DE112009000276T5

DE112009000276T5 - Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112009000276T5
Application number: DE112009000276T
Authority: DE
Inventors: Kenta Hatano; Toshiyuki Umemoto; Naoki Miyamoto; Satoshi Fujimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2029-01-17
Also published as: CN101960698B; DE112009000276B4; US8525458B2; WO2009125527A1; US20100289442A1; JPWO2009125527A1; CN101960698A; JP4954325B2

Abstract

Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungs-Vorrichtung, umfassend:
einen Stator mit einer Vielzahl von befestigten Spulen;
einen Rotor, der eine vorgegebene Anzahl Pole aufweist und rotiert, wenn der Stator sukzessive durch eine Vielzahl von Anregungsmustern angeregt wird;
einen Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet, der befestigt ist auf einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse des Rotors;
eine Gruppe erste Hall-Elemente, die befestigt sind auf einer Ebene, die dem Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet zum Erfassen der Position des Rotors gegenüber liegt; und
eine Gruppe zweiter Hall-Elemente, deren Offset derart eingestellt ist, dass die Differenz zwischen einem Maximalwert der magnetischen Flussdichte an Befestigungspositionen der ersten Hall-Elemente und einer magnetischen Flussdichte an Befestigungspositionen der zweiten Hall-Elemente innerhalb einer vorgegebenen Grenze liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine durch einen Gleichstrom betriebene Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung, die bevorzugt verwendet wird als eine Ansteuerquelle eines Drosselventils oder eines EGR-(Exhaust Gas Recirculation System bzw. Abgas-Rückführsystem)Ventils zur Verwendung für eine fahrzeugeigene Vorrichtung, oder als Ansteuerquelle eines bewegbaren Drehschiebers eines Turbosystem mit Variabler Geometrie.
STAND DER TECHNIK
Ein bürstenloser Motor weist, zum Beispiel, einen Stator auf mit neun Slots bzw. Nuten, einen Rotor mit acht Polen, einen Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet mit acht Polen gleich dem des Rotors, und drei Hall-Integrationsschaltungen bzw. Hall-ICs zum Erfassen der Rotationsposition des Rotors durch eine Erfassung des Magnetismus des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten. Ein solcher bürstenloser Motor, bei dem der Rotor und der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet die gleiche Anzahl von Polen aufweist, und den drei Hall-Integrationsschaltungen wird als ein bürstenloser Motor mit einfacher Präzision bezeichnet.
Um im Vergleich mit dem bürstenlosen Motor mit einfacher Präzision die Auflösung der Rotationspositionserfassung des Rotors zu verbessern, wurde ein bürstenloser Motor vorgeschlagen, der die Anzahl der Pole des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten verdoppelt, das heißt, der einen Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet mit 2n Polen für einen Rotor mit n Polen bereitstellt (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
Ein solcher bürstenloser Motor mit einem Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet, welcher eine doppelte Anzahl von Polen gegenüber dem Rotors aufweist, und drei Hall-Integrationsschaltungen wird als ein bürstenloser Motor mit einer doppelten Präzision bezeichnet. Gemäß dem bürstenlosen Motor mit einer doppelten Präzision kann dieser die Auflösung der Rotationspositionserfassung des Rotors im Vergleich mit dem bürstenlosen Motor mit einfacher Präzision verdoppeln.

Patentdokument 1: Japanische Patentveröffentlichung 2002-252958 .

Offenbarung der Erfindung
Auf der anderen Seite ist im Vergleich mit dem oben beschriebenen bürstenlosen Motor mit einer doppelten Präzision ein bürstenloser Motor mit einer vierfachen Präzision erwünscht, der die der Auflösung der Rotationspositionserfassung weiter verbessert.
Der bürstenlose Motor mit einer vierfachen Präzision, der eine doppelte Rotationspositionserfassungsgenauigkeit im Vergleich zu dem bürstenlosen Motor mit doppelter Präzision aufweist, weist ferner drei Hall-Integrationsschaltungen für die Positionserfassung zusätzlich zu den drei Hall-Integrationsschaltungen eines bürstenlosen Motors mit doppelter Präzision auf. Die drei Hall-Integrationsschaltungen des bürstenlosen Motors mit doppelter Präzision werden hier als Haupt-Hall-Integrationsschaltungen zur Erfassung der Magnetpol-Position bezeichnet und die drei Hall-Integrationsschaltungen, die für die vierfache Präzision hinzugefügt werden, werden als Neben-Hall-Integrationsschaltungen zur Erfassung der Magnetpol-Positionen bezeichnet.
