmittel auf der Seite verwendet, welche verschieden von der Seite bei der stetigen Drehung ist.
Bei der Kurzschlussbremsung wird durch die elektromotorische Gegenkraft des Gleichstrommotors die Richtung des Stroms, welcher durch den Gleichstrommotor geleitet wird, gegenüber der Richtung bei stetiger Drehung umgekehrt. Bei der Kurzschlussbremsung werden aus diesem Grunde die Wechselspannungs-Zuführungsmittel und die Speisungs-Detektierungsmittel auf der Seite verwendet, welche verschieden von der Seite bei ständiger Drehung ist. Demzufolge wird sowohl bei der stetigen Drehung als auch bei der Kurzschlussbremsung Wechselspannung zur Seite hohen Potentials des Gleichstrommotors geführt. Zum Detektieren eines Drehzustands wird das Ergebnis der Detektierung durch die Speisungs-Detektierungsmittel verwendet, welche auf der Seite niedrigen Potentials des Gleichstrommotors vorgesehen sind.
Wie oben erwähnt, wird sowohl bei der steigen Drehung als auch bei der Kurzschlussbremsung Wechselspannung von der Seite hohen Potentials des Gleichstrommotors zugeführt. Aus diesem Grunde kann folgendes im Vergleich zu Fällen ausgeführt werden, in welchen die Wechselspannung von der Seite niedrigen Potentials des Wechselstrommotors geführt wird: Es ist möglich, in zuverlässiger Weise eine Änderung in der Wechselstromkomponente aufgrund von Veränderungen der Impedanz der Motorschaltung in Verbindung mit der Drehung zu erzeugen und weiter die Genauigkeit der Drehzustandsdetektierung zu erhöhen.
Es kann eine von obigem verschieden Maßnahme ergriffen werden. Wenn sich ein Gleichstrommotor im Zustand stetiger Drehung befindet, dann veranlassen die Wechselstromzuführungs-Steuermittel die Wechselspannungs-Zuführungsmittel, welche in dem gemeinsamen Strompfad liegen, welcher unter den gemeinsamen Strompfaden an den positiven Pol der Gleichstrom-Leistungsquelle angeschlossen ist, dazu, Wechselspannung zu liefern. Die Drehzustands-Detektierungsmittel detektieren einen Drehzustand auf der Basis eines Ergebnisses der Detektierung durch die Speisungs-Detektierungsmittel, welche unter den gemeinsamen Strompfaden an den gemeinsamen Strompfad angeschlossen sind, welcher an den negativen Pol der Gleichstrom-Leistungsquelle gelegt ist. Auch wenn ein Gleichstrommotor einer Kurzschlussbremsung unterzogen wird, dann veranlassen die Wechselstromzuführungs-Steuermittel dieselben Wechselspannungs-Zuführungsmittel zur Wechselspannungslieferung wie in dem Zustand stetiger Drehung. Die Drehzustands-Detektierungsmittel detektieren auch einen Drehzustand auf der Basis des Ergebnisses der Detektierung derselben Speisungs-Detektierungsmittel, wie im Zustand stetiger Drehung.
Das bedeutet, die Wechselspannung wird durch dieselben Wechselspannungs-Zuführungsmittel sowohl für die ständige Drehung als auch für die Kurzschlussbremsung zugeführt. Ein Drehzustand wird auf der Basis des Ergebnisses der Detektierung durch dieselben Speisungs-Detektierungsmittel sowohl für den Zustand stetiger Drehung als auch für die Kurzschlussbremsung detektiert. Bei der Kurzschlussbremsung wird aus diesem Grunde die Wechselspannung zu der Seite niedrigen Potentials des Gleichstrommotors geführt. Da es jedoch unnötig ist, die im Zustand stetiger Drehung und dem Kurzschlussbremsungsfall verwendeten Wechselspannungs-Zuführungsmittel und Speisungs-Detektierungsmittel zu wechseln, ergibt sich eine Vereinfachung der Konfiguration der Vorrichtung.
Die Motortreiberschaltung ist aus einer H-Brückenschaltung mit einer Anzahl von Schaltelementen gebildet und es können MOSFET's als die Schaltelemente verwendet werden, welche diese H-Brückenschaltung bilden. Wenn ein Gleichstrommotor durch Kurzschlussbremsung gebremst wird, dann kann Folgendes durch Verwendung von MOSFET's als Schaltelemente, welche die H-Brückenschaltung bilden, dargestellt werden, selbst bei der Kurzschlussbremsung kann ein Drehzustand zuverlässig detektiert werden, bis der Gleichstrommotor vollständig zum Stillstand kommt.
Um obiges Ziel zu erreichen, geht man von folgendem Gleichstrommotor aus: ein Gleichstrommotor, welche Ankerwicklungen aufweist, welche Phasenwicklungen von mindestens drei Phasen enthalten, ferner einen Kommutator mit einer Anzahl von Kommutatorsegmenten, an welche die Ankerwicklungen angeschlossen sind, und mindestens ein Paar von Bürsten zur Zuführung von Strom zu jeder Phasenwicklung über den Kommutator. Von den Kommutatorsegmenten werden beliebige zwei Kommutatorsegmente als eine Gruppe herausgegriffen, und allein mindestens der Abschnitt zwischen der Gruppe von Kommutatorsegmenten hat einen Kapazitätswert, welcher unterschiedlich von denjenigen der Abschnitte zwischen Kommutatorsegmenten der anderen Gruppen ist.
Der Drehzustand dieses Gleichstrommotors kann unter Verwendung des obigen Rotationsdetektors, auch als Drehungserfassungsvorrichtung zu bezeichnen, detektiert werden.
Der Gleichstrommotor kann ein kapazitives Element eines vorbestimmten Kapazitätswerts enthalten, welches parallel zu einem Teil oder der Gesamtheit einer Phasenwicklung mindestens einer Phase geschaltet ist.
Zusätzliche Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen. In diesen zeigen:

1 ein Blockschaltbild eines Drehwinkeldetektors in einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2A ein Diagramm, welches die Wellenform einer wechselstromüberlagerten Spannung darstellt, welche von einer Leistungszuführungseinheit abgegeben wird;
2B ein Blockschaltbild einer Leistungszuführungseinheit;
3 ein Blockschaltbild, welches den Aufbau einer Drehsignaldetektierungseinheit verdeutlicht;
4A eine Gruppe von Schaltbildern, welche den Zustandsübergang in Verbindung mit der Drehung eines Motors darstellen;
4B ein Diagramm, welches eine Impedanzcharakteristik eines Motors zeigt;
5 eine Wellenformaufzeichnung eines Motorstroms, welcher fließt, während sich der Motor gemäß der ersten Ausführungsform dreht;
6 eine Wellenformaufzeichnung des Motorstroms, welcher beobachtet wird, wenn ein Motor gemäß der ersten Ausführungsform stillgesetzt wird;
7A eine Wellenaufzeichnung des Motorstroms, welche erzeugt wird, wenn ein Motor gemäß der ersten Ausführungsform stillgesetzt wird;
7B eine Wellenformaufzeichnung eines Drehungsimpulses Sp, welche erzeugt wird, wenn der Motor gemäß der ersten Ausführungsform stillgesetzt wird;
8 ein Blockschaltbild eines Rotationsdetektors oder einer Drehungserfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
9 ein Flussdiagramm, welches den Motortreiberschaltungs-Steuerungsvorgang bei der zweiten Ausführungsform verdeutlicht;
10 ein Blockschaltbild eines Rotationsdetektors oder einer Drehungserfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungform;
11 ein Flussdiagramm, welches den Motorantriebssteuerungsvorgang bei der dritten Ausführungsform verdeutlicht;
12A eine Wellenformaufzeichnung, welcher erhalten wird, wenn eine Pulsweitenmodulationsbremsung oder PWM-Bremsung in einer vierten Ausführungsform durchgeführt wird;
12B eine Wellenformaufzeichnung, welche erhalten wird, wenn die PWM-Bremsung bei der vierten Ausführungsform durchgeführt wird;
12C eine Wellenformaufzeichnung, welche erhalten wird, wenn die PWM-Bremsung bei der vierten Ausführungsform durchgeführt wird;
12D eine Wellenformaufzeichnung, welche erhalten wird, wenn die PWM-Bremsung bei der vierten Ausführungsform ausgeführt wird;
12E eine Wellenformaufzeichnung, welche erhalten wird, wenn die PWM-Aufzeichnung bei der vierten Ausführungsform durchgeführt wird;
13 ein Flussdiagramm, welches den Motorantriebssteuerungsvorgang bei der vierten Ausführungsform verdeutlicht;
14 ein Blockschaltbild eines Rotationsdetektors oder einer Drehungserfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
15A eine Wellenformaufzeichnung, welche erhalten wird, wenn eine Kurzschlussbremsung bei der fünften Ausführungsform durchgeführt wird;
15B eine Wellenformaufzeichnung, welche erhalten wird, wenn eine Kurzschlussbremsung bei der fünften Ausführungsform durchgeführt wird;
15C eine Wellenformaufzeichnung, welche erhalten wird, wenn eine Kurzschlussbremsung bei der fünften Ausführungsform durchgeführt wird;
15D eine Wellenformaufzeichnung, welche erhalten wird, wenn eine Kurzschlussbremsung bei der fünften Ausführungsform durchgeführt wird;
16 ein Flussdiagramm, welches den Rotorantriebssteuerungsvorgang bei der fünften Ausführungsform verdeutlicht;
17 ein Blockschaltbild eines Rotationsdetektors oder einer Drehungserfassungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform;
18 ein Flussdiagramm, welches den Rotorantriebssteuerungsvorgang bei der sechsten Ausführungsform verdeutlicht;
19A ein Schaltbild, welches eine äquivalente Schaltung einer Wechselstromschaltung zeigt, wie sie sich bei der normalen Drehung in einem Rotationsdetektor gemäß der fünften Ausführungsform ergibt;
19B ein Schaltbild, welches eine äquivalente Schaltung einer Wechselstromschaltung zeigt, wie sie sich bei umgekehrter Drehung in einem Rotationsdetektor gemäß der fünften Ausführungsform ergibt;
19C ein Schaltbild, welches eine äquivalente Schaltung einer Wechselstromschaltung zeigt, wie sie sich bei Kurzschlussbremsung in einem Rotationsdetektor gemäß der fünften Ausführungsform ergibt;
20 ein Flussdiagramm, welches den Motorantriebssteuerungsvorgang bei einer siebten Ausführungsform verdeutlicht;
21 eine schematisierte Schnittansicht eines Motors in einer achten Ausführungsform;
22 eine Wellenformaufzeichnung, welche ein Beispiel einer Motorstromwellenform zeigt, wie sie beobachtet wird, wenn ein Motor in der achten Ausführungsform stillgesetzt wird;
23A ein Blockschaltbild einer Signalverarbeitungseinheit und einer Steuereinheit in der achten Ausführungsform;
23B eine Wellenformaufzeichnung, welche Rotationsimpulse darstellt, welche von einer Signalverarbeitungseinheit in der achten Ausführungsform abgegeben werden;
24 eine Seitenansicht eines Motors gemäß einer neunten Ausführungsform;
25A eine schematische Aufsicht, welche einen Ringvaristor in einem Motor gemäß der neunten Ausführungsform zeigt;
25B eine schematische Aufsicht, welche darstellt, wie ein Kondensator an dem Ringvaristor in dem Motor nach der neunten Ausführungsform installiert wird;
26 eine schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform;
27 eine schematische Schnittansicht wiederum einer anderen Ausführungsform;
28 eine schematische Schnittansicht einer nochmals anderen Ausführungsform;
29 ein Blockschaltbild, welches ein anderes Beispiel des Aufbaus einer Überlagerungseinheit und einer Detektierungseinheit darstellt;
30A eine Wellenformaufzeichnung, welche ein anderes Beispiel einer Wechselstrom-Wellenform zeigt;
30B eine Wellenformaufzeichnung, welche wiederum ein anderes Beispiel einer Wechselstromwellenform zeigt;
30C eine Wellenformaufzeichnung, welche abermals ein anderes Beispiel einer Wechselstromwellenform darstellt;
31 eine Abwicklung, welches die Wicklung einer anderen Ausführungsform darstellt,
32A eine Aufsicht einer anderen Ausführungsform;
32B eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform;
33 eine Aufsicht, welche einen Ringvaristor in einem Motor gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt;
34 eine Abwicklungs-Schnittansicht, welche einem zylindrischen Schnitt längs einer Linie SS34 von 33 entspricht;
35 eine schematische Aufsicht, welche einen Ringvaristor in einem Motor gemäß wieder einer anderen Ausführungsform zeigt;
36A eine schematische Aufsicht, welche einen Ringvaristor in einem Motor gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt; und
36B eine schematische Aufsicht, welche einen Ringvaristor in einem Motor gemäß abermals einer anderen Ausführungsform zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben.
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Drehwinkeldetektors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist der Drehwinkeldetektor 1 bei dieser Ausführungsform eine Vorrichtung zur Erfassung des Drehwinkels eines Motors 2. Der Drehwinkeldetektor 1 enthält eine Leistungszuführungseinheit 5, welche eine wechselstromüberlagerte Spannung abgibt, welche durch Überlagerung einer Wechselspannung vorbestimmter Frequenz über einer Gleichspannung erhalten wird, um den Motor 2 zur Erzeugung eines Drehmoments zu veranlassen und den Motor 2 in Umdrehung zu versetzen. Zusätzlich enthält der Drehwinkeldetektor 1 Folgendes: eine Drehsignal-Detektierungseinheit 6, welche einen Drehungsimpuls Sp als ein Signal entsprechend dem Drehwinkel des Motors 2 auf der Basis des Motorstroms erzeugt und abgibt, welcher durch den Motor 2 fließt, und eine Drehwinkeldetektierungseinheit 7, welche den Drehwinkel des Motors 2 auf der Basis des Drehungsimpulses Sp detektiert, welcher von der Drehungssignal-Detektierungseinheit 6 abgegeben wird.
Der Drehwinkeldetektor 1 gemäß dieser Ausführungsform dient zur Erfassung des Drehwinkels eines Motors beispielsweise zum Antrieb jeweils einer zuvor erwähnten Drossel in einer Fahrzeugklimaanlage. Die Anwendung auf eine Fahrzeugklimaanlage ist nur ein Beispiel für Ausführungsformen der Erfindung.
Die wechselstromüberlagerte Spannung, welche von der Leistungszuführungseinrichtung 5 abgegeben und dem Motor 2 zugeführt wird, ist eine gemischte Gleich- und Wechselspannung. Diese Spannung wird durch Überlagerung einer Wechselspannung mit einer Amplitude Vs und einer Frequenz füber einer Gleichspannung Vb erhalten, wie in 2A gezeigt ist. Diese Art der Wellenform wird auch als pulsierender Strom bezeichnet. Aus diesem Grunde ist, wenn diese wechselstromüberlagerte Spannung an den Motor 2 gelegt wird, der durch den Motor 2 geleitete Motorstrom auch ein Strom, in welchem ein Wechselstrom einem Gleichstrom überlagert ist. In den Zeichnungen bezeichnet „V“ einen Spannungswert, „I“ bezeichnet einen Stromwert, „T“ bezeichnet eine Zeit, „f“ bezeichnet eine Frequenz, und „Z“ bezeichnet einen Impedanzwert.
Der innere Aufbau der Leistungszuführungseinheit 5 ist in 2B dargestellt. Er enthält: eine Gleichstrom-Leistungsquelle 3, welche eine Gleichspannung zum Antrieb des Motors 2 erzeugt und abgibt; eine Wechselstrom-Leistungsquelle 4, welche eine Wechselspannung einer hohen vorbestimmten Frequenz zum Detektieren des Drehwinkels des Motors 2 erzeugt und abgibt; und einen Kopplungskondensator C10 zur Überlagerung der von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 abgegebenen Wechselspannung über die Gleichspannung, welche von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 abgegeben wird, und zur Zuführung dieser Spannungen zu dem Motor 2.
Bei dieser Konfiguration wird zu dem Motor 2 nicht nur die von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 abgegebene Gleichspannung geführt. Die Wechselspannung, welche von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 abgegeben wird, wird der von der Gleichstrom-Leisungsquelle 3 abgegebenen Gleichspannung überlagert und die resultierende Spannung wird auch zugeführt. Aus diesem Grunde fließt durch den Motor 2 ein Strom, welcher durch Überlagerung eines Wechselstroms, welcher aus der von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 abgegebenen Wechselspannung resultiert, und eines Gleichstroms erhalten wird, welcher aus der von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 abgegebenen Gleichspannung resultiert. Man kann also auch sagen, dass die Gleichstrom-Leistungsquelle 3 Gleichstrom erzeugt und damit den Motor 2 beaufschlagt und dass die Wechselstrom-Leistungsquelle 4 Wechselstrom erzeugt und damit den Motor 2 speist.
Die Leistungszuführungseinheit 5 kann so aufgebaut sein, dass sie nur eine Wechselspannung von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 abgibt, ohne dass sie Gleichstrom von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 abgibt.
Der Motor 2 ist ein mit Bürsten versehener, dreiphasiger Gleichstrommotor mit einem Paar von Bürsten 16, 17, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und Phasenwicklungen von drei Phasen als Ankerwicklungen. Der Motor enthält einen Kommutator 10, welcher aus drei Kommutatorsegmenten 11, 12, 13 besteht, welche in Kontakt mit den Bürsten 16, 17 gebracht werden. Beispielsweise sind die Bürsten 16, 17 um 180° (Grad) in Drehrichtung auseinander gelegen. Jede der drei Phasenwicklungen L1, L2, L3, welche die Ankerwicklungen bilden, sind im Dreieck geschaltet, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Die Ankerwicklungen in der Zeichnung sind eine Dreiphasenwicklung, welche auch als Mehrphasenwicklung bezeichnet wird.
Das bedeutet, eine erste Phasenwicklung L1 ist zwischen ein drittes Kommutatorsegment 13 und ein erstes Kommutatorsegment 11 gelegt; eine zweite Phasenwicklung L2 ist zwischen das erste Kommutatorsegment 11 und das zweite Kommutatorsegment 12 gelegt; und eine dritte Phasenwicklung L3 ist zwischen das zweite Kommutatorsegment 12 und das dritte Kommutatorsegment 13 gelegt. Ein Anker ist aus den Ankerwicklungen, welche von den drei Phasenwicklungen L1, L2, L3 gebildet sind, und dem Kommutator 10 aufgebaut. Die Phasenwicklungen L1, L2, L3 sind bezüglich ihres Induktanzwerts identisch (L1=L2=L3). Die Phasenwicklungen L1, L2, L3 sind so angeordnet, dass sie mit einem elektrischen Winkel von 2/3π auseinander liegen.
Immer zwei der drei Kommutatorsegmente 11, 12, 13 sind jeweils in Kontakt mit den Bürsten 16, 17. Die zwei Kommutatorsegmente, welche in Kontakt mit den jeweiligen Bürsten 16, 17 gebracht sind, ändern sich bei der Drehung des Kommutators 10 aufgrund der Drehung des Motors 2.
Zwar ist dies nicht in der Zeichnung gezeigt, doch hat der Motor 2 bei der vorliegenden Ausführungsform ein Jochgehäuse. Ein Magnetfeldsystem, welches einen Permanentmagneten enthält, ist auf der Seite der Innenwand des Jochgehäuses vorgesehen und der Anker ist diesem Magnetfeldsystem gegenüber angeordnet.
Weiter ist bei dieser Ausführungsform ein Kondensator C1 parallel zu der ersten Phasenwicklung L1 in dem Motor 2 geschaltet. Aus diesem Grunde findet Folgendes bezüglich der wechselstromüberlagerten Spannung statt, welche durch Spannungen gewonnen wird, welche von den jeweiligen Leistungsquellen 3, 4 der Leistungszuführungseinheit 5 abgegeben werden und durch den Kondensator C10 überlagert werden: die wechselstromüberlagerte Spannung wird zu einer Schaltung geführt, welche die Phasenwicklungen L1, L2, L3 und den Kondensator C1 innerhalb des Motors 2 enthält, was über die einzelnen Bürsten 16 und 17 und die jeweils zwei Kommutatorsegmente geschieht, welche sich mit den Bürsten in Kontakt befinden. Diese Schaltung wird auch als Motorschaltung bezeichnet. Als Ergebnis des Anlegens der wechselstromüberlagerten Spannung in der oben beschriebenen Weise fließt ein Strom, welcher eine Wechselstromkomponente enthält, durch die Motorschaltung.
Der Kondensator C1 ist ein kapazitives Element eines vorbestimmten Kapazitätswerts. Der Kondensator C1 ist parallel zu einem Teil oder einer Gesamtheit einer Phasenwicklung mindestens einer Phase geschaltet. Der Kondensator C1 macht die Motorschaltung, welche durch Verbinden der mehrphasigen Wicklungen gebildet ist, zu einem asymmetrischen Wechselstrom-Impedanznetzwerk.
Wie allgemein bekannt wirkt der Kondensator C1 als ein hoher Widerstand für den Gleichstrom, so dass über diesen Widerstand kaum Strom fließt, und hat gegenüber Wechselstrom eine Eigenschaft niedriger Impedanz, so dass der Wechselstrom leicht fließen kann. Aus diesem Grunde kann der Kondensator C1 in einer äquivalenten Schaltung aus der Sicht der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 als nicht vorhanden behandelt werden; aus diesem Grunde wird der Gleichstrom von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 nur durch die einzelnen Phasenwicklungen L1, L2, L3 geleitet.
Von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 aus gesehen haben die jeweiligen Phasenwicklungen L1, L2, L3 eine hohe Impedanz, während der Kondensator C1 von niedriger Impedanz ist und es besteht ein großer Unterschied dazwischen. Aus diesem Grunde wird der Motor gegenüber dem in 1 gezeigten Zustand beispielsweise im Uhrzeigersinn gedreht. Das bedeutet, der Kommutator 10 dreht sich im Uhrzeigersinn. Daraus ergibt sich, dass das Folgende stattfindet, wenn das erste Kommutatorsegment 11 in Kontakt mit der Bürste 17 auf der stromab gelegenen Seite des Speisungspfads (Erdpotentialseite) gebracht wird: eine Parallelschaltung der ersten Phasenwicklung L1 und des Kondensators C1 entsteht zwischen den Bürsten 16, 17. Das bedeutet, ein Speisungspfad allein des Kondensators C1 wird zwischen den Bürsten 16, 17 gebildet. Aus diesem Grunde ist in diesem Zustand die Impedanz der Motorschaltung zwischen den Bürsten 16, 17 verschieden von derjenigen in dem in 1 gezeigten Zustand und die Impedanz wird beispielsweise in einem Bereich einer spezifischen oder höheren Frequenz sehr niedrig.
Das bedeutet, dass aus der Sicht des Gleichstroms die Motorschaltung als eine Schaltung betrachtet werden kann, welche nur aus den drei Phasenwicklungen L1, L2, L3 besteht. Folglich hat das Vorhandensein des Kondensators C1 keinen Einfluss auf die Drehgeschwindigkeit oder das Drehmoment des Motors 2, welcher durch den von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 bezogenen Gleichstrom in Umdrehung versetzt wird.
