DE112017000345T5

DE112017000345T5 - Treibervorrichtung und Ansteuerverfahren für einen bürstenlosen Dreiphasenmotor

Info

Publication number: DE112017000345T5
Application number: DE112017000345.8T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Umetsu; Naoki Okamoto
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2018-11-22
Also published as: WO2017122569A1; CN108028619B; US10381965B2; US20180254722A1; CN108028619A; JP2017127071A; JP6457410B2

Abstract

Bevor eine sensorlose Steuerung an einem bürstenlosen Dreiphasenmotor durch sequentielles Schalten zwischen sechs Erregungsmodi zum jeweiligen Auswählen von zwei Phasen ausgeführt wird, die von den drei Phasen erregt werden, wird die Anfangsposition des Rotors auf der Basis einer Änderung in einer zweiten induzierten Spannung geschätzt durch: vorübergehendes Erregen des bürstenlosen Dreiphasenmotors gemäß jedem der sechs Erregungsmodi, und Erfassen der sechs ersten induzierten Spannungen, wobei jeder in einer unerregten Phase durch die Erregung erzeugt wird; Berechnen von drei induzierten Spannungsdifferenzen, die jeweils den drei unerregten Phasen entsprechen, wobei jede induzierte Spannungsdifferenz eine Differenz zwischen zwei der sechs ersten induzierten Spannungen ist, die während einer Erregung gemäß den zwei Erregungsmodi erfasst werden, die eine unerregte Phase gemeinsam teilen; und Erregen des bürstenlosen Dreiphasenmotors gemäß einem vorbestimmten Erregungsmodus, der auf der Basis der drei induzierten Spannungsdifferenzen ausgewählt wird, und Erfassen der zweiten induzierten Spannung, die in einer unerregten Phase durch die Erregung erzeugt wird.

Description

Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Treibervorrichtung und ein Verfahren für einen bürstenlosen Dreiphasenmotor, insbesondere auf eine Technik zum Schätzen der Anfangsposition eines Rotors im bürstenlosen Dreiphasenmotor.
Stand der Technik
In einer bekannten Treibervorrichtung und einem Verfahren für einen bürstenlosen Dreiphasenmotor wird eine sensorlose Steuerung unter Verwendung von sechs Erregungsmodi zum jeweiligen Auswählen von zwei Phasen ausgeführt, die von drei Phasen des bürstenlosen Dreiphasenmotors erregt werden. Insbesondere wird die sensorlose Steuerung durch sequentielles Schalten zwischen diesen sechs Erregungsmodi auf der Basis von Vergleichsergebnissen zwischen einer Referenzspannung und einer impulsinduzierten Spannung (induzierte Spannung) ausgeführt, die in einer unerregten Phase (offene Stromkreisphase) erzeugt wird, und die sich in Abhängigkeit der Winkelposition des Rotors ändert. In dieser Treibervorrichtung und diesem Ansteuerverfahren wird die Winkelposition (Anfangsposition) des Magnetpols des Rotors, von der der Rotor, der gestoppt hat, sich in eine vorbestimmte Richtung zu drehen beginnt, geschätzt (siehe z. B. Patentdokument 1).
Insbesondere wird die Anfangsposition des Rotors in dieser Treibervorrichtung und Verfahren für einen bürstenlosen Motor wie folgt geschätzt. Zuerst wird der bürstenlose Motor gemäß den sechs Erregungsmodi erregt und erfasst Spannungen, wobei jede in einer unerregten Phase durch Erregung gemäß dem entsprechenden Erregungsmodus induziert wird. Danach werden die Summe und eine Differenz der impulsinduzierten Spannungen in jeweils zwei Erregungsmodi, die eine unerregte Phase gemeinsam teilen, berechnet. Schließlich wird die Anfangsposition des Rotors auf der Basis des Größenvergleichs zwischen den drei induzierten Spannungssummen, die wie oben berechnet sind, sowie des Größenvergleichs zwischen den drei induzierten Spannungsdifferenzen, die wie oben berechnet sind, geschätzt.
Dokumentenbezugsliste
Patentdokument
Patentdokument 1: JP2013-223355A
Zusammenfassung der Erfindung
Problem, das durch die Erfindung zu lösen ist
Der Bereich einer Fluktuation von jeder induzierten Spannungssumme kann hier in Abhängigkeit der Magnetkreiseigenschaften bzw. „magnetic-circuitcharacteristics“ des bürstenlosen Motors gering sein. In diesem Fall ist es schwierig, um einen definitiven Größenvergleich zwischen den drei induzierten Spannungssummen vorzusehen. Dies führt zu einer Genauigkeitsverschlechterung zum Schätzen der Anfangsposition des Rotors und daher kann der Motor nicht in der Lage sein, normal zu starten. Der Rotor kann sich z. B. in die Richtung drehen, die zur vorbestimmten Richtung beim Starten des bürstenlosen Motors entgegengesetzt ist.
Um die obigen Probleme zu bewältigen, ist die vorliegende Erfindung ausgeführt worden, um eine Treibervorrichtung und ein Ansteuerverfahren zu schaffen, die die Anfangsposition des Rotors mit einer verbesserten Genauigkeit für einen bürstenlosen Dreiphasenmotor, in dem der Fluktuationsbereich von jeder induzierten Spannungssumme relativ klein ist, schätzen kann.
Einrichtung zum Lösen des Problems
Um die obigen Probleme zu lösen, schätzt die Treibervorrichtung für einen bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß der vorliegenden Erfindung die Anfangsposition des Rotors wie folgt. Die Differenzen zwischen der impulsinduzierten Spannung in einer unerregten Phase, die nach einer Erregung erfasst wird, die einen positiven Strom durch eine Phase der zwei erregten Phasen des bürstenlosen Dreiphasenmotors bewirkt, und der impulsinduzierten Spannung in der unerregten Phase, die nach einer Erregung erfasst wird, die einen negativen Strom durch die eine Phase bewirkt, wird durch Festlegen von jeder der drei Phasen auf eine unerregte Phase berechnet. Folglich werden drei induzierte Spannungsdifferenzen, die jeweils zu den drei unerregten Phasen korrespondieren, berechnet. Nach der obigen Erfassung der impulsinduzierten Spannungen, die jeweils in einer unerregten Phase erzeugt werden, werden dann zwei vorbestimmte Phasen ferner erregt und eine Änderung in einer impulsinduzierten Spannung in der unerregten Phase wird zusammen mit der Drehung des Rotors, die durch die Erregung bewirkt wird, erfasst. Die Anfangsposition des Rotors wird auf der Basis der drei induzierten Spannungsdifferenzen und der impulsinduzierten Spannungsänderung, wie oben beschrieben, geschätzt.
Im Ansteuerverfahren für einen bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Anfangsposition des Rotors wie folgt geschätzt. Die Differenz zwischen der impulsinduzierten Spannung in einer unerregten Phase, die nach Erregung erfasst wird, die einen positiven Strom durch eine Phase der zwei erregten Phasen des bürstenlosen Dreiphasenmotors bewirkt, und der impulsinduzierten Spannung in der unerregten Phase, die nach Erregung erfasst wird, die einen negativen Strom durch die eine Phase bewirkt, wird durch Festlegen von jeder der drei Phasen auf eine unerregte Phase berechnet. Folglich werden drei induzierte Spannungsdifferenzen, die jeweils den drei unterschiedlichen unerregten Phasen entsprechen, berechnet. Nach der obigen Erfassung der impulsinduzierten Spannungen, die jeweils in einer unerregten Phase erzeugt werden, werden dann zwei vorbestimmte Phasen ferner erregt und eine Änderung in einer impulsinduzierten Spannung, die in einer unerregten Phase erzeugt wird, wird zusammen mit der Drehung des Rotors, die durch die Erregung bewirkt wird, erfasst. Die Anfangsposition des Rotors wird auf der Basis der drei induzierten Spannungsdifferenzen, die jeweils den drei unterschiedlichen unerregten Phasen entsprechen, und der impulsinduzierten Spannungsänderung in der unerregten Phase zusammen mit der Drehung des Rotors geschätzt.
Wirkungen der Erfindung
Die Treibervorrichtung und das Ansteuerverfahren für einen bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß der vorliegenden Erfindung kann für einen bürstenlosen Motor verwendet werden, in dem der Bereich einer Fluktuation von jeder induzierten Spannungssumme relativ klein ist, und kann die Anfangsposition des Rotors mit einer verbesserten Genauigkeit schätzen.
Figurenliste

1 ist eine Konfiguration eines Beispiels eines Motorkühlsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schaltbild, das eine beispielhafte Konfiguration eines bürstenlosen Motors und eine zugehörige Treibervorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt.
3 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Steuereinheit gemäß der Ausführung.
4A bis 4F stellen Beispiele, die jeweils die Richtungen eines elektrischen Stroms und eines synthetischen Magnetflusses sowie eine impulsinduzierte Spannung, die in einem der Erregungsmodi erzeugt wird, gemäß der Ausführungsform dar.
5 ist ein Zeitdiagramm, das Winkel, bei denen die Erregungsmodi aufeinander folgend sowie die erregten Phasen und eine Erregungsrichtung im jeweiligen Erregungsmodus geschaltet werden, gemäß der Ausführungsform beispielhaft darstellt.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das beispielhaft eine Hauptroutine zur Treibersteuerung des bürstenlosen Motors gemäß der Ausführungsform darstellt.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Anfangspositionsschätzung und einen Start-Anfangsablauf gemäß der Ausführungsform darstellt.
8A - 8C stellen ein Ablaufdiagramm dar, das die Anfangspositionsschätzung und einen Start-Anfangsablauf gemäß der Ausführung darstellt.
9A - 9G sind Diagramme zum Darstellen, wie die induzierten Spannungsdifferenzen zwischen den impulsinduzierten Spannungen, die in unerregten Phasen in jedem Erregungsmodus erzeugt werden, gemäß der Ausführungsform berechnet werden: 9A - 9F stellen impulsinduzierten Spannungen dar, die in unerregten Phasen in den Erregungsmodi erzeugt werden; und 9G stellt die induzierten Spannungsdifferenzen dar.
10A und 10B sind die Diagramme zum Darstellen, wie der Anfangspositionsbereich gemäß der Ausführungsform identifiziert wird: 10A stellt die induzierten Spannungsdifferenzen dar; 10B stellt die impulsinduzierte Spannung dar, die in der unerregten Phase im Erregungsmodus M3 erzeugt wird.
11 stellt eine Erregung gemäß einem Identifizierungs-Erregungsmodus gemäß der Ausführungsform dar.
12 stellt eine Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungsmodus gemäß der Ausführungsform dar.
13A und 13B sind Diagramme zum Darstellen, wie der Anfangspositionsbereich gemäß der Ausführungsform identifiziert wird: 13A stellt die induzierten Spannungsdifferenzen dar; 13B stellt die impulsinduzierte Spannung dar, die in der unerregten Phase im Erregungsmodus M1 erzeugt wird.
14A und 14B sind Diagramme zum Darstellen, wie der Anfangspositionsbereich gemäß der Ausführungsform identifiziert wird: 14A stellt die induzierten Spannungsdifferenzen dar; 14B stellt die impulsinduzierte Spannung dar, die in der unerregten Phase im Erregungsmodus M5 erzeugt wird.
15 stellt eine Erregung gemäß dem Start-Erregungsmodus gemäß der Ausführungsform dar.
16A und 16B stellen den Fall, in dem kein Synchronisierungsverlust im bürstenlosen Motor während einer Erregung gemäß dem Start-Erregungsmodus auftritt, auch wenn die Anfangsrotorposition fehlerhaft identifiziert wird, gemäß der Ausführungsform dar.
17 stellt eine Erregung gemäß dem Start-Erregungsmodus gemäß der Ausführungsform dar.
18A und 18B stellen den Fall, in dem ein Synchronisierungsverlust im bürstenlosen Motor während einer Erregung gemäß dem Start-Erregungsmodus auftritt, wenn die Anfangsrotorposition fehlerhaft identifiziert wird, gemäß der Ausführungsform dar.
19A - 19C stellen eine Anfangspositionsschätzung gemäß einer Modifikation der Ausführungsform durch Beschreiben der Änderungen von der Ausführungsform dar.
20 ist ein Ablaufdiagramm zum Darstellen der Änderungen vom Ablaufdiagramm von 8A in der Modifikation der Ausführungsform.
21A - 21F sind jeweils Ablaufdiagramme zum Darstellen der Änderungen vom Ablaufdiagramm von 8A - 8C in der Modifikation der Ausführungsform.
22 stellt einen Effekt der Modifikation der Ausführungsform dar.
23 stellt den Effekt der Modifikation der Ausführungsform dar.
24 stellt eine Modifikation der Ausführungsform dar, in der ein unterschiedlicher Erregungsmodus als Identifizierungs-Erregungsmodus verwendet wird.
25 stellt eine Modifikation der Ausführungsform dar, in der ein unterschiedlicher Erregungsmodus als Identifizierungs-Erregungsmodus verwendet wird.
26 stellt die Fluktuation von jeder induzierten Spannungssumme gegen die Magnetpolposition des Rotors dar.

Modus zum Ausführen der Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend bezüglich der beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 stellt ein Beispiel einer Treibervorrichtung für einen bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere stellt 1 einen bürstenlosen Dreiphasenmotor, der als Antriebsquelle einer elektrischen Wasserpumpe zum Pumpen eines Kühlmittels in ein Motorkühlsystem dient, und eine Treibervorrichtung für den bürstenlosen Dreiphasenmotor dar.
In einem Motor 10, der in einem Fahrzeug eingebaut ist, wird Kühlwasser als Kühlmittel für Kühlkomponenten, wie z. B. einen Zylinderblock oder einen Zylinderkopf, verwendet. Das Kühlwasser wird einem Kühler 16, der neben einem elektrischen Kühlerlüfter 14 angeordnet ist, durch eine erste Kühlwasserleitung 12 zugeführt. Das Kühlwasser, das in den Kühler 16 fließt, tauscht Wärme mit äußerer Luft beim Hindurchgehen durch einen Kühlerkern, der mit Rippen versehen ist, aus und verringert eine Temperatur. Das Kühlwasser, das bei der Temperatur beim Hindurchgehen durch den Kühler 16 reduziert wird, fließt zum Motor 10 durch eine zweite Kühlwasserleitung 18 zurück.
Um dem Kühlwasser, das vom Motor 10 abgegeben wird, ein Umgehen des Kühlers 16 zu ermöglichen, ist die erste Kühlwasserleitung 12 in Kommunikation mit der zweiten Kühlwasserleitung 18 durch eine Umgehungsleitung 20 verbunden. An der Verbindung zwischen der zweiten Kühlwasserleitung 18 und dem stromabwärts liegenden Ende einer Umgehungsleitung 20 ist ein elektrisch gesteuertes Thermostat 22 angeordnet. Das elektrisch gesteuerte Thermostat 22 öffnet oder schließt eine Umgehungsleitung 20, um so ihren Öffnungsbereich zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen stufenweise oder ständig zu ändern. Ein elektrisch gesteuertes Thermostat 22 kann z. B. ein Auf-/Zu-Ventil mit einem Heizgerät und ein Wachs sein. Das Auf-/Zu-Ventil wird durch eine Wärmeausdehnung des Wachs geöffnet oder geschlossen, die durch das Heizgerät bewirkt wird, das durch eine Antriebsschaltung gemäß einem Einsatz (Arbeitszyklus) eines Pulsbreitenmodulations- (PWM- )Signals angetrieben wird. Daher kann das Verhältnis des Kühlwassers, das durch den Kühler 16 fließt, durch Steuern des elektrisch gesteuerten Thermostats 22 unter Verwendung des Einsatzes geändert werden.
Zwischen dem stromabwärts liegenden Ende der zweiten Kühlwasserleitung 18 und dem elektrisch gesteuerten Thermostat 22 sind eine mechanische Wasserpumpe 24 und eine elektrische Wasserpumpe 26 zum nachdrücklichen Zirkulieren des Kühlwassers mittels eines Motors 10 und eines Kühlers 16 angeordnet. Die mechanische Wasserpumpe 24 ist am Motor 10 befestigt, um so ihren Kühlwassereinlass zu schließen, und wird z. B. durch eine Nockenwelle des Motors 10 angetrieben. Die elektrische Wasserpumpe 26 wird durch einen bürstenlosen Motor 100 angetrieben, der eine Antriebsquelle anstatt des Motors 10 ist und später beschrieben wird, um so eine Kühlleistung vorzusehen oder eine Lufterwärmungsfunktionalität aufrechtzuerhalten, auch während der Motor 10 durch eine Leerlaufverringerungsfunktion gestoppt ist. So ist das Energiesystem des Fahrzeugs eingerichtet, um die elektrische Wasserpumpe 26 auch während einer Leerlaufverringerung anzutreiben.
Das Kühlsystem ist mit einem Steuersystem zum Steuern des Antriebs des Kühlerlüfters 14, des elektrisch gesteuerten Thermostats 22 und der elektrischen Wasserpumpe 26 vorgesehen. Das Steuersystem umfasst einen Wassertemperatursensor 28, der als Kühlwassertemperatur-Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur (Kühlwassertemperatur) des Kühlwassers dient, das vom Motor 10 abgegeben wird, einen Fahrzeugdrehzahlsensor 30 zum Erfassen einer Fahrzeugdrehzahl, einen Temperatursensor 32 zum Erfassen einer äußeren Lufttemperatur, einen Drehzahlsensor 34 zum Erfassen einer Motordrehzahl und einen Lastsensor 36 zum Erfassen einer Motorleistung. Die Ausgangssignale vom Wassertemperatursensor 28, Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 30, Temperatursensor 32, Drehzahlsensor 34 und Lastsensor 36 werden in eine Motor-Steuereinheit 38 (nachstehend als „ECU“ bezeichnet) mit einem darin enthaltenen Computer eingegeben. In diesem Zusammenhang steuert die ECU 38 den Kühlerlüfter 14, das elektrisch gesteuerte Thermostat 22 und die elektrische Wasserpumpe 26 gemäß einem Steuerungsprogramm, das in einem Festwertspeicher (ROM) oder dergleichen in der ECU 38 gespeichert ist.
