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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern/Regeln
von elektronisch kommutierten Motoren, und insbesondere aber nicht
ausschließlich Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern/Regeln
von elektronisch kommutierten Motoren, die zum Antrieb von Waschmaschinen
verwendet werden.
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HINTERGRUND
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Einige
Haushaltsgeräte, wie etwa Horizontalachsen-Waschmaschinen,
haben eine Waschtrommel, die sich um eine horizontale Mittelachse
herum dreht. Die Trommel kann direkt von einem Motor angetrieben
werden, der an der Rückwand der Trommel befestigt ist.
Alternativ kann die Waschtrommel von einem Motor angetrieben werden,
der der Trommel benachbart angeordnet und damit über einen
geeigneten Antriebsmechanismus gekoppelt ist, zum Beispiel ein Riemenscheibengetriebe.
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Ein
Motortyp, der in der Haushaltsgeräteindustrie verwendet
wird, ist ein elektronisch kommutierter bürstenloser Motor
mit externem Rotor. Elektronisch kommutierte Motoren sind im näheren
Detail im
US-Patent 5,821,708 beschrieben,
deren Inhalte hiermit unter Bezugnahme aufgenommen werden. Solche
elektronisch kommutierten Motoren sind so konstruiert, dass sie
typischerweise mit Drehzahlen von bis zu 1000 UpM oder mehr arbeiten.
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In
einigen der im Stand der Technik beschriebenen Maschinen ist eine
langsame Drehung der Trommel erforderlich, um Anwendungen zu ermöglichen,
wie etwa das Öffnungs- und Schließprozeduren einer Waschmaschinentür.
Zum Beispiel ist eine Türöffnungsprozedur, die
eine langsame Drehung erfordert, im
US-Patent
7,065,905 beschrieben. Eine langsame Drehung könnte
auch dazu benutzt werden, zu erlauben, dass Flüssigkeit
langsam aus einer Waschtrommel abläuft, wenn sie sich dreht.
Solche Flüssigkeit könnte eine Restwaschflüssigkeit
sein, oder Flüssigkeit, die während den Waschzyklen
innerhalb der Auswuchtkammern zurückgehalten worden ist.
Eine langsame Drehung hat jedoch inherente Schwierigkeiten.
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Eine
solche Schwierigkeit der Langsamdrehung des Motors ist ein erhöhtes
Risiko, dass der Motor stehenbleibt. Ein Stehenbleiben ist unerwünscht,
weil große Mengen von elektrischer Energie erforderlich
sind, die Drehung wieder einzuleiten. Das Stehenbleiben könnte
aufgrund unausgewuchteter Wäscheladung auftreten, die innerhalb
der Waschtrommel verteilt ist. Wenn die Wäscheladung von
der Trommel angehoben wird, könnte die Gewichtszunahme
dazu führen, dass der Motor verzögert und stehenbleibt.
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Ähnlich
könnte eine andere Schwierigkeit entstehen, wenn die Wäscheladung
sich abwärts zu bewegen beginnt. Der Motor könnte
unerwünscht beschleunigen. Die Beschleunigung könnte
zum Beispiel am Ende einer Türöffnungsprozedur
schwere Kollisionen verursachen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
einem ersten Aspekt kann man sagen, dass die vorliegende Erfindung
allgemein in einem Verfahren zum Betreiben eines Motors besteht,
wobei das Verfahren umfasst:
Sensieren eines Ereignisses, das
einer Winkelposition des Motors entspricht, worin
wenn das
Ereignis zwischen einem ersten Zeitschwellenwert und einem zweiten
Zeitschwellenwert stattfindet, das Verfahren umfasst, den Motor
zu verlangsamen, und
wenn das Ereignis bis zum ersten Zeitschwellenwert nicht
stattgefunden hat, das Verfahren umfasst, die Antriebsenergie zu
dem Motor zu erhöhen.
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In
einem zweiten Aspekt kann man sagen, dass die vorliegende Erfindung
breithin in einem Motorsteuersystem besteht, das zum Betreiben eines Motors
ausgelegt ist, wobei das System umfasst:
einen Sensor, der
dazu ausgelegt ist, ein Ereignis zu sensieren, das einer Winkelposition
des Motors entspricht, worin
wenn das Ereignis zwischen einem
ersten Zeitschwellenwert und einem zweiten Zeitschwellenwert stattfindet,
das Verfahren umfasst, den Motor zu verlangsamen, und
wenn
das Ereignis bis zum ersten Zeitschwellenwert nicht stattgefunden
hat, das Verfahren umfasst, die Antriebsenergie zu dem Motor zu
erhöhen.
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Bevorzugt
ist der Motor ein elektronisch kommutierter Motor, der mit einer
Drehzahl arbeitet, die von einer typischen Betriebsdrehzahl signifikant
reduziert ist.
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Bevorzugt
ist der erste Zeitschwellenwert eine gewünschte Zeit zwischen
Ereignissen.
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Bevorzugt
ist der zweite Zeitschwellenwert kleiner als der erste Zeitschwellenwert.
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Bevorzugt
ist der zweite Zeitschwellenwert jener zwischen 80% und 95% des
ersten Zeitschwellenwerts.
