DE10304883A1

DE10304883A1 - Drehrichtungserfassungsvorrichtung für einen bürstenlosen 3-phasigen Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE10304883A1
Application number: DE10304883A
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Hayashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2003-09-18
Also published as: US20030151383A1; US6995538B2; JP2003235285A; FR2835980A1; FR2835980B1

Abstract

Eine Bereichsbeurteilungsschaltung (71) beurteilt einen elektrischen Winkelbereich eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors (1) aufgrund eines Ausgangssignals eines Drehmelders (6). Eine Haltezeitausgabeschaltung (73) bestimmt eine optimale Haltezeit. Eine Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung (72) beurteilt eine Drehrichtung des Motors (1) aufgrund eines Größenvergleichs zwischen einem Paar von Phasenströmen. Eine Halteschaltung (74) hält ein Beurteilungsergebnis der Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung (72) zur Haltezeit, die durch die Haltezeitausgabeschaltung (73) bestimmt worden ist, und hält das Beurteilungsergebnis zurück, bis die nächste Haltezeit kommt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Drehrichtungserfassungsvorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor.
Ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor besitzt einen einfachen mechanischen Aufbau und ist sehr gut steuerbar und wird daher bevorzugt bei CPU- Steuerungen, die in zahlreichen motorbetriebenen Vorrichtungen durchgeführt wird, wie etwa eine motor-betriebene Servolenkung. Gemäß dieser Art von dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor, der für verschiedene CPU-Steuerungen verwendet wird, ist es wünschenswert, jegliche Fehlfunktion oder jeglichen Fehler der CPU sofort zu erfassen, wenn er auftritt.

Um diesem Wunsch nachzukommen, schlägt die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 13-018819 (2001) das Vorsehen einer Hilfs-CPU vor, welche den Betrieb der Haupt-CPU, die für die Steuerung eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors verwendet wird, überwacht. Jedoch tendiert die Schaltungsanordnung und die Software gemäß dem Stand der Technik, die für ein Steuersystem verwendet wird, dazu kompliziert zu sein, da zahlreiche CPUs in diesem Steuersystem untergebracht werden müssen.

Darüber hinaus ist die CPU verglichen mit einer herkömmlichen Hardware-Logik- Schaltung anfällig gegenüber elektromagnetischem Rauschen und weist dementsprechend die Tendenz zum Verursachen von Fehlfunktionen und Fehlern mit einer größeren Wahrscheinlichkeit auf. Wenn somit eine Überwachungs-CPU zusätzlich vorgesehen wird, ist es anschließend notwendig wirksame Gegenmaßnahmen zum Verhindern von Fehlern dieser Art der Hilfs-CPU vorzusehen.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme des Stands der Technik weist die vorliegende Erfindung eine Aufgabe dahingehend auf, eine Steuervorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor vorzusehen, welcher in der Lage ist, einen tatsächlichen Drehwinkel des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors mit einer einfachen Schaltungsanordnung zu erfassen.

Um die vorstehende und andere damit zusammenhängende Aufgaben zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Drehrichtungserfassungsvorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor vor, der Stromsensoren zum Erfassen von Stromwerten enthält, die durch zwei der drei Phasenwicklungen des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors fließen. Eine Vergleichseinrichtung ist zum Vergleichen der zwei Stromwerte vorgesehen, die von diesen Stromsensoren erfaßt worden sind. Eine Drehwinkelerfassungseinrichtung ist zum Ausgeben eines Signals vorgesehen, das einen Drehwinkel des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors repräsentiert. Eine Zeitbeurteilungseinrichtung ist zum Beurteilen einer Haltezeit auf der Grundlage des durch die Drehwinkelerfassungseinrichtung erfaßten Drehwinkels vorgesehen, so daß ein Vergleichsergebnis, das von der Vergleichseinrichtung erzeugt wird, eine korrekte Drehrichtung wiedergibt. Eine Halteeinrichtung ist zum Eingeben des von der Vergleichseinrichtung erzielten Vergleichsergebnis zur Halteschaltzeit auf der Grundlage des Ausgangssignals der Zeitbeurteilungseinrichtung als ein Signal, das eine Drehrichtung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors repräsentiert und zum Festhalten der erfaßten Drehrichtung, bis die nächste Halteschaltzeit kommt.