In dieser Ausführungsform treibt der bürstenlose Motor 100 die elektrische Wasserpumpe 26 an, die im Kühlsystem zum Kühlen des Motors 10 enthalten ist. Jedoch ist zu beachten, dass die Vorrichtung, die durch den bürstenlosen Motor 100 angetrieben wird, nicht auf die elektrische Wasserpumpe 26 begrenzt ist. Alternativ kann der bürstenlose Motor 100 eine elektrische Ölpumpe antreiben, die z. B. in einem hydraulischen Pumpensystem für ein Automatikgetriebe enthalten ist.
2 ist ein Schaltbild, das beispielhaft den bürstenlosen Motor 100 zum Antreiben der elektrischen Wasserpumpe 26 und einer Motor-Steuerungsvorrichtung 200, die eine Treibervorrichtung zum Ansteuern des bürstenlosen Motors 100 ist, darstellt. Der bürstenlose Motor 100 ist ein bürstenloser Dreiphasen-Gleichstrom (DC-Motor) mit einem nicht dargestellten zylindrischen Stator, einem Rotor (Permanentmagnetrotor) 120 und sterngeschalteten Dreiphasenspulen, die eine U-Phasenspule 110u, eine V-Phasenspule 110v und eine W-Phasenspule 110w sind. Die U-, V-, W-Phasenspulen 110u, 110v, 110w sind im Stator vorgesehen. Der Rotor 120 ist drehbeweglich in einem Raum angeordnet, der in einem mittleren Bereich des Stators ausgebildet ist.
Die Motor-Steuerungsvorrichtung 200 umfasst eine Motortreiberschaltung 210 und eine Steuereinheit 220 (Steuergerät). Die Motortreiberschaltung 210 weist eine Schaltung mit Dreiphasenschaltelementen 214a bis 214e in Brückenschaltung auf und ist mit einer Antriebswelle 230 verbunden. Die Schaltelemente 214a bis 214f umfassen jeweils antiparallele Dioden 212a bis 212f. Jedes der Schaltelemente 214a bis 214f ist aus einem Halbleiterelement zur Anwendung in einer Leistungssteuerung ausgebildet, wie z. B. ein Feldeffekttransistor (FET) oder ein Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT).
Die Steuereinheit 220 kommuniziert mit der ECU 38 über ein Controller-Area-Network (CAN) oder dergleichen. Die Steuereinheit 220 weist einen A/D-Converter und einen Mikrocomputer mit einer Zentraleinheit (CPU), eine Mikroprozessoreinheit (MPU), einen Mikroprozessor oder dergleichen auf. Die Steuereinheit 220 erfasst eine Anschlussspannung Vu am Anschluss 112u einer U-Phasenspule 110u, eine Anschlussspannung Vv am Anschluss 112v einer V-Phasenspule 110v und eine Anschlussspannung Vw an einem Anschluss 112w einer W-Phasenspule 110w. Genau genommen ist jede Anschlussspannung Vu, Vv, Vw eine Spannung zwischen der Erdung GND und dem entsprechenden Anschluss 112u, 112v, 112w. In dieser Ausführungsform wird jedoch eine Spannung an einem Nullpunkt gemessen und die Differenz, die durch Subtrahieren der Spannung am Nullpunkt von der Spannung zwischen der Erdung GND und dem Anschluss 112u, 112v, 112w erhalten wird, wird berechnet und als Anschlussspannung Vu, Vv, Vw verwendet.
Die Steueranschlüsse (z. B. Gate-Anschlüsse) von Schaltelementen 214a bis 214f sind mit der Steuereinheit 220 verbunden. Die Steuereinheit 220 steuert eine Spannung, die am bürstenlosen Motor 100 angelegt ist, durch Ausgeben eines Steuersignals (Gate-Signal) zum Steuern von EIN und AUS von Schaltelementen 214a bis 214f durch eine Pulsbreitenmodulation (PWM). In der PWM-Steuerung wird ein Timing zum Einschalten EIN oder Ausschalten AUS von jedem der Schaltelemente 214a bis 214f durch Erzeugen eines PWM-Signals durch Vergleich zwischen einem Wert (Spannungsniveau) eines Trägersignals mit einer Dreieckswelle und einem Wert (Spannungsniveau) eines Anweisungssignals, das auf der Basis eines angelegten Spannungs-Befehlswert festgelegt ist, bestimmt.
Die Steuereinheit 220 führt eine sensorlose Antriebssteuerung am bürstenlosen Motor 100 ohne Verwendung eines Sensors zum Erfassen einer Positionsinformation am Rotor 120 aus. Insbesondere schaltet die Steuereinheit 220 zwischen zwei sensorlosen Ansteuerverfahren, das heißt einem Sinuswellen-Ansteuerverfahren und einem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren gemäß der Motordrehzahl.
Im Sinuswellen-Ansteuerverfahren treibt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 durch Anlegen einer Sinuswellenspannung an jeder Phase an. In diesem Sinuswellen-Ansteuerverfahren erfasst die Steuereinheit 220 die Position eines Rotors 120 auf der Basis einer induzierten Spannung (Drehzahl-elektromotorische Spannung), die durch eine Drehung eines Rotors 120 erzeugt wird. Im Intervall zwischen Erfassungen der Position eines Rotors 120 auf der Basis der Drehzahlelektromotorischen Spannung schätzt außerdem die Steuereinheit 220 die Position eines Rotors 120 auf der Basis einer Motordrehzahl. Die Steuereinheit 220 berechnet einen Dreiphasen-Ausgabewert auf der Basis der geschätzten Position des Rotors 120 und des PWM-Betriebs und bewirkt, dass ein Dreiphasen-Wechselstrom durch die Phasen durch Steuern der Richtung und Größenordnung des Stroms auf der Basis von Differenzen zwischen Phase-zu-Phase-Spannungen fließt.
Im Rechteckwellen-Ansteuerverfahren treibt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 durch sequentielles Schalten zwischen Mustern (Erregungsmodi) zum Auswählen von zwei Phasen von den drei Phasen, an denen eine Impulsspannung (Impulsform-Spannung) jedes Mal anzulegen ist, wenn der Motor 120 eine der vorbestimmten Drehpositionen erreicht. In diesem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren legt die Steuereinheit 220 eine Impulsformspannung an diese zwei Phasen an, die zum Erregen ausgewählt sind, und erhält eine Winkelpositionsinformation vom Rotor 120 auf der Basis einer impulsinduzierten Spannung in einer unerregten Phase, die durch diese Spannungsanlegung erzeugt wird, um so zu erfassen, ob die Winkelposition des Rotors 120 entsprechend einem Erregungsmodus-Schalttimings gekommen ist.
Wenn sich die Motordrehzahl verringert, verringert sich hier das Ausgabeniveau der elektromotorischen Drehzahl-Spannung, die zur Positionserfassung im Sinuswellen-Ansteuerverfahren erfasst wird, sodass sich die Sensitivität der elektromotorischen Drehzahl-Spannung ebenfalls verringert. Dies führt zu einer Verschlechterung bei der Positionserfassungsgenauigkeit in einem unteren Drehzahlbereich. Andererseits ist die impulsinduzierte Spannung, die zur Positionserfassung im Rechteckwellen-Ansteuerverfahren erfasst wird, eine Spannung, die von der Position des Rotors 120 abhängt, die durch eine Änderung beim Sättigungszustand des magnetischen Kreislaufs in Abhängigkeit der Position des Rotors 120 induziert wird. Daher kann die impulsinduzierte Spannung in einem unteren Drehzahlbereich mit dem Motorstoppzustand erfasst werden. Folglich ermöglicht das Rechteckwellen-Ansteuerverfahren ein Aufrechterhalten der Rotorpositions-Erfassungsgenauigkeit auch in einem unteren Drehzahlbereich.
Vor diesem Hintergrund kann die Steuereinheit 220 eine sogenannte sensorlose Hochdrehzahl-Steuerung durch Steuern des bürstenlosen Motors 100 durch das Sinuswellen-Ansteuerverfahren in einem hohen Drehzahlbereich ausführen, indem die Rotorpositionsinformation ausreichend genau durch dieses Sinuswellen-Ansteuerverfahren erfasst werden kann, das heißt, in einem Motordrehzahlbereich oberhalb einer voreingestellten Drehzahl.
Andererseits kann die Steuereinheit 220 zum Beispiel eine sogenannte sensorlose Niedrigdrehzahl-Steuerung durch Steuern des bürstenlosen Motors 100 durch das Rechteckwellen-Ansteuerverfahren in einem unteren Drehzahlbereich ausführen, indem die Rotorpositionsinformation nicht ausreichend genau durch das Sinuswellen-Ansteuerverfahren erfasst werden kann. Dieser untere Drehzahlbereich, innerhalb dem die Positionsinformation nicht ausreichend genau durch das Sinuswellen-Ansteuerverfahren erfasst werden kann, umfasst einen Motordrehzahlbereich unter der voreingestellten Drehzahl und einen Drehzahlbereich beim Motorstart.
Außerdem ist die Steuereinheit 220 eingerichtet, um eine Feedbacksteuerung auszuführen. Als Feedbacksteuerung berechnet die Steuereinheit 220 zum Beispiel den Arbeitszyklus des PWM-Steuersignals für die Schaltelemente 214a bis 214f in Abhängigkeit der Differenz zwischen tatsächlichen und Soll-Drehzahlen des bürstenlosen Motors 100 und stellt die tatsächliche Drehzahl auf die Soll-Drehzahl ein.
3 ist ein funktionales Blockdiagramm, das Komponenten in der Steuereinheit 220 beispielhaft darstellt, die sich auf die sensorlose Niedrigdrehzahl-Steuerung gemäß dem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren beziehen. Die Steuereinheit 220 umfasst eine angelegte Spannungs-Berechnungseinheit 232, eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit 234, eine Gate-Signal-Schalteinheit 236, eine Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238, eine Vergleichseinheit 240, eine Spannungsschwellenwert-Schalteinheit 242, eine Spannungsschwellenwert-Lerneinheit 244 und eine unerregte Phase-Spannungsauswahleinheit 246.
Die angelegte Spannungs-Berechnungseinheit 232 empfängt Kühlwassertemperaturdaten von der ECU 38 und berechnet die Soll-Drehzahl des bürstenlosen Motors auf der Basis der empfangenen Kühlwassertemperaturdaten. Danach berechnet die angelegte Spannungs-Berechnungseinheit 232 einen angelegten Spannungs-Befehlswert für den bürstenlosen Motor 100 auf der Basis der Differenz zwischen der so berechneten Soll-Drehzahl und der tatsächlichen Drehzahl, die die tatsächliche Drehzahl ist, bei der sich der bürstenlose Motor 100 dreht. Die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 234 erzeugt einen Arbeitszyklus auf der Basis des angelegten Spannungs-Befehlswerts und erzeugt ein PWM-Signal mit einer Pulsweite, die mit dem Arbeitszyklus moduliert wird. Zu beachten ist, dass die Steuereinheit 220 den angelegten Spannungs-Befehlswert nicht für sich selbst berechnen muss. Alternativ kann die Steuereinheit 220 den angelegten Spannungs-Befehlswert empfangen, der durch die ECU 38 berechnet wird.
Ausgelöst durch ein Schaltmodus-Triggersignal, das durch die Vergleichseinheit 240 ausgegeben wird, die später beschrieben wird, bestimmt die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 230 einen der Erregungsmodi M1 bis M6, um zum Anlegen einer Impulsspannung an die U, V, W-Phasen des bürstenlosen Motors 100 verwendet zu werden, und erzeugt ein Modus-Befehlssignal zum Ausrichten des so bestimmten Erregungsmodus.
In Bezug auf 4 A bis 4 F sind die Erregungsmodi-Muster zum Auswählen von zwei Phasen unter den drei Phasen, das heißt den U, V, W-Phasen im bürstenlosen Motor 100, an die eine Impulsspannung angelegt wird, und umfasst die ersten bis sechsten Erregungsmodi M1 bis M6. Im ersten Erregungsmodus M1 wird bewirkt, dass ein Strom sequentiell durch die U- und V-Phasen fließt, wie in 4 A dargestellt. Im zweiten Erregungsmodus M2 wird bewegt, dass ein Strom sequentiell durch die U- und W-Phasen fließen, wie in 4 B dargestellt. Im dritten Erregungsmodus M3 wird bewirkt, dass ein Strom sequentiell durch die V- und W-Phasen fließen, wie in 4 C dargestellt. Im vierten Erregungsmodus M4 wird bewirkt, dass ein Strom sequentiell durch die V- und U-Phasen fließt, wie in 4 D dargestellt. Im fünften Erregungsmodus M5 wird bewirkt, dass ein Strom sequentiell durch die W- und U-Phasen fließt, wie in 4 E dargestellt. Im sechsten Erregungsmodus M6 wird bewegt, dass ein Strom sequentiell durch die W- und V-Phasen fließt, wie in 4 F dargestellt. Wie hier verwendet, wird in jeder Phase ein elektrischer Strom zum Nullpunkt N als positiver Strom und ein elektrischer Strom in die entgegengesetzte Richtung als negativer Strom zeichnet.
Wie hier verwendet, wird ein elektrischer Winkel um die Rotorwelle herum, der eine geschätzte Richtung eines synthetischen Magnetflusses φ bzw. „synthetic magnetic flux“ von magnetischen Flüssen darstellt, die durch die drei Phasenspulen, das heißt, die U-, V-, W-Phasenspulen 110u, 110v, 110w, erregt werden, als geschätzter Winkel des synthetischen Magnetflusses φ bezeichnet. Es wird angenommen, dass der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ während einer Erregung gemäß dem Erregungsmodus M1 0° ist, wie in 4 A dargestellt. Danach, wie in 4 B bis 4 F dargestellt, ist der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ während einer Erregung gemäß dem Erregungsmodus M2 60°; der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ während einer Erregung gemäß dem Erregungsmodus M3 120°; der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ während einer Erregung gemäß dem Erregungsmodus M4 180°; der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ während einer Erregung gemäß dem Erregungsmodus M5 240°; und der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ während einer Erregung gemäß dem Erregungsmodus M6 300°.
Durch Ändern des Modus-Befehlssignals schaltet die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238 sequentiell zwischen diesen sechs Erregungsmodi M1 bis M6, um so den geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses φ um 60° nach jedem Schalten zu drehen. Der Magnetpol (zum Beispiel der Nordpol) des Rotors 120 wird magnetisch vom drehenden synthetischen Magnetfluss φ angezogen. Daher dreht sich der Rotor 120 in dieselbe Richtung wie der synthetische Magnetfluss φ, sodass der bürstenlose Motor 100 entsprechend betrieben wird. Wie nachstehend angewendet, wird die Richtung, in die der Rotor 120 sich dreht, wenn die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238 sequentiell zwischen den Erregungsmodi M1 bis M6 in dieser Reihenfolge schaltet, als Vorwärts-Drehrichtung und die entgegengesetzte Richtung als Rückwärts-Drehrichtung bezeichnet.
Wie in 4A bis 4F dargestellt, werden während einer Erregung gemäß den Erregungsmodi M1, M4 die impulsinduzierten Spannungen V_M1, V_M4 jeweils als die Anschlussspannung Vw am Anschluss 112w der W-Phase erfasst, die nicht erregt wird. Während einer Erregung gemäß den Erregungsmodi M2, M5 werden die impulsinduzierten Spannungen V_M2, V_M5 jeweils als Anschlussspannung Vv am Anschluss 112v der V-Phase erfasst, die nicht erregt wird. Während einer Erregung gemäß den Erregungsmodi M3, M6 werden die induzierten Spannungen V_M3, V_M6 jeweils als Anschlussspannung Vu am Anschluss 112u der U-Phase erfasst, die nicht erregt wird.
Auf der Basis des Modus-Befehlssignals von der Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238 und dem PWM-Signal, das durch die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 234 erzeugt wird, bestimmt die Gate-Signal-Schalteinheit 236 die Betriebszustände, zu denen die Schaltelemente 214a bis 214f in der Motorantriebsschaltung 210 geschaltet werden. Gemäß der Bestimmung gibt die Gate-Signal-Schalteinheit 236 sechs impulsförmige Gate-Signale an die Motorantriebsschaltung 210 aus.
In der Spannungsschwellenwert-Schalteinheit 242 wird ein Spannungsschwellenwert zum Erfassen, ob ein Erregungsmodus-Schalttiming gekommen ist, für jede der impulsinduzierten Spannungen V_M1, V_M2, V_M3, V_M4, V_M5, V_M6 voreingestellt, die durch Erregung gemäß den jeweiligen Erregungsmodi M1 bis M6 erzeugt werden. Die Spannungsschwellenwert-Schalteinheit 242 schaltet sequentiell zwischen diesen Spannungsschwellenwerten gemäß dem nächsten Erregungsmodus. Das Timing zum Schalten zwischen den Schwellenwerten wird auf der Basis einer Änderung im Modus-Befehlssignal bestimmt, das durch die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238 erzeugt wird.
Im Rechteckwellen-Ansteuerverfahren werden Impulsspannungen an den beiden erregten Phasen der drei Phasen angelegt, wie in 5 dargestellt. Insbesondere wird eine positive Impulsspannung (V) als Anschlussspannung an einer der beiden erregten Phasen angelegt, um so einen positiven Phasenstrom zu erzeugen, während eine negative Pulsspannung (-V) als Anschlussspannung an der anderen angelegt wird, um so einen negativen Phasenstrom zu erzeugen. Die sechs Muster dieser Impulsspannungsanlegung entsprechen einzeln den Erregungsmodi M1 bis M6. Im Rechteckwellen-Ansteuerverfahren wird der bürstenlose Motor 100 durch sequentielles Schalten zwischen den Erregungsmodi M1 bis M6 an den Schalt-WinkelPositionen angetrieben, die um einen elektrischen Winkel von 60° voneinander beabstandet sind.