Aus der Sicht des Wechselstroms hingegen findet nachfolgendes jedes Mal dann statt, wenn die in Kontakt mit den jeweiligen Bürsten 16, 17 befindlichen beiden Kommutatorsegmente entsprechend dem Drehwinkel des Motors 2 geändert werden: die Motorschaltung, welche zwischen den Bürsten gebildet wird, ändert sich auch und somit verändert sich auch die Impedanz der Motorschaltung. Bei der vorliegenden Ausführungsform jedoch geschieht Folgendes, da ein Kondensator C1 nur mit der ersten Phasenwicklung L1 verbunden ist: während der Motor 2 180° gedreht wird, ändern sich die Kommutatorsegmente drei Mal, doch ändert sich die Impedanz in zwei Schritten. Dies wird weiter unten im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 4A und 4B beschrieben. Eine Veränderung in der Impedanz erscheint als Änderung der Wechselstromkomponente, welche in dem durch den Motor 2 geleiteten Motorstrom enthalten ist. Das heißt, die Änderung erscheint in Form einer Änderung in der Wechselstromkomponente. Oder sie erscheint als eine Änderung in der Wechselkomponente, welche in der Spannung auf dem Speisungspfad enthalten ist, durch welchen der Motorstrom fließt, d.h., in der Spannung des Speisungspfads. Das bedeutet, die Änderung erscheint als Änderung in der Wechselspannungskomponente.
Aus diesem Grunde kann, wenn die Impedanzänderung aufgrund des Drehwinkels detektiert werden kann, der Drehwinkel des Motors 2 detektiert werden. Die Änderung in der Impedanz erscheint direkt als Änderung im Wechselstrom. In dem Drehwinkeldetektor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform detektiert folglich die Drehsignal-Detektierungseinheit 6 Änderungen in der Amplitude der Wechselstromkomponente, welche im Motorstrom enthalten ist. Das bedeutet, Änderungen in der Amplitude der Wechselstromkomponente aufgrund von Änderungen der Impedanz werden indirekt detektiert. Dann wird, wie später beschrieben wird, der Rotationsimpuls oder Drehungsimpuls Sp auf der Basis der detektierten Veränderung in der Amplitude der Wechselstromkomponente erzeugt.
Die Rotationssignal-Detektierungseinheit 6 enthält folgendes: eine Stromdetektierungseinheit 21, welche auf dem Speisungspfad des Motors 2 vorgesehen ist; und eine Signalverarbeitungseinheit 22, welche eine Verarbeitung des veränderten Signals aufgrund des Motorstroms vornimmt, welcher durch die Stromdetektierungseinheit 21 detektiert worden ist, und erzeugt dadurch den Drehungsimpuls Sp. Die Stromdetektierungseinheit 21 ist auf einem Speisungspfad vorgesehen, welcher sich von der Bürste 17 auf der Niederpotentialseite zur Erdpotential hin erstreckt. 3 zeigt den Aufbau der Drehungssignal-Detektierungseinheit 6 in konkreterer Form.
Wie in 3 gezeigt besteht die Stromdetektierungseinheit 21 aus einem Stromfühlerwiderstand R1, der an dem Speisungspfad des Motors 2 liegt. Die Spannung an dem Stromfühlerwiderstand R1 wird als Detektierungssignal abgenommen, welches dem Motorstrom in die Signalverarbeitungseinheit 22 hinein entspricht.
Der Motorstrom ändert sich, wie in 5 dargestellt. Einzelheiten von 5 werden später beschrieben. Kurz gesagt hat der Motorstrom solche Form, dass eine Wechselstromkomponente einer Gleichstromkomponente überlagert ist. Zusätzlich ändert sich, während der Motor 2 sich 180° dreht, die Amplitude der Wechselstromkomponente in zwei Stufen.
Die Signalverarbeitungseinheit 22 enthält einen Hochpassfilter (HPF) 23, eine Verstärkereinheit (HMP) 24, eine Umhüllungsdetektierungseinheit (EVD) 25, einen Tiefpassfilter (LPF) 26, eine Schwellwerteinstelleinheit (THR) 27, eine Vergleichereinheit (CMP) 28 und eine Impulserzeugungseinheit (PGR) 29.
Der Hochpassfilter 23 ist allgemein bekannten Aufbaus und besteht aus einem Kondensator C11 und einem Widerstand R2. Detektierungssignale von dem Stromfühlerwiderstand R1, welche in die Signalverarbeitungseinheit 22 eingeführt werden, werden durch den Hochpassfilter 23 folgendermaßen verarbeitet: Signale innerhalb eines Bandes mit vorbestimmter Grenzfrequenz oder darunter einschließlich einer Gleichstromkomponente, werden ausgeschieden; und Frequenzkomponenten über der genannten Grenzfrequenz einschließlich der Frequenz der Wechselspannung, welche an der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 erzeugt wird, werden extrahiert und in die Verstärkereinheit 24 eingegeben. Aus diesem Grunde wird die Gleichstromkomponente in dem detektierten Motorstrom durch diesen Hochpassfilter 23 ausgeschieden und nur die Wechselstromkomponente wird in die Verstärkereinheit 24 eingegeben. Der detektierte Motorstrom ist auch als Detektierungssignal zu bezeichnen.
Das Detektierungssignal (Wechselstromkomponente), welches durch den Stromfühlerwiderstand R1 detektiert und durch den Hochpassfilter 23 extrahiert wird, wird an der Verstärkereinheit 24 verstärkt. Die Verstärkereinheit 24 enthält folgendes: einen Operationsverstärker 30; einen Widerstand R3, der zwischen den Ausgangsanschluss und den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 30 geschaltet ist; und einen Widerstand R4, der zwischen den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 30 und Erdpotential gelegt ist. Ein in den invertierenden Eingangsanschluss eingegebenes Signal, d.h. ein Detektierungssignal von dem Hochpassfilter 23 wird mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor verstärkt.
Ein in der Verstärkereinheit 24 verstärktes Detektierungssignal wird einer Umhüllungsdetektierung in der Umhüllungsdetektierungseinheit 25 unterzogen. Diese Umhüllungsdetektierungseinheit 25 enthält folgendes: eine Diode D1 zur Gleichrichtung; einen Widerstand R5, der mit einem Ende an die Kathode dieser Diode D1 angeschlossen ist, während das andere Ende des Widerstandes mit Erdpotential verbunden ist; und einen Kondensator C12, der mit einem Ende an die Kathode der Diode D1 gelegt ist, während das andere Ende des Kondensators mit Erdpotential verbunden ist. Das in der Verstärkereinheit 24 verstärke Detektierungssignal wird an der Anode der Diode D1 eingegeben.
Ein Wechselstromdetektierungssignal, welches von der Verstärkereinheit 24 eingegeben wird, wird einer Umhüllungsdetektierung durch die genannte Umhüllungsdetektierungseinheit 25 unterzogen und ein bestimmtes Signal entsprechend der Amplitude der Wechselstromkomponente wird erzeugt. Das durch die Umhüllungsdetektierungseinheit 25 erzeugte Signal wird auch als Umhüllungsdetektierungssignal bezeichnet.
Das Umhüllungsdetektierungssignal erfährt eine Ausscheidung seiner Hochfrequenzkomponente durch den Tiefpassfilter 26 und wird dann in die Vergleichereinheit 28 eingespeist. Der Tiefpassfilter 26 ist von allgemein bekanntem Aufbau und enthält einen Widerstand R6 und einen Kondensator C13. Der Widerstand R6 ist parallel zu einer Diode D2 geschaltet. Die Richtung der Schaltung dieser Diode D2 ist entgegengesetzt zur Richtung des Eingangs des Umhüllungsdetektierungssignals.
Die Vergleichereinheit 28 enthält folgendes: einen Vergleicher 31; einen Widerstand R9, welcher zwischen den Ausgangsanschluss und den invertierenden Eingangsanschluss des Vergleichers 31 gelegt ist; einen Widerstand R7, der mit einem Ende an den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Vergleichers 31 gelegt ist und mit seinem anderen Ende an den Tiefpassfilter 26 angeschlossen ist und einen Widerstand R8, der mit einem Ende an den invertierenden Eingangsanschluss des Vergleichers 31 gelegt ist und mit seinem anderen Ende an die Schwellwerteinstelleinheit 27 angeschlossen ist.
Ein Umhüllungsdetektierungssignal wird an die Vergleichereinheit 28 über den Tiefpassfilter 26 eingegeben und wird an den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Vergleichers 31 über den Widerstand R7 dieser Vergleichereinheit 28 eingespeist. Dabei wird der invertierende Eingangsanschluss des Vergleichers 31 mit einem Schwellwert von der Schwellwerteinstelleinheit 27 über den Widerstand R8 beaufschlagt. Demzufolge werden das Umhüllungsdetektierungssignal und der Schwellwert miteinander in dem Vergleicher 31 verglichen, von welchem das Vergleichsergebnis ausgegeben wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Schwellwert, welcher an der Schwellwerteinstelleinheit 27 eingestellt wird und in die Vergleichereinheit 28 eingegeben wird, folgendermaßen eingestellt: der Schwellwert wird auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, welcher höher ist als derjenige des Umhüllungsdetektierungssignals in einer Zeitdauer, während welcher die Amplitude der Motorstrom-Wellenform, welche in 5 gezeigt ist, klein und niedriger als diejenige des Umhüllungsdetektierungssignals in einer Zeitdauer ist, während welcher die Amplitude groß ist.
Während einer Zeitdauer geringer Amplitude ist aus diesem Grund der Wert des Umhüllungsdetektierungssignals niedriger als derjenige des Schwellwertes von der Schwellwerteinstelleinheit 27; aus diesem Grunde wird ein Signal niedrigen Pegels von dem Vergleicher 31 abgegeben. Während einer Zeitdauer großer Amplitude ist hingegen der Wert des Umhüllungsdetektierungssignals höher als der Schwellwert; aus diesem Grunde wird ein Signal großen Signalpegels von dem Vergleicher 31 abgegeben.
Das Signal niedrigen Signalpegels oder hohen Signalpegels, welches von dem Vergleicher 31 abgegeben wird, besitzt eine Wellenform und einen Signalpegel, welche in geeigneter Weise gestaltet und an der Impulserzeugungseinheit 29 eingestellt sind. Dann wird das Signal als Drehungsimpuls Sp entsprechend dem Drehwinkel des Motors 2 an die Drehwinkel-Detektierungseinheit 7 abgegeben.
An der Signalverarbeitungseinheit 22 wird, wie oben erwähnt, die folgende variierte Signalverarbeitung mit Bezug auf den Motorstrom durchgeführt, welcher an dem Stromfühlerwiderstand R1 erfasst wird: es erfolgt eine Abschneidung der niederfrequenten Komponente, eine Verstärkung der Wechselstromkomponente, eine Umhüllungsdetektierung und dergleichen. Danach wird der Drehungsimpuls Sp erzeugt. Aus diesem Grunde wird der genaue Drehungsimpuls Sp mit verminderter Störung und Verzerrung erzeugt.
Anstelle des Hochpassfilters 23 kann beispielsweise ein Bandpassfilter verwendet werden, der nur ein vorbestimmtes Band einschließlich der Frequenz der Wechselstromkomponente durchlässt. Auch anstelle des Tiefpassfilters 26 kann in entsprechender Weise ein Bandpassfilter verwendet werden. Das Signal, welches von der Vergleichereinheit 28 ausgegeben wird, ist ein Impulssignal, welches selbst relativ stabil ist und unmittelbar in die Drehwinkel-Detektierungseinheit 7 eingegeben werden kann. Aus diesem Grunde kann die Impulserzeugungseinheit 29 weggelassen werden.
Die Drehwinkel-Detektierungseinheit 7 detektiert den Drehwinkel des Motors 2 auf der Basis des Drehungsimpulses Sp, welcher von der Impulserzeugungseinheit 29 eingegeben wird, beispielweise durch ein Verfahren der Erfassung und der Zählung von Anstiegsflanken des Drehungsimpulses Sp. Der detektierte Drehwinkel dient als ein Rückkopplungssignal in einer Steuerschaltung für den Motor 2, welche nicht gezeigt ist.
4A zeigt die Änderung des Zustandes der Verbindung des Motors 2, d.h., die Änderung in der Motorschaltung zwischen den Bürsten 16, 17, welche während der Drehung des Motor um 180° auftritt. Wie in 4A gezeigt ändert sich die Motorschaltung des Motors 2 bei dieser Ausführungsform in drei unterschiedliche Zustände, nämlich die Zustände A, B und C, während sich der Motor 180° dreht.
Wie in der Zeichnung dargestellt ist der Zustand A ein solcher, bei welchem folgendes festzustellen ist: das erste Kommutatorsegment 11 steht in Berührung mit der Bürste 16 auf der Seite des positiven Pols der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 (nachfolgend auch als „Vb-Seite“ bezeichnet); und das zweite Kommutatorsegment 12 steht in Kontakt mit der Bürste 17 auf der Erdpotentialseite (nachfolgend auch als „GND-Seite“ bezeichnet). Die äquivalente Schaltung des Motors 2, d.h., die zwischen den Bürsten 16 und 17 im Zustand A gebildete Schaltung ist in der Zeichnung auf der rechten Seite dargestellt. Wie unter Bezugnahme auf 2A beschrieben bezeichnet Vb die Gleichspannung, welche von der Gleichstrom-Leistungsquelle abgegeben wird.
In dem Zustand A sind der Kondensator C1 und die dritte Phasenwicklung L3 miteinander in Serie geschaltet. Aus diesem Grunde besteht kein Speisungspfad nur des Kondensators zwischen den Bürsten 16 und 17 und irgendeine Phasenwicklung ist definitiv in den Schaltungspfaden vorhanden, welche sich von der einen Bürste 16 zu der anderen Bürste 17 erstrecken. In dem Zustand A ist aus diesem Grunde die Impedanz der gesamten Schaltung erhöht. Aus diesem Grunde ist die Amplitude der Wechselstromkomponente, welche in dem Motorstrom enthalten ist, klein.
Der Zustand B stellt sich ein, wenn sich der Gleichstrommotor im Uhrzeigersinn gegenüber dem Zustand A annähernd 50° dreht. In diesem Zustand hat das in Kontakt mit der Bürste 16 auf der Vb-Seite stehende Kommutatorsegment von dem ersten Kommutatorsegment 11 im Zustand A zu dem dritten Kommutatorsegment 13 gewechselt. Die Bürste 17 auf der GND-Seite ist in Kontakt mit dem zweiten Kommutatorsegment 12.
Auch in dem Zustand B sind der Kondensator C1 und die zweite Phasenwicklung L2 in Reihe zueinander geschaltet. Aus diesem Grunde existiert kein Speisungspfad nur des Kondensators C1 allein zwischen den Bürsten 16 und 17 und irgendeine Phasenwicklung ist definitiv in den Leistungspfaden vorhanden, die sich von der einen Bürsten 16 zu der anderen Bürste 17 erstrecken. Auch in dem Zustand B ist aus diesem Grunde die Impedanz der gesamten Schaltung hoch; aus diesem Grunde ist die Amplitude der Wechselstromkomponente, welche in dem Motorstrom enthalten ist, klein. Aus dem Vergleich der äquivalenten Schaltungen in der Zeichnung wird deutlich, dass die Zustände B und A bezüglich der Impedanz der Gesamtschaltung identisch sind. Aus diesem Grunde sind sie auch bezüglich der Amplitude der Wechselstromkomponente identisch.
Der Zustand C stellt sich ein, wenn sich der Gleichstrommotor weiter im Uhrzeigersinn um annährend 50° Grad gegenüber dem Zustand B dreht. In diesem Zustand hat sich das mit der Bürste 17 auf der GND-Seite in Kontakt befindliche Kommutatorsegment von dem zweiten Kommutatorsegment 12 im Zustand A und B zu dem ersten Kommutatorsegment 11 geändert. Die Bürste 16 auf der Vb-Seite befindet sich in Kontakt mit dem dritten Kommutatorsegment 13.
In dem Zustand C sind die Serienschaltung aus der zweiten Phasenwicklung L2 und der dritten Phasenwicklung L3, die erste Phasenwicklung L1 und der Kondensator C1 jeweils zueinander parallel geschaltet. Aus diesem Grunde existiert ein Speisungspfad allein aus dem Kondensator C1 zwischen den Bürsten 16 und 17. Dies hat zur Folge, dass die Impedanz der gesamten Schaltung vermindert wird; aus diesem Grunde ist die Amplitude der Wechselstromkomponente, welche in dem Motorstrom enthalten ist, groß.
Während sich der Motor 2 um 180° Grad in der oben beschriebenen Weise dreht, ändern sich die Kommutatorsegmente, welche in Kontakt mit den jeweiligen Bürsten 16 und 17 sind, dreimal. In Verbindung damit ändert sich die Motorschaltung zwischen den Bürsten 16, 17 in drei unterschiedliche Zustände, nämlich die Zustände A, B und C. Wie jedoch oben erwähnt, sind die Zustände A und B miteinander bezüglich der Impedanz der gesamten Schaltung identisch; aus diesem Grunde erfolgt eine Änderung bezüglich der Impedanz während einer 180°-Drehung in zwei Stufen.
Bei dem Vorgang der Drehung des Motors 2 ergibt sich eine Übergangsperiode, während welcher eine Bürste gleichzeitigen Kontakt mit zwei benachbarten Kommutatorsegmenten hat. Auch in dieser Übergangsperiode verändert sich die Impedanz zwischen den Bürsten. Diese Übergangsperiode wird j edoch augenblicklich erzeugt, während sich der Motor 2 einmal dreht und die Veränderung in der Impedanz in Verbindung hiermit ist auch augenblicklich. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird aus diesem Grunde diese Übergangsperiode außer Betracht gelassen.
Wenn sich die Drehung von dem Zustand C aus weiter fortsetzt, dann ändert sich das mit der Bürste 16 auf der Vb-Seite in Kontakt stehende Kommutatorsegment von dem dritten Kommutatorsegment 13 im Zustand C zu dem zweiten Kommutatorsegment 12. Die Bürste 17 auf der GND-Seite ist in Kontakt mit dem ersten Kommutatorsegment 11. Dieser Zustand ist ein solcher, bei welchem die Bürste 16 auf der Vb-Seite und die Bürste 17 auf der GND-Seite in dem oben erwähnten Zustand A ausgetauscht sind und die Impedanz der Gesamtschaltung ist dieselbe wie in dem Zustand A. In der folgenden Beschreibung wird aus diesem Grunde dieser Zustand als Zustand A' bezeichnet.
Wenn sich die Drehung von dem Zustand A' aus fortsetzt, dann ändert sich das mit der Bürste 17 auf der GND-Seite in Kontakt stehende Kommutatorsegment von dem ersten Kommutatorsegment 11 im Zustand A' zu dem dritten Kommutatorsegment 13. Die Bürste 16 auf der Vb-Seite ist in Kontakt mit dem zweiten Kommutatorsegment 12. Dieser Zustand ist derjenige bei welchem die Bürste 16 auf der Vb-Seite und die Bürste 17 auf der GND-Seite im oben erwähnten Zustand B vertauscht sind und die Impedanz der Gesamtschaltung ist dieselbe wie diejenige im Zustand B. In der folgenden Beschreibung wird dieser Zustand aus diesem Grunde als Zustand B' bezeichnet.
Wenn sich die Drehung von dem Zustand B' aus weiter fortsetzt, dann ändert sich das mit der Bürste 16 auf der Vb-Seite in Kontakt stehende Kommutatorsegment von dem zweiten Kommutatorsegment 12 im Zustand B' zu dem ersten Kommutatorsegment 11. Die Bürste 17 auf der GND-Seite ist in Kontakt mit dem dritten Kommutatorsegment 13. Dies ist der Zustand, bei welchem die Bürste 16 auf der Vb-Seite und die Bürste 17 auf der GND-Seite in dem oben beschriebenen Zustand C vertauscht sind und die Impedanz der Gesamtschaltung dieselbe ist wie diejenige im Zustand C. In der folgenden Beschreibung wird aus diesem Grunde dieser Zustand als Zustand C' bezeichnet.
Wenn die Drehung von dem Zustand C' aus weiter fortschreitet, dann ändert sich der Zustand wieder in den Zustand A. Wenn danach die Drehung fortschreitet, ändert sich der Zustand in der Reihenfolge vom Zustand B in den Zustand C in den Zustand A', den Zustand B', den Zustand C' und wieder den Zustand A.
Das bedeutet, während der Motor 2 sich einmal dreht, dann ändert sich der Zustand der Motorschaltung in sechs unterschiedliche Zustände, nämlich die Zustände A, B, C, A', B', C' entsprechend dem Drehungswinkel. Dies bedeutet, dass sich der Zustand jeweils alle 30° der Drehung ändert. Von diesen Zuständen ergeben die Zustände A, B, A' und B' sämtlich dieselbe Impedanz, welche als hohe Impedanz bezeichnet werden kann. Die Zustände C und C' ergeben dieselbe Impedanz und der Wert dieser Impedanz ist bedeutend höher als derjenige der Impedanz im Zustand A und den ihm gleichen Zuständen.
Aus diesem Grunde ist der Motorstrom der in 5 dargestellte Strom. Das bedeutet, die Amplitude der Wechselstromkomponente ist in den Zuständen A, B, A' und B' klein und die Amplitude der Wechselstromkomponente ist in den Zuständen C und C' groß.
Zusätzlich ist die vorliegende Ausführungsform so aufgebaut, dass der Unterschied in der Impedanz, welche sich entsprechend dem Drehwinkel des Motors 2 ändert, erhöht ist. Eine genauere Beschreibung folgt. Wie unter Bezugnahme auf 4A erläutert ist die Impedanz in den Zuständen A, B, A' und B' hoch, da ein Leitungspfad des Kondensators C1 allein zwischen den Bürsten 16 und 17 nicht zustande kommt; und die Impedanz in den Zuständen C und C' ist sehr niedrig, da ein Leitungspfad aus dem Kondensator C allein zwischen den Bürsten 16 und 17 erzeugt wird.
Da ein großer Unterschied in der Impedanz in den Zuständen A, B, A' und B' einerseits und der Impedanz in den Zuständen C und C' andererseits besteht, wie oben beschrieben wurde, tritt die in 5 gezeigte Erscheinung auf. D. h., es entsteht auch ein großer Unterschied in der Amplitude der Wechselstromkomponente im Motorstrom zwischen den Zuständen A, B, A' und B' einerseits und in den Zuständen C und C' andererseits. 5 zeigt beispielsweise die Wellenform, welche erhalten wird, wenn die Impedanz in den Zuständen A, B, A' und B' annährend das Vierfache der Impedanz in den Zuständen C und C' beträgt.
Aus diesem Grunde kann der an der Schwellwerteinstelleinheit 27 in der Signalverarbeitungseinheit 22 zu erzeugende Schwellwert innerhalb eines weiteren Bereiches mit einem höheren Freiheitsgrad eingestellt werden. Wenn beispielsweise der Schwellwert auf einen Wert nahe an dem Mittelwert zwischen dem Wert des Umhüllungsdetektierungssignals im Zustand A und dem Wert des Umhüllungsdetektierungssignals im Zustand C eingestellt wird, kann folgendes ausgeführt werden: die Vergleichereinheit 28 führt den Vergleich genauer durch und die Impulserzeugungseinheit 29 kann in zuverlässiger Weise den genauen Umdrehungsimpuls Sp entsprechend dem Drehwinkel erzeugen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Frequenz der Wechselspannung, welche von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 abgegeben wird, folgendermaßen eingestellt: wenn die Resonanzfrequenz in der Motorschaltung in den Zuständen A, B, A' und B' hier f1 ist und die Resonanzfrequenz in der Motorschaltung C und C' hier f2 ist, so wird die Frequenz auf eine solche eingestellt, welche von diesen beiden Resonanzfrequenzen verschieden ist. Mehr ins einzelne ist die vorliegende Ausführungsform so ausgebildet, dass ein Wechselstrom einer vorbestimmten Frequenz größer als die beiden Frequenzen f1 und f2 von der Wechselstromleistungsquelle geliefert wird.