Vorzugsweise enthält die Drehwinkelerfassungseinrichtung einen Drehmelder, der zwei Arten von sinusförmigen Spannungssignalen in Übereinstimmung mit der Drehung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors erzeugt, so daß eine vorbestimmte Phasendifferenz zwischen den zwei Arten von sinusförmigen Spannungssignalen vorgesehen wird. In diesem Fall beurteilt die Zeitsbeurteilungseinrichtung die Haltezeit aufgrund eines Größenvergleichs der zwischen den zwei Arten von sinusförmigen Spannungssignalen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung besser ersichtlich, in welcher:
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das eine Steuervorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2A bis 2D Zeitdiagramme sind, die die Wellenformen von verschiedenen Abschnitten eines in Fig. 1 gezeigten Drehmelders zeigen; und
Fig. 3A und 3B Zeitdiagramme sind, die Wellenformen von zwei Eingangssignalen zeigen, die durch die zwei in Fig. 1 gezeigten Stromsensoren gemessen werden, zusammen mit Bereichen eines optimalen elektrischen Winkels, die für den Halteschaltungsbetrieb bevorzugt werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Relevante Hintergrundtechnik

Der Anmelder hat bereits ein elektrisch-betriebenes Servolenksystem in einer früheren Patentanmeldung, das heißt in der US-Patentanmeldung Nr. 09/928,36, eingereicht am 14. August 2001, vorgeschlagen, um ein Verfahren zur Fehlerüberwachung für die Steuer-CPU des Gleichstrommotors vorzusehen, ohne auf eine Hilfs-CPU zurückzugreifen.
Falls jedoch dieses Überwachungssystem für eine Fehlerüberwachung einer CPU, die einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor steuert, verwendet wird, wird es absolut notwendig sein, eine tatsächliche Drehrichtung eines Motors zu erfassen. Jedoch ist die Erfassung der tatsächlichen Drehrichtung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors im allgemeinen nicht einfach.
Insbesondere ist es unmöglich, eine tatsächliche Drehrichtung aufgrund der dreiphasigen Wechselströme zu erfassen, die dem dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor zugeführt werden. Um daher die tatsächliche Drehrichtung aufgrund einer elektrischen Größe, die von einer vorhandenen elektrischen Schaltung erzielt werden kann, zu erlangen, ist es notwendig, eine Umwandlung von drei Phasen zu zwei Phasen zum Erzielen eines q-Achsen-Stroms durchzuführen und anschließend die Drehrichtung aufgrund des erzielten q-Achsen-Stroms zu berechnen. Jedoch erfordert diese Art des Erfassungsverfahrens aufgrund von Schaltungsparametern unausweichlich die Durchführung der komplizierten Umwandlung von drei Phasen zu zwei Phasen. Der Steuerabschnitt muß vorher mit einer Umwandlungsschaltung von drei zu zwei Phasen ausgestattet werden und die Motorsteuer-CPU selbst muß die Umwandlungsverarbeitung von drei zu zwei Phasen durchführen. Wenn das dreiphasige bürstenlose Gleichstrommotorsystem nicht inhärent die Fähigkeit zum Durchführen einer Umwandlung von drei Phasen zu zwei Phasen besitzt, ist dies mit einem großen Aufwand an Schaltung und/oder Software verbunden.
Es ist ebenso möglich, einen Drehcodierer zu installieren, der die Fähigkeit zum Erfassen der tatsächlichen Drehrichtung des bürstenlosen dreiphasigen Gleichstrommotors besitzt. Jedoch wird dieses Motorsystem kompliziert im Aufbau und verursacht Zusatzkosten und kann demgemäß praktisch nicht eingesetzt werden.
Um dieses Problem zu lösen sieht die vorliegende Erfindung eine Drehrichtungserfassungsvorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor vor, wie durch eine später beschriebene Ausführungsform offenbart.