Angenommen, wie oben beschrieben, dass der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ während einer Erregung gemäß den Erregungsmodi M1 0° ist, sind daher die Spannungsschwellenwerte die folgenden. Der Spannungsschwellenwert zum Schalten vom Erregungsmodus M3 zum Erregungsmodus M4 wird auf die impulsinduzierte Spannung V_M3 festgelegt, die erfasst wird, wenn die Winkelpositionen des Magnetpols (Magnetpolposition) des Rotors 120 bei 60° liegt. Der Spannungsschwellenwert zum Schalten vom Erregungsmodus M4 zum Erregungsmodus M5 wird auf die impulsinduzierte Spannung V_M4 festgelegt, die erfasst wird, wenn die Magnetpolposition des Rotors 120 bei 120° liegt. Der Spannungsschwellenwert zum Schalten vom Erregungsmodus M5 zum Erregungsmodus M6 wird auf die impulsinduzierte Spannung V_M5 festgelegt, die erfasst wird, wenn die Magnetpolposition des Rotors 120 bei 180° liegt. Der Spannungsschwellenwert zum Schalten vom Erregungsmodus M6 zum Erregungsmodus M1 wird auf die impulsinduzierte Spannung V_M6 festgelegt, die erfasst wird, wenn die Magnetpolposition des Rotors 120 bis 240° liegt. Der Spannungsschwellenwert zum Schalten vom Erregungsmodus M1 zum Erregungsmodus M2 wird auf die impulsinduzierte Spannung V_M1 festgelegt, die erfasst wird, wenn die Magnetpolposition des Rotors 120 bei 300° liegt.
Auf der Basis des Modus-Befehlssignals von der Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238 und des PWM-Signals von der PWM-Signal-Erzeugungseinheit 234 erfasst die unerregte Phasen-Spannungsauswahleinheit 246, dass ein oberes Schaltelement einer Phase und ein unteres Schaltelement einer anderen Phase in der EIN-Periode unter den Schaltelementen 214a bis 214f sind. Auf der Basis der Erfassung wählt eine unerregte Phase-Spannungsauswahleinheit 246 eine unerregte Phase-Anschlussspannung (das heißt impulsinduzierte Spannung) unter den erfassten Drei-Phasen-Anschlussspannungen Vu, Vv, Vw an den Anschlüssen 112u, 112v, 112w aus und empfängt diese.
Durch Vergleichen des Schwellenwerts, der durch die Spannungsschwellenwert-Schalteinheit 242 festgelegt ist, mit der impulsinduzierten Spannung, die durch die unerregte Phase-Spannungsauswahleinheit 246 erfasst wird, erfasst die Vergleichseinheit 240, ob ein Erregungsmodus-Schalttiming gekommen ist oder nicht, mit anderen Worten, ob der Magnetpol des Rotors 120 eine Winkelposition erreicht hat oder nicht, an der die Erregungsmodi aufeinander folgend geschaltet werden. Wenn erfasst wird, dass das Schalttiming gekommen ist, erzeugt die Vergleichseinheit 240 ein Schaltmodus-Triggersignal als Auslöser, zum Bewirken, dass die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238 das Modus-Befehlssignal erzeugt.
Die Spannungsschwellenwert-Lerneinheit 244 führt einen Lernprozess aus, um die Spannungsschwellenwerte zum Bestimmen, ob das Erregungsmodus-Schalttiming gekommen ist oder nicht, zu aktualisieren, und speichert die aktualisierten Spannungsschwellenwerte. Insbesondere erfasst die Spannungsschwellenwert-Lerneinheit 244 im Spannungsschwellenwert-Lernprozess zuerst die impulsinduzierte Spannung, wenn sich der Magnetpol des Rotors 120 an einer der vorbestimmten Winkelpositionen befindet, an denen die Erregungsmodi aufeinander folgend geschaltet werden. Danach korrigiert die Spannungsschwellenwert-Lerneinheit 244 den entsprechenden Spannungsschwellenwert, der in der Spannungsschwellenwert-Schalteinheit 242 auf der Basis des Erfassungsergebnisses gespeichert ist. Dieser Lernprozess wird aus folgenden Gründen ausgeführt. Die impulsinduzierte Spannung in einer unerregten Phase ändert sich infolge von Herstellungsänderungen eines bürstenlosen Motors 100 oder Erfassungsänderungen des Spannungs-Erfassungskreislaufs. Wenn jeder Spannungsschwellenwert ein Fixwert ist, kann daher das Erregungsmodus-Schalttiming irrtümlich bestimmt werden, um aufzutreten.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Hauptroutine zum Ablauf darstellt, den eine Steuereinheit 220 zur Treibersteuerung eines bürstenlosen Motors 100 (elektrische Wasserpumpe 26) ausführt.
Im Schritt S1001 (im Ablaufdiagramm als „S1001“ abgekürzt; dies wenden die anderen nachstehenden Schritte ebenfalls an), bestimmt die Steuereinheit 220, ob die Bedingungen zum Ansteuern des bürstenlosen Motors 100 (elektrische Wasserpumpe 26) erfüllt sind oder nicht.
Die Bedingungen zum Ansteuern des bürstenlosen Motors 100 können zum Beispiel umfassen: die Energiezuführspannung des bürstenlosen Motors 100 liegt oberhalb einer vorbestimmten Spannung; kein Fehler wird weder im bürstenlosen Motor 100 oder der Motorantriebsschaltung 210 durch verschiedene Diagnoseschritte erfasst; ein Energiezuführrelais zum Zuführen der Energiezuführspannung zum bürstenlosen Motor 100 wird auf EIN geschaltet; die ECU 38 hat eine Antriebsanforderung für die elektrische Wasserpumpe 26 ausgegeben; und die Wasser- oder Öltemperatur im Motor 10 ist nicht kleiner als eine vorbestimmte Temperatur.
Wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die Bedingungen zum Ansteuern des bürstenlosen Motors 100 im Schritt S1001 erfüllt sind (ja), geht der Ablauf zum Schritt S1002 über. Andererseits, wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die Bedingungen zum Ansteuern des bürstenlosen Motors 100 nicht erfüllt sind (nein), endet der Steuerungsablauf in dieser Hauptroutine.
Im Schritt S1002 bestimmt die Steuereinheit 220, ob die Bedingungen zum Ausführen eines Anfangspositions-Schätzablaufs erfüllt sind oder nicht. Im Anfangspositions-Schätzablauf schätzt die Steuereinheit 220 die Anfangsposition des bürstenlosen Motors 100. Wie hier angewendet, bezieht sich die Anfangsposition des Rotors 120 auf die Magnetpolposition des Rotors 120, der beim Start des bürstenlosen Motors 100 stoppt, oder auf die Magnetpolposition des Rotors 120 beim Start des Anfangspositions-Schätzablaufs (zum Beispiel eine Nordpolposition). Die Bedingungen zum Ausführen eines Anfangspositions-Schätzablaufs sind erfüllt, wenn die Steuereinheit 220 eine Antriebsanforderung von der ECU 38 empfängt und wenn sich der Rotor 120 nicht bei einer Drehzahl untätig dreht, die groß genug ist, um die Anfangspositionsschätzung über den gesamten Anfangspositions-Schätzablauf zu bewirken.
Die Bedingungen zum Ausführen des Anfangspositions-Schätzablaufs können zum Beispiel umfassen: die Drehzahl des bürstenlosen Motors 100 ist nicht größer als eine vorbestimmte Drehzahl; oder eine induzierte Spannung (Drehzahl-elektromotorische Spannung), die durch eine Drehung des Rotors 120 erzeugt wird, ist nicht größer als eine vorbestimmte Spannung. Diese vorbestimmte Drehzahl wird auf die maximale Motordrehzahl festgelegt, die bewirkt, dass ein Schätzfehler der Anfangsposition innerhalb einer Toleranz fällt. Die vorbestimmte Drehzahl kann auf Null Umdrehungen festgelegt werden, die dem Stoppstatus des Rotors 120 entspricht. Alternativ kann die vorbestimmte Drehzahl auf eine Drehzahl festgelegt werden, die klein genug ist, um eine ausreichend kleine Änderung in der Magnetpolposition über eine Zeit zu bewirken, die für den Anfangspositions-Schätzablauf erforderlich ist. Die vorbestimmte Spannung wird auf eine induzierte Spannung (Drehzahl-elektromotorische Spannung) festgelegt, die bei dieser maximalen Motordrehzahl erzeugt wird.
Wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die Bedingungen zum Ausführen des Anfangspositions-Schätzablaufs im Schritt S1002 nicht erfüllt sind, wiederholt die Steuereinheit 220 den Ablauf im Schritt S1002. Wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die Bedingungen zum Ausführen dieses Ablaufs erfüllt sind, geht dann der Ablauf zum Schritt S1003 über. Alternativ kann die Steuereinheit 220 einen Drehzahl-Reduzierungsablauf ausführen, wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die Bedingungen zum Ausführen dieses Ablaufs im Schritt S1002 nicht erfüllt sind. Im Drehzahl-Reduzierungsablauf wird der bürstenlose Motor 100 ständig nachdrücklich gemäß einem vorbestimmten Erregungsmodus erregt, der fortgesetzt über die Zeit geschätzt wird, um groß genug zu sein, um die Drehzahl des Motors 120 unter die vorbestimmte Drehzahl zu reduzieren. Nachdem die Steuereinheit 220 den Drehzahl-Reduzierungsablauf ausgeführt hat, kehrt der Ablauf zum Schritt S1002 zurück, in dem die Steuereinheit 220 wieder bestimmt, ob die Bedingungen zum Ausführen des Anfangspositions-Schätzablaufs erfüllt sind oder nicht.
Im Schritt S1003 führt die Steuereinheit 220 den Anfangspositions-Schätzablauf zum Schätzen der Anfangsposition des Rotors 120 aus. Zusätzlich führt die Steuereinheit 220 einen Start-Anfangsablauf zum gleichmäßigen Initiieren des Starts des bürstenlosen Motors 100 durch die sensorlose Niedrigdrehzahl-Steuerung gemäß der Anfangsposition aus, die durch den Anfangspositions-Schätzablauf geschätzt wird. Der Ablauf im Schritt S1003 wird später detailliert beschrieben. Nachdem der Start-Anfangsablauf beendet ist, schaltet die Steuereinheit 220 zur sensorlosen Steuerung, um den bürstenlosen Motor im Schritt S1004 zu starten. In der sensorlosen Steuerung wird der bürstenlose Motor 100 unter der sensorlosen Steuerung einer geringen Drehzahl gemäß dem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren innerhalb des unteren Drehzahlbereichs angetrieben, und unter der sensorlosen Steuerung einer hohen Drehzahl gemäß den Sinuswellen-Ansteuerverfahren innerhalb des hohen Drehzahlbereichs angetrieben.
7 und 8A bis 8C sind Ablaufdiagramme, die die detaillierte Routine für den Anfangspositions-Schätzablauf und Start-Anfangsablauf darstellen, die in den Schritten S1003 des Ablaufdiagramms von 6 ausgeführt werden. Die Darstellung des Anfangspositions-Schätzablaufs wird nachstehend beschrieben. Zuerst erregt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß einem jeweiligen Erregungsmodus nur momentan an, um so den Rotor 120 im Wesentlichen nicht zu drehen, und erfasst die impulsinduzierten Spannungen V_M1, V_M2, V_M3, V_M4, V_M5, V_M6, die in den unerregten Phasen (offene Stromkreisphasen) erzeugt werden. Dann berechnet die Steuereinheit 220 die Differenz zwischen den impulsinduzierten Spannungen in jeweils zwei Erregungsmodi, die eine unerregte Phase gemeinsam aufweisen. Mit anderen Worten wird die Differenz zwischen der impulsinduzierten Spannung in einer unerregten Phase, die nach einer Erregung erfasst wird, die einen positiven Strom durch eine Phase der beiden erregten Phasen des bürstenlosen Motors 100 bewirkt, und der impulsinduzierten Spannung in der unerregten Phase, die nach einer Erregung erfasst wird, die einen negativen Strom durch die eine Phase bewirkt, durch sequentielles Festlegen der drei Phasen auf eine unerregte Phase berechnet. Auf der Basis des Größenvergleichs zwischen den sich ergebenden drei impulsinduzierten Spannungsdifferenzen wählt die Steuereinheit 220 zwei Winkelbereiche, die geschätzt werden, um die Anfangsposition des Rotors 120 zu umfassen, unter den sechs Winkelbereichen aus, in denen ein elektrischer Winkelzyklus gleichmäßig geteilt ist. Danach führt die Steuereinheit 220 einen vorbestimmten Steuerungsablauf, der später beschrieben wird, für die zwei ausgewählten Winkelbereiche aus, um so zu identifizieren, welcher der zwei die Anfangsposition des Rotors 120 umfasst.
Im Schritt 2001 bestimmt eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit 234 nachdrücklichen einen Arbeitszyklus für die induzierte Spannungserfassung, um die impulsinduzierte Spannung in einer unerregten Phase im Anfangspositions-Bestimmungsablauf zu erfassen, und überträgt das PWM-Signal mit dem bestimmten Arbeitszyklus zur Gate-Signal-Schalteinheit 236. Gleichzeitig überträgt die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238, ungeachtet des Schaltmodus-Trägersignals von der Vergleichseinheit 240, das Modus-Befehlssignal, das den Erregungsmodus M1 nachdrücklich ausrichtet, zur Gate-Signal-Schalteinheit 236, um so eine Erregung gemäß dem Erregungsmodus M1 zu starten.
Der Arbeitszyklus für die induzierte Spannungserfassung weist einen Wert auf, der die Erfassung der impulsinduzierten Spannung ermöglicht, und der bewirkt, dass die Drehung des Rotors 120, die klein genug ist, den Anfangspositions-Schätzablauf nicht zu beeinflussen (zum Beispiel die Identifikation des Winkelbereichs nicht zu beeinflussen, die die Anfangsposition des Rotors 120 umfasst). Der Arbeitszyklus, der die Erfassung der impulsinduzierten Spannung ermöglicht, wird so bestimmt, um eine ausreichende Zeit zu gewährleisten, um ein Timing zum Erfassen von jeder der impulsinduzierten Spannung V_M1 bis V_M6 festzulegen, zum Beispiel unter der Betrachtung der Dauer einer Oszillation (Rufen) der impulsinduzierten Spannung beim Anfangsanstieg der Impulsspannung, die an den erregten Phasen angelegt wird sowie die Zeit, die für die A/D-Umwandlung erforderlich ist.
Im nächsten Schritt S2002 bestimmt die Steuereinheit 220, ob die Zeit vom Start einer Erregung eine vorbestimmte Zeit erreicht hat. Die vorbestimmte Zeit wird unter Berücksichtigung des Einflusses eines Stromrückflusses festgelegt, der nach einem Erregungsmodusschalten auftritt. Nachdem der Einfluss des Rückflusses ausreichend verringert ist, wird die impulsinduzierte Spannung im nächsten Schritt S2003 erfasst.
Wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die Zeit vom Start einer Erregung die vorbestimmte Zeit im Schritt S2002 erreicht hat (ja), geht der Ablauf zum Schritt S2003 über. Im Schritt S2003 erfasst die unerregte Phase-Auswahleinheit 246 die impulsinduzierte Spannung V_M1, die in der W-Phase erzeugt wird, die nicht im Erregungsmodus M1 erregt wird, und speichert die impulsinduzierte Spannung V_M1 in einem Arbeitsspeicher (RAM) oder dergleichen. Wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die Zeit vom Start einer Erregung die vorbestimmte Zeit im Schritt S2002 noch nicht erreicht hat (nein), kehrt der Ablauf zum Schritt S2001 zurück.
Die Steuereinheit 220 führt einen Ablauf ähnlich dem im Schritt S2002 bis S2003 auch bei den anderen Erregungsmodi (M2 bis M6) aus, um so die impulsinduzierten Spannungen V_M2, V_M3, V_M4, V_M5, V_M6 zu erfassen, die in unerregten Phasen erzeugt werden, und speichert die impulsinduzierten Spannungen V_M2, V_M3, V_M4, V_M5, V_M6 im RAM oder dergleichen. Mit anderen Worten erfasst die Steuereinheit 220 die impulsinduzierten Spannungen V_M1, V_M2, V_M3, V_M4, V_M5, V_M6, die in den unerregten Phasen erzeugt werden, und speichert die impulsinduzierten Spannungen im RAM oder dergleichen durch sequentielles Schalten zwischen den Erregungsmodi jedes Mal, wenn die Steuereinheit 220 Daten der impulsinduzierten Spannung speichert, die in einer unerregten Phase erzeugt wird.
In den Schritten S2004 bis S2006 erregt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M2 und erfasst und speichert die impulsinduzierte Spannung V_M2, die in der unerregten V-Phase erzeugt wird. In den Schritten S2007 bis S2009 erregt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M3, und erfasst und speichert die impulsinduzierte Spannung V_M3, die in der unerregten U-Phase erzeugt wird. In den Schritten S2010 bis S2012 erregt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M4, und erfasst und speichert die impulsinduzierte Spannung V_M4, die in der unerregten W-Phase erzeugt wird. In den Schritten S2013 bis S2015 erregt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M5, und erfasst und speichert die impulsinduzierte Spannung V_M5, die in der unerregten V-Phase erzeugt wird. In den Schritten S2016 bis S2018 erregt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M6, und erfasst und speichert die impulsinduzierte Spannung V_M6, die in der unerregten U-Phase erzeugt wird.
Wie in den Schritten S2001 bis S2018 in 7 dargestellt, erfasst und speichert die Steuereinheit 220 die impulsinduzierte Spannung, die in der unerregten Phase von jedem Erregungsmodus erzeugt wird, durch sequentielles Schalten zwischen den sechs Erregungsmodi M1 bis M6 in dieser Reihenfolge, die dieselbe ist, wie die Modus-Schaltreihenfolge, die in der sensorlosen Steuerung durchgeführt wird, die nach dem Start des bürstenlosen Motors 100 ausgeführt wird. Im Anfangspositions-Schätzablauf ist es hier erforderlich, die Drehung des Rotors 120 zum Erfassen und Speichern der impulsinduzierten Spannung in einer unerregten Phase zu minimieren. Um die Drehung des Motors 120 zuverlässiger zu begrenzen, kann daher die Steuereinheit 220 zwischen den Erregungsmodi in einer Reihenfolge schalten, die für die induzierte Spannungserfassung im Anfangspositions-Schätzablauf, wie nachstehend beschrieben, zugeordnet ist.
