DE19639698A1

DE19639698A1 - Erregungssteuerungssystem für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE19639698A1
Application number: DE19639698A
Authority: DE
Inventors: Akemi Ookawa; Chiaki Umemura
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: JPH0998594A; US5796226A; DE19639698C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Erregungssteuerungssystem für einen Elektromotor, und im einzelnen ein Erregungs steuerungssystem, das zur Ansteuerung eines geschalteten Reluktanzmotors (SR-Motor, Switched Reluctance Motor) geeignet ist.

Ein geschalteter Reluktanzmotor weist die Vorteile eines einfachen Aufbaus auf, wie es beispielhaft in Fig. 18 gezeigt ist. Ein Rotor des geschalteten Reluktanzmotors umfaßt eine Schicht mit einer Anzahl dünner Eisenbleche, und ist mit acht nach außen hervortretenden Polen Ra bis Rh ausgeführt, die am Außenumfang jeweils mit einem Abstand von 45° angeordnet sind. Ein Stator umfaßt eine Schicht mit einer Anzahl von dünnen Eisenblechen, und weist zwölf nach innen hervortretende Pole Sa bis Sl auf, von denen jeder eine elektrische Spule C trägt. Durch Überwachen des Drehwinkels des Rotors und Schalten der Erregung der Spulen C in Synchronismus mit der Drehung des Rotors kann der Motor betrieben werden.

Ein Beispiel eines derartigen geschalteten Reluktanzmotors ist aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 298 940/1989 bekannt.

Ein geschalteter Reluktanzmotor weist die Vorteile einer einfachen Konstruktion, einer mechanischen Robustheit und die Fähigkeit eines Betriebs unter erhöhten Temperaturen auf, wobei jedoch auch eine Reihe von Nachteilen auftreten können. Ein Nachteil bezieht sich auf den hohen Pegel eines akustischen Rauschens, das in Verbindung mit der Drehung gebildet wird. Das Einschalten oder Ausschalten der Erregung für jeden Statorpol wird bei einem geschalteten Reluktanzmotor dann durchgeführt, wenn angenommen wird, daß die Rotorpole eine bestimmte Drehstellung eingenommen haben. Somit unterliegt die Größe der magnetischen Anziehungskraft, die auf den Rotor ausgeübt wird, einer schnellen Änderung während eines derartigen Schaltens, so daß mechanische Schwingungen mit einem relativ hohen Pegel bei dem Rotor und dem Stator auftreten, wodurch das akustische Rauschen (Störgeräusch) erzeugt wird.

Der Rotor des geschalteten Reluktanzmotors, wie er in Fig. 18 gezeigt ist, umfaßt acht Pole, die jeweils am Außenumfang mit einem Abstand von 45° angeordnet sind, so daß die relative Position der Rotorpole zu den Statorpolen nach jeweils einer Drehung des Rotors von 45° die gleiche ist. Mit anderen Worten, ein bestimmter Pol der Rotorpole Ra bis Rh steht einem bestimmten Statorpol (beispielsweise Sa) der Statorpole Sa bis Sl nach jeweils einer Drehung von 45° des Rotors gegenüber, und die relative Position der Rotorpole bezüglich der Statorpole ändert sich bei der Drehung um 45°. Ein elektrischer Zyklus von 360° zur Steuerung einer Erregung der Statorspulen C entspricht einer Drehung des Rotors um 45°. Durch Wiederholen der Erregungssteuerung entsprechend dem elektrischen Zyklus wird eine kontinuierliche Drehung des Motors erreicht.

Im vorliegenden Falle werden die vier Spulen auf den Polen Sa, Sd, Sg und Sj des Stators als erste Phase bestimmt (und mit dem Bezugszeichen PH1 bezeichnet), die vier Spulen auf den Polen Sb, Se, Sh und Sk als Phase 2 bestimmt (und mit dem Bezugszeichen PH2 bezeichnet), und die vier Spulen auf den Polen Sc, Sf, Si und Sl als Phase 3 bestimmt (und mit dem Bezugszeichen PH3 bezeichnet). Befindet sich der Rotor in der in Fig. 18 gezeigten Position und werden die zur Phase 3 gehörenden Pole Sc, Sf, Si und Sl mit den daran angeordneten elektrischen Spulen erregt, während die anderen Spulen nicht erregt werden, dann werden die Statorpole Sc, Sf, Si und Sl magnetisiert und ziehen die jeweiligen Pole Rh, Rf, Rd und Rb des Rotors an. Der Rotor dreht sich sodann im Uhrzeigersinn. Werden nun sequentiell gemäß Fig. 17a die Spulen erregt, dann ist es möglich, mit dieser Ansteuerung eine kontinuierliche Drehung des Rotors zu erzielen. Die Drehstellung des Rotors, wie sie in Fig. 18 gezeigt ist, entspricht dabei einem elektrischen Winkel von 0° (= 360°) gemäß Fig. 17a.

Eine Startzeit zur Erregung der Spulen wird in der Weise bestimmt, daß ein ausreichender Pegel eines elektrischen Stroms in den Spulen zu einem Zeitpunkt fließt, wenn die durch die zu erregenden Statorpole angezogenen Rotorpole beginnen, den Statorpolen gegenüber zu stehen. In Fig. 17a wird diese Startzeit als "Strom einschalten" dargestellt. Bevor die Anziehungskraft zwischen den Statorpolen und den Rotorpolen eine entgegengesetzte Richtung zur beabsichtigten Drehrichtung des Rotors annimmt, wird der elektrische Strom ausgeschaltet. Die Beendigungszeit ist gemäß Fig. 17a als "Strom ausschalten" bezeichnet. Die Start- und Beendigungszeit wird ebenfalls bestimmt unter Berücksichtigung eines Anstiegsintervalls des Stroms zu Beginn der Erregung und eines Abfallintervalls bei Beendigung der Erregung. Das Anstiegsintervall entspricht einem Zeitintervall vom Einschalten ("Strom einschalten" in Fig. 17a) einer Ansteuerungsschaltung zu einer Zeit, bei der der Strom der Spulen über einen vorbestimmten hohen Pegel ansteigt. Das Abfallintervall entspricht einem Zeitintervall von einem Ausschalten ("Strom ausschalten" gemäß Fig. 17a) der Ansteuerungsschaltung bis zu einer Zeit, bei der der Strom der Spulen unter einen vorbestimmten niedrigen Pegel absinkt. Den Spulen der Phasen 3, 2 und 1 werden jeweils zur Erzielung einer kontinuierlichen Drehung des Motors mit einem einheitlichen Drehmoment gemäß Fig. 17a in jedem Intervall, beginnend mit dem elektrischen Winkel 0° bis 120°, 120° bis 240° und 240° bis 360° (0°) Ströme mit im wesentlichen demselben Pegel (Stromstärke) zugeführt.

Unter der Annahme, daß sich der Rotor gemäß Fig. 18 im Uhrzeigersinn durch einen elektrischen Winkel von 230° (230 × 45/360° der Drehung des Rotors) aus der in Fig. 18 gezeigten Stellung dreht, dann bewegen sich jeweils die Rotorpole Rb, Rd, Rf und Rh in Richtung einer Kante der Statorpole Sa, Sj, Sg und Sd gemäß der Darstellung in Fig. 20. Vorzugsweise werden sodann die Spulen (Phase 1) der Statorpole Sa, Sj, Sg und Sd erregt. Unter Berücksichtigung des Anstiegsintervalls wird die Erregung der Spulen (Phase 1) bei einem elektrischen Winkel von 200° eingeleitet. Nach Drehung um einen elektrischen Winkel von 360° stehen jeweils die Rotorpole Rb, Rd, Rf und Rh den Statorpolen Sa, Sj, Sg und Sd gegenüber. Diese Drehstellung des Rotors ist gleich der in Fig. 18 gezeigten Drehstellung. Danach verlassen jeweils die Rotorpole Rb, Rd, Rf und Rh die Statorpole Sa, Sj, Sg und Sd. Falls die Statorpole Sa, Sj, Sg und Sd jeweils die Rotorpole Rb, Rd, Rf und Rh anziehen, dann bewirkt diese Anziehung eine Abbremsung der Drehung im Uhrzeigersinn. Zur Verhinderung dieser Abbremsung wird die Erregung der Spulen der Statorpole Sa, Sj, Sg und Sd (Phase 1) bei einem elektrischen Winkel von 320° unter Berücksichtigung des Abfallintervalls zur Verminderung des Stroms auf einen ausreichend niedrigen Wert bei einem elektrischen Winkel von 360° beendet. Im Ergebnis wird somit die Erregung der Spulen der Phase 1 bei 200° gestartet und bei 320° beendet. Die Erregung umfaßt somit ein Intervall von 120° (elektrischer Winkel). Die Start- und Beendigungszeit für die Spulen der Phasen 2 und 3 werden in gleicher Weise bestimmt. Die Start- und Beendigungszeiten gemäß der Beschreibung werden nachstehend als Standardstartzeit (Standarderregungs einschaltwinkel bzw. Standardeinschaltwinkel) und als Standardbeendigungszeit (Standarderregungsausschaltwinkel bzw. Standardausschaltwinkel) bezeichnet.

Einige der geschalteten Reluktanzmotoren erzeugen jedoch ein akustisches Rauschen mit einem hohen Pegel bei einer bestimmten Drehzahl, die beispielsweise bei 1000 1/min liegt. Der Geräuschpegel vermindert sich bei höherer Drehzahl. Es ist daher wichtig, diese Geräusche zu vermindern.

Im Ergebnis einer Vielzahl von Experimenten wurde ermittelt, daß eine Anpassung der Beendigungszeit der Erregung der Spulen (Erregungsausschaltwinkel) sehr wirksam zur Verminderung der Geräusche war.

Beispielsweise wird die Beendigungszeit ("Strom ausschalten") zur Erregung der Spulen der Phase 1 gemäß Fig. 17a entsprechend einem elektrischen Winkel von 320° bestimmt. Der Pegel der Geräusche vermindert sich durch eine Annäherung des Erregungsausschaltwinkels an einen elektrischen Winkel von 280°, wie es in Fig. 17b gezeigt ist. In diesem Fall wird jedoch das tatsächliche Erregungsintervall kürzer und das Drehmoment des Motors sinkt ab. Dies stellt einen Nachteil im Hinblick auf die Erzeugung eines großen Drehmoments zur Beschleunigung des Rotors dar. Desweiteren bewirkt die Verkürzung des Erregungsintervalls ein Leerintervall (Austastintervall), bei dem keine der Spulen (Phasen 1, 2 und 3) erregt ist. Infolge dieser Leerintervalle ohne Erregung erhält das Drehmoment des Rotors eine Welligkeit in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich (Drehzahlbereich) von beispiels weise 500 1/min.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Erregungssteuerungssystem für einen Elektromotor der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß der Geräuschpegel vermindert und eine gleichförmige, sanfte Drehung des Rotors in Verbindung mit unterschiedlichen Drehzahlen und gewünschten Drehmomenten gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird der Erregungsausschaltwinkel zur Verhinderung einer Erzeugung von akustischem Rauschen mit einem hohen Pegel in der Weise angepaßt, daß der Erregungsausschaltwinkel gegenüber dem Standardausschalt winkel voreilt, wenn die Drehzahl innerhalb eines ersten Bereichs größer als ein vorbestimmter Wert wird, der gleich einem oder in der Nähe eines oberen Schwellenwerts (Rbase) eines Drehzahlbereichs liegt, bei dem ein akustisches Rauschen mit hohem Pegel in Verbindung mit dem Standarderregungsausschaltwinkel gemäß der vorstehenden Beschreibung erzeugt wird, und in der Weise, daß der Erregungsausschaltwinkel gegenüber dem Standarderregungsausschaltwinkel voreilt, wenn die Drehzahl größer wird und innerhalb eines zweiten Bereichs gleich einem oder kleiner als ein vorbestimmter Wert zur Verhinderung des Erzeugens von akustischem Rauschen mit hohem Pegel liegt.

Liegt somit die Drehzahl des Rotors in der Nähe eines vorbestimmten Werts, dann wird der Erregungs ausschaltwinkel gegenüber dem Standarderregungs ausschaltwinkel erheblich voreilend eingestellt. Dies verhindert die Erzeugung von akustischem Rauschen mit hohem Pegel. Liegt die Drehzahl des Rotors unter dem vorbestimmten Wert, dann wird die Voreilung des Erregungsausschaltwinkels im Verhältnis zur Drehzahl vermindert. Dies verhindert die Vergrößerung des Leerintervalls bei einer niedrigen Drehzahl, wodurch ebenfalls Drehmomentschwankungen (Welligkeit des Drehmoments) des Rotors bei niedriger Drehzahl verhindert werden. Übersteigt ferner die Drehzahl des Rotors einen vorbestimmten Wert, dann wird die Voreilung des Erregungsausschaltwinkels im umgekehrten Verhältnis zur Drehzahl vermindert. Dies verhindert eine Verminderung des Drehmoments bei hohen Drehzahlen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Voreilung des Erregungsausschaltwinkels in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors gemäß der vorstehenden Beschreibung und zusätzlich entsprechend einem Soll-Drehmoment in der Weise angepaßt, daß die Voreilung proportional zum Soll-Drehmoment vermindert wird zur Kompensation einer Verminderung des Motor drehmoments infolge der Voreilung des Erregungs ausschaltwinkels.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Strompegel (Stromstärke) entsprechend der Drehzahl des Rotors zur Kompensation einer Verminderung des Drehmoments durch die Voreilung des Erregungs ausschaltwinkels vergrößert.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung speichert ein Erregungskennfeldspeicher Zeitwerte des Erregungsausschaltwinkels in einer Form entsprechend der Drehzahl des Rotors und dem Soll-Drehmoment. Eine Steuerungseinrichtung liest einen Zeitwert aus dem Erregungskennfeldspeicher, der der Drehzahl des Rotors und einem Soll-Drehmoment entspricht, und bestimmt den Erregungsausschaltwinkel auf der Basis des aus dem Speicher ausgelesenen Zeitwerts. Die Steuerungs einrichtung ist somit in der Lage, einen optimalen Erregungsausschaltwinkel ohne Durchführung einer komplizierten Berechnung zu bestimmen.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1a ein Blockschaltbild von im wesentlichen der rechten Hälfte eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 1b ein Blockschaltbild von im wesentlichen der linken Hälfte des Ausführungsbeispiels, wobei die Fig. 1a und 1b zur Darstellung des gesamten Ausführungsbeispiels in einem Blockschaltbild an der Linie AB1-AB1 zusammengesetzt wird,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Ver anschaulichung eines Summierers 16, einer Vergleichs schaltung 7, einer Ausgangsentscheidungsschaltung 17 und einer ersten Phasenansteuerung 18 gemäß den Fig. 1a und 1b,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung einer Zeit steuerungsschaltung 17c gemäß Fig. 2,

