DE102011000871A1

DE102011000871A1 - Rotationserfassungsvorrichtung und Rotationserfassungssystem

Info

Publication number: DE102011000871A1
Application number: DE102011000871A
Authority: DE
Inventors: Ken Tanaka; Yasuhiro Fukagawa; Masaru Touge
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2011-11-10
Also published as: US8525464B2; US20110262112A1; JP2011200108A; JP5385318B2

Abstract

Eine Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Rotationszustands eines Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) beinhaltet eine Antriebsvorrichtung, eine Steuervorrichtung (6, 34, 42, 63), eine Erregungs-Erfassungsvorrichtung (21), eine Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung (22, 33) und eine Rotationszustands-Erfassungsvorrichtung. Eine Impedanz zwischen Bürsten (16, 17) des Motors ist entsprechend einer Rotation des Motors periodisch veränderbar. Die Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung erfasst eine Veränderung einer Wechselstromkomponente des elektrischen Stroms, der dem Motor zugeführt wird, basierend auf einer elektrischen Größe. Die Veränderung der Wechselstromkomponente wird durch eine Veränderung der gemäß der Rotation verursachten Impedanz bewirkt. Die Rotationszustands-Erfassungsvorrichtung erfasst zumindest einen Rotationswinkel, eine Rotationsrichtung und/oder eine Drehzahl des Motors basierend auf einem Erfassungsergebnis der Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationserfassungsvorrichtung, die einen Rotationszustand eines Gleichstrommotors, wie z. B. einen Rotationswinkel oder eine Rotationsrichtung, erfasst, und betrifft ein Rotationserfassungssystem, das die Rotationserfassungsvorrichtung aufweist.
Herkömmlicherweise wird in einem Fahrzeug ein Gleichstrom-Bürstenmotor verwendet (der nachstehend als ein „Gleichstrommotor” bezeichnet wird). Der Gleichstrommotor stellt z. B. die Öffnungs-/Schließwinkel einer Luftgemisch-Dämpfungseinrichtung bzw. einer Luftgemisch-Luftklappe zum Einstellen einer Temperatur und einer Modus-Dämpfungseinrichtung bzw. Modus-Luftklappe zum Schalten von Luftauslässen einer Klimaanlage des Fahrzeugs ein. Bei der Steuerung des vorstehenden Gleichstrommotors wird ein Rotationszustand des Gleichstrommotors, wie z. B. ein Rotationswinkel, eine Rotationsrichtung, eine Drehzahl, erfasst, um den Öffnungs-/Schließwinkel einer jeden Dämpfungseinrichtung bzw. Luftklappe exakt einzustellen. Anschließend wird der vorstehende Gleichstrommotor basierend auf dem erfassten Rotationszustand so gesteuert, dass der Öffnungs-/Schließwinkel einer jeden Dämpfungseinrichtung bzw. Luftklappe mit dem gewünschten Winkel übereinstimmt.
Ein allgemeines Verfahren zum Erfassen des Rotationszustands des Gleichstrommotors beinhaltet ein hinreichend bekanntes Verfahren, in dem ein Sensor, wie z. B. ein Drehgeber, und ein Potentiometer verwendet wird und der Rotationszustand basierend auf dem Erfassungssignal von dem Sensor erfasst wird. Dementsprechend wird in dem Fahrzeug das Verfahren zum Erfassen des Rotationszustands durch Verwenden des Sensors angewendet.
In dem vorstehenden Verfahren zum Erfassen des Rotationszustands durch Verwendung eines Sensor ist jedoch für jeden Gleichstrommotor ein Sensoreinbauraum notwendig. Außerdem sind zum Übertragen der Erfassungssignale der Sensoren zu einer weiteren Vorrichtung, wie z. B. einer an Bord befindlichen ECU, neben einem Kabelbaum, der für einen jeden Gleichstrommotor zum Zuführen einer Gleichstromleistung durch denselben zu dem Gleichstrommotor vorgesehen ist, zusätzliche Kabelbäume erforderlich. Durch die vorstehende Anforderung wird somit das Gewicht des Fahrzeugs erhöht und somit die Herstellungskosten erhöht. Um die Anzahl der Sensoren und der damit verbundenen Kabelbäume zu reduzieren, besteht daher Bedarf an einer sensorfreien Ausführung.
Es sind verschiedene sensorfreie Verfahren zum Erfassen des Rotationszustands des Gleichstrommotors ohne Verwendung eines großräumigen oder großflächigen Sensors, wie z. B. des Drehgebers, vorgeschlagen worden. So ist z. B. ein Verfahren zum Erfassen und Zählen eines Stromstoßimpulses bekannt, der erzeugt wird, wenn der Verbindungszustand zwischen dem Kommutator und den Bürsten geschaltet wird. In dem vorstehenden Verfahren ist es jedoch viel wahrscheinlicher, dass eine fehlerhafte Erfassung dann auftritt, wenn die Drehzahl weiter reduziert wird, weil es schwieriger wird, den Stromstoßimpuls zu erfassen, wenn die Drehzahl erheblich reduziert wird. Vorstehendes trifft also zu, da während des Betriebs des Motors bei niedriger Drehzahl zum Zeitpunkt des Startens und Stoppens des Motors eine elektromotorische Kraft des Motors reduziert ist und dadurch der Stromstoßimpuls dementsprechend reduziert ist.
Zudem ist in einem weiteren sensorfreien Verfahren ein Widerstand zwischen zwei bestimmten Segmenten von mehreren Kommutatorsegmenten eines Kommutators verbunden bzw. geschaltet. In anderen Worten ist der Widerstand parallel mit einer Phasenspule verbunden, die zwischen den bestimmten zwei Segmenten verbunden bzw. geschaltet ist. Ein Rotationsimpuls wird basierend auf dem elektrischen Strom erfasst, der zwischen beiden bestimmten Segmenten fließt (siehe z. B. JP-A-2003-111465 ).
Wenn gemäß dem in der JP-A-2003-111465 beschriebenen sensorfreien Verfahren der Gleichstrom durch die Bürsten einem Motorschaltkreis zugeführt wird, bei dem es sich um einen Schaltkreis der Ankerspule mit Mehrphasenspulen handelt, ändert sich der elektrische Strom zwischen den Bürsten periodisch entsprechend dem Rotationswinkel des Motors, da der Widerstand parallel mit einer der Phasenspulen verbunden ist. Da der Rotationsimpuls basierend auf der Veränderung des elektrischen Stroms erfasst wird, ist es möglich, den Grad der Erfassungsgenauigkeit im Vergleich zu dem Erfassungsverfahren lediglich anhand des Stromstoßimpulses zu verbessern.
In dem in der JP-A-2003-111465 beschriebenen Verfahren wird der Rotationsimpuls basierend auf der periodischen Veränderung des Gleichstroms für den Motor erfasst, wobei diese Veränderung dadurch bewirkt wird, dass der Widerstand parallel mit der Einzelphasenspule verbunden ist. Wenn z. B. der Gleichstrom sich zusammen mit anderen Faktoren als der Verbindung mit dem Widerstand ändert, wie z. B. der Veränderung der Leistungsquellenspannung, kann der Rotationsimpuls unvorteilhafterweise fehlerhaft erfasst werden.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Nachteile entwickelt, und es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotationszustand eines Gleichstrommotors ahne die Installation eines Sensors, wie z. B. eine Impulsgebers, zu erfassen.
Zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Rotationszustands eines Gleichstrommotors geschaffen, der durch eine von einer Gleichstromleistungsquelle zugeführten Leistung drehbar ist, wobei die Rotationserfassungsvorrichtung eine Ansteuer- bzw. Antriebsvorrichtung, eine Steuervorrichtung, eine Erregungserfassungsvorrichtung, eine Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung und eine Rotationszustands-Erfassungsvorrichtung beinhaltet. Der Gleichstrommotor weist zumindest ein Paar von Bürsten auf, an die eine Gleichstromspannung von der Gleichstromleistungsquelle angelegt wird. Eine Impedanz zwischen dem zumindest einen Paar von Bürsten ist entsprechend einer Rotation des Gleichstrommotors periodisch veränderbar. Die Antriebsvorrichtung ist in einem Energiezuführ- bzw. Erregungspfad in einem Schaltkreis vorgesehen, der die Gleichstromleistungsquelle und den Gleichstrommotor aufweist, wobei die Antriebsvorrichtung zumindest eine Schaltvorrichtung bzw. ein Schaltbauelement aufweist, die bzw. das so konfiguriert ist, dass der Erregungspfad zum Steuern der Erregung durch denselben geöffnet und geschlossen werden kann. Die Steuervorrichtung ist so konfiguriert, dass das zumindest eine Schaltbauelement der Antriebsvorrichtung ein- und ausgeschaltet wird. Die Erregungserfassungsvorrichtung erfasst eine elektrische Größe bzw. Ladung eines elektrischen Stroms, der dem Gleichstrommotor zugeführt wird, Die Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie eine Veränderung eines Wechselstromkomponente des elektrischen Stroms, der dem Gleichstrommotor zugeführt wird, basierend auf der elektrischen Größe bzw. Ladung erfasst, die durch die Erregungserfassungsvorrichtung erfasst wird, wobei die Veränderung der Wechselstromkomponente durch eine Veränderung der Impedanz bewirkt wird, die gemäß der Rotation des Gleichstrommotors verursacht wird. Die Rotationszustands-Erfassungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie zumindest entweder einen Rotationswinkel, eine Rotationsrichtung und eine Drehzahl des Gleichstrommotors basierend auf einem Erfassungsergebnis der Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung erfasst.
Zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Rotationserfassungssystem geschaffen, das einen Gleichstrommotor und eine Rotationserfassungsvorrichtung beinhaltet. Der Gleichstrommotor dreht sich, wenn der Gleichstrommotor von einer Gleichstromleistungsquelle Leistung erhält. Die Rotationserfassungsvorrichtung erfasst einen Rotationszustand des Gleichstrommotors. Der Gleichstrommotor weist zumindest ein Paar von Bürsten auf, an die von der Gleichstrom-Leistungsquelle eine Gleichstromspannung angelegt wird, wobei eine Impedanz zwischen dem zumindest einen Paar von Bürsten entsprechend der Rotation des Gleichstrommotors periodisch veränderbar ist. Die Rotationserfassungsvorrichtung beinhaltet eine Erregungserfassungsvorrichtung, eine Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung und eine Rotationszustands-Erfassungsvorrichtung. Die Erregungserfassungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie eine elektrische Größe bzw. Ladung eines elektrischen Stroms erfasst, der dem Gleichstrommotor zugeführt wird. Die Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie eine Veränderung einer Wechselstromkomponente des elektrischen Stroms, der dem Gleichstrommotor zugeführt wird, basierend auf der elektrischen Größe bzw. Ladung erfasst, die durch die Erregungserfassungsvorrichtung erfasst wird, wobei die Veränderung der Wechselstromkomponente durch eine Veränderung der Impedanz bewirkt wird, die entsprechend der Rotation des Gleichstrommotors verursacht wird. Die Rotationszustands-Erfassungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie zumindest einen Rotationswinkel, eine Rotationsrichtung und eine Drehzahl des Gleichstrommotors basierend auf einem Erfassungsergebnis der Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung erfassen kann.
Die Erfindung wird zusammen mit weiteren Aspekten, Merkmalen und Vorteilen unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung, die angehängten Ansprüche und die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Rotationserfassungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A bis 2D erläuternde Diagramme zur Erläuterung von drei Zuständen (oder drei Motorschaltkreisen), die erzeugt werden bzw. entstehen, während ein Motor der ersten Ausführungsform um 180 Grad rotiert wird;
3 ein Diagramm, das ein Beispiel für einen elektrischen Stromkurvenverlauf bzw. -wellenform eines Motors während einer Rotation des Motors gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
4 ein Schaltkreisdiagramm, das eine Konfiguration einer Rotationssignal-Erfassungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
5 ein erläuterndes Diagramm zur Erläuterung einer Signalverarbeitungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ein Flussdiagramm, das einen Motorantriebs-Steuerungsvorgang gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
7 ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Rotationserfassungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
8A bis 8D erläuternde Diagramme zur Erläuterung von drei Zuständen (drei Motorschaltkreisen), die erzeugt werden bzw. entstehen, während ein Motor gemäß der zweiten Ausführungsform um 184 Grad rotiert;
9 ein Diagramm, das ein Beispiel für einen elektrischen Stromkurvenverlauf bzw. eine elektrische Stromwellenform eines Motors während einer Rotation des Motors gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
10A ein erläutendes Diagramm zur Erläuterung einer Konfiguration einer Signalverarbeitungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform;
10B ein erläuterndes Diagramm zur Erläuterung eines Betriebs der Signalverarbeitungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform;
11 ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Rotationserfassungssystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
12 ein Diagramm, das ein Beispiel einen elektrischen Stromkurvenverlauf bzw. eine elektrische Stromwellenform eines Motors während einer Rotation des Motors gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
13 ein erläuterndes Diagramm zur Erläuterung einer Signalverarbeitungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform;
14 ein Flussdiagramm, das einen Motorantriebs-Steuerungsvorgang gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
15 ein erläuterndes Diagramm, das einen Motor darstellt, der gemäß der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst werden soll;
16 ein Diagramm, das ein Beispiel eines elektrischen Stromkurvenverlaufs bzw. einer elektrischen Stromwellenform eines Motors während einer Rotation des Motors von 15 darstellt;
17 ein erläutendes Diagramm, das ein Rotationserfassungssystem (einen Antriebsschaltkreis) gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt;
18 ein erläuterndes Diagramm, das einen weiteren Motor darstellt, der gemäß einer weiteren Ausführungsform erfasst werden soll;
19 ein erläutendes Diagramm, das noch einen Motor darstellt, der gemäß einer weiteren Ausführungsform erfasst werden soll;
20 ein erläuterndes Diagramm, das noch einen Motor darstellt, der gemäß einer weiteren Ausführungsform erfasst werden soll;
21 ein erläutendes Diagramm, das noch einen Motor darstellt, der gemäß einer weiteren Ausführungsform erfasst werden soll;
22 ein erläutendes Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Rotationserfassungssystems gemäß der Modifizierung darstellt; und
23 ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Rotationserfassungssystems gemäß einer weiteren Modifizierung darstellt:
Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erfolgt nachstehend eine Beschreibung der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt eine schematische Konfiguration eines Rotationserfassungssystems, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet ein Rotationserfassungssystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Gleichstrommotor (der nachstehend nur noch als „Motor” bezeichnet wird) 2, und ist so konfiguriert, dass es einen Rotationswinkel des Motors 2 erfassen kann. Das Rotationserfassungssystem 1 beinhaltet außerdem eine Gleichstrom-Leistungsquelle 3, einen Gleichstrom-Leistungsquellenschalter 4, eine Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 und eine Steuereinheit 6. Die Gleichstrom-Leistungsquelle 3 gibt eine Gleichstromspannung zum Rotieren des Motors 2 oder zum Erzeugen eines Drehmoments aus. Der Gleichstrom-Leistungsquellenschalter 4 öffnet und schließt einen Zuführweg (Stromzuführ- bzw. Erregungspfad) einer elektrischen Gleichstromleistung von der Gleichstrom-Leistungsquelle 3 zum Motor 2. In anderen Worten wird durch den Gleichstrom-Leistungsquellenschalter 4 der Fluss der elektrischen Gleichstromleistung durch den Zuführweg von der Gleichstromleistungsquelle 3 zum Motor 2 freigegeben und gesperrt. Die Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 ist in dem Zuführweg der elektrischen Gleichstromleistung zwischen dem Gleichstromleistungsquellenschalter 4 und dem Motor 2 angeordnet. Zudem ist die Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 so konfiguriert, dass ein Signal (Rotationsimpuls Sp) gemäß dem Rotationswinkel des Motors 2 erzeugt werden kann, der basierend auf dem elektrischen Strom (elektrischen Strom des Motors), der dem Motor 2 zugeführt wird, erzeugt wird. Die Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 gibt dann den so erzeugten Rotationsimpuls Sp aus. Die Steuerungseinheit 6 erfasst einen Rotationswinkel des Motors 2 basierend auf dem Rotationsimpuls Sp, der durch die Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 ausgegeben wird.
Die Gleichstromleistungsquelle 3 gibt eine Gleichstromspannung eines vorbestimmten Spannungswertes Vb aus und legt die Gleichstromspannung an den Motor 2 an. Insbesondere wird dabei die Gleichstromspannung an jede der Bürsten 16, 17 angelegt. Der Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 ist zwischen der Gleichstrom leistungsquelle 3 und dem Motor 2 angeordnet, und ein Ein-/Aus-Zustand des Gleichstromleistungsquellen-Schalters 4 wird durch ein Gleichstromanlegungs-Steuersignal Sdc von der Steuereinheit 6 gesteuert. Wenn der Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 eingeschaltet ist, wird die Gleichstromspannung der Gleichstromleistungsquelle 3 an den Motor 2 angelegt. Wenn der Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 ausgeschaltet ist, wird keine Gleichstromspannung der Gleichstromsleistungsquelle 3 mehr an den Motor 2 angelegt.
Außerdem verläuft ein elektrischer Pfad (oder ein Weg) von einem positiven Anschluss der Gleichstromleistungsquelle 3 über den Motor 2 zur Masse (an einem Massepotential). Ein Ansteuer- bzw. Antriebsschalter MOS (der einem Schaltbauelement entspricht) ist in dem vorstehenden Weg zwischen Masse und einer stromabwärtigen Seite des Motors 2 oder auf dem Weg zwischen Masse und der benachbart zur Masse angeordneten Bürste 17 des Motors 2 vorgesehen. Der Antriebsschalter MOS ist so konfiguriert, dass er die elektrische Leitfähigkeit des Wegs ermöglichen oder unterbinden kann. Bei dem Antriebsschalter MOS handelt es sich um einen N-Kanal-MOSFET, der basierend auf dem Antriebssignal Sm, das von der Steuerungseinheit 6 zugeführt wird, ein- und ausgeschaltet wird. Bei dem Antriebssignal Sm von der Steuerungseinheit 6 handelt es sich um ein Impulssignal, das 0 V (einem niedrigen Spannungspegel) oder 5 V (einem hohen Spannungspegel) entspricht, und der Antriebsschalter MOS wird ausgeschaltet, wenn das Antriebssignal Sm 0 V entspricht, und wird eingeschaltet, wenn das Antriebssignal Sm 5 V entspricht. Der Antriebsschalter MOS kann alternativ in dem Stromzuführ- bzw. Erregungspfad in dem Schaltkreis stromauf des Motors 2 angeordnet sein. Wie oben, ist der Antriebsschalter MOS in dem Erregungspfad in einem Schaltkreis angeordnet, der den Motor 2 und die Leistungsquelle 3 aufweist.
Die Steuerungseinheit 6 berechnet einen Rotationswinkel D des Motors 2 und eine Drehzahl basierend auf einem Rotationsimpuls Sp, der von der Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 empfangen wird. Dann steuert die Steuereinheit 6 den Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 über das Gleichstromanlegungs-Steuersignal Sdc basierend auf dem vorstehenden Berechnungsergebnis. Zudem steuert die Steuereinheit 6 den Antriebsschalter MOS über das Antriebssignal Sm basierend auf dem vorstehenden Berechnungsergebnis. Wie oben, ist die Steuereinheit 6 in der Lage, die Rotation des Motors 2 zu steuern.
