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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine bürstenlose Motorvorrichtung, die mittels Gleichstrom betrieben wird, und im Besonderen eine Technologie zum Verringern der mechanischen Schwingungen einer bürstenlosen Motorvorrichtung.
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HINTERGRUND
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Herkömmlicherweise wird eine bürstenlose Motorvorrichtung beispielsweise als Antriebsquelle eines Fahrzeug-EGR(Abgasrückführung)-Ventils oder eines Aktuators für eine Abgassteuerung, wie beispielsweise einen VG(Variable Geometric)-Turboaktuator, verwendet. Die bürstenlose Motorvorrichtung enthält beispielsweise einen Stator, dessen Schlitzanzahl „9“ beträgt, einen Rotor, dessen Polanzahl „8“ beträgt, einen Magnetpolpositions-Detektionsmagneten, dessen Polanzahl gleich der des Rotors ist „8“, und ein Hall-Element, das die Drehposition des Rotors mittels Detektierens des Magnetismus des Magnetpolpositions-Detektionsmagneten detektiert.
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In jüngster Zeit wurde eine bürstenlose Motorvorrichtung, bei der die Anzahl der Pole des Magnetpolpositions-Detektionsmagneten „16“ beträgt, was zweimal so groß wie die des herkömmlichen Detektionsmagneten ist, entwickelt, um die Auflösung der Detektion der Drehposition des Rotors zu erhöhen (vergleiche beispielsweise Patentdokument 1). Die bürstenlose Motorvorrichtung kann die Genauigkeit, mit der eine herkömmliche bürstenlose Motorvorrichtung die Drehposition des Motors detektiert, verdoppeln.
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Patentanmeldung 1:
JP 2002-252 958 A
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In der oben beschriebenen bürstenlosen Motorvorrichtung, die in der Patentanmeldung 1 offenbart ist, wird gefordert, zunächst die Phase des Rotors bei Aktivierung einer Spannungsquelle zu detektieren. Die Phasendetektion wird mittels sequentiellem Gebens von Stromzuführmustern zum Stator mit einem festgelegten Arbeitszyklus durchgeführt, um Erregungsmuster sequentiell bzw. der Reihe nach umzuschalten; allerdings, wenn sich der Rotor entsprechend solcher Erregungsmuster dreht und an Stabilisierungspunkten gemäß der Erregungsmuster stoppt, werden mechanische Schwingungen in der Zeit, die vergeht, bevor der Motor an einem Stabilisierungspunkt anhält, erzeugt. Da der Verbrennungsmotor beim Aktivieren der Spannungsquelle gewöhnlich noch nicht gestartet ist, ist die Umgebungen sehr ruhig. Folglich tritt das Problem auf, dass die mechanischen Schwingungen, die von der Drehung des Rotors erzeugt werden, zur Welle oder andere Verbindungsmechanismen übertragen werden, um widerhallende Geräusche zu erzeugen, die im Ohr wahrgenommen werden.
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Ferner, da die Polanzahl des Magnetpolpositions-Detektionsmagneten bezüglich des Herkömmlichen um das Zweifache vergrößert ist, wie es in 6(a) gezeigt ist, vervollständigt der Zustand der Ausgabemuster der drei Hall-ICs (ein IC, in dem Hall-Elemente eingebaut sind), die so angeordnet sind, um dem Magnetpolpositions-Detektionsmagneten gegenüberzuliegen, einen vollen Umlauf bzw. Zyklus, wobei der Bewegungsbetrag des Rotors (der Drehbetrag des Rotors), der durch die Erregermuster veranlasst wird, halb so groß wie beim herkömmlichen Detektionsmagneten ist. Aus diesem Grund wird gefordert, zu beurteilen, ob der Zustand der Ausgabemuster der Hall-ICs, welche die vorliegende Position annehmen, zum Bereich A oder Bereich B gehört. Wenn festgestellt wird, dass dessen vorliegende Position im Bereich B liegt, trotz der Tatsache, dass die Position eigentlich im Bereich A vorliegen sollte, tritt ein derartiges Problem auf, dass die Richtung, in die der Rotor zu drehen ist, entgegengesetzt zu der beabsichtigten Richtung ist.
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Die
DE 101 63 886 A1 beschreibt ein Verfahren zur elektronischen Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit mehreren elektrisch versetzten und in Phase verbundenen Wicklungssträngen zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes in einem Rotor und mit einer Halbleiterbrücke zur Drehfeldsteuerung mit Schaltelementen, wobei die Schaltelemente in Abhängigkeit von der Rotordrehstellung angesteuert werden, wobei jeweils zwischen zwei von mehreren Kommutierungsschritten eine Kommutierungsphase vorhanden ist, und wobei jeweils eines von zwei an einer Stromführung beteiligten Schaltelementen getaktet wird. Die Rotorlage kann beispielsweise mit Hall-Sensoren gemessen werden.
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Die
JP 07-222485 A beschreibt einen bürstenlosen Motor mit einem Positionsdetektor.
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Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine bürstenlose Motorvorrichtung bereitzustellen, bei der die Erzeugung von Geräuschen, die zum Ohr gelangen, die bei Aktivierung der Spannungsquelle auftreten, verringert werden können, und die Drehung des Rotors in der Richtung entgegengesetzt zur beabsichtigten Richtung vermieden werden kann.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, enthält die bürstenlose Motorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: Die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Gemaß der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese so gesteuert, dass zu der Zeit des Phasenabgleichs, der beim Aktivieren der Spannungsquelle ausgeführt wird, wenn der Stator mit dem anderen Erregungsmuster als den regulären Erregungsmustern, die für den Normalbetrieb angewendet werden, angeregt wird, der Drehwinkel des Rotors halb so groß wie der Drehwinkel ist, der dem regulären Erregungsmuster entspricht, um dadurch die mechanischen Schwingungen des Rotors zu verringern. Folglich kann die Erzeugung von irritierenden Geräuschen bei Aktivierung der Spannungsquelle verringert werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittansicht der Struktur eines EGR-Ventils, bei dem eine bürstenlose Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird, betrachtet in der axialen Richtung davon.