Es wird wieder Bezug auf 4 A bis 4 F genommen. Der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ beträgt 120° im Erregungsmodus M3, in dem ein elektrischer Strom sequentiell durch die V- und W-Phasen fließt. Andererseits beträgt der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ 300° im Erregungsmodus M6, in dem ein elektrischer Strom sequentiell durch die W- und V-Phasen fließt. Wenn daher der bürstenlose Motor 100 ein Polpaar aufweist, liegen die geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses φ in den Erregungsmodi M3, M6 einander gegenüber. Ebenso liegen die geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses φ in den Erregungsmodi M4, M1 einander gegenüber und die geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses φ in den Erregungsmodi M5, M2 liegen einander gegenüber. Außerdem sind die geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses φ in den Erregungsmodi M6, M4 um 120° voneinander beabstandet und die geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses φ in den Erregungsmodi M1, M5 um 120° voneinander beabstandet. Je weiter die geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses φ in den beiden Erregungsmodi voneinander beabstandet sind, um so weniger zieht der synthetische Magnetfluss φ den Rotor 120 nach dem Schalten zwischen diesen beiden Erregungsmodi magnetisch an. Folglich kann die Steuereinheit 220 die impulsinduzierten Spannungen im Anfangspositions-Schätzablauf durch Schalten zwischen den Erregungsmodi M3, M6, M4, M1, M5, M2 in dieser Reihenfolge zum Beispiel erfassen und speichern.
Es wird Bezug auf das Ablaufdiagramm von 8 A sowie 9 A bis 9 G, 10 A, 10 B, 11 und 12 genommen. Nachdem die Steuereinheit 220 die impulsinduzierten Spannungen V_M1, V_M2, V_M3, V_M4, V_M5, V_M6 erfasst und speichert, die in den unerregten Phasen in den jeweiligen Erregungsmodi in den Schritten S2001 bis S2018 erzeugt werden, geht der Ablauf zum Schritt S2019 über. Im Schritt S2019 berechnet die Steuereinheit 220 die Differenz D_1-4 , D_5-2 , D_3-6 (nachstehend als „induzierte Spannungsdifferenz“ bezeichnet) zwischen den impulsinduzierten Spannungen in jeweils zwei Erregungsmodi, die eine unerregte Phase unter Verwendung der folgenden Gleichungen gemeinsam teilen: $D_{1 - 4} = V_{M1} - V_{M4}$
$D_{5 - 2} = V_{M5} - V_{M2}$
$D_{3 - 6} = V_{M3} - V_{M6}$
Die impulsinduzierten Spannungen V_M1, V_M2, V_M3, V_M4, V_M5, V_M6, die in den unerregten Phasen nach einer Impulsspannungsanlegung gemäß den Erregungsmodi erzeugt werden, ändern sich relativ zur Magnetpolposition des Rotors 120, wie zum Beispiel in 9 A bis 9 F dargestellt. Die induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 werden in der zuvor erwähnten Weise aus den impulsinduzierten Spannungen V_M1, V_M2, V_M3, V_M4, V_M5, V_M6 berechnet. In 9 G weisen die induzierte Spannungsdifferenz D_1-4 (durchgezogene Linie von 9 G), die induzierte Spannungsdifferenz D_5-2 (gestrichelte Linie von 9 G) und die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 (strichpunktierte Linie von 9 G) Wellenformen auf, die jeweils zwei Perioden von sinusförmigen Mustern in jeder Periode umfassen und eine 120°-Phasendifferenz voneinander aufweisen. Unter Bezug auf 9 G ist die induzierte Spannungsdifferenz D_1-4 innerhalb des Winkelbereichs von ungefähr 15° bis ungefähr 75° der Magnetpolposition des Rotors 120 (dieser Winkelbereich wird zur Einfachheit als „Winkelbereich R₃₀“ bezeichnet, dasselbe wird auch nachstehend verwendet) oberhalb der induzierten Spannungsdifferenzen D_5-2, D_3-6, daher ist sie die Größte der Drei.
Ebenso ist die induzierte Spannungsdifferenz D_5-2 innerhalb des Winkelbereichs von ungefähr 75° bis ungefähr 135° der Magnetpolposition des Rotors 120 (Winkelbereich R₉₀) oberhalb der induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_3-6, daher ist sie die Größte der Drei. Innerhalb des Winkelbereichs von ungefähr 135° bis ungefähr 195° der Magnetpolposition des Rotors 120 (Winkelbereich R₁₅₀) ist die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 oberhalb der induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4 , D_5-2, daher ist sie die Größte der Drei. Innerhalb des Winkelbereichs von ungefähr 195° bis ungefähr 255° der Magnetpolposition des Rotors 120 (Winkelbereich R₂₁₀) wird die induzierte Spannungsdifferenz D_1-4 wieder die Größte. Innerhalb des Winkelbereichs von ungefähr 255° bis ungefähr 315° der Magnetposition des Rotors 120 (Winkelbereich R₂₇₀) wird die induzierte Spannungsdifferenz D_5-2 wieder die Größte. Innerhalb des Winkelbereichs von ungefähr 315° bis ungefähr 15° der Magnetpolposition des Rotors 120 (Winkelbereich R₃₃₀) wird die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 wieder die Größte.
In dieser Weise, welche die Größte der induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 die Größte ist, ändert sich jede ungefähr 60° der Magnetpolposition des Rotors 120 gemäß einem der Winkelbereiche. Durch Bestimmen, welche die Größte der induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 ist, kann daher bestimmt werden, dass unter den sechs Winkelbereichen R₃₀, R₉₀, R₁₅₀, R₂₁₀, R₂₇₀, R₃₃₀ jeder der entsprechenden beiden Winkelbereichen mit einer 180°-Phasendifferenz der Winkelbereich R (nachstehend als „Anfangspositionsbereich“ bezeichnet) ist, der die Anfangsposition des Rotors 120 umfasst.
Nachdem die Steuereinheit 220 die induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 im Schritt S2019 berechnet hat, geht der Ablauf zum Schritt S2020 über. Im Schritt S2020 bestimmt die Steuereinheit 220 die maximale Differenz Dmax aus den induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_6-2, D_3-6 .
Im Schritt S2021 steuert die Steuereinheit 220 den Ablauf zum Schritt S2020, wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_1-4 die maximale Differenz Dmax ist (ja). Im Schritt S2022 bestimmt die Steuereinheit 220 vorläufig, dass der Anfangspositionsbereich R jeder der beiden Winkelbereiche R₃₀, R₂₁₀ unter den sechs Winkelbereichen R₃₀, R₉₀, R₁₅₀, R₂₁₀, R₂₇₀, R₃₃₀ ist. Andererseits steuert im Schritt S2021 die Steuereinheit 220 den Ablauf zum Schritt S2030, wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_1-4 nicht die maximale Differenz Dmax ist (nein).
Im Schritt S2030 steuert die Steuereinheit 220 den Ablauf zum Schritt S2031, wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_5-2 die maximale Differenz Dmax ist (ja). Im Schritt S2031 bestimmt die Steuereinheit 220 vorläufig, dass der Anfangs-Positionsbereich R jeder der beiden Winkelbereiche R₉₀, R₂₇₀ unter den sechs Winkelbereichen R₃₀, R₉₀, R₁₅₀, R₂₁₀, R₂₇₀, R₃₃₀ ist. Andererseits, im Schritt S2030, steuert die Steuereinheit 270 den Ablauf zum Schritt S2039, wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_5-2 nicht die maximale Differenz Dmax ist (nein).
Im Schritt S2039 steuert die Steuereinheit 220 den Ablauf zum Schritt S2040, wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 die maximale Differenz Dmax ist (ja). Im Schritt 2040 bestimmt die Steuereinheit 220 vorläufig, dass der Anfangs-Positionsbereich R jeder der zwei Winkelbereiche R₁₅₀, R₃₃₀ unter den sechs Winkelbereichen R₃₀, R₉₀, R₁₅₀, R₂₁₀, R₂₇₀, R₃₃₀ ist. Andererseits, im Schritt S2039, kehrt die Steuereinheit 220 den Ablauf zum Schritt S2001 zurück, wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 nicht die maximale Differenz Dmax ist (nein). „Nein“ im Schritt S2039 stellt dar, dass es nicht bestimmbar ist, welche der induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 die maximale Differenz Dmax ist. Dadurch kehrt der Ablauf zum Schritt S2001 zurück, um neue Daten der impulsinduzierten Spannungen V_M1, V_M2, V_M3, V_M4, V_M5, V_M6 zu erhalten, die in den unerregten Phasen erzeugt werden.
Wenn alternativ die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 nicht die maximale Differenz Dmax im Schritt S2039 ist, kann die Steuereinheit 220 bestimmen, dass der Anfangspositions-Schätzablauf derzeit nicht möglich ist und führt den folgenden Ablauf statt einer Rückkehr zum Ablauf zum Schritt 2001 aus. In diesem alternativen Ablauf führt die Steuereinheit 220 insbesondere zuerst einen Ablauf zum Positionieren der Magnetpolposition des Rotors 120 innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs (zum Beispiel ungefähr 120°) durch nachdrückliches und ständiges Erregen des bürstenlosen Motors 100 in einem vorbestimmten Erregungsmodus aus (zum Beispiel Erregungsmodus M3). Danach erregt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 in den nächsten vorbestimmten Erregungsmodus (zum Beispiel Erregungsmodus M4 oder M5) und verschiebt dann die sensorlose Steuerung in den Schritt S1004.
Es könnte in Betracht gezogen werden, dass, wenn drei induzierte Spannungssummen S₁₊₄ (= V_M1 ₊ V_M4), S₅₊₂ (=V_M5 + V_M2), S₃₊₆ (= V_M3 + V_M6) durch Addieren von zwei der impulsinduzierten Spannungen V_M1 bis V_M6 in den jeweiligen zwei Erregungsmodi, die eine unerregte Phase gemeinsam teilen, zusätzlich zur Berechnung der induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6, berechnet werden, der einzelne Anfangspositionsbereich R des Rotors 120 eindeutig unter den sechs Winkelbereichen R₃₀, R₉₀, R₁₅₀, R₂₁₀, R₂₇₀, R₃₃₀ auf der Basis des Größenvergleichs der drei induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 und des Größenvergleichs der drei induzierten Spannungssummen S₁₊₄, S₅₊₂, S₃₊₆ identifiziert werden kann.
Wie beispielhaft in 26 dargestellt, ist es jedoch manchmal schwierig, einen definitiven Größenvergleich zwischen den induzierten Spannungssummen S₁₊₄, S₅₊₂, S₃₊₆ vorzusehen, weil der Bereich einer Fluktuation von jeder induzierten Spannungssumme gegenüber der Magnetpolposition des Rotors 120 in Abhängigkeit der Magnetkreis-Eigenschaften des bürstenlosen Motors 100 klein sein kann. In diesem Fall kann der einzelne Anfangspositionsbereich R des Rotors 120 nicht von den sechs Winkelbereichen R₃₀, R₉₀, R₁₅₀, R₂₁₀, R₂₇₀, R₃₃₀ eindeutig erfolgreich identifiziert werden. Dies reduziert die Schätzgenauigkeit der Anfangsposition des Rotors 120. Folglich kann der bürstenlose Motor 100 nicht in der Lage sein, normal zu starten. Der Rotor 120 kann sich z. B. in die Rückwärts-Drehrichtung beim Start des bürstenlosen Motors 100 drehen.
Aus vorgenanntem Grund wird der Anfangspositionsbereich R wie folgt in dieser Ausführungsform ohne Berechnen der drei induzierten Spannungssummen S₁₊₄, S₅₊₂, S₃₊₆ identifiziert. Insbesondere wird durch das oben erwähnte Verfahren auf der Basis, welcher der größte der drei induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_6-2, D_3-6 zwischen jeweils zwei Erregungsmodi, die eine unerregte Phase gemeinsam teilen, der größte ist, bestimmt, dass der Anfangspositionsbereich R jeder der entsprechenden zwei Winkelbereiche unter den sechs Winkelbereichen R₃₀, R₉₀, R₁₅₀, R₂₁₀, R₂₇₀, R₃₃₀ ist. Danach wird der Anfangspositionsbereich R unter diesen zwei Winkelbereichen auf der Basis einer Änderung bei der impulsinduzierten Spannung, die in einer unerregten Phase durch Erregen des bürstenlosen Motors 100 gemäß einem vorbestimmten Erregungsmodus erzeugt wird, endgültig identifiziert.
10A und 10B stellen dar, wie die Steuereinheit 220 den Anfangspositionsbereich R identifiziert. Wie in 10A dargestellt, wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_1-4 die maximale Differenz D_max ist, bestimmt die Steuereinheit 220 vorläufig, dass der Anfangspositionsbereich R jeder der beiden Winkelbereiche R₃₀, R₂₁₀ ist. In diesem Fall erregt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M3, der als Identifizierungs-Erregungsmodus (vorbestimmter Erregungsmodus) zum Identifizieren des Anfangspositionsbereichs R festgelegt ist. Als Antwort wird der synthetische Magnetfluss Φ bei einem geschätzten Winkel von 120° zwischen den Winkelbereichen R₃₀, R₉₀, R₂₁₀ (siehe 4C) erzeugt, und der Magnetpol des Rotors 120 beginnt sich von der Anfangsposition durch die Anziehung des synthetischen Magnetflusses ϕ beim geschätzten Winkel von 120° zu drehen.
Wie in 10B dargestellt, ist hier bekannt, dass die impulsinduzierte Spannung V_M3 sich in der folgenden Weise nach Erregung gemäß dem Erregungsmodus M3, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist, ändert. Wenn der Anfangspositionsbereich R des Rotors 120 der Winkelbereich R₃₀ ist, verringert sich die impulsinduzierte Spannung V_M3, die in der unerregten Phase erzeugt wird, monoton, wenn sich der Rotor 120 in die Vorwärts-Drehrichtung dreht. Andererseits, wenn der Anfangspositionsbereich R des Rotors 120 der Winkelbereich R₂₁₀ ist, nimmt die impulsinduzierte Spannung V_M3, die in der unerregten Phase erzeugt wird, monoton zu, wenn sich der Rotor 120 in die Rückwärts-Drehrichtung dreht. Wenn folglich der erfasste Wert der impulsinduzierten Spannung V_M3 sich nach Erregung gemäß dem Erregungsmodus M3 verringert, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist, kann der Winkelbereich R₃₀ als Anfangspositionsbereich R des Rotors 120 unter den beiden Winkelbereichen R₃₀, R₂₁₀ identifiziert werden. Andererseits, wenn der erfasste Wert der impulsinduzierten Spannung V_M3 nach Erregung gemäß dem Erregungsmodus M3 zunimmt, kann der Winkelbereich R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R des Rotors 120 unter den beiden Winkelbereichen R₃₀, R₂₁₀ identifiziert werden. So ist es möglich, den Anfangspositionsbereich R endgültig zu identifizieren.
Nachdem die Steuereinheit 220 vorläufig bestimmt, dass der Anfangspositionsbereich R jeder der beiden Winkelbereiche R₃₀, R₂₁₀ im Schritt S2020 ist, erregt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M3 für eine vorbestimmte Zeit t im nächsten Schritt S2023. Dadurch erzeugt die Steuereinheit 220 den synthetischen Magnetfluss ϕ bei einem geschätzten Winkel von 120° zwischen diesen vorläufig bestimmten Winkelbereichen R₃₀, R₂₁₀ und identifiziert den Anfangspositionsbereich R von diesen beiden Winkelbereichen R₃₀, R₂₁₀ endgültig.
Die Steuereinheit 220 erregt z. B. den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M3, der als Identifizierungs-Erregungsmodus durch das folgende Verfahren festgelegt wird. Durch Bezug auf 3 erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 234 ein PWM-Signal, das nachdrücklich festgelegt ist, um einen Arbeitszyklus zur Erregung gemäß einem Identifizierungs-Erregungsmodus (nachstehend als „Identifizierungs-Erregungs-Arbeitszyklus“ bezeichnet) aufzuweisen und überträgt ständig das PWM-Signal zur Gate-Signal-Schalteinheit 236 für die vorbestimmte Zeit t. Unabhängig vom Schaltmodus-Triggersignal von der Vergleichseinheit 240 überträgt die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238 gleichzeitig das Modus-Befehlssignal, das nachdrücklich den Erregungsmodus M3 ausrichtet, ständig zur Gate-Signal-Schalteinheit 236 für die vorbestimmte Zeit t.
Der Identifizierungs-Erregungs-Arbeitszyklus weist einen Wert (Fixwert) auf, der nur eine langsame Drehung des Magnetpols des Rotors 120 in Richtung 120°, das heißt in Richtung des geschätzten Winkels des synthetischen Magnetflusses ϕ bewirkt, der nach Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungs-Modus erzeugt wird, sodass kein Synchronisierungsverlust im bürstenlosen Motor 100 während der sensorlosen Niedrigdrehzahl-Steuerung auftritt, die nach Beendigung des Anfangspositions-Schätzablaufs und des Start-Anfangsablaufs ausgeführt wird, und dies ermöglicht die Erfassung der impulsinduzierten Spannung V_M3 bei Betrachtung von z. B. der Dauer einer Oszillation (Einkreisen) der impulsinduzierten Spannung V_M3 beim Anfangsanstieg der Impulsspannung, die an den erregten Phasen sowie der erforderlichen Zeit für die A/D-Umwandlung angelegt wird.
Die vorbestimmte Zeit t wird in Übereinstimmung mit dem so bestimmten Identifizierungs-Erregungs-Arbeitszyklus festgelegt. Insbesondere weist die vorbestimmte Zeit t eine Länge auf, die eine Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungs-Modus ermöglicht, um nur eine geringe Drehung des Magnetpols des Rotors 120 in Richtung 120° zu bewirken, das heißt in Richtung des geschätzten Winkels des synthetischen Magnetflusses ϕ, sodass kein Synchronisierungsverlust im bürstenlosen Motor 100 während der sensorlosen Niedrigdrehzahl-Steuerung auftritt, die nach Beendigung des Anfangspositions-Schätzablaufs und des Start-Anfangsablaufs ausgeführt wird. Die vorbestimmte Zeit t kann z. B. so festgelegt werden, dass sich der Rotor 120 nicht jenseits eines Winkelbereichs dreht, innerhalb dem sich die impulsinduzierte Spannung V_M3 monoton erhöht, wenn sich der Rotor 120 in die Vorwärts-Drehrichtung dreht, um zu identifizieren, welcher der beiden Winkelbereiche R₃₀, R₂₁₀ der Anfangspositionsbereich R ist, und verringert sich, wenn sich der Rotor 120 in die Rückwärts-Drehrichtung für diese Identifizierung dreht.