4B zeigt die Frequenzcharakteristik der Impedanz in jedem der in 4A dargestellten Zustände. Wie oben gesagt, sind die Motorschaltungen in den Zuständen A, B, A' und B' bezüglich der Impedanz identisch. In den Zuständen A, B, A' und B' hat der Kondensator C1 nahezu keinen Einfluss und die Impedanz hat eine solche Charakteristik, dass zwar ein kleiner Scheitelwert bei der Resonanzfrequenz f1 erzeugt wird, die Impedanz sich aber mit der Frequenz als ganzes erhöht, wie dargestellt ist.
In den Zuständen C und C' jedoch ändert sich die Impedanzcharakteristik in starkem Maße durch die Resonanz zwischen den Phasenwicklungen L1, L2, L3 und dem Kondensator C1 und die Impedanz vermindert sich von der Resonanzfrequenz f2 aus zu beiden Seiten. Die Impedanz hat ihren Maximalwert bei der Resonanzfrequenz f2. Aus diesem Grunde unterscheidet sich die Impedanz zwischen den genannten Zuständen, außer bei der Frequenz f3, bei der die Kennlinie für die Zustände A, B, A' und B' und diejenige für die Zustände C und C' einander schneiden und somit die Impedanzen einander angepasst sind. Insbesondere erhöht sich in einem vorbestimmten Band mit der Resonanz f1 in der Mitte und in einem Band mit Frequenzen über der Frequenz f3 in bestimmten Maße das Impedanzverhältnis. Im besonderen in einem Bereich mit Frequenzen über der Frequenz f3 bis zu einem bestimmten Maß ändert sich das Impedanzverhältnis nicht so sehr. Das Impedanzverhältnis ändert sich nicht so sehr, selbst wenn der Kapazitätswert des Kondensators C1 beispielsweise durch Änderung in der Umgebungstemperatur geändert wird und als Ergebnis einer Änderung der Resonanzfrequenzen f1 und f2. Aus diesem Grunde ist dieser Bereich zweckmäßig zur Verwendung für die Frequenz der Wechselspannung von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 auch aus dem Gesichtspunkt des Schaltungsaufbaus.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird aus diesem Grunde die Frequenz der Wechselspannung von der Wechselstromleistungsquelle 4 auf eine vorbestimmte Frequenz über der Frequenz f3 eingestellt.
Fernerhin zeigt 6 ein Beispiel einer Motorstrom-Wellenform, wie sie erhalten wird, wenn der umlaufende Motor 2 stillgesetzt wird. Während einer Zeitdauer, während welcher die Impedanz hoch ist und die Amplitude der Wechselstromkomponente klein ist, d.h. einer Zeitdauer, während welcher der Zustand A, B, A' oder B' herrscht, ist die Wellenform der Wechselstromkomponente sehr klein. In 6 sind diese Zeitdauern aus diesem Grunde weggelassen. Das gleich gilt für die weiter unten betrachteten 7A und 7B.
In dem in 6 gezeigten Beispiel wird die Zuführung der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 zu dem Motor 2 bei der Stillsetzungssteuerung unterbrochen, bei welcher der umlaufende Motor 2 abgebremst und hierdurch stillgesetzt wird. Die Stillsetzungsteuerung ist auch als Bremssteuerung ausgebildet. Indessen nehmen die Wechselspannung oder der Wechselstrom von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 nicht an dem Antrieb des Motors 2 teil und sie werden ausschließlich zum Detektieren des Drehwinkels des Motors 2 zugeführt. Aus diesem Grunde wird die Spannung oder der Strom fortwährend zu dem Motor 2 zugeführt, so lange die Drehung des Motors 2 gesteuert wird, unabhängig davon, ob sich der Motor dreht oder unter Stillsetzungssteuerung steht.
Nachdem die Stillsetzungssteuerung gestartet ist, wird aus diesem Grunde der Motorstrom ein Strom, in welchem ein Wechselstrom von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 einem Strom überlagert ist, welcher durch die induzierte elektromotorische Kraft erzeugt wird, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Wenn die Stillsetzungssteuerung gestartet wird, wird die Zuführung von Gleichstromleistung von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 her angehalten. Die Größe des durch die induzierte elektromotorische Kraft erzeugten Stroms wird mit der Verminderung der Drehzahl des Motors 2 vermindert. Aus diesem Grunde vermindert sich dieser Strom aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft allmählich und geht auf Null, wenn der Motor 2 stillgesetzt ist.
Wie oben erwähnt wird ein Wechselstrom ständig von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 für die Drehwinkeldetektierung zugeführt. Daher fließt ein Wechselstrom mit einer Amplitude entsprechend dem Drehwinkel unabhängig von der Drehzahl des Motors 2, wie aus 6 ersichtlich ist. Diese Amplitude ist auch eine Amplitude entsprechend Veränderung der Impedanz der Motorschaltung. Aus diesem Grunde kann der Drehwinkel des Motors 2 unabhängig von der Drehzahl des Motors 2 erfasst werden.
Die 7A und 7B zeigen Drehungsimpulse Sp, welche an der Signalverarbeitungseinheit 22 bei der in 6 dargestellten Stillsetzungssteuerung erzeugt werden. Die Wellenform in 7A ist diejenige eines Detektierungssignals, welches in der Verstärkereinheit 24 verstärkt worden ist, und die Wellenform von 7B ist diejenige der Drehungsimpulse Sp, welche in der Impulserzeugungseinheit 29 erzeugt werden. Im vorliegenden Beispiel wird der Drehungsimpuls Sp, welcher eine bestimmte zeitliche Breite hat, jedes Mal dann erzeugt, wenn die Amplitude der Wechselstromkomponente von einem kleinen Wert zu einem großen Wert wechselt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Drehungsimpuls Sp jedes Mal dann erzeugt, wenn sich der Motor 2 um 180° dreht. Aus diesem Grunde ist davon auszugehen, dass jedes Mal dann, wenn dieser Drehungsimpuls Sp erzeugt wird, der Motor 2 sich 180° gedreht hat und der Drehungswinkel des Motors 2 kann detektiert werden.
Der Drehwinkeldetektor 1 bei der vorliegenden Ausführungsform ist so aufgebaut, dass er den Drehwinkel des Motors 2 auf der Basis des Drehungsimpulses Sp erfasst. Andererseits kann er auch so konfiguriert sein, dass er auch die Drehzahl des Motors 2 auf der Basis der Intervalle der Drehungsimpulse Sp detektieren kann. Beispielsweise können die Intervalle zwischen den Anstiegsflanken der Drehungsimpulse Sp verwendet werden. Oder die Erfindung kann als ein Drehzahldetektor konfiguriert werden, welcher die Drehzahl detektiert und nicht den Drehungswinkel. Um wie viel Grad der Motor 2 gedreht worden ist, bevor der jeweilige Drehungsimpuls Sp abgegeben wird, ist im Voraus bekannt. Aus diesem Grunde kann die Drehzahl des Motors 2 detektiert werden, wenn die Intervalle, mit welchen der Drehungsimpuls Sp abgegeben wird, bekannt sind. Das Intervall der Drehungsimpulse Sp wird auch als Periode bezeichnet.
In dem Drehwinkeldetektor 1 der vorliegenden Ausführungsform, wie sie bis zu diesem Punkt beschrieben wurde, ist die Wechselstrom-Leistungsquelle 4 für die Drehwinkeldetektierung neben der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 als Leistungsquelle für den Antrieb des Motors 2 vorgesehen. Wenn sich der Motor 2 dreht, wird zu dem Motor 2 die wechselstromüberlagerte Spannung geführt, welche durch Überlagerung der Wechselspannung von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 und der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 erhalten wird. Demzufolge wird ein Motorstrom, welcher eine Wechselstromkomponente enthält, durch den Motor 2 geleitet.
In dem Motor 2 ist der Kondensator C1 für die Drehwinkeldetektierung parallel zu der ersten Phasenwicklung L1 der Phasenwicklungen L1, L2, L3 der drei Phasen geschaltet. In der Signalverarbeitungseinheit 22 wird nur die Wechselstromkomponente von dem Motorstrom extrahiert, der in der Stromdetektierungseinheit 21 erfasst wird. Dann wird ein Drehungsimpuls Sp entsprechend der Änderung der Amplitude dieser Wechselstromkomponente erzeugt. Da der Kondensator C1 zwischengeschaltet ist, wird die Impedanz der Motorschaltung zwischen den Bürsten 16 und 17 entsprechend der Änderung im Drehwinkel des Motors 2 verändert und diese Änderung erscheint als Veränderung der Amplitude der Wechselstromkomponente. Aus diesem Grunde kann die Erzeugung des Drehungsimpulses Sp und damit die Erfassung des Drehwinkels auf der Basis von Änderungen der Amplitude der Wechselstromkomponente erreicht werden.
Mit dem Drehwinkeldetektor 1 bei der vorliegenden Ausführungsform kann daher das Folgende durchgeführt werden, selbst wenn die Zuführung der Gleichspannung und die Zuführung von Gleichstrom von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 beendet werden und die Spannung auf Null geführt wird, wenn sich der Motor 2 unter der Stillsetzungssteuerung befindet: die Zuführung der Wechselspannung und die Zuführung eines Wechselstroms werden fortgesetzt und somit kann der Drehwinkel zuverlässig selbst während einer Zeitdauer detektiert werden, welche von der Verzögerung des Motors bis zu seiner Stillsetzung reicht. Zusätzlich wird die Erfassung eines Drehwinkels auf der Basis der Wechselstromkomponente, welche in dem Motorstrom enthalten ist, durchgeführt und die Detektierung erfolgt ohne Einfluss auf den Gleichstrom zum Antrieb des Motors. Aus diesem Grunde kann ein Drehwinkel genau detektiert werden, unabhängig von der Drehzahl, ohne dass ein Fühler großen Maßstabs, beispielsweise ein Drehmelder oder Dreh-Codierer vorgesehen wird, so dass eine Drehmomentschwankung nicht verursacht wird.
Die Frequenz einer Wechselspannung, welche von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 zu dem Motor 2 geführt ist, ist auf die folgende vorbestimmte Frequenz eingestellt: eine vorbestimmte Frequenz größer als die Resonanzfrequenzen f1, f2 der Motorschaltung, welche zwischen den Bürsten 16, 17 gebildet ist, während der Motor 2 läuft. Demzufolge verändert sich die Impedanz der gesamten Motorschaltung nicht so stark, selbst wenn die Umgebungstemperatur sich ändert und sich der Kapazitätswert des Kondensators C1 aufgrund dieser Temperaturcharakteristik ändert. Aus diesem Grunde ist es möglich, einen Drehwinkel stabil zu detektieren, ohne dass ein Einfluss der Temperaturcharakteristik des Kondensators C1 vorliegt.
Es ist nicht unbedingt notwendig die Frequenz der Wechselspannung, welche von der Wechselstromleistungsquelle 4 erzeugt wird, von den Resonanzfrequenzen f1, f2 verschieden zu machen. Vielmehr kann ein Wechselstrom derselben Frequenz wie derjenigen der Resonanzfrequenzen f1, f2 erzeugt werden. Dies erhöht das Verhältnis der Impedanz, welche sich mit der Drehung verändert, und somit wird die Veränderung der Amplitude der Wechselstromkomponente ebenfalls erhöht.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Änderung der Impedanz der Motorschaltung aufgrund der Drehung des Motors 2 als eine Änderung in der Amplitude der Wechselstromkomponente, welche in dem Motorstrom enthalten ist, detektiert. Weiter wird diese Amplitudenveränderung durch die Vergleichereinheit 28, welche durch den Vergleicher 31 und dergleichen gebildet ist, detektiert, nachdem ein Detektierungssignal durch den Hochpassfilter 23, die Verstärkereinheit 24, die Umhüllungsdetektoreinheit 25 und den Tiefpassfilter 26 verarbeitet worden ist. Dies ermöglicht es, den Einfluss von Störungen und Verzerrungen zu unterdrücken und die Veränderung der Amplitude durch einen einfachen Schaltungsaufbau zu detektieren und somit einen Drehwinkel genau zu erfassen.
Die Zahl von Kondensatoren C1, welche mit dem Motor 2 verbunden sind, ist Eins, welche die erforderliche Mindestanzahl ist. Der Kondensator C1 ist nur mit einer Phasenwicklung des Ankers verbunden. Zusätzlich werden als Ergebnis der Einschaltung des einen Kondensators C1 die folgenden Zeitperioden abhängig von dem Drehwinkel erzeugt: eine Periode, während welcher ein Speisungspfad des nur einen Kondensators C1 zwischen den Bürsten 16 und 17 existiert und die Impedanz sehr niedrig ist (Zustände C und C'); und eine Periode, während welcher ein Speisungspfad des nur einen Kondensators C1 nicht existiert und die Impedanz hoch ist (Zustände A, B, A' und B'). Der Unterschied in der Impedanz zwischen diesen Perioden ist erhöht und somit ist der Unterschied in der Amplitude der Wechselstromkomponente zwischen diesen Perioden auch erhöht. Während einer Zeitperiode hoher Impedanz ist definitiv irgendeine Anker-Phasenwicklung in dem Speisungspfad vorhanden.
Aus diesem Grunde ist es möglich, eine Vergrößerung der Baugröße und der Kosten des Motors 2 zu unterdrücken und seinen Drehwinkel genau zu erfassen. Dies hat ebenso die Wirkung eines Verhinderns der Vergrößerung der Baugröße und der Kosten der gesamten Vorrichtung.
In dem Verfahren, welches in dem Patentdokument 1 offenbart ist, wird eine Veränderung des Gleichstroms detektiert; aus diesem Grunde besteht eine große Wahrscheinlichkeit, dass die Erfassungsgenauigkeit verschlechtert wird, beispielsweise wird eine Wellenformverzerrung erzeugt, aufgrund einer Alterungsverschlechterung einer Bürste oder des Kommutators. Demgegenüber detektiert der Drehwinkeldetektor 1 der vorliegenden Ausführungsform einen Drehwinkel basierend auf einer Amplitudenänderung der Wechselstromkomponente. Da diese Veränderung in der Amplitude auf der Impedanz der Motorschaltung beruht, ist es möglich, den Einfluss einer Alterungsverschlechterung einer Bürste oder des Kommutators zu unterdrücken.
Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Leistungszuführungseinheit 5 den Leistungszuführungsmitteln nach der Erfindung und die Stromdetektierungseinheit 21 entspricht den Speisungsdetektierungsmitteln nach der Erfindung. Die Drehstellungsdetektierungsmittel nach der Erfindung sind durch die Signalverarbeitungseinheit 22 und die Drehwinkeldetektierungseinheit 7 gebildet.
(Zweite Ausführungsform)
8 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Rotationsdetektors 40 dieser Ausführungsform. Wie in 8 gezeigt, enthält der Rotationsdetektor 40 bei dieser Ausführungsform folgendes: den Motor 2; eine Leistungszuführungseinheit 23, welche Leistung zu dem Motor 2 führt; die Stromdetektierungseinheit 21, welche einen Motorstrom detektiert, welcher durch den Motor 2 geführt wird; eine Signalverarbeitungseinheit 43, welche einen Drehungsimpuls Sp auf der Basis des Motorstroms erzeugt, welcher durch die Stromdetektierungseinheit 21 detektiert wird; und eine Steuereinheit 41, welche die Leistungszuführungseinheit 33 und die Signalverarbeitungseinheit 43 steuert.
Die Leistungszuführungseinheit 33 ist identisch mit der Leistungszuführungseinheit 5 gemäß der ersten Ausführungsform dahingehend, dass sie die Gleichstrom-Leistungsquelle 3, die Wechselstrom-Leistungsquelle 4 und einen Koppelkondensator C10 enthält. Die Leistungszuführungseinheit 33 bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch zusätzlich mit einem Gleichstrom-Leistungsschalter 34 ausgestattet, welcher in dem Speisungspfad angeordnet ist, der sich von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 zu dem Motor 2 erstreckt. Die Schaltung dieses Gleichstrom-Leistungsschalters 34 wird durch ein Gleichstromzuführungs-Steuersignal Sdc von der Steuereinheit 41 gesteuert. Wenn der Schalter eingeschaltet ist, dann wird die Gleichspannung von der Gleichstromleistungsquelle 3 zu dem Motor 2 geführt. Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, dann wird die Zuführung der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 zu dem Motor 2 unterbrochen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Signal hohen Signalpegels (H) oder niedrigen Signalpegels (L) als das Gleichstromzuführungs-Steuersignal Sbc ausgegeben. Wenn das Gleichstromzuführungs-Steuersignal Sdc hohen Signalpegel H hat, dann wird der Gleichstrom-Leistungsschalter 34 eingeschaltet. Wenn das Gleichstromzuführungs-Steuersignal Sdc den Pegel L hat, dann wird der Gleichstrom-Leistungsschalter 34 ausgeschaltet.
Weiter enthält die Leistungszuführungseinheit 33 eine Überlagerungseinheit (SIM) 35 zur Zuführung der Wechselspannung zu dem Motor 2. Im Einzelnen wird die Überlagerungseinheit 35 aus der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 und dem Koppelkondensator C10 in der Leistungszuführungseinheit 5 nach 3B gebildet. Zusätzlich ist ein Wechselstrom-Leistungsschalter 36 zwischen der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 und dem Koppelkondensator C10 vorgesehen. Die Umschaltung des Wechselstrom-Leistungsschalters 36 wird durch ein Wechselstromüberlagerungs-Steuersignal Sac von der Steuereinheit 41 gesteuert. Wenn der Schalter eingeschaltet ist, dann wird die Wechselspannung von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 zu dem Motor 2 geführt. Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, dann wird die Beaufschlagung des Motors 2 mit der Wechselspannung von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 unterbrochen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Signal hohen Signalpegels (H) oder niedrigen Signalpegels (L) als Wechselstromüberlagerungs-Steuersignal Sac ausgegeben. Wenn das Wechselstromüberlagerungs-Steuersignal Sac den Pegel H hat, dann wird der Wechselstrom-Leistungsschalter 36 eingeschaltet. Wenn das Wechselstromüberlagerungs-Steuersignal Sac den Pegel L hat, dann wird der Wechselstrom-Leistungsschalter 36 ausgeschaltet.
Es gibt vielerlei mögliche konkrete Verfahren für die Ausbildung der Schalter 34, 36. Beispielsweise können sie durch ein Halbleiterschaltelement, beispielsweise ein MOSFET gebildet sein oder können von einem Relais oder dergleichen gebildet sein.
Die Stromdetektierungseinheit 21 ist dieselbe wie die Stromdetektierungseinheit 21 in der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform. Aus diesem Grunde ist sie mit der gleichen Bezugszahl wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet und eine Beschreibung kann weggelassen werden.
Der Aufbau der Signalverarbeitungseinheit 43 ist auch derselbe wie derjenige der Signalverarbeitungseinheit 22 in der ersten Ausführungsform gemäß 3, mit der Ausnahme der Schwellwerteinstellungseinheit 44. Aus diesem Grunde sind dieselben Bestandteilselemente wie in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung dieser Elemente sei weggelassen.
Die Schwellwerteinstellungseinheit 44, welche in der Signalverarbeitungseinheit 43 bei der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist, ist so aufgebaut, dass ein Schwellwert variabel entsprechend einem Schwellwertsignal Sth von der Steuereinheit 41 eingestellt wird.
Die Steuereinheit 41 steuert die Umschaltung des Gleichstrom-Leistungsschalters 34 und des Wechselstrom-Leistungsschalters 36 und steuert hierdurch die Drehung des Motors 2. Eine mehr ins Einzelne gehende Beschreibung folgt. Um den Motor 2 zu drehen, bewirkt die Einheit die Einschaltung der beiden Schalter 34 und 36 und führt hierdurch sowohl die Gleichspannung als auch die Wechselspannung zu dem Motor 2. Dies ist beispielsweise gleichbedeutend mit einer Periode, welche eine Zeit umfasst, zu welcher der Motor 2 mit seiner Drehung beginnt, und eine Zeit umfasst, wenn sich der Motor 2 stetig dreht. Wenn folglich der Motor 2 in Umdrehung versetzt wird, dann wird eine wechselstromüberlagerte Spannung, welche durch Überlagerung der Wechselspannung und der Gleichspannung erhalten wird, zu dem Motor 2 geführt.
Zum Abbremsen des Motors 2 und schließlich zu seiner Stillsetzung hält die Steuereinheit den Wechselstrom-Leistungsschalter 36 eingeschaltet und bewirkt eine Ausschaltung des Gleichstrom-Leistungsschalters 34. Das bedeutet, die Zuführung der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 wird für die Abbremsung unterbrochen, während die Zuführung der Wechselspannung von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 fortdauert. Somit wird die Erfassung des Drehwinkels D und der Drehzahl N fortgesetzt, bis der Motor 2 vollständig stillgesetzt ist.
Wenn sich der Motor 2 dreht, dann gibt die Steuereinheit 41 ein Schwellwertsignal Sth an die Schwellwerteinstellungseinheit 44 in der Signalverarbeitungseinheit 43 ab und stellt hierdurch einen Schwellwert ein, der von der Schwellwerteinstellungseinheit 44 abgegeben wird. Weiter enthält die Steuereinheit 41 eine Drehungsdetektierungseinheit 42, welche den Drehwinkel D und die Drehzahl N des Motors 2 auf der Basis eines Drehungsimpulses Sp von der Signalverarbeitungseinheit 43 erfasst.
Die Steuereinheit 41 bei der vorliegenden Ausführungsform besteht hauptsächlich aus einem Mikrocomputer. Der Mikrocomputer führt vielerlei Programme aus, einschließlich der Motorantriebssteuerverarbeitung, welche weiter unten im Zusammenhang mit 9 beschrieben wird, und die Steuerung der Drehung des Motors 2 und die Detektierung des Drehwinkels D und der Drehzahl N des Motors 2 werden hierdurch ausgeführt.
Die Beschreibung der Motorantriebs-Steuerverarbeitung, welche durch die Steuereinheit 41 durchgeführt wird, erfolgt unter Bezugnahme auf 9. Wenn die Motorantriebssteuerverarbeitung beginnt, dann gewinnt die Steuereinheit 41 zuerst einen Ziel-Drehwinkel Do und Schwellwertdaten Th in dem Schritt S110. Der Ziel-Drehwinkel Do und die Schwellwertdaten können feste Werte sein, welche zuvor beispielsweise in einem Speicher gespeichert sind oder von außen in die Steuereinheit 41 eingegeben werden.
Beim vorliegenden Beispiel repräsentiert der Ziel-Drehwinkel Do eine Zeitvorgabe, mit welcher die Abbremsung beginnt und repräsentiert nicht einen Winkel, der als ein Ziel vorgegeben wird, an welchem der Motor schließlich zum Stillstand kommt. Der Ziel-Drehwinkel Do ist auch ein Winkel des Abbremsungsbeginn. Dies hatte seinen Grund darin, dass selbst dann, wenn eine Bremsung zur Anwendung kommt, der Motor 2 nicht notwendigerweise unmittelbar stillgesetzt wird und der Motor 2 aufgrund seiner Trägheit die Drehung fortsetzt, bis er vollständig stillsteht.
Wenn folglich ein Winkel, an welchem der Motor schließlich stillgesetzt ist, als ein Ziel-Drehwinkel Do eingestellt wird, ist es erforderlich, den Ziel-Drehwinkel auf einen Wert einzustellen, bei welchem das Folgende in Rechnung gestellt ist: der Betrag der Trägheitsdrehung, welche während der Zeit vom Beginn der Bremsung bis zur vollständigen Stillsetzung des Motors auftritt.
Nachdem der Ziel-Drehwinkel Do und die Schwellwertdaten gewonnen wurden, wird in dem Schritt S115 ein Schwellwert eingestellt. Das heißt, ein Schwellwertsignal Sth entsprechend den gewonnenen Schwellwertdaten wird an die Schwellwerteinstellungseinheit 44 ausgegeben. An der Schwellwerteinstellungseinheit 44 wird folglich ein Schwellwert entsprechend den Schwellwertdaten eingestellt.