- 2 ist eine Darstellung, die den Hubbetrag einer Anzahl von Zählimpulsen des Ventils von einer Hall-IC-Eigenschaft der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 3 ist eine Ansicht der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrachtet von der oberen Fläche davon.
- 4 ist eine Darstellung, welche die Anordnung der Hall-ICs in der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verglichen mit dem Fall zeigt, in dem ein Magnetpolpositions-Detektionsmagnet, der acht Pole aufweist, verwendet wird.
- 5 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Motorantriebsschaltkreises zeigt, der in der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
- 6 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Stromzuführrichtung, dem elektrischen Winkel, dem mechanischen Winkel und der Ausgabe eines Hall-ICs zeigt, die für einen Betrieb der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
- 7 ist eine Ansicht, welche die Stromzuführabfolge und den Drehmomentpunkt bei jeder der Erregungen, wenn der Rotor in die Öffnungsrichtung in der bürstenlosen Motorvorrichtung gedreht wird, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 8 ist eine Ansicht, welche die Stromzuführabfolge und den Drehmomentpunkt des Rotors bei jeder der Erregungen, wenn der Rotor in der Schließrichtung in der bürstenlosen Motorvorrichtung gedreht wird, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 9 ist eine Darstellung, die den Zustand, in dem die Ausgabe des Hall-ICs der Reihe nach umgeschaltet wird, und den Zustand, in dem die Drehmomentkurve in der bürstenlosen Motorvorrichtung variiert, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 10 ist eine Darstellung, welche den Umriss des Initialisierungsbetriebsablaufs zeigt, der in der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgefuhrt wird.
- 11 ist eine Darstellung, welche die Stromzuführmuster beim Phasenabgleich des Initialisierungsbetriebsablaufs, der in der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, zeigt.
- 12 ist eine Darstellung, welche die Bewegung der Motorwelle zur Zeit des Phasenabgleichs zeigt, der in der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
- 13 ist eine Darstellung, welche die Betriebsabläufe des Motorantriebschaltkreises zur Zeit des Phasenabgleichs zeigt, der in der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
- 14 ist eine Darstellung, welche die Drehmomentkurve zur Zeit eines 12-Schrittbetriebs in dem Phasenabgleichsbetriebsablauf zeigt, der in der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
- 15 ist eine Darstellung, welche die Drehmomentkurve zu der Zeit eines 6-Schritt-Betriebsablaufs in dem Phasenabgleichbetriebsablauf zeigt, der in der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird.
- 16 ist eine Darstellung, welche die Drehmomentkurve zeigt, wenn der Motorstopper in A in dem Phasenabgleichsbetriebsablauf positioniert ist, der in der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
- 17 ist eine Darstellung, welche die Drehmomentkurve zeigt, wenn der Motorstopper in B in dem Phasenabgleichsbetriebsablauf positioniert ist, der in der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgefuhrt wird.
- 18 ist eine Darstellung, welche den Aufnahmebetriebsablauf und den Extrudierbetriebsablauf in dem Initialisierungsbetriebsablauf zeigt, der in der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
- 19 ist eine Darstellung, welche den Betrieb des Motorantriebsschaltkreises zur Zeit des Aufnahmebetriebsablaufs und des Extrudierbetriebsablaufs in dem Initialisierungsbetriebsablauf, der in 18 gezeigt ist, zeigt.
- 20 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsabläufe einer bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 21 ist eine Darstellung zum Erläutern der Betriebsabläufe der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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BESTER WEG ZUR AUSFÜRHUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung detaillierter zu beschreiben.
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine Schnittansicht der Struktur eines EGR-Ventils, bei dem eine bürstenlose Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wobei dieses entlang dessen axialer Richtung geschnitten ist. Das EGR-Ventil ist aus einer bürstenlosen Motorvorrichtung 1 und einem Ventilmechanismus 2, die als dessen Hauptabschnitte dienen, aufgebaut. Die bürstenlose Motorvorrichtung 1 ist auf eine solche Weise konstruiert, dass ein zylindrischer Rotor 12, der an eine Motorwelle 11 geschraubt ist, in den Hohlraum eines Stators 14, der an einem Gehäuse 13 befestigt ist, eingebracht ist, und dass der Rotor durch eine Lager 15 drehbar gelagert wird. Ferner weist der Rotor 12 einen Magnetpolpositions-Detektionsmagneten 16 auf, der daran befestigt ist, um eine Ebene senkrecht zur Welle davon auszubilden.
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Ferner ist ein Hall-IC 18 auf einer Platine 17 befestigt. Der Hall-IC 18 liegt einem Positionsdetektionselement gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber und ist aus integrierten Schaltkreisen (ICs), in die Hall-Elemente eingebaut sind, aufgebaut. Die Platine 17 ist an dem Gehäuse 13 so angebracht, dass der Hall-IC 18 in einer Position gegenüber dem Magnetpolpositions-Detektionsmagneten 16 angeordnet ist. Die Motorwelle 11, an die der Rotor 12 geschraubt ist, ist in der axialen Richtung (vertikal in 1) durch die Drehung des Rotors 12 bewegbar, und die Motorwelle 11 und der Rotor 12 sind mit einer Schraube so vorgesehen, dass der Bewegungsbetrag der Motorwelle 11 für jede Drehung des Motors 12 8 mm beträgt.