In Abhängigkeit des Zustands der elektrischen Wasserpumpe 26 und des Zustands des Kühlwassers des Kühlsystems oder dergleichen kann der festgelegte Identifizierungs-Erregungs-Arbeitszyklus zu gering sein, um ein ausreichendes Drehmoment zum Drehen des Rotors 120 vorzusehen. In diesem Fall ändert sich die impulsinduzierte Spannung V_M3 nicht. Daher stellt ein Festlegen des Identifizierungs-Erregungs-Arbeitszyklus auf einen Fixwert ein Risiko eines Ausfalls dar, um endgültig den Anfangspositionsbereich R unter diesen zwei Winkelbereichen R₃₀, R₂₁₀ zu identifizieren.
Wie in 11 dargestellt, kann daher die angelegte Spannungs-Berechnungseinheit 232 nachdrücklich und stufenweise den angelegte Spannungs-Befehlswert im Identifizierungs-Erregungs-Modus von einem unteren Grenzwert erhöhen, sodass die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 234 stufenweise den Identifizierungs-Erregungs-Arbeitszyklus erhöhen kann. Der untere Grenzwert entspricht einer minimalen angelegten Spannung, welche die Drehung des Rotors 120 unter Bedingungen bewirken kann, bei denen die Last auf den bürstenlosen Motor 100 minimiert wird, etwa wenn die Kühlwassertemperatur im Kühlsystem hoch ist. Der Identifizierungs-Erregungs-Arbeitszyklus, der berechnet ist, um so dem unteren Grenzwert im Identifizierungs-Erregungs-Modus zu entsprechen, kann als minimaler Arbeitszyklus festgelegt werden, der die Erfassung einer Änderung der impulsinduzierten Spannung V_M3' ermöglicht.
Wenn eine Änderung in der impulsinduzierten Spannung V_M3 auftritt, während eine angelegte Spannungs-Berechnungseinheit 232 nachdrücklich und stufenweise den angelegten Spannung-Befehlswert im Identifizierungs-Erregungs-Modus vom unteren Grenzwert erhöht, sodass die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 234 den Identifizierungs-Erregungs-Arbeitszyklus stufenweise erhöht, wird bestimmt, dass sich der Rotor 120 als Reaktion auf den angelegten Spannung-Befehlswert dreht. Daher hält die Steuereinheit 220 den angelegten Spannung-Befehlswert (oder den Identifizierungs-Erregungs-Arbeitszyklus) bei diesem Timing aufrecht.
Wenn andererseits, wie in 12 dargestellt, keine Änderung in der impulsinduzierten Spannung V_M3 auftritt, selbst wenn die angelegte Spannungs-Berechnungseinheit 232 nachdrücklich und schrittweise den angelegten Spannung-Befehlswert im Identifizierungs-Erregungs-Modus vom unteren Grenzwert auf einen oberen Grenzwert erhöht, wird der Befehlswert unterhalb des unteren Grenzwerts reduziert (0 [V, z. B.]). Der obere Grenzwert ist der Wert zum Begrenzen einer Erregung des bürstenlosen Motors 100 für den Zweck, um z. B. den bürstenlosen Motor in Fällen thermisch zu schützen, wenn z. B. die elektrische Wasserpumpe 26 Fremdkörper erfasst oder wenn das Kühlwasser im Kühlsystem gefriert.
Auf der Basis eines einzelnen Auftretens oder aufeinanderfolgende Auftritte des Phänomens, das keine Änderung in der impulsinduzierten Spannung V_M3 auftritt, selbst wenn die angelegte Spannungs-Berechnungseinheit 232 stufenweise den angelegten Spannung-Befehlswert im Identifizierungs-Erregungs-Modus vom unteren Grenzwert zum oberen Grenzwert erhöht, kann die Steuereinheit 220 bestimmen, dass die Schätzung der Anfangsposition des Rotors 120 derzeitig nicht möglich ist und stoppt den Start des bürstenlosen Motors 100. Anstatt eines stufenweisen Erhöhens des angelegten Spannungs-Befehlswert, kann die angelegte Spannungs-Berechnungseinheit 232 allmählich (kontinuierlich) den angelegten Spannungs-Befehlswert erhöhen, bis eine Änderung in der impulsinduzierten Spannung V_M3 auftritt.
Nachdem die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß den Erregungsmodus M3 erregt, der als Identifizierungs-Erregungs-Modus im Schritt S2023 festgelegt ist, führt die Steuereinheit 220 eine Mehrzahl von Erfassungen der impulsinduzierten Spannung V_M3, die in der unerregten U-Phase erzeugt wird, im nächsten Schritt S2024 nach Ablauf der vorbestimmten Zeit aus, die unter Berücksichtigung des Einflusses Stromrückflusses festgelegt wird, der nach einem Erregungsmodusschalten auftritt (siehe Schritt S2002).
Im Schritt S2025 bestimmt die Steuereinheit 220, ob die impulsinduzierte Spannung V_M3 auf der Basis des Vergleichs der erfassten Werte der impulsinduzierten Spannung V_M3 verringert wurde, oder nicht. Wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die impulsinduzierte Spannung V_M3 verringert wurde (ja), geht der Ablauf zum Schritt S2026 über, in dem die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₃₀ als Anfangspositionsbereich R (= R₃₀) identifiziert. Wenn die Steuereinheit 220 andererseits bestimmt, dass die impulsorientierte Spannung V_M3 im Schritt S2025 größer geworden ist (nein), geht der Ablauf zum Schritt S2027 über, in dem die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R (= R₂₁₀) identifiziert. So schätzt die Steuereinheit 220, dass die Anfangsposition des Rotors 120 entweder im Winkelbereich R₃₀ oder R₂₁₀ enthalten ist, die als Anfangspositionsbereich R identifiziert sind, und der Anfangspositions-Bestimmungsablauf endet.
Es wird auf das Ablaufdiagramm von 8B sowie 13A und 13B Bezug genommen. Wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_5-2 die maximale Differenz D_Max. im Schritt S2030 ist, führt die Steuereinheit 220 einen Ablauf wie in den oben beschriebenen Schritten S2022 bis S2027 aus. Die Steuereinheit 220 bestimmt vorläufig, dass der Anfangspositionsbereich R jeder der beiden Winkelbereiche R₉₀, L₂₂₀ im Schritt 2031 ist. Im nächsten Schritt S2032 erregt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M1, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist, um so den synthetischen Magnetenfluss Φ bei einem geschätzten Winkel von 360 Grad (oder 0 Grad) zwischen den Winkelbereichen R₉₀, R₂₇₀ zu erzeugen und dadurch den Rotor 21 zu drehen. Danach bestimmt die Steuereinheit 220 im Schritt S2034, ob die impulsinduzierte Spannung V_M1 auf der Basis der impulsinduzierten Spannung V_M1, die im Schritt S2033 erfasst ist, verringert wurde oder nicht. Wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die impulsinduzierte Spannung V_M1 verringert wurde, identifiziert die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₂₇₀ als Anfangspositionsbereich R (= R₂₇₀) im Schritt S2035. Wenn die Steuereinheit 220 andererseits bestimmt, dass die impulsinduzierte Spannung V_M1 zugenommen hat, identifiziert die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₉₀ als Anfangspositionsbereich R (= R₉₀) im Schritt S2036. So schätzt die Steuereinheit 220, dass die Anfangsposition des Rotors 120 entweder im Winkelbereich R₂₇₀ oder R₉₀ enthalten ist, die als Anfangspositionsbereich R identifiziert sind, und der Anfangspositions-Schätzablauf endet.
Es wird auf das Ablaufdiagramm von 8B sowie 14A und 14B Bezug genommen. Wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 die maximale Differenz D_Max im Schritt S2039 ist, führt die Steuereinheit 220 einen Ablauf wie in den oben beschriebenen Schritten S2022 bis S2027 aus. Die Steuereinheit 220 bestimmt vorläufig, dass der Anfangspositionsbereich R jeder der beiden Winkelbereiche R₁₅₀, R₃₃₀ im Schritt S2040 ist. Im nächsten Schritt S2041 erregt die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M5, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist, um so den synthetischen magnetischen Fluss Φ bei einem geschätzten Winkel von 240 Grad zwischen den Winkelbereichen R₁₅₀, R₃₀₀ zu erzeugen und dadurch den Rotor 120 zu drehen. Danach bestimmt die Steuereinheit 220 im Schritt S2043, ob die impulsinduzierte Spannung V_M5 auf der Basis der impulsinduzierten Spannung V_M5, die im Schritt S2042 erfasst ist, verringert ist, oder nicht. Wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die impulsinduzierte Spannung V_M5 verringert ist, identifiziert die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₁₅₀ als Anfangspositionsbereich R (R = R₁₅₀) im Schritt S2044. Wenn die Steuereinheit 220 andererseits bestimmt, dass die impulsinduzierte Spannung V_M5 vergrößert ist, identifiziert die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₃₃₀ als Anfangspositionsbereich R (R= R₂₃₀) im Schritt S2045. So schätzt die Steuereinheit 220, dass die Anfangsposition des Rotors 120 entweder im Winkelbereich R₁₅₀ oder R₂₃₀ enthalten ist, die als Anfangspositionsbereich R identifiziert sind, und der Anfangspositions-Schätzablauf endet.
Nachdem der Anfangspositions-Schätzablauf vollendet ist, führt die Steuereinheit 220 den Start-Anfangsablauf zum gleichmäßigen Initiieren des Starts des bürstenlosen Motors 100 durch die sensorlose Niedrigdrehzahl-Steuerung aus. Im Start-Anfangsablauf bestimmt die Steuereinheit 220 einen der Erregungsmodi auf der Basis des Anfangspositionsbereichs R, der geschätzt ist, um die Anfangsposition des Rotors 120 durch den Anfangspositions-Schätzablauf zu umfassen, und erregt nachdrücklich den bürstenlosen Motor 100 in diesem Erregungsmodus für eine vorbestimmte Zeit T.
Der Grund, warum der Start-Anfangsablauf ausgeführt wird, ist der voranfolgende. Nach Beendigung des Anfangspositions-Schätzablaufs kann die Magnetpolposition des Rotors 120 jenseits der Winkelposition zum Schalten zum nächsten Erregungsmodus sein. Wenn die Steuereinheit 220 zur sensorlosen Niedrigdrehzahl-Steuerung gemäß dem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren, unmittelbar nachdem der Anfangspositions-Schätzablauf beendet ist, schaltet, kann daher die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238 das Schaltmodus-Triggersignal von der Vergleichseinheit 240 zum Benachrichtigen, dass das Erregungsmodus-Schalttiming gekommen ist, nicht empfangen. Folglich ist die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238 nicht in der Lage, zwischen den Erregungsmodi in Übereinstimmung mit der Magnetpolposition des Rotors 120 zu schalten. Dies bewirkt einen Synchronisierungsverlust im bürstenlosen Motor 100, wie zum Beispiel ein Drehen des Rotors 120 in die Rückwärts-Drehrichtung.
Dies wird insbesondere unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. Wenn die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₃₀ als Anfangspositionsbereich R im Schritt S2026 identifiziert, hat die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M3 erregt, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist. Wenn daher die sensorlose Niedrigdrehzahl-Steuerung gemäß dem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren nach dem Anfangspositions-Schätzablauf ausgeführt wird, schaltet die Steuereinheit 220 normal den Erregungsmodus M3 zum nächsten Erregungsmodus M4, um so den geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses Φ von 120 Grad auf 180 Grad zu ändern und dadurch den Rotor 120 in die Vorwärts-Drehrichtung zu drehen. In der sensorlosen Niedrigdrehzahl-Steuerung gemäß dem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren wird hier der Erregungsmodus M3 zum Erregungsmodus M4 zum Timing geschaltet, wenn die Magnetpolposition des Rotors 120 zu 60 Grad wird, wie dies in 5 dargestellt ist. Unmittelbar nach der Beendigung des Anfangspositions-Schätzablaufs kann jedoch die Magnetpolposition des Rotors 120 jenseits von 60 Grad in Folge von zum Beispiel der Drehung des Rotors 120 sein, die durch eine Erregung gemäß dem Erregungsmodus M3 bewirkt wird, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist. Unmittelbar nach Beendigung des Anfangspositions-Schätzablaufs kann es daher möglich sein, vom Erregungsmodus M3 zum Erregungsmodus M4 in der sensorlosen Niedrigdrehzahl-Steuerung gemäß dem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren zu schalten. Wenn außerdem stattdessen der bürstenlose Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M5 nach dem Anfangspositions-Schätzablauf erregt wird, kann sich der Rotor 120 in die Rückwärts-Drehrichtung in Abhängigkeit der tatsächlichen Anfangsposition des Rotors 120 innerhalb des Anfangspositionsbereichs R drehen.
Wenn die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₃₀ als Anfangsposition R (siehe Schritt S2026) identifiziert, legt die Steuereinheit 220 im Schritt S2028 somit den ersten Erregungsmodus, der nach dem Anfangspositions-Schätzablauf verwendet wird (nachstehend als „erster Start-Erregungsmodus“) auf den Erregungsmodus M4 fest, der als nächster zum Erregungsmodus M3 der nächste ist, der als der Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist. Ungeachtet der Magnetpolposition des Rotors 120 erregt die Steuereinheit 220 dadurch nachdrücklich den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M4, der als erster Start-Erregungsmodus für die vorgestimmte Zeit T festgelegt ist.
Wenn hier, wie in 16A dargestellt, die tatsächliche Anfangsposition des Rotors 120 an einem Punkt innerhalb des Winkelbereichs R₂₁₀ und relativ näher zum geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses ϕ ist, der durch Erregung gemäß dem Erregungsmodus M3 erzeugt wird, ist zu erwarten, dass, wenn der Rotor 120 durch Erregung des Erregungsmodus M3 gedreht wird, der als Identifizierungs-Erregungs-Modus festgelegt ist, die Steuereinheit 220 bestimmen kann, dass die impulsinduzierte Spannung V_M3 verringert ist. Wie in 16B dargestellt, identifiziert in diesem Fall die Steuereinheit 220 die Anfangsposition des Rotors 120 fehlerhaft durch fälschliches Identifizieren den Winkelbereich R₃₀ als Anfangspositionsbereich R, der nicht die Anfangsposition des Rotors 120 umfasst. Beim Versuch, den Rotor 120 in die Vorwärts-Drehrichtung nach dem Anfangspositions-Schätzablauf zu drehen, legt dann die Steuereinheit 220 den ersten Start-Erregungsmodus auf den Erregungsmodus M4 fest, der den synthetischen Magnetfluss ϕ an der Winkelposition erzeugt, die jenseits des Winkelbereichs R₃₀, der fehlerhaft als Anfangspositionsbereich R identifiziert ist, und die jenseits des geschätzten Winkels des synthetischen Magnetfluss ϕ ist, der gemäß dem Identifizierungs-Erregungs-Modus erzeugt wird, und erregt den bürstenlosen Motor gemäß dem Erregungsmodus M4. Folglich, auch in einem Fall, bei dem sich der Rotor 120 höchstwahrscheinlich tatsächlich in die Vorwärts-Drehrichtung dreht, weil die Magnetpolposition des Rotors 120, nachdem er durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungs-Modus gedreht wurde, liegt er weniger wahrscheinlich jenseits von 180°, welches der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses ϕ ist, der durch Erregung gemäß dem Erregungsmodus M4 erzeugt ist. Hier ist der Winkelbereich R₃₀ auf der Rückwärtsdrehungsseite relativ zu 120° angeordnet, der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses ϕ ist, der durch Erregung gemäß dem Erregungsmodus M3 erzeugt ist, der als Identifizierungs-Erregungs-Modus festgelegt ist. Wenn folglich die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₃₀ als Anfangspositionsbereich R unter den beiden Winkelbereichen R₃₀, R₂₁₀ identifiziert, wobei jeder von ihnen vorläufig als Anfangspositionsbereich R bestimmt ist, kann die Steuereinheit 220 den ersten Start-Erregungsmodus auf den Erregungsmodus M4 neben dem Erregungsmodus M3, der der Identifizierungs-Erregungs-Modus ist, wie oben beschrieben, festlegen.
Nachdem der bürstenlose Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M4 erregt worden ist, der als erster Start-Erregungsmodus für die vorbestimmte Zeit T im Schritt S2028 festgelegt ist, kann die Steuereinheit 220 diesen ersten Start-Erregungsmodus zum nächsten Erregungsmodus schalten (nachstehend als „zweiter Start-Erregungsmodus“ bezeichnet), welcher der Erregungsmodus M5 in diesem Fall ist, und den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M5 für die vorbestimmte Zeit T erregen. Kurz gesagt, nachdem der Anfangspositions-Schätzablauf beendet worden ist, kann die Steuereinheit 220 den Start-Anfangsablauf vor dem Antreiben des bürstenlosen Motors 100 in der sensorlosen Niedrigdrehzahl-Steuerung gemäß dem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren durch Erregen des bürstenlosen Motors 100 entweder in einem einzelnen Erregungsschritt für die vorbestimmte Zeit T gemäß dem ersten Start-Erregungsmodus oder in N-Erregungsschritten durch sequentielles Schalten zwischen den ersten bis N-ten Start-Erregungsmodi bei jedem Ablauf der vorbestimmten Zeit T ausführen, wobei N eine ganze Zahl ist, die größer als 1 ist.
In Bezug auf 17 wird hier angenommen, dass die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor in der sensorlosen Niedrigdrehzahl-Steuerung gemäß dem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren antreibt, unmittelbar nachdem der Anfangspositions-Schätzablauf vollendet ist, um den Winkelbereich R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R im Schritt S2027 zu identifizieren. In diesem Fall ist die Magnetpolposition des Rotors 120 wahrscheinlich jenseits von 60°, bei dem die Steuereinheit 220 vom Erregungsmodus M3, der als Identifizierungs-Erregungs-Modus festgelegt ist, zum Erregungsmodus M4 schaltet. Dadurch ist es im Wesentlichen unmöglich, vom Erregungsmodus M3 zum Erregungsmodus M4 in der sensorlosen Niedrigdrehzahl-Steuerung gemäß dem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren zu schalten.