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Bevorzugt
ist das Ereignis eine Serie von Ereignissen, die einer Änderung
in der Winkelposition des Motors entsprechen.
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Bevorzugt
wird die Antriebsenergie zu dem Motor erhöht, wenn bis
zum zweiten Zeitschwellenwert das Ereignis nicht stattgefunden hat.
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Bevorzugt
wird die Antriebsenergie zu dem Motor erhöht, wenn bis
zum ersten Zeitschwellenwert das Ereignis nicht stattgefunden hat.
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Bevorzugt
wird der Motor bis zum Ablauf des ersten Zeitschwellenwerts gebremst,
wenn das Ereignis vor dem ersten Schwellenwert stattfindet.
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Bevorzugt
wird die Antriebsenergie zu dem Motor verringert, wenn das Ereignis
vor dem zweiten Zeitschwellenwert stattfindet.
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Bevorzugt
ist der Motor dazu ausgelegt, eine Horizontalachsen-Waschmaschine
anzutreiben.
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Bevorzugt
ist das Ereignis ein Signal von einer oder mehreren Positionssensorvorrichtungen, die
in der Nähe des Motorrotors angeordnet ist oder sind, um
die Drehung des Rotors zu sensieren.
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Bevorzugt
ist das Ereignis eine Musteränderung in einem elektronisch
kommutierten Motortreiber.
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Bevorzugt
beträgt die typische Motorbetriebsdrehzahl angenähert
1000 UpM.
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Bevorzugt
ist die signifikant unter der normalen Betriebsdrehzahl liegende
Drehzahl kleiner als 20 UpM.
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Man
kann auch sagen, dass diese Erfindung allgemein einzeln oder gemeinsam
in den Teilen, Elementen und Merkmalen besteht, auf die in der Beschreibung
der Anmeldung Bezug genommen wird oder die dort angegeben sind,
und beliebige oder alle Kombinationen von beliebigen zwei oder mehr
Teilen, Elementen oder Merkmalen, und wobei spezifische Ganzheiten
hierin erwähnt sind, die in der Technik bekannte Äquivalente
haben, zu der diese Erfindung gehört, wobei diese bekannten Äquivalente
las hierin aufgenommen betrachtet werden, als ob sie einzeln aufgeführt wären.
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Dem
Kundigen in der Technik, zu der die Erfindung gehört, werden
selbst viele konstruktive Änderungen und weithin unterschiedliche
Ausführungen und Anwendungen der Erfindung ersichtlich
werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den
beigefügten Ansprüchen definiert ist. Die Offenbarungen
und Beschreibungen hierin sind lediglich illustrativ und sollen
in keinem Sinne einschränkend sein.
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Die
Erfindung besteht in dem vorstehenden und avisiert Konstruktionen,
wovon das Nachfolgende Beispiele angibt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine
bevorzugte Ausführung der Erfindung wird nun in Bezug auf
die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
eine Horizontalachsen-Toplader-Waschmaschine.
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2 zeigt
ein Beispiel eines Motors, der in der Haushaltsgeräteindustrie
verwendet wird.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm vom Betrieb des Motorcontrollers von 2.
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4 ist
eine Tabelle von erwarteten Hallmustern.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm vom Langsammotorbetrieb gemäß einer
Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
einen Zeitablauf einer beispielhaften Betriebssequenz.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 zeigt
eine Horizontalachsen-Toplader-Waschmaschine. Die Waschmaschine
hat eine Waschtrommel 10, die sich um eine horizontale
Achse 11 dreht. Eine Trommelklappe 12 ist im Außenumfang
der Waschtrommel angeordnet, um eine Zugangsöffnung 30 abzudecken.
Die Trommelklappe 12 gleitet an der Außenoberfäche
der Waschtrommel, um die Öffnung 30 zu verschließen
und zu öffnen. Die Zugangsöffnung 30 fluchtet
mit einer Tür 30 in der Oberseite der Waschmaschine,
um eine Öffnung vorzusehen, die es einem Benutzer erlaubt,
die Waschtrommel 10 zu beladen und zu entladen.
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Ein
Motor 20 ermöglicht die Drehung der Waschtrommel 10.
Der Motor 2 ist mit einer Endwand der Trommel 10 gekoppelt.
Alternativ kann der Motor 2 in der Nähe der Trommel
angeordnet und damit über einen geeigneten Antriebsmechanismus
gekoppelt sein.
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Der
Motor 2 hat einen Außenrotor 20, der sich
um eine zentrale stationäre Statorbaugruppe 21 herum
dreht. Der zentrale Stator 21 trägt eine Mehrzahl
von Wicklungen 23, die selektiv angeregt oder kommutiert
werden. Magnete 22 sind um den Umfang des Motors 20 herum
angeordnet, um auf die angeregten Wicklungen zu reagieren und eine
Drehung des Motors 20 zu verursachen. Der Motor ist so konstruiert,
dass er während typischen Anwendungszyklen, zum Beispiel
eines Waschmaschinenschleuderzyklus, gewöhnlich mit Geschwindigkeiten
von bis zu 1000 UpM oder mehr arbeitet.