Obwohl die Haupt-Hall-Integrationsschaltungen zur Erfassung der Magnetpol-Positionen und die Neben-Hall-Integrationsschaltungen zur Erfassung der Magnetpol-Positionen mit einem Offset mit einem vorgegebenen Maschinenwinkel befestigt werden, ist eine hohe Genauigkeit der Befestigungsposition zwischen den Haupt-Hall-Integrationsschaltungen zur Erfassung der Magnetpol-Positionen und der Neben-Hall-Integrationsschaltungen zur Erfassung der Magnetpol-Positionen erforderlich, um die hohe Auflösung der vierfachen Präzision zu erreichen. Somit ist es erforderlich, den Erfassungswinkelfehler auf einem Minimum zu halten.
Die vorliegende Erfindung ist zur Lösung des vorhergehenden Problems implementiert. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung bereitzustellen, welche die Zuverlässigkeit verbessert, indem der Erfassungswinkelfehler zwischen den Haupt-Hall-Integrationsschaltungen zur Erfassung der Magnetpol-Positionen und der Neben-Hall-Integrationsschaltungen zur Erfassung der Magnetpol-Positionen auf einem Minimum gehalten wird.
Um das vorhergehende Problem zu lösen, umfasst die Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: einen Stator mit einer Vielzahl von befestigten Spulen; einen Rotor, der eine vorgegebene Anzahl Pole aufweist und rotiert, wenn der Stator sukzessive durch eine Vielzahl von Anregungsmustern angeregt wird; einen Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet, der befestigt ist auf einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse des Rotors; eine Gruppe erste Hall-Elemente, die befestigt sind auf einer Ebene, die dem Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet zum Erfassen der Position des Rotors gegenüber liegt; und eine Gruppe zweiter Hall-Elemente, deren Offset derart eingestellt ist, dass die Differenz zwischen einem Maximalwert der magnetischen Flussdichte an Befestigungspositionen der ersten Hall-Elemente und einer magnetischen Flussdichte an Befestigungspositionen der zweiten Hall-Elemente innerhalb einer vorgegebenen Grenze liegt. Entsprechend der Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung gemäß vorliegenden Erfindung kann diese die Zuverlässigkeit verbessern, indem der Erfassungswinkelfehler zwischen den Haupt-Hall-Integrationsschaltungen zur Erfassung der Magnetpol-Positionen (erste Hall-Elemente) und den Neben-Hall-Integrationsschaltungen zur Erfassung der Magnetpol-Positionen (zweite Hall-Elemente) auf einem Minimum gehalten wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnitts-Ansicht entlang der axialen Richtung, die einen Aktuator mit einer Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung einer Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2(a) und (b) sind Grundrisse, die beide ein Beispiel der Anordnung von Komponenten in der Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform 1 gemäß vorliegender Erfindung zeigen;
3 ist ein schematisches Diagramm zur Ansicht eines Querschnitts eines Magneten und der Größe der magnetischen Flussdichte in der Richtung des Radius der Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform 1 gemäß vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Diagramm zur Ansicht der Verteilung der magnetischen Flussdichte der Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform 1 gemäß vorliegenden Erfindung;
5 ist ein schematisches Diagramm zur Ansicht eines Querschnitts des Magneten und Variationen in der magnetischen Flussdichte in Richtung des Radius der Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform 1 gemäß vorliegenden Erfindung; und
6 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt eines Magneten einer Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung einer Ausführungsform 3 gemäß vorliegenden Erfindung zeigt.
BESTER MODUS DER ERFINDUNG
Der beste Modus zum Ausführen der Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genauer beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist eine Ansicht eines Querschnitts entlang der axialen Richtung, die einen Aktuator mit einer Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform 1 gemäß vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 1 gezeigt, weist eine Aktuatoreinheit 1 eine Struktur auf, in der ein zylindrischer Rotor 12, in den die Antriebswelle 11 eingepasst ist, in einen Hohlraum eines Stators 14 eingebracht ist, der an einem Gehäuse 13 befestigt ist, und der durch Träger 15 auf eine frei rotierbare Art unterstützt wird. Neben dem Rotor 12 ist ein Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 senkrecht zu seiner Achse fixiert. Im Übrigen ist die magnetisierte Richtung des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten 16 eine axiale Richtung.