Die Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform steuert die Rotation des Motors 2 unter einer Pulsweitenmodulations-(PWM-)Steuerung während einer vollständigen Betriebszeitspanne von einem Start- zu einem Stoppzeitpunkt (worauf in der Beschreibung später eingegangen wird). Während der PWM-Steuerung wird der Antriebsschalter MOS basierend auf einem Tastverhältnis ein- und ausgeschaltet.
Insbesondere wird der Antriebsschalter MOS z. B. mit einem Tastverhältnis von 5:5 (das als „Stationärzustands-Tastverhältnis” bezeichnet wird) während der Zeitspanne zwischen Start und stabiler Rotation bzw. Dauerrotation ein- und ausgeschaltet. Der Antriebsschalter MOS wird mit einem Tastverhältnis von 1:9 (das als „Bremszustands-Tastverhältnis” bezeichnet wird) während einer Bremsvorgangssteuerung zum Stoppen des Motors 2, der z. B. unter Dauerrotation betrieben worden ist, ein- und ausgeschaltet.
Wenn aufgrund der vorstehenden PWM-Steuerung der Anteil der EIN-Dauer innenhalb des Tastverhältniszyklus ansteigt, nimmt auch das Drehmoment des Motors 2 entsprechend zu. Wenn demgegenüber der Anteil der AUS-Dauer innerhalb des Tastverhältniszyklus ansteigt, werden das Drehmoment des Motors 2 und die Drehzahl entsprechend verringert. Wenn der Anteil der AUS-Dauer erhöht wird, um das vorstehende Tastverhältnis von 1:9 zu erhalten, wird der Motor 2 schließlich gestoppt, obwohl in der PWM-Steuerung die EIN-Dauer vorliegt.
Somit schwankt bzw. fluktuiert der dem Motor 2 zugeführte elektrische Strom während der Rotation basierend auf der Frequenz der PWM-Steuerung (oder PWM-Frequenz Sf), und der elektrische Strom weist dadurch einen Kurvenverlauf bzw. eine Wellenform auf, die in 3 gezeigt ist. In anderen Worten weist der dem Motor 2 während der Rotation zugeführte elektrische Strom eine Wechselstromkomponente auf, Weiterhin ist zu beachten, dass 3 ein Beispiel für den elektrischen Strom des Motors während der Zeitspanne vom Start bis zur Dauerrotation zeigt, wobei in dieser Zeitspanne die Steuereinheit 6 den Antriebsschalter MOS mit dem Tastverhältnis von 5:5 ein- und ausschaltet. Wie aus 3 hervorgeht, steigt der elektrische Strom des Motors an, wenn das Antriebssignal Sm 5 V erreicht, so dass der Antriebsschalter MOS eingeschaltet wird. Wenn demgegenüber das Antriebssignal Sm 0 V erreicht, so dass der Antriebsschalter MOS ausgeschaltet wird, wird der elektrische Strom des Motors verringert. Die vorstehende Veränderung des elektrischen Motorstroms wird mit der PWM-Frequenz Sf wiederholt.
Es ist zu beachten, dass die PWM-Frequenz Sf so ausgelegt ist, dass sie in der vorliegenden Ausführungsform konstant ist. Im Vorstehenden handelt es sich jedoch lediglich um ein Beispiel, und dadurch kann die PWM-Frequenz Sf entsprechend dem Betriebszustand nach Bedarf geändert werden.
Zudem ist die PWM-Frequenz Sf höher eingestellt als eine Schaltfrequenz, mit der der Verbindungszustand zwischen (a) den Bürsten und (b) den Kommutatorsegmenten geschaltet wird, während der Motor (2) mit einer maximalen Nenndrehzahl rotiert. Die Schaltfrequenz dient z. B. als eine Frequenz des Rotationsimpulses Sp. Wie der Beschreibung an späterer Stelle zu entnehmen ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Rotationszustand des Motors 2 unter Hinzuziehung der periodischen Veränderung der Impedanz des Motors 2 erfasst, wobei diese Veränderung durch das Schalten des Verbindungszustands zwischen (a) den Bürsten und (b) den Kommutatorsegmenten hervorgerufen wird.
Es ist zu beachten, dass der elektrische Strom des Motors eine Pulswellenform (oder eine Spike- bzw. Spitzen-Wellenform) während der Zeitspanne eines Zustands C (C') aufweist. Auf die vorstehende Wellenform wird in der Beschreibung später eingegangen.
Bei dem Motor 2 handelt es sich um einen Dreiphasen-Gleichstrom-Bürstenmotor, der ein Paar von Bürsten 16, 17, eine Ankerspule und einen Kommutator 10 beinhaltet. Die Bürsten 16, 17 sind einander gegenüberliegend angeordnet. In anderen Worten sind die Bürsten 16, 17 um 180 Grad in der Rotationsrichtung voneinander versetzt angeordnet. Die Ankerspule verwendet drei Phasenspulen L1, L2, L2. Der Kommutator 10 beinhaltet drei Kommutatorsegmente 11, 12, 13, die die Bürsten 16, 17 kontaktieren. Die Phasenspulen L1, L2, L3 der Ankerspule sind so miteinander verbunden, dass sie eine Dreieckschaltung bilden.
Die erste Phasenspule L1 ermöglicht eine Verbindung zwischen dem dritten Kommutatorsegment 13 und dem ersten Kommutatorsegment 11. Die zweite Phasenspule L2 sieht eine Verbindung zwischen dem ersten Kommutatorsegment 11 und dem zweiten Kommutatorsegment 12 vor. Die dritte Phasenspule L3 sieht eine Verbindung zwischen dem zweiten Kommutatorsegment 12 und dem dritten Kommutatorsegment 13 vor. Wie vorstehend angeführt, bilden der Kommutator 10 und die Ankerspule mit den drei Phasenspulen L1, L2, L3 einen Anker des Motors 2. Zu beachten ist außerdem, dass die Induktivitätswerte der Phasenspulen L1, L2, L3 gleich groß sind. Außerdem sind die Phasenspulen L1, L2, L3 in elektrischen Rotationswinkeln von 2/3π getrennt voneinander angeordnet.
Zwei der drei Kommutatorsegmente 11, 12, 13 kontaktieren die jeweiligen Bürsten 16, 17. Die beiden Kommutatorsegmente, die die Bürsten 16, 17 kontaktieren, werden mit der Rotation des Kommutators 10 gemäß der Rotation des Motors 2 geschaltet.
Es ist zu beachten, dass der Motor 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Jochgehäuse (nicht gezeigt) und ein Feld beinhaltet. Das Feld besteht aus einem Dauermagneten und ist an einer Position radial einwärts des Jochgehäuses angeordnet. Der Anker ist dem Feld gegenüberliegend angeordnet.
In dem Motor 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist zudem ein Kondensator C1 parallel zu der ersten Phasenspule L1 angeordnet.
Wie hinreichend bekannt ist, dient der Kondensator C1 als ein Widerstand mit einem wesentlich hohen Widerstand für einen Gleichstrom, so dass der Gleichstrom im Wesentlichen nicht durch denselben hindurchfließen kann. Zudem weist der Kondensator C1 eine niedrige Impedanzcharakteristik für einen Wechselstrom auf, und dadurch ist es für den Wechselstrom einfacher, durch denselben hindurchfließen, wenn der Wechselstrom eine höhere Frequenz aufweist. Dabei ist das Vorhandensein des Wegs durch den Kondensator C in der Beziehung zwischen dem Kondensator C1 und der Gleichstromleistungsquelle 3 vernachlässigbar. Der Gleichstrom fließt somit aus der Gleichstromleistungsquelle 3 nur durch die Phasenspulen L1, L2, L3.
In einem Vergleichsfall, in dem im Gegensatz dazu ein Schaltkreis (Motorschaltkreis) zwischen den Bürsten 16, 17 innerhalb des Motors 2 als ein Wechselstrom-Schaltkreis betrachtet wird, weist jede der Phasenspulen L1, L2, L3 eine hohe Impedanz auf, während der Kondensator C1 eine niedrige Impedanz aufweist. Somit ist der Unterschied zwischen dem Kondensator C1 und den Phasenspulen L1, L2, L3 relativ groß. Wenn somit z. B. der Motor 2 aus einem in 1 gezeigten Zustand im Uhrzeigersinn rotiert (oder wenn der Kommutator 10 im Uhrzeigersinn rotiert), und dabei das erste Kommutatorsegment 11 die Bürste 17 kontaktiert, die auf der Seite stromabwärts (auf der Seite des Massepotentials) des Motors 2 im Erregungspfad angeordnet ist, entsteht zwischen den Bürsten 16, 17 eine Parallelschaltung zwischen der ersten Phasenspule L1 und dem Kondensator C1. In anderen Worten entsteht ein Erregungspfad, der nur den Kondensator C1 zwischen den Bürsten 16, 17 aufweist, und, als ein vollständiger Motorschaltkreis, entsteht somit eine Parallelresonanzschaltung mit dem Kondensator C1 und einer kombinierten Induktivität einer jeden der Phasenspulen L1, L2, L3. Dabei weist in dem vorstehenden Zustand die Impedanz zwischen den Bürsten 16, 17 des Motorschaltkreises eine Parallelschwingcharakteristik auf, und dadurch wird die Impedanz mit einem Ansteigen der Frequenz in einem Frequenzband, das größer oder gleich der Resonanzfrequenz ist, niedriger.
Wenn in anderen Worten der Motorschaltkreis als ein Gleichstromschaltkreis betrachtet wird, wird davon ausgegangen, dass der Motorschaltkreis nur die drei Phasenspulen L1, L2, L3 beinhaltet und der Kondensator C1 dabei die Drehzahl und das Drehmoment des Motors 2, der basierend auf dem Gleichstrom aus der Gleichstromleistungsquelle 3 rotiert, nicht beeinflusst.
Wenn im Gegensatz dazu der Motorschaltkreis als ein Wechselstromschaltkreis betrachtet wird, verändert sich der Motorschaltkreis, der zwischen den Bürsten gebildet wird bzw. entsteht, mit der Änderung der beiden Kommutatorsegmente, die die Bürsten 16, 17 gemäß dem Rotationswinkel des Motors 2 kontaktieren. Folglich verändert sich auch die Impedanz des Motorschaltkreises entsprechend. Zu beachten ist, dass, weil in der vorliegenden Ausführungsform der Kondensator C1 ausschließlich für die erste Phasenspule L1 vorgesehen ist, die Impedanz sich in zwei Schritten bzw. Stufen während der 180-Grad-Rotation des Motors 2 ändert, auch wenn die Änderungen in den Kommutatorsegmenten, die die Bürsten 16, 17 kontaktieren, während der Zeitspanne dreimal auftreten (Zustand A, B, C).
2A bis 2C zeigen eine Veränderung des internen Verbindungszustands des Motors 2 während der Rotation des Motors um 180 Grad. In anderen Worten zeigen 2A bis 2C die Veränderung des Motorschaltkreises, der zwischen den Bürsten 16, 17 entstanden ist, während der Rotation des Motors 2 um 180 Grad. Wie in 2A bis 2C gezeigt ist, wechselt der Motorschaltkreis des Motors 2 der vorliegenden Ausführungsform zwischen drei Zuständen, wie z. B. einem Zustand A (2A), einem Zustand B (2B) und einem Zustand C (2C), während der Rotation des Motors 2 um 180 Grad.
Im Zustand A, der in 2A gezeigt ist, kontaktiert das erste Kommutatorsegment 11 die Bürste 16 der „Vb-Seite”, die benachbart zu dem positiven Anschluss der Gleichstromleistungsquelle 3 angeordnet ist. Zudem berührt das zweite Kommutatorsegment 12 die Bürste 17 auf der „Masse-Seite”, die benachbart zur Masse an dem Massepotential angeordnet ist. Der zwischen den Bürsten 16, 17 des Motors 2 in dem Zustand A entstandene Motorschaltkreis entspricht einem Motorschaltkreis, der in 2A auf der rechten Seite gezeigt ist.
In Zustand A wird zwischen den Bürsten 16, 17 kein Erregungspfad gebildet, der nur den Kondensator C aufweist, weil der Kondensator C1 mit der dritten Phasespule L3 in Reihe geschaltet ist. Somit weisen alle Wege von dir Bürste 16 zur Bürste 17 alle Phasenspulen auf. Dadurch ist im Zustand A die Induktivität der Phasenspulen L1, L2, L2 vorherrschend, und dadurch die Impedanz des gesamten Motorschaltkreises relativ hoch.
Im Zustand B, der in 2B gezeigt ist, ist der Motor 2 (oder der Anker) aus dem Zustand A im Uhrzeigersinn um etwa 50 Grad rotiert. Somit ist das dritte Kommutatorsegment 13 mit der Bürste 16 auf der Vb-Seite in Kontakt gebracht worden. Das zweite Kommutatorsegment 12 verbleibt mit der Bürste 17 auf der Masse-Seite in Kontakt. Wie oben, wird das Kommutatorsegment, das die Bürste 16 auf der Vb-Seite kontaktiert, von dem ersten Kommutatorsegment 11 im Zustand A auf das dritte Kommutatorsegment 13 in Zustand B umgeschaltet.
Zudem wird in Zustand B, wie in 2B gezeigt ist, kein Erregungspfad, der nur den Kondensator C1 aufweist, zwischen den Bürsten 16, 17 gebildet, weil der Kondensator C1 mit der zweiten Phasenspule L2 in Reihe geschaltet ist. Dabei weisen alle Wege von der Bürste 16 zur Bürste 17 alle der Phasenspulen auf. Dabei ist im Zustand B die Impedanz des gesamten Motorschaltkreises relativ hoch. Zu beachten ist dabei, dass die Impedanz des gesamten Schaltkreises im Zustand B gleich der Impedanz des vollständigen Schaltkreises im Zustand A ist, wie aus den Ersatzschaltungen hervorgeht, die in 2A und 2B auf der rechten Seite gezeigt sind.
In Zustand C, wie in 2C gezeigt ist, ist der Motor 2 aus dem Zustand B um etwa 50 Grad im Uhrzeigersinn weiter rotiert. Das erste Kommutatorsegment 11 ist mit der Bürste 17 auf der Masse-Seite in Kontakt gebracht worden. Zudem verbleibt das dritte Kommutatorsegment 13 mit der Bürste 16 auf der Vb-Seite in Kontakt. Wie vorstehend erwähnt, wird das Kommutatorsegment, das die Bürste 17 auf der Masse-Seite kontaktiert, von dem zweiten Kommutatorsegment 12 in den Zuständen A, B auf das erste Kommutatorsegment 11 in Zustand C geschaltet.
In Zustand C sind (a) die erste Phasenspule L1, (b) der Kondensator C1 und (c) eine Reiheschaltung, die die zweiten Phasenspule L2 und die dritte Phasenspule L3 beinhaltet, mit den Bürsten 16, 17 parallel geschaltet bzw. verbunden. Somit entsteht der Erregungspfad mit nur dem Kondensator C1 zwischen den Bürsten 16, 17. Die Impedanz des Motorschaltkreises ist dabei relativ niedrig.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Parallelschwingkreis als der vollständige Motorschaltkreis gebildet, und die Impedanz weist die Parallelschwingcharakteristik auf. Somit wird der Kondensator C1 dominanter, und dadurch wird die Impedanz während eines Betriebs mit einem Frequenzband, das höher als die Resonanzfrequenz ist, mit Anstieg der Frequenz niedriger.
Wie oben erwähnt, geschieht das Schalten der Kommutatorsegmente, die die Bürsten 16, 17 kontaktieren (oder das Umschalten des Verbindungszustands zwischen den Kommutatorsegmenten und den Bürsten 16, 17) dreimal während der Rotation des Motors 2 um 180 Grad. Dabei wechselt der zwischen den Bürsten 16, 17 gebildete Motorschaltkreis zwischen den drei Zuständen A, B, C entsprechend dem Auftreten des Umschaltens der Kommutatorsegmente, die die Bürsten 16, 17 kontaktieren. Es ist zu beachten, dass die Impedanz des vollständigen Schaltkreises in Zustand A gleich der Impedanz des vollständigen Schaltkreises in Zustand B ist, und dadurch die tatsächliche Veränderung der Impedanz während der Rotation um 180 Grad in zwei Schritten erfolgt.
Es ist zu beachten, dass während der Rotation des Motors 2 eine Schaltperiode stattfindet, während der eine einzelne Bürste die benachbarten beiden Kommutatorsegmente kontaktiert. Auch wenn die Impedanz zwischen den Bürsten sich während der vorstehend Schaltperiode verändert, ist die Veränderung der Impedanz während der Schaltperiode in der vorliegenden Ausführungsform vernachlässigbar. Dies trifft deshalb zu, weil die Schaltperiode während einer Rotation des Motors 2 vorübergehend auftritt und dadurch die Veränderung der Impedanz, die durch die vorstehende vorübergehende Schaltperiode bewirkt wird, vorübergehend ist.
Wenn die Rotation aus dem Zustand C heraus fortgesetzt wird, wird das zweite Kommutatorsegment 12 mit der Bürste 16 auf der Vb-Seite in Kontakt gebracht. Somit schaltet das Kommutatorsegment, das die Bürste auf der Vb-Seite kontaktiert, von dem dritten Kommutatorsegment 13 im Zustand C auf das zweite Kommutatorsegment 12. Das erste Kommutatorsegment 11 verbleibt in Kontakt mit der Bürste 17 auf der Masse-Seite. Der vorstehende Verbindungszustand ist gleich einem Zustand, wo die Positionen der Bürste 16 auf der Vb-Seite und der Bürste 17 auf der Masse-Seite im Zustand A voneinander geschaltet werden, und dadurch die Impedanz in dem gesamten Motorschaltkreis im vorstehenden Zustand gleich der Impedanz im gesamten Motorschaltkreis im Zustand A ist. Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform der vorstehende Zustand als ein Zustand A' bezeichnet.
Wenn die Rotation aus dem Zustand A' heraus fortgesetzt wird, wird das dritte Kommutatorsegment 13 mit der Bürste 17 auf der Masse-Seite in Kontakt gebracht. In anderen Worten, wird das Kommutatorsegment, das die Bürste 17 auf der Masse-Seite kontaktiert, von dem ersten Kommutatorsegment 11 im Zustand A' auf das dritte Kommutatorsegment 13 geschaltet. Das zweite Kommutatorsegment 12 bleibt mit der Bürste 16 auf der Vb-Seite in Kontakt. Der vorstehende Verbindungszustand ist gleich einem Zustand, wo die Positionen der Bürste 16 auf der Vb-Seite und der Bürste 17 auf der Masse-Seite in Zustand B voneinander geschaltet werden, und dadurch ist im vorstehenden Zustand die Impedanz des gesamten Motorschaltkreises gleich der Impedanz des gesamten Motorschaltkreises in Zustand B. Somit wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der vorstehende Zustand als ein Zustand B' bezeichnet.