Charakteristische Merkmale der Erfindung

Im folgenden werden die charakteristischen Merkmale der vorliegenden Erfindung offenbart.
Die in Klammern hinzugefügten Bezugszeichen zeigen die Entsprechung zwischen den charakteristischen Merkmalen der vorliegenden Erfindung und den Praxisbauteilen oder Abschnitten in der bevorzugten Ausführungsform.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Stromsensoren (4, 5) zum Erfassen von Stromwerten, die durch zwei der drei Phasenwicklungen des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors fließen, vorgesehen. Eine Vergleichseinrichtung (72) ist zum Vergleichen der zwei durch die Stromsensoren erfaßten Stromwerte vorgesehen. Eine Drehwinkelerfassungseinrichtung ist zum Ausgeben eines Signals vorgesehen, das einen Drehwinkel des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors repräsentiert. Eine Zeitbeurteilungseinrichtung (73) ist zum Beurteilen einer Halteschaltungszeit aufgrund des durch die Drehwinkelerfassungseinrichtung erfaßten Drehwinkels vorgesehen, so daß das von der Vergleichseinrichtung erzeugte Vergleichsergebnis eine korrekte Drehrichtung reflektiert bzw. darstellt. Ebenso ist eine Halteeinrichtung (74) zum Eingeben des von der Vergleichseinrichtung erzielten Vergleichsergebnis zur bestimmten optimalen Haltezeit aufgrund des Ausgangssignals der Zeitbeurteilungseinrichtung als ein Signal, das eine Drehrichtung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors repräsentiert, und zum Halten der erfaßten Drehrichtung bis die nächste Haltezeit kommt.
Die Drehrichtungserfassungsvorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erhält eine optimale Haltezeit aufgrund eines elektrischen Winkel des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor, der auf dem Ausgangssignal des Drehwinkelsensors basiert, und vergleicht ein Paar von Phasenströmen größenmäßig bei der erzielten optimalen Haltezeit, um eine tatsächliche Drehrichtung zu erfassen. Das erfaßte Ergebnis wird gehalten, bis die nächste optimale Haltezeit kommt. Dementsprechend ist die Drehrichtung genau und einfach durch Bezugnahme auf einen Größenvergleich zwischen zwei Phasenströmen erfaßbar. Das Beurteilungsergebnis wird gehalten, bis die nächste optimale Zeit für eine hochgenaue Drehrichtungsbeurteilung kommt. Dies macht es möglich, die Drehrichtung auch während einer zur Beurteilung ungeeigneten Zeit, zu kennen, welche unvermeidlich vorhanden ist, wenn die Drehrichtungsbeurteilung aufgrund des Größenvergleichs zwischen zwei Phasenströmen durchgeführt wird. Uberdies kann die Drehrichtungserfassungsvorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor unter Verwendung einer einfachen Schaltung aufgebaut werden, und besitzt daher eine hervorragende Gebrauchsfähigkeit.
Vorzugsweise enthält die Drehwinkelerfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung einen Drehmelder (6), der zwei Arten von sinusförmigen Spannungssignalen in Übereinstimmung mit einer Drehung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors erzeugt, so daß eine vorbestimmte Phasendifferenz zwischen diesen sinusförmigen Spannungssignalen vorgesehen wird. Außerdem beurteilt die Zeitbeurteilungseinrichtung die Haltezeit aufgrund eines Größenvergleichs zwischen diesen sinusförmigen Spannungssignalen. Dies ist vorteilhaft, da ein universeller Drehmelder zum Realisieren der hochgenauen Beurteilung der Drehrichtung verwendbar ist.

Eine praktische Ausführungsform

Eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Durch die Zeichnung hindurch werden identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Eine Steuervorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise als eine Steuervorrichtung mit einem dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor für eine motor-betriebene Servolenkvorrichtung verwendbar.