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Der Ventilmechanismus 2 ist mit einer Ventilwelle 22 vorgesehen, an der ein Ventil 21 befestigt ist, und die Ventilwelle ist so angeordnet, dass deren Achse mit der der Motorwelle 11 übereinstimmt. Die Ventilwelle 22 wird in die Richtung, in der das Ventil 21 geschlossen wird (im Folgenden als „die Ventilschließrichtung“ bezeichnet), mittels einer Rückstellfeder 23 gedrängt, um eine Federsicherheitsfunktion zu gewährleisten. Die Ventilwelle 22 ist angeordnet, um sich (in der Richtung, die mit dem darin gezeigten Pfeil gekennzeichnet ist) aufgrund der Motorwelle 11 zu bewegen, die gegen ein Ende der Ventilwelle angrenzt. Der Hub der Ventilwelle 22 beträgt 10 mm, und diese ist so angeordnet, dass der Bewegungsabstand 0 mm beträgt, wenn das Ventil 21 geschlossen ist, und 10 mm beträgt, wenn das Ventil 21 maximal geöffnet ist.
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2 zeigt den Hubbetrag des Ventils gegen die Eigenschaften der Anzahl der Zählimpulse deren Hall-ICs. Der Hubbetrag des Ventils, der den Bewegungsbetrag des Ventils 21 darstellt, ist proportional zur Anzahl Zählimpulse der Hall-ICs, welche die Anzahl der Veränderungen des Ausgabemusters des Hall-ICs, welche die Anzahl der Änderungen des Ausgabemusters des Hall-ICs 18 darstellt; Unter der Annahme, dass die Anzahl der Zählimpulse des Hall-ICs direkt nachdem die Motorwelle 11 gegen die Ventilwelle 22 in Angrenzung gebracht ist, d.h., die Anzahl der Zählimpulse davon in dem Zustand, in dem der Hubbetrag des Ventils 0 mm beträgt, auf Null festgelegt ist, ist der Hubbetrag des Ventils vorgesehen, um maximal 1 mm zu betragen, wenn die Anzahl der Zählimpulse des Hall-ICs 60 beträgt. Folglich entspricht der Hub des Ventils bei einem Betrag von 0,167 mm einem Zählimpuls des Hall-ICs.
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3 ist eine Ansicht der bürstenlosen Motorvorrichtung 1, betrachtet von deren oberer Fläche. Die Schlitzanzahl des Stators 14 der bürstenlosen Motorvorrichtung 1 betragt „9“, die Polanzahl des Rotors 12 beträgt „8“ und die Polanzahl des Magnetpolpositions-Detektionsmagneten 16 beträgt „16“. Der Magnetpolpositions-Detektionsmagnet 16 ist so angeordnet, dass ein Paar seiner NS-Pole einem Pol des Rotors 12 entspricht. Bezugnehmend auf 3 entspricht ein Paar von schraffierten NS-Polen dem N-Pol des Rotors 12, und eine Paar von nicht-schraffierten NS-Polen entspricht dem S-Pol des Rotors 12.
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Zusammenfassung des obigen:
- • Bewegungsbetrag der Motorwelle 11 pro Drehung des Rotors 12: 8 mm,
- • Drehanzahl bzw. Umdrehungsanzahl der Motorwelle 11, die benötigt wird, damit sich die Welle um 10 mm bewegt: 1,25,
- • Schrittanzahl des Rotors 12 pro Drehung: 24 (Winkelauflösung: 15°),
- • Polanzahl des Magnetpolpositions-Detektionsmagneten 16: 16,
- • Schrittanzahl des Magnetpolpositions-Detektionsmagneten 16 pro Drehung: 48 (Winkelauflösung: 7,5°), und
- • Schrittanzahl davon, die benötigt wird, damit sich für die Motorwelle um 10 mm bewegt: 60.
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Wie es in 3 gezeigt ist, ist der Hall-IC 18, der angeordnet ist, um dem Magnetpolpositions-Detektionsmagneten 16 gegenuber zu liegen, aus drei Hall-ICs aufgebaut, einem U-Hall-IC, einem V-Hall-IC, und einem W-Hall-IC. 4 ist eine Darstellung, welche die Anordnung des Hall-ICs 18 im Vergleich mit dem Fall zeigt, in dem ein herkömmlicher 8-Pol-Magnetpolpositions-Detektionsmagnet verwendet wird. Dieser ist so angeordnet, dass der U-Hall-IC, V-Hall-IC und W-Hall-IC, die jeweils der U-Phase, der V-Phase und W-Phase entsprechen, gleichwinklig beabstandet sind (120° in dem elektrischen Winkel) in einem Paar von NS-Polen (360° in dem elektrischen Winkel), und drei Zustände existieren in einem Zyklus des Paars von NS-Polen (45° in dem mechanischen Winkel, 360° in dem elektrischen Winkel). Der Hall-IC 18 spielt die Rolle einer Bürste in einem DC-Motor.
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5 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau bzw. die Konfiguration eines Motorantriebsschaltkreises zeigt, der in der kostenlosen Motorvorrichtung 1 verwendet wird. Der Motorantriebsschaltkreis ist beispielsweise auf einer Steuereinheit (nicht gezeigt) getrennt von dessen Hauptkörper angebracht. Der Motorantriebsschaltkreis besteht aus einer Hall-IC-Schnittstelle 31, einem Mikrocomputer (im Folgenden als „micon“ abgekürzt) 32, Hochseiten-FET-Antriebschaltkreisen 331-333, Tiefseiten-FET-Antriebsschaltkriesen 341-343, Hochseiten-FETs 351-353, Tiefseiten-FETs 361-363, einem ersten Überstrom-Detektionsschaltkreis 37, einem zweiten Überstrom-Detektionsschaltkreis 38 und einem Sperrschaltkreis 39.
