DE10206410A1 - Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung für bürstenlose Gleichstrommotoren - Google Patents
Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung für bürstenlose GleichstrommotorenInfo
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Abstract
Eine Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor ist in der Lage, den Winkel des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors akkurat zu erfassen, ohne einen Positionserfassungssensor zu benötigen. Der Motorregler hat einen Hochfrequenzspannungs-Auflagerer, einen Winkeldetektor, einen U-Phasen-Stromsensor sowie einen W-Phasen-Stromsensor zum Erfassen des Rotorwinkels des bürstenlosen Gleichstrommotors. Der Winkeldetektor erfasst den Rotorwinkel THETA unter Verwendung eines Stromwerts IU_s, der von dem U-Phasen-Stromsensor erfasst ist, eines Stromwerts IW_s, der von dem W-Phasen-Stromsensor erfasst ist, sowie von Hochfrequenzkomponenten in Abhängigkeit von Hochfrequenzspannungen vu, vv, vw, wenn die Hochfrequenzspannungen vu, vv, vw auf Soll-Werte VU_c, VV_c, VW_c für Drei-Phasenspannungen durch den Hochfrequenzspannungs-Auflagerer aufgelagert werden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung
zum Erfassen des Rotorwinkels eines bürstenlosen Schenkelpol-
Gleichstrommotors.
Um einen bürstenlosen Gleichstrommotor zum Erhalt eines gewünschten
Drehmoments anzuregen, ist es erforderlich, eine Spannung an die Anker
in einer geeigneten Phase entsprechend dem elektrischen Winkel
(nachfolgend als "Rotorwinkel" bezeichnet) des Rotors, der magnetische
Pole aufweist, anzulegen. Daher hat der bürstenlose Gleichstrommotor
allgemein einen Positionserfassungssensor zum Erfassen des Rotorwinkels.
Der bürstenlose Gleichstrommotor mit dem Positionserfassungssensor
benötigt eine Schaltung, die mit der Motortreibereinheit kombiniert ist, um
ein erfasstes Signal aufzunehmen, das von dem Positionserfassungssensor
ausgegeben wird, sowie Drähte zwischen dem Positionserfassungssensor
und der Motortreibereinheit. Es sind verschiedene Versuche vorgeschlagen
worden, um den Rotorwinkel ohne den Positionserfassungssensor zu
erfassen, um die Kosten des bürstenlosen Gleichstrommotors und der
Treibereinheit zu senken, indem der Positionserfassungssensor
weggelassen wird.
Bei einem der Vorschläge wird die an die Anker des bürstenlosen
Gleichstrommotors angelegte Spannung in Spannungen auf zwei
orthogonalen Achsen aufgeteilt, und wenn eine Hochfrequenz-
Wechselspannung an eine Achse angelegt wird, wird ein Strom, der an der
anderen Achse in Antwort auf das Anlegen der Hochfrequenz-
Wechselspannung erzeugt wird, erfasst, um hierdurch den Rotorwinkel zu
erfassen. Jedoch ist dieser Ansatz nachteilig darin, dass es eine gewisse
Zeit in einer anfänglichen Anlaufphase benötigt, bevor der erfasste
Rotorwinkel einen Ist-Rotorwinkel erreicht, und es ist schwierig, den
Rotorwinkel zu korrigieren.
Eine andere vorgeschlagene Technik verwendet eine Datentabelle, die
gespeicherte Daten enthält, die eine Korrelation zwischen Rotorwinkeln und
Ankerströmen darstellen, wenn Zwei- oder Dreiphasenströme durch die
Anker des bürstenlosen Gleichstrommotors geleitet werden. Durch die
Anker fließende erfasste Ströme werden an die Datentabelle angelegt, und
es werden Annäherungsrechnungen an Daten in der Datentabelle
durchgeführt, um einen Rotorwinkel zu erfassen. Probleme dieses
Prozesses sind, dass wegen des Effekts von Motorparametern, die sich von
Motor zu Motor unterscheiden, und der Annäherungsrechnungen leicht
Fehler auftreten.
Nachfolgend werden zuerst Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung in
Bezug auf die Fig. 1(a) und 1(b) der beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Wie in Fig. 1(a) gezeigt, umfasst ein bürstenloser
Gleichstrommotor 1 einen Rotor 2 mit Feldmagnetpole aufweisenden
Permanentmagneten sowie Anker 3, 4, 5 in drei Phasen (U-, V-, W-
Phasen). Wenn gegebene Wechselströme den Drei-Phasen-Ankern 3, 4, 5
zugeführt werden, dreht sich der Rotor 2 durch ein umlaufendes
Magnetfeld, das als Kombination der von den Ankern 3, 4, 5 erzeugten
Magnetfelder produziert wird.
Das umlaufende Magnetfeld muss in einer Richtung in Abhängigkeit vom
Winkel θ des Rotors 2 erzeugt werden (in Fig. 1(a) der Winkel des Rotors
2 gemessen im Uhrzeigersinn von dem U-Phasen-Anker 3, nachfolgend als
"Rotorwinkel θ" bezeichnet). Daher ist es erforderlich, den Rotorwinkel θ zu
erfassen, um den bürstenlosen Gleichstrommotor zu regeln.
Bürstenlose Gleichstrommotoren haben allgemein einen
Positionserfassungssensor, wie etwa einen Resolver oder dgl., um den
Rotorwinkel θ zu erfassen. Jedoch ist die Rotorwinkel-
Erfassungsvorrichtung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor nach der
vorliegenden Erfindung in der Lage, den Rotorwinkel θ ohne einen
Positionserfassungssensor zu erfassen und kommt damit ohne einen
Positionserfassungssensor aus.
Wenn, wie in Fig. 1(a) gezeigt, der Schenkelpolrotor 2 verwendet wird,
variiert die magnetische Reluktanz eines Spalts zwischen dem Rotor 2 und
den Ankern 2, 3, 4 periodisch, wenn sich der Rotor 2 dreht. Wenn der
Rotor 2 eine Umdrehung macht, ändert sich die magnetische Reluktanz in
zwei Zyklen, d. h. wenn der Rotor 2 eine halbe Umdrehung macht, variiert
die magnetische Reluktanz in einem Zyklus. Die magnetische Reluktanz ist
maximal, wenn der Rotor 2 in einer Position ist, und minimal, wenn der
Rotor 2 in einer Position ist.
Der Magnetkreis des in Fig. 1(a) gezeigten bürstenlosen Gleichstrommotors
ist in Fig. 1(b) der beigefügten Zeichnungen schematisch gezeigt. Wenn
man in Fig. 1(b) annimmt, dass die magnetische Reluktanz in einem
einheitlichen Cosinus-Wellenmuster variiert und der Durchschnittswert
davon in einer Zyklusperiode 0,5 ist, dann werden die magnetischen
Reluktanzen Ru, Rv, Rw in den jeweiligen Phasen U, V, W durch die
folgenden Gleichungen (1) bis (3) ausgedrückt:
Hierbei kann die magnetische Reluktanz Rtu des Spalts, gesehen von der U-
Phase her, gemäß der folgenden Gleichung (4) bestimmt werden:
Wenn man daher annimmt, dass die U-Phase eine einheitliche Wicklung
aufweist, dann kann die Eigeninduktanz der U-Phase gemäß der folgenden
Gleichung (5) bestimmt werden:
Die gegenseitige Induktanz Muw zwischen den U- und W-Phasen und die
gegenseitige Induktanz Muv zwischen den U- und V-Phasen kann gemäß
den folgenden Gleichungen (6) bzw. (7) bestimmt werden, und zwar
wegen der Anordnung des Magnetkreises:
Die Eigeninduktanzen und die gegenseitigen Induktanzen der V- und W-
Phasen können ähnlich bestimmt werden. Wenn die
Gleichstromkomponente der Eigeninduktanz jeder Phase durch I
ausgedrückt wird, eine Variation der Gleichstromkomponente I durch ΔI,
und die Gleichstromkomponente der gegenseitigen Induktanz zwischen
jedem Phasenpaar durch m, dann wird die Spannungsgleichung des
bürstenlosen Gleichstrommotors mit dem Schenkelpolrotor wie folgt
angegeben:
wobei VU, VV, VW jeweilige Spannungen darstellen, die an die U-, V-, W-
Phasen-Anker angelegt werden, Iu, Iv, Iw jeweilige Ströme darstellen, die
durch die U-, V-, W-Phasen-Anker fließen, r den elektrischen Widerstand
jedes der U-, V-, W-Phasen-Anker darstellen, ωm die elektrische
Winkelgeschwindigkeit des Rotors 2 darstellt und Ke eine induzierte
Spannungskonstante darstellt.
Wenn die elektrische Winkelgeschwindigkeit ωm im Wesentlichen 0 ist,
jegliche Änderungseffekte in der induzierten Spannung und der
Winkelgeschwindigkeit des Rotors 2 klein sind und der Spannungsabfall
aufgrund des Widerstands r einen vernachlässigbar kleinen Wert hat, dann
kann die obige Gleichung (8) gemäß der folgenden Gleichung (9)
angesehen und behandelt werden:
Im Hinblick auf die Tatsache, dass die Summe der Ströme, die in den
jeweiligen Phasen fließen, null ist, kann die Gleichung (9) für Iu, Iv, Iw
modifiziert werden, wie mit der folgenden Gleichung (10) angegeben:
wobei der Rechenfaktor K durch die folgende Gleichung (11) dargestellt
wird:
Wenn ein Hochfrequenz-Auflagerer 21 (siehe Fig. 2 der beigefügten
Zeichnungen) Hochfrequenz-Spannungen vv, vu, vw, die durch die
folgende Gleichung (12) ausgedrückt sind, auf jeweilige Steuerspannungs-
Sollwerte VU_c, VV_c, VW_c auflagert, die an die U-, V-, W-Phasen-Anker
angelegt werden, variiert der durch den U-Phasen-Anker fließende Strom Iu
um einen Betrag, der durch die folgende Gleichung (13) ausgedrückt ist:
wobei ω die elektrische Winkelgeschwindigkeit der
Hochfrequenz-Spannungen vv, vu, vw darstellt.