Darüber hinaus sind auf einer Leiterplatte 17 ein Satz von Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen von Magnetpol-Positionen für eine Dreiphasen-Ansteuerung und ein Satz von Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen von Magnetpol-Positionen befestigt. Die Leiterplatte 17 ist mit dem Gehäuse 13 derart fixiert, dass die Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen von Magnetpol-Positionen und die Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen von Magnetpol-Positionen sich gegenüber dem Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 befinden.
2(a) und 2(b) sind Grundrisse, die den Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten 16, die Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen von Magnetpol-Positionen, und die Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen von Magnetpol-Positionen zeigen, wenn sie von der Seite der Hall-Integrationsschaltung betrachtet werden: 2(a) zeigt ein Beispiel ohne einen Abstands- bzw. Offsetwinkel; und 2(b) zeigt ein Beispiel mit einem Offsetwinkel (γ).
Wie in 2(a) und 2(b) gezeigt, ist der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 derart magnetisiert, dass die Anzahl von Polen zweimal die Anzahl von Polen des Rotors 12 ist. Wenn der Rotor 12 zum Beispiel 12 Pole aufweist, ist der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 mit der doppelten Anzahl an Polen magnetisiert, d. h. 24 Pole in einer peripheren Richtung. Darüber hinaus weist der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 einen Ringmagnet auf, der in seinem Zentrum ein Loch aufweist, derart, dass es konzentrisch an seiner äußeren Peripherie vorliegt.
Die Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen von Magnetpol-Positionen und die Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen von Magnetpol-Positionen bestehen aus drei Hall-Integrationsschaltungen (18a, 18b, 18c) bzw. (19a, 19b, 19c) für eine Dreiphasen-Ansteuerung. Auf diese Art hängen die Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18a zum Erfassen der Magnetpol-Position und die Neben-Hall-Integrationsschaltung 19a zum Erfassen der Magnetpol-Position, die Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18b zum Erfassen der Magnetpol-Position und die Neben-Hall-Integrationsschaltung 19b zum Erfassen der Magnetpol-Position, und die Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18c zum Erfassen der Magnetpol-Position und die Neben-Hall-Integrationsschaltung 19c zum Erfassen der Magnetpol-Position miteinander zusammen. Somit sind, wie in 2(a) gezeigt, die Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18a zum Erfassen der Magnetpol-Position und die Neben-Hall-Integrationsschaltung 19a zum Erfassen der Magnetpol-Position auf einer radialen Linie angeordnet. Die Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18b zum Erfassen der Magnetpol-Position und die Neben-Hall-Integrationsschaltung 19b zum Erfassen der Magnetpol-Position, und die Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18c zum Erfassen der Magnetpol-Position und die Neben-Hall-Integrationsschaltung 19c zum Erfassung der Magnetpol-Position sind auf die gleiche Art angeordnet.
Selbst wenn irgendeine der Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen beschädigt sind, ist es aufgrund der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen möglich, den Bürstenlosmotor ohne irgendwelche nachteiligen Effekte auf seine Arbeitsleistung anzusteuern und zu steuern, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird.
Darüber hinaus wird, wie in 2(b) gezeigt, die Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 (19a, 19b, 19c) zum Erfassen der Magnetpol-Positionen in radialer Richtung bezüglich der Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 (18a, 18b, 18c) zum Erfassen der Magnetpol-Positionen mit einem berechneten Maschinen-Offsetwinkel (γ) befestigt. Der Offsetwinkel (γ) wird unter Berücksichtigung der Anzahl von Polen des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 und der Genauigkeit der Positionserfassung des Rotors 12 berechnet (zweifache Präzision oder vierfache Präzision).
Der Radius der Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen und der der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen sind ra bzw. rb. Gemäß dieser Struktur wird, da die Variationen in der magnetischen Flussdichte des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten 16 mit sowohl den Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen und der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen erfasst werden, die vierfache Genauigkeit der Positionserfassung der Anzahl von Polen des Rotors 12 logisch möglich.