Fig. 4a ein Blockschaltbild von im wesentlichen der unteren Hälfte einer Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 gemäß Fig. 1b,

Fig. 4b ein Blockschaltbild von im wesentlichen der oberen Hälfte der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 gemäß Fig. 1b, wobei die Fig. 4a und 4b zur Darstellung der gesamten Schaltung 15 in einem Blockschaltbild entlang der Linie AB2-AB2 zusammengesetzt werden,

Fig. 5a eine Folge von Zeitdiagrammen von mittels der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 gemäß Fig. 1b auf der Basis von in dem Speicher 49 enthaltenen Daten erzeugten Signals, und Ausgangsströme zur Zuführung zu den elektrischen Spulen eines Elektromotors 1, wenn dieser im Hinblick auf eine Drehung in Vorwärtsrichtung angesteuert wird, und die auf der Basis des Signals der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 mittels der ersten bis dritten Phasenansteuerung 18 bis 20 gemäß Fig. 1a gebildet werden, und wobei die gezeigten Zeitdiagramme eine ungefähre Pegeländerung eines derartigen Stroms zeigen,

Fig. 5b eine Folge von Zeitdiagrammen eines in der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 gebildeten Signals, und Ausgangsströmen, die von den Ansteuerungen 18 bis 20 gemäß Fig. 1a auf der Basis des Signals der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 den elektrischen Spulen des Motors zugeführt werden, wenn dieser im Hinblick auf eine Drehung in der umgekehrten Richtung angesteuert wird, wobei die Zeitdiagramme eine ungefähre Änderung in den Strompegeln zeigen,

Fig. 6 eine Folge von Zeitdiagrammen von Steuerungssignalen und Steuerungsdaten, die von der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 gemäß Fig. 1b zugeführt werden und grundsätzlich jeweilige Änderungen zeigen,

Fig. 7a ein Blockschaltbild einer in Fig. 1b gezeigten Richtungserfassungsschaltung 5,

Fig. 7b eine Reihe von Zeitdiagrammen elektrischer Signale zur Veranschaulichung von Daten, die von einem Winkelsensor 1d gemäß Fig. 1b einer Zentraleinheit CPU 11 zugeführt werden und die in grundsätzlicher Weise eine Änderung der Signale zeigen,

Fig. 8 eine Reihe von Zeitdiagrammen zur Ver anschaulichung von Änderungen bei verschiedenen elektrischen Signalen innerhalb der Richtungserfassungs schaltung 5 gemäß Fig. 7a,

Fig. 9 eine Reihe von Zeitdiagrammen zur Ver anschaulichung von Änderungen bei einem Eingangssignal S4 und einem Ausgangssignal S4B des Summierers 16 gemäß Fig. 1b,

Fig. 10 eine Reihe von Zeitdiagrammen zur Ver anschaulichung von Änderungen bei verschiedenen, innerhalb der Zeitsteuerungsschaltung 17c gemäß Fig. 3 gebildeten elektrischen Signalen,

Fig. 11a ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung einer Änderung in einem Signal Vs6 zur Angabe eines elektrischen Stroms, der durch eine elektrische Spule 1a des Motors 1 in der Ausgangsentscheidungsschaltung 17 gemäß Fig. 2 während einer Betriebsart fließt, bei der die Zeitsteuerungsschaltung 17c eliminiert ist und ein Ausgangssignal eines AND-Glieds 17b der ersten Phasenansteuerung 18 zugeführt wird,

Fig. 11b ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung einer Änderung im Signal Vs6 in einer Betriebsart, wenn ein Ausgangssignal der Zeitsteuerungsschaltung 17c der Ausgangsentscheidungsschaltung 17 gemäß Fig. 2 der ersten Phasenansteuerung 18 zugeführt wird,

Fig. 12 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung einer Änderung im Signal Vs6 im Vergleich zu einem Bezugspegel Vr2, der von einem D/A-Wandler 6 gemäß Fig. 2 zugeführt wird,

Fig. 13 ein Zeitdiagramm von pulsweitenmodulierten Pulsen (PWM-Pulse), die in Verbindung mit einem Beispiel P34 gebildet werden, wobei Einzelheiten in einer Datentabelle 1 enthalten sind, die in einem PWM- Kennfeldspeicher 13b gemäß Fig. 1a gespeichert sind,

Fig. 14 ein Ablaufdiagramm einer mittels der Zentraleinheit CPU 11 gemäß Fig. 1b durchgeführten Motorantriebssteuerung,

Fig. 15 ein erster Teil eines Ablaufdiagramms eines Zeitinterruptbetriebs, der mittels der Zentraleinheit CPU 11 gemäß Fig. 1b durchgeführt wird,

Fig. 16 ein zweiter Teil eines Ablaufdiagramms eines Zeitinterruptbetriebs, der mittels der Zentral einheit CPU 11 gemäß Fig. 1b durchgeführt wird,

Fig. 17a eine Reihe von Zeitdiagrammen zur Veranschaulichung des grundsätzlichen Aussehens einer Signalform eines Standardstart- und -erregungsausschalt winkels eines durch die elektrischen Spulen des in Fig. 1a gezeigten Motors fließenden Stroms,

Fig. 17b eine Reihe von Zeitdiagrammen zur Ver anschaulichung einer angepaßten Signalform eines voreilenden Erregungsausschaltwinkels eines durch die elektrischen Spulen des in Fig. 1a gezeigten Motors fließenden Stroms,

Fig. 18 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des grundlegenden Aufbaus eines geschalteten Reluktanzmotors (SR-Motor) 1 gemäß Fig. 1a, wobei der Motor entsprechend dem Beginn der Erregung der Spule der Phase 3 dargestellt ist,

Fig. 19 eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung einer Beziehung zwischen der Drehzahl, dem Soll-Drehmoment und einer Voreilkorrektur des Erregungs ausschaltwinkels, der in Fig. 17a als "Strom ausschalten" dargestellt ist,

Fig. 20 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines grundlegenden Aufbaus eines geschalteten Reluktanzmotors 1 gemäß Fig. 1a, wobei der Motor entsprechend dem Beginn der Erregung der Spule der Phase 1 dargestellt ist,

Fig. 21a eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung eines Stromzeitverlaufs, der in Abhängigkeit von Daten (Tabelle 3) eines in einem Signalformkennfeldspeicher 13c gemäß Fig. 1a gespeicherten Musters Nr. 1 gebildet ist,

Fig. 21b eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung eines Stromzeitverlaufs, der entsprechend Daten des Kennfeldspeichers 13c gemäß Muster Nr. 2 gebildet ist,

Fig. 21c eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung eines Stromzeitverlaufs, der entsprechend Daten des Kennfeldspeichers 13c gemäß Muster Nr. 3 gebildet ist,

Fig. 22 eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung eines Stroms durch eine elektrische Spule des Motors 1 gemäß Fig. 1a, der in Abhängigkeit von einem Einzelbeispiel C34 entsprechend Daten (Tabelle 2), die im Stromkennfeldspeicher 13a gemäß Fig. 1b gespeichert sind, gebildet wird,

Fig. 23a eine Schaltungsanordnung zur Ver anschaulichung der Richtung des Stroms durch die erste Phasenansteuerung 18, wenn die Ausgangsentscheidungs schaltung 17 gemäß Fig. 2 Signale S81, S82 zur Angabe des Erregungsbefehlspegels der ersten Phasenansteuerung 18 zuführt,

Fig. 23b eine gleichartige Schaltungsanordnung zur Veranschaulichung der Richtung eines Stroms durch die erste Phasenansteuerung 18 unmittelbar nachdem die Ausgangsentscheidungsschaltung 17 die Signale S81 und S82 für die erste Phasenansteuerung 18 als Aberregungs befehlspegel geschaltet hat,

Fig. 23c eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung einer Veränderung des Stroms durch die elektrische Spule des Motors, wenn die Erregung gemäß Fig. 23a und die Aberregung gemäß Fig. 23b alternierend wiederholt werden,

Fig. 24a eine Schaltungsanordnung zur Ver anschaulichung der Richtung eines Stroms durch die erste Phasenansteuerung 18, wenn die Entscheidungsschaltung 17 Erregungsbefehlspegelsignale S81 und S82 der ersten Phasenansteuerung 18 zuführt,

Fig. 24b eine gleichartige Schaltungsanordnung zur Veranschaulichung der Richtung eines Stroms durch die erste Phasenansteuerung 18, der unmittelbar dann fließt, nachdem die Entscheidungsschaltung 17 lediglich das Signal S81 der Signale S81 und S82 für die erste Phasenansteuerung 18 als Aberregungsbefehlspegel umgeschaltet hat,

Fig. 24c eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung einer Änderung im Strom durch die elektrische Spule des Motors, wenn die Erregung gemäß Fig. 24a und die Aberregung gemäß Fig. 24b alternierend wiederholt werden,

Fig. 25a eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung von Änderungen einer Beschleunigung des Rotors des geschalteten Reluktanzmotors 1 gemäß Fig. 1a,

Fig. 25b eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung von Änderungen einer Drehzahl des Rotors des geschalteten Reluktanzmotors 1 gemäß Fig. 1a,

Fig. 26a eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung von Änderungen eines Strompegels des Motors 1, der in Abhängigkeit von der Änderung der in Fig. 25a gezeigten Beschleunigung angepaßt wird,

Fig. 26b eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung von Änderungen eines Rückkopplungsfehlers, der in Abhängigkeit von der Änderung der in Fig. 25a gezeigten Beschleunigung berechnet wird,

Fig. 27 eine Reihe von Zeitdiagrammen zur Ver anschaulichung eines grundsätzlichen Zeitverlaufs des Standarderregungsausschaltwinkels des Stroms durch die elektrischen Spulen des in Fig. 1a gezeigten Motors, und

Fig. 28 eine grafische Darstellung zur Ver anschaulichung einer Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Drehzahl des geschalteten Reluktanzmotors 1.

Eine Einheit eines geschalteten Reluktanzmotors (SR- Motor) umfaßt eine Kombination eines geschalteten Reluktanzmotors 1 und einer Steuerungseinrichtung ECU gemäß den Fig. 1a und 1b und bildet einen wesentlichen Teil einer Antriebseinheit für ein elektrisches Fahrzeug. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein einzelner geschalteter Reluktanzmotor 1 als Antriebsquelle vorgesehen, der mittels der Steuerungseinrichtung ECU gesteuert wird. Die Steuerungseinrichtung ECU steuert den Antrieb des geschalteten Reluktanzmotors 1 auf der Basis einer von einem Schalthebel zugeführten Information, eines Bremsschalters, eines Beschleunigungsschalters und eines Beschleunigungsöffnungssensors (Pedalsensor). Eine Speicherbatterie wird als Leistungsversorgungseinrichtung verwendet.

Der grundlegende Aufbau des geschalteten Reluktanzmotors 1 (SR-Motor) ist in Fig. 18 veranschaulicht. Der SR-Motor 1 gemäß Fig. 18 umfaßt einen Stator S und einen Rotor R, der in einem Raum innerhalb des Stators S drehbar angeordnet ist. Der Rotor R umfaßt eine Schicht mit einer Anzahl von dünnen Eisenblechen und ist mit acht nach außen hervortretenden Polen Ra bis Rh ausgebildet, die an Stellen am Außenumfang mit einem jeweiligen Abstand von 45° angeordnet sind. Der Stator S umfaßt ebenfalls eine Schicht mit einer Vielzahl von dünnen Eisenblechen und ist mit zwölf nach innen hervortretenden Polen Sa bis Sl ausgebildet, die an Stellen im inneren Kreisumfang mit einem jeweiligen Abstand von 30° angeordnet sind. Jeder Pol Sa bis Sl des Stators S weist eine an dem jeweiligen Pol angeordnete elektrische Spule C auf.

Die Spulen, die jeweils auf den Statorpolen Sa, Sd, Sg und Sj angeordnet sind, bilden die erste Phase und werden mit dem Bezugszeichen 1a in Fig. 1a bezeichnet, die Spulen, die jeweils auf den Statorpolen Sb, Se, Sh und Sk angeordnet sind, werden als zweite Phase und mit dem Bezugszeichen 1b in Fig. 1a bezeichnet, und die Spulen, die auf den Statorpolen Sc, Sf, Si und Sl angeordnet sind, werden als dritte Phase und mit dem Bezugszeichen 1c in Fig. 1a bezeichnet.

Durch sequentielles Erregen der Spulen 1a bis 1c in der Reihenfolge erste Phase - zweite Phase - dritte Phase in Abhängigkeit von der Position der Pole des Rotors R gemäß der Darstellung in den Fig. 17a oder 17b, ist es möglich, den Rotor R kontinuierlich in eine Drehung im Uhrzeigersinn zu versetzen. Somit bildet ein erregter Pol des Stators S einen Elektromagneten, wobei in entsprechender Weise ein Pol auf dem Rotor R, der sich in der Nähe des Elektromagneten befindet, zur Erzeugung einer Drehbewegung angezogen wird. Zur Fortsetzung einer derartigen Drehung ist es erforderlich, die Erregung der Spulen mit der fortschreitenden Drehbewegung des Rotors R umzuschalten. In einer Ausführung des geschalteten Reluktanzmotors 1 können die zu erregenden Spulen in der Reihenfolge erste Phase - zweite Phase - dritte Phase bei einer Drehung des Rotors R um 15° entsprechend geschaltet werden.

Gemäß Fig. 1a umfaßt der geschaltete Reluktanzmotor 1 drei Phasenspulen 1a, 1b und 1c, die zu Zwecken des Antriebs verwendet werden, sowie einen Winkelsensor 1d, der eine Drehstellung oder einen Drehwinkel des Rotors R ermittelt. Die drei Phasenspulen 1a, 1b und 1c sind jeweils mit entsprechenden Phasenansteuerungen (Treiberschaltungen) 18, 19 und 20 verbunden, die in einer Motoransteuerung MDR innerhalb der Steuerungs einrichtung ECU enthalten sind. Stromsensoren 2, 3 und 4 sind mit einer Signalleitung zur Verbindung der Spule 1a und der Phasenansteuerung 18, mit einer Signalleitung zur Verbindung der Spule 1b und der Phasenansteuerung 19, und einer Signalleitung zur Verbindung der Spule 1c und der Phasenansteuerung 20 verbunden. Jeder Stromsensor 2, 3 und 4 stellt ein Stromsignal S6 in Form einer Spannung bereit, die proportional einem tatsächlichen, durch jede Spule 1a, 1b und 1c fließenden Strom entspricht. Der Winkelsensor 1d stellt ein binäres Signal von elf Bit bereit zur Angabe eines absoluten Werts eines Winkels von 0 bis 360°, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Die Auflösung zur Erfassung des Winkels ist 0.35°. Somit stellt eine Einheit der erfaßten Winkeldaten einen Winkel von 0.35° dar.