Der durch den W-Phasen-Anker fließende Strom Iw variiert um einen
Betrag, der durch die folgende Gleichung (14) ausgedrückt ist:
Durch Integrieren der Gleichungen (13), (14) in Bezug auf die Zeit t können
die Ströme Iu, Iw durch die folgenden Gleichungen (15), (16) bestimmt
werden:
Die Gleichungen (15), (16) zeigen, dass die Ströme Iu, Iw in Abhängigkeit
von der Winkelgeschwindigkeit ω der addierten Hochfrequenzspannungen
vu, vv, vw und dem Rotorwinkel θ variieren. Daher wird vorgeschlagen,
den Rotorwinkel θ durch Erfassung der Ströme Iu, Iw zu erfassen, die
fließen, wenn die Hochfrequenzspannungen vu, vv, vw mit der bekannten
Winkelgeschwindigkeit ω addiert werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung auf der Basis der oben
beschriebenen Prinzipien beschrieben. Nach der vorliegenden Erfindung
wird eine Rotorwinkelvorrichtung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor
angegeben, umfassend: ein Spannungsanlagemittel zum Anlegen von
Treiberspannungen an Drei-Phasen-Anker eines bürstenlosen Schenkelpol-
Gleichstrommotors; ein Hochfrequenzspannungs-Auflagerungsmittel zum
Auflagern von Hochfrequenzspannungen auf die jeweiligen
Treiberspannungen; ein erstes Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines
Stroms, der durch einen ersten Phasen-Anker von den Drei-Phasen-Ankern
fließt; ein zweites Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines Stroms, der
durch einen zweiten Phasen-Anker von den Drei-Phasen-Ankern fließt; ein
Referenzwert-Extrahiermittel zum Extrahieren eines Sinus-Referenzwerts in
Abhängigkeit von einem Sinuswert, der das Doppelte des Rotorwinkels des
bürstenlosen Gleichstrommotors ist, und eines Cosinus-Referenzwerts in
Abhängigkeit von einem Cosinuswert, der das Doppelte des Rotorwinkels
des bürstenlosen Gleichstrommotors ist, unter Verwendung eines ersten
Stromwerts, der von dem ersten Stromerfassungsmittel erfasst ist, sowie
eines zweiten Stromwerts, der von dem zweiten Stromerfassungsmittel
erfasst ist, wenn durch das Hochfrequenzspannungs-Auflagerungsmittel die
Hochfrequenzspannungen auf die Treiberspannungen aufgelagert werden,
sowie von Hochfrequenzkomponenten in Abhängigkeit von den
Hochfrequenzspannungen; und ein Rotorwinkel-Berechnungsmittel zum
Berechnen des Rotorwinkels des bürstenlosen Gleichstrommotors aus dem
Sinus-Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert.
Während das Hochfrequenzspannungs-Auflagerungsmittel die
Hochfrequenzspannungen auf die Treiberspannungen auflagert, die an die
Anker des bürstenlosen Gleichstrommotors angelegt werden, und das erste
Stromerfassungsmittel und das zweite Stromerfassungsmittel den ersten
Stromwert bzw. den zweiten Stromwert erfassen, kann das Referenzwert-
Extrahiermittel den Sinus-Referenzwert und den Cosinus-Referenzwert
entsprechend den Gleichungen (15), (16) extrahieren. Das Rotorwinkel-
Berechnungsmittel kann den Rotorwinkel des bürstenlosen
Gleichstrommotors aus dem Sinus-Referenzwert und dem Cosinus-
Referenzwert, die von dem Referenzwert-Extrahiermittel extrahiert werden,
direkt berechnen. Die Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung nach der
vorliegenden Erfindung hat bessere Anfangsfolgereigenschaften als die
herkömmliche Vorrichtung und kann den Rotorwinkel genau erfassen, ohne
durch die Motorparameter beeinflusst zu werden.
Das Referenzwert-Extrahiermittel bewirkt einen Integrierprozess oder einen
Tiefpassfilterprozess an den Hochfrequenzkomponenten, um den Sinus-
Referenzwert und den Cosinus-Referenzwert zu extrahieren.
Indem es den Integrierprozess oder den Tiefpassfilterprozess bewirkt, kann
das Referenzwert-Extrahiermittel die Hochfrequenzkomponenten fixieren,
die leicht mit der Zeit variieren, und den Sinus-Referenzwert und den
Cosinus-Referenzwert extrahieren.
Das Rotorwinkel-Berechnungsmittel berechnet Phasendifferenzdaten, die
eine Phasendifferenz (θ - ) zwischen einem geschätzten Wert () und
einem Istwert (θ) des Rotorwinkels des bürstenlosen Gleichstrommotors
repräsentieren, unter Verwendung des Sinus-Referenzwerts und des
Cosinus-Referenzwerts, und berechnet den Rotorwinkel gemäß
Folgerberechnungen unter Verwendung eines Beobachters, der aufgebaut
ist, um die Phasendifferenz (θ - ), die durch die Phasendifferenzdaten
ausgedrückt ist, zu eliminieren.
Das Rotorwinkel-Berechnungsmittel kann den Rotorwinkel aus dem Sinus-
Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert unter Verwendung des
Beobachters berechnen.
Unter Verwendung von Iu, Iw, die durch die obigen Gleichungen (15), (16)
bestimmt sind, wird die Beziehung der folgenden Gleichung (17) erhalten:
Da die durch die U- und W-Phasen-Anker fließenden Ströme allgemein eine
Gleichstromkomponente enthalten, werden der durch den U-Phasen-Anker
fließende Strom Iu und der durch den W-Phasen-Anker fließende Strom Iw
gemäß folgenden Gleichungen (18), (19) umgeschrieben:
wobei Iudc die Gleichstromkomponente des durch den U-Phasen-Anker
fließenden Stroms ist.
wobei Iwdc die Gleichstromkomponente des durch den W-Phasen-Anker
fließenden Stroms ist.
Aus der Beziehung der Gleichung (17) und der folgenden Gleichung (20)
können ein Sinus-Referenzwert Vs und ein Cosinus-Referenzwert Vc, die
das Doppelte (2θ) des Rotorwinkels θ sind, jeweils durch die folgenden
Gleichungen (21), (22) die die Gleichstromkomponenten enthaltenden
Ströme Iu, Iw gemäß den Gleichungen (18), (19), und die
Hochfrequenzkomponenten in Abhängigkeit von den aufgelagerten
Hochfrequenzspannungen berechnet werden:
Daher kann das Referenzwert-Extrahiermittel den Sinus-Referenzwert und
den Cosinus-Referenzwert extrahieren, indem es die Gleichungen (21), (22)
als den Integrierprozess berechnet.
Der Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors kann aus dem gemäß
Gleichung (21) berechneten Sinus-Referenzwert (Vs) und dem gemäß
Gleichung (22) berechneten Cosinus-Referenzwert (Vc) gemäß der
folgenden Gleichung (23) berechnet werden:
Die tan-1-Funktion variiert stark, wenn der Sinus-Referenzwert (Vs) und der
Cosinus-Referenzwert (Vc) variieren. Wenn daher der Rotorwinkel des
bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß Gleichung (23) berechnet wird,
könnte ein Erfassungsfehler des Rotorwinkels aufgrund eines Rechenfehlers
des Sinus-Referenzwerts (Vs) und des Cosinus-Referenzwerts (Vc)
zunehmen.
Im Hinblick auf den vorstehenden Nachteil erzeugt das Rotorwinkel-
Berechnungsmittel Phasendifferenzdaten, die eine Phasendifferenz (θ - )
zwischen einem Schätzwert () und einem Istwert (θ) des Rotorwinkels des
bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß der folgenden Gleichung (24),
während die Hochfrequenzspannungen auf die Treiberspannungen durch
das Hochfrequenzspannungs-Auflagerungsmittel aufgelagert werden und
der Sinus-Referenzwert und der Cosinus-Referenzwert durch das
Referenzwert-Extrahiermittel in jedem Regelzyklus extrahiert werden,
berechnet den Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß der
obigen Gleichung (23) in einem ersten Regelzyklus, und verwendet in den
nächsten und folgenden Regelzyklen den Rotorwinkel des bürstenlosen
Gleichstrommotors, der in einem vorhergehenden Regelzyklus berechnet
ist, als einen Schätzwert () für den Rotorwinkel des bürstenlosen
Gleichstrommotors in dem vorhergehenden Regelzyklus, aktualisiert den
Schätzwert () für den Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors
mit einem Beobachter, der den Schätzwert () für den Rotorwinkel des
bürstenlosen Gleichstrommotors auf der Basis der Phasendifferenzdaten
aktualisiert und berechnet, um die Phasendifferenz (θ - ) in Abhängigkeit
von den Phasendifferenzdaten zu eliminieren, die in dem vorhergehenden
Regelzyklus berechnet sind, um hierdurch einen Schätzwert () für den
Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors in einem gegenwärtigen
Regelzyklus zu berechnen, und verwendet den Schätzwert () für den
Rotorwinkel als den Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors.
Mit der obigen Anordnung berechnet das Rotorwinkel-Berechnungsmittel
den Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß Gleichung
(23) nur in dem ersten Regelzyklus. In den nächsten und folgenden
Regelzyklen legt das Rotorwinkel-Berechnungsmittel die
Phasendifferenzdaten, die auf der Basis von Gleichung (24) im
vorhergehenden Regelzyklus erzeugt sind, und den Rotorwinkel des
bürstenlosen Gleichstrommotors, der im vorhergehenden Regelzyklus
berechnet ist, an den Beobachter an und berechnet einen Schätzwert (θ)
für den Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors in dem
vorhergehenden Regelzyklus. Das Rotorwinkel-Berechnungsmittel kann
somit den Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors in den
nächsten und folgenden Regelzyklen akkurat erfassen.
Das Rotorwinkel-Berechnungsmittel verwendet, als die
Phasendifferenzdaten, Δθ1, das durch Teilen der Phasendifferenz durch
√Vs²+Vc² erzeugt ist, gemäß der folgenden Gleichung (25), um hierdurch
zu verhindern, dass der Verstärkungsfaktor des Beobachters in
Abhängigkeit von Änderungen in den Höhen des Sinus-Referenzwerts Vs
und des Cosinus-Referenzwerts Vc variiert. Daher kann der Rotorwinkel
des bürstenlosen Gleichstrommotors stabil erfasst werden.
wobei Δθ1: Phasendifferenzdaten.