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Bevorzugt
ist eine Drehsensorvorrichtung in der Nähe des Rotors angeordnet.
Die Drehsensorvorrichtung verfolgt die Drehung des Motors 20 durch Abgabe
eines Signals in Bezug auf die Bewegung des Motors 20.
Die Sensorvorrichtung kann eine relative oder absolute Bewegung
des Motors sensieren. Ferner kann auch mehr als eine Positionssensorvorrichtung
dazu benutzt werden, eine erhöhte Auflösung des
Drehsignals zu bekommen.
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Die
zwei am häufigsten verwendeten Vorrichtungen zum Sensieren
der Rotorposition sind elektromagnetische oder optische Sensoren.
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Ein
geeigneter elektromagnetischer Sensor kann eine Halleffektsensor
sein. Ein Außenrotor-Motormagnet, der in der Nähe
eines Halleffektsensors vorbeiläuft, erzeugt einen elektrischen
Strom in diesem Sensor. Ein Halleffektsensor, der in der Nähe der
Magneten in einem Motor 2 angeordnet ist, kann dazu benutzt
werden, die Drehung des Motors 2 zu detektieren. Eine Änderung
des elektrischen Stroms in dem Halleffektsensor indiziert die Magneten
in den Motor, die sich relativ zu dem Sensor bewegen. Das sich verändernde
Sensorsignal kann dann interpretiert werden, um die Motorposition
zu bestimmen.
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Eine
geeignete optische Sensoranordnung enthält eine zu dem
Rotor 20 weisende Lichtquelle. Der Rotor 20 reflektiert
das Licht periodisch zu einer lichtsensitiven Vorrichtung, die einen
elektrischen Stromfluss erzeugt oder verändert. Geeignete
Hell- und Dunkelmuster an dem Rotor können eine akkurate
Positionsrückkopplung erzeugen.
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Die
Gegen-EMK wird dazu benutzt, die Position eines mehrphasigen Elektromotors
zu verfolgen. Die Anwendung der Positionserfassung durch Gegen-EMK
ist im Detail im
US-Patent 5,821,708 beschrieben,
das unter Bezugnahme aufgenommen wird. Die Verwendung der Gegen-EMK
ist möglich, um die Rotorposition zu erfassen, während
sich der Rotor bei mit sehr niedrigen Drehzahlen im Bereich von
5 bis 20 UpM dreht. Jedoch muss die Elektronik viel empfindlicher
als dann sein, wenn der Motor mit höheren Drehzahlen antreibt.
Darüberhinaus fällt bei Geschwindigkeiten nahe
Null die Höhe der Gegen-EMK auf nehezu Null. Obwohl die
Gegen-EMK eine Option ist, liefern aus diesen Gründen die
zuvor beschriebenen Positionssensorvorrichtungen eine bessere Auflösung
für die Positionsverfolgung bei sehr niedrigen und nahe-Null-Geschwindigkeiten.
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2 zeigt
einen Außenrotor-Motor 2 mit Magneten 22,
die um den Umfang eines Rotors 20 herum angeordnet sind.
Der Rotor 20 dreht sich um einen zentralen Stator 21.
Der Stator 21 trägt eine Mehrzahl von Wicklungen 23,
die selektiv angeregt werden, um den Rotor anzutreiben.
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Eine
oder mehrere Drehsensorvorrichtungen 4 sind in der Nähe
der Magneten 22 an dem Rotor 20 angeordnet. Bevorzugt
umfasst die Drehsensorvorrichtung 4 eine Mehrzahl von Halleffektsensoren.
Jeder Halleffektsensor gibt ein Signal aus, das einem Magnet 22 entspricht,
der an dem Sensor 4 vorbeiläuft, wenn sich der
Motor 2 dreht. In der bevorzugten Ausführung sind
drei Halleffektsensoren umfangsmäßig versetzt,
um eine vorbestimmte Zeitverzögerung zwischen den Signalen
von jedem Sensor 4 zu erzeugen, wenn sie der Rotor 20 mit
konstanter Geschwindigkeit dreht.
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Der
Halleffektsensor liefert ein abwechselnd hohes oder niedriges Signal,
wenn der Magnet vorbeiläuft. Das Ausgangssignal von jedem
Halleffektsensor wird durch Anwenden eines Schwellenwerts in ein
Zweipegelsignal umgewandelt. Zum Beispiel wird ein „hohes” Signals
ausgegeben, wenn der Signalpegelausgang von einem Hallsensor oberhalb
des Schwellenwerts liegt. Ähnlich wird ein „niedriges” Signal
ausgegeben, wenn der Signalpegelausgang von dem Hallsensor unterhalb
des Schwellenwerts liegt. Typischerweise beträgt der Schwellenwert
Null Volt, oder so nahe wie möglich hierzu. Der Schwellenwert kann
durch die Verwendung eines Komparators, von Logikgattern oder Diodenschaltungen
elektronisch angewendet werden.
