DE19808359A1 - Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen, geschalteten Reluktanzmotor und Verfahren dafür - Google Patents

Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen, geschalteten Reluktanzmotor und Verfahren dafür

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DE19808359A1
DE19808359A1 DE19808359A DE19808359A DE19808359A1 DE 19808359 A1 DE19808359 A1 DE 19808359A1 DE 19808359 A DE19808359 A DE 19808359A DE 19808359 A DE19808359 A DE 19808359A DE 19808359 A1 DE19808359 A1 DE 19808359A1
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rotor
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DE19808359A
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Seong-Ki Jeong
In-Jung Ha
Tae-Han Kim
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Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen, geschalteten Reluktanzmotor und ein Verfahren dafür, welche ohne den Einbau eines separaten Positionserfassungssensors eine Position eines Rotors mit der Änderung von elektrischen Strömen bei jeder Phase erfaßt, um dadurch den Motor anzusteuern.
Im allgemeinen wird der sensorlose, geschaltete Reluktanzmotor (nachstehend als Motor bezeichnet) gewöhnlich für Kompressoren verwendet, die aufgrund von Betriebsbedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit, Reparatur- und Instandhaltungskosten und dergleichen nicht mit einem Positionssensor versehen werden können.
Der in den Fig. 1, 2, 3 und 4 gezeigte Motor ist in einem Koreanischen Patent (Nr. 95-15171) offenbart. Fig. 1(a) und 1(b) sind Motorschaltkreise gemäß einer ersten Ausführungsform des Standes der Technik. Da jede Phase des herkömmlichen Motors mit einem vorbestimmten Folgevorgang magnetisiert wird, ist derselbe mit einer Motorantriebseinheit 10, einer Hochpaßfiltereinheit 20 mit Spannungen (RCA), (RCB), (RCC), um Ströme bei jeweiligen Phasen zu erfassen, und Hochpaßfiltern (20A-20C), die zweckmäßig differenzieren und verstärken, um die Erhöhung oder Senkung der erfaßten Ströme zu messen, einer ersten Verstärkereinheit 30 zum Verstärken der von der Hochpaßfiltereinheit 20 ausgegebenen jeweiligen Phasenspannungen (V1), (V2), (V3) auf deren zweckmäßige Pegel, einer ersten Vergleichseinheit 40 zum Ausgeben von Signalen oberhalb der Referenzspannungspegel beim Vergleichen der an der ersten Verstärkereinheit 30 ausgegebenen Spannungen (VA), (VB), (VC) mit den vorbestimmten Referenzspannungspegeln, einer Verzögerungseinheit 50 zum Verzögern jeweiliger Phasenspannungen (V1), (V2), (V3) von der Hochpaßfiltereinheit 20 für eine vorbestimmten Zeitdauer, einer zweiten Verstärkereinheit 60 zum Verstärken der von der Verzögerungseinheit 50 aus gegebenen Spannungen auf deren zweckmäßige Pegel, einer zweiten Vergleichseinheit 70 zum Ausgeben von Signalen oberhalb der Referenzspannungspegel beim Vergleichen der an der zweiten Verstärkereinheit 60 ausgegebenen Spannungen (VAd), (VBd), (VCd) mit den vorbestimmten Referenzspannungspegeln, und einer ODER-Verknüpfungseinheit 80, um die von der ersten und der zweiten Vergleichseinheit 40, 70 ausgegebenen Phasenspannungen durch die ODER-Schaltelemente zu verknüpfen, ausgestattet.
Die Betriebswirkungen des so konstruierten herkömmlichen Motors werden mit Bezug auf die Fig. 2, 3 und 4 im einzelnen beschrieben. Wenn vorbestimmte Steuersignale nacheinander von einer Grundantriebseinheit (nicht dargestellt) an Metalloxidhalbleiter-Transistoren (MOS) (M1, M2), (M3, M4), (M5, M6) angelegt werden, fließt ein elektrischer Strom durch die Transistoren (M1, M2), (M3, M4), (M5, M6) zu den Spulen (La), (Lb), (Lc). Dann wird die Induktivitätsänderung bei jeweiligen Phasen entsprechend den wechselnden Positionen des Rotors 11 erzeugt, wie in Fig. 3(A), 3(B) und 3(C) gezeigt.
Wenn der Rotor 11 zu diesem Zeitpunkt gedreht wird, wird an einer Verdrahtung des Stators 12 eine umgekehrte elektromotorische Kraft erzeugt, so daß die bei (A), (B) und (C) in Fig. 4 gezeigten Phasenströme zu den Phasenstromerfassungswiderständen (RCA), (RCB), (RCC) fließen, an denen Spannungen mit geringem Wert verwendet werden, um deren Verlust an den Widerständen (RCA), (RCB), (RCC) zu reduzieren.