Wenn das Rotorwinkel-Berechnungsmittel eine relativ geringe
Rechenleistung hat, können die Phasendifferenzdaten Δθ1 durch
Annäherungsberechnungen gemäß der folgenden Gleichung (26), anstatt
der Gleichung (25), berechnet werden:
Wenn der Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß dem
Beobachter unter Verwendung der Phasendifferenzdaten Δθ1, die gemäß
der Gleichung (25) berechnet sind, und den Phasen der Ströme, die den
Ankern des bürstenlosen Gleichstrommotors auf der Basis des erfassten
Rotorwinkels zugeführt werden, erfasse wird, kann ein Grundwert des
Ausgangsdrehmoments des bürstenlosen Gleichstrommotors in einem
Hochstrombereich, d. h. ein unterer Endwert des variierenden Bereichs des
Ausgangsdrehmoments, gesenkt werden, mit der Tendenz, das Pulsieren
des Ausgangsdrehmoments zu erhöhen. Die Erfinder der vorliegenden
Erfindung haben verschiedene Studien unternommen, um eine solche
Minderung des Grundwerts des Ausgangsdrehmoments zu unterdrücken,
und haben als Ergebnis herausgefunden, dass der Grundwert des
Ausgangsdrehmoments erhöht werden kann, indem man den Rotorwinkel
des bürstenlosen Gleichstrommotors, der vom Rotorwinkel-
Berechnungsmittel berechnet ist, zwangsweise verschiebt, um die
Phasendifferenz zwischen den erfassten und Istwerten des Rotorwinkels zu
verändern.
Das Rotorwinkel-Berechnungsmittel kann den Beobachter unter
Verwendung von Δθ2 aufbauen, das gemäß der folgenden Gleichung (27)
berechnet ist, mit einem hierzu addierten Versatzwert (offset), als die
Phasendifferenzdaten, um hierdurch den Rotorwinkel des bürstenlosen
Gleichstrommotors zu berechnen, um die Differenz zwischen den erfassten
und Istwerten des Rotorwinkels zu dem Versatzwert auszugleichen. Somit
wird die Phasendifferenz zwischen den erfassten und Istwerten des
Rotorwinkels zwangsweise verschoben, um eine Minderung in dem
Grundwert des Ausgangsdrehmoments zu unterdrücken, um hierdurch das
Pulsieren des Ausgangsdrehmoments zu senken:
wobei Δθ2: die Phasendifferenzdaten.
Die Induktanz des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors variiert in
periodischen Zyklen, die jeweils einen elektrischen Winkel von 180° haben.
Wenn der Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors durch
Auflagern der Hochfrequenzspannungen auf die Treiberspannungen des
bürstenlosen Gleichstrommotors mit dem Hochfrequenzspannungs-
Auflagerungsmittel erfasst wird, dann kann die Richtung der Magnetpole
des Rotormagnets des bürstenlosen Gleichstrommotors nicht bestimmt
werden. Das heißt, der Rotorwinkel θ (0 ≦ θ ≦ 180°) und der Rotorwinkel
θ + 180° können nicht separat voneinander erfasst werden.
Um den obigen Nachteil zu überwinden, haben die Erfinder verschiedene
Untersuchungen durchgeführt und herausgefunden, dass, wenn der
bürstenlose Gleichstrommotor gemäß einem dq-Umwandlungsprozess
gesteuert wird, der den bürstenlosen Gleichstrommotor als Ersatzschaltung
behandelt, die einen q-Achsen-Anker aufweist, der auf einer q-Achse
angeordnet ist, die sich in Richtung von Magnetflüssen der Feldmagnetpole
des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors erstreckt, sowie einen d-
Achsen-Anker, der auf einer d-Achse angeordnet ist, die sich orthogonal zu
der q-Achse erstreckt, dann kommt es, wenn ein Strom durch den q-
Achsen-Anker fließt und der Rotorwinkel des Rotors durch das
Rotorwinkel-Berechnungsmittel erfasst wird, zu einem Unterschied
zwischen dem Sinus-Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert in
Abhängigkeit von dem berechneten Rotorwinkel, wenn die Richtung des
von dem q-Achsen-Anker erzeugten Magnetfelds und die Richtung des von
den Magnetpolen des Rotors erzeugten Magnetfeldes zueinander gleich
sind, und wenn diese Richtungen voneinander unterschiedlich sind.
Nach der vorliegenden Erfindung enthält die Rotorwinkel-
Erfassungsvorrichtung ferner Korrelationsdaten-Speichermittel zum
Behandeln des bürstenlosen Gleichstrommotors als Ersatzschaltung, die
einen q-Achsen-Anker aufweist, der auf einer q-Achse angeordnet ist, die
sich in der Richtung von Magnetflüssen von Magnetfeldpolen des Rotors
des bürstenlosen Gleichstrommotors erstreckt, sowie einen d-Achsen-
Anker, der auf einer d-Achse angeordnet ist, die sich orthogonal zur q-
Achse erstreckt, und zum vorherigen Speichern von Daten eines Kennfelds
oder einer Relationsgleichung, die eine Korrelation zwischen einem
Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors, der von dem
Rotorwinkel-Berechnungsmittel berechnet ist, während ein vorbestimmter
Magnetpol-Bestimmungsstrom durch den q-Achsen-Anker fließt, und einem
Schwellenwert repräsentiert, der zwischen einem Sättigungsreferenzwert,
der durch einen vorbestimmten Berechnungsprozess in Abhängigkeit von
dem Sinus-Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert berechnet wird,
die von dem Referenzwert-Extrahiermittel extrahiert sind, wenn sich der
Rotor in einem gesättigten Zustand befindet, in dem die Richtung eines von
dem q-Achsen-Anker erzeugten Magnetfelds und die Richtung eines von
Magnetpolen des Rotors erzeugten Magnetfelds zueinander gleich sind,
wenn der Rotorwinkel berechnet wird, und einen
Nichtsättigungsreferenzwert aufgestellt ist, der durch den vorbestimmten
Berechnungsprozess in Abhängigkeit von dem Sinus-Referenzwert und dem
Cosinus-Referenzwert berechnet wird, die von dem Referenzwert-
Extrahiermittel extrahiert sind, wenn sich der Rotor in einem ungesättigten
Zustand befindet, in dem die Richtung des von dem q-Achsen-Anker
erzeugten Magnetfelds und die Richtung des von den Magnetpolen des
Rotors erzeugten Magnetfelds einander entgegengesetzt sind, wenn der
Rotorwinkel berechnet wird.
Die Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung besitzt auch ein
Magnetpolrichtungs-Bestimmungsmittel zum Behandeln des bürstenlosen
Gleichstrommotors als Ersatzschaltung, und Vergleichen eines
Schwellenwerts in Abhängigkeit von dem Rotorwinkel, der erhalten wird,
wenn der Rotorwinkel, der von dem Rotorwinkel-Berechnungswinkel
berechnet wird, während der Magnetpol-Bestimmungsstrom durch den q-
Achsen-Anker fließt, an das Kennfeld oder die Relationsgleichung angelegt
wird, mit einem Magnetpol-Bestimmungswert, der gemäß dem
vorbestimmten Berechnunsprozess in Abhängigkeit von dem Sinus-
Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert berechnet wird, die von dem
Referenzwert-Extrahiermittel extrahiert sind, wenn der Rotorwinkel
berechnet wird, um hierdurch zu bestimmen, ob der Rotor im gesättigten
Zustand oder im ungesättigten Zustand ist, um die Richtung der
Magnetpole des Rotors zu bestimmen.
Mit der obigen Anordnung, wie im Detail später beschrieben, erfasst das
Magnetpolrichtungs-Bestimmungsmittel den Rotorwinkel des bürstenlosen
Gleichstrommotors, während der Magnetpol-Bestimmungsstrom durch den
q-Achsen-Anker fließt. Das Magnetpolrichtungs-Bestimmungsmittel
vergleicht dann einen Schwellenwert, der durch Anlegen des berechneten
Rotorwinkels an die Kennfeld/Relationsgleichung erhalten wird, mit einem
Magnetpol-Bestimmungswert, der gemäß dem vorbestimmten
Berechnungsprozess in Abhängigkeit von dem Sinus-Referenzwert und dem
Cosinus-Referenzwert berechnet wird, die durch das Referenzwert-
Extrahiermittel extrahiert sind, wenn der Rotorwinkel berechnet wird, um
hierdurch die Richtung der Magnetpole des Rotors zu bestimmen. Auf diese
Weise kann der Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors in einem
Bereich von 0 bis 360° erfasst werden.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich, die eine bevorzugte Ausführung
der vorliegenden Erfindung als Beispiel erläutern.
Fig. 1(a) und 1(b) sind Ansichten, die schematisch eine Struktur eines
bürstenlosen Gleichstrommotors zeigen;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Motorreglers für einen
Regelbetrieb des in den Fig. 1(a) und 1(b) gezeigten
bürstenlosen Gleichstrommotors;
Fig. 3(a) und 3(b) sind Grafiken, die einen Prozess zur Bestimmung der
Richtung von Magnetpolen des Rotors des bürstenlosen
Gleichstrommotors darstellen; und
Fig. 4(a) und 4(b) sind Grafiken, die einen Prozess zum Unterdrücken
einer Minderung des Grundwerts des
Ausgangsdrehmoments des bürstenlosen
Gleichstrommotors darstellen.
Nachfolgend wird im Detail eine Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung nach
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Fig. 1(a), 1(b) bis 4(a), 4(b)
beschrieben.
Ein in Fig. 2 gezeigter Motorregler 10 regelt Ströme, die durch die Anker 3,
4, 5 des bürstenlosen Schenkelpol-Gleichstrommotors 1 (nachfolgend als
"Motor 1" bezeichnet), der in den Fig. 1(a) und 1(b) gezeigt ist, fließen,
durch eine Rückkopplungsschleife. Der Motorregler 10 behandelt den Motor
1 als eine Ersatzschaltung gemäß einem dq-Koordinatensystem, das einen
q-Achsen-Anker aufweist, der auf einer q-Achse angeordnet ist, die sich in
der Richtung von Magnetflüssen von Feldmagnetpolen des Rotors 2
erstrecken, sowie einen d-Achsen-Anker, der auf einer d-Achse angeordnet
ist, die sich orthogonal zur q-Achse erstreckt.
Der Motorregler 10 regelt die Spannungen, die an die Drei-Phasen-Anker
des Motors 1 angelegt werden, um einen Sollwert Id_c für den durch den
d-Achsen-Anker fließenden Strom (nachfolgend als "d-Achsen-Strom"
bezeichnet) und einen Sollwert Iq_c für den durch den q-Achsen-Anker
fließenden Strom (nachfolgend als "q-Achsen-Strom" bezeichnet), welche
Sollwerte von einer externen Quelle vorgegeben werden, mit einem
erfassten Wert Id_s des d-Achsen-Stroms und einem erfassten Wert Iq_s
des q-Achsen-Stroms jeweils in Übereinstimmung zu bringen, die durch
Drei-Phasen/dq-Umwandlung aus erfassten Werten der Ströme berechnet
wurden, die tatsächlich durch die Drei-Phasen-Anker des Motors 1 fließen.