In dem Schritt S120 wird dann das Wechselstromüberlagerungs-Steuersignal Sac mit dem Pegel H an den Wechselstrom-Leistungsschalter 36 ausgegeben. Der Wechselstrom-Leistungsschalter 36 wird hierdurch eingeschaltet, um eine Wechselstromkomponente auf dem Speisungspfad, über welchen der Motorstrom geleitet wird, zu überlagern. Das bedeutet, die Wechselspannung von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 wird zu dem Motor 2 geführt.
In dem Schritt S125 wird weiter das Gleichstromzuführungs-Steuersignal Sdc mit dem Pegel H zu dem Gleichstrom-Leistungsschalter 34 ausgegeben und der Gleichstrom-Leistungsschalter 34 wird dadurch eingeschaltet, um Gleichspannung zu dem Motor 2 zu führen. Demgemäß wird eine wechselstromüberlagerte Spannung, welche durch Überlagerung der Wechselspannung über der Gleichspannung erhalten wird, von der Leistungszuführungseinheit 33 zu dem Motor 2 geführt und der Motor 2 beginnt mit seiner Drehung.
In dem Schritt S130 wird danach festgestellt, ob ein Drehungsimpuls Sp detektiert worden ist oder nicht, d.h., ob der Drehungsimpuls Sp von der Signalverarbeitungeinheit 43 eingegeben worden ist oder nicht. Wenn der Drehungsimpuls Sp festgestellt wird (Schritt S130: JA), dann werden ein Drehwinkel D und eine Drehzahl N auf der Basis des Drehungsimpulses Sp in dem Schritt S135 errechnet. Diese Rechnung wird im Einzelnen in der Rotationsdetektierungseinheit 42 innerhalb der Steuereinheit 41 ausgeführt.
Der Drehwinkel D wird auf der Basis eines Zählwertes errechnet, der durch Zählung der Drehungsimpulse Sp erhalten wird. Die Drehzahl N wird auf der Basis der Periode der Drehungsimpulse Sp errechnet. Aus diesem Grunde ist es notwendig, die Errechnung der Drehzahl N mindestens so lange aufzuschieben, bis der zweite Drehungsimpuls Sp ausgegeben wird.
Nachdem in dem Schritt S 135 der Drehwinkel D und die Drehzahl N errechnet worden sind, wird in dem Schritt S140 festgestellt, ob der augenblickliche Drehwinkel D gleich dem Zieldrehwinkel Do ist oder nicht. Die Verarbeitung in den Schritten S130 bis S 140 wird wiederholt, bis der Drehwinkel D den Zieldrehwinkel Do erreicht. Wenn der Drehwinkel D den Zieldrehwinkel Do erreicht (Schritt 140: JA) dann wird die folgende Verarbeitung durchgeführt, um den Motor 2 stillzusetzen: in dem Schritt S145 wird das Gleichstromzuführungs-Steuersignal Sdc des Pegels L zu dem Gleichstrom-Leistungsschalter 34 ausgegeben und der Gleichstrom-Leistungsschalter 34 wird dadurch ausgeschaltet, um die Zuführung von Gleichspannung zu dem Motor 2 zu unterbrechen. Dies bewirkt, dass die Abbremsung des Motors 2 beginnt. Selbst nach Beginn der Abbremsung wird jedoch die Zuführung von Wechselspannung von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 fortgesetzt.
Nach Beginn der Abbremsung in dem Schritt S145 wird in dem Schritt S150 festgestellt, ob eine Zeit von y Sekunden verstrichen oder abgelaufen ist, oder nicht, nachdem die Abbremsung in dem Schritt S145 begonnen wurde. D.h., die Zeit, welche nach Unterbrechung der Gleichspannungsbeaufschlagung verstrichen ist, wird bestimmt. Diese Zeit von y Sekunden ist eine Zeit, welche notwendig und ausreichend ist, um den Motor 2 nach dem Beginn der Abbremsung vollständig stillzusetzen. Das bedeutet, die Bestimmungsverarbeitung im Schritt S150 kann auch als Verarbeitung zur Bestimmung angesehen werden, ob der Motor 2 vollständig stillgesetzt worden ist oder nicht.
Wenn in dem Schritt S150 festgestellt worden ist, dass eine Zeit von y Sekunden nach dem Beginn der Abbremsung nicht verstrichen ist, dann schreitet die Verarbeitung zu dem Schritt S155 fort, und es wird festgestellt, ob ein Drehungsimpuls Sp etwa im Schritt S130 detektiert worden ist oder nicht. Wenn ein Drehungsimpuls Sp detektiert worden ist (Schritt S155: JA), dann werden ein Drehwinkel D und eine Drehzahl N in dem Schritt S160 wie in dem Schritt S135 errechnet und die Verarbeitung kehrt wieder zu dem Schritt S150 zurück.
Wenn eine Zeit von y Sekunden nach dem Beginn der Abbremsung durch Unterbrechen der Gleichspannung in dem Schritt S145 abgelaufen ist (S 150: JA), dann wird die folgende Verarbeitung in dem Schritt S165 ausgeführt: das Wechselstromüberlagerungs-Steuersignal Sac des Pegels L wird zu dem Wechselstrom-Leistungsschalter 36 ausgegeben, um den Wechselstrom-Leistungsschalter 36 auszuschalten. Die Zuführung von Wechselspannung zu dem Motor 2, d.h. die Überlagerung der Wechselstromkomponente wird hierdurch beendet und diese Reihe von Motorantriebs-Steuervorgängen wird abgeschlossen.
Im vorliegenden Beispiel wird in dem Schritt S160 ein Drehwinkel D jedes Mal errechnet, wenn ein Drehungsimpuls Sp detektiert wird, selbst nach dem Beginn der Abbremsung durch Unterbrechung der Gleichspannung in dem Schritt S145. Die Erfindung kann jedoch auch so konfiguriert werden, dass folgendes ausgeführt wird: es erfolgt nur eine Zählung der Drehungsimpulse Sp und nach Ablauf von y Sekunden wird ein endgültiger Drehwinkel D auf der Basis der Gesamtzahl von Drehungsimpulsen Sp bis dahin errechnet.
Mit einem so aufgebauten Rotationsdetektor 40 kann in dieser Ausführungsform der Motor 2 leicht vom Start bis zum Stillstand gesteuert werden, indem es ermöglicht wird, den Gleichstrom-Leistungsschalter 34 und den Wechselstrom-Leistungsschalter 36 individuell zu steuern.
Das Abbremsen des Motors 2 geschieht durch Unterbrechen der Zuführung der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3. Zusätzlich wird die Überlagerung von Wechselspannung durch die Überlagerungseinheit 35 fortgesetzt, bis der Motor 2 vollständig stillgesetzt ist. Aus diesem Grunde können sein Drehwinkel D und seine Drehzahl N zuverlässig detektiert werden, bis der Motor 2 vollständig stillgesetzt ist.
Der Gleichstrom-Leistungsschalter 34 ist bei der vorliegenden Ausführungsform auch als Gleichstrom-Unterbrechungsmittel zum Unterbrechen der Zufuhr der Gleichstromleistung ausgebildet. Die Überlagerungseinheit 35 ist auch als Wechselspannungs-Zuführungsmittel zur Überlagerung der Wechselstromleistung über der Gleichstromleistung und zu ihrer Zuführung ausgebildet. Die Steuereinheit 41 ist auch als Gleichstromunterbrechungs-Steuermittel zur Unterbrechung der Zufuhr von Gleichstromleistung bei der Abbremsungssteuerung ausgebildet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuereinheit 41 von einem Mikrocomputer gebildet; dies ist jedoch nur ein Beispiel und die Steuereinheit 41 kann in vielerlei Weise konfiguriert werden, solange sie die gewünschten Ziele erreicht. Beispielsweise kann die Steuereinheit 41 vielerlei Gestalten haben, in denen die Funktionen der Steuerung der Drehung des Motors 2 und der Detektierung des Drehwinkels D und der Drehzahl N des Motors 2 verwirklicht werden können. Gleiches gilt für jede Steuereinheit in den einzelnen weiter unten beschriebenen Ausführungsformen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform errechnet die Steuereinheit 41 eine Drehzahl N zusätzlich zu einem Drehwinkel D. Die Steuereinheit kann jedoch auch so ausgeführt werden, dass sie nur einen Drehwinkel D oder eine Drehzahl N errechnet.
Die vorliegende Ausführungsform kann so ausgebildet sein, dass folgendes verwirklicht wird, wenn die Schwellwerteinstelleinheit 44 innerhalb der Signalverarbeitungseinheit 43 den Schwellwert auf einen bestimmten Wert fixieren kann: der Schwellwert wird zuvor wie bei der Schwellwerteinstelleinheit 27 in der Signalverarbeitungseinheit 22 der ersten in 3 gezeigten Ausführungsform festgelegt. In diesem Falle ist die Verarbeitung des Schrittes S115 der Motorantriebs-Steuerverarbeitung gemäß 9, d.h., die Verarbeitung der Einstellung eines Schwellwertes, unnötig.
(Dritte Ausführungsform)
10 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Drehwinkeldetektors 50 gemäß dieser Ausführungsform. Wie in 10 gezeigt ist der Drehwinkeldetektor 50 bei dieser Ausführungsform verschieden von dem Rotationsdetektor 40 in der zweiten, in 8 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Leistung von der Leistungszuführungseinheit 33 zu dem Motor 2 über eine Motortreiberschaltung 51 zugeführt wird. Die anderen Gesichtspunkte bezüglich des Aufbaus sind im Wesentlichen dieselben wie diejenigen in dem Rotationsdetektor 40 der zweiten Ausführungsform. Aus diesem Grunde sind dieselben Bestandteile wie bei dem Rotationsdetektor 40 in der zweiten Ausführungsform mit denselben Bezugszahlen wie in der zweiten Ausführungsform bezeichnet und eine detaillierte Beschreibung sei weggelassen.
Die Motortreiberschaltung 51 besteht aus einer allgemein bekannten H-Brückenschaltung, welche vier Schalter enthält. Die H-Brückenschaltung ist auch als Vollbrückenschaltung zu bezeichnen.
Es sei eine mehr ins Einzelne gehende Beschreibung gegeben. Die Motortreiberschaltung 51 enthält einen Schalter T1, einen Schalter T2, einen Schalter T3 und einen Schalter T4, welche jeweils von einem Bipolartransistor gebildet sind. Die Kollektoren der Schalter T1, T2 auf der Hochpotentialseite sind mit der Leistungszuführungseinheit 33 verbunden; und die Emitter der Schalter T3 und T4 auf der Niederpotentialseite sind mit Erdpotential über die Stromdetektierungseinheit 21 verbunden. Der Emitter des Schalters T1 auf der Hochpotentialseite ist mit dem Kollektor des Schalters T3 auf der Niederpotentialseite verbunden und dieser Verbindungspunkt, d.h., ein Zwischenpotentialpunkt der H-Brückenschaltung ist mit einer Bürste 16 des Motors 2 verbunden. In entsprechender Weise ist der Emitter des anderen Schalters T2 auf der Hochpotentialseite mit dem Kollektor des anderen Schalters T4 auf der Niederpotentialseite verbunden und dieser Verbindungspunkt, d.h., der andere Zwischenpotentialpunkt der Brückenschaltung, ist mit der anderen Bürste 17 des Motors 2 verbunden.
Die Basisanschlüsse der Schalter T1 bis T4 werden jeweils mit Motortreiber-Steuersignalen ST1 bis ST4 von einer Steuereinheit 52 aus beaufschlagt. Jeder der Schalter T1 bis T4 wird durch das Motortreiber-Steuersignal, welches an der jeweiligen Basis eingegeben wird, ein- und ausgeschaltet. Im Einzelnen werden die Schalter eingeschaltet, wenn das Motortreiber-Steuersignal den Signalpegel H hat, und werden ausgeschaltet, wenn das Motortreiber-Steuersignal den Signalpegel L hat.
Anhand von 11 sei die Motortreiber-Steuerungsverarbeitung, welche durch die Steuereinheit 52 bei dieser Ausführungsform durchgeführt wird, beschrieben. Wenn die Motortreiber-Steuerverarbeitung gemäß 11 beginnt, dann gewinnt und erhält die Steuereinheit 52 zunächst einen Zieldrehwinkel Do, Schwellwertdaten Th und eine Drehrichtung Rd in dem Schritt S210. Es wird ein Schwellwert in dem Schritt S215 (wie bei dem Schritt S115 nach 9) eingestellt und es erfolgt eine Überlagerung einer Wechselstromkomponente in dem Schritt S220 (wie in dem Schritt S120 von 9) sowie eine Bestimmung einer Drehrichtung in dem Schritt S225. Diese Bestimmung erfolgt auf der Basis der in dem Schritt 120 gewonnenen Drehrichtung. Wenn die gewonnene Drehrichtung eine normale Drehung ist, dann schreitet die Verarbeitung zu dem Schritt S230 fort; und wenn die Drehung eine umgekehrte Drehung ist, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt 235 fort.
Wenn die erhaltene Drehrichtung eine normale Drehung ist und somit der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S230 fortschreitet, dann wird die Motortreiber-Normaldrehungssteuerung ausgeführt. Das bedeutet, von den vier Schaltern T1 bis T4, welche die Motortreiberschaltung 51 enthält, werden die Schalter T1 und T4 eingeschaltet und die anderen beiden Schalter T2, T3 werden ausgeschaltet. In dem Schritt S240 wird Gleichspannung (wie in dem Schritt S125 gemäß 9) zugeführt. Demzufolge wird eine wechselstromüberlagerte Spannung, welche durch Überlagerung einer Wechselspannung über der Gleichspannung erhalten wird, von der Leistungszuführungseinheit 33 über die Motortreiberschaltung 53 zu dem Motor 2 geführt und der Motor 2 beginnt mit der normalen Drehung. Bei der normalen Drehung fließt ein Motorstrom von einer Bürste 16 zu der Bürste 17 in den Motor 2, wie aus 10 ersichtlich ist.
In dem Schritt S245 wird festgestellt, ob ein Drehungsimpuls Sp festgestellt worden ist oder nicht (wie in dem Schritt S130 von 9). Wenn ein Drehungsimpuls Sp detektiert worden ist (Schritt S245: JA), dann wird ein Drehwinkel D auf der Basis des Drehungsimpulses Sp in dem Schritt S250 errechnet. Diese Rechnung des Drehungswinkels D wird im Einzelnen in der Drehwinkeldetektierungseinheit 53 innerhalb der Steuereinheit 52 durchgeführt und die Berechnungsmethode ist dieselbe wie die Berechnungsmethode, welche in dem Schritt S135 von 9 durchgeführt wird.
Die Verarbeitung jedes der nachfolgenden Schritte S255 bis S275 ist dieselbe wie die Verarbeitung in den jeweiligen Schritten S140 bis S160 von 9, jedoch mit der Ausnahme, dass die Drehzahl N nicht zu dem gehört, was in dem Schritt S275 berechnet wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt keine Berechnung der Drehzahl N. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel und es kann die folgende Maßnahme bei der vorliegenden Ausführungsform ergriffen werden: sowohl ein Drehwinkel D als auch eine Drehzahl N können errechnet werden, wie dies bei der ersten Ausführungsform vorgenommen wird, oder es kann nur eine Drehzahl N, nicht jedoch ein Drehwinkel D, errechnet werden.
Wenn nach Beginn der Abbremsung durch Unterbrechen der Gleichspannung in dem Schritt S260 (Schritt S265: JA) eine Zeit von y Sekunden verstrichen ist, dann wird in dem Schritt S280 die Motortreiber-Stillsetzungssteuerung durchgeführt. Das bedeutet, sämtlich vier Schalter T1 bis T4, welche in der Motortreiberschaltung 51 enthalten sind, werden ausgeschaltet.
In dem Schritt S285 wird der Wechselstrom-Leistungsschalter 36 ausgeschaltet, um die Zuführung der Wechselspannung zu dem Motor 2 wie in dem Schritt S165 von 9 zu unterbrechen und diese Folge von Motortreiber-Steuervorgängen wird beendet.
Wie oben erwähnt enthält der Drehwinkeldetektor 50 bei der vorliegenden Ausführungsform die Motortreiberschaltung 51 und kann daher eine Normaldrehung oder eine umgekehrte Drehung des Motors 2 steuern. Sowohl bei der normalen Drehung als auch bei der umgekehrten Drehung wird ein Motorstrom durch die Stromdetektierungseinheit 21 geleitet und die Zuführung von Wechselspannung von der Überlagerungseinheit 35 wird auch nach Beginn der Abbremsung durch Unterbrechen der Gleichspannung fortgesetzt. Sowohl bei der normalen Drehung als auch bei der umgekehrten Drehung kann aus diesem Grunde ein Drehungszustand nicht nur bei der stetigen Drehung sondern auch während der Periode zuverlässig detektiert werden, welche vom Beginn der Abbremsung bis zur vollständigen Stillsetzung des Motors reicht.
(Vierte Ausführungsform)
Es folgt eine Beschreibung eines Drehwinkeldetektors gemäß dieser Ausführungsform. Der Drehwinkeldetektor bei dieser Ausführungsform ist identisch mit dem Drehwinkeldetektor 50 der dritten Ausführungsform gemäß 10 bezüglich des Hardwareaufbaus. Das bedeutet, der Motor 2 wird durch die Motortreiberschaltung 51 angetrieben und die Motortreiberschaltung 51 wird gemäß den einzelnen Motortreiber-Steuersignalen ST1 bis ST4 von der Steuereinheit 52 gesteuert.
Ein Unterschied des Drehwinkeldetektors gemäß der vorliegenden Ausführungsform gegenüber dem Drehwinkeldetektor 50 der dritten Ausführungsform liegt in einem Abbremsverfahren zur Abbremsung des Motors 2. Dieses Verfahren sei beschrieben. In der dritten Ausführungsform erfolgt eine Bremsung durch Unterbrechung der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 wie bei der zweiten Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt eine PWM-Bremsung. Bei dieser Bremsung geschieht das Bremsen durch abwechselndes Schalten der Polarität der von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 an den Motor 2 gelegten Gleichspannung mit einem vorbestimmten Tastungsverhältnis Sw [%]. Das Tastungsverhältnis Sw ist auch als impulsbreitenmodulierte Bremsung gemäß dem Tastungsverhältnis zu bezeichnen und dies ist äquivalent zu dem oben erwähnten Schaltzeitverhältnis.
Im Einzelnen werden die folgenden Zeiten abwechselnd mit dem obigen Tastungsverhältnis geschaltet, wie in den 12A bis 12E dargestellt ist: Eine Zeitdauer, während welcher der Schalter T1 und der Schalter T4 eingeschaltet sind und der Schalter T2 sowie der Schalter T3 ausgeschaltet sind und eine Bürste 16 des Motors 2 hierdurch auf hohes Potenzial gebracht wird; und eine Zeitdauer, während welcher der Schalter T2 und der Schalter T3 eingeschaltet sind und der Schalter T1 und der Schalter T4 ausgeschaltet sind und die andere Bürste 17 des Motors 2 hierdurch auf hohes Potenzial gebracht wird. Mit anderen Worten, eine Zeitdauer, während welcher der Motor 2 zu einer normalen Drehung veranlasst wird, und eine Zeitdauer, während welcher der Motor 2 zu einer umgekehrten Drehung veranlasst wird, werden abwechselnd geschaltet.
Bei dieser Ausführungsform ist das obige Tastungsverhältnis Sw auf 50 [%] eingestellt, so dass der Mittelwert des Gleichstromes, der zu dem Motor 2 geführt wird, Null ist. Das Folgende wird durch Schalten der Polarität der Gleichstromleistung, welche zu dem Motor 2 geführt wird, mit einem Tastungsverhältnis von 50% in der oben beschriebenen Weise verwirklicht: Das Drehmoment in einer bestimmten Richtung wird dem Motor 2 nicht vermittelt und somit wird der umlaufende Motor 2 abgebremst und stillgesetzt. Das Schalten der Polarität der Gleichstromleistung ist gleichbedeutend mit einer Umschaltung der Drehrichtung.
Die Einstellung des Tastungsverhältnisses Sw auf 50 [%] ist lediglich ein Beispiel und ein beliebiger Wert innerhalb eines Bereiches, innerhalb welchem die Drehung des Motors 2 stillgesetzt werden kann, kann in geeigneter Weise für das Tastungsverhältnis Sw eingesetzt werden.
Die Frequenz (nachfolgend als „PWM-Frequenz“ bezeichnet), mit der die Polarität der Gleichspannung, welche von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 zu dem Motor 2 bei dem obigen Tastungsverhältnis Sw geführt wird, kann in geeigneter Weise eingestellt werden. Es ist jedoch notwendig, die Frequenz auf einen Wert einzustellen, welcher von der Frequenz der Wechselspannung verschieden ist, welche von der Überlagerungseinheit 35 zugeführt wird. Das bedeutet, die Pulsbreitenmodulationsfrequenz ist verschieden von der Frequenz der Wechselspannung, welche von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 zugeführt wird. Genauer gesagt, es ist zweckmäßig, sicherzustellen, dass die Frequenz der Wechselspannung höher ist als die PWM-Frequenz.
Die Motorstrom-Wellenform, welche durch die Stromdetektierungseinheit 21 bei der Abbremsung mit Impulsweitenmodulation detektiert wird, ist in 12A dargestellt. Das bedeutet, die Stromwellenform, welche durch Umschaltung der Polarität der angelegten Gleichspannung gestört ist und die Wechselstromkomponente, welche aus der Wechselspannung von der Überlagerungseinheit 35 resultiert, werden in dieser gestörten Wellenform einander überlagert. Folgendes kann somit durch Einstellung der Frequenz der Wechselspannung über der Frequenz der PWM-Modulation verwirklicht werden: Die Komponente der PWM-Frequenz wird durch den Hochpassfilter 23 beseitigt, welcher in der Eingangsstufe der Signalverarbeitungseinheit 43 gelegen ist; und nur die Wechselstromkomponente, welche aus der Wechselspannung von der Überlagerungseinheit 35 resultiert, kann leicht herausgenommen werden. Wenn die Wechselstromkomponente aus der Überlagerungseinheit 35 in der oben beschriebenen Weise herausgenommen werden kann, kann folgendes ausgeführt werden: Es wird danach eine Umhüllungsdetektierung durch die Umhüllungsdetektierungseinheit 25 durchgeführt und ein Drehungsimpuls Sp kann auf der Basis eines Umhüllungsdetektierungssignales erzeugt werden, welches als Ergebnis der Umhüllungsdetektierung erhalten wird.
Es folgt nun eine Beschreibung des Motortreiber-Steuerungsvorganges bei der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 13. Wenn die Motortreiber-Steuerungsverarbeitung gemäß 13 beginnt, dann erhält die Steuereinheit zuerst einen Zieldrehwinkel Do, Schwellwertdaten, eine Drehrichtung, ein Abbremsungs-PWM-Tastungsverhältnis Sw und eine PWM-Frequenz Sf in dem Schritt S310.
Die Verarbeitung in den nachfolgenden Schritten S315 bis S355, d. h., die Verarbeitung, welche durchgeführt wird, bevor der Drehungswinkel D des Motors 2 den Zieldrehwinkel Do erreicht, ist dieselbe wie folgende Verarbeitung: Die Verarbeitung gemäß den Schritten S215 bis S255 der Motortreiber-Steuerverarbeitung in der dritten Ausführungsform, wie in 11 gezeigt.
Wenn der Drehwinkel D des Motors 2 den Zieldrehwinkel Do erreicht (Schritt S355: JA), dann wird die Motortreiber-PWM-Abbremsungssteuerung in dem Schritt S360 durchgeführt. D. h., die oben erwähnte PWM-Abbremsung wird mit einem Tastungsverhältnis Sw [%] und mit einer PWM-Frequenz von Sf durchgeführt.