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Die Hall-IC-Schnittstelle 31 empfängt ein Signal, das von dem U-Hall-IC gesendet wird, der den Hall-IC 18 bildet, über einen Hall-IC-Anschluss (U), ein Signal, das von dem V-Hall-IC gesendet wird, über einen Hall-IC-Anschluss (V) und ein Signal, das von dem W-Hall-IC gesendet wird, über einen Hall-IC-Anschluss (W), und sendet die Signale zum Mikrocomputer 32 nach dem Durchführen einer vorbestimmten Verstärkung und dergleichen.
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Der Mirkocomputer 32 erzeugt Motorsteuersignale basierend auf den Signalen, die von der Hall-IC-Schnittstelle 31 gesendet werden, und sendet die Signale von den PWM-Ausgabeanschlüssen zu den Hochseiten-FET-Antriebsschaltkreisen 331-333 und den Tiefseiten-FET-Antriebsschaltkreisen 341-343. Ferner, wenn ein Antriebsstoppsignal empfangen wird, das von dem Sperrschaltkreis 39 gesendet wird, stoppt der Mikrocomputer 32 die Erzeugung des Motorsteuersignals.
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Wenn das Antriebsstoppsignal von dem Sperrschaltkreis 39 nicht dahin gesendet wurde, erzeugen die Hochseiten-FET-Antriebsschaltkreise 331-333 Antriebssignale basierend auf den Motorsteuersignalen, die von dem Mikrocomputer 32 gesendet werden, und sendet die Signale entsprechend zu den Gates der Hochseiten-FETs 351-353. Die Hochseiten-FETs 351-353 werden entsprechend den Antriebssignalen eingeschaltet, die von den Hochseiten-FET-Antriebsschaltkreisen 331-333 mit vorbestimmten Zeitvorgaben gesendet werden, und sendet den Strom, der von der Spannungsquelle gesendet wird, über einen Widerstand R1 des ersten Überstrom-Detektionsschaltkreises 37 entsprechend zu der Wicklung des Stators 14 über einen Motoranschluss (U), einen Motoranschluss (V) oder einen Motoranschluss (W).
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Die Tiefseiten-FET-Antriebsschaltkreise 341-343 erzeugen, wenn das Antriebsstopsignal nicht von dem Sperrschaltkreis 39 dahin gesendet wurde, Antriebssignale, basierend auf den Motorsteuersignalen, die von dem Mikrocomputer 32 gesendet werden, und senden die Signale entsprechend zu den Gates der Tiefseiten-FETs 361-363. Die Tiefseiten-FETs 361-363 werden entsprechend der Antriebssignale eingeschaltet, die von den Tiefseiten-FET-Antriebsschaltkreisen 341-343 mit einer vorbestimmten Zeitvorgabe gesendet werden, und übertragen den Strom, der von der Wicklung des Stators 14 gesendet wird, entsprechend über den Motoranschluss (U), den Motoranschluss (V) oder den Motoranschluss (W) zur Erde über einen Widerstand R2 des zweiten Überstrom-Detektionsschaltkreises 38.
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Der erste Überstrom-Detektionsschaltkreis 37 ist aus dem Widerstand R1 und einem Betriebsverstärker AMP1 aufgebaut, der die Spannung über dem Widerstand R1 detektiert, und der Detektionsschaltkreis erzeugt, wenn detektiert wird, dass der Strom, der von der Spannungsquelle zur Wicklung des Stators 14 durch die Hochseiten-FETs 351-353 fließt, einen vorbestimmten Wert ubersteigt, ein Überstromsignal, das anzeigt, dass ein Uberstrom detektiert wird, und sendet das Signal zum Sperrschaltkreis 39. Der zweite Überstrom-Detektionsschaltkreis 38 besteht aus dem Widerstand R2 und einem Betriebsverstärker AMP2, der die Spannung über dem Widerstand R2 detektiert, und der Detektionsschaltkreis sendet, wenn detektiert wird, dass der Strom, der von der Wicklung des Stators 14 zur Erde über die Tiefseiten-FETs 361-363 fließt, ein vorbestimmter Wert oder größer ist, ein Überstromsignal, das anzeigt, dass ein Überstrom detektiert wird, zum Sperrschaltkreis 39.
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Der Sperrschaltkreis 39 sperrt die Überstromsignale, die von dem ersten Überstrom-Detektionsschaltkreis 37 und dem zweiten Überstrom-Detektionsschaltkreis 38 gesendet werden, sendet die Signale zu den Hochseiten-FET-Antriebsschaltkreisen 331-333 und den Tiefseiten-FET-Antriebsschaltkreisen 341-343 als Antriebsstopsignale, und sendet zu derselben Zeit die Signale zum Mikrocomputer 32. Folglich wird die Erzeugung des Antriebssignals in den Hochseiten-FET-Antriebsschaltkreisen 331-333 und den Tiefseiten-FET-Antriebsschaltkreisen 341-343 gestoppt und gleichzeitig wird die Erzeugung des Motorsteuersignals, das von dem Mikrocomputer 32 ausgeführt wird, gestoppt.
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In einem so angeordneten Motorantriebsschaltkreis werden, wenn die Stromzufuhrrichtung V→U wird, das Hochseiten-FET 352 und das Tiefseiten-FET 361 eingeschaltet. Folglich fließt der Strom entlang des Weges der Spannungsquelle → des ersten Strom-Detektionsschaltkreises 371 → des Hochseiten-FETs 352 → des Motoranschlusses (V) → der Wicklung des Stators 14 → des Motoranschlusses (U) → des Tiefseiten-FETs 361 → des zweiten Überstrom-Detektionsschaltkreises 38 → der Erde. Wenn die Stromzuführrichtung W → U ist, werden der Hochseiten-FET 353 und der Tiefseiten-FET 361 eingeschaltet. Auf diese Weise fließt der Strom entlang des Weges der Spannungsquelle → des ersten Überstrom-Detektionsschaltkreises 37 → des Hochseiten-FETs 353 → des Motoranschlusses (W) → der Wicklung des Stators 14 → des Motoranschlusses (U) → des Tiefseiten-FETs 361 → des zweiten Überstrom-Detektionsschaltkreises 38 → der Erde.