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4 zeigt
eine Tabelle von Mustern, die von den drei Halleffektvorrichtungen
ausgegeben werden. Die drei Halleffektsensoren A, B, C erzeugen ein
Drei-Bit-Muster, oder sechs Einzelmuster 0–5. Jedes Muster
entspricht einem bestimmten elektrischen Winkel des Rotors relativ
zu dem Stator. Jeder elektrische Winkel oder jedes Muster hat ein
bestimmtes Kommutationsmuster, das entweder dem Antrieb oder Bremsen
des Motors zugeordnet wird. Die Verwendung von Mustern zur Steuerung
eines elektronisch kommutierten Motors ist im näheren Detail
im
US-Patent 5,821,708 beschrieben.
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Der
elektrische Winkel des Rotors steht in Relation zu jedem bestimmten
Satz von Wicklungen und Magneten. In einem 3-Phasenmotor, der zum Beispiel
56 Magnete mit abwechselnder Polarität und drei Wicklungen
aufweist, wird eine physikalische Umdrehung des Motors 28 elektrische
Zyklen beinhalten, oder 168 Halleffektmusteränderungen.
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Die
dem Motor zugeführte elektrische Energie, und somit die
Motorleistung kann gesteuert werden, zum Beispiel durch Modulieren
des Kommutationssignals mit einem PWM-Signal. Das PWM-Signal kann
auch von dem Motorcontroller geliefert werden.
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3 zeigt
ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorcontrollers,
der mit zumindest einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendbar
ist. Der Motor 2 enthält Positionssensoren 4,
die an Drähten 59 Signale ausgibt, die durch die
Drehung des Rotors 20 erzeugt werden. Bevorzugt sind die
Positionssensoren 4 drei Hallereignissensoren, die in der
Näher der Rotormagnete 22 angeordnet sind.
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Die
Hallereignissignale werden von einem Ausgangsmusterblock 50 empfangen.
Der Ausgangsmusterblock 50 wendet auf die Hallereignissignale
einen Schwellenwert an, um eine 3-Bitzahl zu erzeugen, die das Positionssignalmuster
repräsentiert. Das digitalisierte Ausgangsmuster wird dann einfach
zu anderen digitalen Logikschaltungen geleitet, wie etwa einen Motorkommutationscontroller 3.
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Das
Ausgangsmustersignal von Block
50 wird dem Antriebsmusterblock
52 auf
einem Link
61 und zum Programmschleifenblock
57 entlang
einem Link
60 zugeführt. Antriebsmusterblock
52 gibt
ein Kommutationssignal zum Antrieb des Motors gemäß der
Rotorposition aus, wie von dem vom Block
50 empfangenen
Muster angegeben. Das 3-Bitmusterpositionssignal und die Kommutationsmuster
sind im näheren Detail im
US-Patent
5,821,708 beschrieben.
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Die
Links können physikalische Drähte, interne Verbindungen
in einem Mikroprozessor, Bahnen auf einer gedruckten Schaltplatine
oder andere geeignete Verbindungsvorrichtungen oder -materialien
sein. Alternativ kann die Funktionalität der Motorcontrollerblöcke
in Firmware eines programmierbarern Controllers enthalten sein.
Hier repräsentieren die Links den Programmfluss.
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Typische
Haushaltsgeräte, die bereits geeignete Mikroprozessoren
enthalten, können so programmiert werden, dass Sie die
Funktionalität des Softwarealgorithmus und der Motorcontrollerblöcke enthalten.
Diese Funktionalität kann daher retrospektiv zu geeigneten
existierenden Geräten hinzugefügt werden, falls
erforderlich. Zusätzlich kann der Programmfluss an jedem
geeigneten Motorcontroller angepasst werden, wo bereits die Möglich
besteht, einen elektronisch kommutierten Motor zu beschleunigen
und zu bremsen.
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Das
Integrieren aller Funktionsblöcke von 3 in
einen einzigen Mikroprozessor würde eine effektive Lösung
bieten. Jedoch könnten verschiedene Funktionsblöcke
von dem Mikroprozessor ausgeschlossen werden und alternativ durch
andere Formen von Hardware oder Software implementiert werden. Zum
Beispiel könnten die Motorsteuerfunktionen durch eine unabhängige
Motortreiberschaltung durchgeführt werden.
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Wieder
in Bezug auf 3, speichert der Programmschleifenblock 57 eine
erste Schwellenwertvariable, die eine gewünschte Zeitperiode
(T) zwischen Hallereignissignalperioden repräsentiert. Wenn
zum Beispiel 168 Musteränderungen pro Motorumdrehung vorhanden
sind und sich der Motor mit 10 UpM dreht, wäre die gewünschte
Zeitperiode T zwischen den Musteränderungen angenähert
35 ms. Alternativ könnte die Zeitperiode T die durchschnittliche
Zeit einer Anzahl von vorherigen Musteränderungsintervallen
sein. Alternativ könnte die Zeitperiode T eine Zeitperiode
sein, die durch extrapolieren von vorangehenden Musteränderungszeitintervallen vorhergesagt
wird.
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Die
gewünschte Zeit T ist eine variable Eingabe 58 in
die Hauptschleife, die von dem Programmschleifenblock 57 bearbeitet
wird. Die Zeit T wird typischerweise von den gewünschten
Motordrehzahlparametern erhalten, und kann eine konstante Zeitperiode
oder -periode sein, oder sie kann sich gemäß den
Drehzahlfluktuationen des Motors verändern.