Die Steuerungseinrichtung ECU umfaßt eine Zentraleinheit CPU (Mikrocomputer) 11, eine Eingabeschnittstelle 12, einen Stromkennfeldspeicher 13a, einen PWM-Kennfeld speicher 13b (Pulsweitenmodulations-Kennfeldspeicher), einen Signalverlaufs-Kennfeldspeicher 13c, eine Leistungsversorgungsschaltung 14, eine Stromverlaufs- Erzeugungsschaltung 15, einen Summierer 16, eine Richtungserfassungsschaltung 5, einen D/A-Wandler 6, eine Vergleichsschaltung 7, eine Ausgangsentscheidungs schaltung 17 und die Phasenansteuerungen 18, 19 und 20. Auf der Basis einer Information, die von einem Schalthebel, einem Bremsschalter, einem Beschleunigungs schalter und einem Beschleunigungsöffnungssensor zugeführt wird, berechnet die Steuerungseinrichtung ECU in sequentieller Weise eine Ansteuerungsgeschwindigkeit und ein Ansteuerungsdrehmoment des geschalteten Reluktanzmotors 1, und steuert ferner die Größe des durch jede der Spulen 1a, 1b und 1c des geschalteten Reluktanzmotors 1 fließenden Stroms auf der Basis der Ergebnisse derartiger Berechnungen.

Fig. 2 zeigt im einzelnen einen Teil der in den Fig. 1a und 1b gezeigten Schaltungsanordnung. Dabei ist zu beachten, daß Fig. 2 lediglich die Schaltung zur Steuerung der Erregung der ersten Phasenspule 1a zeigt, wobei in der tatsächlichen Ausführung des geschalteten Reluktanzmotors gleichartige Schaltungen zur Steuerung der Erregung der zweiten und dritten Phasenspulen 1b und 1c ebenso vorgesehen sind.

Gemäß Fig. 2 ist ein Anschluß der ersten Phasenspule 1a über einen Schalttransistor IGBT (18a) mit einer Hochpotentialleitung 18e einer Leistungsversorgung verbunden, während der andere Anschluß der ersten Phasenspule 1a über einen Schalttransistor IGBT (18b) mit einer Niederpotentialleitung 18f der Leistungsversorgung verbunden ist. Eine Diode 18c ist über den Emitter des Transistors 18a und die Leitung 18f geschaltet, während eine Diode 18d zwischen den Kollektor des Transistors 18b und die Leitung 18e geschaltet ist. Werden beide Transistoren 18a und 18b eingeschaltet, dann wird folglich ein Strom über die Leitungen 18e und 18f durch die Spule 1a fließen. Ist entweder einer der Transistoren 18a und 18b oder sind beide Transistoren ausgeschaltet, dann kann die Erregung der Spule 1a unterbrochen werden.

Die Ausgangsentscheidungsschaltung 17 umfaßt ein Paar von AND-Gliedern 17a und 17b und eine Zeitsteuerungsschaltung 17c. Ein Ausgangsanschluß des AND-Glieds 17a ist mit dem Gate-Anschluß des Transistors 18b verbunden, während ein Ausgangsanschluß des AND-Glieds 17b mit einem Eingang der Zeitsteuerungsschaltung 17c verbunden ist. Ein Ausgang der Zeitsteuerungsschaltung 17c ist mit dem Gate-Anschluß des Transistors 18a verbunden. Singale S10 und S5 werden den Eingangsanschlüssen des AND-Glieds 17a zugeführt, während Signale S71 und S5 den Eingangsanschlüssen des AND-Glieds 17b zugeführt werden. Das Signal S71 ist ein binäres Signal, das von einem in der Vergleichsschaltung 7 enthaltenen analogen Komparator 7a zugeführt wird. Das Signal S5 ist ein binäres Signal (EIN/AUS-Signal), das von der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 zugeführt wird.

Eine analoge Spannung Vr2 zur Angabe einer Summe eines Bezugsstromwerts S4, der von der Stromverlaufs- Erzeugungsschaltung 15 zugeführt wird, ein Schwingungs kompensationswert und ein Beschleunigungskompensations wert, die in einem Summierer 16 addiert und mittels des D/A-Wandlers 6 umgewandelt werden, wird einem der Eingangsanschlüsse des analogen Komparators 7a zugeführt, während eine Spannung Vs6 eines Signals S6, das dem mittels des Stromsensors 2 erfaßten Strom entspricht, dem anderen Eingangsanschluß zugeführt wird. Der analoge Komparator 7a stellt als Ergebnis des Vergleichs zwischen den beiden Spannungen Vr2 und Vs6 ein binäres Signal (Pulssignal) S71 bereit.

Liegt das Signal S5 auf einem hohen Pegel H (Freigabe der Erregung), dann wird das Aus- und Einschalten des Transistors 18a in Abhängigkeit von dem Binärsignal S71, das vom analogen Komparator 7a zugeführt wird, gesteuert. Dabei ist jedoch zu beachten, daß das Ein- und Ausschalten des Binärsignals S71 nicht im Verhältnis 1 : 1 dem Ein- und Ausschalten des Transistors 18a entspricht, sondern daß die seitliche Steuerung durch die Zeitsteuerungsschaltung 17c angepaßt wird, wie es nachstehend noch beschrieben wird. Liegt das Signal S5 auf seinem hohen Pegel H, dann wird der Transistor 18b in der ersten Phasenansteuerung 18 ein- oder ausgeschaltet in Abhängigkeit vom Binärsignal S10, das vom AND-Glied 17a zugeführt wird. Das Binärsignal S10 wird innerhalb der Zentraleinheit CPU 11 gebildet und weist eine feste Periode (von 15 kHZ) und ein variables Schaltverhältnis (Einschaltfaktor) auf, das in Abhängigkeit von Anforderungen durch die Zentraleinheit CPU 11 veränderlich ist. Im einzelnen stellt die Zentraleinheit CPU 11 das Binärsignal S10 mit einem Wert eines Schaltverhältnisses bereit, wobei auf die in dem PWM- Kennfeldspeicher 13b enthaltene Tabelle 1 zugegriffen wird zum Lesen von Daten aus dieser Tabelle auf der Basis der vorherrschenden Anzahl von Umdrehungen (U/min) und dem erforderlichen Antriebsmoment des Motors.

Somit werden im Rahmen des vorliegenden Ausführungs beispiels die Transistoren 18a und 18b unabhängig voneinander ein- oder ausgeschaltet in Abhängigkeit von den Steuerungssignalen S81 und S82, die jeweils voneinander unabhängig sind, so daß die Phasenansteuerung 18 drei Zustände einnehmen kann, d. h. die Transistoren 18a und 18b sind beide eingeschaltet, die Transistoren 18a und 18b sind beide ausgeschaltet, und ein Transistor ist eingeschaltet, während der andere ausgeschaltet verbleibt.

Wird beispielsweise die Erregung fortgesetzt, und wird angenommen, daß der Transistor 18b eingeschaltet ist, da sich der Strombezugspegel Vr2 von Null auf Iref ändert, dann folgt, daß Vr2 < Vs6. Somit wird der Transistor 18a anfänglich eingeschaltet, und der Strom durch die Spule 1a wird allmählich von Null mit einer Steigung vergrößert, die durch die Kennlinie oder Zeitkonstanten der Ansteuerungsschaltung und der Belastung bestimmt ist. Erreicht der durch die Last fließende Strom den Wert Iref, dann wird der Transistor 18a schnell aus- und eingeschaltet, wodurch der maximale Wert des Stroms gesteuert wird, so daß er im wesentlichen gleich dem Wert von Iref gehalten wird. Soll die Erregung beendet werden, wenn sich der Bezugsstromwert von Iref auf Null ändert, dann gilt die Beziehung Vr2 < Vs6. Somit wird der Transistor 18a ausgeschaltet und der durch die Spule 1a fließende Strom wird allmählich mit einer Neigung vermindert, die durch die Kennlinie der Ansteuerungs schaltung und der Belastung bis zum Erreichen von Null bestimmt ist.

Da das an den Transistor 18b angelegte Steuerungssignal S82 ein Pulssignal ist, liegt in der Praxis ein Zeitintervall vor, während dessen der Transistor 18b auch während des Anstiegsintervalls zu Beginn der Erregung ausgeschaltet ist, wodurch die Spulenstromanstiegs kennlinie entsprechend beeinflußt wird. Insbesondere zeigt Fig. 12 eine Änderung in der Spulenstromanstiegs kennlinie, die auftritt in Abhängigkeit von dem Schaltverhältnis (Einschaltfaktor) des an den Transistor 18b angelegten Steuerungssignals S82. Während des Abfallintervalls bei Beendigung der Erregung tritt ein Zeitintervall auf, während dessen der Transistor 18b ausgeschaltet ist, und es tritt ein Zeitintervall auf, während dessen der Transistor 18b eingeschaltet ist, so daß sich infolge dessen die Abfallkennlinie des Spulenstroms in Abhängigkeit von dem Verhältnis dieser Intervalle ändert.

Dieser Sachverhalt wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 23a bis 23c und 24a bis 24c beschrieben. Sind die Transistoren 18a und 18b beide eingeschaltet zum Durchlassen eines Stroms durch die Spule 1a gemäß Fig. 16a, dann bewirkt die in der Spule 1a gespeicherte Energie einen Strom durch die Dioden D1 und D2 von der Niederpotentialleitung zur Hochpotential leitung der Leistungsversorgung, falls beide Transistoren 18a und 18b gemäß der Darstellung in Fig. 23b ausgeschaltet sind. Zu diesem Zeitpunkt besteht eine große Potentialdifferenz über die entgegengesetzten Anschlüsse der Spule 1a, wobei die Energie schnell abgeleitet wird und wodurch das Verhältnis beschleunigt wird, in dem der Strom abklingt. Somit ist die abfallende Flanke der transienten Stromkennlinie (Stromübergangs kennlinie) gemäß Fig. 23c steil.

Sind demgegenüber die Transistoren 18a und 18b beide eingeschaltet zum Durchlassen eines Stroms durch die erste Phasenspule 1a, wie es in Fig. 24a gezeigt ist, und wird sodann lediglich einer der Transistoren 18a gemäß der Angabe in Fig. 24b ausgeschaltet, dann bewirkt das Vorhandensein des anderen Transistors 18b, der im eingeschalteten Zustand verbleibt, einen Strom entsprechend der in der Spule 1a gespeicherten Energie durch eine geschlossene Schleife einschließlich der Diode D1, der Spule 1a und des Transistors 18b. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Potentialdifferenz über die Anschlüsse der Spule 1a vermindert, so daß die Ableitung der Energie in sanfter Weise erfolgt und das Verhältnis des Abklingens des Stroms verkleinert wird. Somit wird die abfallende Flanke der transienten Stromkennlinie gemäß Fig. 24c vermindert.

Durch Anpassung des Schaltverhältnisses des Steuerungs signals S82, das an den Transistor 18b angelegt wird, ist es möglich, den ansteigenden und abfallenden Zeitverlauf des Spulenstroms zu steuern.

Wird eine Unterbrechungssteuerung (chopping) ent sprechend dem vom Komparator 7a bereitgestellten Binärsignal S71 durchgeführt, dann führt dies im Ergebnis zu einer vergrößerten Stärke der Änderung im Strom gemäß Fig. 23c, wenn die Abfallrate des Spulenstroms relativ schnell ist, und zu einer verminderten Stärke der Änderung im Strom gemäß Fig. 24c, falls die Abfallrate des Stroms relativ langsam ist. Durch Vermindern der Stärke der Änderung des Stroms können mechanische Schwingungen und akustische Störgeräusche, die während der Drehung des geschalteten Reluktanzmotors 1 auftreten, erheblich vermindert werden.

Eine niedrige Abfallrate des Stroms kann jedoch eine Nachführverzögerung des Stroms bezüglich eines Sollwerts verursachen, wenn ein Sollwert (Bezugspegel) der Unterbrechungssteuerung geändert wird. Es ist erforderlich, den in Verbindung mit dem Motor benutzten Strompegel zu ändern, wenn das Antriebsdrehmoment oder das Solldrehmoment einer Änderung unterliegen. Bei dem Betrieb des geschalteten Reluktanzmotors 1 ist es daher im einzelnen erforderlich, die Erregung/Aberregung jeder Spule in Abhängigkeit von der Position der Pole auf dem Rotor (Winkelposition) zu schalten, so daß bei Auftreten einer Nachführverzögerung des Stroms bezüglich des Sollwerts eine Verminderung des Drehmoments erheblich sein wird, insbesondere dann, wenn der Motor mit hoher Drehzahl betrieben wird.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Schaltverhältnis (der Einschaltfaktor) des Signals S10 automatisch auf der Basis der Anzahl der Umdrehungen (in 1/min) und dem erforderlichen Antriebsdrehmoment oder dem Solldrehmoment des Motors angepaßt. Ist folglich die Drehzahl hoch oder wird ein vergrößertes Antriebs drehmoment gefordert, dann wird die Anstiegsrate der Erregung beschleunigt, wodurch eine Nachführverzögerung des Stroms bezüglich einer Änderung im Sollwert verhindert wird. Ist andererseits die Anzahl der Umdrehungen niedrig oder ist ein vergrößertes Antriebsdrehmoment nicht erforderlich, dann ist die Anstiegs- oder Abfallrate des Spulenstroms niedrig, so daß die Erzeugung mechanischer Schwingungen und akustischer Störgeräusche unterdrückt wird. Da es schwierig ist, eine genaue Anpassung (Feineinstellung) des Zeitverlaufs des Strombezugspegels Vr2 in einem verminderten Zeitintervall durchzuführen, ist es eine einfache Maßnahme, das Schaltverhältnis des Signals S10 anzupassen.