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Wenn die Stromzufuhrrichtung W → V ist, werden der Hochseiten-FET 353 und der Tiefseiten-FET 362 eingeschaltet. Folglich fließt der Strom entlang des Weges der Spannungsquelle → des ersten Überstrom-Detektionsschaltkreises 37 → des Hochseiten-FETs 353 → des Motoranschlusses (W) → der Wicklung des Stators 14 → des Motoranschlusses (V) → des Tiefseiten-FETs 362 → des zweiten Überstrom-Detektionsschaltkreises 38 → der Erde. Wenn die Stromzuführrichtung U → V ist, werden der Hochseiten-FET 353 und der Tiefseiten-FET 362 eingeschaltet. Auf diese Weise fließt der Strom entlang des Weges der Spannungsquelle → des ersten Überstrom-Detektionsschaltkreises 37 → des Hochseiten-FETs 351 → des Motoranschlusses (U) → der Wicklung des Stators 14 → des Motoranschlusses (V) → des Tiefseiten-FETs 362 → des zweiten Überstrom-Detektionsschaltkreises 38 → der Erde.
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Wenn die Stromzuführrichtung U → W ist, werden der Hochseiten-FET 351 und der Tiefseiten-FET 363 eingeschaltet. Folglich fließt der Strom entlang des Weges der Spannungsquelle → des ersten Uberstrom-Detektionsschaltkreises 37 → des Hochseiten-FETs 351 → des Motoranschlusses (U) → der Wicklung des Stators 14 → des Motoranschlusses (W) → des Tiefseiten-FETs 363 → des zweiten Überstrom-Detektionsschaltkreises 38 → der Erde. Wenn die Stromzuführrichtung V → W ist, werden der Hochseiten-FET 352 und der Tiefseiten-FET 363 eingeschaltet. Auf diese Weise fließt der Strom entlang des Weges der Spannungsquelle → des ersten Überstrom-Detektionsschaltkreises 37 → des Hochseiten-FETs 352 → des Motoranschlusses (W) → der Wicklung des Stators 14 → des Motoranschlusses (W) → des Tiefseiten-FETs 363 → des zweiten Überstrom-Detektionsschaltkreises 38 → der Erde.
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6(a) ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Stromzuführrichtung, dem elektrischen Winkel, dem mechanischen Winkel und der Ausgabe des Hall-ICs 18 zeigt, wenn ein Normabetrieb ausgefuhrt wird. Wenn der Rotor 12 in der Öffnungsrichtung des Ventils 21 (im Folgenden als „die Ventilöffnungsrichtung“ bezeichnet) gedreht wird, wird eine Erregung jeder der Wicklungen der U-Phase, V-Phase und W-Phase des Stators 14 in der Reihenfolge V → U, W → U, W → V, U → V, U → W und V → W wiederholt. Inzwischen, während der Rotor 12 in die Ventilschließrichtung gedreht wird, wird eine Erregung jeder der Wicklungen der U-Phase, V-Phase und W-Phase des Stators 14 in der Reihenfolge U → V, U → W, V → W, V → U, W → U und W → V wiederholt. Diese Stromzuführmuster werden „regulare Stromzuführmuster“ genannt, und die Erregungsmuster, die den Stator 14 mit diesen regulären Stromzuführmustern erregen, werden „regulare Erregungsmuster“ genannt.
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Zum Vergleich zeigt 6(b) die Beziehung zwischen der Stromzuführrichtung, des elektrischen Winkels, des mechanischen Winkels und der Ausgabe des Hall-ICs, wenn ein Normalbetrieb durchgeführt wird, in dem Fall des Magnetpolpositions-Detektionsmagneten, der acht Pole aufweist. Wenn der Magnetpolpositions-Detektionsmagnet 16 Pole aufweist, weist der Hall-IC 18 zwei Ausgabemuster bezüglich einer Stromzuführrichtung auf. Folglich, da dasselbe Ausgabemuster von dem Hall-IC 18 im Bereich A, wo die Stromzuführrichtung in der Öffnungsrichtung V → U, W → U und W → V ist, (die Stromzuführrichtung in der Schließrichtung ist U → V, U → W und V → W) und Bereich B auftritt, wo die Stromzuführrichtung in der Öffnungsrichtung U → V, U → W und V → W (die Stromzuführrichtung in der Schließrichtung ist V → U, W → U und W → V) ist, ist es notwendig, zwischen diesen Ausgabemustern zu unterscheiden, wenn die bürstenlose Motorvorrichtung 1 gestartete wird (eine detaillierte Beschreibung davon wird später gegeben).
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7 ist eine Ansicht, welche die Stromzuführsequenz zeigt, wenn der Rotor 12 in der Ventilöffnungsrichtung mit den regulären Stromzuführmustern und dem Drehmomentpunkt des Rotors 12 in jeder der Erregungen gedreht wird. Im Besonderen ist es notwendig, die Stromzuführmuster in der Reihenfolge der 1 bis 12 in Klammern, die darin gezeigt sind, umzuschalten, um den Rotor 12 weiter zu bewegen. 8 ist eine Ansicht, welche die Stromzuführsequenz zeigt, wenn der Rotor 12 in der Ventilschließrichtung mit den regularen Stromzuführmustern und dem Drehmomentpunkt des Rotors 12 in jeder der Erregungen gedreht wird. Im Besonderen wird gefordert, die Stromzuführmuster in der Reihenfolge der Nummern 1 bis 12 in Klammern, die in der Figur gezeigt sind, umzuschalten, um den Rotor 12 weiterzubewegen.