In dem Schritt S365 wird festgestellt, ob eine Zeit von y Sekunden nach dem Beginn der PWM-Abbremsungssteuerung in dem Schritt S360 verstrichen ist oder nicht. Bis zum Ablauf einer Zeit y Sekunden wird ein Drehwinkel D jedes mal dann errechnet, wenn ein Drehungsimpuls Sp detektiert wird. Wenn eine Zeit y Sekunden abgelaufen ist (Schritt S365: JA), dann wird der Gleichstrom-Leistungsschalter 34 ausgeschaltet, um die Zuführung von Gleichspannung in dem Schritt S380 zu unterbrechen. In dem Schritt S385 wird weiter die Motortreiber-Stillsetzungssteuerung wie in dem Schritt S280 von 11 ausgeführt, und in dem Schritt S390 wird dann der Wechselstrom-Leistungsschalter 36 ausgeschaltet, um die Zuführung von Wechselspannung zu dem Motor 2 zu beenden. Dies vervollständigt die Reihe von Motortreiber-Steuerungsvorgängen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann, wie oben erwähnt, der Motor 2 abgebremst und beim Bremsen stillgesetzt werden, indem die folgenden Maßnahmen ergriffen werden, ohne dass die Zuführung von Gleichspannung unterbrochen wird: Die PWM-Abbremsung wird durchgeführt und der Mittelwert der zu dem Motor 2 geführten Gleichspannung wird hierdurch auf Null gebracht. Oder der Mittelwert der Gleichspannung kann auf einen so kleinen Wert erniedrigt werden, dass der Motor 2 nicht gedreht wird.
Auch bei dieser PWM-Abbremsung wird die Zuführung der wechselstromüberlagerten Spannung zu dem Motor 2 während einer Zeitdauer fortgesetzt, welche vom Beginn der Abbremsung bis zur vollständigen Stillsetzung des Motors 2 reicht. Aus diesem Grunde kann ein Drehungszustand zuverlässig detektiert werden, bis der Motor vollständig stillgesetzt ist.
(Fünfte Ausführungsform)
14 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Drehwinkeldetektors 16 gemäß dieser Ausführungsform. In 14, in welcher der Drehwinkeldetektor 60 gezeigt ist, sind dieselben Bestandteile wie diejenige des Drehwinkeldetektors 50 bei der dritten Ausführungsform gemäß 10 auch mit den gleichen Bezugszahlen wie in 10 bezeichnet. Eine detaillierte Beschreibung dieser Teile sei daher weggelassen.
Der Drehwinkeldetektor 60 bei der vorliegenden Ausführungsform ist identisch mit dem Drehwinkeldetektor 50 in der dritten Ausführungsform gemäß 10 dahingehend, dass die Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 zu dem Motor 2 über eine Motortreiberschaltung 61 geführt wird. Während aber der Motor 2 bei der dritten Ausführungsform durch PWM-Abbremsung abgebremst wird, wird der Motor 2 bei der vorliegenden Ausführungsform durch Kurzschlussabbremsung in dem Drehwinkeldetektor 60 abgebremst.
Die Motortreiberschaltung 61 wird durch eine allgemein bekannte H-Brückenschaltung gebildet, welche vier Schalter enthält.
Eine genauere Beschreibung wird nachfolgend gegeben. Die Motortreiberschaltung 61 enthält einen Schalter MOS1, einen Schalter MOS2, einen Schalter MOS3 und einen Schalter MOS4, welche jeweils von einem MOSFET gebildet sind. Die Drainanschlüsse der Schalter MOS1, MOS2 auf der Hochpotentialseite sind mit der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 über den Gleichstrom-Leistungsschalter 34 verbunden; und die Sourceanschlüsse der Schalter MOS3, MOS4 auf der Seite niedrigen Potentials sind mit Erdpotential verbunden. Die Sourceelektrode des Schalters MOS1 auf der Seite hohen Potentials ist an den Drainanschluß des Schalters MOS3 auf der Niederpotentialseite angeschlossen und dieser Verbindungspunkt (Zwischenpotentialpunkt J) ist an eine Bürste 16 des Motors 2 angeschlossen. In entsprechender Weise ist der Sourceanschluss des anderen Schalters MOS2 auf der Hochpotentialseite an den Drainanschluss des anderen Schalters MOS4 auf der Niederpotentialseite gelegt und dieser Verbindungspunkt (Zwischenpotentialpunkt K) ist mit der anderen Bürste 17 des Motors 2 verbunden.
Die Gateanschlüsse der Schalter MOS1 bis MOS4 werden jeweils mit den Motortreiber-Steuersignalen SM1 bis SM4 von einer Steuereinheit 62 beaufschlagt. Jeder der Schalter MOS1 bis MOS4 wird durch das an der jeweiligen eigenen Basis eingegebene Motortreiber-Steuersignal eingeschaltet und ausgeschaltet. Im einzelnen werden sie eingeschaltet, wenn sich das Motortreiber-Steuersignal auf dem Pegel H befindet und werden ausgeschaltet, wenn sich das Motortreiber-Steuersignal auf dem Pegel L befindet.
Die Kurzschlussabbremsung, welche bei dieser Ausführungsform durchgeführt wird, geschieht folgendermaßen: von den vier Schaltern MOS 1 bis MOS4, welche in der Motortreiberschaltung 61 enthalten sind, werden die beiden Schalter MOS3, MOS4 auf der Niederpotentialseite eingeschaltet und die Anschlüsse des Motors 2, d.h., seine Bürsten 16 und 17 werden hierdurch miteinander über diese Schalter MOS3, MOS4 kurzgeschlossen, um den Motor 2 zu bremsen. Wenn die Bürsten 16, 17 des umlaufenden Motors 2 miteinander über die Schalter MOS3, MOS4 kurzgeschlossen werden, geschieht folgendes: Energie, die aus der elektromotorischen Gegenkraft des Motors 2 entsteht und in der Folge des Kurzschlusses erzeugt wird, wird durch die Schalter MOS3, MOS4 auf der Niederpotentialseite und den Motor 2 verbraucht; als Ergebnis hiervon wird der Motor 2 abgebremst und schließlich stillgesetzt.
In dem Drehwinkeldetektor 50 der dritten Ausführungsform gemäß 10 ist die Überlagerungseinheit 35 stromauf von der Motortreiberschaltung vorgesehen und die Stromdetektierungseinheit 21 ist stromab von der Motortreiberschaltung vorgesehen. Wenn der Motor 2 durch die Kurzschlussbremsung in dieser Konfiguration abgebremst wird, ereignet sich folgendes: während einer Zeitdauer, während welcher die Kurzschlussbremsung durchgeführt wird, wird Wechselspannung von der Überlagerungseinheit 35 nicht zu dem Motor 2 geführt; und zur gleichen Zeit wird der Motorstrom, der durch den Motor 2 fließt, nicht durch die Detektierungseinheit 21 geleitet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind folglich die Überlagerungseinheit 35 und die Detektierungseinheit 64 auf dem folgenden gemeinsamen Strompfad von den Speisungspfaden von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 zu dem Motor 2 angeordnet: die gemeinsamen Stromwege, über welche Motorstrom sowohl während einer Zeitdauer vom Start bis zur stetigen Drehung als auch bei der Kurzschlussbremsung fließt.
Wie mehr im einzelnen in 14 dargestellt, ist die Überlagerungseinheit 35 auf einem ersten gemeinsamen Strompfad vorgesehen, der sich von dem einen Zwischenpotentialpunkt J der Motortreiberschaltung 61 zu der einen Bürste 16 des Motors 2 erstreckt; und die Detektierungseinheit 64 ist auf einem zweiten gemeinsamen Strompfad gelegen, der sich von dem anderen Zwischenpotentialpunkt K der Motortreiberschaltung 61 zu der anderen Bürste 17 des Motors 2 erstreckt.
Die Detektierungseinheit 64 enthält einen Widerstand R10, der zwischen den zweiten gemeinsamen Strompfad und Erdpotential geschaltet ist. Die Spannung an dem Widerstand R10 d.h., die Spannung an dem zweiten gemeinsamen Strompfad relativ zum Erdpotential, wird in die Signalverarbeitungseinheit 43 eingegeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform bedeutet dies, dass die Spannung an dem Speisungspfad von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 zu dem Motor 2 durch die Detektierungseinheit 64 detektiert wird. Die Signalverarbeitungseinheit 34 erzeugt einen Drehungsimpuls Sp auf der Basis der Wechselstromkomponente, welche in der detektierten Spannung enthalten ist.
Die 15A bis 15D zeigen Beispiele von folgendem: die Wellenform des Motorstroms, welche bei der vorliegenden Ausführungsform durch den Motor 2 fließt; die Wellenform des Ausgangs vom Hochpassfilter 23 in der Signalverarbeitungseinheit 43; ein Umhüllungsdetektierungssignal von der Umhüllungsdetektierungseinheit 25; und Drehungsimpulse Sp.
Bei der obigen Ausführungsform sind, wie oben angegeben, die Überlagerungseinheit 35 und die Detektierungseinheit 64 auf gemeinsamen Strompfaden angeordnet, durch welche der Motorstrom während sämtlicher Perioden vom Anlauf bis zum Stillstand ständig fließt. Aus diesem Grund enthält der Motorstrom die Wechselstromkomponente, welche aus der Wechselspannung von der Überlagerungseinheit 35 resultiert, während sämtlicher Perioden vom Anlauf bis zur ständigen Drehung bis zur Stillsetzung, wie in 15A dargestellt ist. Aus diesem Grunde kann ein Drehungsimpuls Sp auf der Basis eines Detektierungssignals erzeugt werden, welches von der Detektierungseinheit 64 während sämtlicher dieser Perioden eingegeben wird.
Es sei nun eine Beschreibung der Motortreiber-Steuerverarbeitung gegeben, welche durch die Steuereinheit 62 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, wobei auf 16 Bezug genommen sei. Die Verarbeitung in jedem der Schritte S410 bis S455, d.h., die Verarbeitung vom Anlauf bis zum Erreichen des Zieldrehwinkels Do in der Motortreiber-Steuerverarbeitung gemäß 16 ist, wie im folgenden angegeben: die Verarbeitung in den Schritten S210 bis S225 in der Motortreiber-Steuerverarbeitung bei der in 11 dargestellten dritten Ausführungsform. Während jedoch die Motortreiberschaltung 51 in der dritten Ausführungsform die vier Schalter T1 bis T4 enthält, welche jeweils von einem Bipolartransistor gebildet sind, enthält die Motortreiberschaltung 61 bei der vorliegenden Ausführungsform vier Schalter MOS1 bis MOS4, die jeweils von einem MOSFET gebildet sind.
In der Motortreiber-Steuerverarbeitung bei der vorliegenden Ausführungsform wird aus diesem Grunde die folgende Verarbeitung bei der Motortreiber-Normaldrehungssteuerung (S430) durchgeführt: von den vier Schaltern MOS 1 bis MOS4, welche in der Motortreiberschaltung 61 enthalten sind, werden die Schalter MOS1 und MOS4 eingeschaltet und die beiden anderen Schalter MOS2, MOS3 werden ausgeschaltet. Dem gegenüber geschieht die folgende Verarbeitung bei der Motortreiber-Gegendrehungssteuerung (S435): von den vier Schaltern MOS1 bis MOS4 werden der Schalter MOS2 und der Schalter MOS3 eingeschaltet, und die beiden anderen Schalter MOS1, MOS4 werden ausgeschaltet.
Wenn der Drehwinkel D des Motors 2 den Zieldrehwinkel Do erreicht (Schritt S455: JA), wird in dem Schritt S460 die Motortreiber-Kurzschlussbremsungssteuerung ausgeführt. D.h. von den vier Schaltern MOS1 bis MOS4, welche in der Motortreiberschaltung 61 enthalten sind, werden die beiden Schalter MOS3, MOS4 auf der Niederpotentialseite eingeschaltet, so dass ein Kurzschlussstrom über die Schalter MOS3, MOS4 durch den Motor 2 fließt.
Demzufolge wird die Zuführung von Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 zu dem Motor 2 unterbrochen. Weiter wird Energie, die durch die elektromotorische Gegenkraft des Motors 2 entsteht, auf diesem Kurzschlusspfad verbraucht und der Motor 2 erreicht allmählich den Stillstand.
Bis zu einer Zeit, zu der y-Sekunden von dem Beginn der Motortreiber-Kurzschlussbremsungssteuerung in dem Schritt S460 verstrichen sind, wird die Berechnung des Drehwinkels D auf der Basis eines Drehungsimpulses Sp fortgesetzt (Schritt S470 bis S475). Wenn eine Zeit von y-Sekunden verstrichen ist (Schritt S465: JA), dann wird die Zuführung von Gleichspannung unterbrochen (S480) und die Motortreiber-Stillsetzungssteuerung wird durchgeführt. Bei dieser Motortreiber-Stillsetzungssteuerung werden sämtliche Schalter MOS1 bis MOS4 in der Motortreiberschaltung 61 ausgeschaltet (S490). Die Überlagerung einer Wechselstromkomponente durch die Überlagerungseinheit 35 wird hierdurch beendet (S490).
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie oben erwähnt, die Abbremsung des Motors 2 durch Kurzschlussbremsung ausgeführt. Wenn die Kurzschlussbremsung durch Einschalten der beiden Schalter MOS3, MOS4 auf der Niederpotentialseite in der Treiberschaltung 61 durchgeführt wird, dann wird der folgende Leitungsweg unter den Speisungswegen von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 zu dem Motor 2 erzeugt: ein Weg, über welchen ein Motorstrom bei ständiger Drehung fließt jedoch kein Motorstrom bei der Kurzschlussbremsung fließt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird demgemäß folgende Maßnahme ergriffen. Wechselspannung wird von der Überlagerungseinheit 35 zu gemeinsamen Strompfaden geführt, über welche Motorstrom während sämtlichen Perioden vom Anlauf bis zur ständigen Drehung bis zur Abbremsung bis zum Stillstand fließt, und weiter ist die Detektierungseinheit 64 auch auf einem gemeinsamen Strompfad zum Detektieren von Spannung auf diesem gemeinsamen Strompfad vorgesehen. Aus diesem Grunde kann folgendes ausgeführt werden, selbst bei solcher Ausführung des Drehwinkeldetektors 60, das der Motor 2 durch Kurzschlussbremsung wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel abgebremst wird: der Drehwinkel des Motors 2 kann zuverlässig während sämtlicher Perioden vom Start zur ständigen Drehung, zur Abbremsung bis zum Stillstand detektiert werden.
(Sechste Ausführungsform)
17 zeigt den gleichen Aufbau eines Drehwinkeldetektors 70 gemäß dieser Ausführungsform. In 17, welche den Drehwinkeldetektor 70 zeigt, sind dieselben Bestandteile wie diejenigen des Drehwinkeldetektors 60 bei der fünften Ausführungsform, welche in 14 gezeigt ist, mit denselben Bezugszahlen versehen, wie in 14. Eine detaillierte Beschreibung dieser Teile sei weggelassen.
Ein Unterschied des Drehwinkeldetektors 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gegenüber dem Drehwinkeldetektor 60 nach 14 besteht in dem Verfahren der Verbindung einer Überlagerungseinheit und einer Detektierungseinheit mit jedem gemeinsamen Strompfad. Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie aus 17 deutlich wird, sind eine erste Überlagerungseinheit 35a und eine erste Detektierungseinheit 63a auf einem ersten gemeinsamen Strompfad zwischen einem Zwischenpotentialpunkt J in einer Motortreiberschaltung 71 und einer Bürste 16 des Motors 2 vorgesehen. Zusätzlich sind eine zweite Überlagerungseinheit 35b und eine zweite Detektierungseinheit 63b in einem zweiten gemeinsamen Strompfad zwischen dem anderen Zwischenpotential K in der Motortreiberschaltung 71 und der anderen Bürste 17 des Motors 2 vorgesehen.
Die erste Überlagerungseinheit 35a und die zweite Überlagerungseinheit 35b, welche in dem jeweiligen gemeinsamen Strompfad angeordnet sind, haben denselben Aufbau wie derjenige der Überlagerungseinheit 35 gemäß 8. Die erste Detektierungseinheit 63a und die zweite Detektierungseinheit 63b, welche in den jeweiligen gemeinsamen Strompfaden vorgesehen sind, haben beide denselben Aufbau wie derjenige der Detektierungseinheit 64 gemäß 14.
Bei dieser Konfiguration wird ein Wechselstromüberlagerungs-Steuersignal Sacl zum Einschalten und Ausschalten des Wechselstrom-Leistungsschalters 36, welcher in der ersten Überlagerungseinheit 35a vorgesehen ist, von einer Steuereinheit 72 zu der ersten Überlagerungseinheit 35a ausgegeben. Weiter wird ein Wechselstromüberlagerungs-Steuersignal Sac2 zum Einschalten und Ausschalten des Wechselstrom-Leistungsschalters 36, der in der zweiten Überlagerungseinheit 35b vorgesehen ist, zu der zweiten Überlagerungseinheit 35b ausgegeben.
Der Drehwinkeldetektor enthält weiter Folgendes: eine erste Signalverarbeitungseinheit 43a, welche einen ersten Drehungsimpuls Sp1 auf der Basis des Ergebnisses der Detektierung durch die erste Detektierungseinheit 63a erzeugt; und eine zweite Signalverarbeitungseinheit 43b, welche einen zweiten Drehungsimpuls Sp2 auf der Basis des Ergebnisses der Detektierung durch die zweite Detektierungseinheit 36b erzeugt. Die Signalverarbeitungseinheiten 43a, 43b haben beide denselben Aufbau wie derjenige der Signalverarbeitungseinheit 42, welche in 8 gezeigt ist.
Aus diesem Grunde werden die folgenden Schwellwertsignale von der Steuereinheit 72 abgegeben: ein erstes Schwellwertsignal Sth1 zur Veranlassung der Schwellwerteinstelleinheit 44, welche in der ersten Signalverarbeitungseinheit 43a vorgesehen ist, zur Einstellung eines Schwellwerts, wird zu der Signalverarbeitungseinheit 43a hin abgegeben; und ein zweites Schwellwertsignal Sth2 zur Veranlassung der Schwellwerteinstelleinheit 44, welche in der zweiten Signalverarbeitungseinheit 43b zur Einstellung eines Schwellwerts vorgesehen ist, wird zu der zweiten Signalverarbeitungseinheit 43b hin ausgegeben.
Bei dem so aufgebauten Drehwinkeldetektor 70 wird die folgende Verarbeitung für den normalen Umlauf des Motors durchgeführt: während einer Zeitdauer vom Anlauf bis zur stetigen Rotation wird Wechselspannung an die erste Überlagerungseinheit 35a gelegt. Dann erzeugt die zweite Signalverarbeitungseinheit 43b einen zweiten Drehungsimpuls Sp2 auf der Basis des Ergebnisses der Detektierung durch die zweite Detektierungseinheit 63b.
Wenn der Motor 2, der sich in normaler Drehung befindet, einer Kurzschlussbremsung ausgesetzt wird, dann fließt ein Strom, der aus der elektromotorischen Gegenkraft resultiert, durch den Motor 2 in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung bei normaler Drehung, wie oben erwähnt wurde. Bei der Kurzschlussabbremsung wird folglich Wechselspannung durch die zweite Überlagerungseinheit 35b anstatt durch die erste Überlagerungseinheit 35a angelegt. Anstelle der zweiten Signalverarbeitungseinheit 43b erzeugt die erste Signalverarbeitungseinheit 43a einen ersten Drehungsimpuls Sp1 auf der Basis des Ergebnisses der Detektierung durch die erste Detektierungseinheit 73a.
Um jedoch den Motor 2 in der Gegenrichtung rotieren zu lassen, geschieht die folgende Verarbeitung während einer Zeitdauer vom Anlauf bis zur stetigen Drehung: Wechselspannung wird an die zweite Überlagerungseinheit 35b gelegt und die erste Signalverarbeitungseinheit 43 erzeugt einen ersten Drehungsimpuls Sp1 auf der Basis der Detektierung durch die erste Detektierungseinheit 63a.
Wenn der Motor 2, der sich in Drehung in Gegenrichtung befindet, einer Kurzschlussbremsung ausgesetzt wird, dann wird ein Strom, der aus der elektromotorischen Gegenkraft resultiert, durch den Motor 2 in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung bei stetiger Drehung, wie oben erwähnt, geleitet. Bei der Kurzschlussabbremsung wird folglich Wechselspannung durch die erste Überlagerungseinheit 35a anstatt durch die zweite Überlagerungseinheit 35b angelegt. Anstelle der ersten Signalverarbeitungseinheit 43a erzeugt die zweite Signalverarbeitungseinheit 43b einen zweiten Drehungsimpuls Sp2 auf der Basis der Detektierung durch die zweite Detektierungseinheit 62b.
Das bedeutet, während einer Zeitdauer vom Anlauf bis zur stetigen Umdrehung wird Wechselspannung durch die Überlagerungseinheit geliefert, die in dem gemeinsamen Strompfad vorgesehen ist, die mit dem positiven Pol der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 verbunden ist. Ein Drehwinkel D wird auf der Basis einer Detektierung durch die Detektierungseinheit erfasst, welche in dem gemeinsamen Strompfad vorgesehen ist, welcher an dem negativen Pol der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 angeschlossen ist. Bei der Wechselstromabbremsung hingegen wird Wechselspannung durch die andere Überlagerungseinheit geliefert, welche verschieden von derjenigen ist, die in der Zeitdauer vom Stillstand bis zur stetigen Drehung wirksam ist. Ein Drehwinkel D wird auf der Basis des Ergebnisses der Detektierung durch die andere Detektierungseinheit erfasst, welche verschieden ist von derjenigen, die in der Periode vom Anlauf bis zur stetigen Drehung arbeitet.
Es folgt eine Beschreibung der Motortreiber-Steuerungsvorgänge, welche durch die Steuereinheit 72 bei der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt werden, unter Bezugnahme auf 18. Wenn diese Motortreiber-Steuerungsverarbeitung beginnt, dann gewinnt die Steuereinheit 72 einen Zieldrehwinkel Do, Schwellwertdaten und eine Drehrichtung in dem Schritt S510. Die Schwellwertdaten entsprechen der Schwellwerteinstelleinheit 44 in der ersten Signalverarbeitungseinheit 43a und der Schwellwerteinstelleinheit 44 in der zweiten Signalverarbeitungseinheit 43b.
In dem Schritt S515 werden die Schwellwerte eingestellt. Im Einzelnen wird ein erstes Schwellwertsignal Sth1 zu der ersten Signalverarbeitungseinheit 43a ausgegeben und ein zweites Schwellwertsignal Sth2 wird zu der zweiten Signalverarbeitungseinheit 43b ausgegeben.
In dem Schritt S520 wird eine Drehrichtung festgelegt. Wenn die Drehrichtung die Normaldrehung ist, dann wird eine Wechselstromkomponente in dem Schritt S552 an der ersten Überlagerungseinheit 35a überlagert. Das heißt, Wechselspannung von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 wird in der ersten Überlagerungseinheit 35a überlagert. In dem Schritt S530 wird dann die Motortreiber-Normaldrehungssteuerung durchgeführt.
Die Verarbeitung jedes der Schritte S535 bis S555 ist im Wesentlichen dieselbe wie die Verarbeitung in jedem der Schritte S440 bis S460 gemäß 16. Der Drehungsimpuls, welcher in dem Schritt S540 zu detektieren ist, ist jedoch ein zweiter Drehungsimpuls Sp2 von der zweiten Signalverarbeitungseinheit 43b.