Schaltungsanordnung

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuervorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Steuervorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor enthält einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor 1, einen mikrocomputerbasierten Controller 2 (welcher im folgenden vereinfacht als CPU bezeichnet wird) zum Steuern des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 1, eine dreiphasige Umrichterschaltung 3, welche als eine Ansteuerschaltung für den dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor 1 dient, ein Paar von Stromsensoren 4 und 5, einen Drehmelder 6, eine Drehrichtungserfassungsschaltung 7 und eine Glättungskondensator 8.
Die CPU 2 liefert dreiphasige Gate-Steuerspannungsignale zum Steuern der dreiphasigen Umrichtungsschaltung 3. Die dreiphasige Umrichterschaltung 3 erzeugt dreiphasige Wechselspannungen basierend auf den dreiphasigen Gate-Steuersignalen, die von der CPU 2 kommen. Die dreiphasigen Wechselspannungen werden an den dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor 1 angelegt. Die dreiphasige Umrichterschaltung 3 weist einen herkömmlichen Schaltungsaufbau auf und wird daher in herkömmlicher Art und Weise betrieben. Daher wird auf eine detaillierte Erläuterung der dreiphasigen Umrichterschaltung 3 verzichtet.
Die Stromsensoren 4 und 5 erfassen zwei der dreiphasigen Wechselströme, die durch die drei Phasenwicklungen des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 1fließen und von der dreiphasigen Umrichterschaltung 3 stammen. Die erfaßten zwei Phasenwechselstromwerte werden zu der CPU 2 geführt. Wie bekannt addiert die CPU 2 die eingegebenen zwei Phasenwechselstromwerte und invertiert das Summenergebnis, um den verbleibenden einen Phasenstromwert zu berechnen, wodurch alle Stromwerte der dreiphasigen Wechselspannung erhalten werden, die durch die drei Phasenwicklungen des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 1 fließen.
Der Drehmelder 6 enthält eine Erregungswicklung, welche um einen Rotor gewickelt ist, der an einer Drehwelle des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 1 befestigt ist. Eine sinusförmige Erregungsspannung Vsinωt wird an die Erregungswicklung des Drehmelders 6 angelegt. Der Drehmelder 6 enthält ferner ein Paar von Ausgangswicklungen, welche um einen Stator gewickelt sind und gegenseitig um einen elektrischen Winkel θ = π/2 beabstandet sind. Diese Ausgangswicklungen erzeugen ein SIN-Ausgangsspannungssignal und ein COS-Ausgangsspannungssignal als ein Paar von Ausgangsspannungssignalen. Das SIN-Ausgangsspannungssignal wird durch Vmsinωt × sinθ und das COS-Ausgangsspannungssignal durch Vmsinωt × cosθ ausgedrückt, wobei Vm einen maximalen Amplitudenwert repräsentiert. Wenn der maximale Amplitudenwert Vm 1 ist, wird das SIN-Ausgangsspannungssignal als SIN-Ausgangssignal (= sinωt × sinθ) bezeichnet, während das COS-Ausgangsspannungssignal als COS-Ausgangssignal (= sinωt × cosθ) bezeichnet wird. In ähnlicher Weise wird bei der sinusförmigen Erregungsspannung Vsinωt die sinusförmige Erregungsspannung sinwt, wenn die maximale Amplitude V 1 ist. Dies wird als ein Erregungssignal bezeichnet.
Die Drehrichtungserfassungsschaltung 7 enthält eine Bereichsbeurteilungsschaltung 71, eine Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung 72, eine Haltezeitausgabeschaltung 73 und eine Halteschaltung 74, welche später im Detail erläutert werden.
Der mikrocomputer-basierte Controller (d. h., die CPU) 2 gibt die zwei durch den Stromsensor 4 und 5 gemessenen Phasenströme ein und bildet auf der Grundlage dieser eingegebenen zwei Phasenströme den verbleibenden Phasenstrom. Anschließend bestimmt die CPU 2 die Größe und die Zeit für jedes der insgesamt sechs dreiphasigen Spannungssignale, die an die dreiphasige Umrichterschaltung 3 basierend auf den drei so erzielten Phasenströmen, sowie ein Drehwinkelsignal, das von dem Drehmelder 6 stammt, und ein Befehlssignal, das von außerhalb kommt. Die dreiphasige Umrichterschaltung 3 steuert den Ansteuerbetrieb des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 1. Die Ansteuerung selbst für diese Art von dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor 1 und ihre verschiedenen Abwandlungen sind im Stand der Technik wohl bekannt und werden daher nicht weiter erläutert. Der mikrocomputerbasierte Controller (d. h., die CPU) 2 kann unter Verwendung einer Hardware-Logik- Schaltung oder einem diesem System zugeordneten digitalen Signalprozessor aufgebaut sein.

Betrieb

Im folgenden wird der Erfassungsbetrieb der tatsächlichen Drehrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform erläutert.