Der Transistor 18a wird normalerweise in kurzen Perioden in Abhängigkeit vom Ergebnis eines Vergleichs durch den Komparator 7a wiederholt ein- und ausgeschaltet. Wird hingegen das vom Komparator 7a bereitgestellte Signal S71 direkt dem Transistor 18a zugeführt, dann wird das Ein-/ Ausschaltintervall des Transistors 18a durch die Kennlinie der Erregungsschaltung einschließlich des Transistors 18a, der Impedanz der Spule 1a oder dergleichen bestimmt bzw. gesteuert, wodurch das Umschalten des Transistors einem Einfluß durch Umgebungsänderungen wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit unterliegt. Unter bestimmten Umständen kann daher die Ein-/Ausschaltfrequenz des Transistors 18a eine unnormale Höhe erreichen. Steigt die Frequenz zum Ein- und Ausschalten der Erregung an, dann entstehen im Transistor 18a vergrößerte Verluste in Verbindung mit einer größeren Wärme. Ist im Gegensatz dazu die Frequenz zum Ein- und Ausschalten der Erregung niedriger als eine obere Grenze der hörbaren Frequenzen für einen Menschen, dann sind mechanische Schwingungen infolge des Schaltens des Stroms als Störgeräusche hörbar. Es ist daher wünschenswert, die Ein- und Ausschaltfrequenz des Transistors 18a derart zu steuern, daß sie geringfügig größer als die obere Grenze der hörbaren Frequenzen für einen Menschen ist (beispielsweise 15 kHz).

Zur Steuerung der Ein- und Ausschaltfrequenz des Transistors 18a wurde die Steuerung gemäß Fig. 11a entwickelt, bevor ein Model (in natürlicher Größe) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstellt wurde. Gemäß diesen Figuren wird ein Synchronisationssignal mit einer festen Periode verwendet zur Bestimmung der Zeitpunkte t1, t2, t3, . . ., und es wird ein Signal S81x, das an den Transistor 18a angelegt wird, jedesmal dann ausgeschaltet, wenn die Ungleichung Vr2 < Vs6 gilt. Liegt die Bedingung Vr2 < Vs6 zu jedem Zeitpunkt t1, t2, t3, . . . vor, dann wird das Signal S81x eingeschaltet.

Bei Vorliegen der Beziehung Vr2 < Vs6 wird das Signal S81x im ausgeschalteten Zustand gehalten. Bei dieser Steuerung (die zum Zwecke des Vergleichs verwendet wird) wird das Signal S81x im ausgeschalteten Zustand erhalten, wenn die Ungleichung Vr2 < Vs6 unmittelbar vor dem Zeitpunkt t4 des Synchronisationssignals vorliegt, da die Ungleichung Vr2 < Vs6 für den Zeitpunkt t4 gilt, mit der Konsequenz, daß das Signal S81x im ausgeschalteten oder eingeschalteten Zustand für eine verlängerte Zeitdauer erhalten wird, ohne daß ein Schalten dazwischen erfolgt. Dies führte zu einer Verminderung der Ein- und Ausschaltfrequenz des Transistors 18a, die niedriger als die obere Frequenz der hörbaren Frequenzen für einen Menschen wurde.

Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine verbesserte Zeitsteuerungsschaltung 17c verwendet zur Bewirkung einer Steuerung wie sie in Fig. 11b dargestellt ist.

Im einzelnen wird ein Synchronisationssignal mit einer festen Periode zur Bestimmung der Zeitpunkte t1, t2, t3, verwendet. Ein Signal FE wird auf einen hohen Pegel H geschaltet (Sperren von "EIN"), wenn die Ungleichung Vs6 < Vr2 gilt, und wird auf einen niedrigen Pegel L (Freigabe von "EIN") bei jedem Zeitpunkt t1, t2, t3, des Synchronisationssignals geschaltet. Das Erfordernis zum Ausschalten des Signals S81 ist das Vorliegen der Ungleichung Vs6 < Vr2, und das Erfordernis zum Einschalten des Signals S81 besteht darin, daß das Signal FE "EIN" eine Freigabe bewirkt und die Ungleichung Vs6 Vr2 gilt. Gilt bei einer derartigen Steuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel Vr2 < Vs6 unmittelbar vor dem Zeitpunkt t4 des Synchronisationssignals und gilt Vr2 < Vs6 unmittelbar danach oder zum Zeitpunkt t4 des Synchronisationssignals, dann wird das Signal S81 eingeschaltet, falls gilt Vs6 < Vr2, nachdem das Signal FE zur Freigabe von "EIN" geschaltet wurde. Somit die Ein- und Ausschaltzeitdauer (Periode) des Signals S81 im wesentlichen gleich der Periode des Synchronisations signals oder der Bezugsunterbrechungsperiode, wodurch jegliche erhebliche Änderung in der Frequenz verhindert wird. Durch Auswählen der Frequenz des Synchronisationssignals auf einen Wert geringfügig höher als die obere Grenze der hörbaren Frequenzen für einen Menschen kann in entsprechender Weise die Erzeugung von Geräuschen mit hörbaren Frequenzen verhindert werden, wobei auch das Auftreten einer erheblichen Wärme verhindert wird.

Die Anordnung der Zeitsteuerungsschaltung 17c ist im einzelnen in Fig. 3 gezeigt, und Zeitverläufe verschiedener Signale dieser Schaltung sind in Fig. 10 gezeigt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt ein Synchronisationssignal CLK15K ein Pulssignal mit einer Frequenz von 15 kHz. Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung umfaßt Torschaltungen 171, 174, 177, 178 und 179, D-Flip-Flops 172, 173, 176 und 180, sowie einen Inverter 175. Gemäß Fig. 10 wird das Signal FE auf "Sperren von "EIN" geschaltet, wann immer das Eingangssignal S71 die. Bedingung Vs6 < Vr2 erfüllt, und wird auf "Freigabe von "EIN" zum Zeitpunkt der Anstiegsflanke des Synchronisationssignals CLK15K von 15 kHz geschaltet. Das Signal S81 wird ausgeschaltet, wenn das Eingangssignal S71 die Bedingung Vs6 < Vr2 erfüllt, und wird eingeschaltet, nachdem das "Sperren von "EIN" des Signals FE beendet ist und wenn das Eingangssignal S71 die Bedingung Vs6 < Vr2 erfüllt. Unter Verwendung der Zeitsteuerungsschaltung 17c wird ein Leitungsbefehls signal S81 mit einer Periode gleich oder kleiner als der vorgegebene Wert gemäß Fig. 11b an die erste Phasenansteuerung 18 angelegt.

Für eine Beschleunigung der Drehzahl des geschalteten Reluktanzmotors 1 zur genauen Nachführung an eine Soll- Beschleunigung ist es wünschenswert, eine Rückkopplungs regelung der Beschleunigung vorzusehen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der dem geschalteten Reluktanzmotor 1 zugeführte Stromwert gesteuert durch Steuerung des Strombezugswerts Vr2, der dem Komparator 7a zugeführt wird. Um jedoch eine Steuerung eines Schwachstromverlaufs zu ermöglichen, wird ein Stromwert (Bezugspegel Vr2) entsprechend einem kleinen Winkel oder einem inkrementalen Drehwinkel (von 0.7°, d. h. das zweifache der Einheit von 0.35° der erfaßten Winkeldaten) des geschalteten Reluktanzmotors 1 bestimmt. Wird somit die Erregung des geschalteten Reluktanzmotors 1 entsprechend einer Änderung der Drehzahl (1/min) oder dem erforderlichen Drehmoment (dem Solldrehmoment) angepaßt, dann ist es erforderlich, Stromwerte für alle Winkel für jede Phasenspule zu berechnen, wobei diese Werte in einem Speicher erneuert werden müssen. Eine Erneuerung von gesteuerten Variablen ist jedoch sehr zeitaufwendig und verlangsamt das Ansprechen des Steuerungssystems. Ist eine rückgekoppelte Steuerung (Regelung) für die Beschleunigung im Rahmen des Steuerungssystems vorgesehen, das eine derartige Anzahl von Stromwerten (insbesondere bei der Stromverlaufs- Erzeugungsschaltung 15) anpaßt, dann kann eine schnelle Reaktion (Systemantwort) bezüglich jeglicher Änderungen in der Beschleunigung nicht erwartet werden.

Folglich wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine getrennte Beschleunigungsregelung (Fig. 16) vorgesehen, die unabhängig von einem Stromverlaufs- Erzeugungssystem ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ein Beschleunigungskompensationswert durch die Beschleunigungsregelung (Fig. 16) zu dem Ausgangssignal S4 der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 in dem Summierer 16 hinzugefügt. Da die Beschleunigungsregelung (Fig. 16) auf der Basis zeitlicher Interrupts (Fig. 15) durchgeführt wird, ermöglicht die Beschleunigungsregelung eine schnelle Antwort.

Zusätzlich zum Beschleunigungskompensationswert wird ebenfalls ein Schwingungskompensationswert in dem Summierer 16 zu dem Ausgangssignal S4 der Stromverlaufs- Erzeugungsschaltung 15 hinzugefügt. Der Schwingungs kompensationswert dient zur Unterdrückung einer kleinen Schwingung des Rotors des geschalteten Reluktanzmotors 1 in Umfangsrichtung oder in der Drehrichtung. In einem von den Erfindern durchgeführten Experiment wurde bestätigt, daß beim Antrieb des Rotors des geschalteten Reluktanzmotors 1 in einer vorbestimmten Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn, der Rotor kurzzeitig schwingt, wobei unter mikroskopischer Betrachtung eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn vorliegt. Wird eine derartige Schwingung infolge einer umgekehrten Drehung unterdrückt, dann kann der geschaltete Reluktanzmotor 1 in sanfter Weise betrieben werden und der Pegel akustischer Störgeräusche kann in verläßlicher Weise vermindert werden.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine entgegengesetzte Drehung, die während der Zeit des Rotorbetriebs auftritt, ermittelt und ein Schwingungs kompensationswert gebildet (Fig. 15), der dazu dient, die entgegengesetzte Drehung zu unterdrücken und der dem Summierer 16 zugeführt wird zur Kompensation des resultierenden Stromwerts. Eine Steuerung (Fig. 15), die einen derartigen Schwingungskompensationswert bildete ist ebenfalls getrennt von der Erzeugung des Stromverlaufs vorgesehen, wodurch eine Nachführungsfähigkeit bezüglich einer schnellen Änderung (Schwingung) gewährleistet ist. Insbesondere wird die in Fig. 7a gezeigte Richtungserfassungsschaltung 5 verwendet zur Erfassung der Drehrichtung CW/CCW (clockwise, im Uhrzeigersinn/ counter-clockwise, im Gegenuhrzeigersinn) des Rotors des geschalteten Reluktanzmotors 1, wobei auf die letzten zwei wesentlichen Bits eines vom Winkelsensor 1d zugeführten Signals zurückgegriffen wird. Gemäß Fig. 7a umfaßt die Richtungserfassungsschaltung 5 D-Flip-Flops 51, 52 und 58 sowie Torschaltungen 53, 54, 55, 56 und 57. Die Zeitverläufe verschiedener Signale, wie sie in der Richtungserfassungsschaltung 5 auftreten, sind in den Fig. 7b und 8 gezeigt. Ein Signal CLOCK wird jedem Flip- Flop 51, 52 und 58 zugeführt. Ein Signal entspricht dem niedrigstwertigen Bit 2 × 1 von elf Bits, als erfaßte Winkeldaten, die vom Winkelsensor 1d zugeführt werden, und ein Signal entspricht dem niedrigstwertigen Bit 2 × 0. Das Signal ändert sich von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel oder in umgekehrter Weise für jede Drehung des Rotors um 0.35°. Das Signal wird zwischen einem hohen und einem niedrigen Pegel in Synchronismus mit dem Signal für jede Drehung des Rotors um 0.7° geschaltet. Die Phase des Signals relativ zu derjenigen des Signals unterscheidet sich um 180° im elektrischen Winkel des Signals zwischen einer Drehung des Rotors im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Richtungserfassungsschaltung 5 bestimmt, ob die Phase des Signals relativ zum Signal entweder eine Drehung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn kennzeichnet. Eine Verzögerung in Verbindung mit dieser Bestimmung ist kleiner als die halbe Periode (0.35°) des Signals , so daß die Richtungserfassungsschaltung 5 die Drehrichtung des Rotors während der Drehung desselben entsprechend einem Winkel in der Größenordnung von 0.35° ermittelt.

Eine durch die in den Fig. 1a und 1b gezeigte Zentraleinheit CPU 11 durchgeführte Steuerung ist schematisch in Fig. 14 dargestellt. Wird die Leistungsversorgung eingeschaltet, dann führt die Zentraleinheit CPU 11 eine Initialisierung in Schritt 61 durch. Hierbei werden interne Speicher innerhalb der Zentraleinheit CPU 11 initialisiert, interne Zeitgeber und Interruptbetriebsarten werden eingestellt und es wird eine Systemüberprüfung durchgeführt. Werden keine Abnormalitäten ermittelt, dann geht der Steuerungsablauf zum nächsten Schritt über.

In Schritt 62 wird der Zustand der von dem Schalthebel, dem Bremsschalter, dem Beschleunigungsschalter und dem Beschleunigungsöffnungssensor zugeführten Signale eingelesen. Wird bezüglich des Zustands eine beliebige Änderung in Schritt 62 erfaßt, dann geht der Ablauf zu Schritt 64 über. Andernfalls erfolgt ein Übergang des Steuerungsablaufs zu Schritt 65.

In Schritt 64 wird ein Sollwert des Antriebsdrehmoments, d. h. ein Soll-Drehmoment, ein Sollwert der Beschleunigung, d. h. eine Soll-Beschleunigung, für den geschalteten Reluktanzmotor 1 auf der Basis der in Schritt 62 ermittelten Vielzahl von Zuständen bestimmt. Hat beispielsweise der Beschleunigungsöffnungssensor eine vergrößerte Beschleunigungsöffnung ermittelt, dann werden ein Sollwert des Antriebsdrehmoments und ein Sollwert der Beschleunigung vergrößert. Ebenfalls wird hierbei eine Drehmomentänderungsmarke zur Anzeige, daß eine Änderung im Solldrehmoment vorgenommen wurde, gesetzt.

In Schritt 65 wird die ermittelte oder gegenwärtige Drehzahl des geschalteten Reluktanzmotors 1 als Eingabe zugeführt. Dabei ist zu beachten, daß die Drehzahl mittels eines Interruptablaufs ermittelt wird, der nachstehend noch beschrieben wird. Liegt eine Änderung in der Drehzahl des geschaltetes Reluktanzmotors 1 vor, dann geht der Ablauf von Schritt 66 zu Schritt 68 über. Tritt demgegenüber keine Änderung in der Drehzahl auf, dann geht der Steuerungsablauf zu Schritt 67 über, in welchem der Zustand der Drehmomentänderungsmarke überprüft wird. Ist die Marke gesetzt, dann zeigt dies an, daß eine Änderung im Soll-Drehmoment aufgetreten ist, und der Steuerungsablauf geht zu Schritt 68 über. Liegt keine Änderung im Drehmoment vor, dann kehrt der Steuerungs ablauf zu Schritt 62 zurück.