Der Motorregler 10 umfasst einen dq/Drei-Phasen-Wandler 20 zum
Umwandeln eines Sollwerts Vd_c für die an den d-Achsen-Anker angelegte
Spannung (nachfolgend als "d-Achsen-Spannung" bezeichnet) sowie eines
Sollwerts Vq_c für die an den q-Achsen-Anker angelegte Spannung
(nachfolgend als "q-Achsen-Spannung" bezeichnet) in Sollwerte VU_c,
VV_c, VW_c für die Spannungen, die an die U-, V-, W-Phasen-Anker des
Motors 1 angelegt werden, einen Hochfrequenzspannungs-Auflagerer 21
(entsprechend einem Hochfrequenzspannungs-Auflagerungsmittel nach der
vorliegenden Erfindung) zum Auflagern jeweiliger Hochfrequenzspannungen
vu, vv, vw auf die Sollwerte VU_c, VV_c, VW_c, die von dem dq/Drei-
Phasen-Wandler 20 ausgegeben werden, sowie eine Leistungstreibereinheit
(PDU) 22 (entsprechend einem Spannungsanlagemittel nach der
vorliegenden Erfindung), um Spannungen VU, VV, VW in Abhängigkeit von
den Sollwerten VU_c, VV_c, VW_c, auf die die Hochfrequenzspannungen
vu, vv, vw aufgelagert wurden, an die U-, V-, W-Phasen-Anker des Motors
1 anzulegen.
Der Motorregler 10 besitzt auch einen U-Phasen-Stromsensor 23
(entsprechend einem ersten Stromerfassungsmittel nach der vorliegenden
Erfindung) zum Erfassen eines Stroms, der durch den Anker der U-Phase
(entsprechend einer ersten Phase) des Motors 1 fließt, einen W-Phasen-
Stromsensor 24 (entsprechend einem zweiten Stromerfassungsmittel nach
der vorliegenden Erfindung) zum Erfassen eines Stroms, der durch den
Anker der W-Phase (entsprechend einer zweiten Phase) des Motors 1
fließt, einen Winkeldetektor 25 zum Erfassen des Rotorwinkels θ unter
Verwendung eines erfassten Stromwerts IU_s von dem U-Phasen-
Stromsensor 23 und einem erfassten Stromwert IW_s von dem W-Phasen-
Stromsensor 24, einen Drei-Phasen/dq-Wandler 26 zum Berechnen der
erfassten Werte Id_s, Iq_s unter Verwendung der erfassten Stromwerte
IU_s, IW_s, sowie einen Störbeseitigungsrechner 27 zum Löschen des
Effekts von geschwindigkeitsbedingten elektromotorischen Kräften, die
zwischen der d-Achse und der q-Achse miteinander wechselwirken.
In dem Motorregler 10 subtrahiert ein erster Subtrahierer 28 den erfassten
Wert Id_s von dem Sollwert Id_c für den d-Achsen-Strom, und ein erster PI-
Prozessor 29 führt einen PI-(Proportional-plus-Integral)-Prozess an der
Differenz zwischen dem erfassten Wert Id_s und dem Sollwert Id_c aus.
Ein erster Addierer 30 addiert eine Störungsbeseitigungskomponente zu
einem Ausgangssignal von dem ersten PI-Prozessor 29, wobei der Sollwert
Vd_c für die d-Achsen-Spannung in Abhängigkeit von der Differenz
zwischen dem erfassten Wert Id_s und dem Sollwert Id_c erzeugt wird.
Ähnlich subtrahiert ein zweiter Subtrahierer 31 den erfassten Wert Iq_s von
dem Sollwert Iq_c für den q-Achsen-Strom, und ein zweiter PI-Prozessor 32
führt einen PI-Prozess an der Differenz zwischen dem erfassten Wert Iq_s
und dem Sollwert Iq_c aus. Ein zweiter Addierer 33 addiert eine
Störbeseitigungskomponente zu einem Ausgangssignal von dem zweiten
PI-Prozessor 32, wobei der Sollwert Vq_c für die q-Achsen-Spannung in
Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem erfassten Wert Iq_s und dem
Sollwert Iq_c erzeugt wird.
Der Sollwert Vd_c für die d-Achsen-Spannung und der Sollwert Vq_c für
die q-Achsen-Spannung werden dem dq/Drei-Phasen-Wandler 20 zugeführt.
Auf der Basis der Sollwerte VU_c, VV_c, VW_c mit den aufgelagerten
Hochfrequenzspannungen vu, vv, vw, die von dem dq/Drei-Phasen-Wandler
20 zugeführt werden, legt die Leistungstreibereinheit 22 die Drei-Phasen-
Spannungen VU, VV, VW an die Anker des Motors 1 an, um die durch die
Anker fließenden Ströme zu regeln, um die Differenz zwischen dem
erfassten Wert Id_s und dem Sollwert Id_c sowie die Differenz zwischen
dem erfassten Wert Iq_s und dem Sollwert Iq_c zu eliminieren.
Damit der Drei-Phasen/dq-Wandler 26 den erfassten Wert Id_s des d-
Achsen-Stroms und den erfassten Wert Iq_s des q-Achsen-Stroms aus dem
erfassten Stromwert IU_s von dem U-Phasen-Stromsensor 23, dem
erfassten Stromwert IW_s von dem W-Phasen-Stromsensor 24 und dem
Rotorwinkel θ gemäß den folgenden Gleichungen (28), (29) berechnet, ist
es erforderlich, dass der Motorregler 10 den Rotorwinkel θ erfasst:
Der Motorregler 10 erfasst den Rotorwinkel θ, indem er die
Hochfrequenzspannungen vu, vv, vw (siehe Gleichung (12)) von dem
Hochfrequenzspannungs-Auflagerer 21 jeweils auf die Sollwerte VU_c,
VV_c, VW_c für die an die U-, V-, W-Phasen angelegten Spannungen
auflagert, die von dem dq/Drei-Phasen-Wandler 20 ausgegeben werden,
ohne einen Positionserfassungssensor, wie etwa einen Resolver oder
dergleichen, zu verwenden.
Insbesondere addiert ein dritter Addierer 34 die Hochfrequenzspannung vu
zu dem Sollwert VU_c, ein vierter Addierer 35 addiert die
Hochfrequenzspannung vv zu dem Sollwert VV_c, und ein fünfter Addierer
36 addiert die Hochfrequenzspannung vw zu dem Sollwert VW_c. Der
Winkeldetektor 25 erfasst den Rotorwinkel θ aus dem erfassten Stromwert
IU_s von dem U-Phasen-Stromsensor 23 und dem erfassten Stromwert
IW_s von dem W-Phasen-Stromsensor 24 zu der Zeit, zu der die
Hochfrequenzspannungen vu, vv, vw auf die Sollwerte VU_c, VV_c, VW_c
aufgelagert werden.
Der Winkeldetektor 25 hat die Funktionen eines Referenzwert-
Extrahiermittels, eines Rotorwinkel-Berechnungswinkels sowie eines
Magnetpolrichtungs-Bestimmungsmittels nach der vorliegenden Erfindung.
Der Winkeldetektor 25, die Leistungstreibereinheit 22, der
Hochfrequenzspannungs-Auflagerer 21, der U-Phasen-Stromsensor 23 und
der W-Phasen-Stromsensor 24 bilden gemeinsam die Vorrichtung zum
Erfassen des Rotorwinkels eines bürstenlosen Gleichstrommotors nach der
vorliegenden Erfindung. Ein Prozess zum Erfassen des Rotorwinkels θ mit
dem Hochfrequenzspannungs-Auflagerer 21 und dem Winkeldetektor 25
wird nachfolgend beschrieben.
Der Winkeldetektor 25 setzt den erfassten Stromwert IU_s von dem U-
Phasen-Stromsensor 23 und dem erfassten Stromwert IW_s von dem W-
Phasen-Stromsensor 24 jeweils in Iu, Iw in den obigen Gleichungen (21),
(22) und setzt die Winkelgeschwindigkeit ω der Hochfrequenzspannungen
vu, vv, vw, die von dem Hochfrequenzspannungs-Auflagerer 21
aufgelagert sind, in ω in den Gleichungen (21), (22), um hierdurch einen
Sinus-Referenzwert Vs und einen Cosinus-Referenzwert Vc zu berechnen,
die das Doppelte des Rotorwinkels θ sind. Die Sinus- und Cosinus-
Komponenten von ωt in den Gleichungen (21), (22) entsprechen den
Hochfrequenzkomponenten und den aufgelagerten
Hochfrequenzspannungen nach der vorliegenden Erfindung.
In den Gleichungen (21), (22) reicht die Integrationsperiode von 0 bis 2π/ω,
um die integrierten Werte in Bezug auf die Gleichstromkomponenten (Iudc,
Iwdc) von Iu, Iw an 0 anzugleichen. Wenn Iu, Iw keine
Gleichstromkomponenten enthalten und durch die obigen Gleichungen (15),
(16) ausgedrückt werden, dann können ein Sinus-Referenzwert Vs und ein
Cosinus-Referenzwert Vc mit der Integrationsperiode berechnet werden, die
von 0 bis π/ω reicht, wie durch die folgenden Gleichungen (30), (31)
angegeben:
Der Winkeldetektor 25 berechnet dann den Rotorwinkel θ aus den
berechneten Sinus- und Cosinus-Referenzwerten Vs, Vc gemäß der
folgenden Gleichung (32):
Auch wenn die Motorparameter des Motors 1 variieren, werden, da das
Verhältnis des Sinus-Referenzwerts Vs und des Cosinus-Referenzwerts Vc,
die durch die Gleichungen (21), (22) berechnet wird, unverändert bleiben,
die Variationen in den Motorparametern die Berechnung des Rotorwinkels
θ gemäß der Gleichung (32) nicht beeinflussen.
Weil Variationen in der Induktanz des Spalts des Rotors 2 eine Periode
haben, die 1/2 des Rotorwinkels θ ist, kann der Rotorwinkel θ in einem
elektrischen Winkelbereich von 0 bis 180° oder von 180° bis 360° für den
bürstenlosen Schenkelpol-Gleichstrommotor berechnet werden. Um den
Rotorwinkel θ in einem elektrischen Winkelbereich von 0 bis 360° zu
erfassen, ist es daher notwendig, einen Prozess der Bestimmung der
Richtung der Magnetpole des Rotors 2 durchzuführen.