Um die vierfache Genauigkeit der Positionserfassung tatsächlich zu ermöglichen, ist es in diesem Fall wichtig, dass der Fehler des Offsetwinkels zwischen den Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen und der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen in der radialen Richtung klein ist, wobei der maximal erlaubte Wert γ° ist.
Bezüglich des Wertes von γ ist dieser hier, wenn der Stator 14 zum Beispiel 9 Slots aufweist und die Anzahl von Polen des Rotors 12 12 ist, 2,5° für den Bürstenlos-Motor mit vierfacher Genauigkeit.
3 ist ein schematisches Diagramm, welches mit Bezug auf den Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 die Position der Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18 zum Erfassen der Magnetpol-Position und die der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Position in radialer Richtung, sowie die zu erfassende Größe der magnetischen Flussdichte anzeigt.
Wie in 3 gezeigt, ist der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 derart angeordnet, dass die magnetische Flussdichte α [G] an der radialen Position ra der Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18 zum Erfassen der Magnetpol-Position annähernd gleich der magnetischen Flussdichte β [G] an der radialen Position rb der Neben-Hall-Integrationsschaltung 19 zum Erfassen der Magnetpol-Position ist.
4 ist ein Diagramm zur Ansicht der Variationen der magnetischen Flussdichte an der Befestigungsposition der Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18 zum Erfassen der Magnetpol-Position und der Neben-Hall-Integrationsschaltung 19 zum Erfassen der Magnetpol-Position in der peripheren Richtung mit Bezug auf den peripheren Richtungswinkel, d. h. die Verteilung der magnetischen Flussdichte bei sowohl α und β. Hier wird weiter das verwendete Sensitivitätsniveau der Hall-Integrationsschaltungen 18 und 19 gezeigt.
Wie in 4 gezeigt, ist der Fehler zwischen den peripheren Richtungswinkeln, bei denen die Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18 zum Erfassen der Magnetpol-Position und die Neben-Hall-Integrationsschaltung 19 zum Erfassen der Magnetpol-Position die magnetische Flussdichte mit dem gleichen Niveau erfassen δ_A. Da der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 derart angeordnet ist, dass die magnetische Flussdichte, mit welcher der Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18 zum Erfassen der Magnetpol-Position erfasst, annähernd gleich der magnetischen Flussdichte wird, mit der die Neben-Hall-Integrationsschaltung 19 zum Erfassen der Magnetpol-Position erfasst, wird der Winkelfehler δ_A für das gleiche Sensitivitätsniveau in diesem Fall minimal. Als ein Ergebnis wird es möglich, den Winkelfehler δ_A klein genug im Vergleich mit dem Offsetwinkel γ zwischen der Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18 zum Erfassen der Magnetpol-Position und der Neben-Hall-Integrationsschaltung 19 zum Erfassen der Magnetpol-Position in der peripheren Richtung einzurichten, was einen Vorteil bietet, da eine hochpräzise Positionserfassung erzielt werden kann.
Wenn der Stator 14 zum Beispiel 9 Slots und der Rotor 12 zum Beispiel 12 Pole aufweist, ist es ausreichend, den Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 derart anzuordnen, dass der Winkelfehler für den Bürstenlosmotor mit vierfacher Genauigkeit weniger als 2,5° aufweist. Auf diese Weise kann durch Einstellen eines vorgeschriebenen Grenzwertes des Erfassungsfehlers des Rotors an den Positionen der ersten Hall-Elemente und der zweiten Hall-Elemente innerhalb eines Limits von 5° der Erfassungsfehler innerhalb eines praktisch erforderlichen Limits gehalten werden.
Gemäß der Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform 1, führt diese, wie oben beschrieben, eine Offset-Anpassung derart durch, dass die Differenz zwischen dem Maximalwert der magnetischen Flussdichte an den Befestigungspositionen des Satzes der ersten Hall-Elemente (Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen) und dem Maximalwert der magnetischen Flussdichte an den Befestigungspositionen des Satzes der zweiten Hall-Elemente (Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen), die auf der Oberfläche befestigt sind, welche dem Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 zum Erfassen der Position des Rotors 12 gegenüber liegt, innerhalb der vorgeschriebenen Grenze in der Anordnung der Hall-Elemente ist (Anordnung ist derart, dass der Offset des vorgeschriebenen Maschinenwinkels in der peripheren Richtung liegt). Somit kann die Erfassungsgenauigkeit der Vielzahl von Einheiten von Hall-Elementen in Übereinstimmung gebracht werden, wodurch der Erfassungsfehler begrenzt werden kann.