Die von den Phasenstromerfassungswiderständen (RCA), (RCB), (RCC) erfaßten Ströme (iA), (iB), (iC) werden nacheinander durch die Hochpaßfilter (20A-20C), die Kondensatoren, Widerstände und Operationsverstärker (CA, RA, OP1), (CB, RB, OP2), (CC, RC, OP3) aufweisen, differenziert, den jeweiligen Verstärkern der ersten Verstärkereinheit 30 (AMP1), (AMP2), (AMP3) zugeführt, auf deren zweckmäßige Pegel verstärkt, um die Wellenformen von (D), (E), (F) in Fig. 4 zu bilden, und dann mit den an den Vergleichsmitteln (CP1), (CP2), (CP3) voreingestellten Referenzspannungen verglichen, um nur höhere Spannungspegel als die Referenzspannungen (Vref1, Vref2, Vref3) auszugeben.
Die von den Hochpaßfiltern (20A-20C) ausgegebenen Spannungen (-V1), (-V2), (-V3) werden umgekehrt und an den Verzögerungsmitteln (RD1, CD1), (RD2, CD2), (RD3, CD3) für eine vorbestimmte Zeitdauer verzögert. Zu diesem Zeitpunkt werden deren Verzögerungssignale an den Verstärkern (AMP4), (AMP5), (AMP6) der zweiten Verstärkereinheit 60 auf deren zweckmäßige Pegel verstärkt, um als Signale (D), (E), (F) in Fig. 4 übertragen zu werden.
Die von den Verstärkern (AMP4), (AMP5), (AMP6) ausgegebenen Spannungen (VAd), (VBd), (VCd) werden mit den vorbestimmten Referenzspannungen (Vref4, Vref5, Vref6) an den Vergleichsmitteln (CP4), (CP5), (CP6) verglichen, um nur höhere Spannungspegel als die Referenzspannungen (Vref4, Vref5, Vref6) auszugeben. Dann werden die Spannungen mit den von den Vergleichsmitteln (CP4), (CP5), (CP6) ausgegebenen Spannungen an den ODER-Schaltelementen (OR1), (OR2), (OR3) verknüpft, um die Wellenformen von (G), (H), (I) in Fig. 4 zu übertragen, die zum Ermitteln der Position des Rotors 11 verwendet werden.
Bei dem herkömmlichen Motor besteht jedoch ein Problem darin, daß die Positionswinkel des Rotors durch charakteristische Merkmale der Filtereinheit oder der Verzögerungseinheit ermittelt werden, wodurch die Positionssteuerwinkel des Rotors im Fall der Regelung einer veränderlichen Geschwindigkeit desselben verändert werden.
Außerdem besteht bei dem herkömmlichen Motor ein weiteres Problem darin, daß die hohe Frequenz des durch die charakteristische Hochpaßeigenschaft der Filtereinheit verursachten Rauschens deren Ausgabe beeinflußt, so daß ein Steuerwinkelsignal aus dem beim Rauschen schwachen Signal erzeugt wird, wodurch eine Möglichkeit hervorgerufen wird, daß der Motor aufgrund ungeeigneter Steuerwinkel stoppt.
Darüber hinaus besteht noch ein weiteres Problem darin, daß externes mechanisches Rauschen induziert wird, so daß sich die Stromwellenformen ändern, wodurch eine Möglichkeit eines Störsignalphänomens an deren Ausgabe an den Vergleichsmitteln nach dem Hindurchtreten durch die Filtereinheit hervorgerufen wird.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen, geschalteten Reluktanzmotor (SRM) und ein Verfahren dafür bereitzustellen, die gegenüber elektrischem Rauschen und externem mechanischen Rauschen stabil sind.