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9 ist eine Darstellung, die den Zustand, bei dem die logischen Werte der Signale, die von dem Hall-IC 18 aufgrund des Magnetpolpositions-Detektionsmagneten 16, der sich zusammen mit dem Rotor 12 dreht, ausgegeben werden, sequentiell bzw. der Reihe nach umgeschaltet werden, und den Zustand zeigt, bei dem die Drehmomentkurve zu dieser Zeit variiert.
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Als nächstes wird der Betriebsablauf der Initialisierung, die bei Aktivierung einer Spannungsquelle durchgeführt wird, beschrieben. Ein Drosselventil und andere Aktuatoren weisen gewöhnlich einen darauf angebrachten Absolutwert-Sensor auf, der die Bewegung des Ventils direkt misst. Im Gegensatz dazu weist das EGR-Ventil, fur das die burstenlose Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform angewendet wird, aus Kostengründen keinen Absolutwert-Sensor, der darauf angebracht ist, auf. Aus diesem Grund wird in dem EGR-Ventil ein Betriebsablauf, der „Initialisierung“ genannt wird, zum Auffinden des Ursprungssteuerpunkts des Ventils 21 bei Aktivierung der Spannungsquelle durchgeführt. Danach wird das Ausgabemuster des Hall-ICs 18 zum Detektieren der Position des Magnetpols des Rotors 12 von dem Mikrocomputer 32 mit Bezug auf den Ursprungssteuerpunkt, der durch die Initialisierung erhalten wird, gezählt, und das Öffnen und Schließen des Ventils 21 wird gesteuert.
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Beim Initialisieren, wie es in 10 gezeigt ist, werden drei Betriebsabläufe „Phasenabgleich“ „Aufnahmebetriebsablauf“ und „Extrudierbetriebsablauf“ in der Reihenfolge durchgefuhrt. Bezugnehmend auf 10 ist die Position des Motorstoppers die, wo die Motorwelle 11 in der Ventilschließrichtung bewegt wird, gegen das Gehäuse angrenzt und die Fähigkeit verliert, sich zu bewegen. Ferner entspricht der Ventilöffnungsstartpunkt der Position direkt nachdem die Motorwelle 11 zur Ventilöffnungsrichtung bewegt wird, um gegen die Ventilwelle 22 anzugrenzen, und der Punkt wird der Ursprungssteuerpunkt.
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Zunächst wird der Betriebsablauf „Phasenabgleich“ erläutert. Wenn die Polanzahl des Magnetpolpositions-Detektionsmagneten 16 zweimal so groß ist wie die des Rotors 12, wie es in 6(a) gezeigt ist, gibt es zwei gleiche Ausgabemuster des Hall-ICs 18 in einem Zyklus (360°) des elektrischen Winkels, wodurch es unmöglich wird, zu wissen, ob die Position des Magnetpols des Rotors 12 im Bereich A oder Bereich B vorliegt. Folglich wird der folgende Betriebsablauf des Phasenabgleichs ausgeführt, bevor der Aufnahmebetriebsablauf durchgeführt wird. In diesem Fall sind dafur die folgenden Bedingungen (1-1) bis (3-3) Vorbedingungen.
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(1-1) Eine Erregung zum Stator 14 wird mit einer Geschwindigkeit von 8 ms/Schritt umgeschaltet, unabhängig von dem Ausgabemuster des Hall-ICs 18.
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(1-2) Bei Erregung führt der Rotor 12 einen sogenannten Schritt-Betriebsablauf durch, der nicht an dem Drehmomentpunkt sondern an dem Stabilitätspunkt stoppt.
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Hierbei wird, wenn eine bestimmte Erregung durchgeführt wird, die Position, drei Schritte vor dem Drehmomentpunkt, ein Stabilitätspunkt für den Rotor 12.
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(1-3) Beim Durchführen des 12-Schritt-Betriebsablaufs und des 6-Schritt-Betriebsablaufs (wie es im Folgenden im Detail beschrieben wird), wird eine spezielle Erregung ausgeführt, um die Geräusche, die von dem Schritt-Betriebsablauf verursacht werden, zu verringern. Im Besonderen werden die Stromzuführmuster, wie sie in 11 gezeigt sind, zum Stator 14 übertragen. In 11 wird beispielsweise, wenn die Stromzuführrichtung in der Öffnungsrichtung ist und der elektrische Winkel 30° betragt, ein Stromzuführmuster von VW → U zum Stator 14 gegeben bzw. übertragen. Auf diese Weise werden der Hochseiten-FET 352 und der Hochseiten-FET 353, und der Tiefseiten-FET 361 und der Motorantriebsschaltkreis eingeschaltet, und Strom kann sowohl von den Wicklungen der V-Phase als auch der W-Phase zur Wicklung der U-Phase fließen.
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Der Phasenabgleich wird gemäß der folgenden Abläufe (2-1) bis (2-3) durchgeführt. 12 ist eine Darstellung, welche die Bewegung der Motorwelle 11 zur Zeit des Phasenabgleichs zeigt, und 13 ist eine Darstellung, welche die Betriebsabläufe des Motorantriebsschaltkreises bezüglich der Stromzuführrichtungen zeigt, wenn die Phase abgeglichen wird. (2-1) Der Schritt-Betriebsablauf, der einem Zyklus (360°) des elektrischen Winkels entspricht, d.h. eine 12-Schrittaufnahme (bezeichnete als „12-Schrittbetiebsablauf“) wird in der Ventilschließrichtung mit einer Geschwindigkeit von 8 ms/Schritt ausgeführt, unabhängig von dem Ausgabemuster des Hall-ICs 18. 14 ist eine Darstellung, welche die Drehmomentkurve zur Zeit des 12-Schritt-Betriebsablaufs zeigt.