Nachdem in dem Schritt S555 die Motortreiber-Kurzschlussbremsungssteuerung gestartet worden ist, wird nachfolgend in dem Schritt S560 die Überlagerungseinheit gewechselt und der Drehungsimpuls, welcher zu detektieren ist, wird gewechselt. Das heißt, die Wechselspannung wird durch die zweite Überlagerungseinheit 35b anstatt durch die erste Überlagerungseinheit 35a überlagert und der Drehungsimpuls, welcher zu detektieren ist, wird in den ersten Drehungsimpuls Sp1 ausgewechselt. Danach schreitet die Verarbeitung zu dem nächsten Schritt, nämlich den Schritt S565 fort.
Die Verarbeitung jedes der Schritte S565 bis S575 ist im Wesentlichen dieselbe wie die Verarbeitung jedes der Schritte S465 bis 475 gemäß 16. Der in dem Schritt S570 zu detektierende Drehungsimpuls ist jedoch ein erster Drehungsimpuls Sp1 von der ersten Signalverarbeitungseinheit 43a. Wenn in dem Schritt S565 festgestellt wird, dass eine Zeit von y Sekunden nach dem Beginn der Kurzschlussbremsungssteuerung verstrichen ist, dann schreitet die Verarbeitung zu dem Schritt S635 fort. Die Verarbeitung jedes der Schritte S635 bis S645 ist dieselbe wie die Verarbeitung jedes der Schritte S480 bis S490 gemäß 16.
Wenn durch die Drehrichtungsbestimmung des Schritts S520 festgestellt worden ist, dass die Drehrichtung die Gegendrehung ist, dann wird eine Wechselstromkomponente in dem Schritt S580 in der zweiten Überlagerungseinheit 35b überlagert. Das heißt, eine Wechselspannung von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 wird in der zweiten Überlagerungseinheit 35b überlagert. In dem Schritt S585 wird dann die Motortreiber-Gegendrehungssteuerung ausgeführt.
Die Verarbeitung jedes der Schritte S590 bis S610 ist im Wesentlichen dieselbe wie für die Verarbeitung jedes der Schritte S440 bis S460 gemäß 16. Der in dem Schritt S595 zu detektierende Drehungsimpuls ist jedoch ein erster Drehungsimpuls Sp1 von der ersten Signalverarbeitungseinheit 43a.
Nachdem die Motortreiber-Kurzschlussbremsungssteuerung in dem Schritt S610 gestartet ist, wird in dem Schritt S615 nachfolgend die Überlagerungseinheit gewechselt und der zu detektierende Drehungsimpuls wird ausgewechselt. Das heißt, Wechselspannung wird durch die erste Überlagerungseinheit 35a anstatt durch die zweite Überlagerungseinheit 35b überlagert und der zu detektierende Drehungsimpuls wird gewechselt, so dass es der zweite Drehungsimpuls Sp2 ist. Danach schreitet die Verarbeitung zu dem nächsten Schritt fort, nämlich dem Schritt S620.
Die Verarbeitung jedes der Schritte S620 bis S630 ist im Wesentlichen dieselbe wie die Verarbeitung jedes der Schritte S465 bis 475 gemäß 16. Der zu detektierende Drehungsimpuls im Schritt S625 ist jedoch ein zweiter Drehungsimpuls Sp2 von der zweiten Signalverarbeitungseinheit 43b.
Wie oben erwähnt werden die Überlagerungseinheit und die Detektierungseinheit zwischen Normaldrehung und Gegendrehung ausgewechselt und weiter werden die Überlagerungseinheit und die Detektierungseinheit zwischen der Periode vom Anlauf bis zur stetigen Drehung und der Kurzschlussbremsung gewechselt. Dies geschieht, weil Folgendes stattfindet, wenn eine Überlagerungseinheit 35 und eine Detektierungseinheit 64 vorgesehen sind, wie dies bei dem Drehwinkeldetektor 60 in der fünften Ausführungsform gemäß 14 der Fall ist: die Impedanz der Wechselstromschaltung unterscheidet sich jeweils in der Normaldrehung in der Gegendrehung und bei der Kurschlussabbremsung. Diese Impedanz der Wechselstromschaltung ist die Impedanz von der Überlagerungseinheit aus gesehen.
Die 19A bis 19C zeigen jeweils die äquivalenten Schaltungen der Wechselstromschaltung in dem Drehwinkeldetektor 60 von 14 bei Normaldrehung, bei Gegendrehung und bei der Kurzschlussabbremsung. In dem Drehwinkeldetektor 60 von 14 werden bei der Normaldrehung der Schalter MOS1 und MOS4 in der Motortreiberschaltung 61 eingeschaltet. Aus diesem Grunde hat die äquivalente Schaltung oder Ersatzschaltung der Wechselstromschaltung bei der Normaldrehung die in 19A gezeigte Gestalt. In den 19A bis 19C bezeichnet Zv die Wechselstromimpedanz der Gleichstromleistungsquelle 3, Zm ist die Wechselstromimpedanz des Motors 2; Zo ist die Wechselstromimpedanz, d.h., der Einschaltwiderstand jedes der Schalter MOS1 bis MOS4; und Zs ist die Wechselstromimpedanz der Detektierungseinheit 63 und der Signalverarbeitungseinheit 43.
Bei der Gegendrehung sind der Schalter MOS2 und der Schalter MOS3 in der Motortreiberschaltung 61 eingeschaltet. Aus diesem Grunde hat die Ersatzschaltung oder äquivalente Schaltung der Wechselstromschaltung bei der Gegendrehung die in 19B gezeigte Gestalt. Bei der Kurzschlussabbremsung sind die Schalter MOS3 und MOS4 in der Motortreiberschaltung 61 eingeschaltet. Aus diesem Grunde hat die Ersatzschaltung oder äquivalente Schaltung der Wechselstromschaltung bei der Gegendrehung die in 19C gezeigte Gestalt.
In dem Drehwinkeldetektor 60 von 14 unterscheidet sich, wie oben erwähnt, die äquivalente Schaltung der Wechselstromschaltung bei normaler Drehnung, bei Gegendrehnung und bei der Kurzschlussabbremsung. Folglich hat die Wechselspannung, welche zu der Detektierungseinheit geführt wird, unterschiedliche Werte. Das bedeutet, der Amplitudenpegel der Wechselstromkomponente, welche in dem Ergebnis der Detektierung durch die Detektierungseinheit enthalten ist, verändert sich bei Normaldrehung zur Gegendrehung und zur Kurzschlussabbremsung.
In dem Drehwinkeldetektor 60 von 14 ist es aus diesem Grunde erforderlich, die folgenden Maßnahmen zu ergreifen, so dass ein Drehungsimpuls Sp genau in jedem Zustand erzeugt wird, nämlich in demjenigen der normalen Drehnung, der Gegendrehnung und der Kurzschlussabbremsung: es ist erforderlich, einen Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinheit 24 einzustellen und einen Schwellwert in der Schwellwerteinstellungseinheit 27 einzustellen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist folglich eine Überlagerungseinheit jeweils an beiden Seiten des Motors 2 vorgesehen. Weiter sind die Überlagerungseinheiten in den gemeinsamen Strompfaden vorgesehen. Mit anderen Worten, eine Überlagerungseinheit ist in dem gemeinsamen Strompfad an einem Ende des Motors 2 vorgesehen und eine weitere Überlagerungseinheit ist in dem gemeinsamen Strompfad auf der anderen Seite des Motors 2 vorgesehen. Zusätzlich sind die Detektierungseinheiten und die Signalverarbeitungseinheiten an beiden Seiten des Motors 2 vorgesehen.
Weiterhin sind die Detektierungseinheiten und die Signalverarbeitungseinheiten in den gemeinsamen Strompfaden vorgesehen. Als Ergebnis hiervon erfolgt die folgende Verarbeitung in jedem Zustand, nämlich der Normaldrehung, der Gegendrehung und der Kurzschlussabbremsung: die Überlagerung von Wechselspannung wird von der Hochpotentialseite auf beiden Seiten des Motors 2 vorgenommen; und ein Drehungsimpuls wird auf der Basis des Ergebnisses der Detektierung durch die Detektierungseinheit auf der Niederpotentialseite der beiden Seiten des Motors 2 erzeugt.
Dies ermöglicht es, einen Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinheit 24 und eine Schwellwerteinstellung an der Schwellwerteinstelleinheit 27 bei Normaldrehung, Gegendrehung und Kurzschlussabbremsung gemeinsam zu nutzen.
Bei dem Drehwinkeldetektor 70 gemäß der vorliegenden Ausführung wird daher eine Wechselspannung von der Hochpotentialseite des Motors 2 sowohl bei der stetigen Drehung als auch bei der Kurzschlussabbremsung geliefert. Weiter geschieht dies unabhängig davon, ob der Motor sich in Normaldrehung oder in Gegendrehnung befindet. Aus diesem Grunde kann das folgende im Vergleich zu den Fällen ausgeführt werden, in welchen die Wechselspannung von der Niederpotentialseite des Motors 2 zugeführt wird: es ist möglich, zuverlässiger die Veränderung der Wechselstromkomponente aufgrund der Drehung zu erzeugen und weiter die Genauigkeit der Drehzustandsdetektierung zu erhöhen.
(Siebte Ausführungsform)
In der sechsten Ausführungsform wird die folgende Verarbeitung in jedem der Betriebszustände, nämlich der Normaldrehung, der Gegendrehung und der Kurzschlussabbremsung durchgeführt: Wechselspannung wird von der Hochpotentialseite des Motors 2 zugeführt und ein Drehungsimpuls wird auf der Basis der Ergebnisses der Detektierung durch die Detektierungseinheit auf der Niederpotentialseite des Motors 2 erzeugt. Neben dem zuvor gesagten kann die folgende Maßnahme bezüglich der Normaldrehung und der Gegendrehung ergriffen werden: dieselbe Konfiguration wie die bei der sechsten Ausführungsform wird während einer Periode vom Anlauf bis zur ständigen Drehung verwendet; und dieselbe Überlagerungseinheit und Detektierungseinheit wie bei der ständigen Drehung werden beim Übergang von der ständigen Drehung zur Kurzschlussabbremsung verwendet.
Der so konfigurierte Drehwinkeldetektor wird bei der siebten Ausführungsform eingesetzt und es sei eine Beschreibung der Motortreiber-Steuerungsverarbeitung bei dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 20 gegeben.
Die Motortreiber-Steuerungsverarbeitung bei dieser Ausführungsform, welche in 20 dargestellt ist, ist nur teilweise verschieden von der Motortreiber-Steuerungsverarbeitung in der sechsten Ausführungsform, wie sie in 18 gezeigt ist. Demzufolge richtet sich die Beschreibung auf den Unterschied.
Die Verarbeitung in jedem der Schritte S710 bis S720 ist dieselbe wie die Verarbeitung in jedem der Schritte S510 bis S520 gemäß 18. Wenn die Drehrichtung bei der sechsten Ausführungsform die Normaldrehung ist, dann wird Wechselspannung durch die erste Überlagerungseinheit 35a, welche auf der Hochpotentialseite der beiden Seiten des Motors 2 vorgesehen ist, geliefert (S525). Wenn andererseits festgestellt wird, dass das Ergebnis der Drehrichtungserfassung im Schritt S720 darin besteht, dass die Drehrichtung die Normaldrehung ist, dann wird bei dieser Ausführungsform folgende Verarbeitung durchgeführt: Wechselspannung wird durch die zweite Überlagerungseinheit 35b geliefert, welche auf der Niederpotentialseite der beiden Seiten des Motors 2 vorgesehen ist (S725).
Die Verarbeitung jedes der nachfolgenden Schritte, nämlich der Schritte S730 bis S755 ist im Wesentlichen die selbe wie die Verarbeitung jedes der Schritte S530 bis S555 gemäß 18. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch die Wechselspannung durch die zweite Überlagerungseinheit 35b im Zustand der normalen Drehung (S725) geliefert. Aus diesem Grunde wird die Errechnung eines Drehwinkels D bei Normaldrehung basierend auf einem ersten Drehungsimpuls Sp1 von der ersten Signalverarbeitungseinheit 43a ausgeführt (S740 bis S745).
Wenn die Motortreiber-Kurzschlussbremsungssteuerung in der Normaldrehung bei der sechsten Ausführungsform durchgeführt wird, dann wechselt die Überlagerungseinheit, welche die Wechselspannung liefert, und weiter wechselt auch der Drehungsimpuls, der zu detektieren ist (S560). Wenn indessen die Motortreiber-Kurzschlussbremsungssteuerung des Schrittes S755 bei Normaldrehung beginnt, dann geschieht die folgende Verarbeitung bei der vorliegenden Ausführungsform: der genannte Wechsel, der bei der sechsten Ausführungsform durchgeführt wird, wird hier nicht durchgeführt und die Wechselspannung wird durch die selbe Überlagerungseinheit wie bei ständiger Drehung geliefert, selbst nachdem die Kurzschlussabbremsung begonnen hat. Die Verarbeitung jedes der Schritte S760 bis S770 ist dieselbe wie die Verarbeitung in jedem der Schritte S565 bis S575 gemäß 18.
Auch wenn die Drehrichtung die Gegendrehung in dem Schritt S720 ist, wird die Verarbeitung unterschiedlich zu derjenigen bei der sechsten Ausführungsform durchgeführt. D. h., Wechselspannung wird durch die erste Überlagerungseinheit 35a geliefert, welche auf der Niederpotenzialseite der beiden Seiten des Motors 2 vorgesehen ist (S775).
Die Verarbeitung jedes der nachfolgenden Schritte S780 bis S805 ist im Wesentlichen dieselbe wie die Verarbeitung jedes der Schritte S585 bis S610 gemäß 18. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch Wechselspannung durch die erste Überlagerungseinheit 35a bei der Gegendrehung geliefert (S775). Aus diesem Grund wird die Berechnung eines Drehwinkels D bei der Gegendrehung auf der Basis eines zweiten Drehungsimpulses Sp2 von der zweiten Signalverarbeitungseinheit 43b durchgeführt (S790 bis S795).
Wenn bei der Gegendrehung die Motortreiber-Kurzschlussabbremsungssteuerung in der sechsten Ausführungsform beginnt, dann wechselt die Überlagerungseinheit, welche Wechselspannung liefert und weiter wechselt auch der zu detektierende Drehungsimpuls (S615). Wenn jedoch bei Gegendrehung die Motortreiber-Kurzschlussabbremsungssteuerung von Schritt S805 beginnt, dann erfolgt folgende Verarbeitung bei der vorliegenden Ausführungsform: der genannte Wechsel, wie er bei der sechsten Ausführungsform erfolgt, wird nicht durchgeführt und die Wechselspannung wird durch dieselbe Überlagerungseinheit geliefert wie bei der ständigen Drehung selbst nach dem Beginn der Kurzschlussabbremsung. Die Verarbeitung jedes der Schritte S810 bis S835 ist dieselbe wie die Verarbeitung jedes der Schritte S620 bis S645 gemäß 18.
(Achte Ausführungsform)
21 zeigt die Ausbildung eines Motors 80, welcher einen Drehungsdetektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält. Der Drehungsdetektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist im Wesentlichen identisch mit dem Drehwinkeldetektor 1 der ersten Ausführungsform bzgl. des Aufbaus, obwohl dies nicht in der Zeichnung gezeigt ist. Der Rotationsdetektor ist verschieden von dem Drehwinkeldetektor 1 der ersten Ausführungsform hauptsächlich in folgender Hinsicht: der Motor 80 gemäß 21 wird anstelle des Motors 2 verwendet; zwei unterschiedliche Schwellwerte, welche mit einem Umhüllungsdetektierungssignal zu vergleichen sind, werden in der Signalverarbeitungseinheit 22 eingestellt und zwei Vergleichereinheiten sind vorgesehen und ein Umhüllungsdetektierungssignal wird mit den einzelnen Schwellwerten durch diese Vergleichereinheiten verglichen; zwei verschiedene Drehungsimpulse werden auf der Basis der Ergebnisse des Vergleichs mit den zwei unterschiedlichen Schwellwerten erzeugt; und der Drehungswinkel D, die Drehrichtung und die Drehzahl N des Motors 80 werden durch die Drehungsdetektierungseinheit 82 auf der Basis dieser beiden verschiedenen Drehungsimpulse detektiert.
In dem Motor 80 bei dieser Ausführungsform ist, wie in 21 dargestellt, auch ein Kondensator C2 parallel zu der zweiten Phasenwicklung L2 geschaltet, was im Unterschied zu dem Motor 2 gemäß der ersten Ausführungsform steht. Die anderen Aspekte bzgl. des Aufbaus sind dieselben wie diejenigen bei dem Motor 2 der ersten Ausführungsform. Der Kapazitätswert des Kondensators C2 ist von demjenigen des Kondensators C1 verschieden.
Aus diesem Grunde findet folgendes statt, wenn sich der Motor 80 um 180° dreht: jedes Mal, wenn die Kommutatorsegmente, die in Berührung mit den jeweiligen Bürsten 16, 17 sind, wechseln, d.h., jedes Mal dann, wenn die Motorschaltung zwischen den Bürsten 16 und 17 sich ändert, verändert sich die Impedanz der Motorschaltung und nimmt einen unterschiedlichen Wert an. Es sei eine mehr ins Einzelne gehende Beschreibung gegeben. Bei der ersten Ausführungsform wechselt, wie in 4A dargestellt ist, die Motorschaltung in drei verschiedene Zustände, nämlich die Zustände A bis C, während sich der Motor 180° dreht. Die Änderung der Impedanz geschieht jedoch in zwei Stufen, nämlich zu einer hohen Impedanz in den Zuständen A und B und einer niedrigen Impedanz im Zustand C. Bei der vorliegenden Ausführungsform indessen nimmt die Impedanz einen unterschiedlichen Wert jedes Mal dann an, wenn die Motorschaltung sich zu den drei verschiedenen Zuständen ändert. Die Impedanz nimmt drei verschiedene Werte an. Das bedeutet, die Impedanz ändert sich auch schrittweise immer dann, wenn sich die Motorschaltung ändert.
Aus diesem Grunde ereignet sich folgendes, solange der Motor 80 in ein und derselben Richtung umläuft: die Amplitude der Wechselstromkomponente des Motorstroms, der durch den Motor 80 fließt, ändert sich der Reihe nach in drei Stufen, nämlich kleinere Amplitude, mittlere Amplitude und hohe Amplitude. 22 zeigt diese Änderung in der Amplitude. 22 zeigt nur die Wechselstromkomponente in dem Motorstrom, wenn sich der Motor 80 unter der Stillsetzungssteuerung befindet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform haben die beiden Kondensatoren C1, C2, welche unterschiedliche Kapazitätswerte aufweisen, eine Verbindung. Wie in 22 dargestellt, ändert sich daher die Wechselstromkomponente des durch den Motor 80 geleiteten Stromes bei jeder 60°-Drehung solange der Motor in ein und derselben Richtung umläuft. Aus diesem Grunde kann ein Drehwinkel D alle 60° auf der Basis dieser Änderung in der Amplitude detektiert werden.
Demzufolge ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine Signalverarbeitungseinheit 81, welche den Rotationsdetektor enthält, mit zwei Schwellwerteinstelleinheiten 85, 86 und zwei Vergleichereinheiten 83, 84 versehen, wie in 23A dargestellt ist. Die Signalverarbeitungseinheit ist so aufgebaut, dass ein erster Drehungsimpuls Sp11 und einer zweiter Drehungsimpuls Sp12 jeweils von den Vergleichereinheiten 83, 84 abgegeben werden.
Das bedeutet, die Signalverarbeitungseinheit 81, welche in 23A dargestellt ist, ist identisch mit der Signalverarbeitungseinheit 22 der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform in folgender Hinsicht: sie enthält den Hochpassfilter 23, die Verstärkereinheit 24, die Umhüllungsdetektierungseinheit 24 und den Tiefpassfilter 26. In der Signalverarbeitungseinheit 81 der vorliegenden Ausführungsform wird ein Umhüllungsdetektierungssignal, welches von dem Tiefpassfilter 26 abgegeben wird, in die erste Vergleichereinheit 83 und in die zweite Vergleichereinheit 84 eingegeben. In der ersten Vergleichereinheit 83 wird das eingespeiste Umhüllungsdetektierungssignal mit dem ersten Schwellwert verglichen, welcher an der ersten Schwellwerteinstelleinheit 85 eingestellt ist. Dann wird ein Drehungsimpuls entsprechend dem Ergebnis des Vergleiches wie bei der Vergleichereinheit 28 der ersten Ausführungsform abgegeben. Dieser Impuls wird als erster Drehungsimpuls Sp11 bezeichnet.
In der zweiten Vergleichereinheit 84 wird das eingegebene Umhüllungsdetektierungssignal mit dem zweiten Schwellwert verglichen, der an der zweiten Schwellwerteinstelleinheit 86 eingestellt ist. Dann wird ein Drehungsimpuls entsprechend dem Vergleichsergebnis abgegeben. Dieser Impuls wird als zweiter Drehungsimpuls Sp12 bezeichnet.
Der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert werden folgendermaßen eingestellt. Das Umhüllungsdetektierungssignal, welches nach Umhüllungsdetektierung durch die Umhüllungsdetektierungseinheit 25 erhalten wird, wenn die Wechselstromkomponente, welche in einem Detektierungssignal enthalten ist, kleine Amplitude hat, wird als kleines Umhüllungsdetektierungssignal bewertet. Das Umhüllungsdetektierungssignal, welches nach Umhüllungsdetektierung durch die Umhüllungsdetektierungseinheit 25 erhalten wird, wenn die Wechselstromkomponente von mittlerer Amplitude ist, wird als mittleres Umhüllungsdetektierungssignal bewertet. Das Umhüllungsdetektierungssignal, welches nach Umhüllungsdetektierung durch die Umhüllungsdetektierungseinheit 25 erhalten wird, wenn die Wechselstromkomponente eine große Amplitude hat, wird als großes Umhüllungsdetektierungssignal bewertet. Der erste Schwellwert wird auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, der größer als das kleine Umhüllungsdetektierungssignal und kleiner als das mittlere Umhüllungsdetektierungssignal ist. Der zweite Schwellwert wird auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, der größer als das mittlere Umhüllungsdetektierungssignal und kleiner als das große Umhüllungsdetektierungssignal ist.
Aus diesem Grunde kann die folgende Feststellung auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs getroffen werden, welches durch Vergleichen eines Umhüllungsdetektierungssignals von der Umhüllungsdetektierungseinheit 25 mit dem ersten Schwellwert in der ersten Vergleichereinheit 83 erhalten wird: wenn das Umhüllungsdetektierungssignal kleiner als der erste Schwelwert ist, kann dieses Signal als kleines Umhüllungsdetektierungssignal bestimmt werden; und wenn das Umhüllungsdetektierungssignal größer als der erste Schwellwert ist, kann es entweder als mittleres Umhüllungsdetektierungssignal oder als großes Umhüllungsdetektierungssignal eingeschätzt werden. In diesem Falle kann die folgende Feststellung auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs mit dem zweiten Schwellwert durch die zweite Vergleichereinheit 84 getroffen werden: wenn das Umhüllungsdetektierungssignal kleiner als der zweite Schwellwert ist, dann kann das Signal als mittleres Umhüllungsdetektierungssignal bestimmt werden; und wenn das Umhüllungsdetektierungssignal größer als der zweite Schwellwert ist, kann es als großes Umhüllungsdetektierungssignal bestimmt werden.