Wenn die Rotation aus dem Zustand B' heraus fortgesetzt wird, wird das erste Kommutatorsegment 11 mit der Bürste 16 auf der Vb-Seite in Kontakt gebracht. In anderen Worten wird das Kommutatorsegment, das die Bürste 16 auf der Vb-Seite kontaktiert, von dem zweiten Kommutatorsegment 12 im Zustand B' auf das erste Kommutatorsegment 11 geschaltet. Das dritte Kommutatorsegment 13 bleibt mit der Bürste 17 auf der Masse-Seite in Kontakt. Der vorstehende Verbindungszustand ist gleich einem Zustand, wo die Positionen der Bürste 16 auf der Vb-Seite und der Bürste 17 auf der Masse-Seite im Zustand C voneinander geschaltet werden, und dadurch die Impedanz des gesamten Motorschaltkreises im vorstehenden Zustand gleich der Impedanz des gesamten Motorschaltkreises in Zustand C ist. Der vorstehende Zustand wird in der vorliegenden Ausführungsform somit als ein Zustand C' bezeichnet.
Wenn die Rotation aus dem Zustand C' heraus fortgesetzt wird, wird der Verbindungszustand auf den Zustand A geschaltet. Somit ändert sich anschließend der Verbindungszustand mit der Rotation in der Reihenfolge von Zustand B → Zustand C → Zustand A' → Zustand B' → Zustand C → Zustand A.
In anderen Worten wechselt der Motorschaltkreis des Motors 2 zwischen den sechs Zuständen A, B, C, A', B' und C' entsprechend denn Rotationswinkel während der einen Rotation. Insbesondere verändert sich der Verbindungszustand nach jeder 60-Grad-Rotation. In den vorstehenden sechs Zuständen ist die Impedanz in jedem der Zustände A, B, A' und B' gleich groß und zeigt eine hohe Impedanz an. Zudem ist die Impedanz in jedem der Zustände C, C' gleich groß und zeigt einen Wert an, der niedriger als die Impedanz im Zustand A ist.
2D zeigt eine Frequenzcharakteristik der Impedanz des Motorschaltkreises in jedem Zustand. Wie vorstehend angeführt, sind die Impedanzen des Motorschaltkreises in den Zuständen A, B, A', B' gleich groß. Im Fall der Zustände A, B, A', B' ist der Einfluss durch den Kondensator C1 vernachlässigbar, und die Impedanz nimmt mit einem Anstieg der Frequenz insgesamt zu, auch wenn ein bei der Frequenz fa erzeugter Spitzenwert (kleiner Resonanzpunkt) vorhanden ist.
Im Fall der Zustände C, C' wird im Gegensatz dazu durch die Resonanz zwischen jeder der Phasenspulen L1, L2, L3 und dem Kondensator C1 die Impedanzcharakteristik weitgehend verändert, und die Impedanz nimmt von einem maximalen Wert bei einer Resonanzfrequenz fb mit Anstieg der Frequenz ab, wie in 2D gezeigt ist. Dabei unterscheidet sich die Impedanz in den Zuständen A, B, A', B' von der Impedanz in den Zuständen C, C' mit Ausnahme der Impedanz bei der Frequenz fc, bei der die Impedanzkurven einander kreuzen. Insbesondere vergrößert sich der Impedanzunterschied in dem Frequenzband, das größer oder gleich der Frequenz fc ist.
Auch wird die Veränderung der Impedanz des vorstehenden Motorschaltkreises direkt auf die Veränderung der Wechselstromkomponente reflektiert, die in dem elektrischen Strom des Motors beinhaltet ist, der dem Motor 2 zugeführt wird (oder durch diesen fließt).
Wie in 3 gezeigt ist, wird insbesondere in den Zuständen A, B, A', B' kein Weg, der nur den Kondensator C1 aufweist, zwischen den Bürsten 16, 17 gebildet, wobei dadurch die Impedanz des Motorschaltkreises relativ hoch ist. Folglich fluktuiert der elektrische Strom mit einer relativ kleinen Amplitude gemäß dem Ein-/Aus-Zustand des Antriebsschalters MOS.
Im Gegensatz dazu wird in den Zuständen C, C' zwischen den Bürsten 16, 17 der nur den Kondensator C1 aufweisende Weg gebildet. Sobald dabei der Antriebsschalter MOS während einer Zeitspanne des Zustands C C' (die einer Kapazitätselement-Verbindungszeitspanne entspricht) eingeschaltet wird, wird im Augenblick des Einschaltens ein Einschaltstoßstrom (elektrischer Stromimpuls) zu Kondensator C1 erzeugt. Der Einschaltstoßstrom dient als ein elektrischer Ladestrom zum Laden des Kondensators C1. Nachdem der Kondensator C1 durch den Einschaltstoßstrom umgehend aufgeladen worden ist, steigt der elektrische Strom des Motors um eine entsprechende Rate auf den kombinierten Induktivitätswert des Motorschaltkreises an, bis der Antriebsschalter MOS ausgeschaltet wird.
Wenn der Antriebsschalter MOS ausgeschaltet ist, entlädt sich die elektrische Ladung des Kondensators C1 im Moment der Abschaltung, und durch die Entladung wird bewirkt, dass der elektrische Impulsstrom fließt (Entladung des elektrischen Stroms). Nachdem die elektrische Ladung des Kondensators C1 vorübergehend durch die Entladung des elektrischen Stroms entladen worden ist, nimmt der elektrische Strom des Motors um eine entsprechende Rate auf den kombinierten Induktivitätswert des Motorschaltkreises ab, bis der Antriebsschalter MOS eingeschaltet wird.
Wenn die Rotation unter den Zuständen C, C' stattfindet, fluktuiert der elektrische Strom basierend auf der PWM-Frequenz ähnlich wie bei den Zuständen A, B, A', B'. Abgesehen von der vorstehenden Fluktuation in den Zuständen C, C', wird der elektrische Impulsstrom zum Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens des Antriebsschalters MOS durch die Ladung und Entladung des Kondensators C1 erzeugt, der mit den Bürsten 16, 17 verbunden ist.
Somit erzeugt in der vorliegenden Ausführungsform die Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 einen Rotationsimpuls Sp basierend auf der vorstehenden Veränderung des elektrischen Stroms des Motors, die durch eine Veränderung der Impedanz des Motorschaltkreises aufgrund der Rotation des Motors 2 bewirkt wurde. In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt insbesondere die Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 den Rotationsimpuls Sp basierend auf dem vorhandenen elektrischen Impulsstrom. Danach erfasst die Steuereinheit 6 den Rotationswinkel des Motors 2 basierend auf dem Rotationsimpuls Sp.
Die Veränderung des elektrischen Erregungsstroms des Gleichstrommotors (oder die Veränderung des Wechselstromkomponente), die durch die PWM-Steuerung bewirkt wird, fällt unterschiedlich aus, abhängig davon, wie die Impedanz zwischen den Bürsten 16, 17 des Gleichstrommotors sich entsprechend der Rotation verändert, sowie abhängig davon, wie die Veränderung der Impedanz durch die Schaltkreiskonfiguration hervorgerufen wird. Folglich ist die Amplitude bzw. das Ausmaß der Veränderung der Wechselstromkomponente von der Amplitude bzw. dem Ausmaß der Impedanzveränderung und von der Schaltkreiskonfiguration abhängig.
Eine gute Erfassung des Rotationszustands ist erreichbar, je größer die Veränderung der durch die Rotation bewirkten Wechselstromkomponente ist. Im Hinblick auf die vorstehenden Erläuterungen kann somit der Gleichstrommotor derart konfiguriert sein, dass sich während einer Rotation des Gleichstrommotors beispielsweise eine Kapazitätselement-Verbindungszeitspanne ereignet. In der vorstehenden Konfiguration werden der elektrische Ladestrom und der elektrische Entladestrom während der Kapazitätselements-Verbindungszeitspanne vorübergehend sowie ausgeprägt erzeugt, wobei die Werte der elektrische Ströme daher relativ hoch sind. Insbesondere wird durch den Antriebsschaltkreis des Motors in der Kapazitätselement-Verbindungszeitspanne ein bestimmter Zustand erzeugt, in dem ein Kapazitätselement mit einem vorbestimmten Kapazitätswert zwischen dem Bürstenpaar gleichwertig erzeugt wird. Wenn der Gleichstrommotor wie oben konfiguriert ist, fließt der elektrische Ladestrom durch das Kapazitätselement zu einem Öffnungszeitpunkt des Erregungspfads von der Gleichstromleistungsquelle zu dem Gleichstrommotor in der PWM-Steuerung während der Kapazitätselement-Verbindungszeitspanne in der einen Rotation des Gleichstrommotors. Zudem fließt in der PWM-Steuerung der aus dem Kapazitätselement entladene elektrische Entladestrom zu dem Zeitpunkt, wenn der Erregungspfads während der Kapazitätselement-Verbindungszeitspanne geschlossen wird.
Daher weist der Gleichstrommotor eine Konfiguration wie oben auf, so dass die Kapazitätselement-Verbindungszeitspanne erzeugt werden kann. So entspricht der Wechselstromkomponente z. B. zumindest entweder der elektrische Ladestrom oder der elektrische Entladestrom. Daher ist eine nachstehend beschriebene Signalverarbeitungseinheit 22 (die einer Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung entspricht) so konfiguriert, dass sie die Veränderung der Wechselstromkomponente basierend auf zumindest entweder dem elektrischen Ladestrom oder dem elektrischen Entladestrom erfassen kann.
Wie vorstehend erwähnt, kann der Rotationszustand während der Kapazitätselement-Verbindungszeitspanne basierend auf dem elektrischen Ladestrom und dem elektrischen Entladestrom erfasst werden. Folglich ist eine verlässlichere Erfassung des Rotationszustands möglich.
4 zeigt eine spezifische Konfiguration der Rotationssignal-Erfassungseinheit 5. Die Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 beinhaltet eine elektrische Stromerfassungseinheit 21 und die Signalverarbeitungseinheit 22. Die elektrische Stromerfassungseinheit 21 erfasst den elektrischen Strom, der dem Motor 2 zugeführt wird, oder die auf Masse bezogene Spannung (Potential). Die Signalverarbeitungseinheit 22 führt verschiedene Signalverarbeitungen basierend auf dem Strom des elektrischen Motors oder der Spannung aus, die durch die elektrische Stromerfassungseinheit 21 erfasst wird, um den Rotationsimpuls Sp zu erzeugen.
Die elektrische Stromerfassungseinheit 21 beinhaltet einen elektrischen Stromerfassungswiderstand R1, der in dem Erregungspfad, durch den der Strom des elektrischen Motors fließt, angeordnet ist. Die an dem elektrischen Stromerfassungswiderstand R1 anliegende Spannung wird durch die Signalerfassungseinheit 22 als ein Erfassungssignal entsprechend dem Strom des elektrischen Motors abgerufen bzw. abgefragt. Alternativ wird die Spannung (das Potential) an einem Punkt zwischen dem Widerstand R1 und dem Motor 2 relativ zur Masse durch die Signalverarbeitungseinheit 22 als das Erfassungssignal entsprechend der Spannung abgerufen bzw. abgefragt. Das Erfassungssignal entspricht einer elektrischen Größe bzw. Ladung.
Die Signalverarbeitungseinheit 22 beinhaltet ein Hochpassfilter (HPF) 23, eine Verstärkungseinheit 24, eine Hüllkurvenerfassungseinheit 25, ein Tiefpassfilter (TPF) 26, eine Schwellwert-Einstellungseinheit 27 und eine Komparatoreinheit 28.
Bei dem HPF 23 handelt es sich um einen bekannten Hochfrequenz-Passfilter-Schaltkreis, der den Kondensator C11 und den Widerstand R2 aufweist. Wenn das Erfassungssignal durch den elektrischen Stromerfassungswiderstand R1 der Signalverarbeitungseinheit 22 zugeführt wird, schneidet das HPF 23 der Signalverarbeitungseinheit 22 die Komponente des Erfassungssignals innerhalb des Frequenzbandes tiefer als eine vorbestimmte Höchstfrequenz bzw. Grenzfrequenz. Dabei gelangt das Erfassungssignal mit einem Frequenzband, das größer oder gleich der Höchst- bzw. Grenzfrequenz Ist, durch das HPF 23.
Die Höchst- bzw. Grenzfrequenz ist auf eine Frequenz f1 eingestellt, die größer ist als die Frequenz fc, die in 2D gezeigt ist. Das Signal mit der Frequenz, die größer oder gleich der Frequenz f1 ist, kann somit durch das HPF 23 gelangen.
Das Signal, das in der Lage ist, durch das HPF 23 zu gelangen, beinhaltet die Frequenzkomponente des elektrischen Impulsstroms, der zum Zeitpunkt des Einschaltens und des Ausschaltens des Antriebsschalters MOS in den Zuständen C, C' erzeugt wird. Der elektrische Impulsstrom beinhaltet eine Grundwellenfrequenz und eine Harmonische mit einer Frequenz, die n-mal die Frequenz der Grundwellenfrequenz ist. Die Grundwellenfrequenz weist z. B. eine vorbestimmte Frequenz auf, die höher ist als die Grenzfrequenz f1. Die Harmonische weist eine Frequenz fn auf, die n-mal die vorbestimmte Frequenz der Grundwellenfrequenz ist. Bei n handelt es sich um eine natürliche Zahl, die größer oder gleich 2 ist. In der vorliegenden Ausführungsform gelangen alle Frequenzkomponenten des elektrischen Impulsstroms durch das HPF 23 und werden der nachgeschalteten Verstärkungseinheit 24 zugeführt.
Die Verstärkungseinheit 24 beinhaltet einen Operationsverstärker 7, einen Widerstand R3 und einen Widerstand R4. Der Widerstand R3 ist zwischen einem Ausgangsanschluss und einem invertierten Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 7 angeordnet. Der Widerstand R4 ist zwischen dem invertierten Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 7 und Masse angeordnet. Das Signal (Erfassungssignal von dem HPF 23), das einem nicht invertierten Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 7 zugeführt wird, wird um einen vorbestimmten Verstärkungsfaktor verstärkt.
Die Hüllkurvenerfassungseinheit 25 erhält eine Hüllkurve des Erfassungssignals, das durch die Verstärkungseinheit 24 verstärkt wird. Die Hüllkurvenerfassungseinheit 25 beinhaltet eine Gleichrichterdiode D1, einen Widerstand R5 und einen Kondensator C12. Bei dem Widerstand R5 ist ein Ende mit einer Kathode der Diode D1 und ein Ende mit Masse verbunden. Bei dem Kondensator C12 ist ein Ende mit der Kathode der Diode D1 und das andere Ende mit Masse verbunden. Das Erfassungssignal von der Verstärkungseinheit 24 wird einer Anode der Diode D1 zugeführt.
Die Hüllkurvenerfassungseinheit 25 erhält die Hüllkurve des Erfassungssignals, das von der Verstärkungseinheit 24 zugeführt wird, und erzeugt ein konstantes Signal (das als ein „Hüllkurvensignal” bezeichnet wird) entsprechend der Amplitude des Erfassungssignals.
Dann schneidet das TPF 26 die Hochfrequenzkomponente des erzeugten Hüllkurvensignals ab, und das abgeschnittene Hüllkurvensignal wird der Komparatoreinheit 28 zugeführt. Das TPF 26 weist eine bekannte Konfiguration mit einem Widerstand R6 und einem Kondensator C13 auf. Zu beachten ist, dass das TPF 26 eine Diode D2 aufweist, die parallel mit dem Widerstand R6 angeordnet ist. Eine Fließrichtung der Diode D2 verläuft entgegengesetzt von der Richtung, in der das Hüllkurvensignal dem TPF 26 zugeführt wird, wie in 4 gezeigt ist.
Die Komparatoreinheit 28 beinhaltet einen Komparator 8, einen Widerstand R9, einen Widerstand R7 und einen Widerstand R8. Der Widerstand R9 ist zwischen einem Ausgangsanschluss und einem invertierten Eingangsanschluss des Komparators 8 angeordnet. Bei dem Widerstand R7 ist ein Ende mit einem nicht-invertierten Eingangsanschluss des Komparators 8 verbunden und das andere Ende mit dem TPF 26 verbunden. Bei dem Widerstand R8 ist ein Ende mit dem invertierten Eingangsanschluss des Komparators 8 und das andere Ende mit der Schwellwert-Einstellungseinheit 27 verbunden.
Das Hüllkurvensignal, das von der Hüllkurvenerfassungseinheit 25 ausgegeben wird, wird der Komparatoreinheit 2 über das TPFT 26 zugeführt. Dann wird das Hüllkurvensignal in der Komparatoreinheit 28 dem nicht-invertierten Eingangsanschluss des Komparator 8 über den Widerstand R7 zugeführt. Zudem wird von der Schwellwert-Einstellungseinheit 27 dem invertierten Eingangsanschluss des Komparators 8 ein Schwellwert über den Widerstand R8 zugeführt. Dann vergleicht der Komparator 8 das Hüllkurvensignal mit dem Schwellwert und gibt das Vergleichsergebnis aus.
Die Schwellwert-Einstellungseinheit 27 stellt einen Schwellwert ein, der in die Komparatoreinheit 28 eingegeben werden soll. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Schwellwert während der Zeitspanne der Zustände A, B, A', B', die die größere Impedanz aufweist, auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, der größer als das Hüllkurvensignal ist. Zudem wird der vorbestimmte Wert des Schwellwerts während der Zeitspanne der Zustände C, C', die die kleinere Impedanz aufweist und während der der elektrische Impulsstrom zum Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens des Antriebsschalter MOS erzeugt wird, auf einen kleineren Wert als das Hüllkurvensignal eingestellt.
Folglich gibt der Komparator 8 das Low-Level-Signal bzw. Signal des niedrigen – Spannungspegels aus, weil das Hüllkurvensignal, das in die Komparatoreinheit 28 von der Hüllkurven-Erfassungseinheit 25 während der Zeitspanne der Zustände A, B, A', B' eingegeben wird, 0 V beträgt, was geringer als der Schwellwert ist, der von der Schwellwert-Einstellungseinheit 27 erteilt wird, Im Gegensatz dazu gibt der Komparator 8 das High-Level-Signal bzw. Signal des hohen Spannungspegels aus, weil das Hüllkurvensignal, das in die Komparatoreinheit 28 von der Hüllkurven-Erfassungseinheit 25 während der Zeitspanne der Zustände C, C' eingegeben wird, größer als der Schwellwert ist.
Das Signal des niedrigen Spannungspegels und des hohen Spannungspegels, das aus dem Komparator 8 ausgegeben wird, dient als der Rotationsimpuls Sp entsprechend dem Rotationswinkel des Motors 2, Somit wird der Rotationsimpuls Sp an die Steuereinheit 6 ausgegeben.