Wenn ein Strom durch den q-Achsen-Anker fließt, um ein Magnetfeld in der
Richtung der q-Achse zu erzeugen, d. h. der Richtung von Magnetflüssen
des Magnets des Rotors 2, wird ΔI (eine Variation der
Gleichstromkomponente I der Eigeninduktanz jeder der Phasen U, V, W) zu
der Zeit erhöht, zu der sich der Rotor 2 in einem Sättigungszustand
befindet, wo die Richtung des von den Strömen erzeugten Magnetfelds und
die Richtung des von dem Magneten erzeugten Magnetfelds zueinander
gleich sind. Jedoch wird ΔI zu der Zeit reduziert, zu der sich der Rotor 2 in
einem ungesättigten Zustand befindet, wo die Richtung des von den
Strömen erzeugten Magnetfelds und die Richtung des von dem Magneten
erzeugten Magnetfelds einander entgegengesetzt sind.
Daher differiert ein Magnetpol-Bestimmungswert A, der aus dem Sinus-
Referenzwert Vs und dem Cosinus-Referenzwert Vc (berechnet durch die
Gleichungen (21), (22)) berechnet ist, die in Abhängigkeit vom Wert von ΔI
gemäß der folgenden Gleichung (40) variieren (entsprechend einem
Berechnungsprozess nach der vorliegenden Erfindung), wenn der Rotor 2 in
dem gesättigten Zustand ist und wenn der Rotor 2 in dem ungesättigten
Zustand ist:
Daher kann der Winkeldetektor 25 erfassen, ob sich der Rotor 2 in dem
gesättigten Zustand oder dem ungesättigten Zustand befindet, um die
Richtung der Magnetpole des Rotors 2 zu bestimmen, indem er den Sinus-
Referenzwert Vs und den Cosinus-Referenzwert Vc gemäß den
Gleichungen (21), (22) aus den erfassten Stromwerten von dem W-Phasen-
Stromsensor 24 und dem U-Phasen-Stromsensor 23 berechnet, während
die Hochfrequenzspannungen vu, vv, vw durch den
Hochfrequenzspannungs-Auflagerer 21 aufgelagert werden und ein
vorbestimmter Magnetpol-Bestimmungsstrom durch den q-Achsen-Anker
fließt, und indem er den Magnetpol-Bestimmungswert A, der aus dem
Sinus-Referenzwert Vs und dem Cosinus-Referenzwert Vc gemäß
Gleichung (33) berechnet ist, mit einem vorbestimmten Schwellenwert
vergleicht.
In Abhängigkeit von den Konfigurationen des Rotors 2 und der Anker 3, 4,
5 könnte jedoch der Magnetpol-Bestimmungswert A differieren, wenn sich
der Rotor 2 in dem gesättigten Zustand befindet und wenn sich der Rotor
2 in dem ungesättigten Zustand befindet. In diesem Fall kann die Richtung
der Magnetpole des Rotors 2 nicht einfach dadurch bestimmt werden, dass
der Magnetpol-Bestimmungswert A mit dem vorbestimmten Schwellenwert
verglichen wird.
Fig. 3(a) ist eine Grafik, die zeigt, wie der Magnetpol-Bestimmungswert A
in Bezug auf die Ist-Winkelwerte des Rotors 2 variiert. Die in Fig. 3(a)
gezeigte Grafik hat eine horizontale Achse, die die Istwerte des
Rotorwinkels θ darstellt, und eine vertikale Achse, die den Magnetpol-
Bestimmungswert A darstellt. In Fig. 3(a) bezeichnet eine Kurve den
Übergang des Magnetpol-Bestimmungswerts A, wenn sich der Rotor 2 in
dem gesättigten Zustand befindet, und Kurve bezeichnet den Übergang
des Magnetpol-Bestimmungswerts A, wenn sich der Rotor 2 in dem
ungesättigten Zustand befindet. Wenn ein konstanter Schwellenwert B
verwendet wird, um die Richtung der Magnetpole des Rotors 2 zu
bestimmen, wie in Fig. 3(a) gezeigt, dann kann, da bestimmte Winkel
vorhanden sind, in denen der Rotor 2 auf beiden Kurven , als gesättigt
gewertet wird, die Richtung der Magnetpole des Rotors 2 aus dem
Magnetpol-Bestimmungswert A nicht bestimmt werden.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, bestimmt der Winkeldetektor 25 die
Richtung der Magnetpole des Rotors 2 wie folgt:
Eine Rückschau auf Fig. 3(a) lässt erkennen, dass, während die Kurven ,
mit den gleichen periodischen Zyklen variieren, sie ein wenig außer Phase
zueinander sind. Ein Vergleich zwischen dem von dem Winkeldetektor 25
erfassten Rotorwinkel, wenn sich der Rotor 2 in dem gesättigten Zustand
befindet, und dem von dem Winkeldetektor 25 erfassten Rotorwinkel,
wenn sich der Rotor 2 in dem ungesättigten Zustand befindet, zeigt, dass
diese erfassten Rotorwinkel von dem Ist-Rotorwinkel in unterschiedlicher
Weise differieren.
Fig. 3(b) ist eine Grafik, die zeigt, wie der Magnetpol-Bestimmungswert A
in Bezug auf die vom Winkeldetektor 25 erfassten Winkelwerte variiert. Die
in Fig. 3(b) gezeigte Grafik hat eine horizontale Achse, die die erfassten
Werte des Rotorwinkels θ darstellt, und eine vertikale Achse, die den
Magnetpol-Bestimmungswert A darstellt. In Fig. 3(b) bezeichnet eine Kurve
den Übergang des Magnetpol-Bestimmungswerts A, wenn sich der Rotor
2 in dem gesättigten Zustand befindet, und eine Kurve bezeichnet den
Übergang des Magnetpol-Bestimmungswerts A, wenn sich der Rotor 2 in
dem ungesättigten Zustand befindet.
Wie am besten aus Fig. 3(a) ersichtlich, variieren die Kurven , in Bezug
auf die erfassten Werte des Rotorwinkels θ. Nach der vorliegenden
Erfindung ist ein Schwellenwert, dessen Wert in Abhängigkeit von dem
Rotorwinkel θ variiert, wie mit der Kurve angegeben, zwischen den
Kurven , aufgestellt. Der Winkeldetektor 25 kann nun die Richtung der
Magnetpole des Rotors 2 bestimmen, indem er die erfassten Werte des
Rotorwinkels θ und den durch die Kurve angegebenen Schwellenwert
vergleicht.
In Fig. 3(b) variiert der Schwellenwert in einem Sinus-Wellenmuster, dessen
Periode die gleiche ist wie die Kurven , . Um Schwellenwerte in
Abhängigkeit von den erfassten Werten des Rotorwinkels θ zu erhalten, ist
ein Datenkennfeld, das eine Korrelation zwischen Rotorwinkeln und diesen
Rotorwinkeln entsprechenden Schwellenwerten darstellt, in einem Speicher
gespeichert.
Der Winkeldetektor 25 erfasst einen Rotorwinkel θ, während die
Hochfrequenzspannungen vu, vv, vw auf die Treiberspannungen VU, VV,
VW des Motors 1 aufgelagert werden und ein vorbestimmter Magentpol-
Bestimmungsstrom durch den q-Achsen-Anker fließt, und legt den
erfassten Rotorwinkel θ an Korrelationsdaten des Datenkennfelds an, um
hierdurch einen Schwellenwert zu erhalten, der dem erfassten Rotorwinkel
θ entspricht.
Dann berechnet der Winkeldetektor 25 einen Magnetpol-Bestimmungswert
A entsprechend der Gleichung (33) aus dem Sinus-Referenzwert Vs und
dem Cosinus-Referenzwert Vc, die berechnet sind, wenn der Rotorwinkel
θ erfasst wird, und vergleicht den Magnetpol-Bestimmungswert A mit dem
Schwellenwert, der dem erfassten Rotorwinkel θ entspricht. Wenn der
Magnetpol-Bestimmungswert A größer als der Schwellenwert ist, dann
wird gewertet, dass sich der Rotor 2 in dem gesättigten Zustand befindet,
und wenn der Magnetpol-Bestimmungswert A kleiner als der
Schwellenwert ist, dann wird gewertet, dass sich der Rotor 2 in dem
ungesättigten Zustand befindet. Im Ergebnis kann der Winkeldetektor 25
die Richtung der Magnetpole des Rotors 2 bestimmen.
Die Korrelation zwischen den Rotorwinkeln und Schwellenwerten, die
diesen Rotorwinkeln entsprechen, kann anstatt durch ein Datenkennfeld
durch eine Gleichung ausgedrückt werden, und die Daten der Gleichung
können in einem Speicher gespeichert sein. Ein von dem Winkeldetektor 25
erfasster Rotorwinkel θ kann an die Gleichung angelegt werden, um
hierdurch einen Schwellenwert zu erhalten, der dem erfassten Rotorwinkel
θ entspricht.
In der vorliegenden Ausführung berechnet der Winkeldetektor 25 einen
Sinus-Referenzwert Vs und einen Cosinus-Referenzwert Vc, die das
Doppelte des Rotorwinkels θ sind, durch Integrieren von
Hochfrequenzkomponenten, die mit der Zeit variieren, gemäß den
Gleichungen (21), (22). Jedoch kann der Winkeldetektor 25 eine
Tiefpassfilterung an Hochfrequenzkomponenten durchführen, um einen
Sinus-Referenzwert und einen Cosinus-Referenzwert auszugeben.
Falls ein geschätzter Winkel des Rotorwinkels θ verwendet wird, dann
werden, wenn die Differenz zwischen dem Rotorwinkel θ und dem
geschätzten Winkel im Wesentlichen null ist, diese Winkel gemäß der
nachfolgenden Gleichung (34) aufeinander bezogen. Unter Verwendung
des geschätzten Winkels , des Sinus-Referenzwerts Vs und des Cosinus-
Referenzwerts Vc kann ein Annäherungswert der Phasendifferenz zwischen
dem geschätzten Winkel und dem Ist-Winkel θ bestimmt werden, und der
Ist-Winkel θ kann aus dem Annäherungswert der Phasendifferenz berechnet
werden.
Unter Verwendung des Annäherungswerts der Phasendifferenz ist es
ebenfalls möglich, den geschätzten Winkel des Rotorwinkels derart zu
korrigieren, dass ein geschätzter Fehler des geschätzten Winkels durch
Nachfolgerberechnungen, die durch einen Beobachter durchgeführt werden,
auf null konvergiert werden. Ein Prozess zur Korrektur des geschätzten
Winkels mit einem Beobachter wird nachfolgend beschrieben.