Umgekehrt werden der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert so eingestellt, dass ein Umhüllungsdetektierungssignal als irgendeines der Umhüllungsdetektierungssignale, nämlich des kleinen Umhüllungsdetektierungssignals, des mittleren Umhüllungsdetektierungssignals und des großen Umhüllungsdetektierungssignals, bestimmt werden kann. Jedes Mal dann also, wenn die Kommutatorsegmente wechseln, kann diese Änderung durch die Erzeugung der Drehungsimpulse Sp11, Sp12 detektiert werden. Das bedeutet, die Drehungsimpulse Sp11, Sp12 werden jedes Mal erzeugt, wenn sich die Motorschaltung ändert. Aus diesem Grunde kann eine Drehwinkeldetektierung mit höherer Auflösung als bei der ersten Ausführungsform erreicht werden. 23B zeigt Beispiele für die Drehungsimpulse Sp11, Sp12.
Bei der vorliegenden Ausführungsform verändert sich die Amplitude der Wechselstromkomponente in drei Stufen, nämlich klein, mittel und groß, jedes Mal dann, wenn die Kommutatorsegmente wechseln, während sich der Motor um 180° dreht. Aus diesem Grunde kann die Drehrichtung des Motors 80 auf der Basis des Musters dieser Veränderung detektiert werden.
22 zeigt eine Wellenform, wie sie erhalten wird, wenn sich der Motor 80 zu der Zeit t1 unmittelbar vor seiner Stillsetzung in Gegenrichtung dreht, wenn der Motor 80 unter der Stillsetzungssteuerung steht.
Wenn eine Gegendrehung zu der Zeit t1 nicht verursacht wird und der Motor unmittelbar stillgesetzt wird, dann darf die Amplitude der Wechselstromkomponente nicht von dem Zustand der mittleren Amplitude geändert werden, in welchem sich die Amplitude zur Zeit t1 befand. Oder aber wenn eine Änderung stattfindet, muss die Amplitude in eine große Amplitude geändert werden.
Wenn andererseits in dem Zeitpunkt t1 eine Gegendrehung verursacht wird, dann kehrt die Amplitude von dem Zustand der mittleren Amplitude zur kleinen Amplitude zurück und wird dann von dem Zustand der kleinen Amplitude in den Zustand der großen Amplitude geändert, wie in 22 dargestellt ist. Das bedeutet, die Reihenfolge der Amplitudenänderung wird gegenüber der Reihenfolge der Veränderung bei Normaldrehung bei Gegendrehung umgekehrt. Beispielsweise ist die Reihenfolge der Veränderung bei Normaldrehung folgende: kleine Amplitude - mittlere Amplitude - große Amplitude - kleine Amplitude - ... In dem Beispiel von 22 wird die Amplitude der Wechselstromkomponente nach der Stillsetzung groß gehalten, da der Motor 80 zu dem Zeitpunkt t2 während der Periode mit großer Amplitude vollständig zum Stillstand gekommen ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann aus diesem Grunde die Drehrichtung des Motors 80 auch daraus erfasst werden, wie sich die Amplitude ändert. In 22 beispielsweise ändert sich die Amplitude nach der Zeit t1 von der mittleren Amplitude zur kleinen Amplitude. Aus diesem Grunde kann festgestellt werden, dass die Drehrichtung des Motors 80 sich geändert hat, basierend auf dieser Veränderung von der mittleren Amplitude zur kleinen Amplitude.
Folglich ist die Drehungsdetektierungseinheit 82 bei der vorliegenden Ausführungsform so aufgebaut, dass sie den Drehwinkel D, die Drehzahl N und die Drehrichtung des Motors 80 auf der Basis der folgenden Impulse detektiert: auf der Basis des ersten Drehungsimpulses Sp11 und des zweiten Drehungsimpulses Sp12, welche in der Signalverarbeitungseinheit 81 erzeugt werden. Die Detektierung der Drehzahl N kann auf der Basis der Periode des ersten Drehungsimpulses Sp11 oder des zweiten Umdrehungsimpulses Sp12 durchgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie sie bis zu diesem Punkt beschrieben wurde, sind in dem Motor 80 die beiden Kondensatoren C1, C2 mit unterschiedlichen Kapazitätswerten jeweils parallel zu der ersten Phasenwicklung L1 bzw. der zweiten Phasenwicklung L2 geschaltet. Demzufolge ändert sich die Amplitude der Wechselstromkomponente jedes Mal, wenn die in Kontakt mit den jeweiligen Bürsten, 16, 17 stehenden Kommutatorsegmente wechseln. Aus diesem Grunde kann ein Drehwinkel mit hoher Auflösung detektiert werden und weiter ist es möglich auch eine Drehrichtung zusätzlich zu einem Drehwinkel D und einer Drehzahl N festzustellen. Aus diesem Grunde kann auch eine Gegendrehung, welche in der Nähe der Zeit mit Wahrscheinlichkeit auftritt wenn der Motor 80 stillgesetzt wird, auch genau detektiert werden und eine genauere Detektierung des Drehwinkels D unter Mitberücksichtigung auch der Drehrichtung kann erreicht werden.
(Neunte Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein konkretes Beispiel der Anordnung des Kondensators C1 relativ zum Motor 2, welcher einen Drehwinkeldetektor 1 gemäß der ersten Ausführungsform enthält.
24 zeigt den allgemeinen Aufbaus eines Motors 90 gemäß dieser Ausführungsform. In dem Motor 90 gemäß 24 sind Magnetfeldsysteme 92, 93, welche einen Permanentmagneten enthalten an der Innenwand eines Jochgehäuses 91 befestigt. In dem Jochgehäuse 91 ist ein Anker 94 den Magnetfeldsystemen 92 und 93 gegenüberstehend angeordnet. Der Anker 94 enthält drei Anker-Phasenwicklungen. Die Kommutatorsegmente 11, 12, 13, welche den Kommutator 10 bilden, sind an einem Ende einer Welle 95 vorgesehen, welche an dem Anker 94 befestigt ist, nämlich eine Rotorwelle, und die beiden Bürsten 16, 17 befinden sich in Kontakt mit dem Kommutator 10.
An einer Seite der Welle 95 befindet sich koaxial zu der Welle 95 weiter ein ringförmiger, plattenartiger Ringvaristor 100. Dieser Ringvaristor 100 ist herkömmlicher Art und wird häufig zur Spitzenwertabsorption in einem Gleichstrommotor verwendet. Auf einer ebenen Oberfläche dieses Ringvaristors 100 sind drei Elektroden 101, 102, 103 in der aus den 25A und 25B ersichtlichen Art ausgebildet. Mit anderen Worten, die drei Elektroden 101, 102, 103 sind auf der vom Kommutator 10 abgewandten Seite angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist weiter der Kondensator C1 auf der ebenen Fläche mit den darauf gebildeten drei Elektroden 101, 102, 103 installiert.
Wie aus den 25A und 25B ersichtlich, ist im einzelnen die erste Elektrode 101 der drei Elektroden 101, 102, 103, welche auf dem Ringvaristor 100 gebildet sind elektrisch mit dem Verbindungspunkt zwischen der ersten Phasenwicklung L1 und der zweiten Phasenwicklung L2 verbunden. D.h., es ergibt sich, dass diese erste Elektrode 101 auch elektrisch mit dem ersten Kommutatorsegment 11 in Verbindung steht. Die zweite Elektrode 102 ist elektrisch mit dem Verbindungspunkt zwischen der zweiten Phasenwicklung L2 und der dritten Phasenwicklung L3 verbunden. D.h. es ergibt sich, dass diese zweite Elektrode 102 elektrisch auch mit dem zweiten Kommutatorsegment 12 in Verbindung steht. Die dritte Elektrode 103 ist elektrisch mit dem Verbindungspunkt zwischen der dritten Phasenwicklung L3 und der ersten Phasenwicklung L1 verbunden. D.h., es ergibt sich dass diese dritte Elektrode 103 auch elektrisch mit dem dritten Kommutatorsegment 13 verbunden ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Kondensator C1 auf dem so gestalteten Ringvaristor 100 in dem Grenzbereich zwischen der ersten Elektrode 101 und der dritten Elektrode 103 installiert. Eine parallele Verbindung wird hierdurch zwischen dem Kondensator C1 und der ersten Phasenwicklung L1 erreicht. 25A zeigt den Ringvaristor 100 vor dem Anbau des Kondensators C1. 25B zeigt den Ringvaristor 100 nach dem Anbau des Kondensators C1. Die Verbindung des Kondensators C1 mit den Elektroden 101, 103 des Ringvaristors 100 kann beispielsweise durch Lötung hergestellt werden. Dies ermöglicht es, den Kondensator C1 gleichzeitig an dem Ringvaristor 100 zu befestigen.
Wie oben erwähnt, wird der Kondensator C1 an der ebenen Oberfläche oder Stirnfläche des Ringvaristors 100 in dem Motor 90 mit dem darin vorgesehenen Ringvaristor 100 angebaut und befestigt. Dies ermöglicht es die Anzahl von Mannstunden zu verringern, welche zur Herstellung des Motors 90 erforderlich sind, und weiter die Anzahl von Mannstunden zu reduzieren, welche zur Herstellung des gesamten Drehwinkeldetektors benötigt werden.
(Modifikationen)
Bisher erfolgte eine Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung. Die Art der Ausführung der Erfindung ist jedoch nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und die Erfindung kann in vielerlei Weise modifiziert werden, ohne dass selbstverständlich die gegebene technische Lehre verlassen wird.
Es seien hier einige Beispiele angeführt. Bei der Beschreibung der obigen Ausführungsbeispiele wurden folgende Fälle als Beispiele angenommen: ein Fall, bei welchem der Kondensator C1 mit nur einer Phasenwicklung der drei Phasenwicklungen L1, L2, L3 in einem Gleichstrommotor angeschlossen war (erstes Ausführungsbeispiel); und ein Fall bei welchem die Kondensatoren C1, C2 unterschiedlichen Kapazitätswertes jeweils zwei Phasenwicklungen verbunden sind (achtes Ausführungsbeispiel). Es können aber auch Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität jeweils mit drei Phasenwicklungen verbunden werden. Auch in diesem Falle ist es möglich, einen Drehwinkel und eine Drehrichtung mit hoher Auflösung zu detektieren.
Wenn Kondensatoren jeweils an die Dreiphasenwicklungen angeschlossen sind, können irgendwelche zwei Kondensatoren identischen Kapazitätswert haben. In diesem Falle jedoch können ein Drehwinkel und eine Drehzahl detektiert werden, eine Drehrichtung kann jedoch nicht detektiert werden.
In der Beschreibung der obigen Ausführungsformen handelt es sich um Fälle, in denen die Phasenwicklungen L1, L2, L3 in dem Motor in Dreieck geschaltet sind. Es muss jedoch nicht eine Dreieckschaltung gewählt werden und die Erfindung kann auch auf einen Motor angewendet werden, bei welchem die Phasenwicklungen L11, L12, L13 als Ankerwicklungen in Stern geschaltet sind, wie bei dem Motor 110, der beispielsweise in 26 gezeigt ist. Im Falle einer Sternschaltung kann das Folgende durch Schaltung des Kondensators C11 parallel zu einer Phasenwicklung, beispielsweise der ersten Phasenwicklung L11 ausgeführt werden, wie dies in 26 gezeigt ist: die Amplitude der Wechselstromkomponente verändert sich in Verbindung mit der Drehung und ein Drehungsimpuls Sp kann erzeugt werden und ein Drehwinkel und eine Drehzahl können durch Detektieren dieser Veränderung erfasst werden.
In dem Beispiel von 26 kann zusätzlich zu dem Kondensator C11 ein weiterer Kondensator parallel zu irgendeiner der anderen Phasenwicklungen L12, L13 gelegt werden oder es können Kondensatoren jeweils parallel zu sämtlichen Phasenwicklungen L11, L12, L13 geschaltet werden. In diesem Falle ist es jedoch notwendig, zumindest zwei unterschiedliche Kapazitätswerte für die Kondensatoren vorzusehen. Ein Kondensator kann beispielsweise zwischen zwei Kommutatorsegmenten geschaltet werden.
In der Beschreibung der neunten Ausführungsform wurde ein Fall als Beispiel gewählt, bei welchem der Kondensator C1 auf der ebenen Oberfläche des Ringvaristors 100 durch Lötung oder dergleichen angeschaltet ist. Vielerlei andere Methoden können gewählt werden, um den Kondensator C1 an den Ringvaristor 100 anzubauen. Beispielsweise kann die folgende Maßnahme ergriffen werden: ein Ringvaristor mit Kondensator, bei welchem der Ringvaristor 100 und der Kondensator C1 einstückig geformt werden, wird als eine Komponente ausgebildet und diese Komponente wird verwendet. Dies vermindert die Anzahl der Mannstunden, welche zum Zusammenbau des Motors benötig werden und somit die Anzahl der Mannstunden, welche für den gesamten Drehwinkeldetektor erforderlich sind. Der Kondensator C 1 braucht nicht so befestigt zu werden, dass die Elektroden 101, 103 des Ringvaristors jeweils in direktem Kontakt mit den Elektroden des Kondensators C1 sind. Vielmehr kann folgendermaßen vorgegangen werden: der Ringvaristor 100 wird einfach als eine Basis zur Befestigung des Kondensators C1 verwendet und die elektrische Verbindung zwischen dem Kondensator C1 und den Ankerwicklungen wird gesondert ausgeführt.
In der Beschreibung der obigen Ausführungsformen wurde ein Dreiphasen-Gleichstrommotor als Beispiel gewählt, bei welchem die Anzahl der Phasen seiner Ankerwicklungen drei ist. Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Dreiphasenmotoren beschränkt und sie kann auf einen Motor mit vier oder mehr Phasen angewendet werden.
27 zeigt einen fünfphasigen Gleichstrommotor als ein Beispiel, bei welchem die Erfindung auf einen Motor von vier oder mehr Phasen angewendet wird. Der Motor 120 gemäß 27 enthält einen Kommutator, der aus fünf Kommutatorsegmenten 121, 122, 123, 124, 125 gebildet ist. Jede Phasenwicklung L21, L22, L23, L24, L25 als Ankerwicklung liegt in einer Ringverbindung mit jeweils einem Paar benachbarter Kommutatorsegmente. Die Phasenwicklungen sind bezüglich ihrer Induktanz identisch.
Kondensatoren C21, C22 sind jeweils parallel zu zwei Phasenwicklungen (beispielsweise zu der ersten Phasenwicklung L21 und zu der zweiten Phasenwicklung L22) der Phasenwicklungen L21, L22, L23, L24, L25 gelegt. Auch bezüglich dieses fünfphasigen Motors 120 kann ein Drehwinkel und kann eine Drehzahl detektiert werden.
Wenn ein Kondensator parallel zu nur einer Phasenwicklung in einem Motor mit vier oder mehr Phasen geschaltet ist, können mindestens ein Drehwinkel und eine Drehzahl detektiert werden. Auch in einem Motor mit vier oder mehr Phasen kann das folgende bezüglich der Verbindung von Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitätswerten mit mindestens zwei Phasenwicklungen ausgeführt werden: eine der Richtungen kann ebenfalls auf der Basis des Musters der schrittweisen Veränderung in der Impedanz detektiert werden, welche aus der Drehung resultiert, wie bei der achten Ausführungsform. Veränderung in der Impedanz erscheint als eine Veränderung der Wechselstromkomponente.
In der ersten Ausführungsform ist der Kondensator in seiner Gesamtheit parallel zu der gesamten ersten Phasenwicklung L1 geschaltet. Anstelle hiervon kann ein Kondensator C30 parallel zu einem Teil der ersten Phasenwicklung L1 geschaltet sein, wie dies bei dem Motor 130 gemäß 28 der Fall ist. Diese Verbindung wird durch Vorsehen einer Zwischenanzapfung an einem Mittelpunkt der ersten Phasenwicklung und durch Verbinden eines Anschlusses des Kondensators C30 mit der Anzapfung erreicht. Diese Schaltungsmethode ist in entsprechender Weise auf andere Ausführungsformen anwendbar.
In der ersten Ausführungsform ist die Leistungszuführungseinheit 5, welche Gleichspannung und Wechselspannung zu dem Motor 2 liefert, dadurch aufgebaut, dass gesondert die Gleichstrom-Leistungsquelle 3 und die Wechselstrom-Leistungsquelle 4 vorgesehen werden. Spannungen (Ströme) von den einzelnen Leistungsquellen 3, 4 werden durch den Koppelkondensator C10 einander überlagert und dann an den Motor 2 angelegt bzw. geliefert. Diese Konfiguration der Leistungszuführungseinheit 5 stellt nur ein Beispiel dar. Es kann etwa auch eine einzige Speiseeinrichtung verwendet werden, welche einen aus einem Wechselstrom und einem Gleichstrom gemischten Strom (pulsierenden Strom) erzeugt und zuführt, bei welchem ein Gleichstrom und ein Wechselstrom einander überlagert sind. Es besteht keine besondere Begrenzung auf eine konkrete Konfiguration der Leistungszuführungseinheit 5, so lange diese schließlich einen Wechselstrom und einen Gleichstrom zu dem Motor 2 liefern kann.
Die Überlagerungseinheit 35 und die Detektierungseinheit 61 in dem Drehwinkeldetektor 60 der fünften Ausführungsform kann in der Weise aufgebaut sein, wie beispielsweise in 29 gezeigt ist. Das heißt, in der Überlagerungseinheit 141, welche in 29 dargestellt ist, ist ein Widerstand R11 so vorgesehen, dass Folgendes ausgeführt wird: der Widerstand ist in dem ersten gemeinsamen Strompfad gelegen, welcher sich von einer Bürste 60 des Motors 2 zu einem Zwischenpotentialpunkt J der Motortreiberschaltung 61 zwischen dem Verbindungspunkt zwischen ihm und dem Kopplungskondensator C10 und der Motortreiberschaltung 61 erstreckt. Das Folgende kann durch Vorsehen des Widerstands R11 in der oben erwähnten Weise ausgeführt werden: selbst wenn der Schalter MOS3 zwischen dem Zwischenpotentialpunkt J und der Motortreiberschaltung 61 und Erdpotential eingeschaltet ist, kann der Punkt, an welchem Wechselspannung zugeführt wird, von Erdpotential getrennt werden und Wechselspannung kann effektiv angelegt werden.
Eine Detektierungseinheit 142 ist so aufgebaut, dass ein Widerstand R12 in einem gemeinsamen Strompfad vorgesehen ist und das Potential an einem Ende dieses Widerstands R12, welches mit der Seite des Motors 2 verbunden ist, wird zu der Signalverarbeitungseinheit 143 ausgegeben. In diesem Falle detektiert die Detektierungseinheit 142 einen Motorstrom, der durch den gemeinsamen Strompfad fließt und gibt ihn zu der Signalverarbeitungseinheit 143 ab. Die Überlagerungseinheit 141 und die Detektierungseinheit 142, welche in 29 gezeigt sind, sind auch lediglich ein Beispiel.
Bei der Beschreibung der obigen Ausführungsformen sind Fälle als Beispiel gewählt, wobei in einem Falle eine Sinusspannung mit einer Amplitude von Vs ausgegeben wird und als Wechselstrom-Leistungsquelle 4 dient, wie im Zusammenhang mit 2A beschrieben wurde. Der Wechselstrom, welcher von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 ausgegeben wird, ist jedoch selbstverständlich nicht auf einen sinusförmigen Wechselstrom beschränkt und es kann eine Wechselspannung mit vielerlei Wellenformen abgegeben werden.
Als ein konkretes Beispiel kann die in 30A dargestellte Rechteckwellenspannung abgegeben werden. Wenn eine solche Rechteckwellenspannung von der Wechselstrom-Leistungsquelle 4 abgegeben wird, dann enthält der durch den Motor 2 fließende Strom die Wechselstromkomponente, wie sie in 30B wiedergegeben ist.
Die Wechselstromkomponente, welche in einem Motorstrom enthalten ist, wenn eine sinusförmige Spannung als Wechselspannung abgegeben wird, und die Wechselstromkomponente, welche in einem Motorstrom enthalten ist, wenn eine Rechteckwellenspannung abgegeben wird, sind folgender Art: wenn diese Spannungen in der Amplitude identisch sind, sind ihre Scheitelwerte stark voneinander verschieden, wie in 30C dargestellt ist. Es sei eine mehr ins Einzelne gehende Beschreibung gegeben. Der Scheitelwert der Wechselstromkomponente, welche in einem Motorstrom enthalten ist, wenn eine Rechteckwellenspannung abgegeben wird, ist höher als der Scheitelwert der Wechselstromkomponente, die in dem Motorstrom enthalten ist, wenn eine sinusförmige Spannung abgegeben wird.
Aus diesem Grunde können, wenn Wechselspannungen identischer Amplitude gegeben werden, ein Drehwinkel und dergleichen leichter durch Rechteckwellen als durch sinusförmige Wellen detektiert werden.
Aus dem Blickwinkel der Rauschstörungen gesehen, hat die Rechteckwellenspannung viele harmonische Komponenten, doch sind harmonische Komponenten, welche in der sinusförmigen Spannung enthalten sind, in der Quantität gering. Aus diesem Grunde ist eine sinusförmige Spannung vorzuziehen, wenn einer Rauschunterdrückung oder Störungsunterdrückung eine höhere Priorität gegeben wird.
Die Erfindung ist auch auf Gleichstrommotoren mit vielen Nuten anwendbar, wie beispielsweise in 31 dargestellt ist. Der Motor 150 von 31 enthält ein Paar von Bürsten 98, 99 und einen Kommutator 96, der aus acht Kommutatorsegmenten 96a bis 96h gebildet ist. Eine Wicklung 97 ist durch Schleifenwindungen in jedem Abschnitt zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten gebildet.
Der Kondensator C1 ist zwischen zwei spezifische Kommutatorsegmente 96b, 96f der acht Kommutatorsegmente 96a bis 96h geschaltet. Aus diesem Grunde ist, wenn das Paar von Bürsten 98, 99 in Kontakt mit den zwei spezifischen Kommutatorsegmenten 96b, 96f kommt, die Impedanz reduziert und das Fließen eines Wechselstroms wird begünstigt.
In den obigen Ausführungsformen wird die folgende Maßnahme ergriffen, um eine Änderung in der Impedanz der Motorschaltung zu erzeugen: ein Kondensator ist mit einem Teil oder der Gesamtheit einer Phasenwicklung mindestens einer Phase unter den mehreren Phasenwicklungen, welche im Motor enthalten sind, verbunden. Diese Verbindung eines Kondensators stellt jedoch nur ein Beispiel dar und ein Motor in vielerlei Konfigurationen kann verwendet werden, solange der Motor so konfiguriert werden kann, dass sich Folgendes ausführen lässt: von den vielen Kommutatorsegmenten werden irgendwelche zwei Kommutatorsegmente als eine Gruppe herausgegriffen und der Abschnitt zwischen Kommutatorsegmenten in mindestens einer Gruppe hat einen Kapazitätswert, der verscheiden von denjenigen der Abschnitte zwischen Kommutatorsegmenten in den anderen Gruppen ist.
Die 32A und 32B zeigen ein Beispiel, bei welchem ein Dielektrikum nur zwischen zwei bestimmten Kommutatorsegmenten eingelagert ist, so dass nur der Abschnitt zwischen diesen beiden Kommutatorsegmenten einen Kapazitätswert aufweist. In den 32A und 32B ist nur der Kommutator 160, welcher Teil eines Motors bildet, herausgegriffen und dargestellt. 32A ist eine Aufsicht auf den Kommutator 160 und 32B ist eine perspektivische Ansicht des Kommutators 160.
Der Kommutator 160, welcher in den 32A und 32B dargestellt ist, besteht aus drei Kommutatorsegmenten 161, 162, 163. Ein Dielektrikum 164 ist zwischen zwei spezifischen Kommutatorsegmenten 162, 163 unter den drei Kommutatorsegmenten eingesetzt.
Ein Motor, bei welchem die Impedanz einer Motorschaltung sich in Verbindung mit der Drehung ändert, kann auch durch Gestaltung eines Kommutators in der oben beschriebenen Weise erreicht werden.