Wenn daher die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R identifiziert, legt die Steuereinheit 220 im Schritt S2029 den ersten Start-Erregungsmodus auf den Erregungsmodus M5 fest, welcher der nächste zum Erregungsmodus M3 ist, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist. Ungeachtet der Magnetpolposition des Rotors 120 erregt die Steuereinheit 220 dadurch nachdrücklich den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M5, der als erster Start-Erregungsmodus für die vorbestimmte Zeit T festgelegt ist. Nachdem der bürstenlose Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M5 erregt worden ist, der als erster Start-Erregungsmodus für die vorbestimmte Zeit T im Schritt S2029 festgelegt ist, kann die Steuereinheit 220 zusätzlich diesen ersten Start-Erregungsmodus zum zweiten Start-Erregungsmodus schalten, welcher der Erregungsmodus M6 in diesem Fall ist, und erregt den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M6 für die vorbestimmte Zeit T. Mit anderen Worten, nachdem, gleichermaßen wie beim Schritt S2028 der Anfangspositions-Schätzablauf vollendet ist, kann die Steuereinheit 220 den Start-Anfangsablauf durch Erregen des bürstenlosen Motors 100 entweder in einen einzelnen Erregungsschritt gemäß dem ersten Start-Erregungsmodus oder in N-Erregungsschritte durch sequentielles Schalten zwischen dem ersten bis N-ten Start-Erregungsmodi für jeden Ablauf der vorbestimmten Zeit T ausführen, wobei N eine ganze Zahl ist, die größer als 1 ist.
In Bezug auf 16A könnte man meinen, dass, wenn die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R identifiziert, die Steuereinheit 220 den Start-Anfangsablauf durch Festlegen des Erregungsmodus M4 als ersten Start-Erregungsmodus ausführt und den bürstenlosen Motor 100 nachdrücklich gemäß dem Erregungsmodus M4 für die Zeit T erregt. Die Magnetpolposition des Rotors 120 nach einem Drehen durch eine Erregung gemäß dem Erregungsmodus M3, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist, kann jedoch etwas jenseits von 180° sein, welcher der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ ist, der durch Erregung gemäß dem Erregungsmodus M4 erzeugt ist. In diesem Fall kann der Rotor 120 in die Rückwärts-Drehrichtung durch Erregung gemäß dem Erregungsmodus M4 gedreht werden. Daher ist es nicht vorteilhaft, den Erregungsmodus M4 als ersten Start-Erregungsmodus festzulegen, wenn der Winkelbereich R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R identifiziert wird.
In Bezug auf 16A könnte man alternativ meinen, dass, wenn der Winkelbereich R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R identifiziert wird, die Steuereinheit 220 den Erregungsmodus M6 als ersten Start-Erregungsmodus festlegt und den bürstenlosen Motor 100 nachdrücklich gemäß dem Erregungsmodus M6 für die Zeit T erregt, um den Rotor 120 in die Vorwärts-Drehrichtung zu drehen. Dies liegt daran, dass eine Erregung gemäß dem Erregungsmodus M6 den synthetischen Magnetfluss φ an einem geschätzten Winkel von 300° erzeugt, der jenseits des Anfangspositionsbereichs R ist. In dieser Ausführungsform wird dieser jedoch absichtlich ausgewählt, um zu bewirken, dass die Steuereinheit 220 den ersten Start-Erregungsmodus auf den Erregungsmodus M5 zum Erzeugen des synthetischen Magnetflusses φ an einen geschätzten Winkel von 240° festlegt, der innerhalb des Anfangspositionsbereichs R ist. Der Grund dafür ist der Folgende.
Wenn, wie in 18 A dargestellt, die Steuereinheit 220 vorläufig bestimmt, dass der Anfangspositionsbereich R jeder der beiden Winkelbereiche R₃₀, R₂₁₀ (R = R₃₀ & R₂₁₀) ist, und wenn die tatsächliche Anfangsposition des Rotors 120 an einem Punkt innerhalb des Winkelbereichs R₃₀ ist und relativ näher zum geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses φ ist, der durch eine Erregung gemäß dem Erregungsmodus M3 erzeugt wird, wird erwartet, dass, wenn der Rotor 120 durch Erregung des Erregungsmodus M3 gedreht wird, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist, die Steuereinheit 220 bestimmen kann, dass die impulsinduzierte Spannung V_M3 in Abhängigkeit der Winkelposition des Rotors 120 nach der Drehung erhöht wird. Wie in 18B dargestellt, identifiziert in diesem Fall die Steuereinheit 220 die Anfangsposition des Rotors 120 durch fälschliches Identifizieren des Winkelbereichs R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R fehlerhaft. Beim Versuch, den Rotor 120 in die Vorwärts-Drehrichtung nach dem Anfangspositions-Schätzablauf zu drehen, legt dann die Steuereinheit 220 den ersten Start-Erregungsmodus auf den Erregungsmodus M6 fest, der den synthetischen Magnetfluss φ an der Winkelposition erzeugt, die jenseits des Winkelbereichs R₂₁₀ ist, die fehlerhaft als Anfangspositionsbereich R identifiziert ist, und erregt den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M6. Folglich kann sich der Rotor 120 in die Rückwärts-Drehrichtung drehen, weil die Magnetpolposition des Rotors 120 nach dem Drehen durch eine Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungsmodus weniger wahrscheinlich jenseits von 120° ist, welcher der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ ist, der durch Erregung gemäß dem Erregungsmodus M3 erzeugt wird.
Wenn daher die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R unter den beiden Winkelbereichen R₃₀, R₂₁₀ identifiziert, wobei jeder von ihnen vorläufig als Anfangspositionsbereich R bestimmt ist, legt die Steuereinheit 220 den ersten Start-Erregungsmodus auf den Erregungsmodus M5 als nächsten zum Erregungsmodus M3, welcher der Identifizierungs-Erregungsmodus ist, durch Überspringen des nächsten Erregungsmodus M4 im Start-Anfangsablauf vom Schritt S2029 fest. Hier ist der Winkelbereich R₂₁₀ auf der Vorwärts-Drehseite relativ zu 120° angeordnet, welcher der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ ist, der durch Erregung gemäß dem Erregungsmodus M3 erzeugt wird, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist.
Die Steuereinheit 220 erregt den bürstenlosen Motor 100 gemäß den ersten bis N-ten Start-Erregungsmodi (N ist eine ganze Zahl, die größer als 1 ist) in derselben Weise wie im Identifizierungs-Erregungsmodus. Insbesondere erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 234 ein PWM-Signal mit einem Arbeitszyklus, der nachdrücklich auf einen Arbeitszyklus zum Erregen gemäß jedem der ersten bis N-ten Start-Erregungsmodi (nachstehend als „Start-Erregungs-Arbeitszyklus“ bezeichnet) festgelegt ist und überträgt ständig jedes PWM-Signal zur Gate-Signal-Schalteinheit 236 für die vorbestimmte Zeit T. Ungeachtet des Trigger-Schaltmodus von der Vergleichseinheit 240 überträgt die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 238 gleichzeitig das Modus-Befehlssignal ständig zur Gate-Signal-Schalteinheit 236 für die vorbestimmte Zeit T, das nachdrücklich den Erregungsmodus entsprechend jedem der ersten bis N-ten Start-Erregungsmodi ausrichtet.
Der Start-Erregungs-Arbeitszyklus weist einen Wert auf, der nur eine geringe Drehung des Magnetpols des Rotors 120 zum geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses φ bewirkt, der nach Erregung gemäß dem ersten Start-Erregungsmodus erzeugt wird, sodass kein Synchronisierungsverlust im bürstenlosen Motor 100 während der sensorlosen Steuerung auftritt, nachdem der Start-Anfangsablauf beendet ist. Der Start-Erregungs-Arbeitszyklus kann zum Beispiel denselben Wert wie den des Identifizierungs-Erregungs-Arbeitszyklus aufweisen.
Die vorbestimmte Zeit T wird in Übereinstimmung mit dem so bestimmten Start-Erregungs-Arbeitszyklus festgelegt. Insbesondere weist die vorbestimmte Zeit T eine Dauer auf, die eine begrenzte Drehung des Magnetpols des Rotors 120 bewirkt, sodass die Magnetpolposition des Rotors 120 nicht jenseits des Winkels zum Schalten zum nächsten Erregungsmodus (siehe 5) geht, wenn eine Erregung gemäß dem ersten Start-Erregungsmodus unter Verwendung des Start-Erregungs-Arbeitszyklus vollendet ist, oder wenn spätestens eine Erregung gemäß dem N-ten Start-Erregungsmodus vollendet ist. Die vorbestimmte Zeit T kann dieselbe sein, unabhängig davon, welcher der beiden vorläufig bestimmten Winkelbereiche endgültig als Anfangspositionsbereich R identifiziert wird. Alternativ kann jedoch die vorbestimmte Zeit T angesichts dessen, dass diese Winkelbereiche in der Winkeldifferenz zwischen der Magnetpolposition, nachdem der Rotor 120 durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungsmodus gedreht wird, und dem geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses φ, der nach Erregung gemäß dem ersten Start-Erregungsmodus erzeugt wird, sich unterscheiden, variieren.
Bevor der Ablauf zum Schritt S2037 übergeht, identifiziert die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₂₇₀ endgültig als Anfangspositionsbereich (siehe Schritt S2035). Hier ist der Winkelbereich R₂₇₀ auf der Rückwärts-Drehseite relativ zu 0° angeordnet, welcher der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ ist, der durch Erregung gemäß dem Erregungsmodus M1 erzeugt wird, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist. Daher führt die Steuereinheit 220 den Start-Anfangsablauf im Schritt S2037 durch Erregen des bürstenlosen Motors zuerst gemäß dem Erregungsmodus M2, der als erster Start-Erregungsmodus für die vorbestimmte Zeit T festgelegt ist, und danach gemäß dem Erregungsmodus M3, der als zweiter Start-Erregungsmodus für die vorbestimmte Zeit T festgelegt ist, in derselben Weise wie im oben beschriebenen Schritt S2028 aus. Bevor der Ablauf zum Schritt S2046 übergeht, identifiziert die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₁₅₀ ebenfalls als Anfangspositionsbereich R (siehe Schritt S2044). Hier ist der Winkelbereich R₁₅₀ auf der Rückwärts-Drehseite relativ zu 240° angeordnet, welcher der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ ist, der durch Erregung gemäß dem Erregungsmodus M5 erzeugt wird, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist. Daher führt die Steuereinheit 220 den Start-Anfangsablauf im Schritt S2046 durch Erregen des bürstenlosen Motors 100 zuerst gemäß dem Erregungsmodus M6, der als erster Start-Erregungsmodus für die vorbestimmte Zeit festgelegt ist, und danach gemäß dem Erregungsmodus M1, der als der zweite Start-Erregungsmodus für die vorbestimmte Zeit T festgelegt ist, in derselben Weise wie im oben beschriebenen Schritt S2028 aus.
Bevor der Ablauf zum Schritt S2038 übergeht, identifiziert die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₉₀ als Anfangspositionsbereich R (siehe Schritt S2036). Hier ist der Winkelbereich R₉₀ auf der Vorwärts-Drehseite relativ zu 0° angeordnet, welcher der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ ist, der durch Erregung gemäß dem Erregungsmodus M1 erzeugt wird, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist. Daher führt die Steuereinheit 220 den Start-Anfangsablauf im Schritt S2038 durch Erregen des bürstenlosen Motors 100 zuerst gemäß dem Erregungsmodus M3, der als erster Start-Erregungsmodus für die vorbestimmte Zeit T festgelegt ist, und danach gemäß dem Erregungsmodus M4, der als zweiter Start-Erregungsmodus für die vorbestimmte Zeit T festgelegt ist, in derselben Weise wie im oben beschriebenen Schritt S2029 aus. Bevor der Ablauf zum Schritt S2047 übergeht, identifiziert die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₂₃₀ als Anfangspositionsbereich R (siehe Schritt S2045). Hier ist der Winkelbereich R₃₃₀ auf der Rückwärts-Drehseite relativ zu 240° angeordnet, der der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ ist, der durch Erregung gemäß dem Erregungsmodus M5 erzeugt wird, der als Identifizierungs-Erregungsmodus festgelegt ist. Daher führt die Steuereinheit 220 den Start-Anfangsablauf im Schritt S2047 durch Erregen des bürstenlosen Motors 100 zuerst gemäß dem Erregungsmodus M1, der als erster Start-Erregungsmodus für die vorbestimmte Zeit T festgelegt ist, und danach gemäß dem Erregungsmodus M2, der als zweiter Start-Erregungsmodus für die vorbestimmte Zeit T festgelegt ist, in derselben Weise wie im oben beschriebenen Schritt S2029 aus.
In der wie oben konfigurierten Motorsteuerungsvorrichtung 200, erregt die Steuereinheit 220 zuerst den bürstenlosen Motor 100 gemäß den Erregungsmodi, um im Wesentlichen den Rotor 120 nicht zu drehen, und erfasst die impulsinduzierten Spannungen (sechs erste induzierte Spannungen) V_M1, V_M2, V_M3, V_M4, V_M5, V_M6, die in unerregten Phasen während einer Erregung gemäß den Erregungsmodi erzeugt werden. Dann berechnet die Steuereinheit 220 die Differenzen (induzierte Spannungsdifferenzen D_1-4 , D_5-2 , D_3-6 ) jeweils zwischen den impulsinduzierten Spannungen, die in zwei Erregungsmodi erzeugt werden, die eine unerregte Phase gemeinsam teilen. Auf der Basis des Größenvergleichs zwischen diesen drei so berechneten induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4 , D_5-2 , D_3-6 bestimmt die Steuereinheit 220 vorläufig jeden der beiden Winkelbereiche als Anfangspositionsbereich R, die geschätzt werden, um die Anfangsposition des Rotors 120 zu enthalten. Danach dreht die Steuereinheit 220 den Rotor 120 durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungsmodus, der in Abhängigkeit der vorläufig bestimmten Winkelbereiche festgelegt ist, und identifiziert den Anfangspositionsbereich R endgültig unter den beiden vorläufig bestimmten Winkelbereichen auf der Basis einer Änderung in der impulsinduzierten Spannung (zweiten induzierten Spannung), die in einer unerregten Phase durch die Drehung des Rotors 120 erzeugt wird.
Als Alternative zum Obigen könnte beispielsweise erwogen werden, dass, wenn die drei induzierten Spannungssummen S₁₊₄, S₅₊₂, S₃₊₆ zusätzlich zu den drei induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 berechnet werden, der einzelne Anfangspositionsbereich R des Rotors 120 eindeutig auf der Basis des Größenvergleichs der drei induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 und des Größenvergleichs der drei induzierten Spannungssummen S₁₊₄, S₅₊₂, S₃₊₆ wie oben beschrieben identifiziert werden kann. Wie in 26 dargestellt, ist es jedoch manchmal schwierig, einen definitiven Größenvergleich zwischen den drei induzierten Spannungssummen S₁₊₄, S₅₊₂, S₃₊₆ vorzusehen, weil der Fluktuationsbereich von jeder induzierten Spannungssumme S₁₊₄, S₅₊₂, S₃₊₆ in Abhängigkeit der Magnetkreis-Eigenschaften des bürstenlosen Motors 100 klein sein kann.
Durch Konzentration auf die Tatsache, dass die induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 weniger abhängig von den Magnetkreis-Eigenschaften des bürstenlosen Motors 100 als die induzierten Spannungssummen S₁₊₄, S₅₊₂, S₃₊₆ sind, schätzt die Motorsteuerungsvorrichtung 200 dagegen die Anfangsposition des Rotors 120 auf der Basis des Größenvergleichs zwischen den drei induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 ohne Verwendung der drei induzierten Spannungssummen S₁₊₄, S₅₊₂, S₃₊₆.
Dadurch kann die Motorsteuerungsvorrichtung 200 gemäß dieser Ausführungsform die Anfangsposition des Rotors 120 im bürstenlosen Motor 100 mit den magnetischen Kreislaufeigenschaften, die einen relativ kleinen Bereich von Fluktuationen der induzierten Spannungssummen S₁₊₄, S₅₊₂, S₃₊₆ als in dem Fall, der den Größenvergleich zwischen den induzierten Spannungssummen S₁₊₄, S₅₊₂, S₃₊₆ verwendet, genauer schätzen.
Als nächstes wird eine Modifikation der Motorsteuerungsvorrichtung 200 gemäß der obigen Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Bezugsziffern sind für dieselben Komponenten wie diejenigen in der obigen Ausführungsform vorgegeben und die dazugehörige Beschreibung wird weggelassen oder vereinfacht.
In der obigen Ausführungsform wird auf der Basis darauf, welche der induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 die maximale Differenz Dmax ist, eine der Kombinationen von den Winkelbereichen R₃₀, R₂₁₀; den Winkelbereichen R₉₀, R₂₇₀; und den Winkelbereichen R₁₅₀, R₃₃₀ vorläufig als der Anfangspositionsbereich R bestimmt, der geschätzt wird, um die Anfangsposition des Rotors 120 zu umfassen.
Hierbei wird angenommen, dass die induzierte Spannungsdifferenz D_1-4 die maximale Differenz Dmax ist. In diesem Fall wird jeder Winkelbereich R₃₀ (z. B. von 15 Grad bis 75 Grad) und der Winkelbereich R₂₁₀ (z. B. von 195 Grad bis 255 Grad) vorläufig als der Anfangspositionsbereich R bestimmt. Wie in 19A dargestellt, ist außerdem die induzierte Spannungsdifferenz D_5-2 die minimale Differenz Dmin innerhalb des Winkelbereichs R_30L (z. B. von 15 Grad bis 45 Grad), welche die untere Hälfte des Winkelbereichs R₃₀ ist, und innerhalb des Winkelbereichs R_210L (z. B. von 195 Grad bis 225 Grad), welche die untere Hälfte des Winkelbereichs R₂₁₀ ist. Andererseits ist die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 die minimale Differenz Dmin innerhalb des Winkelbereichs R_30H (z. B. von 45 Grad bis 75 Grad), welche die obere Hälfte des Winkelbereichs R₃₀ ist, und innerhalb des Winkelbereichs R_210H (z.B. von 225 Grad bis 255 Grad), welche die obere Hälfte des Winkelbereichs R₂₁₀ ist.