Außerdem soll eine Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen SRM und ein Verfahren dafür bereitgestellt werden, die Fehler beim Ermitteln von dessen Steuerwinkeln für eine genaue Bestimmung beseitigen.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird eine Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen Reluktanzmotor bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfaßt:
eine Hauptsteuereinheit zum Ausgeben eines Start- oder Stopbefehlssignals für den SRM (sensorlosen Reluktanzmotor) und eines Geschwindigkeitsbefehlssignals, um dessen Rotationsgeschwindigkeit einzustellen;
eine Phasenerfassungsschaltung zum Ausgeben eines Phasenstromsignals nach dem Messen des zum SRM übertragenen Phasenstroms;
eine digitale Steuerwinkel-Abschätzeinheit zum Ausgeben eines Rotorphasensignals, um den Strom zu einer bestimmten Phase zu liefern, wenn das Anordnungsbefehlssignal eingegeben wird, und zum Ausgeben eines Rotorphasensignals nach dem Messen eines SRM- Steuerwinkels durch Vergleichen eines Phasenstromsignals mit einem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal, indem ein Impulssignal an eine vorher magnetisierte Phase angelegt wird, wenn der SRM gedreht wurde;
eine Geschwindigkeitsregeleinheit zum Aussenden eines Anordnungsbefehlssignals zu der digitalen Steuerwinkel- Abschätzeinheit, wenn von der Hauptsteuereinheit ein Betriebsstartsignal eingegeben wird, zum Ausgeben eines Spannungsbefehlssignals, um die SRM- Rotationsgeschwindigkeit als Reaktion auf das Geschwindigkeitsbefehlssignal von der Hauptsteuereinheit und das Phasenumwandlungsperiodensignal von der digitalen Steuerwinkelperioden-Abschätzeinheit zu regeln, und zum Erzeugen und Aussenden eines Phasenumwandlungsperioden Referenzsignals zur digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit;
eine Umformer-Steuereinheit zum Erzeugen eines Impulsbreitenumwandlungssignals gemäß der digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit, das von der Geschwindigkeitsregeleinheit eingegeben wird, und zum Durchführen einer logischen Verknüpfung des Impulsbreitenumwandlungssignals und des von der digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit eingegebenen Rotorphasensignals, um ein SRM-Phasenmagnetisierungssignal auszusenden; und
einen Umformer zum Übertragen einer Spannung zum SRM gemäß dem Phasenmagnetisierungssignal von der Umformer- Steuereinheit.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen Reluktanzmotors (SRM) bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Eingeben eines Geschwindigkeitsbefehlssignals zum Eingeben eines SRM-Betriebsbefehlssignals und eines Geschwindigkeitsbefehlssignals um eine SRM-Geschwindigkeit auszuwählen;
Anordnen eines Rotors durch Anlegen von Strom an eine bestimmte Statorphase, wenn das Betriebsbefehlssignal eingegeben wird;
Betreiben des SRM, indem Impulssignale kontinuierlich zu einer unbenutzten Phase ausgegeben werden, bis die SRM- Geschwindigkeit die voreingestellte SRM-Geschwindigkeit erreicht, um einen Steuerwinkel desselben abzuschätzen und die Phasenumwandlung bei dem abgeschätzten Steuerwinkel durchzuführen;
Beschleunigen des SRM, indem die Rotorphase ermittelt wird, bis der SRM eine voreingestellte Rotationsgeschwindigkeit erreicht, um dadurch einen Spannungsbefehl einzustellen und die Phasenumwandlungsperiode fortlaufend zu verringern; und
Halten des SRM bei einer ausgewählten Geschwindigkeit desselben durch Einstellen des Spannungsbefehls und der Phasenumwandlungsperiode als Ergebnis der Bestimmung der Rotorphase, bis der Stopbefehl für den SRM eingegeben wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1(a) und 1(b) Schaltkreise eines sensorlosen SRM gemäß einer Ausführungsform des Standes der Technik;
Fig. 2 eine knappe Ansicht eines gewöhnlichen SRM;
Fig. 3(A), 3(B) und 3(C) Ansichten zur Erläuterung einer Induktivitätsumwandlung bei jeder Phase eines herkömmlichen SRM;
Fig. 4 Wellenformen bei jedem Teil eines sensorlosen SRM gemäß einer Ausführungsform des Standes der Technik in Fig. 1(a) und 1(b);
Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen SRM;
Fig. 6 einen detaillierten Schaltkreis einer Phasenauswertungsschaltung in Fig. 5; und
Fig. 7 eine Betriebssequenz einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen SRM.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen SRM und Fig. 6 ist eine ausführliche Schaltung einer Phasenauswertungsschaltung in Fig. 5. Die erfindungsgemäße SRM-Antriebsvorrichtung umfaßt eine Hauptsteuereinheit 100, eine Phasenauswertungs- bzw.
Phasenerfassungsschaltung 110, eine Geschwindigkeitsregeleinheit 120, eine digitale Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130, eine Umformer- Steuereinheit 140 und einen Umformer 150.
Die Hauptsteuereinheit 100 erzeugt ein Betriebsstart- oder -stopbefehlssignal für den SRM und ein Geschwindigkeitsbefehlssignal zum Auswählen einer Rotationsgeschwindigkeit des SRM 160 zur Übertragung zur Geschwindigkeitsregeleinheit 120.