Bereichsbeurteilungsschaltung 71

Fig. 2A, 2B und 2C sind Wellenformen des Drehmelders 6 bei verschiedenen Abschnitten, die das Erregungssignal sinωt, das SIN-Ausgangssignal sinωt × sinθ bzw. das COS-Ausgangssignal sinωt × cosθ zeigen. Der 2π-Bereich des elektrischen Winkels des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 1 kann in insgesamt acht elektrische Winkelbereiche (d. h. Phasenterme) T1 bis T8 aufgeteilt werden, von denen jeder einen elektrischen Winkel von 45° umfaßt. Im folgenden wird eine Beziehung der Amnplitudengröße zwischen dem SIN-Ausgangssignal und dem COS-Ausgangssignal in jedem der aufgeteilten elektrischen Bereiche (der Phasenterme) T1 bis T8 dargestellt. TABELLE 1
Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich wird das SIN-Ausgangssignal sinωt × sinθ sinθ und das COS-Ausgangssignal sinωt × cosθ cosθ zu Zeiten, wenn der Momentanwert des Erregungssignals sinωt 1 wird.
Fig. 2D zeigt das SIN-Ausgangssignal sinθ und das COS-Ausgangssignal cosθ das zu Zeiten gemessen worden ist, bei denen der Momentanwert des Erregungssignals sinωt 1 geworden ist.
Jeder der aufgeteilten elektrischen Winkelbereiche (d. h. der Phasenterme) T1 bis T8 weist ein unterschiedliches Datenpaar bezüglich der Kombination des SIN-Ausgangssignals sinθ und des COS-Ausgangssignals cosθ auf. Mit anderen Worten, es ist möglich, jeden der aufgeteilten elektrischen Winkelbereiche (d. h. der Phasenterme) T1 bis T8 aufgrund eines Datenpaars des SIN-Ausgangssignals sinθ und des COS- Ausgangssignals cosθ genau zu identifizieren. Die Bereichsbeurteilungsschaltung 71 führt die obige Verarbeitung zum Identifizieren jedes der aufgeteilten elektrischen Winkelbereiche (d. h. der Phasenterme) T1 bis T8 durch.
Demgemäß ist die Bereichsbeurteilungsschaltung 71 eine Logikschaltung, welche das SIN-Ausgangssignal sinθ und das COS-Ausgangssignal cosθ von dem Drehmelder 6 empfängt und jeden der aufgeteilten elektrischen Winkelbereiche (d. h. der Phasenterme) T1 bis T8 aufgrund des eingegebenen Datenpaars des SIN-Ausgangssignals sinθ und des COS-Ausgangssignals cosθ unter Bezugnahme auf die voranstehende in der Tabelle 1 gezeigte Beziehung identifiziert.
Insbesondere enthält die Bereichsbeurteilungsschaltung 71 erste und zweite Vergleichsschaltungen, eine Schaltung zum Ausbilden eines ersten Absolutwerts, eine Schaltung zum Ausbilden eines zweiten Absolutwerts, eine Absolutwertvergleichsschaltung und eine Bereichsbeurteilungslogikschaltung. Die erste Vergleichsschaltung vergleicht das SIN-Ausgangssignal sinθ mit einem Schwellwert, der seinem Signalwert 0 entspricht, um eine Binärausgabe zu erzeugen (d. h. 1 oder 0). Beispielsweise erzeugt die erste Vergleichsschaltung eine Binärausgabe 1, wenn das SIN-Ausgangssignal sinθ größer als 0 ist, während die erste Vergleichsschaltung eine Binärausgabe 0 erzeugt, wenn das SIN-Ausgangssignal sinθ kleiner als 0 ist. Die zweite Vergleichsschaltung vergleicht das COS-Ausgangssignal cosθ mit einem Schwellwert, der seinem Signalwert 0 entspricht, um eine Binärausgabe zu erzeugen (d. h. 1 oder 0). Zum Beispiel erzeugt die zweite Vergleichsschaltung eine Binärausgabe 1, wenn das COS-Ausgangssignal cosθ größer als 0 ist, während die zweite Vergleichsschaltung eine Binärausgabe 0 erzeugt, wenn das COS-Ausgangssignal cosθ kleiner als 0 ist.