Die Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen oder die Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen führen, mit anderen Worten, eine AN- oder AUS-Operation durch, wenn die als Antwort auf die Rotation des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten 16 erfasste magnetische Flussdichte gleich oder größer oder weniger als ein bestimmter Wert (Schwellenwert) ist. Wenn somit die mit den Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen erfasste magnetische Flussdichte gleich der magnetischen Flussdichte ist, die mit den Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen erfasst wurde, führen diese eine AN- (oder AUS-)Operation gleichzeitig durch. Aus diesem Grund wird die Position des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten 16 derart eingestellt, dass die Verteilung der magnetischen Flussdichte der Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der wahrgenommenen Magnetpol-Positionen ungefähr gleich der Verteilung der magnetischen Flussdichte der Neben-Hall-Integrationsschaltungen zum Erfassen der wahrgenommenen Magnetpol-Positionen ist.
Wenn die Verteilung der magnetischen Flussdichte der Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der erfassten Magnetpol-Positionen mit der Verteilung der magnetischen Flussdichte der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der erfassten Magnetpol-Positionen übereinstimmt, wird der vorgeschriebene Maschinenwinkel-Offset erhalten, mittels Durchführen einer Winkelwandlung zu den Zeitpunkten, bei denen die magnetische Flussdichte der Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der erfassten Magnetpol-Positionen mit der magnetischen Flussdichte der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der erfassten Magnetpol-Positionen übereinstimmt. Als Ergebnis wird der Erfassungswinkelfehler zwischen den Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen und der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen minimal, wodurch die vierfache Genauigkeit der Positionserfassung des Rotors 12 erreicht wird.
Gemäß der oben beschriebenen Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform 1 gemäß vorliegender Erfindung, ist die magnetische Flussdichtenverteilung der Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der erfassten Magnetpol-Positionen ungefähr gleich zu der der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der erfassten Magnetpol-Positionen. Dies kann somit den Fehler zwischen Operationsintervallen der zwei Einheiten von Hall-Integrationsschaltungen (die Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen und der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen) minimieren, womit mit einer hohen Zuverlässigkeit eine vierfache Auflösung des Bürstenlosmotors mit einfacher Genauigkeit erreicht werden kann.
Ausführungsform 2
Im Übrigen ist es, abhängig von der Art der Magnetisierung oder der Form des Magneten, möglich, die magnetische Flussdichte der zwei Einheiten von zu erfassenden Hall-Integrationsschaltungen (die Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen und die Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen) aneinander anzupassen, und die Veränderungsrate der magnetischen Flussdichte der Magnetpol-Positionen in der radialen Richtung zu reduzieren. Somit kann verhindert werden, dass die magnetische Flussdichte sich stark ändert, selbst wenn die Befestigungspositionen der zwei Einheiten von Hall-Integrationsschaltungen ein wenig abweichen.
Bezüglich der Dicke des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten 16 ist, obwohl sie gleich der radialen Richtung in der vorhergehenden Ausführungsform 1 ist, diese nicht essenziell. Zum Beispiel kann der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 derart ausgebildet werden, dass er eine Verdünnung in der Mitte aufweist, wie in 5 gezeigt, die schematisch die radiale Richtungsposition der Haupt-Hall-Integrationsschaltung 28 zum Erfassen der Magnetpol-Position und die der Neben-Hall-Integrationsschaltung 19 zum Erfassen der Magnetpol-Position zusammen mit der erfassten magnetischen Flussdichte, die diese erfassen, zeigen. Verglichen mit dem Fall, bei dem die Dicke des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten 16 uniform ist, ermöglicht die Änderung der Dicke in der Mitte eine Reduzierung der Veränderungsrate der magnetischen Flussdichte an den Magnetpol-Positionen in radialer Richtung. Dies bietet einen Vorteil in der Reduzierung der Variationen der magnetischen Flussdichte bezüglich der radialen Richtungspositionen der Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen und der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen.