Es wird gleichermaßen angenommen, dass hier die induzierte Spannungsdifferenz D_5-2 die maximale Differenz Dmax ist. In diesem Fall wird der jeweilige Winkelbereich R₉₀ (z. B. von 75 Grad bis 135 Grad) und der Winkelbereich R₂₇₀ (z. B. von 255 Grad bis 315 Grad) vorläufig als der Anfangspositionsbereich R bestimmt. Wie in 19B dargestellt, ist außerdem die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 die minimale Differenz Dmin innerhalb des Winkelbereichs R_90L (z. B. von 75 Grad bis 105 Grad), der die untere Hälfte des Winkelbereichs R₉₀ ist, und innerhalb des Winkelbereichs R_270L (z. B. von 255 Grad bis 285 Grad), der die untere Hälfte des Winkelbereichs R₂₇₀ ist. Andererseits ist die induzierte Spannungsdifferenz D_1-4 die minimale Differenz Dmin innerhalb des Winkelbereichs R_90H (z. B. von 105 Grad bis 135 Grad), der die obere Hälfte des Winkelbereichs R₉₀ ist, und innerhalb des Winkelbereichs R_270H (z. B. von 285 Grad bis 315 Grad), der die obere Hälfte des Winkelbereichs R₂₇₀ ist.
Es wird hier gleichermaßen angenommen, dass die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 die maximale Differenz Dmax ist. In diesem Fall ist der jeweilige Winkelbereich R₁₅₀ (z. B. von 135 Grad bis 195 Grad) und der Winkelbereich R₃₃₀ (z. B. von 315 Grad bis 15 Grad) vorläufig als der Anfangspositionsbereich R bestimmt. Wie in 19C dargestellt, ist außerdem die induzierte Spannungsdifferenz D_1-4 die minimale Differenz Dmin innerhalb des Winkelbereichs R_150L (z. B. von 135 Grad bis 165 Grad), der die untere Hälfte des Winkelbereichs R₁₅₀ ist, und innerhalb des Winkelbereichs R_330L (z. B. von 315 Grad bis 345 Grad), der die untere Hälfte des Winkelbereichs R₃₃₀ ist. Andererseits ist die induzierte Spannungsdifferenz D_5-2 die minimale Differenz Dmin innerhalb des Winkelbereichs R_150H (z. B. von 165 Grad bis 195 Grad), der die obere Hälfte des Winkelbereichs R₁₅₀ ist, und innerhalb des Winkelbereichs R_330H (z. B. von 345 Grad bis 15 Grad), der die obere Hälfte des Winkelbereichs R₃₃₀ ist.
Wenn folglich bestimmt werden kann, welche der induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 die minimal Differenz Dmin ist, zusätzlich dazu, welche der induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 die maximale Differenz Dmax ist, kann die Anfangsposition R weiter eingegrenzt werden. Insbesondere ist es möglich, den Anfangspositionsbereich R einzugrenzen: vom Winkelbereich R₃₀ zum Winkelbereich R_30L oder R_30H; vom Winkelbereich R₉₀ zum Winkelbereich R_90L oder R_90H, vom Winkelbereich R150 zum Winkelbereich R_150L oder R_150H; vom Winkelbereich R₂₁₀ zum Winkelbereich R_210L oder R_210H; vom Winkelbereich R₂₇₀ zum Winkelbereich R_270L oder R_270H; und vom Winkelbereich R₃₃₀ zum Winkelbereich R_330L oder R_330H. Mit anderen Worten ermöglicht die Bestimmung davon, welche der induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 die minimale Differenz Dmin ist, eine Identifizierung des minimalen Anfangspositionsbereichs (minimalen Winkelbereichs Rmin, die darstellt, ob die Anfangsposition des Rotors 120 in der oberen oder unteren Hälfte des einzelnen Winkelbereichs, der als Anfangspositionsbereich R identifiziert ist, existiert.
20A und 21A bis 21F beschreiben Änderungen vom Ablaufdiagramm von 8A bis 8C. Wie in der oben beschriebenen Ausführungsform identifiziert die Steuereinheit 220 einen einzelnen Winkelbereich als Anfangspositionsbereich R auf der Basis einer Änderung der impulsinduzierten Spannung, die nach Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungsmodus im Anfangspositions-Schätzablauf erzeugt wird. Jedoch unterscheidet sich diese Modifikation von der obigen Ausführungsform in folgender Hinsicht. Auf der Basis, welche der induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 die minimale Differenz Dmin ist, identifiziert ferner die Steuereinheit 220 zuerst den minimalen Anfangspositionsbereich Rmin, der darstellt, ob die Anfangsposition des Rotors 120 in der oberen oder unteren Hälfte dieses einzelnen Winkelbereichs existiert, der als Anfangspositionsbereich R identifiziert ist. Gemäß dem so identifizierten minimalen Anfangspositionsbereich Rmin legt die Steuereinheit 220 außerdem die vorbestimmte Zeit T, die definiert, wie lange der bürstenlose Motor 100 ständig gemäß den jeweiligen ersten und zweiten Start-Erregungsmodi im Start-Anfangsablauf erregt wird, fest.
Wie in 20 dargestellt, bestimmt die Steuereinheit 220 nach dem Berechnen der induzierten Spannungsdifferenz D_1-4, D_5-2, D_3-6 im Schritt S2019 die minimale Differenz Dmin sowie die maximale Differenz Dmax unter den induzierten Spannungsdifferenzen D_1-4, D_5-2, D_3-6 im Schritt S2020a und dann geht der Ablauf zum Schritt zum S2021 über. Danach führt die Steuereinheit 220 den Ablauf in den Schritten S2026, S2027, S2035, S2036, S2044, S2045 aus und identifiziert einen einzelnen Winkelbereich als Anfangspositionsbereich R, wie in der obigen Ausführungsform.
Wenn der Winkelbereich R₃₀, wie in 21A dargestellt, als Anfangspositionsbereich R im Schritt S2026 identifiziert wurde, bewegt die Steuereinheit 220 den Ablauf zum Schritt S2026a. Wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_5-2 die minimale Differenz Dmin ist (Ja), geht der Ablauf zum Schritt S2026L über. In Schritt S2026L identifiziert die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R_30L als minimalen Anfangspositionsbereich Rmin, der die untere Hälfte des Anfangspositionsbereichs R (Winkelbereichs R₃₀) ist, und der Ablauf geht zum Schritt S2028a über. Wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_5-2 andererseits nicht die minimale Differenz Dmin (Nein) im Schritt S2026a ist, geht der Ablauf zum Schritt S2026b über.
Im Schritt S2026b bewegt die Steuereinheit 220 den Ablauf zum Schritt S2026H, wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 die minimale Differenz Dmin ist (Ja). Im Schritt S2026H identifiziert die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R_30H als minimalen Anfangspositionsbereich Rmin, der die obere Hälfte des Anfangspositionsbereichs R (Winkelbereich R₃₀) ist, und der Ablauf geht zum Schritt S2028b über. Wenn die induzierte Spannungsdifferenz D_3-6 andererseits nicht die minimale Differenz Dmin (Nein) im Schritt S2026b ist, erkennt die Steuereinheit 220, dass die induzierten Spannungsdifferenzen D_5-2, D_3-6 denselben Wert gemeinsam teilen, und die Anfangsposition des Rotors 21 befindet sich an der Grenze zwischen den oberen und unteren Hälften des Winkelbereichs R₃₀. Als Reaktion geht der Ablauf zum Schritt S2028c über.
Die Steuereinheit 220 führt den Start-Anfangsablauf in den Schritten S2028a bis S2028c aus. Auf der Basis, dass der Winkelbereich R₃₀ als Anfangspositionsbereich R identifiziert ist, legt die Steuereinheit 220 insbesondere den ersten Start-Erregungsmodus auf den Erregungsmodus M4 fest, und erregt den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M4 für die vorbestimmte Zeit T in derselben Weise wie im Schritt S2028 der obigen Ausführungsform. In den Schritt S2028a bis S2028c kann die Steuereinheit 220 zusätzlich den Erregungsmodus M5 als zweiten Start-Erregungsmodus festlegen, und erregt den bürstenlosen Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M5 für die vorbestimmte Zeit T in derselben Weise wie im Schritt S2028 der obigen Ausführungsform. Gleichermaßen wie im Schritt S2028 kann die Steuereinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 in N-Erregungsschritten gemäß den ersten bis N-ten Start-Erregungsmodi erregen, wobei N eine ganze Zahl ist, die größer als Eins ist.
Hier unterscheidet sich die vorbestimmte Zeit T, die definiert, wie lange der bürstenlose Motor 100 ständig gemäß den jeweiligen Erregungsmodi M4, M5 erregt wird, zwischen den Schritten S2028a, S2028b, S2028c. Insbesondere ist die vorbestimmte Zeit T für den Schritt S2028a die vorbestimmte Zeit T_aL, für Schritt S2028b die vorbestimmte Zeit T_aH und für Schritt S2028c die vorbestimmte Zeit T_aM, wobei die vorbestimmte Zeit T_aH < die vorbestimmte Zeit T_aM < die vorbestimmte Zeit T_aL ist.
Der Grund, warum die unterschiedlichen vorbestimmten Zeitwerte T_aL, T_aH, T_aM verwendet werden, ist der folgende. Wenn der Winkelbereich R₃₀ (z. B. von 15 Grad bis 75 Grad), wie in 22 und 23 dargestellt, als der Anfangspositionsbereich R identifiziert wird, wird die Magnetpolposition des Rotors 120, der von seiner Anfangsposition durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungsmodus (Erregungsmodus M3) gedreht wurde, durch eine Erregung gemäß dem Erregungsmodus M4, der als erster Start-Erregungsmodus festgelegt ist, danach durch eine Erregung gemäß dem Erregungsmodus M5, der als zweiter Start-Erregungsmodus festgelegt ist, weiter bewegt.
Um die sensorlose Steuerung gemäß dem Rechteckwellen-Ansteuerverfahren nach Erregung gemäß dem zweiten Start-Erregungsmodus (Erregungsmodus M5) zu starten, ist es jedoch erforderlich, zu gewährleisten, dass die Magnetpolposition des Rotors 120 nicht jenseits von 180 Grad ist, an der die Steuereinheit 220 vom Erregungsmodus M5 zum Erregungsmodus M6 schaltet (siehe 5).
Es wird angenommen, dass der Rotor 120 mit einem im Wesentlichen konstanten Winkel durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungsmodus (Erregungsmodus M3) gedreht wird. Zusätzlich wird angenommen, dass zum Beispiel die Anfangsposition des Rotors 120 bei 30 Grad ist, sodass der Winkelbereich R_30L, der die untere Hälfte des Winkelbereichs R₃₀ ist, als minimale Anfangsposition Rmin identifiziert wird. In diesem Fall ist, wie in 22 dargestellt, eine zusätzliche Drehung des Rotors 120 vor dem Start einer Erregung durch das Rechteckwellen-Ansteuerverfahren von der Magnetpolposition des Rotors 120 (z. B. 60 Grad) nach Beendigung der Drehung, die durch eine Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungsmodus bewirkt wird, zur Winkelposition (180 Grad), an der der zweite Start-Erregungsmodus (M5) zum Erregungsmodus M6 geschaltet wird. Daher beträgt der Winkel θ_L der zulässigen Drehung, wenn der Winkelbereich R_30L als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin identifiziert wird, zum Beispiel 120 Grad (= 180 Grad - 60 Grad). Andererseits wird z. B. angenommen, dass die Anfangsposition des Rotors 120 bei 60 Grad liegt, so dass der Winkelbereich R_30H, der die obere Hälfte des Winkelbereichs R₃₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin identifiziert wird. In einem solchen Fall beträgt eine, wie in 23 dargestellt, zulässige Drehung des Rotors 120 vor dem Start einer Erregung durch das Rechteckwellen-Ansteuerverfahren von der Magnetpolposition des Rotors 120 (z. B. 90 Grad) nach Beendigung der Drehung, die durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungsmodus bewirkt wird, zur Winkelposition (180 Grad), an welcher der zweite Start-Erregungsmodus (M5) zum Erregungsmodus M6 geschaltet wird. Daher beträgt der Winkel θ_H der zulässigen Drehung, wenn der Winkelbereich R_30H als minimaler Anfangspositionsbereich R_min identifiziert wird, zum Beispiel 90 Grad (=180 Grad - 90 Grad). Dadurch ist der zulässige Drehwinkel θ_L > zulässiger Drehwinkel θ_H.
Kurz gesagt, wenn derselbe Starterregungs-Arbeitszyklus verwendet wird, ist es vorteilhaft, die vorbestimmten Zeitwerte T_aL, T_aH zumindest so einzustellen, dass die vorbestimmte Zeit T_aL länger als die vorbestimmte Zeit T_aH sein kann (vorbestimmte Zeit T_aH < vorbestimmte Zeit T_aL), um einen Synchronisierungsverlust im bürstenlosen Motor 100 während der sensorlosen Steuerung zu verhindern. Hier definiert die vorbestimmte Zeit T_aL, wie lange der bürstenlose Motor 100 ständig gemäß den jeweiligen der ersten und zweiten Start-Erregungsmodi erregt wird, wenn der Winkelbereich R_36L, der die untere Hälfe des Winkelbereichs R₃₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin identifiziert wird. Die vorbestimmte Zeit T_aH definiert, wie lange der bürstenlose Motor 100 ständig gemäß den jeweiligen ersten und zweiten Start-Erregungsmodi erregt wird, wenn der Winkelbereich R_30H, der die obere Hälfte des Winkelbereichs R₃₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin identifiziert wird.
Die vorbestimmte Zeit T_aM wird verwendet, wenn keine der oberen und unteren Hälften als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin identifiziert wird, und daher wird bestimmt, dass die Anfangsposition des Rotors 120 an der Grenze zwischen den oberen und unteren Hälften des Winkelbereichs R₃₀ ist. Daher kann die vorbestimmte Zeit T_aM als ein Wert zwischen den vorbestimmten Zeitwerten T_aL, T_aH (vorbestimmte Zeit T_aH < vorbestimmte Zeit T_aM < vorbestimmte Zeit T_aL) festgelegt werden. Alternativ kann die vorbestimmte Zeit T_aM auf denselben Wert wie jede der vorbestimmten Zeiten T_aL, T_aH (vorbestimmte Zeit T_aH ≤ vorbestimmte Zeit T_aM < vorbestimmte Zeit T_aL oder vorbestimmte Zeit T_aH < vorbestimmte Zeit T_aM ≤ vorbestimmte Zeit T_aL) festgelegt werden.
In 21B bis 21F identifiziert die Steuereinheit 120 den minimalen Anfangspositionsbereich Rmin und führt den Start-Anfangs-Ablauf in derselben Weise in 21A aus. In Bezug auf 21B, wenn der Winkelbereich R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R im Schritt S2027 identifiziert worden ist, werden die vorbestimmten Zeitwerte T_bL, T_bH, T_bM zum Definieren, wie lange der bürstenlose Motor 100 ständig gemäß den jeweiligen ersten und zweiten Start-Erregungs-Modi (Erregungs-Modi M5, M6) während des Start-Anfangs-Ablaufs erregt wird, für die jeweiligen Schritte S2029a bis S2029c festgelegt. Hier wird die vorbestimmte Zeit T_bH verwendet, wenn der Winkelbereich R_210H, der die obere Hälfte des Winkelbereichs R₂₁₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich R_min im Schritt S2027H identifiziert wird, und die vorbestimmte T_bL wird verwendet, wenn der Winkel R_210L, der die untere Hälfte des Winkelbereichs R₂₁₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin im Schritt S2027L identifiziert wird. Die vorbestimmte Zeit T_bL wird länger als die vorbestimmte Zeit T_bH festgelegt, so dass die vorbestimmte Zeit T_bH < die vorbestimmte Zeit T_bN < die vorbestimmte Zeit T_bL ist.
In Bezug auf 21C, wenn der Winkel R₂₇₀ als Anfangspositionsbereich R im Schritt S2035 identifiziert worden ist, werden die vorbestimmten Zeitwerte T_cL, T_cH, T_cN zum Definieren, wie lange der bürstenloste Motor 100 ständig gemäß den jeweiligen ersten und zweiten Start-Erregungs-Modi (Erregungs-Modi M2, M3) während des Start-Anfangs-Ablaufs erregt wird, für die jeweiligen Schritte S2037a bis S2037c festgelegt. Hier wird die vorbestimmte T_cA verwendet, wenn der Winkelbereich R_269H, der die obere Hälfte des Winkelbereichs R₂₇₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin im Schritt S2035H identifiziert wird, und die vorbestimmte Zeit T_cL wird verwendet, wenn der Winkelbereich R_270L, der die untere Hälfte des Winkelbereichs R₂₇₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin im Schritt S2035L identifiziert wird. Die vorbestimmte Zeit T_cL wird größer als die vorbestimmte Zeit T_eH festgelegt, so dass die vorbestimmte Zeit T_eH < die vorbestimmte Zeit T_eM < die vorbestimmte Zeit T_cL ist.
In Bezug auf 21D, wenn der Winkelbereich R₉₀ als Anfangspositionsbereich R im Schritt S2036 identifiziert worden ist, werden die vorbestimmten Zeitwerte T_dL, T_dH, T_dM zum Definieren, wie lange der bürstenlose Motor 100 ständig gemäß den jeweiligen ersten und zweiten Start-Erregungs-Modi (Erregungs-Modi M3, M4) während des Start-Anfangs-Ablaufs erregt wird, für die jeweiligen Schritte S2038a bis S2038c festgelegt. Hier wird die vorbestimmte Zeit T_dH verwendet, wenn der Winkelbereich R_90H, der die obere Hälfte des Winkelbereichs R₉₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin im Schritt S2036H identifiziert, die vorbestimmte Zeit T_dL wird verwendet, wenn der Winkelbereich R_90L, der die untere Hälfte des Winkelbereichs R₉₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin im Schritt S2036L identifiziert. Die vorbestimmte Zeit T_dL wird länger als die vorbestimmte Zeit T_dH festgelegt, so dass die vorbestimmte Zeit T_dH < die vorbestimmte Zeit T_dM < die vorbestimmte Zeit T_dL ist.