Die Schaltung zum Ausbilden eines ersten Absolutwerts bildet einen ersten Absolutwert des SIN-Ausgangssignals sinθ. Die Schaltung zum Ausbilden eines zweiten Absolutwerts bildet einen Absolutwert des COS-Ausgangssignals cosθ. Die Absolutwertvergleichsschaltung (die als dritte Vergleichsschaltung dient) vergleicht den Absolutwert des SIN-Ausgangssignals sinθ, der durch die Schaltung zum Ausbilden des ersten Absolutwerts erzielt worden ist, mit dem Absolutwert des COS- Ausgangssignals cosθ, der von der Schaltung zum Ausbilden des zweiten Absolutwerts erzielt worden ist, um eine Binärausgabe zu erzeugen (d. h. 1 oder 0). Zum Beispiel erzeugt die Absolutwertvergleichsschaltung (d. h. die dritte Vergleichsschaltung) eine Binärausgabe 1, wenn der Absolutwert des SIN-Ausgangssignals sinθ größer als der Absolutwert des COS-Ausgangssignals cosθ ist, während die Absolutwertvergleichsschaltung (d. h. die dritte Vergleichsschaltung) eine Binärausgabe 0 erzeugt, wenn der Absolutwert des SIN-Ausgangssignals sinθ kleiner als der Absolutwert des COS-Ausgangssignals cosθ ist.
Die Bereichsbeurteilungslogikschaltung beurteilt bzw. identifiziert einen elektrischen Winkelbereich (d. h. einen Phasenterm) aufgrund des Logikzustands der drei binären Ausgangswerte, die von den ersten bis dritten Vergleichsschaltungen erzielt worden sind, unter Bezugnahme auf die obige auf Tabelle 1 gezeigte Beziehung.
Die Bereichsbeurteilungsschaltung 71 kann unter Verwendung von herkömmlichen Hardware-Logikschaltungen leicht aufgebaut werden und daher wird ihre detaillierte Schaltungsanordnung nicht gezeigt. Gemäß dieser Ausführungsform erzeugt die oben beschriebene Bereichsbeurteilungslogikschaltung der Bereichsbeurteilungsschaltung 71 ein 3-Bit-Digitalsignal, dessen Zustandswert jeden der aufgeteilten elektrischen Winkelbereiche (d. h. der Phasenterme) T1 bis T8 repräsentiert bzw. identifiziert.
Im folgenden ist die Beziehung zwischen dem aufgeteilten elektrischen Winkelbereichen (d. h. der Phasenterme) T1 bis T8, deren elektrischer Winkel θ und ein korrespondierendes Ausgangssignal (d. h. Bereichsbeurteilungssignal) S das von der Bereichsbeurteilungsschaltung 71 erzeugt wird, angegeben. TABELLE 2
Obgleich das Ausgangssignal S durch einen numerischen Wert von 0 bis 7 ausgedrückt wird, ist das tatsächliche Signal, das von der Bereichsbeurteilungsschaltung 71 erzeugt wird, ein digitales Signal aus drei Bits, die obigen numerischen Wert darstellen, wie durch die Binärdaten in Klammem in Tabelle 2 angedeutet.

Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung 72

Als nächstes wird der Betrieb der Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung 72 unter Bezugnahme auf die Fig. 3A und 3B erläutert. Die Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung 72 empfängt zwei von den Stromsensoren 4 und 5 gemessene Stromsignale, d. h. den U-Phasenstrom IU und den V-Phasenstrom IV.
Fig. 3A zeigt die Wellenform des U-Phasenstroms IU und des V-Phasenstroms IV, wenn der dreiphasige bürstenlose Gleichstrommotor 1 in Uhrzeigerrichtung (d. h. in der CW-Richtung) dreht. Fig. 3B zeigt die Wellenformen des U-Phasenstroms IU und des V-Phasenstroms IV, wenn der dreiphasige bürstenlose Gleichstrommotor 1 in Gegenuhrzeigerrichtung (d. h. in der CCW-Richtung) dreht.
Wenn die Drehung in Uhrzeigerrichtung (CW-Richtung) und die Drehung in die Gegenuhrzeigerrichtung (CCW) mit einander verglichen werden, ist aus Fig. 3A und 3B ersichtlich, daß die Größenbeziehung zwischen dem U-Phasenstrom IU und dem V- Phasenstrom IV sich in bestimmten elektrischen Winkelbereichen explizit umkehrt. Es ist somit möglich, die Drehrichtung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 1 aufgrund eines Größenvergleichs zwischen den zwei Strömen, d. h. dem U-Phasenstrom IU und dem V-Phasenstrom IV, die von den zwei Stromsensoren 4 und 5 gemessen werden, unter Verwendung eines Komparators zu beurteilen. In diesem Zusammenhang kann die Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung 72 einfach durch Verwendung eines einzigen Komparators aufgebaut sein.
Zum Beispiel ist in dem Bereich T6, der von dem elektrischen Winkel 225° bis 270° reicht (sein Ausgangssignal S = 5), der U-Phasenstrom IU größer als der V- Phasenstrom IV während der Drehung in Uhrzeigerrichtung (CW) während der U- Phasenstrom IU kleiner als der V-Phasenstrom IV während der Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung (CCW) ist.
Desweiteren ist in dem elektrischen Winkelbereich T2, der von dem elektrischen Winkel 45° bis 90° (S = 1) reicht, der U-Phasenstrom IU kleiner als der V-Phasenstrom IV während der Drehung in Uhrzeigerrichtung (CW), während der U-Phasenstrom IU größer als der V-Phasenstrom IV während der Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung (CCW) ist. Dementsprechend ist es möglich, die Drehrichtung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 1 aufgrund eines Größenvergleichs zwischen dem U- Phasenstrom IU und dem V-Phasenstrom IV in dem elektrischen Winkelbereich T2, der von dem elektrischen Winkel 45° bis 90° reicht, genau und einfach zu erfassen.
Der voranstehend beschriebene Drehrichtungsbeurteilungsbetrieb kann leicht unter Verwendung eines Komparators durchgeführt werden, der als die Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung 72 fungiert. Zum Beispiel vergleicht dieser Komparator eine Teilspannung eines Spannungssignals, das den von dem Stromsensor 4 gemessenen U-Phasenstrom IU darstellt, mit einer Teilspannung eines Spannungssignals, das den durch den Stromsensor 5 gemessenen V-Phasenstrom IV darstellt.

Halteschaltung 74 und Haltezeitausgabeschaltung 73

Die in Fig. 3A und 3B gezeigte Wellenformbeziehung zeigt andererseits, daß bei einigen aufgeteilten elektrischen Winkelbereichen (d. h. Phasenterme) die Erfassung der Drehrichtung des dreiphasigen bürstenlosen Drehstrommotors aufgrund des U- Phasenstroms IU und des V-Phasenstroms IV schwierig ist.
In Anbetracht dieser Tatsache enthält die Drehrichtungserfassungsschaltung 7 eine Halteschaltung 74, welche das Ausgangssignal der Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung 72 bei einer optimalen Haltezeit hält, während das digitale Signal S einen geeigneten Wert zur Beurteilung der Antriebs-(oder Dreh-)Richtung annimmt. Wie vorangehend beschrieben, wird das digitale Signal S von der Bereichsbeurteilungsschaltung 71 als ein 3-Bit-Datensignal erzeugt, das jedem der aufgeteilten elektrischen Winkelbereiche T1 bis T8 bestimmt. Mit anderen Worten, die Halteschaltung 74 setzt die Drehrichtungsbeurteilung, die auf der Grundlage der bei ungeeigneten elektrischen Teilbereichen erzielten Vergleichsdaten durchgeführt wird, außer Kraft. Die Halteschaltung 74 hält das Beurteilungsergebnis bis die nächste optimale Haltezeit kommt. Dementsprechend ist die Drehrichtung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 1 aufgrund der in der Halteschaltung 74 gehaltenen Daten immer erfaßbar, auch bei den ungeeigneten elektrischen Winkelteilbereichen. Somit gibt es keine Ruheperiode, während welcher die Drehrichtung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 1 nicht erfaßbar wäre.
Gemäß dieser Ausführungsform erzeugt die Haltezeitausgabeschaltung 73 ein Haltezeitsignal SR mit H-Pegel (= 1), wenn das Bereichsbeurteilungssignal S. das von der Bereichsbeurteilungsschaltung 71 erzeugt wird, ein 3-Bit-Ausgangssignal (001) entsprechend dem elektrischen Winkelbereich T2 ist. Die Haltezeitausgabeschaltung 73 erzeugt ein Haltezeitsignal SR mit L-Pegel (= 0), wenn das Bereichsbeurteilungssignal S. das von der Bereichsbeurteilungsschaltung 71 erzeugt wird, ein 3-Bit-Ausgangssignal ist, das nicht dem elektrischen Winkelbereich T2 entspricht.
Das Haltezeitsignal SR, das von der Haltezeitausgabeschaltung 73 erzeugt wird, wird an die Halteschaltung 74 weitergeleitet. Die Halteschaltung 74 hält das Ausgangssignal der Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung 72 während einer Zeitdauer, bei dem das Haltezeitsignal SR den H-Pegel (= 1) besitzt, oder in Reaktion auf eine Anstiegsflanke dieser Zeitdauer. Das Ausgangssignal, das von der Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung 72 erzeugt wird, ist ein 1-Bit-Signal, das die Drehrichtung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 1 darstellt. Auf diese Art und Weise macht es diese Ausführungsform möglich, die Drehrichtung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors zu einer beliebigen Zeit genau zu erfassen.