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Der
Motorcontroller speichert auch eine zweite Schwellenwertvariable
Z, die einen Bruchteil der gewünschten Zeitperiode T repräsentiert.
Die Variable Z wird auf die gewünschte Anwendung des Motors
zugeschnitten, oder die Betriebsdrehzahl des Motors, oder beides.
Die Erfinder haben sichergestellt, dass ein Wert von Z zwischen
80% und 95% der Periode T für einen langsamen Motorantrieb
von angenähert 5 UpM bis 20 UpM geeignet ist. Jedoch könnte
Z auch jeder geeignete Bruchteil der Periode T sein. Die Variable
Z steuert einen typischen Anteil der Zeit, mit der der Motor für
den Langsamantriebsmodus positiv angeregt wird. Der Wert von Z kann während
des Betriebs des Motors konstant sein, oder er kann gemäß vorherigen
oder gegenwärtigen Betriebsmotorparametern modifiziert
werden.
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Der
Programmschleifenblock 57 gibt verschiedene Motorsteuerdaten
aus. Diese enthalten Bremsdaten 55 und PWM-Daten 56.
Die Bremsdaten werden von dem Programmschleifenblock ausgegeben,
wenn der Motorcontroller 3 eine Bremsung des Motors anweist.
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Die
Bremsdaten 55 werden von einem Bremsüberlaufblock 53 empfangen.
Der Bremsüberlaufblock 53 fängt die von
dem Antriebsmusterblock 52 ausgegebenen Kommutationsdaten
ab. Während Bremsdaten 55 anzeigen, dass eine
Bremsung gewünscht ist, ersetzt der Block 53 Antriebskommutationsdaten
durch Bremskommutationssteuerdaten.
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Der
PWM-Block 54 erhält die Antriebskommutationsdaten
von Antriebsmusterblock 52, oder die Bremskommutationssignal
von dem Bremsüberlaufblock 53. Der PWM-Block erhält
auch PWM-Steuerdaten 56, die von dem Programmschleifenblock 57 ausgegeben
werden.
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Der
PWM-Block 54 besteht aus Motortreiberleistungselektronik,
wie etwa Leistungstransistoren oder ähnlichen Vorrichtungen.
Der PWM-Block 54 erhält die Kommutationsdaten.
Die Kommutationsdaten bestehen gewöhnlich aus Niedrigpegelsignalen, die
von digitalen elektronischen Vorrichtungen ausgegeben werden. Der
PWM-Block 54 verstärkt diese, so dass sie zu Signalen
werden, die zum Motorantrieb geeignet sind.
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PWM-Daten
werden dem PWM-Block 54 zugeführt. Die PWM-Daten
entsprechen der Höhe des gewünschten elektrischen
Antriebsstroms, oder der gewünschten Art der Motorbeschleunigung
oder -verzögerung. Die Höhe der Antriebs- oder
Bremskommutation wird daher durch den Programmschleifenblock 57 steuerbar.
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5 zeigt
eine Ausführung des Motorsteueralgorithmus der vorliegenden
Erfindung. Der Algorithmus ist als Serie von Schritten und Entscheidungen
dargestellt, die auf verschiedenen Motorbetriebscharakteristiken
beruhen.
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Der
Algorithmus hat verschiedene Betriebsparameter. Diese sind ein gegenwärtiger
Musterparameter, ein Timerwert, der die Zeit t repräsentiert, seit
die letzte Musteränderung stattgefunden hat, die Zeit T,
die die gewünschte Zeit für die nächste
Musteränderung repräsentiert, die Prozentsatzvariable
Z, die einen Bruchteil der gewünschten Zeit T repräsentiert,
sowie ein Paar von Boolschen Parametern Initial 1 und Initial 2.
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Der
Algorithmus soll mit einer höheren Geschwindigkeit als
die Frequenz der Mustersignaländerungen geschleift werden,
um die genaueste Motorsteuersteuerung sicherzustellen. Jedoch könnte der
Algorithmus mit geringerer Geschwindigkeit laufen, wenn Motorrauschen
unterdrückt wird und ein höherer Genauigkeitspegel
konstruktiv nicht in Betracht gezogen wird.
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Der
Algorithmus beginnt im Steuerschritt 100. Wenn der Algorithmus
das erste Mal initialisiert wird, werden die Timer rückgesetzt,
und die Boolschen Parameter Initial 1 und Initial 2 werden auf wahr
gesetzt.
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Der
Algorithmus ist so aufgestellt, dass der Motor unter drei Hauptszenarien
arbeitet. Diese sind dann, wenn sich der Rotor zu schnell dreht,
zu langsam oder mit angenähert der gewünschten
Geschwindigkeit dreht.
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Wenn
die Musteränderung früher als zur Zeit Z stattfindet,
dreht sich der Rotor zu schnell. Wenn die Musteränderung
später als die gewünschte Zeit T stattfindet,
dreht sich der Rotor zu langsam. Die Musteränderung zwischen
tritt zwischen der Zeit Z und der Zeit T auf, wenn sich der Rotor
mit angenähert der gewünschten Geschwindigkeit
dreht.