In Schritt 68 wird auf einen PWM-Kennfeldspeicher 13b (Pulsweitenmodulation-Kennfeldspeicher) zum Lesen von Daten zugegriffen, und es wird das Schaltverhältnis des Pulssignals (PWM-Signal) S10 in Abhängigkeit von den gelesenen Daten verändert. Das Pulssignal S10 wird normalerweise während der Zeit des Betriebs des geschalteten Reluktanzmotors 1 (während der Ansteuerung des Motors) bereitgestellt und umfaßt eine feste Periode entsprechend einer Frequenz von 15 kHz, wobei jedoch das Schaltverhältnis des Pulssignals in Abhängigkeit von den vorherrschenden Bedingungen veränderbar ist. Somit stellt der PWM-Kennfeldspeicher 13b einen Festwertspeicher (Nur- Lese-Speicher) dar mit einer Vielzahl von darin gespeicherten Daten. Verschiedene Gruppen von in dem PWM- Kennfeldspeicher 13b gespeicherten Daten sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben.

Der PWM-Kennfeldspeicher 13b (Tabelle 1) umfaßt eine Vielzahl von einzelnen Datenelementen Pnm, wobei n eine Spaltennummer entsprechend dem Drehmoment, und m eine Zeilennummer entsprechend der Anzahl der Umdrehungen (Drehzahl) darstellt. Beispielsweise zeigt das Daten element P34 Werte zur Angabe eines Schaltverhältnisses von 95%. Beträgt somit das Drehmoment 20 N · m und die Drehzahl 500 l/min, dann greift die Zentraleinheit CPU 11 auf das Datenelement (Datenwort) P34 zu und erneuert (überschreibt) das Schaltverhältnis, so daß das Einschaltintervall des Signals S10 gleich 95% ist. Dies führt zu einem Signalverlauf des Pulssignals, wie er in Fig. 13 in Verbindung mit dem Signals S10 gezeigt ist.

Tabelle 1

PWM-Kennfeld (Pulsweitenmodulation)

Gemäß Fig. 14 werden in Schritt 96 Daten vom Stromkennfeldspeicher 13a und dem Signalverlaufs- Kennfeldspeicher 13c gelesen. Im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind der Stromkennfeldspeicher 13a und der Signalverlaufs-Kennfeldspeicher 13c Festwert speicher, in denen eine Vielzahl von Daten gespeichert sind. Verschiedene Datengruppen, wie sie in dem Stromkennfeldspeicher 13a gespeichert sind, sind in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben, und verschiedene Datengruppen, wie sie in dem Signalverlaufs- Kennfeldspeicher 13c angegeben sind, sind in der nachfolgenden Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 2

Stromkennfeld

Der Stromkennfeldspeicher 13a (Tabelle 2) umfaßt eine Vielzahl von Datenelementen Cnm, wobei n eine Spaltennummer entsprechend der Drehzahl angibt. Ein Datenelement Cnm umfaßt einen Erregungseinschaltwinkel, einen Erregungsausschaltwinkel, eine Stromobergrenze und eine Signalverlaufs-Musternummer. Beispielsweise umfaßt das Datenelement C34 für ein Drehmoment von 20 N · m und eine Drehzahl von 500 1/min die Angaben 25°, 35°, 200 A und als Signalverlaufs-Musternummer Nr. 1. Dieses Daten element C34 kennzeichnet eine Erregungsinformation im Bereich von Drehpositionen von 0° bis 45° Insbesondere fließt gemäß Fig. 22 in einem Bereich von 25° bis 35° ein Strom mit einer vorbestimmten Signalverlaufs-Musternummer 3 und mit einer Obergrenze für den Strom von 200 A, wobei die Stromzufuhr im Bereich von 0° bis 25° und von 35° bis 45° unterbrochen ist. Gemäß Schritt 69 wird ein Datenelement Cnm eingelesen, das in Abhängigkeit von dem vorherrschenden Drehmoment und der Drehzahl ausgewählt wird.

Tabelle 3

Zeitverlaufs-Kennfeld

Ein Satz von Signalverlaufsdaten entsprechend der Nummer des Signalverlaufsmusters, wie es im Datenelement Cnm enthalten ist, wird aus dem Signalverlaufs- Kennfeldspeicher 13c (Tabelle 3) ausgelesen. Ist beispielsweise die Nummer des Signalverlaufsmusters 3, dann wird eine Reihe von Signalsverlaufsdaten einschließlich 0, 12, 26, 40, . . . entsprechend der Spalte der Signalverlaufsmuster Nr. 3 in der Tabelle 3 eingegeben. Ein Signalverlauf für den Strombezugswert, der tatsächlich durch die Spule in Abhängigkeit von derartigen Signalverlaufsdaten fließt, wird gemäß der Darstellung in den Fig. 21a bis 21c bestimmt. Ist die Nummer des Signalverlaufsmusters 1, dann wird ein Signalverlauf verwendet, wie er in Fig. 21a gezeigt ist. Eine Signalverlaufsmusternummer 2 führt zu einem Signalverlauf, wie er in Fig. 21b gezeigt ist. Auf diese Weise findet eine Feinanpassung des Strombezugswerts für jeden Winkel schritt des Rotors des geschalteten Reluktanzmotors 1 statt.

In Schritt 70 werden Daten für ein Erregungsmuster auf der Basis des Datenelements Cnm und der in Schritt 69 eingegebenen Signalverlaufsdaten gebildet. Im einzelnen wird dabei eine Vielzahl von Strombezugswerten und zugehörigen Daten (die nachstehend noch im einzelnen beschrieben werden) entsprechend jedem Winkelschritt des Rotors des geschalteten Reluktanzmotors 1 gebildet. Die Daten für die Erregungsmuster werden in einen Speicher (bidirektionaler Schreib-/Lesespeicher RAM 49 gemäß Fig. 4b), der innerhalb der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 vorgesehen ist, eingeschrieben. Wie es nachstehend noch beschrieben wird, bildet die Schaltung 25 automatisch Daten für die Phasen 1 bis 3 auf der Basis der Daten für eine Phase, die als Bezugsphase ausgewählt und verwendet wird. In Schritt 70 wird ein entsprechendes Erregungsmuster für eine spezielle Phase gebildet und wird in den in der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 enthaltenen bidirektionalen Schreib-/Lesespeicher RAM 49 eingeschrieben.

Die Zentraleinheit CPU 11 wiederholt die Verarbeitung der Schritte 62 bis 70. Verbleiben die Drehzahl und das Drehmoment des geschalteten Reluktanzmotors 1, die jeweils ermittelt werden, auf konstanten Werten, dann erfolgt eine Verarbeitungsschleife mit den Schritten 66-67-62, wobei jedoch der Verarbeitungsablauf die Durchführung der Schritte 68-69-70 aufnimmt, wenn eine Veränderung in der Drehzahl und dem Drehmoment ermittelt wird, wodurch das in der Stromverlaufs-Erzeugungs schaltung 15 gebildete Erregungsmuster erneuert wird.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung umfaßt der Stromkennfeldspeicher 13a (Tabelle 2) eine Vielzahl von Datenelementen (Datenwörter) Cnm. Dabei beinhaltet ein Datenelement Cnm einen Erregungseinschaltwinkel, einen Erregungsausschaltwinkel, eine Stromobergrenze und eine Signalverlaufsmusternummer. Während der in Fig. 22 als "Einschaltwinkel" (EIN-Winkel) bezeichnete Erregungs einschaltwinkel (Startzeit) konstant ist und keine Beziehung zu dem Soll-Drehmoment und der Drehzahl des geschalteten Reluktanzmotors 1 aufweist, wird der Erregungsausschaltwinkel in Fig. 22 als "Ausschaltwinkel" (AUS-Winkel) bezeichnet und bezüglich des Standard erregungsausschaltwinkels voreilend eingestellt. Die Voreilung entspricht dem Soll-Drehmoment und der Drehzahl, wie sie in Fig. 19 für ein Beispiel dargestellt ist, wobei der Voreilwert als "Winkelkorrektur" (elektrischer Winkel) bezeichnet und auf der Ordinatenachse angegeben ist.

Ein jeweiliger Erregungsausschaltwinkel, der einer speziellen Drehzahl und einem speziellen Soll-Drehmoment zugeordnet ist, wird durch Subtraktion eines Voreilungswerts entsprechend der speziellen Drehzahl und dem speziellen Soll-Drehmoment vom Standarderregungs ausschaltwinkel berechnet, worauf der Erregungs ausschaltwinkel in den Stromkennlinienspeicher 13a unter einer Adresse eingeschrieben wird, die durch die spezielle Drehzahl und das spezielle Soll-Drehmoment bestimmt ist.

Ein Steuerungsablauf zur Bestimmung des Voreilwerts gemäß Fig. 19 wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird ein Bereich der Drehzahl bestimmt, in welchem eine Vergrößerung der Welligkeit des Motordrehmoments infolge der Voreilung des Erregungsausschaltwinkels auftritt. Eine maximale Drehzahl des Bereichs wird als Schwellendrehzahl Rbase bezeichnet. Sodann werden ein Maximum A einer erlaubten Voreilung des Erregungs ausschaltwinkels bei der Schwellendrehzahl Rbase, wenn das Motordrehmoment ein Minimum annimmt, ein Maximum B der erlaubten Voreilung des Erregungsausschaltwinkels bei der größten Drehzahl Rmax, wenn das Motordrehmoment ein Minimum annimmt, und ein Maximum C der erlaubten Voreilung des Erregungsausschaltwinkels beim größten Motordrehmoment Tmax und der Drehzahl Rt, die eine obere Schwelle zur Erzielung des größten Drehmoments Tmax bildet, bestimmt. Die Maxima A bis C sind beispielhaft in den Fig. 19 und 28 punktiert dargestellt.

Eine Proportionalkonstante Kr zur Bestimmung einer Voreilungsvergrößerung entsprechend einer Vergrößerung der Drehzahl wird gemäß der nachfolgenden Gleichung berechnet:

Kr = (A-C)/(Rmax-Rbase)

Ein Voreilungswert B′ bei der Schwellengeschwindigkeit Rbase und bei dem Maximum Tmax des Motordrehmoments wird wie folgt berechnet:

Kt = (A-B′)/Tmax

Sodann wird eine Proportionalkonstante zur Bestimmung einer Voreilungsverminderung entsprechend einer Vergrößerung des Soll-Drehmoments wie folgt berechnet:

Kt = (A-B′)/Tmax

Ein Voreilungswert (Winkelkorrektur gemäß Fig. 19) entsprechend dem jeweiligen Soll-Drehmoment T (N · m) und der Drehzahl N (1/min), die die Schwellendrehzahl Rbase überschreitet, wird gemäß der nachfolgenden Interpolation berechnet:

Voreilungswert = A - [(N/Rbase) × Kr] - (TxKt)

Im Drehzahlbereich kleiner oder gleich der Schwellen drehzahl Rbase wird ein entsprechender Voreilungswert gemäß der nachfolgenden linearen Interpolation berechnet:

Voreilungswert = (A/Rbase) × N) - (TxKt)

Die Winkelkorrektur (elektrischer Winkel) gemäß Fig. 19 stellt den vorstehend berechneten Voreilungswert dar. In diesem Fall liegen als vorstehend angegebene Daten die folgenden Daten vor:

A = 96° (elektrischer Winkel),
B = 20° (elektrischer Winkel),
C = 16° (elektrischer Winkel),
Rbase, Rt = 2600 (l/min),
Rmax = 9000 (1/min), und
Tmax = 165 (N · m).

Da der Voreilungswert im Bereich der Drehzahl N, die die Schwellendrehzahl Rbase überschreitet, durch A - [(N/Rbase) × Kr] - (TxKt) berechnet wird, vermindert sich der Voreilungswert in Abhängigkeit von einer Vergrößerung der Drehzahl N und ebenfalls mit einer Vergrößerung des Soll- Drehmoments T. Ist der Voreilungswert im Bereich der Drehzahl N kleiner oder gleich der Schwellendrehzahl Rbase, dann wird der Voreilungswert vermindert in Abhängigkeit von einer Verminderung der Drehzahl N und ebenso von einer Vergrößerung des Soll-Drehmoments T gemäß der Berechnung (A/Rbase) × N) - (TxKt).

Der Voreilungswert ist somit ein Maximum A bei der Schwellendrehzahl Rbase. Dies verhindert die Erzeugung akustischer Störgeräusche mit großem Pegel, insbesondere um die Schwellendrehzahl Rbase. Wird ein großer Pegel von akustischen Störgeräuschen mit einer Drehzahl von 1000 1/min mit dem Standarderregungsausschaltwinkel gebildet, dann wird die Erzeugung der akustischen Störgeräusche durch Bestimmen der Schwellendrehzahl Rbase als 1000 1/min verhindert. Während Rbase = 1000 1/min zur Verhinderung des Erzeugens der akustischen Störgeräusche bei 1000 1/min vorzugsweise verwendet wird, ist dies jedoch nicht kritisch. Ist der durch die Beziehung A - [(N/Rbase) × Kr] - (TxKt) berechnete Voreilungswert bei 1000 1/min ausreichend zur Verhinderung des Erzeugens der Geräusche, dann kann die Schwellendrehzahl Rbase zu 1000 1/min unterschiedlich sein.

Der Voreilungswert um die Schwellendrehzahl Rbase ist groß, was bedeutet, daß das Erregungsintervall der Spulen kurz ist, und daß das Motordrehmoment proportional zum Voreilungswert absinkt. Gemäß der in Fig. 28 gezeigten, strichpunktierten Linie vermindert sich das Motor drehmoment in Abhängigkeit mit einer Vergrößerung der Motordrehzahl. Der Voreilungswert sinkt in Abhängigkeit mit der Vergrößerung der Motordrehzahl ab. Dieses Absinken des Voreilungswerts vermindert ein zusätzliches Absinken des Motordrehmoments in einem Hochdrehzahl bereich.

Der Voreilungswert sinkt ab in Abhängigkeit von der Verminderung der Motordrehzahl in einem niedrigen Drehzahlbereich. Dies verhindert eine Drehmoment welligkeit, die durch Verkürzen des Erregungsintervalls in niedrigen Geschwindigkeitsbereichen entstehen kann. Ferner wird der obere Grenzwert (der größte Pegel des Stromverlaufs gemäß den Fig. 21a bis 21c) des Stroms in Abhängigkeit von der Vergrößerung der Drehzahl in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich zur Kompensation einer Drehmomentverminderung infolge der Vergrößerung des Voreilungswerts vergrößert. Beispielsweise ist ein Datenelement C35 im Stromkennfeldspeicher 13a (Tabelle 2) einer Drehzahl von 600 1/min zugeordnet und umfaßt einen oberen Stromgrenzwert, der größer ist als der im Datenelement C32 erhaltene Stromwert, da es einer niedrigeren Drehzahl von 300 1/min zugeordnet ist. Die Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 begrenzt das Strom sollwertsignal S4 zum Summierer 16 auf Werte innerhalb des oberen Stromgrenzwerts. Somit kann bei der Drehzahl von 600 1/min ein höherer Strompegel zugeführt werden im Vergleich zur Drehzahl 300 1/min.