In Bezug auf 21E, wenn der Winkelbereich R₁₅₀ als Anfangspositionsbereich R im Schritt 2044 identifiziert worden ist, werden die vorbestimmten Zeitwerte T_eL, T_eH, T_eM zum Definieren, wie lange der bürstenlose Motor 100 ständig gemäß den jeweiligen ersten und zweiten Start-Erregungs-Modi (Erregungs-Modi M6, M1) während des Start-Anfangs-Ablaufs erregt wird, für die jeweiligen Schritte S2046a bis S2046c festgelegt. Hier wird die vorbestimmte Zeit T_eH verwendet, wenn der Winkelbereich R_150H, der die obere Hälfte des Winkelbereichs L₁₅₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin im Schritt S2044H identifiziert, und die vorbestimmte Zeit T_eL wird verwendet, wenn der Winkelbereich R_150L, der die untere Hälfte des Winkelbereichs R₁₅₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin im Schritt S2044L identifiziert wird. Die vorbestimmte Zeit T_eL wird länger als die vorbestimmte Zeit T_eH festgelegt, so dass die vorbestimmte Zeit T_eH < die vorbestimmte Zeit T_eM < die vorbestimmte Zeit T_eL ist.
In Bezug auf 21F, wenn der Winkelbereich R₂₃₀ als Anfangspositionsbereich R im Schritt S2045 identifiziert worden ist, werden die vorbestimmten Zeitwerte T_fL, T_fH, T_M zum Definieren, wie lange der bürstenlose Motor 100 ständig gemäß den jeweiligen ersten und zweiten Start-Erregungs-Modi (Erregungs-Modi M1, M2) während des Start-Anfangs-Ablaufs erregt wird, für die jeweiligen Schritte S2047a bis S2047c festgelegt. Hier wird die vorbestimmte Zeit T_fH verwendet, wenn der Winkelbereich R_130H, der die obere Hälfte des Winkelbereichs L₁₃₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin im Schritt S2045H identifiziert, und die vorbestimmte Zeit T_fL wird verwendet, wenn der Winkelbereich R_330L, der die untere Hälfte des Winkelbereichs R₃₃₀ ist, als minimaler Anfangspositionsbereich Rmin im Schritt S2045L identifiziert wird. Die vorbestimmte Zeit T_rfL wird länger als die vorbestimmte Zeit T_tfH festgelegt, so dass die vorbestimmte Zeit T_fH < die vorbestimmte Zeit T_fm < die vorbestimmte Zeit T_fL ist.
Es ist denkbar, die vorbestimmten Zeiten T_aL, T_bL, T_cL, T_dL, T_eL, T_fL, die oben beschrieben sind, auf denselben Wert voneinander sowie die vorbestimmten Zeiten T_aH, T_bH, T_eH, T_dH, T_eH, T_fH, die oben beschrieben sind, auf denselben Wert voneinander festzulegen. Jedoch kann die Winkeldifferenz zwischen der Magnetpolposition des Rotors 120, der durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungs-Modus gedreht wird, und dem geschätzten Winkel des synthetischen Magnetflusses φ, der nach Erregung gemäß dem ersten Start-Erregungs-Modus erzeugt wird, in Abhängigkeit davon unterschiedlich sein, ob der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ, der durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungsmodus erzeugt wird, auf der Vorwärts-Drehseite, wie in 15 dargestellt, oder auf der Rückwärts-Drehseite, wie in 16B dargestellt, relativ zum Anfangspositionsbereich R angeordnet ist. Hier werden die vorbestimmte Zeitwerte T_aL, T_cL, T_eL verwendet, wenn der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ, der durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungs-Modus erzeugt wird, auf der Vorwärts-Drehseite relativ zum Anfangspositionsbereich R angeordnet ist. Andererseits werden die vorbestimmten Zeitwerte, T_bL, T_dL, T_fL verwendet, wenn der geschätzte Winkel des synthetischen Magnetflusses φ, der durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungs-Modus erzeugt wird, auf der Rückwärts-Drehseite relativ zum Anfangspositionsbereich R angeordnet. Dadurch kann sich jeder der vorbestimmten Zeitwerte T_aL, T_cL, T_eL von jedem der vorbestimmten Zeitwerte T_bL, T_dL, T_fL unterscheiden. Dasselbe kann durch Relation zwischen den vorbestimmten Zeitwerten T_aH, T_eH, T_eH und den vorbestimmten Zeitwerten T_bH, T_dH, T_fL angewendet werden.
Wenn in der obigen Ausführungsform und seiner Modifikation jeder der beiden Winkelbereiche R₃₀, R₂₁₀ vorläufig als Anfangspositionsbereich R im Schritt S2022 bestimmt wird, wird der Erregungsmodus M3 als Identifizierungs-Erregungs-Modus zum Erregen des bürstenlosen Motors 100 festgelegt, um so den Anfangspositionsbereich R von diesen beiden vorläufig bestimmten Winkelbereichen R₃₀, R₂₁₀ im Schritt S2023 z.B. zu identifizieren. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Dasselbe Ziel kann durch Erregen des bürstenlosen Motors gemäß einem weiteren Erregungsmodus (M1, M2, M4, M5 oder M6 erreicht werden.
Der Identifizierungs-Erregungs-Modus zum Erregen im Schritt S2023 kann z.B. auf den Erregungsmodus M6 anstatt des Erregungsmodus M3 festgelegt werden. Wie in 24 dargestellt, ist es hier bekannt, dass die impulsinduzierte Spannung V_M6 sich in der folgenden Weise während einer Erregung gemäß dem Erregungsmodus M6, der als Identifizierungs-Erregungs-Modus festgelegt ist, ändert. Wenn der Anfangspositionsbereich R der Winkelbereich R₂₁₀ ist, nimmt die impulsinduzierte Spannung V_M6, die in einer unerregten Phase erzeugt wird, im Wesentlichen monoton zu, wenn sich der Rotor 120 in die Vorwärts-Drehrichtung dreht. Wenn andererseits der Anfangspositionsbereich R der Winkelbereich R₃₀ ist, verringert sich die impulsinduzierte Spannung V_M6 die in der unerregten Phase erzeugt wird, wesentlich, wenn sich der Rotor 120 in die Rückwärts-Drehrichtung dreht. Wenn die Steuereinheit 220 eine Mehrzahl von Erfassungen der impulsinduzierten Spannung V_M6 ausführt, die in der unerregten U-Phase im Schritt S2024 erzeugt wird, und bestimmt, dass die impulsinduzierte Spannung V_M6 im Schritt S2025 zugenommen hat, kann daher die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₃₀ als Anfangspositionsbereich R identifizieren. Wenn andererseits die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die impulsinduzierte Spannung V_M6 im Schritt S2025 zugenommen hat, kann die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R identifizieren.
Alternativ kann der Identifizierungs-Erregungs-Modus zum Erregen im Schritt S2023 auf den Erregungsmodus M5 anstatt des Erregungsmodus M3 z.B. festgelegt werden. Wie in 25 dargestellt, ist es hier bekannt, dass während einer Erregung gemäß dem Erregungsmodus M5, der als Identifizierungs-Erregungs-Modus festgelegt ist, die impulsinduzierte Spannung V_M5, die in einer unerregten Phase erzeugt wird, sich in der im Wesentlichen selben Weise zusammen mit dem Drehwinkel des Rotors 120 ändert, ungeachtet davon, ob der Anfangspositionsbereich R der Winkelbereich R₃₀ oder der Winkelbereich R₂₁₀ ist. Im übrigen ist der geschätzte Winkel (240°) des synthetischen Magnetflusses φ, der nach Erregung gemäß dem Erregungsmodus M5 erzeugt wird, innerhalb des Winkelbereichs R₂₁₀. Wenn daher die Anfangsposition des Rotors 120 sich innerhalb des Winkelbereichs R₂₁₀ befindet, verbleibt der Rotor 120 virtuell in der Umgebung von 240°. Daher ist eine Änderung in der impulsinduzierten Spannung V_M in diesem Fall höchstwahrscheinlich kleiner, als wenn die Anfangsposition des Rotors 120 innerhalb des Winkelbereichs R₃₀ ist. Wenn daher die Steuereinheit 220 eine Mehrzahl von Erfassungen der impulsinduzierten Spannung V_M5, die in der unerregten V-Phase erzeugt wird, im Schritt S2024 ausführt, und bestimmt, dass die Änderung in der impulsinduzierten Spannung V_M5 oberhalb eines vorbestimmten Werts im Schritt S2025 ist, kann die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₃₀ als Anfangspositionsbereich R identifizieren. Andererseits, wenn die Steuereinheit 220 bestimmt, dass die Änderung in der impulsinduzierten Spannung V_M5 unterhalb des vorbestimmten Werts im Schritt S2025 ist, kann die Steuereinheit 220 den Winkelbereich R₂₁₀ als Anfangspositionsbereich R identifizieren.
In der obigen Ausführungsform und seiner Modifikation kann der Starterregungs-Arbeitszyklus in Abhängigkeit des Änderungsausmaßes in der impulsinduzierten Spannung, die in einer unerregten Phase erzeugt wird, durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungs-Modus variieren. In Bezug auf 10B wird z. B. angenommen, dass der bürstenlose Motor 100 gemäß dem Erregungsmodus M3, der als Identifizierungs-Erregungs-Modus festgelegt ist, erregt wird. In diesem Fall beträgt das Änderungsausmaß der impulsinduzierten Spannung V_M3 die in der unerregten Phase erzeugt wird, während sich der Rotor 120 von der unteren Grenze (z.B. 15°) zum mittleren Wert (z. B. 45°) des Winkelbereichs R₃₀ dreht, ca. die Hälfte von der, die erzeugt wird, während sich der Rotor 120 von der unteren Grenze (z. B. 15°) zur oberen Grenze (z. B. 75°) des Winkelbereichs R₃₀ dreht. Wenn so das Änderungsausmaß in der impulsinduzierten Spannung V_M3 in der unerregten Phase zunimmt, ist die Winkelposition des Rotors 120, nachdem er durch Erregung gemäß dem Identifizierungs-Erregungs-Modus gedreht wird, wahrscheinlich näher zu dem Winkel, bei dem die Steuereinheit 220 vom Erregungsmodus M5 zum Erregungsmodus M6 (180°) in der sensorlosen Steuerung schaltet. Wenn daher das Änderungsausmaß in der impulsinduzierten Spannung V_M3 in der unerregten Phase zunimmt, kann der Start-Erregungs-Arbeitszyklus sowie die vorbestimmte Zeit T reduziert werden, um die Drehung des Rotors 120 zu begrenzen, die durch Erregung gemäß den ersten und zweiten Start-Erregungs-Modi bewirkt wird. Dies gewährleistet ferner keinen Synchronisierungsverlust, der im bürstenlosen Motor 100 nach dem Start der sensorlosen Steuerung auftritt.
Bezugszeichenliste

100: bürstenloser Motor
110u, 110v, 110w: 3-Phasen-Spule
120: Rotor
200: Motorsteuerungsvorrichtung
210: Motortreiberschaltung
220: Steuereinheit
φ: synthetischer Magnetfluss
M1 bis M6: Erregungsmodus
V_M1 bis V_M6: impulsinduzierte Spannung, die in der unerregten Phase im Erregungs-Modus erzeugt wird
D_1-4, D_5-2, D_3-6: induzierte Spannungsdifferenz
T, T_aL, T_bL, T_cL, T_dL, T_eL, T_fL, T_aH, T_bH, T_eH, T_dH, T_eH, T_fH: vorbestimmte Zeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013223355 A [0004]

Claims

Treibervorrichtung für einen bürstenlosen Dreiphasenmotor, wobei die Treibervorrichtung aufweist: - eine Treiberschaltung zum Ansteuern des bürstenlosen Dreiphasenmotors; und - ein Steuergerät zum Ausgeben eines Steuersignals an die Treiberschaltung, um eine sensorlose Steuerung durch sequentielles Schalten zwischen sechs Erregungsmodi zum jeweiligen Auswählen von zwei Phasen auszuführen, die von drei Phasen des bürstenlosen Dreiphasenmotors erregt werden, wobei - bevor die sensorlose Steuerung ausgeführt wird, - das Steuergerät das Steuersignal an die Treiberschaltung zum vorübergehenden Erregen des bürstenlosen Dreiphasenmotors gemäß jedem der sechs Erregungsmodi ausgibt, und sechs erste induzierte Spannungen erfasst, wobei jede in einer unerregten Phase durch die Erregung erzeugt wird, und drei induzierte Spannungsdifferenzen berechnet, die zu jeweils drei unerregten Phasen korrespondieren, wobei jede induzierte Spannungsdifferenz eine Differenz zwischen zwei von den sechs ersten induzierten Spannungen ist, die während einer Erregung gemäß zwei Erregungsmodi erfasst werden, die eine unerregte Phase gemeinsam haben, - das Steuergerät das Steuersignal an die Treiberschaltung zum Erregen des bürstenlosen Dreiphasenmotors gemäß einem vorbestimmten Erregungsmodus ausgibt, der auf der Basis eines Größenvergleichs zwischen den drei induzierten Spannungsdifferenzen festgelegt ist, und eine zweite induzierte Spannung erfasst, die in einer unerregten Phase durch die Erregung erzeugt wird, und - das Steuergerät eine Anfangsposition eines Rotors auf der Basis einer Änderung in der zweiten induzierten Spannung schätzt.
Treibervorrichtung für den bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß Anspruch 1, wobei das Steuergerät die Anfangsposition des Rotors durch vorläufiges Bestimmen von zwei Winkelbereichen, die geschätzt werden, um die Anfangsposition des Rotors zu umfassen, auf der Basis des Größenvergleichs zwischen den drei induzierten Spannungsdifferenzen, und danach durch Identifizieren eines Winkelbereichs, der geschätzt wird, um die Anfangsposition unter den beiden Winkelbereichen zu umfassen, auf der Basis einer Änderung in der zweiten induzierten Spannung schätzt.
Treibervorrichtung für den bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß Anspruch 2, wobei das Steuergerät einen der beiden Winkelbereiche als geschätzt identifiziert, um die Anfangsposition zu inkludieren, wenn die zweite induzierte Spannung zunimmt, und das Steuergerät den anderen der beiden Winkelbereiche geschätzt identifiziert, um die Anfangsposition zu inkludieren, wenn die zweite induzierte Spannung abnimmt.
Treibervorrichtung für den bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß Anspruch 2, wobei die beiden Winkelbereiche vorläufig auf der Basis der Größten der drei induzierten Spannungsdifferenzen bestimmt werden.
Treibervorrichtung für den bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Erregungsmodus auf der Basis der Größten der drei induzierten Spannungsdifferenzen bestimmt wird.
Treibervorrichtung für den bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß Anspruch 1, wobei während der Erregung gemäß dem vorbestimmten Erregungsmodus das Steuergerät eine Spannung erhöht, die am bürstenlosen Dreiphasenmotor angelegt ist, bis eine Änderung in einem erfassten Wert der zweiten induzierten Spannung auftritt.
Treibervorrichtung für den bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß Anspruch 2, wobei - das Steuergerät den vorbestimmten Erregungsmodus zu einem der sechs Erregungsmodi schaltet, der der nächste zum vorbestimmten Erregungsmodus ist, wenn der eine Winkelbereich auf einer Rückwärts-Drehseite relativ zu einem geschätzten Winkel eines synthetischen Magnetflusses von Magnetflüssen, die durch die Erregung gemäß dem vorbestimmten Erregungsmodus erregt werden, angeordnet ist, und - das Steuergerät den vorbestimmten Erregungsmodus zu einem der sechs Erregungsmodi schaltet, der der nächste, der nächste zum vorbestimmten Erregungsmodus ist, wenn der eine Winkelbereich auf einer Vorwärts-Drehseite relativ zum geschätzten Winkel angeordnet ist.
Treibervorrichtung für den bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß Anspruch 7, wobei, wenn das Steuergerät den vorbestimmten Erregungsmodus zu einem der sechs Erregungsmodi schaltet, der der nächste oder nächste, der nächste zum vorbestimmten Erregungsmodus ist, das Steuergerät den bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß dem einen Erregungsmodus für eine vorbestimmte Zeit erregt.
Treibervorrichtung für den bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß Anspruch 8, wobei das Steuergerät ferner aus dem einem Winkelbereich einen minimalen Winkelbereich, der geschätzt ist, um die Anfangsposition des Rotors zu umfassen, auf der Basis der Kleinsten der drei induzierten Spannungsdifferenzen identifiziert.
Treibervorrichtung für den bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß Anspruch 9, wobei sich die vorbestimmte Zeit in Abhängigkeit des minimalen Winkelbereichs ändert.
Ansteuerverfahren für einen bürstenlosen Dreiphasenmotor, wobei das Ansteuerverfahren durch ein Steuergerät verwendet wird, bevor das Steuergerät eine sensorlose Steuerung durch sequentielles Schalten zwischen sechs Erregungsmodi zum jeweiligen Auswählen von zwei Phasen ausführt, die von drei Phasen des bürstenlosen Dreiphasenmotors erregt werden, wobei das Ansteuerverfahren aufweist: - Erfassen von sechs ersten induzierten Spannungen, wobei jede in einer unerregten Phase durch vorübergehendes Erregen des bürstenlosen Dreiphasenmotors gemäß dem korrespondierenden Einen der sechs Erregungsmodi erzeugt wird; - Berechnen von drei induzierten Spannungsdifferenzen, die jeweils zu den drei unerregten Phasen korrespondieren, wobei jede induzierte Spannungsdifferenz eine Differenz zwischen zwei der sechs ersten induzierten Spannungen ist, die während einer Erregung gemäß den beiden Erregungsmodi erfasst werden, die eine unerregte Phase gemeinsam haben; - Erfassen einer zweiten induzierten Spannung, die in einer unerregten Phase durch Erregen des bürstenlosen Dreiphasenmotors gemäß einem vorbestimmten Erregungsmodus erzeugt wird, der auf der Basis eines Größenvergleichs zwischen den drei induzierten Spannungsdifferenzen festgelegt wird; und - Schätzen einer Anfangsposition eines Rotors auf der Basis einer Änderung in der zweiten induzierten Spannung.