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(2-2) Wenn sich die Motorwelle 11 aufgrund deren Angrenzung gegen den Motorstopper zu der Zeit des 12-Schritt-Betriebsablaufs nicht drehen kann, kann der Phasenabgleich nicht ausgeführt werden. Aus diesem Grund wird der Schritt-Betriebsablauf, der den sechs Schritten in der Ventilöffnungsrichtung entspricht, d.h. die Extrusion der sechs Schritte (als „6-Schritt-Betriebsablauf“ bezeichnet) ausgeführt, wodurch der Phasenabgleich ausgefuhrt wird. 15 ist eine Darstellung, welche die Drehmomentkurve zu der Zeit des 6-Schritt-Betriebsablaufs zeigt.
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(2-3) Um die bürstenlose Motorvorrichtung 1 zu stabilisieren, d.h. um auf die Ruhe des Rotors 12 zu warten, wird fest eine Erregung für 72 ms durchgefuhrt.
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(2-4) Schließlich wird das Ausgabesignal des Hall-ICs 18, wenn eine Erregung in der Richtung von V → W ausgefuhrt wird, überwacht, wodurch beurteilt wird, dass das Ausgabemuster des Hall-ICs 18 irgendeines von (1) - (6) im Bereich A, der in 6(a) gezeigt ist, ist, und die gegenwärtige Position davon erkannt wird.
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Ferner zeigt 16(a) die Drehmomentkurve zu der Zeit des 12-Schritt-Aufnahmebetriebsablaufs, wenn der Motorstopper an der Position A positioniert ist, und 16(b) zeigt die Drehmomentkurve zu der Zeit des 6-Schritt-Extrudierbetriebsablaufs, wenn der Motorstopper an der Position A positioniert ist. Da, wenn der Motorstopper an der Position A positioniert ist, dort nicht der Zustand auftritt, bei dem sich die Motorwelle 11 aufgrund deren Angrenzung gegen den Motorstopper nicht drehen kann, bewegt sich die Motorswelle 11, nach der Bewegung um 12 Schritte in der Ventilschließrichtung, um 6 Schritte in der Ventilöffnungsrichtung, und das Ausgabemuster des Hall-ICs 18 wird irgendeines der (1) - (6) imm Bereich A, der in 6(a) gezeigt ist.
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17(a) zeigt die Drehmomentkurve zu der Zeit des 12-Schritt-Aufnahmebetriebsablaufs, wenn der Motorstopper an der Position B positioniert ist, 17(b) zeigt die Drehmomentkurve, wenn die Motorwelle die Position des Motorstoppers zu der Zeit des 12-Schritt-Aufnahmebetriebsablaufs erreicht, wenn der Motorstopper an der Position B positioniert ist, und 17(c) zeigt die Drehmomentkurve zu der Zeit des 6-Schritt-Extrudierbetriebsablaufs, wenn der Motorstopper an der Position B positioniert ist. Da, wenn der Motorstopper an der Position B positioniert ist, sich die Motorwelle 11 aufgrund deren Angrenzung gegen den Motorstopper nicht drehen kann, ist die Erregung V → UW an der Position von B instabil, wodurch verursacht wird, dass sich die Motorwelle in der Richtung bewegt, die von dem Pfeil, der in der Figur gezeigt ist, gekennzeichnet ist. Danach bewegt sich die Motorwelle 11 um sechs Schritte in der Ventilöffnungsrichtung, und das Ausgabemuster des Hall-ICs 18 wird irgendeines von (1) - (6) in einem Bereich A, der in 6(a) gezeigt ist.
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Als nächstes werden der „Aufnahmebetriebsablauf“ und der „Extrudierbetriebsablauf“ die zur Zeit der Initialisierung durchgeführt werden, beschrieben. Zunächst wird die Position des Motorstoppers von dem Aufnahmebetriebsablauf detektiert. Genauer gesagt, wie es in Abschnitt T1 von 18 gezeigt ist, wird der Rotor 12 von der Position, die von dem oben beschriebenen Phasenabgleich erkannt wird, gedreht, und die Motorwelle 11 wird in die Ventilschließrichtung bewegt, bis es für den Rotor 12 unmöglich wird, sich aufgrund der Motorwelle 11, die gegen den Motorstopper angrenzt zu drehen. In diesem Fall ist die Betriebsarbeit [driving duty] (die Arbeit [duty] des Stroms, der an den Stator 14 angelegt wird) klein und wird beispielsweise auf ungefähr 15% festgelegt. Auf diese Weise wird der Zustand, bei dem die Motorwelle 11 aufgrund deren Angrenzung an den Motorstopper überladen wird, entspannt. Ferner wird die Position, bei der es für den Rotor 12 unmöglich wird sich zu drehen, als die Position des Motorstoppers detektiert. Genauer gesagt, wie es in 19 gezeigt ist, wenn der Zustand, bei dem sich das Ausgabemuster des Hall-ICs 18 nicht verändert fur 64 ms fortdauert, wird die Position des Rotors zum Zeitpunkt als die Position des Motorstoppers erkannt.