Gemäß einer erneuten Bezugnahme auf Fig. 14 wird nach Vollendung einer Initialisierung, die in Schritt 61 durchgeführt wird, ein Zeitgeberinterrupt in der Zentraleinheit CPU 11 alle vier msec auftreten. Ist ein Zeitgeberinterrupt aufgetreten, dann führt die Zentraleinheit CPU 11 den Steuerungsablauf von Fig. 15 durch.

Gemäß Fig. 15 bezieht sich die Zentraleinheit CPU 11 in Schritt 71 auf einen Zählwert in einem Zähler TM24 zur Feststellung, ob eine bestimmte Zeitdauer vorliegt, die als Zeitdauer von vierundzwanzig msec gewählt ist. Der Steuerungsablauf geht sodann von Schritt 71 zu einem Schritt 91 (Fig. 16) mit einer Rate von einem Durchlauf alle vierundzwanzig msec. Liegt die gewählte Zeitdauer nicht vor, dann geht der Steuerungsablauf von Schritt 71 zu Schritt 72 über. In Schritt 72 erfolgt ein Bezug auf einen Zählwert eines Zählers TM8, wobei überprüft wird, ob die gewählte Periode von acht msec aufgetreten ist. In diesem Fall geht der Steuerungsablauf von Schritt 71 zu Schritt 83 mit einer Rate von einem Durchlauf alle acht msec über, und in anderen Fällen geht der Steuerungsablauf über von Schritt 72 zu Schritt 73.

In Schritt 83, der mit einer Rate von einem Durchlauf alle acht msec durchgeführt wird, wird der Zustand des Schalthebels, des Bremsschalters, des Beschleunigungs schalters und des Beschleunigungsöffnungssensors über die Eingabeschnittstelle 12 (Fig. 1b) eingelesen, und die Ergebnisse werden in einem internen Speicher gespeichert. Ferner wird ebenfalls die Drehzahl des geschalteten Reluktanzmotors 1 berechnet. Im vorliegenden Ausführungs beispiel stellt der Winkelsensor 1d, der mit der Drehwelle des geschalteten Reluktanzmotors 1 verbunden ist, ein Pulssignal mit einer Periode bereit, die mit der Drehzahl der Drehwelle veränderlich ist. Somit bestimmt die Zentraleinheit CPU 11 eine Periode, innerhalb der sich die mittels des Winkelsensors 1d bestimmten Winkel RZ0 bis RZ10 verändern, wobei auf der Basis dieser Periode die Drehzahl (Drehgeschwindigkeit) des geschalteten Reluktanzmotors 1 berechnet wird. Sodann berechnet die Zentraleinheit CPU 11 die Beschleunigung des geschalteten Reluktanzmotors 1 in Verbindung mit der berechneten Drehzahl und einer vorhergehenden Drehzahl, die zuvor während eines Zyklusses (acht msec) berechnet wurde. In einem internen Speicher werden die Daten zur Angabe der Drehzahl und der Beschleunigung gespeichert. In Schritt 83 wird der Zähler TM8 gelöscht bzw. zurückgesetzt.

In Schritt 73 wird überprüft, ob der geschaltete Reluktanzmotor 1 angesteuert und betrieben wird. Wird der Motor angesteuert, dann geht der Steuerungsablauf zu Schritt 74 über, und in anderen Fällen erfolgt ein Übergang zu Schritt 80. In Schritt 74 wird überprüft, ob die gegenwärtige Drehrichtung (die Richtung, in der der Rotor angetrieben werden soll) die Richtung im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn ist. In einem nachfolgenden Schritt 75 wird überprüft, ob ein Richtungserfassungssignal (13) der Richtungserfassungs schaltung 5, oder die gegenwärtige, tatsächliche Drehrichtung des Rotors der Drehung im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn entspricht.

In Schritt 76 wird überprüft, ob die Drehrichtung, in der der Rotor gemäß der Bestimmung in Schritt 74 angesteuert werden soll, mit der tatsächlichen, in Schritt 75 bestimmten Drehrichtung übereinstimmt. Liegt die Übereinstimmung vor, dann geht der Steuerungsablauf zu Schritt 81 über, in welchem ein Schwingungs kompensationswert CP1 auf 0 gesetzt wird. Liegt keine Übereinstimmung vor, was anzeigt, daß eine entgegengesetzte Drehrichtung des Rotors als Ergebnis der Schwingung auftritt, dann geht der Steuerungsablauf zu Schritt 78 über, in welchem eine vorbestimmte Konstante als Schwingungskompensationswert CP1 gewählt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Konstante (der Stromwert), der als Schwingungskompensationswert CP1 in Schritt 78 ausgewählt wurde, als Wert von +30 [A] ausgewählt. Im nächsten Schritt 79 wird der entweder in Schritt 78 oder in Schritt 81 bestimmte Schwingungs kompensationswert CP1 bereitgestellt und wird dem Summierer 16 (Fig. 2) zugeführt. Dabei ist zu beachten, daß dieser Schwingungskompensationswert CP1 gemeinsam für die Steuerungssysteme der drei Phasen verwendet wird.

In Schritt 80 werden die Zähler TM24 und TM8 um eins hochgezählt. In Schritt 84 wird der Interruptzeitgeber erneut gestartet zur Freigabe eines nachfolgenden Interruptbetriebs.

Gemäß Fig. 16, die die Schritte 91 bis 101 zeigt, die mit einer Rate von vierundzwanzig msec für einen Durchlauf abgearbeitet werden, wird die in Schritt 83 berechnete Drehzahl mit einer ersten Schwelle von 500 1/min in Schritt 91 verglichen. Ist die Drehzahl gleich dieser ersten Schwelle oder wird sie überschritten, dann geht der Steuerungsablauf von Schritt 91 zu Schritt 94 über, und in anderen Fällen geht der Steuerungsablauf von Schritt 91 zu Schritt 92 über. In Schritt 94 wird ein Datenwort "1" einer Hochdrehzahlmarke zugeordnet, worauf der Steuerungsablauf zu Schritt 95 übergeht.

In Schritt 92 wird die in Schritt 83 berechnete Drehzahl mit einer zweiten Schwelle von 300 1/min verglichen. Ist die Drehzahl gleich der zweiten Schwelle oder kleiner, dann geht der Steuerungsablauf von Schritt 92 zu Schritt 96 über, und anderenfalls erfolgt ein Übergang des Steuerungsablaufs von. Schritt 92 zu Schritt 93. In Schritt 96 werden die Daten der Hochdrehzahlmarke gelöscht, worauf der Steuerungsablauf zu Schritt 97 übergeht. In Schritt 93 werden die Daten der Hochdrehzahlmarke überprüft, ob sie den Wert "1" haben. Ist die Antwort positiv, dann geht der Steuerungsablauf von Schritt 93 zu Schritt 95 über. Sind die Daten in der Hochdrehzahlmarke "0", dann erfolgt ein Übergang des Steuerungsablaufs von Schritt 93 zu Schritt 97. In Schritt 95 wird eine Beschleunigungskompensation, die einem Zuführen zu dem Addierer 16b im Summierer 16 zugeordnet ist, gelöscht (zu Null bestimmt). Es erfolgt sodann ein Übergang zu Schritt 100.

In Schritt 97 wird die in Schritt 83 berechnete Beschleunigung des Motors (tatsächliche Beschleunigung) mit der in Schritt 64 bestimmen Soll-Beschleunigung verglichen. Der Steuerungsablauf geht sodann zu Schritt 98 über, wenn die tatsächliche Beschleunigung kleiner oder gleich der Soll-Beschleunigung ist, die als "erster Zustand" in Fig. 25a angegeben ist. Überschreitet die tatsächliche Beschleunigung die Soll-Beschleunigung, wie es in Fig. 25a unter dem Begriff "zweiter Zustand" gezeigt ist, dann geht der Steuerungsablauf zu Schritt 99 über. Die konstante Soll-Beschleunigung gemäß Fig. 25a zeigt eine konstante Beschleunigung der Drehzahl an, die durch eine geneigte Linie in Fig. 25b dargestellt ist.

In Schritt 98 wird eine vorgegebene PID-Berechnung A (Proportional-Integral-Differential-Berechnung) zur Er zielung einer Beschleunigungskompensation durchgeführt, die für eine Zuführung zu dem Addierer 16b im Summierer 16 zugeordnet ist. Bei der Berechnung A wird zuerst eine Abweichung Ea der in Schritt 83 berechneten, tatsächlichen Beschleunigung Ad von der in Schritt 64 bestimmten Soll-Beschleunigung Aref berechnet. Sodann wird durch Berechnen eines Differentials dE und eines Integrals IE der Abweichung Ea ein Beschleunigungs kompensationswert CP2 gemäß der nachfolgenden Gleichung (1) berechnet.

In Schritt 99 wird eine vorgegebene PID-Berechnung B durchgeführt, die in gleicher Weise wie die Berechnung A in Schritt 98 erfolgt, wobei jedoch ein Beschleunigungskompensationswert CP2 gemäß der nachfolgenden Gleichung (2) berechnet wird.

CP2 = Kp1 · Ea + Kd1 · dE + Ki1 · IE (1)
Kp1, Kd1, Ki1 : Konstante

CP2 = Kp2 · Ea + Kd2 · dE + Ki2 · IE (2)
Kp2, Kd2, Ki2 : Konstante

Kp1 < Kp2, Kd1 < Kd2, Ki1 < Ki2

Die Auswahl der Gleichungen (1) oder (2) entspricht einer Auswahl oder Änderung der Verstärkungsfaktoren Kp1/Kp2, Kd1/Kd2 und Ki1/Ki2. Auch wenn die Abweichung Ea dieselbe ist, ist der Beschleunigungskompensationswert CP2 (absoluter Wert), der in Schritt 98 gemäß Gleichung (1) berechnet wurde, größer als der in Schritt 99 mittels Gleichung (2) berechnete Wert. Somit ist der Beschleunigungskompensationswert CP2, der ein Rück kopplungswert für eine Beschleunigungssteuerung des geschalteten Reluktanzmotors 1 bei dem "ersten Zustand" in Fig. 25a ist, größer als diejenige des "zweiten Zustands" in Fig. 25a. Diese Differenz ist in Fig. 26b gezeigt. Der durch das Signal S4b als Ausgangssignal des Summierers 16 in Fig. 2 dargestellte Strompegel unterliegt Änderungen gemäß der Darstellung in Fig. 26a.

Ist somit die tatsächliche Beschleunigung kleiner oder gleich der Soll-Beschleunigung ("erster Zustand"), dann wird die Kompensation des Stroms bei dem Summierer 16 zur Kompensation eines nicht ausreichenden Rotordrehmoments verstärkt zur Anpassung der tatsächlichen Beschleunigung an die Soll-Beschleunigung. Überschreitet die tatsächliche Beschleunigung die Soll-Beschleunigung ("zweiter Zustand"), dann wird die Kompensation des Stroms bei dem Summierer 16 abgeschwächt. Somit ist die Angleichung (Anpassung) der tatsächlichen Beschleunigung an die Soll-Beschleunigung verzögert. Diese Verzögerung verlangsamt jedoch nicht die Beschleunigung der Drehzahl, wie es in Fig. 25b gezeigt ist. Vielmehr trägt die Verzögerung zur Beschleunigung der Drehzahl bei, da die tatsächliche Beschleunigung die Soll-Beschleunigung bei dem "zweiten Zustand" überschreitet. Der durch tangentiale Schwingungen erzeugte Geräuschpegel des Rotors ist von einem Pegel einer Amplitude der Schwingung der Abweichung der tatsächlichen Beschleunigung von der Soll-Beschleunigung abhängig. Diese Abweichung ist bei dem "ersten Zustand" erheblich vermindert und bei dem "zweiten Zustand" relativ durch die Beschleunigungs regelung gemäß der vorstehenden Beschreibung vermindert.

Somit ist ein mittlerer Pegel der Amplitude der Schwingung der Abweichung ausreichend niedrig zur Verhinderung der Erzeugung der Störgeräusche.

In Schritt 100 wird die in den Schritten 95, 98 oder 99 bestimmte Beschleunigungskompensation dem Summierer 16 (gemäß Fig. 2) zugeführt. In Schritt 101 wird sodann der Zähler TM24 gelöscht.

Wie vorstehend beschrieben, wird in Schritt 95 die Beschleunigungskompensation gelöscht zur Aufhebung der vorstehend angegebenen Beschleunigungsregelung, falls die Drehzahl größer oder gleich 500 1/min ist, oder falls die Drehzahl den Wert 300 1/min überschreitet und die Hochdrehzahlmarke gleich "1" ist. Mit anderen Worten, die Beschleunigungsregelung ist dann wirksam, wenn die Drehzahl kleiner oder gleich 300 1/min ist, oder wenn die Hochdrehzahlmarke gleich "0" ist und die Drehzahl kleiner als 500 1/min ist. Die Hochdrehzahlmarke wird auf "1" eingestellt, wenn die Drehzahl größer als 500 1/min wird und wird so lange aufrechterhalten, bis die Drehzahl unter den Wert von 300 1/min fällt. Somit liegt für die Änderung der Daten der Hochdrehzahlmarke eine Hysterese bezüglich des Anstiegs oder Abfallens der Drehzahl vor. Die PID-Berechnungen A oder B werden in den Fällen nicht durchgeführt, in denen die Hochdrehzahlmarke gleich "1" ist (was bedeutet, daß die Drehzahl groß ist).

Die PID-Berechnungen sind sehr zeitaufwendig. Die Zentraleinheit CPU 11 muß einen Stromsollwert (Sollstrom) entsprechend einem kleinen Drehwinkel des Rotors bestimmen. Eine Zeitdauer (Zyklus) der Bestimmung wird in Abhängigkeit von einer schneller werdenden Drehung kürzer. Die Zentraleinheit CPU 11 ist somit zeitlich nicht mehr in der Lage, eine PID-Berechnung durchzuführen. Ein wesentlicher Zweck der Beschleunigungskompensation durch eine Rückkopplungs steuerung (Regelung) einschließlich der PID-Berechnung ist die Verhinderung des Erzeugens von Geräuschen. Die Geräusche werden ausschließlich in einem relativ niedrigen Drehzahlbereich erzeugt. Somit kann die Regelung der Beschleunigungskompensation in einem höheren Drehzahlbereich ausgesetzt werden. Durch das Aussetzen der Beschleunigungskompensation, wie es vorstehend (anhand der Schritte 91 bis 95 und 100 in Fig. 16) beschrieben ist, steht der Zentraleinheit CPU 11 ausreichend Zeit zur Bestimmung des Sollstroms für einen kleinen Drehwinkel des Rotors zur Verfügung.