Wenn man annimmt, dass sich der bürstenlose Gleichstrommotor 1 mit
einer konstanten Winkelgeschwindigkeit dreht, dann wird die Beziehung
zwischen dem Rotorwinkel θ und der Winkelgeschwindigkeit ωm pro
Abtastzeit Δt durch die folgende Gleichung (35) ausgedrückt:
wobei θ(n) und ωm(n) einen Rotorwinkel θ bzw. eine Winkelgeschwindigkeit
ωm bei einer bestimmten Abtastzeit n darstellen, und θ(n + 1) und ωm(n + 1)
einen Rotorwinkel θ bzw. eine Winkelgeschwindigkeit ωm bei einer
Abtastzeit n + 1 nach der Abtastzeit n darstellen.
Dann wird die folgende Gleichung (36) berechnet, indem der geschätzte
Winkel und die geschätzte Winkelgeschwindigkeit m in einen Simulator
des Modells eingegeben werden, der durch die Gleichung (35) ausgedrückt
ist, die Phasendifferenz zwischen dem Ist-Winkel θ(n) und dem geschätzten
Winkel (n) durch einen auf Berechnungsfaktoren K1, K2, beruhenden
Faktor multipliziert wird, und das Ergebnis rückgekoppelt wird:
Die obige Gleichung (36) repräsentiert einen Beobachter in Bezug auf ein
Motormodell stetiger Drehung, das einem Rückkopplungsprozess auf der
Basis der Phasendifferenz unterzogen wird, unter der Annahme, dass sich
der Simulationsmotor mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit dreht.
Aus den Gleichungen (35), (36) wird die folgende Gleichung (37) erfüllt:
Die Kennungsformel eines durch die Gleichung (37) repräsentierten
Systems wird durch die folgende Gleichung (38) angegeben, und ein
inhärenter Wert λ, der eine Lösung für Gleichung (38) ist, wird gemäß der
folgenden Gleichung (39) berechnet:
Um den geschätzten Winkel mit dem Ist-Winkel θ in Übereinstimmung zu
bringen, muss der Absolutwert des inhärenten Werts λ, der gemäß
Gleichung (39) berechnet ist, 1 oder kleiner sein. Damit der Absolutwert
des inhärenten Werts λ 1 oder kleiner ist, muss der Faktor K1 im Bereich
von 0 < K1 < 1 liegen, und der inhärente Wert λ wird auf der Ist-Achse
angeordnet, wenn K2 = (K1 × K1)/4Δt. Insbesondere wenn K1 = 2 und
K2 = 1/Δt, ist das System endlich und stabilisiert, und die Differenz (der
geschätzte Fehler) zwischen dem geschätzten Winkel und dem Ist-Winkel
θ wird in zwei Stufen null. Durch diese Bestimmung der Faktoren K1, K2
kann der geschätzte Fehler des geschätzten Winkels null gemacht werden.
Wenn Δθn gemäß der folgenden Gleichung (40) unter Verwendung von
Phasendifferenzdaten in Abhängigkeit von der Phasendifferenz (θ - )
zwischen dem geschätzten Winkel und dem Istwert θ des Rotorwinkels
gemäß Gleichung (24) berechnet wird und der Rotorwinkel θ durch einen
Beobachter berechnet wird, der durch die folgende Gleichung (41)
ausgedrückt ist, die angeordnet ist, um die Phasendifferenz (θ - ) zu
eliminieren, dann variiert der Verstärkungsfaktor, wenn die Höhe der
Hochfrequenzkomponenten (√Vs² + Vc²) variiert, und die Stabilität ist
möglicherweise beeinträchtigt.
wobei K1, K2 Berechnungsfaktoren darstellen.
Um die Stabilitätsverschlechterung zu verhindern, ist es wirkungsvoll, das
gemäß Gleichung (25) berechnete Δθ1 als die Phasendifferenzdaten zu
verwenden. Wenn der Winkeldetektor 25 eine geringe Rechenleistung hat
und es Zeit braucht, um die Quadratwurzel gemäß Gleichung (25) zu
berechnen, dann kann die Gleichung (25) durch die Gleichung (26)
angenähert werden.
Wenn ein Rotorwinkel θ durch einen Beobachter berechnet wird, der unter
Verwendung der Phasendifferenzdaten Δθ1 aufgebaut ist, die gemäß der
Gleichung (25) oder (26) berechnet sind, und die an den Motor 1
angelegten Treiberspannungen VU, VV, VW auf der Basis des Rotorwinkels
θ geregelt werden, dann wird ein Grundwert D des Ausgangsdrehmoments
des Motors 1, d. h. ein unterer Endwert des Variationsbereichs des
Ausgangsdrehmoments, gesenkt, mit der Tendenz, das Pulsieren des
Ausgangsdrehmoments zu vergrößern.
Fig. 4(a) ist eine Grafik, die zeigt, auf welche Weise der Grundwert D des
Ausgangsdrehmoments des Motors 1 gesenkt wird. Die in Fig. 4(a)
gezeigte Grafik hat eine horizontale Achse, die die Zeit (t) darstellt, eine
rechte vertikale Achse, die das Ausgangsdrehmoment (Tr) des Motors 1
darstellt, und eine linke vertikale Achse, die den Rotorwinkel (θ) darstellt.
In Fig. 4(a) stellt eine Kurve den zeitabhängigen Übergang des
Ausgangsdrehmoments des Motors 1 dar, und eine Kurve stellt den
zeitabhängigen Übergang des erfassten Werts des Rotorwinkels dar.
Wie in Fig. 4(a) gezeigt, wird der Grund, warum der Grundwert D des
Ausgangsdrehmoments des Motors 1 sinkt, als ein Erfassungsfehler des
Rotorwinkels in Bezug auf dessen Istwert angesehen. Aus diesem Grund
erfasst der Winkeldetektor 25 einen Rotorwinkel mit einem Beobachter, der
unter Verwendung von Phasendifferenzdaten Δθ2 aufgebaut ist, die gemäß
Gleichung (23) berechnet sind, mit einem hierzu addierten Versatzwert
(offset), um hierdurch den erfassten Wert des Rotorwinkels zwangsweise
zu verschieben, um hierdurch den Erfassungsfehler des Rotorwinkels zu
senken.
Fig. 4(b) ist eine Grafik, die den zeitabhängigen Übergang des
Ausgangsdrehmoments des Motors 1 zu der Zeit zeigt, zu der die
Treiberspannungen VU, VV, VW des Motors 1 auf der Basis des
Rotorwinkels geregelt werden, der durch den Beobachter berechnet wird,
der unter Verwendung der Phasendifferenzdaten Δθ2 aufgebaut ist, die mit
dem hierzu addierten Versatzwert (offset) berechnet sind. Wie in Fig. 4(a)
hat die in Fig. 4(b) gezeigte Grafik eine horizontale Achse, die die Zeit (t)
darstellt, eine rechte vertikale Achse, die das Ausgangsdrehmoment (Tr)
des Motors 1 darstellt, und eine linke vertikale Achse, die den Rotorwinkel
(θ) darstellt. In Fig. 4(b) stellt eine Kurve den zeitabhängigen Übergang
des Ausgangsdrehmoments des Motors 1 dar, und eine Kurve stellt die
erfassten Werte des Rotorwinkels dar.
Wie in Fig. 4(b) gezeigt, ist die Verwendung von Δθ2 als
Phasendifferenzdaten hocheffektiv darin, eine Minderung des
Ausgangsdrehmoments des Motors 1 zu unterdrücken.
Wenn der Rotorwinkel θ durch die vom Beobachter durchgeführten
Folgerberechnungen bestimmt wird, dann variiert der Faktor ein wenig,
wenn die Parameter des Motors 1 variieren. Jedoch verursachen die
Faktorvariationen keine Probleme für die Schätzung des Rotorwinkels θ,
wenn sie in einem Bereich liegen, der die Stabilität des Beobachters nicht
beeinflusst.
In der vorliegenden Ausführung wird der Sinus-Referenzwert Vs durch die
Gleichung (21) berechnet, und der Cosinus-Referenzwert Vc wird durch die
Gleichung (22) berechnet. Jedoch kann der Sinus-Referenzwert Vs auch
gemäß der folgenden Gleichung (42) oder (43) berechnet werden:
Die Gleichungen (42), (43) multiplizieren ein Glied, das sich nicht auf den
Rotorwinkel θ bezieht, und eine orthogonale Zeitfunktion, und integrieren
das Produkt. Während die Gleichungen (42), (43) den Sinus-Referenzwert
Vs bestimmen können, sind sie nicht in der Lage, den Cosinus-
Referenzwert Vc zu berechnen. Jedoch kann, mit dem durch die folgende
Gleichung (44) berechneten Cosinus-Referenzwert Vc, ein Rotorwinkel
durch Folgerberechnungen des Beobachters gemäß den Gleichungen (23),
(36) erfasst werden.
Während in der vorliegenden Erfindung die U-Phase des Motors 1 als die
erste Phase verwendet wird und die W-Phase des Motors 1 als die zweite
Phase verwendet wird, können die ersten und zweiten Phasen eine andere
Kombination der Phasen des Motors 1 sein.
Wenn die Leistungstreibereinheit 22 die an die Anker des Motors 1
angelegte Spannungen durch PWM regelt, können PWM-Träger in den
Phasen U, V, W, die gewöhnlich in Phase miteinander sind, mit um 120°
voneinander unterschiedlichen Winkeln angegeben werden, um den
Rotorwinkel θ unter Verwendung von Hochfrequenzkomponenten zu
erfassen, die in den PWM-Trägern enthalten sind. In diesem Fall führt die
Leistungstreibereinheit 22 die Funktion des Hochfrequenzspannungs-
Auflagerungsmittels 22 aus, und daher wird der Hochfrequenzspannungs-
Auflagerer 21 weggelassen.