Wie vorstehend erläutert, führt die Signalverarbeitungseinheit 22 verschiedene Signalverarbeitungen an dem durch den elektrischen Stromerfassungswiderstand R1 erfassten elektrischen Motorstrom (Erfassungssignal) aus, um den Rotationsimpuls Sp zu erzeugen. Somit kann ein exakter Rotationsimpuls Sp erzeugt werden, der frei von Störungen ist und ein vermindertes Rauschen aufweist.
Die Steuereinheit 6 erfasst den Rotationswinkel und die Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit des Motors 2 basierend auf dem Rotationsimpuls Sp, der von der Signalverarbeitungseinheit 22 empfangen wird, mit Hilfe eines Verfahrens, in dem z. B. die Anstiegsflanke des Rotationsimpulses Sp erfasst und berechnet wird.
Anschließend wird unter Bezugnahme auf 5 ein Beispiel für eine Wellenform eines Stroms eines elektrischen Motors während einer Zeitspanne vom Start des Motors 2 (Start der Rotation) bis zum Stopp bzw. Stillstand des Motors 2 beschrieben. Zudem wird unter Bezugnahme auf 5 die Erzeugung des Rotationsimpulses Sp durch die Signalverarbeitungseinheit 22 basierend auf dem Strom des elektrischen Motors allgemein beschrieben.
Wie in 5 gezeigt ist, steigt der elektrische Strom nach dem Start vorübergehend stark bzw. deutlich an und konvergiert dann in einer Anfangsstufe mit einem bestimmten elektrischen Stromwert, bevor Betrieb einen stabilen Rotationszustand bzw. Dauerrotationszustand erreicht. Wenn der Betrieb den stabilen Rotationszustand bzw. Dauerrotationszustand erreicht hat, erreicht der Durchschnitt des elektrischen Stromwerts einen konstanten Wert. Weil das Dauerzustands-Tastverhältnis während der Zeitspanne vom Start bis zum Dauerrotationszustand 5:5 beträgt, sind die Dauer des EIN-Zustands und die Dauer des AUS-Zustands des Antriebsschalters MOS gleich groß. Der elektrische Impulsstrom wird zum Zeitpunkt des Ein- und Abschaltens während der Zeitspanne der Zustände C, C' erzeugt.
Wenn die Bremssteuerung gestartet wird, wird der Antriebsschalter MOS in der vorliegenden Ausführungsform mit dem Bremszustands-Tastverhältnis gesteuert. Insbesondere weil das Bremszustands-Tastverhältnis 1:9 beträgt, ist die Dauer des EIN-Zustands des Antriebsschalters MOS im Wesentlichen kürzer als die Dauer des AUS-Zustands des Antriebsschalters MOS. Somit kommt es beim Start der Bremsvorgangssteuerung zu einer weitgehenden Veränderung einer gegen-elektromotorischen Kraft des Motors 2, die vorübergehend bewirkt, dass der Strom des elektrischen Motors in eine Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Dauerrotation fließt. Dann kehrt der elektrische Strom des Motors allmählich wieder zurück auf den Wert 0 und konvergiert dann mit dem durchschnittlichen elektrischen Strom entsprechend dem Bremszustands-Tastverhältnis des Verhältnisses 1:9, um die Rotation des Motors 2 zu beenden. Während der vorstehenden Zeitspanne vom Start der Bremsvorgangssteuerung bis zum Stopp, wird der elektrische Impulsstrom zum Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens des Antriebsschalters MOS während der Zeitspanne der Zustände C, C' ähnlich dem Dauerrotationszustand erzeugt.
Dabei gibt das HPF 23 während der vollen Zeitspanne vom Start bis zum Stopp während der Zustände A, B, A', B' im Wesentlichen nichts aus, gibt jedoch während der Zustände C, C' die Frequenzkomponente des elektrischem Impulsstroms aus. Die Hüllkurven-Erfassungseinheit 25 erhält das Hüllkurvensignal basierend auf dem Erfassungssignal, das dem elektrischen Impulsstrom entspricht. Nach dem TPF 26 vergleicht die Komparatoreinheit 28 das Hüllkurvensignal mit dem Schwellwert, der durch die Schwellwert-Einstellungseinheit 27 eingestellt wird. Dann wird der Rotationsimpuls Sp während der Zeitspanne erzeugt, in der das Hüllkurvensignal größer als der Schwellwert ist.
Zu beachten ist, dass die Wellenform des elektrischen Stroms des Motors, die in 5 gezeigt ist, von den Wechselstromkomponenten des elektrischen Motorstroms nur den elektrischen Impulsstrom während der Zeitspanne der Zustände C, C darstellt. Dementsprechend wird in der Zeichnung von der Darstellung einer anderen Wellenform als der des elektrischen Impulsstroms abgesehen. In anderen Worten ist die Wellenform der durch die PWM-Frequenz Sf während der gesamten Zeitspanne bewirkten Fluktuation in 5 nicht dargestellt. Gleiches gilt auch für 13.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Zufuhr der elektrischen Gleichstromleistung von der Gleichstromleistungsquelle 3 während der Zeitspanne vom Start bis zum Dauerrotationszustand und auch während der Zeitspanne des Bremsvorgangssteuerungs-Zustands nicht vollständig gestoppt. Jedoch wird die PWM-Steuerung mit einem vorbestimmten Tastverhältnis wird ausgeführt, um dem Motor 2 elektrischen Strom zuzuführen. Die PWM-Steuerung wird mit dem Tastverhältnis (oder dem Bremszustands-Tastverhältnis) zum Stoppen des Motors 2 während der Zeitspanne des Bremsvorgangssteuerungs-Zustands ausgeführt, und die PWM-Steuerung wird solange fortgesetzt, bis die Rotation des Motors 2 gestoppt ist. Somit kann der Rotationswinkel des Motors 2 ungeachtet der Drehzahl zuverlässig erfasst werden. Die PWM-Steuerung kann mit einem Tastverhältnis fortgesetzt werden, bei der der Motor 2 sogar nach Beendung des Stoppvorgangs nicht rotiert.
Zu beachten ist, dass das Rotationserfassungssystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert ist, dass der Rotationswinkel des Motors 2 basierend auf dem Rotationsimpuls Sp erfasst wird. Das Rotationserfassungssystem 1 kann jedoch alternativ so konfiguriert sein, dass die Drehzahl des Motors 2 basierend auf den Intervallen des Rotationsimpulses SP (z. B. den Intervallen der Anstiegsflanken) erfasst wird.
Als nächstes werden ein Motorantriebs-Steuervorgang, der durch die Steuereinheit 6 für eine Rotationssteuerung des Motors 2 ausgeführt wird, und eine Berechnung des Rotationswinkels D unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm des durch die Steuereinheit 6 ausgeführten Motorantriebs-Steuervorgangs.
Wenn die Steuereinheit 6 den Motorantriebs-Steuervorgang nach Empfang eines Befehls zum Rotieren des Motors 2 von außerhalb beginnt, wird die Steuerung bei S110 fortgesetzt, wo die Steuereinheit 6 einen Soll-Rotationswinkel Do, die PWM-Frequenz Sf, das Stationärzustands-Tastverhältnis und die Bremszustands-Tastverhältnis empfängt.
Der Soll-Rotationswinkel Do entspricht dem Zeitpunkt (Winkel), wenn die Bremsvorgangssteuerung gestartet wird. Der Soll-Rotationswinkel Do zeigt jedoch zu dem Zeitpunkt, wenn die Rotation vollständig beendet ist, nicht notwendigerweise den Soll-Winkel an. Dies ist deshalb zutreffend, weil der Motor 2 nach der Ausführung der Bremsvorgangssteuerung die Rotation nicht unmittelbar stoppt und der Motor 2 dadurch, selbst nachdem die Bremsvorgangssteuerung gestartet worden ist, aufgrund der Trägheit weiter rotiert, bis der Motor 2 die Rotation vollständig stoppt. Folglich muss in einem Fall, wo der Soll-Rotationswinkel Do alternativ so eingestellt ist, dass er einem Winkel entspricht, wo der Motor 2 vollkommen stillsteht, dieser alternative Soll-Rotationswinkel Do auf einen Wert eingestellt werden, der einen Trägheitsrotationsbetrag beinhaltet, um den der Motor 2 während der Zeitspanne ab dem Start der Bremsvorgangssteuerung bis zum vollständigen Stopp rotiert.
Wenn die vorstehenden Werte erhalten worden sind, wird die Steuerung bei S120 fortgesetzt, wo die Motorrotationssteuerung ausgeführt wird. In anderen Worten wird der Antriebsschalter MOS mit dem Stationärzustands-Tastverhältnis (bei einem Verhältnis von 5:5 in der vorliegenden Ausführungsform) einer PWM-Steuerung unterzogen.
Dann wird der Steuerungsvorgang bei Schritt S130 fortgesetzt, wo das Gleichstromanlegungs-Steuersignal Sdc des hohen Spannungspegels an den Gleichstrom-Leistungsquellenschalter 4 ausgegeben wird, so dass der Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 eingeschaltet wird. Somit wird an den Motor 2 eine Gleichstromspannung der Gleichstromleistungsquelle 3 angelegt. Somit beginnt der Motor 2 zu rotieren, Dann wird die Steuerung bei Schritt S140 fortgesetzt, wo bestimmt wird, ob der Rotationsimpuls Sp erfasst ist. In anderen Worten wird bei Schritt S140 bestimmt, ob der Rotationsimpuls Sp von der Signalverarbeitungseinheit 22 empfangen worden ist, Wenn der Rotationsimpuls Sp erfasst ist, was einem JA bei S140 entspricht, wird der Steuerungsvorgang bei S150 fortgesetzt, wo der Rotationswinkel D basierend auf dem Rotationsimpuls Sp berechnet wird.
Zu beachten ist, dass der Rotationswinkel D basierend auf dem Zählwert (oder der Anzahl) der Rotationsimpulse Sp berechnet wird. Auch wenn davon in der Zeichnung nichts zu sehen ist, wird die Drehzahl ebenfalls basierend auf den Intervallen (Zyklen), in denen die Rotationsimpulse Sp ausgegeben werden, berechnet.
Nachdem der Rotationswinkel D bei S150 berechnet worden ist, wird der Steuerungsvorgang bei S160 fortgesetzt, wo bestimmt wird, ob der Rotationswinkel D gleich dem Soll-Rotationswinkel Do ist. Der Vorgang von S140 bis S150 wird solange wiederholt, bis der Rotationswinkel D den Soll-Rotationswinkel Do erreicht hat. Wenn der Rotationswinkel D den Soll-Rotationswinkel Do erreicht, was einem JA bei S160 entspricht, wird der Steuerungsvorgang bei S170 fortgesetzt, wo die Bremsvorgangssteuerung gestartet wird, um den Motor 2 zu bremsen. In anderen Worten wird bei S170 damit begonnen, den Antriebsschalter MOS mit dem Bremszustands-Tastverhältnis (dem Verhältnis von 1:9 in der vorliegenden Ausführungsform) einer PWM-Steuerung zu unterziehen.
Nachdem die Bremsvorgangssteuerung bei S170 gestartet worden ist, wird der Steuerungsvorgang bei S180 fortgesetzt, wo bestimmt wird, ob seit dem Zeitpunkt, als die Bremsvorgangssteuerung bei S170 gestartet wurde, y Sekunden verstrichen sind. Die y Sekunden entsprechen einer ausreichend langen Zeitspanne, die ab dem Startzeitpunkt der Bremsvorgangssteuerung notwendig ist, um den Motor 2 zu stoppen. Somit wird in dem Bestimmungsvorgang bei S180 bestimmt, ob die Rotation des Motors 2 vollständig beendet ist.
Wenn bei S180 bestimmt wird, dass die y Sekunden seit dem Startzeitpunkt der Bremsvorgangssteuerung noch nicht verstrichen sind, wird die Steuerung bei S190 fortgesetzt, wo, ähnlich zu S140, bestimmt wird, ob der Rotationsimpuls Sp erfasst worden ist. Wenn dann der Rotationsimpuls Sp erfasst ist, was einem JA bei Schritt S190 entspricht, wird der Steuerungsvorgang bei S200 fortgesetzt, wo der Rotationswinkel D, ähnlich zu S150, berechnet wird. Dann kehrt der Steuerungsvorgang wieder zu Schritt S180 zurück.
Wenn die y Sekunden seit dem Startzeitpunkt der Bremsvorgangssteuerung bei S170 verstrichen sind, was einem JA bei S180 entspricht, wird der Steuerungsvorgang bei S210 fortgesetzt, wo das Gleichstromanlegungs-Steuersignal Sdc eines niedrigen Spannungspegels an den Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 ausgegeben wird, um den Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 abzuschalten. Wie oben, ist das Anlegen einer Gleichstromspannung an den Motor 2 untersagt. Anschließend wird das Verfahren bei Schritt S220 fortgesetzt, wo eine Stoppsteuerung zum Abschalten des Antriebsschalters MOS ausgeführt wird, um den Motorantriebs-Steuervorgang zu beenden.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Motor 2 in dem Rotationserfassungssystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform derart konfiguriert, dass der Kondensator C1 zum Erfassen des Rotationswinkels parallel zu der ersten Phasenspule L1 von den drei Phasenspulen L1, L2, L3 angeordnet ist. Dabei ändert sich die Impedanz des Motorschaltkreises in zwei Schritten jeweils nach einer Rotation um 180 Grad. In den Zuständen C, C' wird der elektrische Impulsstrom im Augenblick des Ein- oder Ausschaltens des Antriebsschalters MOS erzeugt, weil der Kondensator C1 so angeordnet ist, dass er mit den Bürsten 16, 17 direkt verbunden ist.
Die Steuereinheit 6 unterzieht den Motor 2 während der vollen Zeitspanne vom Start bis zum Stopp des Motor 2 einer PWM-Steuerung. Wenn dabei der Rotationswinkel des Motors 2 sich während der vollen Zeitspanne vom Start bis zum Stopp in einer Position befindet, die den Zuständen C, C' entspricht, wird der elektrische Impulsstrom periodisch erzeugt. Wenn demgegenüber der Rotationswinkel des Motors 2 sich in einer Position befindet, die den Zuständen A, A', B, B' entspricht, die die höhere Impedanz aufweisen, wird kein elektrischer Impulsstrom erzeugt. Somit erfasst eine Signalerfassungseinheit 33 den elektrischen Impulsstrom, der in dem elektrischen Strom des Motors enthalten ist, und erzeugt entsprechend dem erfassten elektrischen Impulsstrom den Rotationsimpuls Sp. Anschließend erfasst die Steuereinheit 6 den Rotationszustand, wie z. B. den Rotationswinkel D und die Drehzahl, basierend auf dem Rotationsimpuls Sp.
Gemäß dem Rotationserfassungssystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann folglich der Rotationswinkel D und die Drehzahl während der vollen Zeitspanne vom Start bis zum Stopp des Motors 2 zuverlässig erfasst werden. Zudem wird der Rotationswinkel D basierend auf dem Vorliegen der Impulsspannung erfasst, die durch die PWM-Steuerung verursacht wird, und dadurch kann die vorstehende Erfassung ohne Auswirkung auf den Motorantrieb ausgeführt werden. Somit ist es möglich, den Rotationswinkel ungeachtet der Drehzahl ohne Bereitstellung des zweckbestimmten bzw. dedizierten und großflächigen Sensors, wie z. B. des Drehgebers, exakt zu erfassen In dem in der JP-A-2003-111465 beschriebenen Verfahren wird die Erfassung basierend auf der durch den Widerstand bewirkten Veränderung des Gleichstroms ausgeführt. Wenn somit der dem Motor zugeführte Gleichstrom während der Verlangsamung bzw. Abbremsung oder des Stoppvorgangs abnimmt, nimmt auch die Veränderung des Gleichstroms dementsprechend ab. Die Ausführung der Erfassung ist folglich nicht möglich.
Im Gegensatz dazu erfolgt in der vorliegenden Ausführungsform die Erfassung basierend auf der Wechselstromkomponente, die durch die PWM-Steuerung bewirkt wird, und dadurch kann der Rotationszustand des Motors 2 ungeachtet der Drehzahl des Motors 2, vorausgesetzt, die PWM-Steuerung wird ausgeführt (bzw. vorausgesetzt, der Schalter-MOS wird ein- und ausgeschaltet), zuverlässig erfasst werden.
In dem in der JP-A-2003-111465 beschriebenen Verfahren ist der Widerstand außerdem mit einer der Phasenspulen verbunden, um die Veränderung des Gleichstroms zu erzeugen, der dem Motorschaltkreis zugeführt wird. Dabei kommt es mit der Veränderung des elektrischen Stroms unvermeidlich zu einer Veränderung des Drehmoments des Motors. Die vorstehende Veränderung des Motordrehmoments kann Geräusche im Motor oder Geräusche des Zielobjekts hervorrufen, das durch den Motor angetrieben wird.
Im Gegensatz dazu ist der Kondensator C1 in der vorliegenden Ausführungsform parallel zu der ersten Phasenspule L1 angeordnet, um die Veränderung der Impedanz gemäß der Rotation des Motors 2 zu erzeugen. Weil der Kondensator C1 die hohe Impedanz für den elektrischen Gleichstrom aufweist, ist das Vorhandensein des Kondensators C1 vernachlässigbar. Folglich wird das Drehmoment des Motors 2 durch den Kondensator C1 nicht beeinträchtigt oder ungewollt verändert, auch wenn der Kondensator C1 zum Erfassen der Rotation vorgesehen ist. In dieser Hinsicht ist das Rotationserfassungssystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gegenüber dem nach JP-A-2033-111465 beschriebenen von Vorteil.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Rotationszustand zudem basierend auf der dem Motor 2 zugeführten Wechselstromkomponente erfasst. Eine zusätzliche Wechselstromleistungsquelle kann jedoch z. B. alternativ angeordnet sein, und der Motor 2 kann alternativ durch die Wechselstromkomponente von der Wechselstromleistungsquelle durch z. B. einen Kopplungskondensator überlagert werden.
Durch das vorstehende Verfahren, für das die zusätzliche Wechselstromleistungsquelle notwendig ist, werden jedoch die Herstellungskosten erhöht und zudem auch noch die Abmessungen der Vorrichtungskonfiguration vergrößert, weil die Wechselstromleistungsquelle installiert werden muss. Weiterhin ist insbesondere bei einem Motor mit mittleren bis großen Abmessungen die Impedanz des Motors reduziert, und dadurch ist die Wechselstromkomponente über den Kopplungskondensator nur schwer zu überlagern.
Im Gegensatz dazu kann in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform, in dem der Rotationszustand basierend auf der Wechselstromkomponente erfasst wird, die durch die PWM-Steuerung verursacht wird, die Wechselstromkomponente ohne Installieren der zusätzlichen Wechselstromleistungsquelle erzeugt werden. Dadurch kommt es in der vorliegenden Ausführungsform nicht zu den vorstehend erwähnten Nachteilen.
(Zweite Ausführungsform)
7 zeigt eine schematische Konfiguration eines Rotationserfassungssystems 30 gemäß der zweiten Ausführungsform. Das Rotationserfassungssystem 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so konfiguriert, dass der Rotationswinkel und die Drehzahl eines Zielmotors 31 ähnlich wie in der ersten Ausführungsform erfasst werden können. Zudem ist das Rotationserfassungssystem 30 so konfiguriert, dass eine Rotationsrichtung des Motors 31 erfasst werden kann.