In Fig. 9 ist ein Stromverlauf dargestellt, der sich ergibt aus dem Strombefehlswert S4, der von der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 zugeführt wird, und dem Strombefehlswert S4B, der mittels des Summierers 16 korrigiert wird, wobei CP1 einen Schwingungs kompensationswert und CP2 einen Drehzahlkompensationswert bezeichnen. Dabei ist zu beachten, daß der Schwingungskompensationswert CP1 und der Drehzahl kompensationswert CP2 gemeinsam für alle drei Phasen verwendet werden. Ist der Strombefehlswert S4 gleich 0, dann wird der korrigierte Strombefehlswert S4B ebenfalls zu 0 gemacht. Durch Summieren des Schwingungs kompensationswerts CP1 und des Strombefehlswerts S4 können Schwingungen des geschalteten Reluktanzmotors 1 unterdrückt werden, wodurch akustische Störgeräusche vermindert werden. Durch Summieren des Beschleunigungs kompensationswerts CP2 und des Strombefehlswerts S4 kann die Ansprechempfindlichkeit (Antwort) bei der Steuerung der Beschleunigung des geschalteten Reluktanzmotors 1 verbessert werden.

Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein geschalteter Dreiphasen-Reluktanzmotor betrieben wird, ist es erforderlich, Strombefehlswerte zu bilden, die jeweils den entsprechenden Phasenspulen der drei Phasen zugeführt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Optimierung des Erregungsverlaufs zur Anpassung des Strombefehlswerts für jede Rotation des Rotors über einen kleinen Winkel (0.35° oder ein Schritt) angestrebt, so daß es entsprechend sehr schwierig ist, einen Strombefehlswert S4 zu bilden. Da ferner der Strombefehlswert für jede Drehung des Rotors um einen Schritt geändert werden muß, ist es erforderlich, daß die Erneuerung des Strombefehlswerts S4 kurzzeitig durchgeführt werden kann. Zur Bildung eines derartigen Signals kann eine Vielzahl von Strombefehlswerten im voraus im Stromkennfeldspeicher 13a gespeichert werden, und es kann eine Adresse des Stromkennfeldspeichers 13a einem Drehwinkel des Rotors zugeordnet sein, so daß für jede Änderung des Drehwinkels des Rotors Winkeldaten dem Stromkennfeldspeicher 13a mit der entsprechenden Adresse zugeführt werden können, und ein Strombefehlswert entsprechend diesem Winkel aus dem Stromkennfeldspeicher 13a ausgelesen und dem Summierer 16 zugeführt werden kann. Eine dreifache Anordnung derartiger Steuerungs schaltungen kann dabei vorgesehen sein zur Bildung der Strombefehlswerte für die drei Phasen.

Es ist hierbei jedoch erkennbar, daß bei Bereitstellung von drei Sätzen von unabhängigen Stromverlaufs- Erzeugungsschaltungen für die drei Phasen eine erhebliche Speicherkapazität erforderlich ist, wodurch ein komplizierter Aufbau der gesamten Schaltungsanordnung unvermeidbar ist. Da ferner die Zentraleinheit CPU 11 das Erregungskennfeld für jede Änderung in der Drehzahl oder des erforderlichen Drehmoments des Motors umschreiben muß, ist das Erneuern des Inhalts einer Speicher einrichtung mit einer sehr großen Kapazität sehr zeitaufwendig, wodurch die Ansprechempfindlichkeit des Steuerungs-/Regelungssystems verschlechtert wird.

Wie jedoch anhand der Fig. 9 und 27 erkennbar ist, ist der Signalverlauf der Strombefehlswerte für die drei Phasen jeweils gleichartig, wobei lediglich Unterschiede in der Phase oder im relativen Winkel des Signalverlaufs auftreten. Somit ist es unter Verwendung des Signalverlaufs eines Strombefehlswerts für eine Phase, der als Bezugswert gewählt wurde, möglich, Strombefehlswerte für die drei Phasen zu bilden, wobei die jeweiligen Bezugssignalverläufe entsprechend der Phase versetzt werden.

Die Fig. 5a und 5b zeigen beispielhaft, daß es mit einer Vielzahl von Signalverlaufsdaten (Erregungsmustern gemäß der Schraffur) in Verbindung mit jedem Winkelschritt innerhalb des Bereichs von 0° bis 90° der Phase 1, der in einem Speicher gespeichert ist, möglich ist, Signal verlaufsdaten für die Phase 2 durch Addition von +120° zu dem als Speicheradresse verwendeten betreffenden Winkel abzuleiten, und für die Phase 3 Signalverlaufsdaten durch Addieren von +240° zu dem als Speicheradresse verwendeten Winkel abzuleiten. Durch Speicherung einer Gruppe von Signalverlaufsdaten (Erregungsmuster) für eine Phase, die als Bezugsgröße in einem Speicher ausgewählt ist, können somit Signalverläufe für alle drei Phasen davon abgeleitet werden. Dies vermindert die erforderliche Speicherkapazität, vereinfacht die Schaltungsanordnung und vermindert ebenfalls die zum Erneuern des Speicherinhalts erforderliche Zeit.

Gemäß Fig. 4, die den Aufbau der Stromverlaufs- Erzeugungsschaltung 15 zeigt, und Fig. 6, die die Zeiten der verschiedenen darin auftretenden Signale angibt, wird mittels der Zentraleinheit CPU 11 ein Erregungsmuster gebildet und in den bidirektionalen Schreib-/Lesespeicher RAM 49 innerhalb der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 gespeichert. Im Rahmen des vorliegenden Ausführungs beispiels umfaßt der bidirektionale Schreib-/Lesepeicher RAM 49 ein Paar von Speicherteilen, wobei Signal verlaufsdaten aus einem der Speicherteile ausgelesen werden, während Daten von der Zentraleinheit CPU 11 in den anderen Speicherteil eingegeben werden. Auf diese Weise können ein Auslesen von Signalverlaufsdaten und ein Schreiben von Daten durch die Zentraleinheit CPU 11 im wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden.

Der Speicherteil 1 im bidirektionalen Schreib-/Lese speicher RAM 49 ist den Speicheradressen D800H bis D886H (H bezeichnet hexadezimale Zahlen) zugeordnet, während der Speicherteil 2 den Speicheradressen von DC00H bis DC86H zugeordnet ist. Die folgenden Daten werden in den Speicherteil 1 eingeschrieben.
D800H bis D87FH (128 Bytes):
ein Stromwert für eine Vergrößerung des Drehwinkels (45° mit 128 Schritten) alle 0.35°
D880H: Winkel 1 von Phase 1 (Winkel des Beginns oder der Beendigung der Erregung)
D881H: Winkel 2 von Phase 1 (Winkel der Beendigung oder des Beginns der Erregung)
D882H: Winkel 1 von Phase 2 (Winkel des Beginns oder der Beendigung der Erregung)
D883H: Winkel 2 von Phase 2 (Winkel der Beendigung oder des Beginns der Erregung)
D884H: Winkel 1 von Phase 3 (Winkel des Beginns oder der Beendigung der Erregung)
D885H: Winkel 2 von Phase 3 (Winkel der Beendigung oder des Beginns der Erregung)
D886H: Signalverlaufsgrenze (eine Grenze zur Angabe des Beginns der Erregung bei Winkel 1, zur Beendigung der Erregung bei Winkel 2, der Beendigung der Erregung bei Winkel 1 zum Beginn der Erregung bei Winkel 2).

Die Anordnung bei der Speicherung im Speicherteil 2 ist die gleiche wie diejenige des Speicherbereichs 1 mit der Ausnahme, daß die Adresse um den Wert 400H versetzt ist. Ein Umschalten zwischen den Speicherteilen 1 und 2 kann durchgeführt werden durch Steuern eines Bits 10 (A10) der Adresse des bidirektionalen Schreib-/Lesespeichers RAM 49.

Gemäß einer erneuten Bezugnahme auf die Fig. 4a, 4b und 6 werden ermittelte Winkeldaten RZ0 bis RZ10 einschließlich elf Bits, die vom Winkelsensor 1d bereitgestellt werden, in einem Zwischenspeicher 41 (latch) gespeichert und sodann einem Summierer 47 zugeführt. Das niedrigstwertige Bitsignal RZ0 in den Winkeldaten wird einer Zeitpulsgeneratorschaltung 42 zugeführt, die Taktpulse CLK1A, CLK1B, CLK2A und CLK2B, sowie ein Zwischen speichersteuerungssignal LATZ auf der Basis eines intern darin erzeugten 8 MHz-Taktpulses CLK8N, und des Bitsignals RZ0 bildet. Ein 4-Bit-Zähler 44 zählt die von der Zeitpulserzeugungsschaltung 42 zugeführten Taktpulse CLK2B und stellt wiederholt eine Größe im Bereich von 0 bis 15 sequentiell als Zählwert CNT zur Verfügung. Die Wirkungsweise der verschiedenen Schaltungen innerhalb der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 wird in Abhängigkeit von dem Zählwert CNT des Zählers 44 bestimmt. Der Zählwert CNT wird einer Zwischenspeicher-Steuerungs schaltung 45, einer Winkelkorrektor-Ausgabeschaltung 46, einer Adressensteuerungsschaltung 48 und einer Ansteuerungssignal-Erzeugungsschaltung 4C zugeführt.

Die Winkelkorrektur-Ausgabeschaltung 46 ist ein Codierer, der in Abhängigkeit vom zugeführten Zählwert CNT gemäß der nachstehenden Angaben einen Korrekturwert CPS bereitstellt:

CNT: 0 bis 3
CPS: 0 (0°)
CNT: 4 bis 7	CPS: 84 (30°)
CNT: 8 bis 11	CPS: 42 (15°)
CNT: 12 bis 15	CPS: 42 (15°; Ersatzwert)

Liegt der Zählwert CNT im Bereich von 0 bis 3, dann erscheint direkt als Ausgangssignal des Summierers 47 eine Drehposition des Rotors (Winkel: RZ0-RZ10). Liegt der Zählwert CNT im Bereich von 4 bis 7, dann werden 30° aufsummiert (oder die Drehposition wird versetzt), und liegt der Zählwert CNT zwischen 8 und 11, dann werden 15° aufsummiert. Das Ausgangssignal des Summierers 47 wird nicht verwendet, wenn der Zählwert im Bereich von 12 bis 15 liegt.

Die Adressensteuerungsschaltung 48 stellt 8-Bit-Daten MA07 in Abhängigkeit vom zugeführten Zählwert CNT wie folgt bereit:

CNT: 0, 1, 4, 5, 8, 9
MA07: Ausgangssignal des Summierers 47
CNT: 2	MA07: 0
CNT: 3	MA07: 1
CNT: 6	MA07: 2
CNT: 7	MA07: 3
CNT: 10	MA07: 4
CNT: 11	MA07: 5
CNT: 12 bis 15	MA07: 6

Die Zwischenspeicher-Steuerungsschaltung 45 stellt in Abhängigkeit von dem zugeführten Zählwert CNT wie folgt 2-Bit-Daten MA89 bereit. Dabei ist zu beachten, daß ein Speicherauslesesignal MRD dann wirksam ist, wenn der Zählwert CNT innerhalb des Bereichs von 0 bis 12 liegt:

CNT: 0, 1, 4, 5, 8, 9
MA89: 00H
CNT: 2, 3, 6, 7, 10 bis 15	MA89: 01H

Die von der Adressensteuerungsschaltung 48 bereit gestellten 8-Bit-Daten MA07 werden zu den niedrigen 8 Bits in der Adresse des bidirektionalen Schreib-/ Lesespeichers RAM zugeführt. Die von der Zwischen speicher-Steuerungsschaltung 45 bereitgestellten 2-Bit- Daten MA89 werden dem achten und neunten Bit in der Adresse des bidirektionalen Schreib-/Lesespeichers RAM zugeführt. Somit sind die spezifizierten Adressen durch die niedrigen 10 Bits des bidirektionalen Schreib-/ Lesespeichers RAM 49 in der nachfolgenden Weise vom Zählwert CNT abhängig:

CNT: 0, 1, 4, 5, 8, 9
MA07: Ausgangssignal des Summierers 47
CNT: 2	MA07: 0100H
CNT: 3	MA07: 0101H
CNT: 6	MA07: 0102H
CNT: 7	MA07: 0103H
CNT: 10	MA07: 0105H
CNT: 11	MA07: 0105H
CNT: 12 bis 15	MA07: 0106H

In Abhängigkeit vom zugeführten Zählwert CNT wird sodann wie folgt die Information aus dem bidirektionalen Schreib-/Lesespeicher RAM 49 ausgelesen:

CNT: 0, 1
Daten: Stromwert (Phase 1) für gegenwärtigen Drehwinkel
CNT: 2	Daten: Winkel 1 von Phase 1
CNT: 3	Daten: Winkel 2 von Phase 1
CNT: 4, 5	Daten: gegenwärtiger Drehwinkel + Stromwert für 30° (Stromwert für Phase 2)
CNT: 6	Daten: Winkel 1 von Phase 2
CNT: 7	Daten: Winkel 2 von Phase 2
CNT: 8, 9	Daten: gegenwärtiger Stromwert + Stromwert für 15° (Stromwert für Phase 3)
CNT: 10	Daten: Winkel 1 von Phase 3
CNT: 11	Daten: Winkel 2 von Phase 3
CNT: 12	bis 15 Daten: Signalverlaufsgrenze

Ein Stromwert für Phase 1 (DATA: 8 Bits), der vom bidirektionalen Schreib-/Lesespeicher RAM 49 bereit gestellt wird, wenn der Zählwert CNT entweder 0 oder 1 ist, wird in Synchronismus mit einem von der Zwischenspeicher-Steuerungsschaltung 45 bereitgestellten Signal PH1C in einem Zwischenspeicher 4E zwischen gespeichert.