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Anschließend wird der Startpunkt der Ventilöffnung von dem Extrudierbetriebsablauf detektiert. Genauer gesagt, wie es in Abschnitt T2 von 18 gezeigt ist, wird der Rotor 12 von der Position des Motorstoppers in der Ventilöffnungsrichtung gedreht und wird veranlasst, sich zu bewegen, bis die Motorwelle 11 gegen die Ventilwelle 22 angrenzt. In diesem Fall wird die Betriebsarbeit beispielsweise auf den Bereich von 8% festgelegt, der kleiner als der des oben genannten Falls des Aufnahmebetriebsablaufs ist. Auf diese Weise wird die Ventilwelle 22 so eingestellt, dass diese sich aufgrund der Drängkraft der Rückstellfeder 23 nicht dreht, selbst wenn die Motorwelle 11 gegen die Ventilwelle 22 angrenzt. Ferner wird die Position, bei der die Motorwelle 11 gegen die Ventilwelle 22 angrenzt, als der Startpunkt der Ventilöffnung detektiert. Genauer gesagt, wie es in 19 gezeigt ist, wenn der Zustand, bei dem das Ausgabemuster des Hall-ICs 18 keine Änderung durchführt, für 128 ms fortdauert, wird die Position als der Startpunkt der Ventilöffnung erkannt. Danach wird eine gewöhnliche Steuerung durchgeführt.
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Zweite Ausfuhrungsform
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Die bürstenlose Motorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 2 enthält die Funktion des Beurteilens, ob die Betriebsablaufrichtung vorwärts oder rückwärts ist, nachdem der Phasenabgleich, der in dem Initialisierungsbetriebsablauf durchgefuhrt wird, abgeschlossen ist. Der Aufbau der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist der gleiche wie bei der bürstenlosen Motorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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20 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsablauf der bürstelosen Motorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Wenn die Spannung eingeschaltet wird, wird eine Initialisierung ausgeführt. In der Initialisierung werden zunächst 12-Schritt-Aufnahme- und 6-Schritt-Extrudierbetriebsabläufe für den Phasenabgleich durchgeführt (Schritt ST11). Die Details der Bearbeitung des Schritts ST11 sind gleich der oben beschriebenen. Wenn die Motorwelle 11 in der Umgebung des Startpunkts der Ventilöffnung oder der Umgebung der Position des Motorstoppers bei Aktivierung der Spannungsquelle gestoppt wird, kann der Phasenabgleich normalerweise nicht abgeschlossen werden, da sich der Rotor 12 nicht bewegen kann, selbst wenn die Erregung von V → W durchgeführt wird; allerdings, da die Bearbeitung des Schritts ST11 die Motorwelle 11 freigibt, kann eine solche unbeabsichtigte Blockierung vermieden werden.
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Als nächstes wird eine Erregung von V → W für den Phasenabgleich durchgeführt (Schritt ST12). Genauer gesagt, um die Ruhe des Rotors 12 abzuwarten, wird die Erregung fest für 72 ms durchgeführt, und es wird eine Wartezeit zum Stabilisieren des Rotors genommen. Der Rotor 12 wird anschließend durch sequentielles Zuführen von Stromzuführmustern von mehr als zwei Schritten dem Stator 14, beispielsweise basierend auf der Ausgabe des Hall-ICs 18, gedreht oder angetrieben (Schritt ST13). In diesem Fall wird, wenn der Phasenabgleich im Schritt ST11 und ST12 aus irgendeinem Grund nicht normal beendet wird, der Rotor 12 manchmal verkehrt herum gedreht, wie es in 21 gezeigt ist, um die Motorwelle 11 in der Ventilöffnungsrichtung zu bewegen. Aus diesem Grund wird danach eine Prüfung durchgeführt, ob die Betriebsablaufrichtung korrekt ist (Schritt ST15). Die Prüfung wird mittels Prüfens, ob das Ausgabemuster des Hall-ICs 18 in der Offnungsrichtung fortschreitet oder in der Schließrichtung fortschreitet, mittels des Mikrocomputers 32 des Motorantriebsschaltkreises durchgefuhrt. In diesem Zusammenhang kann die Prufung durchgeführt werden, wenn die Steuerung einer Normal-F/B (Rückführung) ausgeführt wird.
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Wenn in dem obigen Schritt ST14 festgestellt wird, dass die Betriebsrichtung korrekt ist, wird eine gewöhnliche Steuerung durchgefuhrt (Schritt ST15). Im Gegensatz dazu, wenn in dem Schritt ST14 festgestellt wird, dass die Betriebsablaufrichtung umgekehrt ist, wird realisiert, dass ein Fehler beim Beurteilen der Gruppe begangen wurde (Schritt ST16). Mit anderen Worten wird realisiert, dass das Ausgabemuster des Hall-ICs zu der Zeit der Vervollständigung des Phasenabgleichs fehlerhaft beurteilt wurde, um sich im Bereich A anstelle der Tatsache zu befinden, dass sich das Ausgabemuster davon im Bereich B befunden hat. Anschließend werden die Gruppen ausgetauscht (Schritt ST17). Mit anderen Worten wird das Ausgabemuster des Hall-ICs zu der Zeit der Vervollständigung des Phasenabgleichs festgelegt, um im Bereich A vorzuliegen.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie es oben erwähnt ist, wird die bürstenlose Motorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung so gesteuert, dass zu der Zeit des Phasenabgleichs, der bei Aktivierung einer Spannungsquelle ausgeführt wird, wenn der Stator mit einem anderen Erregungsmuster als den regulären Erregungsmustern, die für einen Normalbetriebsablauf verwendet werden, erregt wird, der Drehwinkel des Rotors halb so groß wie der Drehwinkel entsprechend dem regularen Erregungsmuster wird, um somit die mechanischen Schwingungen des Rotors zu verringern. Diese ist fur die Verwendung in den Antriebsquellen von EGR-Ventilen und Aktuatoren zur Abgassteuerung, wie beispielsweise VG-Turbo-Aktuatoren, fur Fahrzeuge geeignet.