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In
Bezug auf 5 wird nun eine Ausführung der
Motorsteuertechnik der vorliegenden Erfindung beschrieben, wenn
sich der Motor zu langsam dreht.
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Der
Schritt 101 wird das Muster von dem Ausgangsmusterblock 50 mit
dem gespeicherten Muster verglichen. Das gespeicherte Muster repräsentiert
die gegenwärtige Rotorstellung relativ zum Stator. Das
Programm geht zu Block 102 weiter, wenn das gelesene Muster
zu dem gespeicherten Muster passt. Im Block 102 wird das
Boolsche Initial 1 geprüft. Das Programm geht zu Block 103 weiter, wenn
das Boolsche Initial 1 wahr ist.
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Das
Boolsche Initial 1 wird dazu benutzt, den Algorithmus gemäß anderen
Programmparametern, die sich geändert haben könnten,
oder Ereignissen, die aufgetreten sein könnten, zu verzweigen.
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In
Block 103 wird der gegenwärtige Timerwert t mit
der Zeit Z verglichen. Der Algorithmus endet, wenn t < Z. Der Algorithmus
schleift fortlaufend zum Endblock 109, so lange sich das
Muster nicht ändert, oder bis der Timer die Zeit Z erreicht
oder diese überschreitet.
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Beim
Erreichen des Endblocks 109, oder irgend einem anderen
Endblock in dem Programm, startet das Programm wieder bei 100.
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Das
Programm geht von Block 104 zu Block 103 weiter,
wenn die Zeit Z abgelaufen ist. Zu Anfang wird der Timerwert t zwischen
der Zeit Z und der gewünschten Zeit T liegen, wenn das
Muster unverändert bleibt. Daher wird das Programm von
Block 104 zu Block 110 weitergehen.
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In
Schritt 111 ist das Boolsche Initial 2 falsch, und daher
erhält der PWM-Block 54 ein Signal, um die Motorkraft
zu erhöhen. Die erhöhte Motorkraft beschleunigt
den Motor.
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In
Schritt 112 wird das Boolsche Initial 2 auf wahr gesetzt,
und das Programm startet wieder bei Block 100.
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Daher
wird der Motor beschleunigt, indem die Antriebskraft erhöht
wird, wenn die Musteränderung nicht innerhalb der abgelaufenen
Zeit Z stattfindet.
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Wenn
das Muster unverändert bleibt, schleift das Programm fortlaufend
durch zu Block 110, wo erkannt wird, dass das Boolsche
Initial 2 auf falsch gesetzt ist. Dann endet das Programm in Block 126 und startet
wieder bei Block 100.
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Der
Timerwert t wird die gewünschte Zeit T überschreiten,
wenn das Muster unverändert bleibt. Das Programm schleift
zu Block 104, wo erkannt wird, dass der Timer die gewünschte
Zeit T überschreitet. Das Programm geht anschließend
weiter zu Block 105, wo die dem Motor durch den PWM-Block 54 zugeführte
Energie weiter erhöht wird.
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Die
Erfinder haben geprüft, dass das Stehenbleiben des Motors
am Besten vermieden wird, indem die Antriebskraft wesentlich erhöht
wird, bis eine Musteränderung stattfindet. Daher könnte
die zweite Krafterhöhung wesentlich größer
sein als die erste Erhöhung, beim Versuch, ein potentielles
Stehenbleiben des Motors zu vermeiden.
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Das
Programm geht anschließend zu Block 106 weiter,
wo das Boolsche Initial 1 auf falsch gesetzt wird. Dann endet das
Programm bei Block 107 und beginnt wieder in Block 100.
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Das
Programm schleift zum Endblock 108, wenn das Boolsche Initial
1 auf falsch gesetzt worden ist. Diese Schleife geht weiter, bis
eine Musteränderung stattfindet und in Block 101 erkannt
wird.
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Daher
wird der Motor kontinuierlich mit wesentlich erhöhter Antriebsenergie
versorgt, bis eine Musteränderung stattfindet.
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Das
Programm geht dann zu Block 114 weiter, nachdem in Block 101 eine
Musteränderung erkannt worden ist. Block 101 vergleicht
den Timerwert t mit der gewünschten Zeit T. Das Programm
geht zu Block 121 weiter, wenn der Timer t die gewünschte Zeit
T überschreitet.
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In
Block 121 wird die Mustervariable auf das neue geänderte
Muster gesetzt. In Block 122 setzt das Programm dann den
Timerwert t zurück und setzt in Block 123 den
Boolschen Bremsparameter auf falsch, wenn sie dies noch nicht ist.
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Indem
der Boolsche Bremsparameter auf falsch gesetzt wird, wird jeglicher
Bremskommutationszyklus, der irgendwo in dem Algorithmus initiiert worden
ist, deaktiviert, und es wird eine Antriebskommutation initiiert.
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In
Block 124 werden die Boolschen Initiale 1 und 2 beide auf
wahr gesetzt, und das Programm endet in Block 125.
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Nun
wird die Motorsteuertechnik der vorliegenden Erfindung, wie in 5 verkörpert,
beschrieben, wenn sich der Rotor mit angenähert der gewünschten
Geschwindigkeit dreht.