Das Rotationserfassungssystem 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die Gleichstromleistungsquelle 3 und die elektrische Stromerfassungseinheit 21. Die Gleichstromleistungsquelle 3 legt zum Antreiben des Motors 31 eine Gleichstromspannung an den Motor 31 an, und die elektrische Motorerfassungseinheit 21 ist zwischen dem Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 und dem Motor 31 angeordnet. Zudem ist ähnlich wie in dem Rotationserfassungssystem der ersten Ausführungsform der Antriebsschalter MOS auf dem Weg zwischen dem Motor 31 und Masse angeordnet, und der Antriebsschalter MOS wird durch eine Steuereinheit 34 während der vollen Zeitspanne vom Start bis zum Stopp des Motors 31 PWM-gesteuert. Zudem wird bei der PWM-Steuerung, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, der Antriebsschalter MOS mit dem Stationärzustands-Tastverhältnis (5:5) während der Zeitspanne vom Start bis zum Dauerrotationszustand gesteuert. Zudem wird der Antriebsschalter MOS mit dem Bremszustands-Tastverhältnis (1:9) während der Zeitspanne des Bremsvorgangsteuerungszustands.
Die Komponenten der zweiten Ausführungsform sind daher ähnlich wie jene der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen, die in der ersten Ausführungsform verwendet werden, gekennzeichnet, und auf eine Erläuterung derselben wird daher verzichtet. In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform wird hauptsächlich auf die Konfiguration eingegangen, die sich von dem Rotationserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet.
In dem Rotationserfassungssystem 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist der Motor 31 eine Konfiguration auf, in der der Kondensator C1 parallel zu der ersten Phasenspule L1 angeordnet ist, und ein Kondensator C2 ist zudem parallel zu der zweiten Phasenspule L2 angeordnet. Ein Kapazitätswert gemäß dem Kondensator C2 unterscheidet sich von einem Kapazitätswert des Kondensators C1.
Wenn somit die Kommutatorsegmente, die die jeweiligen Bürsten 16, 17 kontaktieren, während der 180-Grad-Rotation des Motors 31 schalten, verändert sich der Wert der Impedanz des Motorschaltkreises entsprechend. Wenn in anderen Worten der Motorschaltkreis zwischen den Bürsten 16, 17 verändert wird, verändert sich dementsprechend auch der Wert der Impedanz des Motorschaltkreises. Insbesondere in der ersten Ausführungsform, die in 2A bis 2C gezeigt, verändert sich die Impedanz zwischen (a) der hohen Impedanz bei den Zuständen A, B und (b) der niedrigen Impedanz bei dem Zustand C in zwei Schritten, auch wenn der Motorschaltkreis sich zwischen den drei Zuständen A bis C während der 180-Grad-Rotation verändert. Wenn jedoch in der vorliegenden Ausführungsform der Motorschaltkreis sich zwischen den drei Zuständen verändert, verändert sich auch die Impedanz dementsprechend zwischen den drei unterschiedlichen Werten. In anderen Worten verändert sich die Impedanz des Motorschaltkreises in drei Schritten während der 180-Grad-Rotation.
Unter Bezugnahme auf 8A bis 8D wird die Veränderung der Impedanz des Motorschaltkreises bei jedem der Zustände A, B, C beschrieben. 8A bis 8C zeigen die Veränderung des Motorschaltkreises, der zwischen den Bürsten 16, 17 während der 180-Grad-Rotation des Motors 31 gebildet wird. In anderen Worten zeigen die 8A bis 8C die Veränderung des Verbindungszustands zwischen den Bürsten 16, 17 innerhalb des Motors 31 während der 180-Grad-Rotation des Motors 31. Wie in 8A bis 8C gezeigt ist, verändert sich der Motorschaltkreis des Motors 31 gemäß der vorliegenden Ausführungsform während der 180-Grad-Rotation des Motors 31 zwischen hauptsächlich drei Zuständen, wie z. B. dem Zustand A (8A), dem Zustand B (8B) und dem Zustand C (8C).
In dem Zustand A, der in 8A gezeigt ist, entsteht zwischen den Bürsten 16, 17 ein Parallelschwingkreis aus (a) dem Kondensator C2 und (b) der kombinierten Induktivität, die parallel zum Kondensator C2 angeordnet ist, weil zwischen den Bürsten 16, 17 ein Weg entsteht, der nur den Kondensator C2 aufweist. Dabei weist die Impedanz zwischen den Bürsten bei dem Zustand A eine Parallelschwingcharakteristik auf, in der eine Frequenz fd als eine Resonanzfrequenz dient, wie in 8D gezeigt ist.
Im Zustand B, der in 8B gezeigt ist, ist der Anker aus dem Zustand A um etwa 50 Grad weiter im Uhrzeigersinn rotiert. Im Zustand B entsteht zwischen den Bürsten eine Reihenschaltung aus dem Kondensator C1 und dem Kondensator C2. Folglich entsteht zwischen den Bürsten ein Parallelschwingkreis aus (a) einer kombinierten Kapazität der Kondensatoren C1, C2, die mit einander in Reihe geschaltet sind, und (b) der kombinierten Induktivität, die parallel zu den Kondensatoren C1, C2 angeordnet ist. Die Impedanz des Parallelschwingkreises, die im Zustand B entsteht, weist die Parallelschwingcharakteristik auf, in der eine Frequenz fg als die Resonanzfrequenz dient, die in 8D gezeigt ist. Die Resonanzfrequenz fg bei Zustand B ist höher als die Resonanzfrequenz fd bei Zustand A.
In dem in 8C gezeigten Zustand C ist der Anker aus dem Zustand B um 50 Grad weiter im Uhrzeigersinn rotiert. In Zustand C entsteht zwischen den Bürsten ein Parallelschwingkreis aus (a) dem Kondensator C1 und (b) der kombinierten Induktivität, die parallel zu dem Kondensator C1 angeordnet ist, weil ein Weg gebildet wird, der nur den Kondensator C1 aufweist. Folglich weist die Impedanz zwischen den Bürsten im Zustand C eine Parallelschwingcharakteristik auf, in der eine Frequenz fe als die Resonanzfrequenz dient, die in 8D gezeigt ist. Die Resonanzfrequenz fe bei Zustand C ist höher als die Resonanzfrequenz fd bei Zustand A und niedriger als die Resonanzfrequenz bei Zustand B.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die PWM-Frequenz Sf für die PWM-Steuerung ähnlich wie in der ersten Ausführungsform höher eingestellt als die Resonanzfrequenz fg bei Zustand B. Folglich wird die Impedanz des Motorschaltkreises des Motors 31 während der Zeitspanne des Zustands A am Nächsten, am niedrigsten während der Zeitspanne des Zustands B und erreicht den mittleren Wertebereich des Zustands A und des Zustands B während der Zeitspanne des Zustands C.
In anderen Worten verändert sich in dem Motor 31 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Impedanz des Motorschaltkreises der Rotation entsprechend in drei Schritten. Zudem wird zwischen den Bürsten in einem beliebigen der Zustände A, B, C mit den unterschiedlichen Kapazitätswerten des Wegs stets ein Weg gebildet, der nur den Kondensator aufweist.
Somit wird das elektrische Impulssignal zum Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens des Antriebsschalters MOS in einem beliebigen der Zustände A, B und C erzeugt. Wie in dem Beispiel von 9 gezeigt ist, ist insbesondere der elektrische Impulsstrom während des Zustands B am geringsten, wo die Impedanz am höchsten ist. Zudem ist der elektrische Impulsstrom während des Zustands A am größten, in dem die Impedanz am geringsten ist. Der elektrische Impulsstrom liegt während des Zustands C, in dem die Impedanz zwischen den Impedanzen bei Zustand A und Zustand B liegt, in den Zuständen A und B zwischen den Werten der elektrischen Impulsströme.
In anderen Worten wechselt die Amplitude der Wechselstromkomponente, die in dem elektrischen Strom des Motors enthalten ist, der dem Motor 31 zugeführt wird, zwischen einer kleinen Amplitude, einer mittleren Amplitude, einer großen Amplitude, und zwar in eben dieser Reihenfolge, während der Motor 31 in der konstanten Richtung rotiert.
Somit beinhaltet in dem Rotationserfassungssystem 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Signalverarbeitungseinheit 33 einer Rotationssignal-Erfassungseinheit 32 zwei Schwellwert-Einstellungseinheiten 38, 39 und zwei Komparatoreinheiten 36, 37, wie in 10A gezeigt ist. Die Komparatoreinheit 36 ist so konfiguriert, dass sie einen ersten Rotationsimpuls Sp11 ausgibt, und die Komparatoreinheit 37 ist so konfiguriert, dass die einen zweiten Rotationsimpuls Sp12 ausgibt.
Ähnlich der Signalverarbeitungseinheit 22 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, beinhaltet in anderen Worten die Signalverarbeitungseinheit 33, die in 10A gezeigt ist, das HPF 23, die Verstärkungseinheit 24, die Hüllkurvenerfassungseinheit 25 und das TPF 26. In der Signalverarbeitungseinheit 33 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Hüllkurvensignal, das von dem TPF 26 ausgegeben wird, der ersten Komparatoreinheit 36 und der zweiten Komparatoreinheit 37 zugeführt.
Die erste Komparatoreinheit 36 vergleicht das zugeführte Hüllkurvensignal mit einem ersten Schwellwert, der durch eine erste Schwellwert-Einstellungseinheit 38 eingestellt wird, und gibt, ähnlich wie die Komparatoreinheit 28 gemäß der ersten Ausführungsform, basierend auf dem Vergleichsergebnis einen Rotationsimpuls (den ersten Rotationsimpuls Sp11) aus.
Die zweite Komparatoreinheit 37 vergleicht das zugeführte Hüllkurvensignal mit einem zweiten Schwellwert, der durch eine zweite Schwellwert-Einstellungseinheit 39 eingestellt wird, und gibt basierend auf dem Vergleichsergebnis einen Rotationsimpuls (zweiten Rotationsimpuls Sp12) aus.
Die erste Schwellwert und der zweite Schwellwert werden folgendermaßen eingestellt. Zunächst erfolgt jedoch eine Erläuterung der Definitionen eines kleinen Hüllkurvensignals, eines mittleren Hüllkurvensignals und eines großen Hüllkurvensignals. Das kleine Hüllkurvensignal ist als ein Hüllkurvensignal definiert, das durch die Hüllkurvenerfassungseinheit 25 erhalten wird, wenn die Wechselstromkomponente des Erfassungssignals eine kleine Amplitude aufweist, die dem Zustand B entspricht. Das mittlere Hüllkurvensignal ist als ein Hüllkurvensignal definiert, das durch die Hüllkurvenerfassungseinheit 25 definiert wird, wenn die Wechselstromkomponente eine mittlere Amplitude aufweist, die dem Zustand C entspricht, Das große Hüllkurvensignal ist als ein Hüllkurvensignal definiert, das durch die Hüllkurvenerfassungseinheit 25 erhalten wird, wenn die Weehselstromkomponente eine große Amplitude aufweist, die dem Zustand A entspricht. Gemäß der vorstehenden Definition handelt es sich bei dem ersten Schwellwert um einen vorbestimmten Wert, der größer als das kleine Hüllkurvensignal und kleiner als das mittlere Hüllkurvensignal ist. Bei dem zweiten Schwellwert handelt es sich um einen vorbestimmten Wert, der größer als das mittlere Hüllkurvensignal und kleiner als das große Hüllkurvensignal ist.
Somit wird bei dem Vergleich des Hüllkurvensignals von der Hüllkurvenerfassungseinheit 25 mit dem ersten Schwellwert in der ersten Komparatoreinheit 36, das Hüllkurvensignal als das kleine Hüllkurvensignal bestimmt, wenn z. B. das Hüllkurvensignal kleiner als der erste Schwellwert ist. Wenn das Hüllkurvensignal größer als der erste Schwellwert ist, wird bestimmt, dass das Hüllkurvensignal das mittle Hüllkurvensignal oder das große Hüllkurvensignal ist. Im vorstehenden Fall wird bei dem Vergleich des Hüllkurvensignals mit dem zweiten Schwellwert in der zweiten Komparatoreinheit 37 bestimmt, dass das Hüllkurvensignal das mittlere Hüllkurvensignal ist, wenn das Hüllkurvensignal kleiner als der zweite Schwellwert ist, und bestimmt, dass es sich bei dem Hüllkurvensignal um das große Hüllkurvensignal handelt, wenn das Hüllkurvensignal größer als der zweite Schwellwert ist.
Insbesondere die Größe bzw. das Ausmaß des ersten Schwellwerts und des zweiten Schwellwerts werden derart festgelegt, dass bestimmt werden kann, ob das Hüllkurvensignal dem kleinen Hüllkurvensignal, dem mittleren Hüllkurvensignal oder dem großen Hüllkurvensignal entspricht. Folglich kann der Zeitpunkt, wenn die Kommutatorsegmente geschaltet werden (oder der Zeitpunkt, wenn der Motorschaltkreis geschaltet wird), zu dem sich der Umschaltvorgang (oder der Wechsel) ereignet, zuverlässig bestimmt werden, und dadurch können die Rotationsimpulse Sp11, Sp1 zuverlässig erzeugt werden. Somit kann der Rotationswinkel mit einer Auflösung erfasst werden, die höher ist als die Auflösung in der ersten Ausführungsform.
10B zeigt ein Beispiel für die Rotationsimpulse Sp11, Sp12. Wie in 10B gezeigt ist, wird der erste Rotationsimpuls Sp11 während der Zeitspanne der Zustände A, C ausgegeben, in denen die Wechselstromkomponente die mittlere und die große Amplitude erreicht. Der zweite Rotationsimpuls Sp12 wird während der Zeitspanne des Zustands A ausgegeben, in dem die Wechselstromkomponente die große Amplitude erreicht.
Zudem wechselt in der vorliegenden Ausführungsform die Amplitude der Wechselstromkomponente in der Reihenfolge von der kleinen zu der mittleren zur großen Amplitude, wenn der Kontaktzustand der Kommutatorsegmente sich während der 180-Grad-Rotation verändert. Dabei kann die Rotationsrichtung des Motors 31 basierend auf dem Veränderungsmuster der Amplitude erfasst werden.
Wie aus 10B hervorgeht, kann z. B. wenn ein Rotationswinkel des Motors 31 dem Zustand A entspricht und gleichzeitig beide Rotationsimpulse Sp11, Sp12 ausgegeben werden, insbesondere die Rotationsrichtung des Motors 31 abhängig davon erfasst werden, ob der zweite Rotationsimpuls Sp12 anschließend nicht ausgegeben wird oder ob beide Rotationsimpulse Sp11, Sp12 anschließend nicht ausgegeben werden. Wenn außerdem z. B. der Rotationswinkel des Motors 31 dem Zustand B entspricht und gleichzeitig beide Rotationsimpulse Sp11, Sp12 nicht ausgegeben werden, kann die Rotationsrichtung des Motors 31 abhängig davon erfasst werden, ob ausschließlich der erste Rotationsimpuls Sp1 ausgegeben wird oder ob die beiden Rotationsimpulse Sp11, Sp12 ausgegeben werden.
Folglich ist die Steuereinheit 34 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, um die Rotationsrichtung des Motors 31 basierend auf den beiden Rotationsimpulsen, wie dem ersten Rotationsimpuls Sp11 und dem zweiten Rotationsimpuls Sp12, die von der Signalverarbeitungseinheit 33 wie oben eingegeben werden, zu erfassen.
Selbst wenn somit z. B., unmittelbar bevor der Motor 31 stoppt, der Motor 31 fälschlicherweise in einer umgekehrten Richtung rotiert, kann die Rückwärtsrotation des Motors 31 erfasst werden und somit die Erfassung auf das Berechnungsergebnis des Rotationswinkels D reflektiert werden.
Es ist zu beachten, dass ähnlich wie in der ersten Ausführungsform der Rotationswinkel D und die Drehzahl durch Verwendung von entweder dem ersten Rotationsimpuls Sp11 oder dem zweiten Rotationsimpuls Sp12 berechnet werden können. Alternativ können der Rotationswinkel D und die Drehzahl einer höheren Auflösung basierend auf beiden Rotationsimpulsen Sp11, Sp12 exakt berechnet werden.
Gemäß dem Rotationserfassungssystem 30 der vorliegenden Erfindung weisen im Motor 31 die Kondensatoren C1, C2 Kapazitätswerte auf, die sich voneinander unterscheiden. Der Kondensator C1 ist parallel zu der ersten Phasenspule L1 angeordnet, und der Kondensator C2 ist parallel zu der zweiten Phasenspule L2 angeordnet. Wenn aufgrund der vorstehenden Konfiguration die Kommutatorsegmente, die die jeweiligen Bürsten 16, 17 kontaktieren, gemäß der Rotation geschaltet werden, wechselt auch die Amplitude der Wechselstromkomponente (des elektrischen Impulsstroms), die (der) zum Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens des Antriebsschalters MOS erzeugt wird, zwischen unterschiedlichen Größen. Dabei können der Rotationswinkel D und die Drehzahl mit der höheren Auflösung erfasst werden, und es ist außerdem möglich, die Rotationsrichtung zu erfassen. Somit kann die Rückwärtsrotation des Motors 31 erfasst werden, die wahrscheinlich eintritt, wenn der Motor 31 kurz davor ist, stillzustehen. Folglich kann der Rotationswinkel D unter Berücksichtigung der Rotationsrichtung präziser gestoppt werden.
(Dritte Ausführungsform)
11 zeigt eine schematische Konfiguration eines Rotationserfassungssystems 40 der dritten Ausführungsform. Das Rotationserfassungssystem 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist zudem so konfiguriert, dass der Rotationswinkel des Motors 2 ähnlich dem Rotationserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, erfasst werden kann. Das Rotationserfassungssystem 40 beinhaltet die Gleichstromleistungsquelle 3, die Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 und den Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 ähnlich zur ersten Ausführungsform. Wie oben erwähnt, legt die Gleichstromleistungsquelle 3 die Gleichstromspannung an den Motor 2 an, um den Motor 2 anzutreiben. Die Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 erzeugt den Rotationsimpuls Sp basierend auf dem elektrischen Strom, der dem Motor 2 zugeführt wird.
Demzufolge sind die Komponenten der vorliegenden Ausführungsform genauso wie jene in der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform gekennzeichnet, und von einer Erläuterung derselben wird daher abgesehen. Somit wird nachstehend hauptsächlich auf die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform eingegangen, die sich von der des Rotationserfassungssystems 1 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet.
In dem Rotationserfassungssystem 40 gemäß der vorliegenden Erfindung führt die Gleichstromleistungsquelle 3 dem Motor 2 elektrische Leistung über einen Motortreiber 41 zu. Der Motortreiber 41 weist eine bekannte Anordnung einer H-Brückenschaltung (die als eine Vollbrücke bezeichnet wird) mit vier Sehaltern auf.