Bezüglich der magnetischen Flussdichten-Verteilung in Richtung des Radius, nimmt diese jedoch manchmal nicht eine solche Verteilung an mit dem maximalen Wert zwischen der Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18 zum Erfassen der Magnetpol-Position und der Neben-Hall-Integrationsschaltung 19 zum Erfassen der Magnetpol-Position, wie in 5 gezeigt, sondern weist einen Abfall zwischen diesen auf. Was jedoch sehr wichtig ist, ist, dass die magnetische Flussdichte an der Befestigungsposition der Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18 zum Erfassen der Magnetpol-Position gleich der der Neben-Hall-Integrationsschaltung 19 zum Erfassen der Magnetpol-Position ist. Es ist somit nicht wichtig, wenn ein Abfall zwischen der Haupt-Hall-Integrationsschaltung 18 zum Erfassen der Magnetpol-Position und der Neben-Hall-Integrationsschaltung 19 zum Erfassen der Magnetpol-Position vorliegt.
Gemäß Ausführungsform 2, weist der Positions-Erfassungsmagnet 16 einen Relaxationsabschnitt auf zum Entlasten der Variationen in der magnetischen Flussdichte bezüglich des Rotationswinkels des Rotors 12. Er kann somit die Änderungsrate in der magnetischen Flussdichte an den Befestigungspositionen der Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen und der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen reduzieren, wodurch die Anordnung des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten 16 vereinfacht wird.
Ausführungsform 3
Der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16, dessen Querschnittsstruktur in 6 gezeigt ist, kann Ausschnitte 16a–16d an den Ecken des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten 16 aufweisen.
Da der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 bei einer hohen Geschwindigkeit rotiert, kann dieser sich zu der äußeren Peripherie hin bewegen, wenn seine Rückhaltefestigkeit nicht ausreichend ist. Die Verteilung der magnetischen Flussdichte der Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der erfassten Magnetpol-Positionen und der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der erfassten Magnetpol-Positionen weichen in diesem Fall voneinander ab. Als ein Ergebnis weichen die Zeitpunkte, bei denen die Hall-Integrationsschaltungen 18 und 19 AN- (oder AUS-)schalten auch voneinander ab. Somit kann die erwartete Positionserfassungsgenauigkeit des Rotors 12 nicht erreicht werden.
Im Gegensatz dazu ermöglicht die Bereitstellung der Ausschnitte 16a–16d, die an den Ecken des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten 16 bereitgestellt werden, wie in 6 gezeigt, dass ein Formgebungsmaterial 20 an den Ausschnitten vorbeigeht bzw. vorbeiläuft, wenn der Magnet geformt wird, was zu einer Struktur führt, in der das Formgebungsmaterial 20 den Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten 16 an den vier Ecken hält. Als Ergebnis besteht ein Vorteil in der Verhinderung der Verschiebung des Magneten.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 3, ermöglicht die Bereitstellung der Ausschnitte 16a–16d an jeglichen gewünschten Ecken des Positionserfassungsmagneten 16, dass das Formgebungsmaterial 20 um die Ausschnitte 16a–16d herumgeht, wenn der Magnet geformt wird, wodurch die Verschiebung dessen verhindert wird. Somit kann von einer essenziellen Verschiebungs-Rückhalteeinrichtung für einen Bürstenlosmotor mit einer vierfach hohen Genauigkeit gesprochen werden.
Obwohl die Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtungen der vorhergehenden Ausführungsformen 1 – Ausführungsform 3 für jegliche Anwendungen verwendbar sind, erzielen sie große Vorteile, wenn sie als fahrzeugeigene Vorrichtungen verwendet werden, die eine Miniaturisierung und eine Dauerhaftigkeit bzw. Haltbarkeit erfordern. Insbesondere können diese als eine Ansteuerungsquelle zum Öffnen und Schließen eines Drosselventils oder EGR-Ventils, oder als eine Ansteuerungsquelle für den bewegbaren Drehschieber eines Turbosystems mit variabler Geometrie verwendet werden.