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Das
Programm beginnt oder beginnt wieder in Block 100. Das
Programm schleift kontinuierlich durch das Programm zum Endblock 109,
bis sich entweder in Block 101 das Muster ändert
oder der Timerwert t die Zeit Z überschreitet.
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In
Block 103 wird der gegenwärtige Timerwert t mit
der Zeit Z verglichen. Das Programm geht zu Block 104 weiter,
wenn die abgelaufene Zeit die Zeit Z überschreitet.
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Das
Programm geht zu Block 110 weiter, wenn der Timerwert t
zwischen der Zeit Z und der gewünschten Zeit T liegt. Das
Boolsche Initial 2 ist wahr, wenn der Block 110 das erste
Mal durchlaufen wird. Anschließend wird in Block 111 die
Motorantriebskraft erhöht, und in Block 112 wird
das Boolsche Initial 2 auf falsch gesetzt. Dann endet das Programm in
Block 113 und startet neu.
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Das
Programm schleift anschließend zum Endblock 126,
bis sich entweder das Muster ändert oder der Timerwert
t die gewünschte Zeit T überschreitet.
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Das
Programm geht von Block 114 zu Block 115 weiter,
wenn eine Musteränderung stattfindet, wenn der Timerwert
t zwischen der Zeit Z und der Zeit T liegt. Das Boolsche Initial
1 ist wahr, und das Programm geht zu Block 116 weiter,
wo es auf falsch gesetzt wird.
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Eine
Musteränderung, die zwischen der Zeit Z und der Zeit T
stattfindet, zeigt, dass sich der Motor mit angenähert
der gewünschten Geschwindigkeit dreht.
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In
Block 117 wird der gegenwärtige Timerwert t mit
der Zeit Z verglichen.
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Wenn
der Zeitwert t die Zeit Z überschreitet, geht das Programm
zu Block 119 weiter, wo eine Bremskommutation eingeleitet
wird. Dann endet das Programm im Block 120 und beginnt
wieder im Block 100.
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Das
Programm schleift weiterhin zu Block 120, bis entweder
eine Musteränderung auftritt oder der Timerwert t die gewünschte
Zeit T überschreitet. Das Programm geht zu den Blöcken 121, 122, 123, 124, 125 weiter,
wenn im Block 114 der Timerwert t die gewünschte
Zeit T überschreitet. Der Timer bleibt stehen, und die
Mustervariable wird auf das gegenwärtige Muster gesetzt,
wie es von dem Ausgangsmusterblock 50 zugeführt
wird. Die Bremskommutation wird auch gelöst, und die Boolschen
Initiale 1 und 2 werden auf wahr gesetzt.
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Daher
wird der Motor innerhalb eines Motorantriebszyklus gehalten, die
den Motor beschleunigt und dann verzögert, wenn er sich
mit angenähert der gewünschten Geschwindigkeit
dreht.
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Nun
wird die Motorsteuertechnik der vorliegenden Erfindung, wie in 5 verkörpert,
beschrieben, wenn sich der Rotor zu schnell dreht.
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Die
Motorsteuertechnik beginnt im Steuerschritt 100. Das Programm
schleift fortlaufend durch das Programm zum Endblock 109,
der entweder in Block 101 das Muster ändert oder
der Timerwert t die Zeit Z überschreitet.
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Wenn
sich der Rotor zu schnell dreht, wird eine Musteränderung
früher auftreten als erwartet.
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Das
Programm geht von Block 101, wo die Musteränderung
erkannt wird, zu Block 114 weiter. Im Block 114 wird
der Timerwert t mit der gewünschten Zeit T verglichen.
Der Timerwert t ist kleiner als die gewünschte Zeit T,
und daher geht das Programm zu Block 115 weiter.
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In
Block 115 ist das Boolsche Initial 1 war, und das Programm
geht zu Block 116 weiter, wo das Initial 1 auf falsch gesetzt
wird. In Block 117 wird der Timerwert t mit der Zeit Z
verglichen. Die Musteränderung findet statt, bevor die
Zeit Z abgelaufen ist, wenn sich der Rotor zu schnell dreht. Im
Block 118 wird die dem Motor zugeführte Kommutationsenergie anschließend
herabgesetzt. Die Energie wird nur herabgesetzt, wenn die Motordrehzahl
derart ist, dass die Musteränderung vor der Zeit Z stattfindet.
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Im
Block 119 wird eine Bremskommutationssequenz initiiert.
Das Programm endet anschließend in Block 120 und
beginnt wieder in Block 100. Dann schleift das Programm
fortlaufend zu Block 120, bis der Timerwert t die gewünschte
Zeit T überschreitet. Die Bremsung wirkt fortlaufend auf
den Motor, bis der Timerwert t die gewünschte Zeit T überschreitet.
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Daher
wird die dem Motor zugeführte Energie verringert und die
Bremsung erfolgt, bis die gewünschte Zeit T abgelaufen
ist.
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Das
Programm geht von Block 114 zu Block 121 weiter,
wo der Timerwert t die gewünschte Zeit T überschreitet.