Insbesondere beinhaltet der Motortreiber 41 einen ersten Antriebsschalter MOS1, einen zweiten Antriebsschalter MOS2, einen dritten Antriebsschalter MOS3 und einen vierten Antriebsschalter MOS4. Die Antriebsschalter MOS1, MOS2, bei denen es sich jeweils um einen P-Kanal-MOSFET handelt, sind auf einer High Side bzw. hohen Seite angeordnet, und die Antriebsschalter MOS3, MOS4, bei denen es sich jeweils um einen N-Kanal-MOSFET handelt, sind auf einer Low Side bzw. niedrigen Seite angeordnet. Die Quellen der Antriebsschalter MOS1, MOS2 sind mit der Gleichstromleistungsquelle 3 über den Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 verbunden, und die Quellen der Antriebsschalter MOS3, MOS4 sind geerdet. Zudem ist der Drain des ersten High-Side-Antriebsschalters MOS1 mit dem Drain des dritten Low-Side-Antriebsschalters MOS3 an einem Verbindungspunkt (einem Mittelpunkt J der H-Brückenschaltung) verbunden, der mit der Bürste 16 des Motors 2 verbunden ist. Desgleichen ist der Drain des zweiten Antriebsschalters MOS2, der auf der High Side angeordnet ist, mit dem Drain des vierten Antriebsschalters MOS4, der auf der Low Side angeordnet ist, an einem Verbindungspunkt (dem anderen Mittelpunkt der H-Brückenschaltung) verbunden, der mit der anderen Bürste 17 des Motors 2 verbunden ist.
Den Gates der Antriebsschalter MOS1 bis MOS4 werden jeweils Antriebs- bzw. Ansteuersignale Sm1 bis Sm4 von einer Steuereinheit 42 zugeführt, und die Antriebsschalter MOS1 bis MOS4 werden basierend auf den jeweiligen Antriebssignalen, die deren Basis zugeführt werden, ein- und ausgeschaltet.
Wie oben erläutert, kann die Rotation des Motors 2 zwischen einer normalen Rotation und einer Rückwärtsrotation mit Hilfe des Motortreibers 41 umgeschaltet werden, weil das Rotationserfassungssystem 40 den Motortreiber 41 umfasst. Für die Rotation des Motors 2 in der normalen Rotation wird insbesondere folgendes gleichzeitig ausgeführt: Der Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 wird eingeschaltet, der erste Antriebsschalter MOS1 und der vierte Antriebsschalter MOS4 des Motortreibers 41 werden eingeschaltet, und die zweiten Antriebsschalter MOS2, MOS3 des Motortreibers 41 werden ausgeschaltet. Aufgrund des vorstehenden Vorgangs wird an den Motor 2 durch den Motortreiber 42 die Gleichstromspannung von der Gleichstromleistungsquelle 3 angelegt, und der Motor 2 beginnt in der normalen Richtung zu rotieren. Während der normalen Rotation fließt der elektrische Strom im Motor 2 nur während der Zeitspanne vom Start bis zum Dauerrotationszustand in einer Richtung von der Bürste 16 zur Bürste 17, wie in 11 gezeigt ist.
Um im Gegensatz dazu den Motor 2 in der Umkehrrichtung zu rotieren, werden folgende Schritte gleichzeitig ausgeführt: der zweite Antriebsschalter MOS2 und der dritte Antriebsschalter MOS3 des Motortreibers 41 werden eingeschaltet, und die Antriebsschalter MOS1, MOS4 des Motortreibers 41 werden ausgeschaltet. Aufgrund dessen fließt der elektrische Strom des Motors im Motor 2 in einer Richtung von der Bürste 17 zur Bürste 16, wie in 11 gezeigt ist, und somit beginnt der Motor 2, nur während der Zeitspanne vom Start bis zum Dauerrotationszustand in der Umkehrrichtung zu rotieren.
Wie oben erwähnt, kann die Rotationsrichtung des Motors 2 zwischen der normalen Rotation und der Rückwärtsrotation wechseln, indem der Antriebsschalter, der eingeschaltet werden soll, geschaltet wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden ähnlich wie in den vorstehenden Ausführungsformen die Antriebsschalter MOS1 bis MOS4 während der vollen Zeitspanne vom Start bis zum Stopp einer PWM-Steuerung unterzogen, um den Rotationswinkel des Motors 2 zu erfassen.
Insbesondere wird die Steuerung mit einem vorbestimmten Tastverhältnis zwischen einer ersten Antriebsschaltersteuerung und einer zweiten Antriebsschaltersteuerung geschaltet, um die Rotation in einer bestimmten Richtung zu steuern. In der ersten Antriebsschaltersteuerung wird z. B. eine Erregung in einer benannten Richtung zum Erregen des Motortreibers 41 derart ausgeführt, dass der Motor 2 in einer benannten Richtung rotiert, bei der es sich um eine gewünschte Richtung handelt. Die erste Antriebsschaltersteuerung entspricht einer Erregungssteuerung. Außerdem wird in der zweiten Antriebsschaltersteuerung eine Kurzschlussaktivierung zum Erzeugen eines Kurzschlusses zwischen den Bürsten 16, 17 ausgeführt. Die zweite Antriebsschaltersteuerung entspricht somit einer Kurzschlusssteuerung.
Die erste Antriebsschaltersteuerung ist eine Antriebsschaltersteuerung, mit der die Rotation in der benannten Rotationsrichtung bewirkt werden soll. Wenn z. B. bestimmt wird, der Motor 2 solle in einer normalen Richtung für die normale Rotation rotieren, werden der erste Antriebsschalter MOS1 und der vierte Antriebsschalter MOS4 eingeschaltet, und die Antriebsschalter MOS2, MOS3 werden ausgeschaltet, so dass die Erregung für die normale Rotationsrichtung in Betrieb ist. Auch wenn bestimmt wird, der Motor 2 solle für die Rückwärtsrotation in einer umgekehrten Richtung rotieren, werden der zweite Antriebsschalter MOS2 und der dritte Antriebsschalter MOS3 eingeschaltet, und die Antriebsschalter MOS1, MOS4 werden abgeschaltet, so dass die Erregung für die Rückwärtsrotationsrichtung in Betrieb ist.
Im Gegensatz dazu werden in der zweiten Antriebsschaltersteuerung beide Antriebsschalter MOS3, MOS4, die auf der Low Side angeordnet sind, eingeschaltet, und die beiden Antriebsschalter MOS1, MOS2, die auf der High Side angeordnet sind, werden ausgeschaltet.
Wie vorstehend erwähnt, wird die Steuerung zwischen der ersten Antriebsschaltersteuerung (Erregungssteuerung) und der zweiten Antriebsschaltersteuerung (Kurzschlusssteuerung) umgeschaltet, wobei das vorbestimmte Tastverhältnis (Stationärzustands-Tastverhältnis) während der Zeitspanne vom Start bis zum stabilen bzw. stationären Rotationszustand derart beschaffen ist, dass der Erregungsbetrag für die benannte Richtung gesteuert wird. Folglich wird die Rotation in der benannten Richtung gesteuert. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Erregungssteuerung und die Kurzschlusssteuerung bei einem Stationärzustands-Tastverhältnis von z. B. 9:1 einer PWM-Steuerung unterzogen.
Wie in dem Wellenformbeispiel während der Dauerrotation in 12 gezeigt ist, werden die Erregungssteuerung für die Erregung in der benannten Richtung und die Kurzschlusssteuerung für die Kurzschlussaktivierung mit dem Tastverhältnis von 9:1 geschaltet, wenn z. B. bestimmt wird, dass die Rotation in der normalen Rotationsrichtung stattfinden soll. Die benannte Richtung entspricht hier z. B. der normalen Rotationsrichtung.
Folglich fluktuiert der elektrische Strom des Motors entsprechend dem Schaltsteuerzeitpunkt während der Dauerrotation, wie in 12 und 13 gezeigt ist. Somit wird, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, in Zustand C, wo ein Erregungspfad, der nur den Kondensator C1 aufweist, zwischen den Bürsten 16, 17 gebildet wird, der elektrische Impulsstrom aufgrund der Ladung und Entladung des Kondensators C1 unmittelbar nach dem Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens der Antriebsschalter erzeugt. Genauer gesagt wird in der vorliegenden Ausführungsform unmittelbar nach dem Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens des ersten Antriebsschalters MOS1 und des vierten Antriebsschalters MOS4 der elektrische Impulsstrom erzeugt. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Zeitpunkt des Erzeugens des elektrischen Impulsstroms auf dem Stationärzustands-Tastverhältnis basiert, wie in 12 und 13 gezeigt ist, weil das Stationärzustands-Tastverhältnis während der Dauerrotation auf 9:1 eingestellt ist.
Zudem wird während der Zeitspanne des Bremsvorgangs-Steuerzustands, wie während der Dauerrotation, die Steuerung zwischen der Erregungssteuerung und der Kurzschlusssteuerung mit dem anderen vorbestimmten Tastverhältnis (Bremszustands-Tastverhältnis) geschaltet. Die Bremszustands-Tastverhältnis wird bei einem derartigen Verhältnis (oder einem bestimmten Wert) festgelegt, dass der Motor 2 erfolgreich gestoppt werden kann. Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform die vorstehende Schaltvorgangssteuerung mit dem Tastverhältnis von 1:9 ausgeführt.
Somit fluktuiert der elektrische Strom des Motors, wie in 13 gezeigt ist, entsprechend dem Schaltzeitpunkt während der Zeitspanne des Bremsvorgangs-Steuerzustands. Während der Zeitspanne des Bremsvorgangs-Steuerzustands wird der elektrische Impulsstrom unmittelbar nach dem Aus- und Einschalten des Wegantriebsschalters aufgrund der Ladung und Entladung des Kondensators C1 im Zustand C erzeugt, wo der Erregungspfad, der nur den Kondensator C1 aufweist, zwischen den Bürsten 16, 17 gebildet wird.
Die Signalverarbeitungseinheit 22 erzeugt den Rotationsimpuls Sp durch die verschiedenen Signalverarbeitungen (Folge der Verfahrensschritte von dem HPF 23 zu der Komparatoreinheit 28) basierend auf dem elektrischen Impulsstrom, der durch die PWM-Steuerung verursacht wird. Dann erfasst die Steuereinheit 42 basierend auf dem erzeugten Rotationsimpuls Sp den Rotationswinkel und die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl in einem Verfahren, das mit dem Verfahren der Steuereinheit 6 der ersten Ausführungsform identisch ist.
Als nächstes wird ein Motorantriebs-Steuervorgang, der durch die Steuereinheit 42 der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm in 14 beschrieben. Wenn der Motorantriebs-Steuervorgang von 14 gestartet wird, erhält die Steuereinheit 42 zunächst bei Schritt S310 den Soll-Rotationswinkel Do, die Rotationsrichtung, die PWM-Frequenz Sf, das Stationärzustands-Tastverhältnis und das Bremszustands-Tastverhältnis.
Dann wird der Vorgang bei Schritt S320 fortgesetzt, wo die Steuereinheit 42 die Rotationsrichtung bestimmt. Die vorstehende Bestimmung basiert auf der Rotationsrichtung, die bei S320 erhalten wird. ist die erhaltene Rotationsrichtung die normale Richtung, wird die Steuerung bei Schritt S330 fortgesetzt, und wenn die erhaltene Rotationsrichtung die Rückwärtsrichtung ist, wird die Steuerung bei Schritt S340 fortgesetzt.
Wird die Steuerung bei S330 fortgesetzt, führt die Steuereinheit 42 eine normale Motorrotationssteuerung aus. Insbesondere wird die Steuerung unter der PWM-Steuerung zwischen (a) der normalen Erregungssteuerung und (b) der Kurzschlusssteuerung mit dem Stationärzustands-Tastverhältnis (dem Verhältnis 9:1 in der vorliegenden Ausführungsform ist) geschaltet wird. In der normalen Erregungssteuerung zum Erregen in der normalen Rotationsrichtung (der benannten Richtung) werden z. B. der erste Antriebsschalter MOS1 und der vierte Antriebsschalter MOS4 eingeschaltet. In der zur Erregung dienenden Kurzschlusssteuerung, durch die der Kurzschluss erzeugt werden soll, werden der dritte Antriebsschalter MOS3 und der vierte Antriebsschalter MOS4 eingeschaltet. Dann wird die Steuerung bei S350 fortgesetzt, wo die Gleichstromspannung angelegt wird.
Wie in 12 und 13 gezeigt ist, wird die Steuerung aufgrund dessen zwischen der Erregungssteuerung und der Kurzschlusssteuerung mit dem Stationärzustands-Tastverhältnis 9:1 geschaltet, um den Motor 2 in der normalen Richtung zu rotieren (oder um die normale Rotation des Motors 2 zu bewirken).
Wenn im Gegensatz dazu die Steuerung bei S340 fortgesetzt wird, führt die Steuereinheit 42 eine Rückwärtsrotationsteuerung des Motors aus. Insbesondere wird die Steuerung zwischen (a) der Rückwärtserregungssteuerung und (b) der Kurzschlusssteuerung mit dem Stationärzustands-Tastverhältnis von 9:1 unter der PWM-Steuerung geschaltet. In der Rückwärtserregungssteuerung zum Erregen in der Rückwärtsrotationsrichtung werden z. B. der zweite Antriebsschalter MOS2 und der dritte Antriebsschalter MOS3 eingeschaltet. In der Kurzschlusssteuerung zum Erzeugen des Kurzschlusses werden der dritte Antriebsschalter MOS3 und der vierte Antriebsschalter MOS4 eingeschaltet. Dann wird die Steuerung bei S350 fortgesetzt, wo die Gleichstromspannung angelegt wird.
Aufgrund dessen wird die Steuerung wie im Fall der normalen Rotation zwischen der Erregungssteuerung und der Kurzschlusssteuerung mit dem Stationärzustands-Tastverhältnis von 9:1 geschaltet, so dass der Motor 2 in der Rückwärtsrotation gesteuert wird (oder bewirkt wird, dass der Motor 2 sich in der Rückwärtsrichtung dreht). Zudem wird ähnlich zu S140 bis S160 in dem Motorantriebs-Steuervorgang der ersten Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, der Rotationswinkel D solange berechnet, bis der Rotationswinkel D gleich dem Soll-Rotationswinkel Do ist (S360 bis S380).
Wenn der Rotationswinkel D des Motors 2 den Soll-Rotationswinkel Do erreicht, was JA bei S380 entspricht, wird die Steuerung bei S390 fortgesetzt, wo eine Kurzschluss-Bremsvorgangssteuerung ausgeführt wird. Insbesondere werden die Erregungssteuerung für die Erregung in der benannten Richtung und die Kurzschlusssteuerung für die Kurzschlussaktivierung mit dem Bremszustands-Tastverhältnis (Verhältnis 1:9 in der vorliegenden Ausführungsform) unter der PWM-Steuerung geschaltet. Aufgrund dessen erfolgt eine graduelle Reduktion der Drehzahl des Motors 2, Dann wird die Steuerung bei S400 fortgesetzt, wo bestimmt wird, ob y Sekunden seit dem Start der Kurzschluss-Bremsvorgangs-Steuerung bei S390 verstrichen sind. Der Rotationswinkel D wird solange jedes mal berechnet, wenn der Rotationsimpuls Sp erfasst wird, bis y Sekunden verstrichen sind (S410 bis S420). Wenn bestimmt wird, dass y Sekunden verstrichen sind, was JA bei S400 entspricht, wird die Steuerung bei S430 fortgesetzt, wo der Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 ausgeschaltet wird, und dadurch die Anlegung der Gleichstromspannung gestoppt bzw. unterbrochen wird. Zudem wird die Steuerung bei S440 fortgesetzt, wo eine Motortreiber-Stoppsteuerung ausgeführt wird, um alle Antriebsschalter MOS1 bis MOS4 auszuschalten, und dann der Motorantriebs-Steuervorgang beendet wird.
Ähnlich dem Rotationserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist das Rotationserfassungssystem 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Lage, den Rotationswinkel ungeachtet der Drehzahl ohne Installieren eines dedizierten und großflächigen Sensors, wie z. B. des Drehgebers, und ohne Bewirken einer Drehmomentvariation exakt zu erfassen.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann eine einfache Antriebsschaltkreiskonfiguration realisiert werden, weil der H-Brückenschaltkreis verwendet wird, und zudem kann sowohl die Funktion (a) zum Einrichten bzw. Anlegen des Kurzschlusses auf den Gleichstrommotor als auch (b) zum Schalten der Rotationsrichtungen ausgeführt werden.
(Modifikation)
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Ausführungsform kann jedoch auf verschiedene Arten und Weisen modifiziert werden, vorausgesetzt, dass die Modifizierung sich innerhalb des technischen Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung befindet.
Die Motoren 2, 31 gemäß der vorstehenden Ausführungsformen sind lediglich Beispiele für die vorliegende Erfindung. Somit kann die vorliegende Erfindung auf eine beliebige Konfiguration eines Motors angewendet werden, vorausgesetzt, dass die Impedanz sich gemäß der Rotation periodisch ändert und dass die Amplitude bzw. Größe der Wechselstromkomponente, die in dem Strom des elektrischen Motors enthalten ist, sich mit der Änderung der Impedanz ändert.
Ein Induktivitätselement oder ein Widerstandselement können mit einer oder mehreren der Phasenspulen verbunden sein. Zudem können das Widerstandselement, das Induktivitätselement und der Kondensator nach Bedarf miteinander kombiniert werden.
In einen Motor 50, der in 15 gezeigt ist, ist ein Induktivitätselement (Spule) L10 parallel mit der ersten Phasenspule L1 verbunden. Wie aus dem Motor 2 von 1 hervorgeht, entsteht der Motor 50 durch Ersetzen des Kondensators C1 in dem Motor 2 von 1 durch das Induktivitätselement L10.
Ähnlich zu dem Motor 2 gemäß der ersten Ausführungsform ändert sich der Motorschaltkreis des Motors 50 in drei Schritten mit dem Schalten der Bürsten während der 180-Grad-Rotation. Im Zustand A kontaktiert das erste Kommutatorsegment 11 eine der Bürsten 16, 17, und das zweite Kommutatorsegment 12 kontaktiert die andere der Bürsten 16, 17. Im Zustand B kontaktiert das zweite Kommutatorsegment 12 eine der Bürsten 16, 17, und das dritte Kommutatorsegment 13 kontaktiert die andere der Bürsten 16, 17. Im Zustand C kontaktiert das dritte Kommutatorsegment 13 die eine der Bürsten 16, 17, und das erste Kommutatorsegment 11 kontaktiert die andere der Bürsten 16, 17. Die Impedanzen zwischen den Bürsten 16, 17 in den Zuständen A, B sind gleich groß, doch die Impedanz zwischen den Bürsten im Zustand C ist kleiner als jene im Zustand A, B.