Modifizierte Ausführungsform

Gemäß der oben beschriebenen Schaltung ist es unmöglich, das Ausgangssignal der Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung 72 bei jedem der zwei spezifischen Zeitdauern, in denen der U-Phasenstrom IU und der V-Phasenstrom IV sich in ihrer Größe umkehren, in die Halteschaltung einzugeben. Um dies zu lösen ist es möglich, die Schaltungsanordnung derart zu modifizieren, daß das Beurteilungsergebnis der Antriebsrichtungsbeurteilungsschaltung 72 jedes mal invertiert wird, oder aufgrund des Bereichsbeurteilungssignals S invertiert wird. Dies macht es möglich, die Drehrichtungserfassung zweimal oder mehrmals während der Zeitdauer durchzuführen, die einen elektrischen Winkel von 2π entspricht.
Uberdies verwendet die oben beschriebene Schaltung den Drehmelder. Jedoch ist es möglich, eine beliebige Winkelerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines elektrischen Winkels des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors zu verwenden.

Claims

1. Drehrichtungserfassungsvorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor, aufweisend:
Stromsensoren (4, 5) zum Erfassen von Stromwerten, die durch zwei der drei Phasenwicklungen des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors fließen,
eine Vergleichseinrichtung (72) zum Vergleichen der zwei durch die Stromsensoren erfaßten Stromwerte,
eine Drehwinkelerfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Signals, das einen Drehwinkel des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors darstellt,
eine Zeitbeurteilungseinrichtung (73) zum Beurteilen einer Haltezeit aufgrund des durch die Drehwinkelerfassungseinrichtung erfaßten Drehwinkels, so daß ein Vergleichsergebnis, das von der Vergleichseinrichtung erzeugt wird, eine korrekte Drehrichtung wiedergibt, und
eine Halteeinrichtung (74) zum Eingeben des Vergleichsergebnis, das von der Vergleichseinrichtung erzielt worden ist, zur Haltezeit aufgrund des Ausgangssignal der Zeitbeurteilungseinrichtung als ein Signal, das die Drehrichtung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors darstellt, und zum Zurückhalten der erfaßten Drehrichtung bis die nächste Haltezeit kommt.

2. Drehrichtungserfassungseinrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor in Übereinstimmung mit Anspruch 1, wobei
die Drehwinkelerfassungseinrichtung einen Drehmelder (6) aufweist, der zwei Arten von sinusförmigen Spannungssignalen in Übereinstimmung mit der Drehung des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors erzeugt, so daß eine vorbestimmte Phasendifferenz zwischen den zwei Arten von sinusförmigen Spannungssignalen vorgesehen wird, und
die Zeitbeurteilungseinrichtung (73) die Haltezeit aufgrund eines Größenvergleichs zwischen den zwei Arten von sinusförmigen Spannungssignalen beurteilt.