In den obigen Ausführungsformen ist als Motortreiberschaltung eine H-Brückenschaltung mit vier Schaltelementen vorgesehen. Anstelle hiervon kann eine Motortreiberschaltung auch aus einer von einer H-Brückenschaltung verschiedenen Schaltung gebildet werden.
33 zeigt eine andere Ausführungsform eines Ringvaristors 170 zur Schaffung einer asymmetrischen kapazitiven Schaltung in einem Gleichstrommotor. 34 ist eine Abwicklungsdarstellung eines zylindrischen Querschnitts längs einer in 33 eingezeichneten Linie SS34. In 34 sind zwei äquivalente Schaltungen oder Ersatzschaltungen gezeigt, welche zwischen Paaren von Elektroden gebildet sind.
Der Ringvaristor 170 ist an einer Welle eines Gleichstrommotors als eine Komponente desselben befestigt. Der Ringvaristor 170 hat ein Basisteil 174, welches in Gestalt einer ringförmigen Platte ausgebildet ist, sowie eine Mehrzahl von Elektroden 171, 172 und 173, welche auf dem Basisteil 174 gebildet sind. Die Elektroden sind mit den Wicklungen L1, L2 und L3 verbunden, wie dies in 33 dargestellt ist.
Das Basisteil 174 enthält ein Teil 174a niedrigen Widerstands und ein Teil 174b hohen Widerstands. Die Mehrzahl von Elektroden 171, 172 und 173, das Teil niedrigen Widerstands 174a und das Teil hohen Widerstands 174b sind zur Bildung von Schichten übereinandergestapelt. Das Teil niedrigen Widerstands 174a hat einen elektrischen Widerstand, welcher niedriger ist als derjenige des Teils 174b hohen Widerstands. Das Teil 174b hohen Widerstands hat einen elektrischen Widerstand, welcher höher ist als derjenige des Teils 174a niedrigen Widerstands. Das Teil hohen Widerstands 174b überdeckt vollständig das Teil niedrigen Widerstands 174a und ist als eine Schicht zwischen den Elektroden und dem Teil niedrigen Widerstands 174a ausgebildet. Das Teil niedrigen Widerstands 174a kann als ein inneres Teil bezeichnet werden und das Teil hohen Widerstands 174b kann als ein äußeres Teil bezeichnet werden. Das Teil hohen Widerstands 174b hat eine elektrische Charakteristik zur Ausbildung kapazitiver Elemente zwischen der Mehrzahl von Elektroden 171, 172 und 173 und dem Teil niedrigen Widerstands 174a.
Die Anzahl von Elektroden 171, 172 und 173 bildet eine Anzahl verschiedener Elektroden, die unterschiedlich in der Größe, d.h., in ihrer Oberfläche, sind. Mindestens eine Elektrode der Mehrzahl von Elektroden 171, 172 und 173 ist so ausgebildet, dass sie eine geringere Fläche hat als die anderen Elektroden. In einem dargestellten Beispiel ist die Elektrode 172 von kleinerer Fläche als die Elektroden 171 und 173. Die Elektroden 171 und 173 haben gleiche Fläche. Dies hat zur Folge, dass eine zwischen der Elektrode 172 und dem Teil niedrigen Widerstands 174a gebildete Kapazität kleiner ist als eine Kapazität, die zwischen der Elektrode 171 und dem Teil niedrigen Widerstand 174a gebildet ist. In entsprechender Weise ist die Kapazität, die zwischen der Elektrode 172 und dem Teil niedrigen Widerstands 174a gebildet ist, kleiner als eine Kapazität, die zwischen der Elektrode 172 und dem Teil niedrigen Widerstands 174a gebildet ist.
Eine äquivalente Schaltung oder Ersatzschaltung 175 ist zwischen den Elektroden 171 und 172 gebildet. Eine äquivalente Schaltung 176 ist zwischen den Elektroden 171 und 173 gebildet. Weiter ist eine nicht dargestellte äquivalente Schaltung zwischen den Elektroden 172 und 173 gebildet, welche zu der äquivalenten Schaltung 175 gleich ist.
Jede äquivalente Schaltung enthält mindestens eine Widerstandskomponente und mindestens eine kapazitive Komponente. Beispielsweise hat, wie dargestellt, die äquivalente Schaltung 175 eine Widerstandskomponente 175a, welche durch eine Serienschaltung des Teils niedrigen Widerstands 174a und des Teils hohen Widerstands 174b gebildet ist, und kapazitive Komponenten 175b und 175c, welche zwischen den Elektroden 171 und 172 und dem Teil niedrigen Widerstands 174a gebildet sind. Ein Kapazitätswert der kapazitiven Komponente 175c entsprechend der Elektrode 172 ist kleiner als eine Kapazität der kapazitiven Komponente 175b entsprechend der Elektrode 171 abhängig von einem Unterschied zwischen den Flächen der Elektroden 171 und 172. In gleicher Weise ist eine Kapazität der kapazitiven Komponente 175c entsprechend der Elektrode 172 kleiner als eine Kapazität der kapazitiven Komponente entsprechend der Elektrode 173.
Eine Kapazität der äquivalenten Schaltung 176 ist größer als eine Kapazität der äquivalenten Schaltung 175. Aus diesem Grunde ist eine Kapazität zwischen den Elektroden 171 und 173 größer als eine Kapazität zwischen den Elektroden 171 und 172. Eine Kapazität zwischen den Elektroden 171 und 173 ist größer als eine Kapazität zwischen den Elektroden 172 und 173. Aus diesem Grunde ist eine Kapazität zwischen einem spezifischen Paar von Elektroden 171 und 173 verschieden von den Kapazitäten zwischen den anderen Paaren von Elektroden 171 und 172 sowie 172 und 173.
Wie oben erklärt kann, da die Mehrzahl von Elektroden 171, 172 und 173 mit einer Mehrzahl von Kommutatorsegmenten 11, 12 und 13 in einer 1:1-Beziehung verbunden sind, der Ringvaristor 170 mit einer asymmetrischen Kapazität eine Kapazität zwischen einem spezifischen Paar von Kommutatorsegmenten erzeugen, welche verschieden von Kapazitäten zwischen den anderen Paaren von Kommutatorsegmenten ist.
35 zeigt eine andere Ausführungsform eines Ringvaristors 180. Bei dieser Ausführungsform hat der Ringvaristor 180 eine Anzahl von Elektroden 181, 182 und 183. Die Anzahl von Elektroden 181, 182 und 183 hat Oberflächengrößen, welche voneinander verschieden sind. Aus diesem Grunde erzeugt die Anzahl von Elektroden 181, 182 und 183 voneinander verschiedene Kapazitäten. Demzufolge werden unterschiedliche Impedanzänderungsmuster in Entsprechung mit den Drehrichtungen erzeugt. Es ist möglich, die Drehrichtungen auf der Basis der Impedanzänderungsmuster zu detektieren, welche eine Anzeige für die Drehrichtung sind.
36a zeigt eine andere Ausführungsform eines kapazitiven Schaltungselements 190a. Das kapazitive Schaltungselement 190a besitzt einen Ringvaristor 170, welcher im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 33 beschrieben wurde, und einen Kondensator C1, welcher an dem Ringvaristor 170 befestigt ist. Der Kondensator C1 besitzt ein Paar von Anschlusselektroden, die elektrisch mit einem benachbarten Paar der Elektroden 171 und 173 des Ringvaristors 170 verbunden sind. Mit anderen Worten, der Kondensator C1 ist elektrisch mit den Elektroden 171 und 173 verbunden, welche zur Erzeugung einer relativ großen Kapazität ausgebildet sind. Gemäß diesem Aufbau ist es möglich, eine Amplitude einer Impedanzänderung, die bei der Drehung erzeugt wird, zu vergrößern. Sodann ist es möglich, die Detektierbarkeit einer Amplitudenänderung einer Wechselstromkomponente zu verbessern. 36B zeigt eine andere Ausführungsform eines kapazitiven Schaltungselements 190b. Das kapazitive Schaltungselement 190b besitzt eine Ringvaristor 170, welcher im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 33 beschrieben wurde, und einen Kondensator C1, welcher an dem Ringvaristor 170 befestigt ist. Der Kondensator C1 hat ein Paar von Anschlusselektroden, welche Elektrisch mit einem benachbarten Paar der Elektroden 172 und 173 des Ringvaristors 170 verbunden sind. Mit anderen Worten, der Kondensator C1 ist elektrisch mit den Elektroden 172 und 173 verbunden, welche zur Erzeugung einer relativ kleinen Kapazität ausgebildet sind. Gemäß diesem Aufbau können unterschiedliche Impendanzänderungsmuster in Entsprechung mit den Drehrichtungen erzeugt werden. Es ist möglich, die Drehrichtungen auf der Basis von Änderungsmustern einer Wechselstromkomponente zu detektieren. Bei dieser Konfiguration sind eine Kapazität des Kondensators C1 und eine Kapazität zwischen jeweiligen Elektroden des Ringvaristors auf unterschiedliche Werte eingestellt. Alternativ zu dem Aufbau, wie er in den 36A und 36B gezeigt ist, können die Anschlusselektroden des Kondensators C1 elektrisch mit den Kommutatorsegmenten anstatt mit den Elektroden des Ringvaristors verbunden sein. Der Ringvaristor 180, welcher in 35 gezeigt ist, kann weiter einen Kondensator C1 ähnlich der Ausführungsform gemäß 36A und 36B enthalten. Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen bildet der Motor eine Mehrphasenschaltung, welche als unausgeglichene oder asymmetrische Schaltung mit Bezug auf die kapazitive Komponente durch Einschluss des kapazitiven Schaltungselements bezeichnet werden kann.

Claims

Drehungserfassungsvorrichtung (1), welche den Drehzustand eines Gleichstrommotors (2) detektiert, welcher Ankerwicklungen (L1, L2, L3), die aus Phasenwicklungen mindestens dreier Phasen bestehen, einen Kommutator (10) mit einer Anzahl von Kommutatorsegmenten (11, 12, 13), mit denen die Ankerwicklungen (L1, L2, L3) verbunden sind, und mindestens ein Paar von Bürsten (16, 17) aufweist, welche einen Strom zu jeder der Phasenwicklungen über den Kommutator (10) liefern, wobei die Drehungserfassungsvorrichtung folgendes enthält: Leistungszuführungsmittel (5), welche so ausgebildet sind, dass eine wechselstromüberlagerte Spannung, welche durch Überlagerung einer Wechselspannung über einer Gleichspannung erhalten wird, an das mindestens eine Paar von Bürsten (16, 17) des Gleichstrommotors (2) gelegt werden kann; Speisungsdetektierungsmittel (21) zum Detektieren eines durch den Gleichstrommotor (2) über die Bürsten (16, 17) geleiteten Motorstroms oder einer Strompfadspannung oder der Spannung an einem Speisungspfad, über welchen der Motorstrom fließt; und Drehzustandsdetektierungsmittel (7), welche zumindest einen der folgenden Größen als den Drehzustand des Gleichstrommotors (2) basierend auf dem Motorstrom oder der Wechselstromkomponente, welche in der Strompfadspannung enthalten ist, welche durch die Speisungsdetektierungsmittel (21) detektiert wird, erfasst, nämlich Drehwinkel, Drehrichtung und Drehzahl; wobei der Gleichstrommotor (2) so ausgebildet ist, dass irgendwelche zwei Kommutatorsegmente (11, 12, 13) unter den Kommutatorsegmenten (11, 12, 13) als eine Gruppe erfasst werden und der Abschnitt zwischen den Kommutatorsegmenten (11, 12, 13) in mindestens einer Gruppe einen Kapazitätswert hat, welcher verschieden von den Kapazitätswerten der Abschnitte zwischen Kommutatorsegmenten (11, 12, 13) in den anderen Gruppen ist, und wobei wobei die Leistungszuführungsmittel (5) derart konfiguriert sind, dass diese ein Anlegen einer wechselstromüberlagerte Spannung mit einer Frequenz verursachen welche unter Berücksichtigung einer Mehrzahl von Resonanzfrequenzwerten (f1, f2, f3), verursacht gemäß dem Kapazitätswert, eingestellt wird.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher die Frequenz der wechselstromüberlagerten Spannung oder einer harmonischen Welle derselben auf einen Wert eingestellt ist, welcher die Mehrzahl von Resonanzfrequenzwerten (f1, f2, f3) ausschließt.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher die Frequenz der wechselstromüberlagerten Spannung oder einer harmonischen Welle derselben auf einen Wert eingestellt ist, welcher im Wesentlichen mit einem der Mehrzahl von Resonanzfrequenzwerten (fl, f2, f3) übereinstimmt.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der Gleichstrommotor ein kapazitives Element (C1, C2, C11, C21, C22, C30, 100, 170, 180) mit vorbestimmtem Kapazitätswert aufweist, welches parallel zu einem Teil oder der Gesamtheit der Phasenwicklung mindestens einer Phase geschaltet ist.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 4, bei welcher der Gleichstrommotor (2) kapazitive Elemente (C1, C2, C21, C22, 100, 170, 180) unterschiedlichen Kapazitätswertes enthält, welche jeweils mit den Phasenwicklungen mindestens zweier Phasen verbunden sind, und wobei die Drehzustandsdetektierungsmittel (7) die Drehrichtung des Gleichstrommotors (2) auf der Basis des Musters der Veränderung in der Wechselstromkomponente detektieren.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 5, bei welcher der Gleichstrommotor (2) Ankerwicklungen (L1, L2, L3) aufweist, welche aus Phasenwicklungen von drei Phasen gebildet sind.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, bei welcher der Gleichstrommotor (2) Ankerwicklungen (L1, L2, L3) aufweist, die von den Phasenwicklungen dreier Phasen gebildet sind, und wobei das kapazitive Element (C1, C2, C11, C21, C22, C30, 100, 170, 180) mit der Phasenwicklung irgendeiner Phase verbunden ist.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, bei welcher der Gleichstrommotor (2) Ankerwicklungen (L1, L2, L3) aufweist, welche von den Phasenwicklungen dreier Phasen gebildet sind, und wobei die kapazitiven Elemente (C1, C2, C11, C21, C22, C30, 100, 170, 180) unterschiedlichen Kapazitätswertes jeweils mit den Phasenwicklungen von irgendwelchen zwei Phasen verbunden sind.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der Gleichstrommotor (2) einen Ringvaristor (100) mit einer Anzahl von Elektroden (101, 102, 103) aufweist, welcher an der Welle des Gleichstrommotors (2) befestigt ist, wobei die Kommutatorsegmente (11, 12, 13) jeweils mit bestimmten der Elektroden (101, 102, 103) des Ringvaristors (100) verbunden sind und wobei das kapazitive Element (C1, C2, C11, C21, C22, C30,100,170,180) zwischen zwei der Elektroden (101, 102, 103) im Ringvaristor (100) befestigt und damit verbunden ist.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher der Gleichstrommotor (2) einen Ringvaristor (170, 180) enthält, welcher eine Anzahl von Elektroden (171, 172, 173, 181, 182, 183) aufweist und an der Welle des Gleichstrommotors (2) befestigt ist, wobei die Kommutatorsegmente (11, 12, 13) jeweils mit bestimmten der Elektroden (171, 172 und 173) des Ringvaristors verbunden sind, und wobei der Ringvaristor eine Kapazität an mindestens einem Paar der Elektroden (171, 172, 173, 181, 182 und 183) aufweist, welche verschieden von den Kapazitätswerten der anderen Paare von Elektroden (171, 172, 173, 181, 182 und 183) ist.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der Gleichstrommotor (2) zusätzlich zu dem Kondensator (C1) einen Ringvaristor (170) enthält, der eine Mehrzahl von Elektroden (171, 172 und 173) aufweist und an der Welle des Gleichstrommotors (2) befestigt ist, wobei die Kommutatorsegmente (11, 12, 13) jeweils mit bestimmten der Elektroden (171, 172, 173) des Ringvaristors (170) verbunden sind, und wobei der Ringvaristor eine Kapazität an mindestens einem Paar des Elektroden (171, 172, 173) aufweist, welche unterschiedlich von den Kapazitäten an den anderen Paaren von Elektroden (171, 172, 173) ist.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei mindestens eine der Elektroden (171, 172, 173) des Ringvaristors (170) in ihrer Größe verschieden von den anderen Elektroden ausgebildet ist, um den Unterschied zwischen den Kapazitäten an den Paaren der Elektroden (171, 172, 173) zu erzeugen.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher die Leistungszuführungsmittel (5) folgendes enthalten: eine Gleichstrom-Leistungsquelle, welche die Gleichspannung an den Gleichstrommotor (2) liefert; und Wechselspannungs-Zuführungsmittel, welche die Wechselspannung zu dem Gleichstrommotor (2) liefern, und wobei die Leistungszuführungsmittel (5) so ausgebildet sind, dass Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle und Wechselspannung von den Wechselspannungs-Zuführungsmittel jeweils zu dem Gleichstrommotor (2) geliefert werden, so dass die wechselstromüberlagerte Spannung dadurch an den Gleichstrommotor (2) gelegt werden kann.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher die Leistungszuführungsmittel (5) folgendes enthalten: eine Gleichstrom-Leistungsquelle zur Zuführung der Gleichspannung zu dem Gleichstrommotor; Gleichstrom-Unterbrechermittel (34) zur Unterbrechung der Zuführung der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle zu dem Gleichstrommotor (2); und Wechselspannungs-Zuführungsmittel zur Zuführung der Wechselspannung zu dem Gleichstrommotor (2); und wobei die Drehungserfassungsvorrichtung weiter folgendes enthält: Gleichstrom-Unterbrechersteuermittel (41), welche die Gleichstrom-Unterbrechermittel steuern und Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle zu dem Gleichstrommotor (2) liefern, so dass die wechselstromüberlagerte Spannung an dem Gleichstrommotor (2) gelegt wird, wenn sich der Gleichstrommotor (2) dreht, und die Lieferung von Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle unterbrechen, wenn der Gleichstrommotor (2) abgebremst wird.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher die Leistungszuführungsmittel (5) folgendes enthalten: eine Gleichstrom-Leistungsquelle zur Abgabe der Gleichspannung; eine Motortreiberschaltung (51, 61, 71), in welche Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle eingespeist wird und welche diese Gleichspannung an den Gleichstrommotor (2) liefert, um diesen hierdurch anzutreiben; Gleichstrom-Unterbrechermittel (34) zur Unterbrechung der Ausgabe der Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle; und Wechselspannungs-Zuführungsmittel zur Lieferung der Wechselspannung zu dem Gleichstrommotor (2); und wobei die Drehungserfassungsvorrichtung (1) weiter folgendes enthält: Gleichstromunterbrechungs-Steuermittel (52, 62, 72), welche die Gleichstrom-Unterbrechermittel steuern und Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle zu der Motortreiberschaltung liefern, so dass die wechselstromüberlagerte Spannung an den Gleichstrommotor (2) gelegt werden kann, wenn sich der Gleichstrommotor (2) stetig dreht, und die Eingabe von Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle zu der Motortreiberschaltung unterbrechen, wenn der Gleichstrommotor (2) abgebremst wird.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher die Leistungszuführungsmittel (5) folgendes enthalten: eine Gleichstrom-Leistungsquelle, welche eine Gleichspannung abgibt; eine Motortreiberschaltung (51), welche mit Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle beaufschlagt wird, und diese Gleichspannung an den Gleichstrommotor liefert, um den Gleichstrommotor (2) hierdurch anzutreiben; und Wechselspannungszuführungsmittel zur Lieferung der Wechselspannung zu dem Gleichstrommotor (2); und wobei die Drehungserfassungsvorrichtung weiter folgendes enthält: Motortreiber-Steuermittel (52), welche die Motortreiberschaltung steuern und abwechselnd die Polarität der Gleichspannung mit vorbestimmter Frequenz umschalten, welche an den Gleichstrommotor gelegt wird wenn der Gleichstrommotor abgebremst wird.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher die Leistungszuführungsmittel (5) folgendes enthalten: eine Gleichstrom-Leistungsquelle zur Abgabe der Gleichspannung; eine Motortreiberschaltung (51, 61, 71), welche mit Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle beaufschlagt wird und diese Gleichspannung an den Gleichstrommotor (2) liefert, um hierdurch den Gleichstrommotor (2) anzutreiben, und so konfiguriert ist, dass mindestens ein Bürstenpaar miteinander kurzgeschlossen werden kann; und Wechselspannungs-Zuführungsmittel zur Lieferung der Wechselspannung an den Gleichstrommotor (2); und wobei die Drehungserfassungsvorrichtung (1) weiter folgendes enthält: Motortreiber-Steuermittel (52, 62, 72), welche die Motortreiberschaltung steuern und Gleichspannung von der Gleichstrom-Leistungsquelle zu dem Gleichstrommotor (2) liefern, um hierdurch die wechselstromüberlagerte Spannung zu dem Gleichstrommotor (2) zu führen, wenn sich der Gleichstrommotor (2) stetig dreht, und eine Kurzschlussbremsung ausführen, bei welcher mindestens das eine Paar von Bürsten (16, 17) miteinander kurzgeschlossen wird, um eine Bremsung wirksam werden zu lassen, wenn der Gleichstrommotor (2) abgebremst wird; und wobei die Wechselspannungs-Zuführungsmittel (35, 141) und die Speisungsdetektierungsmittel (21, 64, 142) in einem gemeinsamen Strompfad vorgesehen sind, welcher ein Speisungspfad ist, über welchen der Motorstrom sowohl bei der ständigen Drehung als auch bei der Kurzschlussabbremsung unter den Speisungspfaden von der Gleichstrom-Leistungsquelle zu dem Gleichstrommotor (2) fließt.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 17, bei welcher die Wechselspannungs-Zuführungsmittel (35, 35a, 35b, 141) in einem ersten gemeinsamen Strompfad vorgesehen sind, welcher sich von einer Bürste der beiden Bürsten (16, 17), welche das eine Bürstenpaar des Gleichstrommotors (2) bilden, zu der Motortreiberschaltung unter den gemeinsamen Strompfaden erstreckt; und wobei die Speisungsdetektierungsmittel (21, 64, 63a, 63b, 142) in einem zweiten gemeinsamen Strompfad vorgesehen sind, der sich von der anderen Bürste der beiden Bürsten (16, 17), welche das eine Bürstenpaar des Gleichstrommotors (2) bilden, zu der Motortreiberschaltung unter den gemeinsamen Strompfaden erstreckt.
Drehungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 17, bei welcher die Wechselspannungs-Zuführungsmittel (35a, 35b) sowohl in einem gemeinsamen Strompfad, der sich von einer Bürste (16, 17) der beiden das eine Bürstenpaar des Gleichstrommotors (2) bildenden Bürsten (16, 17) zu der Motortreiberschaltung unter den gemeinsamen Strompfaden als auch in einem zweiten gemeinsamen Strompfad vorgesehen sind, welche sich von der anderen Bürste (16, 17) zu der Motortreiberschaltung erstreckt; die Speisungsdetektierungsmittel (63a, 63b) ebenfalls sowohl in dem ersten gemeinsamen Strompfad als auch in dem zweiten gemeinsamen Strompfad vorgesehen sind; und wobei die Drehungserfassungsvorrichtung (1) weiter folgendes enthält: Wechselstromzuführungs-Steuermittel, welche die Wechselspannung zu dem Gleichstrommotor (2) liefern und in jeden der Wechselspannungs-Zuführungsmittel, die in den jeweiligen gemeinsamen Strompfaden vorgesehen sind, angeordnet sind, wobei die Drehzustandsdetektierungsmittel (7) den Drehzustand auf der Basis des Ergebnisses der Detektierung durch eine oder beide der Speisungsdetektierungsmittel (21) detektieren, welche in den jeweiligen gemeinsamen Strompfaden vorgesehen sind.