Zu beachten ist, dass ungleich dem Zustand C des Motors 2 der ersten Ausführungsform (siehe 2), auch wenn die Impedanz des Zustands C wie oben gering ist, kein Weg, der nur den Kondensator C1 aufweist, zwischen den Bürsten 16, 17 gebildet wird, Dabei wird im Gegensatz zum Zustand C der ersten Ausführungsform kein elektrischer Impulsstrom erzeugt. In der vorliegenden Modifikation ändert sich jedoch die Amplitude bzw. das Ausmaß der Fluktuation (Wechselstrom-Komponente) des elektrischen Motorstroms, die durch das Ein- und Ausschalten des Antriebsschalters in der PWM-Steuerung bewirkt wird, mit der Änderung der Impedanz. Insbesondere ist, wie in 16 gezeigt ist, bei der Fluktuation des elektrischen Stroms des Motors im Zustand C, wo die Impedanz relativ gering ist, die Amplitude größer als die der Fluktuation des elektrischen Motorstroms in den Zuständen A, B, wo die Impedanz relativ groß ist.
Somit wird z. B. die Fluktuationskomponente aus dem elektrischen Strom des Motors durch Verwendung des HPF und eines Bandpassfilters (BPF) extrahiet, und das Signal der extrahierten Fluktuationskomponente wird ähnlich wie in der ersten Ausführungsform verarbeitet, z. B. durch Verstärkung und Erhalten des Hüllkurvensignals. Anschließend wird das Hüllkurvensignal gemäß der Größe bzw. des Ausmaßes der Amplitude erhalten. Dann wird ein vorbestimmter Schwellwert auf einen Wert eingestellt, der größer ist als das Hüllkurvensignal für die kleine Amplitude und der kleiner ist als das Hüllkurvensignal für die große Amplitude. Dann wird ähnlich zur ersten Ausführungsform der Rotationsimpuls SP basierend auf dem Schwellwert erzeugt.
Es wird darauf hingewiesen, dass in der ersten Ausführungsform, wie aus 3 hervorgeht, die Amplitude der Fluktuation des elektrischen Motorstroms, die durch die PWM-Steuerung in Zustand C hervorgerufen wird, sich von der Amplitude in den Zuständen A, B unterscheidet. Somit kann auch in der ersten Ausführungsform, ähnlich wie im Fall des Motors 50, wie in 15 beschrieben ist, der Rotationsimpuls Sp basierend auf der Veränderung der Amplitude der Fluktuation erzeugt werden.
Zudem sind die Antriebsschaltkreise zum Antreiben des Motors in den vorstehenden Ausführungsformen lediglich Beispiele für die vorliegende Erfindung. Somit können verschiedene Antriebsschaltkreise verwendet werden, vorausgesetzt, dass die Antriebsschaltkreise in der Lage sind, den Motor mit der PWM-Steuerung während der Zeitspanne vom Start bis zum Stopp des Motors anzutreiben.
Wie in 17 gezeigt ist, kann z. B. ein Antriebsschaltkreis so konfiguriert sein, dass er zwei Leistungsquellen beinhaltet, die den Motor unter der normalen Rotation und der Rückwärtsrotation steuern. Ein Rotationserfassungssystem 60 in 17 weist einen PNP-Bipolartransistor Tr1, der auf einer High Side angeordnet ist, und einen NPN-Bipolartransistor Tr2, der auf einer Low Side angeordnet ist, auf. Der PNP-Bipolartransistor Tr1 wird zudem auch als ein „High-Side-Schalter Tr1” bezeichnet, und der NPN-Bipolartransistor Tr1 wird ebenfalls als ein „Low-Side-Schalter Tr2” bezeichnet. Der High-Side-Schalter Tr1 und der Low-Side-Schalter Tr2 bilden eine T-Brückenkonfiguration (Halbbrücken-Konfiguration). Der Motor 2 weist die Bürste 16, die mit einem Verbindungspunkt zwischen den Transistoren Tr1, Tr1 verbunden ist, und die andere Bürste 17 auf, die geerdet ist.
Zudem weist das Rotationserfassungssystem 60 zwei Gleichstromleistungsquellen 61, 62 auf, und die Gleichstromleistungsquelle 61 führt dem Motor 2 durch den High-Side-Schalter Tr1 elektrische Leistung zu, wenn der High-Side-Schalter Tr1 eingeschaltet ist. Die Gleichstromleistungsquelle 62 führt dem Motor 2 durch den Low-Side-Schalter Tr2 elektrische Leistung zu, wenn der Low-Side-Schalter Tr2 eingeschaltet ist.
Eine Rotationssignal-Erfassungseinheit 64 ist auf einem Weg angeordnet, der zwischen Masse und der Bürste 17 gebildet ist, die auf der Masseseite des Motors 2 angeordnet ist, und die Rotationssignal-Erfassungseinheit 64 erzeugt den Rotationsimpuls Sp basierend auf dem elektrischen Strom, der durch den Weg fließt. Anschließend gibt die Steuereinheit 63 Antriebssignale Sb1, Sb2 jeweils an die Schalter Tr1, Tr2 für die PWM-Steuerung aus, und erfasst den Rotationswinkel des Motors 2 basierend auf dem Rotationsimpuls Sp von der Rotationssignal-Erfassungseinheit 64.
Alternativ kann ein Antriebsschaltkreis einer beliebigen Konfiguration außer der des T-Brückenantriebsschaltkreises, der in 17 gezeigt ist, verwendet werden, vorausgesetzt, dass der Antriebsschaltkreis in der Lage ist, die Stromzuführung bzw. Erregung des Motors, der Ziel einer Erfassung ist, einer PWM-Steuerung zu unterziehen.
Zudem wird in der dritten Ausführungsform, um an dem Motor 2 eine PWM-Steuerung vorzunehmen, die Steuerung mit dem vorbestimmten Tastverhältnis zwischen der Erregungssteuerung für die Erregung in der benannten Rotationsrichtung und der Kurzschlusssteuerung zum Ausführen der Kurzschlussaktivierung geschaltet. Die vorstehende Schaltsteuerung in der dritten Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel. Um die Erregungsrichtung zu schalten, kann eine alternative PWM-Steuerung beispielsweise ausgeführt werden. Insbesondere kann z. B. die Steuerung mit dem vorbestimmten Tastverhältnis zwischen (a) einer Steuerung (einem normalen Rotationsantrieb) zum Erregen der normalen Rotationsrichtung und (b) einer weiteren Steuerung (Rückwärtsrotationsantrieb) zum Erregen in der Rückwärtsrotationsrichtung geschaltet werden. In dem vorstehenden Alternativfall kann z. B. während der Zeitspanne vom Start bis zum Dauerrotationszustand der normale Rotationsantrieb und die Rückwärtsrotationsantrieb mit dem Tastverhältnis von 9:1 geschaltet werden, und somit wird der Motor für die normale Rotation gesteuert. Während der Zeitspanne des Bremsvorgangs-Steuerzustands können der normale Rotationsantrieb und der Rückwärtsrotationsantrieb mit dem Tastverhältnis von 5:5 gesteuert werden, und somit wird die Rotation des Motors gestoppt, weil die durchschnittliche elektrische Leistung in der vorstehenden Tastverhältnissteuerung null ist.
Alternativ kann z. B. eine Erregungssteuerung zum Erregen in der benannten Rotationsrichtung und eine Öffnungssteuerung zum Ausschalten aller Antriebsschalter, um die Verbindung zwischen den Bürsten zu öffnen, mit einem vorbestimmten Tastverhältnis geschaltet werden. Außerdem ist das Tastverhältnis in jeder Ausführungsform nur als Beispiel angeführt.
Auch in jeder der vorstehenden Ausführungsformen wird die Erregung für den Motor PWM-gesteuert, um die Wechselstromkomponente in dem elektrischen Strom des Motors zu erzeugen. Dann wird der Rotationszustand des Motors basierend auf der Wechselstromkomponente erfasst. In einem Fall jedoch, wo die Wechselstromkomponente aus irgendeinem Grund ohne die vorstehende PWM-Steuerung mit dem elektrischen Strom des Motors vermischt wird, wird die Wechselstromkomponente extrahiert, um den Rotationsimpuls Sp zu erzeugen, und dadurch der Rotationszustand basierend auf dem Rotationsimpuls Sp erfasst. Insbesondere wenn z. B. der Motor in einer Umgebung verwendet wird, wo kein Störsignal einer bestimmten Frequenz ständig am Motorschaltkreis anliegt, kann die Störsignalkomponente zur Erfassung der Rotation effektiv genutzt werden.
Außerdem weist der Motor in der zweiten Ausführungsform die Kondensatoren C1, C2 mit unterschiedlichen Kapazitätswerten auf, die jeweils parallel zu der ersten Phasenspule L1 und der zweiten Phasenspule L2 vorgesehen sind, um die Impedanz in drei Schritten zu ändern. Die Konfiguration des Motors in der zweiten Ausführungsform ist jedoch nur ein Beispiel. Somit kann die Konfiguration des Motors auf verschiedene Arten und Weisen modifiziert werden, vorausgesetzt, dass die Impedanz sich während der Rotation in drei oder mehr Schritten periodisch ändert. Zum Beispiel sind Induktivitätselemente mit unterschiedlichen Induktivitätswerten jeweils parallel zu einer der beiden Phasenspulen angeordnet. In einem weiteren Beispiel sind Widerstandselemente mit unterschiedlichen Widerstandswerten jeweils parallel zu einer beliebigen der beiden Phasenspulen vorgesehen. Alternativ ist der Kondensator C1 mit einer beliebigen der Phasenspulen verbunden, und eine Reihenschaltung mit einem Kondensator und einem Induktivitätselement ist parallel mit der anderen der Phasenspulen verbunden. Zudem sind Kondensatoren mit unterschiedlichen Elementwerten oder Induktivitätselemente mit unterschiedlichen Elementwerten jeweils parallel zu den Phasenspulen vorgesehen.
Zudem weist in jeder der vorstehenden Ausführungsformen der Motor, der das der Erfassungsziel darstellt, die Phasenspulen L1, L2, L3 in einer Dreieckschaltung auf. Die Konfiguration des Motors ist jedoch nicht auf die Dreieckschaltung beschränkt. Wie in 18 gezeigt ist, kann z. B. ein Motor 70 alternativ Phasenspulen L11, L12, L13 in einer Sternschaltung aufweisen. Im Fall der Sternschaltung z. B. sind die Kondensatoren C21, C22 jeweils parallel mit den Phasenspulen L11, L12 vorgesehen, wie in 18 gezeigt ist, um den Rotationswinkel und die Rotationsrichtung des Motors 70 zu erfassen.
Es sollte beachtet werden, dass die in 18 gezeigte Konfiguration lediglich ein Beispiel ist, und alternativ z. B. nur ein Kondensator parallel mit einer der Phasenspulen vorgesehen sein kann. Alternativ können z. B. drei Kondensatoren jeweils parallel mit allen Phasenspulen L11, L12, L13 vorgesehen sein. In dem vorstehenden Alternativfall werden die Kapazitätswerte in zwei Werte unterteilt. Alternativ kann ein Kondensator z. B. zwischen den beiden Kommutatorsegmenten angeordnet sein.
Zudem wird in jeder der vorstehenden Ausführungsformen der Dreiphasen-Gleichstrommotor mit drei Phasenspulen des Ankers beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf einen Motor mit vier oder mehr Phasenspulen anwendbar.
Als ein Beispiel für die vorliegende Erfindung, das auf den Vier-oder-Mehr-Phasen-Motor angewendet werden kann, zeigt 19 ein Beispiel für Fünf-Phasen-Gleichstrommotor. Ein Motor 80, der in 19 gezeigt ist, weist einen Kommutator mit fünf Kommutatorsegmenten 81, 82, 83, 84, 85 auf, und jede der Spulen L21, L22, L23, L24, L25, die als Ankerspulen dienen, ist mit den benachbarten Kommutatorsegmenten verbunden, so dass eine Dreieckschaltung gebildet wird. Zu beachten ist, dass die Induktivitäten einer jeden der Phasenspulen gleich groß sind.
Die Kondensatoren C31, C32 sind jeweils parallel zu zwei Phasenspulen (erste Phasenspule L21, zweite Phasenspule L22) der Phasenspulen L21, L22, L23, L24, L25 angeordnet. In dem Fünf-Phasen-Motor 80 können der Rotationswinkel und die Drehzahl erfasst werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn ein Kondensator parallel zu einer der Phasenspulen in dem Vier-oder-Mehr-Phasenmotor angeordnet ist, zumindest der Rotationswinkel und die Drehzahl erfasst werden können. Wenn außerdem die Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitätswerten jeweils parallel zu den beiden Phasenspulen in dem Vier-oder-Mehr-Phasenmotor angeordnet sind, kann die Rotationsrichtung basierend auf dem Veränderungsmuster erfasst werden, das entsprechend der schrittweisen Veränderung der Impedanz mit der Rotation entsteht, und die Rotationsrichtung kann dadurch basierend auf dem Veränderungsmuster der Amplitude des Wechselstroms erfasst werden.
Zudem kann bei dem alternativen Motor mit einer sich von den vorstehenden Ausführungsformen unterscheidenden Konfiguration die periodische Veränderung der Impedanz während der Rotation herbeigeführt werden. Ein in 20 gezeigter Motor 90 ist z. B. in der Lage, die periodische Veränderung der Impedanz während der Rotation zu erzeugen. Der Motor 90 von 20 weist ein Gehäuse 91 und einen Rotorkern 100 auf, der in dem Gehäuse 91 aufgenommen ist. Der Rotorkern 100 ist an einer Rotationswelle 96 befestigt, die an einem radialen Mittelpunkt des Gehäuses 91 angeordnet und mit der Rotationswelle 96 drehbar ist.
Das Gehäuse 91 weist eine im Allgemeinen hohlzylindrische Form auf, und das Gehäuse 91 weist zwei Magneten 92, 93 auf seiner inneren Umfangsoberfläche auf. Die Magneten 92, 93 sind so angeordnet, dass sie einander radial gegenüberliegen und ein Feld erzeugen. Bei Betrachtung in der Umfangsrichtung sind die Magneten 92, 93 in einem vorbestimmten Intervall ortsfest voneinander beabstandet. Die Magneten 92, 93 sind beides Dauermagneten, und einer der Magneten 92, 93 weist einen N-Pol auf und der andere einen S-Pol auf der jeweiligen Oberfläche auf, die dem Rotorkern 100 gegenüberliegt. In anderen Worten handelt es sich bei dem Motor 90 also um einen Gleichstrommotor mit einem Zweipolfeld.
Zudem besteht das Gehäuse 91 aus einem Joch, bei dem es sich um ein weichmagnetisches Material handelt, und das Gehäuse 91 und die Magneten 92, 93, die an der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 91 befestigt sind, bilden einen magnetischen Kreis des Motors 90.
Der Rotorkern 100 besteht aus einem Joch, bei dem es sich um ein weichmagnetisches Material handelt, und weist drei Zähne (ausgeprägte Pole) 181, 102, 103 auf, um die eine Ankerspule 95 gewickelt ist. Insbesondere ist die erste Phasenspule L1 um den ersten Zahn 101 gewickelt, die zweiten Phasenspule L2 um den zweiten Zahn 102 gewickelt, und die dritte Phasenspule L3 um den dritten Zahn 103 gewickelt. Die Ankerspule 95 wird durch die drei Phasenspulen L1, L2, L3 gebildet.
Außerdem ist der Kommutator 10 an der Rotationswelle 96 befestigt, und der Kommutator 10 kontaktiert ein Paar von Bürsten 16, 17, die so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen. In anderen Worten sind die Bürsten 16, 17 um 180 Grad in der Rotationsrichtung voneinander getrennt. Ein Verbindungszustand zwischen dem Kommutator 10 und den Phasenspulen L1, L2, L3 ist dem des Motors 2 in der ersten Ausführungsform (siehe 1) ähnlich.
Zudem weist der Motor 90 einen Vorsprung 94 auf der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 91 zwischen den Magneten 92, 93 auf. Weil die Magneten 92, 93 auf der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 91 angeordnet und voneinander um ein vorbestimmtes Intervall in der Umfangsrichtung beabstandet sind, gibt es auf der inneren Umfangsoberfläche zwischen den Magneten 92, 93 in der Umfangsrichtung zwei Zwischenmagnetbereiche, in denen kein Magnet vorhanden ist. Im Motor 90 ist der Vorsprung 94, wie in 20 gezeigt ist, so angeordnet, dass er radial einwärts von einem der vorstehend genannten Zwischenmagnetbereiche der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 91 vorsteht. Zudem ist der Vorsprung 94 um einen vorbestimmten Abstand von den Magneten 92, 93 in der Umfangsrichtung so beabstandet, dass der Vorsprung 94 die Magnete nicht berührt.
Der Vorsprung 94 besteht aus einem weichmagnetischen Material und weist eine vorbestimmte Länge in der Umfangsrichtung auf. Zudem weist der Vorsprung 94 in der radialen Richtung eine vorbestimmte Dicke auf. Aufgrund der Anordnung des Vorsprungs 94, weist der durch den Rotockern 100 und das Gehäuse 91 des Motors 90 gebildete magnetische Kreis einen magnetischen Widerstand auf, der entsprechend der Rotation des Rotorkerns 100 veränderbar ist. Es ist zu beachten, dass, sofern nichts anderes angegeben ist, in der nachstehenden Beschreibung der Begriff „magnetischer Widerstand” den magnetischen Widerstand des durch den Rotorkern 100 und das Gehäuse 91 des Motors 90 gebildeten magnetischen Kreises bezeichnet.
Der Rotorkern 100 und das Gehäuse 91 sind beide aus einem weichmagnetischen Material gefertigt, wobei jedes eine magnetische Durchlässigkeit aufweist, die im Wesentlichen größer als eine magnetische Durchlässigkeit von Luft ist. Somit ist der magnetische Widerstand des Motors 90 stark von einem Luftspalt zwischen (a) dem Rotorkern 100 (oder der äußeren Umfangsoberfläche des Zahns 101, 102, 103) und (b) den Magneten 92, 93 oder der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 91 abhängig. Zudem ist der magnetische Widerstand des Motors 90 stark von der Summe der Dicken bzw. Stärken der Magneten 92, 93 abhängig. In anderen Worten heißt das also, dass der magnetische Widerstand mit der Vergrößerung des Luftspalts zunimmt, und demgegenüber der magnetische Widerstand mit der Verkleinerung des Luftspalts abnimmt.
Jeder der Magneten 92, 93 weist eine magnetische Durchlässigkeit auf, die im Allgemeinen gleich der magnetischen Durchlässigkeit von Luft ist. Dabei ist vom Standpunkt der magnetischen Charakteristik bzw. Eigenschaft aus betrachtet, das Vorhandensein der Magneten 92, 93 gleichzusetzen mit dem Vorhandensein von Luft. In anderen Worten kann unter Berücksichtigung des magnetischen Widerstands des Motors 90 das Vorhandensein der Magneten 92, 93, die die magnetische Durchlässigkeit, die der von Luft gleichzusetzen ist, aufweisen, vernachlässigt werden. Somit werden die Magneten 92, 93 als ein Luftspalt behandelt. Wenn dementsprechend also der Vorsprung 94 nicht existiert, ist der Luftspalt zwischen dem Rotorkern 100 und der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 91 selbst dann konstant, wenn der Rotorkern 100 rotiert, wodurch sich auch der magnetische Widerstand mit der Rotation nicht ändern.