In gleicher Weise wird ein Stromwert für die Phase 2, der vom bidirektionalen Schreib-/Lesespeicher RAM 49 bereitgestellt wird, wenn der Zählwert CNT entweder 4 oder 5 ist, in dem Zwischenspeicher 4E in Synchronismus mit einem Zwischenspeicher-Steuerungssignal PH2C zwischengespeichert. Ein Stromwert für die Phase 3, der vom bidirektionalen Schreib-/Lesespeicher RAM 49 bereitgestellt wird, wenn der Zählwert CNT entweder 8 oder 9 ist, wird in Synchronismus mit einem Zwischenspeicher-Steuerungssignal PH3C in dem Zwischen speicher 4E zwischengespeichert. Ein dreifacher Satz von Signalen S4 (für die drei Phasen) wird vom Zwischenspeicher 4E bereitgestellt und dem in Fig. 2 gezeigten Summierer 16 zugeführt.

Andererseits vergleicht ein Komparator 4B ein Ausgangssignal des Summierers 47 mit einem Ausgangssignal des bidirektionalen Schreib-/Lesespeichers RAM 49. Tatsächlich werden hierbei verwendet: Winkel 1 für Phase 1, Winkel 2 für Phase 1, Winkel 1 für Phase 2, Winkel 2 für Phase 2, Winkel 1 für Phase 3, Winkel 2 für Phase 3 und Grenzen des Signalverlaufs aus den Ausgangssignalen des bidirektionalen Schreib-/Lesespeichers RAM 49. Mit anderen Worten, der Komparator 4B unterscheidet die relative Größe zwischen dem Stromwinkel (zuzüglich der Versetzung des Rotors) und dem Winkel 1 oder 2 für jede Phase.

Ein Ausgangssignal des Komparators 4B wird sowohl in einer Ansteuerungssignal-Erzeugungsschaltung 4 zwischen gespeichert als auch verwendet durch ein von der Zwischenspeicher-Steuerungsschaltung 45 bereitgestelltes Steuerungssignal LTCH1, wenn der Zählwert CNT jeweils einen der Werte 2, 3, 6, 7, 10, 11, 12 oder 13 annimmt. Im einzelnen wird ein Ausgangssignal des Komparators 4B, wenn der Zählwert CNT 2 oder 3 ist, verwendet zur Erzeugung eines Binärsignals zur Angabe eines Schaltens zwischen dem Einschalten und Ausschalten der Erregung der Phase 1. Ein Ausgangssignal des Komparators 4B wird verwendet zur Bildung eines Binärsignals zur Angabe eines Schaltens zwischen dem Einschalten und Ausschalten der Erregung der Phase 2, wenn der Zählwert CNT gleich 6 oder 7 ist. Ein Ausgangssignal des Komparators 4B wird verwendet zur Bildung eines Binärsignals zur Angabe eines Schaltens zwischen dem Einschalten und Ausschalten der Erregung der Phase 3, wenn der Zählwert CNT gleich 10 oder 11 ist. Ein Ausgangssignal des Komparators 4B wird verwendet zur Bildung eines Binärsignals (S5) zur Anzeige des Ein- und Ausschaltens der Erregung durch Unterscheiden der Grenzen der Signalverläufe, wenn der Zählwert CNT gleich 12 oder 13 ist.

Vom dem Summierer 47 bereitgestellte 8-Bit-Daten kennzeichnen eine Ziffer im Bereich von 0 bis 127, wobei das höchstwertige Bit jeweils 0 ist. Der Winkel 1 von Phase 1, der Winkel 2 von Phase 1, der Winkel 1 von Phase 2, der Winkel 2 von Phase 2, der Winkel 1 von Phase 3 und der Winkel 2 von Phase 3, die im bidirektionalen Schreib-/ Lesespeicher RAM 49 gespeichert sind, bilden ebenfalls Ziffern im Bereich von 0 bis 127, wobei das höchstwertige Bit immer gleich 0 ist. Andererseits ist bezüglich der Grenzen der im bidirektionalen Schreib-/Lesespeicher RAM 49 gespeicherten Signalformen der Wert "255" einer konkaven Signalform zugeordnet, während "0" einer konvexen Signalform zugeordnet ist. Vergleicht der Komparator 4B die Grenzen des Signalverlaufs mit dem Ausgangssignal des Summierers 47, dann wird das Ausgangssignal des Komparators 4B lediglich in Verbindung mit den Grenzen des Signalverlaufs und unabhängig vom Ausgangssignal des Summierers 47 bestimmt. Somit bestimmt die Ansteuerungssignal-Erzeugungsschaltung 4C, ob der Signalverlauf der bereitgestellten Binärsignale für die drei Phasen entweder konkav oder konvex ist, in Verbindung mit der Information bezüglich der "Grenze des Signalverlaufs", wenn der Zählwert CNT die Werte 12 oder 13 angenommen hat.

Ist insbesondere die Grenze des Signalverlaufs gleich 0, dann wird ein Binärsignal (S5) gebildet gemäß:
AUS so lange (Stromwinkel) (Winkel 1 von Phase 1)
EIN so lange (Winkel 1 von Phase 1) < (Stromwinkel) < (Winkel 2 von Phase 1), und
AUS so lange (Winkel 2 von Phase 1) < (Stromwinkel).

Ist die Grenze des Signalverlaufs gleich 255, dann wird ein Binärsignal (S5) wie folgt gebildet:
EIN so lange (Stromwinkel) (Winkel 1 von Phase 1)
AUS so lange (Winkel 1 von Phase 1) < (Stromwinkel) < (Winkel 2 von Phase 1), und
EIN so lange (Winkel 2 von Phase 1) < (Stromwinkel).

Das gleiche gilt für die Binärsignale (S5) für die Phase 2 und 3.

Die Binärsignale (S5) der Phasen 1, 2 und 3, die mittels der Ansteuerungssignal-Erzeugungsschaltung 4C gebildet wurden, werden in einem Zwischenspeicher 4D zwischen gespeichert. Der dreifache Satz von durch die Ansteuerungssignal-Erzeugungsschaltung 4C bereit gestellten Binärsignalen wird in dem Zwischenspeicher 4D in Abhängigkeit von einem Steuerungssignal LAT0 zwischengespeichert, das in Synchronismus mit dem Zwischenspeicher-Steuerungssignal LTCH1 austritt, welches von der Zwischenspeicher-Steuerungsschaltung 45 zu einer Zeit (CNT: 13) bereitgestellt wird, wenn der Zustand sämtlicher Binärsignale feststeht, worauf die Binärsignale der Ausgangsentscheidungsschaltung 17 als dreifacher Satz der Binärsignale (S5) (für die drei Phasen) zugeführt werden.

Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei jedoch eine Vielzahl von Änderungen und Abwandlungen möglich ist. Beispielsweise umfaßt das beschriebene Ausführungsbeispiel den Stromkennfeldspeicher 13a, der eine Vielzahl von Datenelementen enthält, die jeweils einen Standarderregungseinschaltwinkel (Startzeit), einen Erregungsausschaltwinkel, eine Stromgrenze und ein Signalverlaufsmuster aufweisen. Zur Vereinfachung des Verarbeitungsablaufs der Zentraleinheit CPU 11 wird der Erregungsausschaltwinkel im voraus bestimmt und im Stromkennfeldspeicher 13a abgespeichert, in dem ein Voreilungswert gemäß Fig. 19 entsprechend einer Drehzahl und einem Soll-Drehmoment berechnet wird. Es kann jedoch auch ein Rechner oder ein Mikrocomputer zur Durchführung einer Berechnung mit großer Geschwindigkeit für die Berechnung des Erregungsausschaltwinkels verwendet werden, wobei in dem Falle der Rechner oder Mikrocomputer bei einer Änderung entweder der Drehzahl oder des Soll- Drehmoments den Voreilungswert berechnet und sodann den der Stromverlaufs-Erzeugungsschaltung 15 zuzuführenden Erregungsausschaltwinkel berechnet.

Ferner kann der Erregungseinschaltwinkel ebenfalls gemäß den Anforderungen eingestellt werden. Experimente haben jedoch gezeigt, daß die Einstellung des Erregungs einschaltwinkels zur Verhinderung der Erzeugung von Störgeräuschen nicht wirksam ist. Die Einstellung des Erregungsausschaltwinkels, wie es vorstehend beschrieben ist, ist jedoch sehr wirksam zur Verhinderung der Erzeugung von Störgeräuschen.

Das beschriebene System betrifft somit die Erregung eines geschalteten Reluktanzmotors in Verbindung mit einer sequentiellen und im Zeitmultiplex-Verfahren durch geführten Erregung von drei Phasen. Die Spule einer jeweiligen Phase wird während eines Intervalls von einem Erregungseinschaltwinkel zu einem Erregungsausschalt winkel erregt. Der Erregungsausschaltwinkel erhält dabei eine Voreilung in umgekehrter Proportionalität zur einer Drehzahl und einem Soll-Drehmoment eines Rotors des geschalteten Reluktanzmotors in einem Hochdrehzahl bereich, der eine Schwelle Rbase überschreitet, die eine obere Grenze eines Drehzahlbereichs darstellt, in welchem durch tangentiale Schwingungen des Rotors in hohem Maße Störgeräusche erzeugt werden. Der Erregungsausschalt winkel erhält eine Voreilung proportional zur Drehzahl des Rotors und umgekehrt proportional zum Soll-Drehmoment in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich unterhalb des Schwellenwerts Rbase. Die Voreilung verhindert die Erzeugung der Störgeräusche. Das System umfaßt einen Komparator zur Korrektur eines Erregungspegels zur Anpassung einer tatsächlichen Beschleunigung an eine Soll-Beschleunigung das Rotors.

Claims

1. Erregungssteuerungssystem für einen Elektromotor (1), mit
einer Einrichtung (1d) zur Erfassung eines Drehwinkels eines Rotors des Elektromotors (1), und
einer Einrichtung (1d, 11) zur Erfassung einer Drehzahl des Rotors,
gekennzeichnet durch
eine Steuerungseinrichtung (ECU) zur Erzeugung eines Stromsollwerts, wobei die Steuerungseinrichtung (ECU) eine Einrichtung (13a, 11, 15) umfaßt zur Bestimmung eines Erregungsausschaltwinkels, der eine Voreilung bezüglich eines Standarderregungsausschaltwinkels erhält, wenn die Drehzahl niedrig ist und innerhalb eines ersten Bereichs größer als ein vorbestimmter Wert liegt, der gleich einem oberen Schwellenwert (Rbase) oder in der Nähe dieses oberen Schwellenwerts (Rbase) eines Drehzahlbereichs liegt, in welchem ein hoher Pegel von akustischen Störgeräuschen mit dem Standarderregungs ausschaltwinkel erzeugt wird, und
eine Motoransteuerungseinrichtung (MDR) zum Zuführen eines Stroms entsprechend dem Stromsollwert zur Erregung des Elektromotors (1) während eines Zeitintervalls von einem Erregungseinschaltwinkel zu dem Erregungs ausschaltwinkel.

2. Erregungssteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13a, 11, 15) zur Bestimmung eines Erregungsausschaltwinkels den Erregungsausschaltwinkel im Vergleich zum Standard erregungsausschaltwinkel voreilend einstellt, wenn die ansteigende Drehzahl innerhalb eines zweiten Bereichs gleich oder ungefähr gleich dem vorbestimmten Wert ist.

3. Erregungssteuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (ECU) ein Soll-Drehmoment bildet und die Einrichtung (13a, 11, 15) zur Bestimmung eines Erregungsausschaltwinkels die Voreilung des Erregungsausschaltwinkels in Abhängigkeit von einer Vergrößerung des Soll-Drehmoments vermindert.

4. Erregungssteuerungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (ECU) den Stromsollwert entsprechend einem Absinken der Drehzahl vergrößert.

5. Erregungssteuerungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (ECU) desweiteren umfaßt:
einen Stromkennfeldspeicher (13a) zum Speichern von Stromsollwerten entsprechend den Drehzahlen, den Soll- Drehmomentwerten des Rotors und den Erregungsausschalt winkeln, die bezüglich des Standarderregungsausschalt winkels eine Voreilung entsprechend den Drehzahlen und Soll-Drehmomentwerten des Rotors erhalten, und
eine Einrichtung (11) zum Lesen eines Stromsollwerts und eines Erregungsausschaltwinkels entsprechend der erfaßten Drehzahl und dem bestimmten Soll-Drehmoment aus dem Stromkennfeldspeicher (13a).

6. Erregungssteuerungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (ECU) desweiteren umfaßt:
einen Signalverlaufskennfeldspeicher (13c) zum Speichern einer Gruppe von Daten zur Bestimmung der Konfiguration eines Erregungsmusters für jede Musternummer und für jeden Drehwinkel des Rotors,
einen Stromkennfeldspeicher (13a) zum Speichern von Stromsollwerten entsprechend den Drehzahlen und Soll- Drehmomentwerten des Rotors, wobei der Standard ausschaltwinkel und die Erregungsausschaltwinkel, die bezüglich des Standarderregungsausschaltwinkels eine Voreilung erhalten, den Drehzahlen entsprechen, und die Soll-Drehmomentwerte des Rotors und der Musternummern den Drehzahlen und Soll-Drehmomentwerten des Rotors entsprechen, und
eine Einrichtung (11) zum Lesen eines Strom sollwerts, eines Erregungsausschaltwinkels und einer Musternummer entsprechend der erfaßten Drehzahl und dem spezifizierten Solldrehmoment aus dem Stromkennfeld speicher (13a), zum Lesen einer Gruppe von Daten entsprechend der Musternummer, die aus dem Signalverlaufskennfeldspeicher (13c) ausgelesen wird und Bildung eines Erregungsmuster auf der Basis der Gruppe von aus dem Signalverlaufskennfeldspeicher (13c) ausgelesenen Daten und dem Stromsollwert, dem Standarderregungseinschaltwinkel und dem aus dem Stromkennfeldspeicher (13a) ausgelesenen Erregungs ausschaltwinkel.

7. Erregungssteuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (ECU) eine Soll-Beschleunigung erzeugt, eine tatsächliche Beschleunigung der erfaßten Drehzahl berechnet und eine Beschleunigungskompensation auf der Basis einer Abweichung von der tatsächlichen Beschleunigung zur Soll- Beschleunigung berechnet, und daß die Motor ansteuerungsschaltung (MDR) den Elektromotor (1) durch Zuführen eines Stroms in Abhängigkeit von der Beschleunigungskompensation zur Anpassung der tatsächlichen Beschleunigung an die Soll-Beschleunigung erregt.

8. Erregungssteuerungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (ECU) eine Beschleunigungskompensation auf der Basis einer Abweichung der tatsächlichen Beschleunigung von der Soll- Beschleunigung berechnet, wenn die erfaßte Drehzahl innerhalb eines niedrigen Drehzahlbereichs liegt, und die Beschleunigungskompensation ohne Berechnung aufhebt, wenn die erfaßte Drehzahl innerhalb eines hohen Drehzahlbereichs liegt.