Die Phasenauswertungsschaltung 110 umfaßt eine Filtereinheit 111, eine Schmitt-Trigger-Einheit 113 und eine Ausgabeeinheit 115, um den dem SRM 160 zugeführten jeweiligen Strom zu messen und die jeweiligen Stromsignale (i1, i2, i3) zur digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130 zu senden.
Die Filtereinheit 111 weist einen Operationsverstärker (OP1), Widerstände (R1, R2) und einen Kondensator (C1) auf, um ein Hochfrequenzrauschen, das von dem Phasenstromerfassungswiderstand (nicht dargestellt) erfaßt wird, zu entfernen.
Die Schmitt-Trigger-Einheit 113 umfaßt Operationsverstärker (OP2, OP3), Widerstände (R3, R4, R5) und ein Vergleichsmittel (COMP1), um das Rauschen zu entfernen, das bei jeweiligen von der Filtereinheit 111 ausgegebenen Phasenstromsignalen verbleibt.
Die Ausgabeeinheit 115 umfaßt einen Transistor (TR1), einen Widerstand (R6) und einen Kondensator (C2), um die Phasenstromsignale von der Schmitt-Trigger-Einheit 113 zur digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130 zu übertragen.
Wenn von der Hauptsteuereinheit 100 ein Betriebsbefehlssignal eingegeben wird, überträgt die Geschwindigkeitssteuer- bzw. -regeleinheit 120 ein Anordnungsbefehlssignal zur digitalen Steuerwinkel- Abschätzeinheit 130 und ein Spannungsbefehlssignal zum Regeln der SRM-Geschwindigkeit als Reaktion auf das Geschwindigkeitsbefehlssignal von der Phasenregeleinheit 110 und das Phasenumwandlungsperiodensignal von der digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130 zur Umformer- Steuereinheit 140.
Die Geschwindigkeitsregeleinheit 120 erzeugt ein Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal zum Umwandeln der Phasen zur Eingabe in die digitale Steuerwinkel- Abschätzeinheit 130. Zu diesem Zeitpunkt verwendet die Geschwindigkeitsregeleinheit 120 einen Digitalzähler, um das Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal zu erzeugen.
Wenn die digitale Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130 das Anordnungsbefehlssignal von der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 empfängt, wird das Rotorphasensignal zum Zuführen von Strom zu einer bestimmten Phase zur Umformer-Steuereinheit 140 übertragen, wodurch der Rotor angeordnet wird. Die Impulssignale werden kontinuierlich zu den vorher magnetisierten Phasen gesandt, bis die Rotationsgeschwindigkeit des SRM 160 ihren voreingestellten Wert erreicht. Dann wird mit dem von der Phasenauswertungsschaltung 110 eingegebenen Stromsignal der magnetisierten Phase unterschieden, ob der Rotor zur Phasenumwandlungsposition gelangt. Wenn der Rotor die Phasenumwandlungsperiode erreicht, wird das Rotorphasensignal zur Umwandlung der Phasen in die Umformer-Steuereinheit 140 eingegeben.
Wenn der SRM 160 die voreingestellte Rotationsgeschwindigkeit erreicht, sendet die digitale Steuerwinkel-Erfassungseinheit 130 zusätzlich einen kurzen Impuls zur vorher magnetisierte Phase. Das vorher magnetisierte Phasenstromsignal von der Phasenauswertungsschaltung 110 wird mit dem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal von der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 verglichen, um den Steuerwinkel bzw. Sättigungswinkel des SRM 160 abzuschätzen, wobei das abgeschätzte Rotorphasensignal zur Umformer-Steuereinheit 140 ausgegeben wird und das jeweilige Phasenstromsignal von der Phasenauswertungsschaltung 110 eingegeben wird, um das Phasenumwandlungsperiodensignal zur Geschwindigkeitsregeleinheit 120 zu senden.
Die Umformer-Steuereinheit 140 erzeugt ein Impulsbreitenumwandlungssignal als Reaktion auf das von der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 eingegebene Spannungsbefehlssignal. Die logische Verknüpfung wird unter Verwendung des Impulsbreitenumwandlungssignals und des Rotorphasensignals von der digitalen Steuerwinkel- Abschätzeinheit 130 ausgeführt, um die jeweiligen Phasenmagnetisierungssignale (sw1, sw2, sw3) für den SRM 160 zum Umformer 150 zu übertragen.
Der Umformer 150 liefert Spannungen zum SRM 160 gemäß den von der Umformer-Steuereinheit 140 ausgegebenen jeweiligen Magnetisierungssignalen (sw1, sw2, sw3).
Die Betriebsabläufe und Betriebswirkungen werden mit Bezug auf Fig. 7 im einzelnen beschrieben.