Obwohl eine bestimmte bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung
gezeigt und im Detail beschrieben worden ist, versteht es sich, dass
verschiedene Änderungen und Modifikationen darin vorgenommen werden
können, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
Eine Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung für einen bürstenlosen
Gleichstrommotor ist in der Lage, den Winkel des Rotors des bürstenlosen
Gleichstrommotors akkurat zu erfassen, ohne einen
Positionserfassungssensor zu benötigen. Ein Motorregler hat einen
Hochfrequenzspannungs-Auflagerer, einen Winkeldetektor, einen U-Phasen-
Stromsensor sowie einen W-Phasen-Stromsensor zum Erfassen des
Rotorwinkels des bürstenlosen Gleichstrommotors. Der Winkeldetektor
erfasst den Rotorwinkel θ unter Verwendung eines Stromwerts IU_s, der
von dem U-Phasen-Stromsensor erfasst ist, eines Stromwerts IW_s, der
von dem W-Phasen-Stromsensor erfasst ist, sowie von
Hochfrequenzkomponenten in Abhängigkeit von Hochfrequenzspannungen
vu, vv, vw, wenn die Hochfrequenzspannungen vu, vv, vw auf Soll-Werte
VU_c, VV_c, VW_c für Drei-Phasenspannungen durch den
Hochfrequenzspannungs-Auflagerer aufgelagert werden.
Claims (10)
1. Rotorwinkelvorrichtung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor,
umfassend:
ein Spannungsanlagemittel zum Anlegen von Treiberspannungen an Drei-Phasen-Anker eines bürstenlosen Schenkelpol-Gleichstrommotors;
ein Hochfrequenzspannungs-Auflagerungsmittel zum Auflagern von Hochfrequenzspannungen auf die jeweiligen Treiberspannungen;
ein erstes Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines Stroms, der durch einen ersten Phasen-Anker von den Drei-Phasen-Ankern fließt;
ein zweites Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines Stroms, der durch einen zweiten Phasen-Anker von den Drei-Phasen-Ankern fließt;
ein Referenzwert-Extrahiermittel zum Extrahieren eines Sinus- Referenzwerts in Abhängigkeit von einem Sinuswert, der das Doppelte des Rotorwinkels des bürstenlosen Gleichstrommotors ist, und eines Cosinus-Referenzwerts in Abhängigkeit von einem Cosinuswert, der das Doppelte des Rotorwinkels des bürstenlosen Gleichstrommotors ist, unter Verwendung eines ersten Stromwerts, der von dem ersten Stromerfassungsmittel erfasst ist, sowie eines zweiten Stromwerts, der von dem zweiten Stromerfassungsmittel erfasst ist, wenn durch das Hochfrequenzspannungs- Auflagerungsmittel die Hochfrequenzspannungen auf die Treiberspannungen aufgelagert werden, sowie von Hochfrequenzkomponenten in Abhängigkeit von den Hochfrequenzspannungen; und
ein Rotorwinkel-Berechnungsmittel zum Berechnen des Rotorwinkels des bürstenlosen Gleichstrommotors aus dem Sinus- Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert.
ein Spannungsanlagemittel zum Anlegen von Treiberspannungen an Drei-Phasen-Anker eines bürstenlosen Schenkelpol-Gleichstrommotors;
ein Hochfrequenzspannungs-Auflagerungsmittel zum Auflagern von Hochfrequenzspannungen auf die jeweiligen Treiberspannungen;
ein erstes Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines Stroms, der durch einen ersten Phasen-Anker von den Drei-Phasen-Ankern fließt;
ein zweites Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines Stroms, der durch einen zweiten Phasen-Anker von den Drei-Phasen-Ankern fließt;
ein Referenzwert-Extrahiermittel zum Extrahieren eines Sinus- Referenzwerts in Abhängigkeit von einem Sinuswert, der das Doppelte des Rotorwinkels des bürstenlosen Gleichstrommotors ist, und eines Cosinus-Referenzwerts in Abhängigkeit von einem Cosinuswert, der das Doppelte des Rotorwinkels des bürstenlosen Gleichstrommotors ist, unter Verwendung eines ersten Stromwerts, der von dem ersten Stromerfassungsmittel erfasst ist, sowie eines zweiten Stromwerts, der von dem zweiten Stromerfassungsmittel erfasst ist, wenn durch das Hochfrequenzspannungs- Auflagerungsmittel die Hochfrequenzspannungen auf die Treiberspannungen aufgelagert werden, sowie von Hochfrequenzkomponenten in Abhängigkeit von den Hochfrequenzspannungen; und
ein Rotorwinkel-Berechnungsmittel zum Berechnen des Rotorwinkels des bürstenlosen Gleichstrommotors aus dem Sinus- Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert.
2. Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin das
Referenzwert-Extrahiermittel einen Integrierprozess oder einen
Tiefpassfilterprozess an den Hochfrequenzkomponenten bewirkt, um
den Sinus-Referenzwert und den Cosinus-Referenzwert zu
extrahieren.
3. Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin
das Rotorwinkel-Berechnungsmittel Phasendifferenzdaten berechnet,
die eine Phasendifferenz (θ - ) zwischen einem geschätzten Wert ()
und einem Istwert (θ) des Rotorwinkels des bürstenlosen
Gleichstrommotors (1) repräsentieren, unter Verwendung des Sinus-
Referenzwerts und des Cosinus-Referenzwerts, und den Rotorwinkel
gemäß Nachfolgeberechnungen unter Verwendung eines
Beobachters berechnet, der aufgebaut ist, um die durch die
Phasendifferenzdaten repräsentierte Phasendifferenz (θ - ) zu
eliminieren.
4. Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, worin das
Referenzwert-Extrahiermittel die folgenden Gleichungen (45),
(46) als den Integrierprozess berechnet:
wobei Vs: der Sinus-Referenzwert, Vc: der Cosinus-Referenzwert, Iu: der erste Stromwert, Iw: der zweite Stromwert und ω: die Winkelgeschwindigkeit der Hochfrequenzspannungen.
wobei Vs: der Sinus-Referenzwert, Vc: der Cosinus-Referenzwert, Iu: der erste Stromwert, Iw: der zweite Stromwert und ω: die Winkelgeschwindigkeit der Hochfrequenzspannungen.
5. Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, worin das
Rotorwinkel-Berechnungsmittel Phasendifferenzdaten (Δθ1)
erzeugt, die eine Phasendifferenz (θ - ) zwischen einem geschätzten
Wert () und einem Istwert (θ) des Rotorwinkels des bürstenlosen
Gleichstrommotors repräsentiert, gemäß der folgenden Gleichung
(48) erzeugt, während die Hochfrequenzspannungen auf die
Treiberspannungen durch das
Hochfrequenzspannungs-Auflagerungsmittel aufgelagert werden und
der Sinus-Referenzwert und der Cosinus-Referenzwert in jedem
Regelzyklus durch das Referenzwert-Extrahiermittel extrahiert
werden, den Rotorwinkel (θ) des bürstenlosen Gleichstrommotors
gemäß der folgenden Gleichung (47) in einem ersten Regelzyklus
berechnet, und in dem nächsten und den folgenden Regelzyklen den
Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors, der in einem
vorhergehenden Regelzyklus berechnet ist, als einen geschätzten
Wert () für den Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors
in dem vorhergehenden Regelzyklus verwendet, den geschätzten
Wert () für den Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors
mit einem Beobachter aktualisiert, der den geschätzten Wert () für
den Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors auf der
Basis der Phasendifferenzdaten sequentiell aktualisiert und
berechnet, um die Phasendifferenz (θ - ) in Abhängigkeit von den
Phasendifferenzdaten zu eliminieren, die in dem vorhergehenden
Regelzyklus berechnet sind, um hierdurch einen geschätzten Wert
() für den Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors (1)
in einem gegenwärtigen Regelzyklus zu berechnen, und den
geschätzten Wert () für den Rotorwinkel als den Rotorwinkel des
bürstenlosen Gleichstrommotors (1) verwendet:
wobei : geschätzter Wert für den Rotorwinkel des bürstenlosen
Gleichstrommotors, θ: der Istwert des Rotorwinkels des bürstenlosen
Gleichstrommotors.
6. Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, worin das
Rotorwinkel-Berechnungsmittel das gemäß der folgenden Gleichung
(49) berechnete Δθ1 als die Phasendifferenzdaten verwendet:
wobei Δθ1: die Phasendifferenzdaten.
wobei Δθ1: die Phasendifferenzdaten.
7. Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Rotorwinkel-Berechnungsmittel die
Phasendifferenzdaten Δθ1 auf der Basis von Näherungsberechnungen
gemäß der folgenden Gleichung (50), anstatt der Gleichung (49),
berechnet:
wobei Δθ1: die Phasendifferenzdaten.
wobei Δθ1: die Phasendifferenzdaten.
8. Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, worin das
Rotorwinkel-Berechnungsmittel das gemäß der folgenden Gleichung
(51) berechnete Δθ2 als die Phasendifferenzdaten verwendet:
wobei Δθ2: die Phasendifferenzdaten, offset: ein Versatzwert.
wobei Δθ2: die Phasendifferenzdaten, offset: ein Versatzwert.
9. Rotorwinkel-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2,
4, 5, 6, 7 und 8, ferner umfassend:
ein Korrelationsdaten-Speichermittel zum Behandeln des bürstenlosen Gleichstrommotors als Ersatzschaltung, die einen q- Achsen-Anker aufweist, der auf einer q-Achse angeordnet ist, die sich in der Richtung von Magnetflüssen von Magnetfeldpolen des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors erstreckt, sowie einen d- Achsen-Anker, der auf einer d-Achse angeordnet ist, die sich orthogonal zur q-Achse erstreckt, und zum vorherigen Speichern von Daten eines Kennfelds oder einer Relationsgleichung, die eine Korrelation zwischen einem Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors, der von dem Rotorwinkel-Berechnungsmittel berechnet ist, während ein vorbestimmter Magnetpol- Bestimmungsstrom durch den q-Achsen-Anker fließt, und einem Schwellenwert repräsentiert, der zwischen einem Sättigungsreferenzwert, der durch einen vorbestimmten Berechnungsprozess in Abhängigkeit von dem Sinus-Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert berechnet wird, die von dem Referenzwert-Extrahiermittel extrahiert sind, wenn sich der Rotor in einem gesättigten Zustand befindet, in dem die Richtung eines von dem q-Achsen-Anker erzeugten Magnetfelds und die Richtung eines von Magnetpolen des Rotors erzeugten Magnetfelds zueinander gleich sind, wenn der Rotorwinkel berechnet wird, und einem Nichtsättigungsreferenzwert aufgestellt ist, der durch den vorbestimmten Berechnungsprozess in Abhängigkeit von dem Sinus- Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert berechnet wird, die von dem Referenzwert-Extrahiermittel extrahiert sind, wenn sich der Rotor in einem ungesättigten Zustand befindet, in dem die Richtung des von dem q-Achsen-Anker erzeugten Magnetfelds und die Richtung des von den Magnetpolen des Rotors erzeugten Magnetfelds einander entgegengesetzt sind, wenn der Rotorwinkel berechnet wird; und
ein Magnetpolrichtungs-Bestimmungsmittel zum Behandeln des bürstenlosen Gleichstrommotors als Ersatzschaltung und Vergleichen eines Schwellenwerts in Abhängigkeit von dem Rotorwinkel, der erhalten wird, wenn der Rotorwinkel, der von dem Rotorwinkel-Berechnungswinkel berechnet wird, während der Magnetpol-Bestimmungsstrom durch den q-Achsen-Anker fließt, an das Kennfeld oder die Relationsgleichung angelegt wird, mit einem Magnetpol-Bestimmungswert, der gemäß dem vorbestimmten Berechnunsprozess in Abhängigkeit von dem Sinus-Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert berechnet wird, die von dem Referenzwert-Extrahiermittel extrahiert sind, wenn der Rotorwinkel berechnet wird, um hierdurch zu bestimmen, ob der Rotor im gesättigten Zustand oder im ungesättigten Zustand ist, um die Richtung der Magnetpole des Rotors zu bestimmen.