Die Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem Bürstenlosmotor verwendet werden, der mit Gleichstrom arbeitet. Insbesondere führt diese zu einer effektiven Verbesserung der Auflösung der Rotationspositionserfassung des Rotors 12, unter Verwendung des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten, der Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen und der Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zum Erfassen der Magnetpol-Positionen für die Verbesserung der Auflösung der Rotationspositionserfassung des Rotors 12.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben beschrieben, ist zur Verbesserung der Zuverlässigkeit, in dem der Erfassungswinkelfehler zwischen den Haupt-Hall-Integrationsschaltungen zum Erfassen der Magnetpol-Positionen und der Neben-Hall-Integrationsschaltungen zum Erfassen der Magnetpol-Positionen minimal gehalten ist, die Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert, dass sie einen Satz erster Hall-Elemente umfasst, die auf einer Ebene befestigt sind, die gegenüber des Magnetpol-Positions-Erfassungsmagneten zum Erfassen der Position des Rotors angeordnet ist, und einen Satz von zweiten Hall-Elementen, deren Offset derart angepasst ist, dass die Differenz zwischen dem maximalen Wert der magnetischen Flussdichte an den Befestigungspositionen der ersten Hall-Elemente und den maximalen Wert der magnetischen Flussdichte an den Befestigungspositionen der zweiten Hall-Elemente innerhalb eines vorgeschriebenen Limits liegt. Entsprechend kann diese geeignet als eine Ansteuerquelle eines Drosselventils oder EGR-Ventils, das für eine fahrzeugeigene Vorrichtung verwendet wird, oder als eine Ansteuerquelle des bewegbaren Drehschiebers eines Turbosystems mit variabler Geometrie verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung weist eine Gruppe erster Hall-Elemente (Haupt-Hall-Integrationsschaltungen 18 zur Erfassung der Magnetpol-Positionen) und eine Gruppe zweiter Hall-Elemente (Neben-Hall-Integrationsschaltungen 19 zur Erfassung der Magnetpol-Positionen) auf, die auf einer Ebene befestigt sind, die sich gegenüber einem Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet 16 befindet, der ausgelegt ist zum Erfassen der Position eines Rotors 12. Diese unterliegen einer Anpassung des Offsets und sind derart befestigt, dass die Differenz zwischen dem maximalen Wert der magnetischen Flussdichte an der Befestigungsposition der ersten Hall-Elemente und dem maximalen Wert der magnetischen Flussdichte an den Befestigungspositionen der zweiten Hall-Elemente innerhalb einer vorgegebenen Grenze gehalten wird (derart befestigt, dass der Offset eines vorgegebenen Maschinenwinkels in der peripheren Richtung liegt), um die Erfassungsgenauigkeit der Vielzahl von Gruppen von Hall-Elementen in Übereinstimmung zu bringen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2002-252958 [0004]

Claims

Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungs-Vorrichtung, umfassend: einen Stator mit einer Vielzahl von befestigten Spulen; einen Rotor, der eine vorgegebene Anzahl Pole aufweist und rotiert, wenn der Stator sukzessive durch eine Vielzahl von Anregungsmustern angeregt wird; einen Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet, der befestigt ist auf einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse des Rotors; eine Gruppe erste Hall-Elemente, die befestigt sind auf einer Ebene, die dem Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet zum Erfassen der Position des Rotors gegenüber liegt; und eine Gruppe zweiter Hall-Elemente, deren Offset derart eingestellt ist, dass die Differenz zwischen einem Maximalwert der magnetischen Flussdichte an Befestigungspositionen der ersten Hall-Elemente und einer magnetischen Flussdichte an Befestigungspositionen der zweiten Hall-Elemente innerhalb einer vorgegebenen Grenze liegt.
Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Grenze durch eine Offset-Anpassung eingestellt ist, die einen Erfassungsfehler zwischen Rotationswinkeln des Rotors an Befestigungspositionen der ersten Hall-Elemente und der zweiten Hall-Elemente innerhalb von fünf Grad hält.
Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet umfasst, für die Verteilung der magnetischen Flussdichte mit Bezug auf einen Rotationswinkel des Rotors, einen Relaxationsabschnitt zum Entlasten von Variationen in der Verteilung der magnetischen Flussdichte.
Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet aus einem Ringmagnet besteht.
Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gruppe der zweiten Hall-Elemente einen vorgegebenen Offset in Bezug auf die erste Gruppe von Hall-Elementen aufweist, die auf der Ebene befestigt sind, die sich gegenüber dem Positions-Erfassungsmagnet befindet, der eine Anzahl von Polen aufweist, die zweifach der des Rotors ist.
Bürstenlosmotor-Positions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Magnetpol-Positions-Erfassungsmagnet Ausschnitte an seinen Ecken aufweist.