Der Motor 90 ist jedoch mit dem Vorsprung 94 an der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 91 versehen, wobei der Vorsprung 94 weichmagnetisch ist und die magnetische Durchlässigkeit aufweist, die im Allgemeinen der des Gehäuses 91 ähnlich ist. Der Wert des magnetischen Widerstands des Motors 90 ändert sich somit mit der Änderung des Rotationswinkels des Motors 90 nicht. In anderen Worten ändert sich der Wert des magnetischen Widerstands des Motors 90 abhängig davon, ob die Zähne 101, 102, 103 der entsprechenden äußeren Umfangsoberfläche des Rotorkerns 100 jeweils dem Vorsprung 94 gegenüberliegen. Wie oben erwähnt, ändert sich der magnetische Widerstand mit der Rotation des Motors 90. Wenn sich der magnetische Widerstand verändert, ändert sich auch die Induktivität des Motorschaltkreises, und dementsprechend ändert sich dadurch auch die Amplitude der Wechselstromkomponente des elektrischen Stroms des Motors, der der elektrischen Stromerfassungseinheit 21 zugeführt wird.
Die Veränderung der Amplitude tritt entsprechend der Rotation des Motors 90 periodisch auf. Genauer gesagt tritt die Veränderung der Amplitude entsprechend der Rotation des Rotorkerns 100 und der Rotationswelle 96 periodisch auf. Daher kann der Rotationswinkel des Motors 90 basierend auf der Veränderung der Amplitude des Wechselstroms ähnlich wie in den jeweiligen vorstehenden Ausführungsformen erfasst werden.
Zu beachten ist, dass die Induktivität des Motorschaltkreises alternativ durch verschiedene andere Konfigurationen als der Konfiguration des Motors 90, der in 20 gezeigt ist, durch Gestaltung des Gehäuses periodisch verändert werden kann. Insbesondere kann ein Veränderungsmuster der Induktivität des Motorschaltkreises gemäß der Rotation durch Verändern der Position des Vorsprungs und der Anzahl der Vorsprünge oder durch Gestalten der Form des Vorsprungs charakterisiert werden.
Zudem ist der Kondensator C1 in der ersten Ausführungsfarm mit der gesamten ersten Phasenspule L1 absolut bzw. vollständig parallel verbunden. An einem Teil der ersten Phasenspule L1 ist jedoch z. B. ein mittlerer Anschlussvorsprung angeordnet, und ein Ende des Kondensators C1 kann alternativ mit dem mittleren Anschlussvorsprung der ersten Phasenspule L1 derart verbunden sein, dass der Kondensator C1 teilweise parallel mit dem Teil der ersten Phasenspule L1 angeordnet ist.
Außerdem kann in einem allgemeinen Gleichstrommotor ein Ringvaristor verwendet werden, der den Stromstoß absorbieren soll. Im vorstehenden Fall des Motors mit dem Ringvaristor wird die periodische Veränderung der Impedanz entsprechend der Rotation durch Verwendung des Ringvaristors verursacht.
Der Kondensator und das Induktivitätselement können z. B. zwischen benachbarten Elektroden der mehreren Elektroden des Ringvaristors verbunden sein. Ohne den zusätzlichen Kondensator und das Induktivitätselement wie im vorstehenden Fall des Ringvaristors kann die periodische Veränderung der Impedanz z. B. alternativ erzeugt werden, indem die Konfiguration des Ringvaristors an sich umgestaltet wird, z. B. durch unterschiedliches Aufteilen der Flächen der Elektroden.
Auch wird in den jeweiligen vorstehenden Ausführungsformen die vorübergehende Veränderung der Impedanz des Motorschaltkreises, die verursacht wird, wenn sich der Verbindungszustand zwischen den Kommutatorsegmenten und der jeweiligen Bürste während der Rotation des Motors verändert, nicht berücksichtigt. Die Impedanz ändert sich jedoch tatsächlich, auch wenn diese Veränderung sehr flüchtig ist. Zudem tritt die Veränderung der Impedanz periodisch mit der Rotation auf. Somit kann der Rotationszustand, wie z. B. der Rotationswinkel, basierend auf der vorübergehenden Veränderung der Impedanz erfasst werden. In anderen Worten kann der Rotationszustand alternativ basierend auf der Veränderung der Wechselstromkomponente erfasst werden, die durch die vorübergehende Veränderung bewirkt wird. In dem vorstehenden alternativen Fall sind in jeder der vorstehenden Ausführungsformen der Kondensator und das Induktivitätselement des Motors 2 nicht erforderlich, um die Impedanz des Motorschaltkreises zu verändern.
Zudem verwendet in jeder der vorstehenden Ausführungsformen die elektrische Stromerfassungseinheit 21 den elektrischen Stromerfassungswiderstand R1. Alternativ kann jedoch eine Spule (ein Induktivitätselement) verwendet werden, das z. B. den elektrischen Stromerfassungswiderstand R1 ersetzen soll.
Zudem ist die Konfiguration der Rotationssignal-Erfassungseinheit einer jeden Ausführungsform (siehe 4 und 10) lediglich beispielhaft angeführt. Somit ist die Konfiguration der vorliegenden Erfindung nicht auf die gezeigte und beschriebene Konfiguration beschränkt. So können z. B. verschiedene Konfigurationen verwendet werden, vorausgesetzt, der Rotationsimpuls Sp wird basierend auf dem Erfassungssignal von der elektrischen Stromerfassungseinheit erzeugt.
Als eine alternative Konfiguration des Motors 2 (21) kann ein Widerstand R20 mit dem Kondensator C1 in Reihe angeordnet sein, um die Ladung und Entladung des Kondensators C1 zu steuern und den Kommutator und die Bürste zu schützen. Der Kondensator C1 kann auch durch eine Spule ersetzt werden.
Zudem kann alternativ entweder nur der Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 oder nur der Antriebsschalter MOS für die Motorsteuerung vorgesehen sein, auch wenn sowohl der Leistungsquellenschalter 4 als auch der Antriebsschalter MOS in dem Schaltkreis in der ersten Ausführungsform von 1 vorgesehen sind. 22 zeigt z. B. eine Konfiguration eines Rotationserfassungssystems gemäß der Modifizierung, in der der Gleichstromleistungsquellen-Schalter 4 entfernt worden ist und somit nur der Antriebsschalter MOS für die Motorsteuerung vorgesehen ist.
Auch kann in einer weiteren Modifizierung der Innenwiderstand des Antriebsschalters MOS, der als ein Schaltbauelement dient, den elektrischen Stromerfassungswiderstand R ersetzen. In 23 ist der elektrische Stromerfassungswiderstand R1 der ersten Ausführungsform entfernt worden, und stattdessen wird die Rotationssignal-Erfassungseinheit 5 durch die Signalverarbeitungseinheit 22 und den Aritriebsschalter MOS gebildet.
Außerdem ist die Schaltvorrichtung bzw. das Schaltbauelement in den vorstehenden Ausführungsformen nicht auf den Antriebsschalter MOS beschränkt, und es kann ein anderes Bauelement als der Antriebsschalter MOS verwendet werden.
Zudem wird in jeder der vorstehenden Ausführungsformen der Motor als ein Bürstenpaar aufweisend beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf einen Motor mit mehreren Bürstenpaaren angewendet werden.
Zusätzliche Vorteile und Modifizierungen sind Fachleuten ohne Weiteres klar. Die Erfindung ist daher nicht auf die spezifischen Einzelheiten, die sie repräsentierende Vorrichtung und veranschaulichende Beispiele, die hierin gezeigt und beschrieben sind, beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003-111465 A [0006, 0007, 0008, 0120, 0122]
JP 2033-111465 A [0123]

Claims

Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfassen eine Rotationszustands eines Gleichstrommotors (2, 31, 50, 70, 80, 90), der durch eine von einer Gleichstrom-Leistungsquelle (3, 61, 62) zugeführten Leistung drehbar ist, wobei der Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) zumindest ein Paar von Bürsten (16, 17) aufweist, an die eine Gleichstromspannung von der Gleichstromleistungsquelle (3, 61, 62) angelegt wird, wobei eine Impedanz zwischen dem zumindest einen Paar von Bürsten (16, 17) in Übereinstimmung mit der Rotation des Gleichstrommotors (2, 31, 50, 70, 80, 90) veränderbar ist, wobei die Rotationserfassungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Antriebsvorrichtung, die in einem Erregungspfad in einem die Gleichstromleistungsquelle (3, 61, 62) und den Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) aufweisenden Schaltkreis angeordnet ist, wobei die Antriebsvorrichtung zumindest ein Schaltbauelement (MOS, MOS1, MOS2, MOS3, MOS4, Tr1, Tr2) aufweist, das so konfiguriert ist, dass es den Erregungspfad öffnet und schließt, um die Stromzuführung durch denselben zu steuern; eine Steuerungsvorrichtung (6, 34, 42, 63), die so konfiguriert ist, dass sie das zumindest eine Schaltbauelement (MOS, MOS1, MOS2, MOS3, MOS4, Tr1, Tr2) der Antriebsvorrichtung ein- und ausschaltet; eine Erregungs-Erfassungsvorrichtung (21), die eine elektrische Größe eines elektrischen Stroms erfasst, der dem Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) zugeführt wird; eine Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung (22, 33), die so konfiguriert ist, dass sie eine Veränderung einer Wechselstromkomponente des elektrischen Stroms, der dem Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) zugeführt wird, basierend auf der elektrischen Größe, die durch die Erregungs-Erfassungsvorrichtung (21) erfasst wird, erfasst, wobei die Veränderung der Wechselstromkomponente durch eine Veränderung der Impedanz verursacht wird, die in Übereinstimmung mit der Rotation des Gleichstrommotors (2, 31, 50, 70, 80, 90) bewirkt wird; und eine Rotationszustands-Erfassungsvorrichtung (6, 34, 42, 64), die so konfiguriert ist, dass sie zumindest einen Rotationswinkel, eine Rotationsrichtung und eine Drehzahl des Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) basierend auf einem Erfassungsergebnis der Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung (22, 33) erfasst.
Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Steuerungsvorrichtung (6, 34, 42, 64) eine PWM-Steuerung zum Ein- und Ausschalten des zumindest einen Schaltbauelements (MOS, MOS1, MOS2, MOS3, MOS4, Tr1, Tr2) der Antriebsvorrichtung mit einer vorbestimmten Frequenz und einem Tastverhältnis ausführt, um die Rotation des Gleichstrommotors (2, 31, 50, 70, 80, 90) zu steuern; die PWM-Steuerung, die durch die Steuerungsvorrichtung (6, 34, 42, 64) ausgeführt wird, eine Fluktuation des elektrischen Stroms bewirkt, der dem Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) zugeführt wird; und die Fluktuation des elektrischen Stroms der Wechselstromkomponente entspricht.
Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei: zum Stoppen des rotierenden Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) die Steuerungsvorrichtung (6, 34, 42, 63) die PWM-Steuerung mit dem Tastverhältnis ausführt, das einen bestimmten Wert aufweist, so dass der Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) die Rotation stoppt.
Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei: der Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) so konfiguriert ist, dass er während einer Kapazitätselement-Verbindungszeitspanne in einer Rotation des Gleichstrommotors (2, 31, 50, 70, 80, 90) einen bestimmten Zustand ausbildet; in dem bestimmten Zustand, ein Kapazitätselement mit einem vorbestimmten Kapazitätswert zwischen dem zumindest einen Paar von Bürsten (16, 17) ausgebildet wird; ein elektrischer Ladestrom dem Kapazitätselement zu einem Zeitpunkt zugeführt wird, bei dem der Erregungspfad von der Gleichstromleistungsquelle (3, 61, 62) zu dem Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) in der PWM-Steuerung während der Kapazitätselement-Verbindungszeitspanne geöffnet ist; ein elektrischer Entladestrom aus dem Kapazitätselement zu einem Zeitpunkt entladen wird, bei dem der Erregungspfad in der PWM-Steuerung während der Kapazitätselement-Verbindungszeitspanne geschlossen ist; und zumindest entweder der elektrische Ladestrom oder der elektrische Entladestrom der Wechselstromkomponente entspricht.
Rotationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei: das zumindest eine Schaltbauelement (MOS1, MOS2, MOS3, MOS4, Tr1, Tr2) der Antriebsvorrichtung eine Mehrzahl von Schaltbauelementen (MOS1, MOS2, MOS3, MOS4) beinhaltet; wenn eines oder mehrere der Schaltbauelemente (MOS1, MOS2, MOS3, MOS4) eingeschaltet wird, ein Kurzschluss an dem Gleichstrommotor (50, 70, 80, 90) gebildet wird; die Steuerungsvorrichtung (42, 63) so konfiguriert ist, dass sie eine Erregungssteuerung ausführt, in der der elektrische Strom von der Gleichstromleistungsquelle (61, 62) zu dem Gleichstrommotor (50, 70, 80, 90) fließen kann; die Steuerungsvorrichtung (42, 63) so konfiguriert ist, dass sie eine Kurzschlusssteuerung ausführt, in der der Kurzschluss an dem Gleichstrommotor (50, 70, 80, 90) gebildet wird; und die Steuerungsvorrichtung (42, 63) die PWM-Steuerung so ausführt, dass die Steuerung des Gleichstrommotors (50, 70, 80, 90) zwischen der Erregungssteuerung und der Kurzschlusssteuerung mit dem Tastverhältnis geschaltet wird, um die Rotation des Gleichstrommotors (50, 70, 80, 90) zu steuern.
Rotationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei: das zumindest eine Schaltbauelement (MOS1, MOS2, MOS3, MOS4, Tr1, Tr2) der Antriebsvorrichtung eine Mehrzahl von Schaltbauelementen (MOS1, MOS2, MOS3, MOS4) beinhaltet; die Antriebsvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie eine Erregungsrichtung zum Aktivieren des Gleichstrommotors (50, 70, 80, 90) basierend auf einem Ein-/Aus-Zustand von jedem von der Mehrzahl der Schaltbauelemente (MOS1, MOS2, MOS3, MOS4) schaltet, um eine Rotationsrichtung des Gleichstrommotors (50, 70, 80, 90) zu schalten; und die Steuerungsvorrichtung (42, 63) die PWM-Steuerung zum Schalten der Erregungsrichtung von der Gleichstromleistungsquelle (61, 62) zu dem Gleichstrommotor (50, 70, 80, 90) mit dem Tastverhältnis ausführt, um die Rotation des Gleichstrommotors (50, 70, 80, 90) zu steuern.
Rotationserfassungsvorrichtung nach. Anspruch 5, wobei: die Mehrzahl der Schaltbauelemente (MOS1, MOS2, MOS3, MOS4) der Antriebsvorrichtung vier Schaltbauelemente (MOS1, MOS2, MOS3, MOS4), die eine H-Brückenschaltung bilden, beinhaltet.
Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei: die Mehrzahl der Schaltbauelemente (MOS1, MOS2, MOS3, MOS4) der Antriebsvorrichtung vier Schaltbauelemente (MOS1, MOS2, MOS3, MOS4), die eine H-Brückenschaltung bilden, beinhaltet.
Rotationserfassungssystem, das aufweist: einen Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90), der rotiert, wenn der Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) Leistung von einer Gleichstromleistungsquelle (3, 61, 62) empfängt; und eine Rotationserfassungsvorrichtung (1, 30, 40, 60), die einen Rotationszustand des Gleichstrommotors (2, 31, 50, 70, 80, 90) erfasst, wobei: der Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) zumindest ein Paar von Bürsten (16, 17) aufweist, an das eine Gleichstromspannung von der Gleichstromleistungsquelle (3, 61, 62) angelegt wird, wobei eine Impedanz zwischen dem zumindest einem Paar von Bürsten (16, 17) in Übereinstimmung mit einer Rotation des Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) periodisch veränderbar ist; und die Rotationserfassungsvorrichtung (1, 30, 40, 60) beinhaltet: eine Erregungs-Erfassungsvorrichtung (21), die so konfiguriert ist, dass sie eine elektrische Größe eines elektrischen Stroms erfasst, der dem Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) zugeführt wird; eine Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung (22, 33), die so konfiguriert ist, dass sie eine Veränderung einer Wechselstromkomponente des elektrischen Stroms, der dem Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) zugeführt wird, basierend auf der elektrischen Größe erfasst, die durch die Erregungs-Erfassungsvorrichtung (21) erfasst wird, wobei die Veränderung der Wechselstromkomponente durch eine Veränderung der Impedanz verursacht wird, die in Übereinstimmung mit der Rotation des Gleichstrommotors (2, 31, 50, 70, 80, 90) bewirkt wird; und eine Rotationszustands-Erfassungsvorrichtung (6, 34, 42, 64), die so konfiguriert ist, dass sie zumindest einen Rotationswinkel, eine Rotationsrichtung und eine Drehzahl des Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) basierend auf einem Erfassungsergebnis der Wechselstromkomponenten-Erfassungsvorrichtung (22, 33) erfasst.
Rotationserfassungssystem nach Anspruch 9, wobei: der Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) beinhaltet: eine Ankerspule mit zumindest drei Phasenspulen (L1 bis L3, L11 bis L13, L21 bis L25); einen Kommutator (10) eine Mehrzahl von Kommutatorsegmenten (11 bis 13, 81 bis 85) beinhaltet, die mit der Ankerspule verbunden sind; und das zumindest eine Paar von Bürsten (16, 17), das so konfiguriert ist, dass es jeder der zumindest drei Phasenspulen (L1 bis L3, L11 bis L13, L21, bis L25) durch den Kommutator (10) elektrischen Strom zuführt; und ein erstes Paar mit zwei von der Mehrzahl der Kommutatorsegmente (11 bis 13, 81 bis 85) einen Kapazitätswert aufweist, der sich von einem Kapazitätswert von einem zweiten Paar mit zwei von der Mehrzahl der Kommutatorsegmente (11 bis 13, 81 bis 85) unterscheidet,
Rotationserfassungssystem nach Anspruch 9, wobei: der Gleichstrommotor (2, 31, 50, 70, 80, 90) beinhaltet: ein Gehäuse (91) mit einer Mehrzahl von Magneten (92, 93) auf einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses (91) zum Erzeugen eines Felds, wobei die Mehrzahl der Magneten (92, 93) in einer Umfangsrichtung angeordnet ist; einen Rotorkern (100), der innerhalb des Gehäuses (91) aufgenommen ist, wobei der Rotorkern (100) eine Ankerspule aufweist, die eine Mehrzahl von Phasenspulen (L1 bis L3) umfasst; einen Kommutator mit einer Mehrzahl von Kommutatorsegmenten, die mit der Ankerspule verbunden ist; und das zumindest eine Paar von Bürsten (16, 17), das den Kommutator kontaktiert; und wobei sich eine Induktanz, die zwischen dem Paar von Bürsten (16, 17) gemessen wird, in Übereinstimmung mit einer Rotation des Gleichstrommotors (2, 31, 50, 70, 80, 90) periodisch verändert.