ein Korrelationsdaten-Speichermittel zum Behandeln des bürstenlosen Gleichstrommotors als Ersatzschaltung, die einen q- Achsen-Anker aufweist, der auf einer q-Achse angeordnet ist, die sich in der Richtung von Magnetflüssen von Magnetfeldpolen des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors erstreckt, sowie einen d- Achsen-Anker, der auf einer d-Achse angeordnet ist, die sich orthogonal zur q-Achse erstreckt, und zum vorherigen Speichern von Daten eines Kennfelds oder einer Relationsgleichung, die eine Korrelation zwischen einem Rotorwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors, der von dem Rotorwinkel-Berechnungsmittel berechnet ist, während ein vorbestimmter Magnetpol- Bestimmungsstrom durch den q-Achsen-Anker fließt, und einem Schwellenwert repräsentiert, der zwischen einem Sättigungsreferenzwert, der durch einen vorbestimmten Berechnungsprozess in Abhängigkeit von dem Sinus-Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert berechnet wird, die von dem Referenzwert-Extrahiermittel extrahiert sind, wenn sich der Rotor in einem gesättigten Zustand befindet, in dem die Richtung eines von dem q-Achsen-Anker erzeugten Magnetfelds und die Richtung eines von Magnetpolen des Rotors erzeugten Magnetfelds zueinander gleich sind, wenn der Rotorwinkel berechnet wird, und einem Nichtsättigungsreferenzwert aufgestellt ist, der durch den vorbestimmten Berechnungsprozess in Abhängigkeit von dem Sinus- Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert berechnet wird, die von dem Referenzwert-Extrahiermittel extrahiert sind, wenn sich der Rotor in einem ungesättigten Zustand befindet, in dem die Richtung des von dem q-Achsen-Anker erzeugten Magnetfelds und die Richtung des von den Magnetpolen des Rotors erzeugten Magnetfelds einander entgegengesetzt sind, wenn der Rotorwinkel berechnet wird; und
ein Magnetpolrichtungs-Bestimmungsmittel zum Behandeln des bürstenlosen Gleichstrommotors als Ersatzschaltung und Vergleichen eines Schwellenwerts in Abhängigkeit von dem Rotorwinkel, der erhalten wird, wenn der Rotorwinkel, der von dem Rotorwinkel-Berechnungswinkel berechnet wird, während der Magnetpol-Bestimmungsstrom durch den q-Achsen-Anker fließt, an das Kennfeld oder die Relationsgleichung angelegt wird, mit einem Magnetpol-Bestimmungswert, der gemäß dem vorbestimmten Berechnunsprozess in Abhängigkeit von dem Sinus-Referenzwert und dem Cosinus-Referenzwert berechnet wird, die von dem Referenzwert-Extrahiermittel extrahiert sind, wenn der Rotorwinkel berechnet wird, um hierdurch zu bestimmen, ob der Rotor im gesättigten Zustand oder im ungesättigten Zustand ist, um die Richtung der Magnetpole des Rotors zu bestimmen.
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|---|---|---|---|---|
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| JP2005510195A (ja) * | 2001-11-12 | 2005-04-14 | インターナショナル・レクチファイヤー・コーポレーション | 永久磁石同期電動機ドライブ用回転子角度推定 |
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| JP4059039B2 (ja) * | 2002-08-30 | 2008-03-12 | 株式会社安川電機 | 同期電動機の制御装置 |
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| JP3919003B2 (ja) * | 2002-09-26 | 2007-05-23 | 本田技研工業株式会社 | Ｄｃブラシレスモータのロータ角度検出装置 |
| JP3688673B2 (ja) * | 2002-10-01 | 2005-08-31 | 本田技研工業株式会社 | 永久磁石式回転電機の制御装置 |
| TWI234919B (en) * | 2002-10-15 | 2005-06-21 | Univ Nat Kaohsiung Applied Sci | Pulse width modulation current control method and control system thereof |
| US20040251860A1 (en) * | 2003-01-09 | 2004-12-16 | Mehrdad Ehsani | Advanced sensorless drive technique for brushless DC motors |
| JP4230276B2 (ja) * | 2003-05-19 | 2009-02-25 | 本田技研工業株式会社 | ブラシレスｄｃモータの制御装置 |
| JP4263582B2 (ja) | 2003-11-17 | 2009-05-13 | 本田技研工業株式会社 | ブラシレスモータ制御装置 |
| GB2410847A (en) * | 2004-02-05 | 2005-08-10 | Dyson Ltd | Control of motor winding energisation according to rotor angle |
| CA2512374A1 (en) * | 2004-08-23 | 2006-02-23 | Agile Systems Inc. | System and method for sensor less magnetic field control of a motor |
| JP4459778B2 (ja) * | 2004-10-19 | 2010-04-28 | 本田技研工業株式会社 | Ｄｃブラシレスモータのロータ角度検出方法及びｄｃブラシレスモータの制御装置 |
| JP4592385B2 (ja) * | 2004-10-27 | 2010-12-01 | 株式会社東芝 | 同期機の制御装置 |
| US20060113941A1 (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-01 | Del Castillo Patrick D | Brushless DC motor controller |
| JP4677852B2 (ja) * | 2005-08-11 | 2011-04-27 | 株式会社日立製作所 | 永久磁石同期モータのベクトル制御装置 |
| US7477034B2 (en) * | 2005-09-29 | 2009-01-13 | Agile Systems Inc. | System and method for commutating a motor using back electromotive force signals |
| US7256564B2 (en) * | 2005-09-29 | 2007-08-14 | Agile Systems Inc. | System and method for attenuating noise associated with a back electromotive force signal in a motor |
| US20070069677A1 (en) * | 2005-09-29 | 2007-03-29 | Mackay David K | System and method for applying energy to a motor |
| US7592761B2 (en) * | 2005-09-29 | 2009-09-22 | Agile Systems Inc. | System and method for starting and operating a motor |
| US7279860B2 (en) * | 2005-09-29 | 2007-10-09 | Agile Systems Inc. | System and method for evaluating back electromotive force in a motor |
| US7288911B2 (en) * | 2005-09-29 | 2007-10-30 | Agile Systems Inc. | System and method for commutating a motor |
| JP4680754B2 (ja) * | 2005-11-17 | 2011-05-11 | 本田技研工業株式会社 | Ｄｃブラシレスモータのロータ角度推定方法及びｄｃブラシレスモータの制御装置 |
| JP4653640B2 (ja) * | 2005-11-17 | 2011-03-16 | 本田技研工業株式会社 | Ｄｃブラシレスモータのロータ角度推定方法及びｄｃブラシレスモータの制御装置 |
| JP4881635B2 (ja) * | 2006-03-15 | 2012-02-22 | 株式会社日立製作所 | 永久磁石モータのベクトル制御装置 |
| JP5011824B2 (ja) * | 2006-05-31 | 2012-08-29 | 株式会社ジェイテクト | 異常判定装置 |
| JP5177133B2 (ja) * | 2007-03-28 | 2013-04-03 | 株式会社安川電機 | モータ制御装置 |
| JP5016504B2 (ja) * | 2008-01-24 | 2012-09-05 | 株式会社Ｊｓｏｌ | インダクタンステーブル作成方法、インダクタンステーブル作成装置、シミュレーション装置及びコンピュータプログラム |
| GB201110039D0 (en) * | 2011-06-15 | 2011-07-27 | Trw Ltd | Measurement of motor rotor position or speed |
| JP5971707B2 (ja) * | 2011-08-29 | 2016-08-17 | 株式会社東芝 | 同期電動機のセンサレス制御装置ならびにインバータ装置 |
| JP2015136237A (ja) * | 2014-01-17 | 2015-07-27 | 株式会社安川電機 | 回転電機制御装置、回転電機制御方法、及び制御マップの作成方法 |
| US10317245B2 (en) * | 2014-01-27 | 2019-06-11 | Ford Global Technologies, Llc | Resolver excitation frequency scheduling for noise immunity |
| KR101549638B1 (ko) | 2014-12-04 | 2015-09-04 | 삼성중공업 주식회사 | 모터종류 인식 장치 |
| JP6572124B2 (ja) * | 2015-12-22 | 2019-09-04 | オークマ株式会社 | モータ制御装置 |
| US10027344B1 (en) * | 2017-01-18 | 2018-07-17 | Raytheon Company | Resolver to digital conversion apparatus and method |
| US10895866B1 (en) | 2018-03-08 | 2021-01-19 | Apple Inc. | Position error correction for electric motors |
| CN112532139B (zh) * | 2020-12-16 | 2022-10-21 | 丽水方德智驱应用技术研究院有限公司 | 一种永磁同步电机旋变零位初始角自标定方法 |
Family Cites Families (5)
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|---|---|---|---|---|
| US5585709A (en) * | 1993-12-22 | 1996-12-17 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Method and apparatus for transducerless position and velocity estimation in drives for AC machines |
| US6320349B1 (en) * | 1997-02-14 | 2001-11-20 | Satoru Kaneko | Method of estimating field pole position of synchronous motor, motor controller, and electric vehicle |
| JP3401155B2 (ja) * | 1997-02-14 | 2003-04-28 | 株式会社日立製作所 | 同期電動機制御装置および電気車 |
| US6069467A (en) * | 1998-11-16 | 2000-05-30 | General Electric Company | Sensorless rotor tracking of induction machines with asymmetrical rotor resistance |
| JP3454210B2 (ja) * | 1999-11-30 | 2003-10-06 | 株式会社日立製作所 | 同期モータの位置センサレス制御方法 |
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