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Im
Block 121 wird die Mustervariable auf das neu geänderte
Muster gesetzt. Dann setzt das Programm in Block 122 den
Timerwert t zurück und setzt in Block 123 die
Boolsche Bremsvariable auf falsch.
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Die
Boolschen Initialen 1 und 2 werden anschließend in Block 124 beide
auf wahr gesetzt, und in Block 125 endet das Programm.
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Es
ist ein Beispiel eines Algorithmus beschrieben worden, der die vorliegende
Erfindung verkörpert. Der Algorithmus wird besonders geeignet durch
einen Mikroprozessor implementiert, wobei jedoch alternativ auch
jeder der Schritte oder Blöcke dem Algorithmus durch diskrete
elektronische Vorrichtungen implementiert werden könnten,
die dazu ausgelegt sind, die Schritte des Algorithmus entsprechend
zu bearbeiten.
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Man
könnte sich vorstellen, dass dort, wo die Kommutation des
Motors nicht auf Musteränderungen beruht, die Änderung
des Musters in dem Programmalgorithmus gleichermaßen auch
durch jedes andere Ereignis ersetzt werden könnte, das
der Winkeldrehung oder einer Winkelpositionsänderung des Motors
entspricht.
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6 ist
ein Zeitablauf einer beispielhaften Motorbetriebssequenz, die das
Auftreten von Musteränderungen 161, der Antriebskommutationsenergie 162 und
dann Bremsung angelegt wird 163 zeigt, alle entsprechend
der langsamen Motorantriebstechnik der vorliegenden Erfindung.
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Die
Zeitperiode T1 zeigt die gewünschte Zeitperiode 164 für
eine gegebene Drehzahl des Motors an. Die Musteränderung
erfolgt früher als erwartet. Eine Bremskommutationssequenz
wird an den Motor angelegt, bis zum Ablauf der Zeitperiode T1. Die
Antriebsenergie zu dem Motor 162 wird ebenfalls herabgesetzt.
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Die
Zeitperiode T2 bezeichnet die gewünschte Zeitperiode 165,
die ab dem Ablauf der vorangehenden Zeitperiode T1 164 beginnt.
Die Antriebsenergie zu dem Motor wird hochgesetzt, wenn die Zeitperiode
Z abgelaufen ist. Die Musteränderung 173 findet
zwischen den Zeitperioden Z 171 und T 172 statt.
Eine Bremskommutationssequenz wird an den Motor ab der Zeit angelegt,
wenn die Musteränderung 173 stattfindet, bis zum
Ablauf der Zeitperiode T2 165.
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Die
Zeitperiode T3 166 beginnt, wenn die vorherige gewünschte
Zeit T2 165 abläuft. Die Antriebskommutationsenergie
wird erhöht, wenn die Zeitperiode Z 174 abgelaufen
ist, und noch einmal, wenn die Zeitperiode T 175 abgelaufen
ist.
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Die
Zeitperiode T4 167 beginnt beim Auftreten der letzten Musteränderung 176.
Die Zeitperiode T4 bezeichnet die gewünschte Zeitperiode
für die nächste Musteränderung. Die Antriebskommutationsenergie
wird hochgesetzt, wenn die Zeitperiode Z 177 abgelaufen
ist. Die Musteränderung findet zur gewünschten
Zeitperiode T 178 statt. Daher wird an den Motor keine
Bremskommutationssequenz angelegt.
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Die
Zeitperiode T5 168 beginnt beim Ablauf der vorherigen gewünschten
Zeit T4 167. Die nächste Musteränderung 179 erfolgt
vor der Zeitperiode Z 180. Eine Bremskommutationssequenz
wird an den Motor ab der Zeitperiode T angelegt, bis die Zeitperiode
T 181 abgelaufen ist. Die dem Motor zugeführte Antriebskommutationsenergie
wird ab dem frühen auftreten der Musteränderung 179 bis
zum Ablauf der Zeitperiode T 168 ebenfalls herabgesetzt.
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Die
Zeitperiode T6 169 beginnt ab dem Ablauf der vorherigen
gewünschten Zeit T5 168. Eine anschließende
Musteränderung findet bei 182 vor der Zeitperiode
Z 183 statt. Eine Bremskommutationssequenz wird an den
Motor ab der Ankunft der Musteränderung 182 bis
Ablauf der Zeitperiode 169 angelegt. Die dem Motor zugeführte
Antriebskommutationsenergie wird auch ab dem frühen Auftreten
der Musteränderung 182 bis zum Ablauf der Zeitperiode T6 169 herabgesetzt.
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Zusammenfassung
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Es
wird ein Verfahren zum Betreiben eines Motors mit geringer Drehzahl
angegeben. Das Verfahren enthält das Sensieren eines Ereignisses,
das einer Winkelposition des Motors entspricht. Wenn das Ereignis
zwischen einem ersten Zeitschwellenwert und einem zweiten Zeitschwellenwert
stattfindet, enthält das Verfahren, den Motor zu verlangsamen.
Wenn das Ereignis bis zum ersten Zeitschwellenwert nicht stattgefunden
hat, enthält das Verfahren, die Antriebsenergie zu dem
Motor zu erhöhen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5821708 [0003, 0040, 0044, 0049]
- - US 7065905 [0004]