Wenn das Betriebsbefehlssignal und das Geschwindigkeitsbefehlssignal von der Hauptsteuereinheit 100 eingegeben werden, überträgt die Geschwindigkeitsregeleinheit 120 ein Anordnungsbefehlssignal zum Anordnen des Rotors zur digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130, die den Rotor des SRM 160 gemäß dem Anordnungsbefehlssignal anordnet.
Mit anderen Worten, wenn das Anordnungsbefehlssignal von der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 eingegeben wird, gibt die digitale Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130 ein Rotorphasensignal zum Zuführen von Strom zu einer bestimmten Phase des SRM 160 durch die Umformer- Steuereinheit 140 aus, die eine logische Verknüpfung des an sich gemäß dem Rotorsignal von der digitalen Steuerwinkel- Abschätzeinheit 130 erzeugten Impulsbreitenumwandlungssignals und des Spannungsbefehlssignals von der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 durchführt und ein Phasenmagnetisierungssignal zum Umformer 150 ausgibt. Dann liefert der Umformer 150 Strom zu einer bestimmten Rotorphase des SRM 160 gemäß dem von der Umformer- Steuereinheit 140 eingegebenen Phasenmagnetisierungssignal, um den Rotor anzuordnen (S1, S2).
Wenn eine vorbestimmte Zeitdauer, nachdem der Rotor angeordnet wurde, abläuft, sendet die digitale Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130 kontinuierlich Impulssignale zur vorher magnetisierten Phase. Es wird aus dem von der Phasenauswertungsschaltung 110 eingegebenen Phasenstromsignal der vorher magnetisierten Phase unterschieden, ob der Rotor seinen Steuerwinkel erreicht. Wenn der Rotor zum Steuerwinkel gelangt, wird das Rotorphasensignal zum Durchführen der Phasenumwandlung zur Umformer-Steuereinheit 140 gesandt. Dann werden die vorstehend angeführten Vorgänge wiederholt, bis die SRM- Geschwindigkeit ihre vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht. (S3, S4, S5).
Zu diesem Zeitpunkt erhält das von der Phasenauswertungsschaltung 110 ausgegebene digitale Phasenstromsignal die Information, welche Positionen der Rotor durchlaufen hat, durch das charakteristische Merkmal des in einer mathematischen Formel 1 dargestellten Stroms:
wobei t die Zeit, I den Stromwert, V eine Normalspannung, R den Widerstand und L die Induktivität darstellt.
Da die Phasenstromänderungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Phase des Rotors unterschiedlich ist, wird folglich die Position des Rotors durch das Phasenstromsignal abgeschätzt. Die digitale Steuerwinkel-Erfassungseinheit 130 sendet kontinuierlich die Impulssignale zur Umformer- Steuereinheit 140, um zu unterscheiden, ob der Rotor seinen Steuerwinkel erreicht. Wenn ja, werden die Betriebsabläufe des Eingebens des Rotorphasensignals in die Umformer- Steuereinheit 140 zur Umwandlung der Phase wiederholt, wobei die SRM-Geschwindigkeit die vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht.
Wenn die SRM-Geschwindigkeit über dessen vorbestimmter Rotationsgeschwindigkeit liegt, überträgt die digitale Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130 ein Phasensignal zur Phasenumwandlung zur Umformer-Steuereinheit 140, um dadurch die Phasenumwandlung durchzuführen und die Phase des Rotors abzuschätzen.
Dann gibt die digitale Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130 ein kurzes Impulssignal zur vorher magnetisierten Phase aus und die Phasenauswertungsschaltung 110 erfaßt den Strom der vorher magnetisierten Phase. Die digitale Steuerwinkel- Abschätzeinheit 130 wird mit dem von der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 eingegebenen Phasenumwandlungs-Referenzsignal verglichen, um dadurch die Phase des Rotors abzuschätzen (S6).
Wenn das Phasenstromsignal von der Phasenauswertungsschaltung 110 zu diesem Zeitpunkt dem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal von der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 vorangeht, verringert die digitale Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130 die Phasenumwandlungsperiode, um das Rotorphasensignal zur Umformer-Steuereinheit 140 und das Führungssignal zur Geschwindigkeitsregeleinheit 120 zu übertragen, die das Spannungsbefehlssignal zur Umformer-Steuereinheit 140 ausgibt (S7, S8).
Wenn das erfaßte Phasenstromsignal dem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal nacheilt, empfängt die Geschwindigkeitsregeleinheit 120 ein Verzögerungssignal von der digitalen Steuerwinkel-Erfassungseinheit 130, um den Spannungsbefehl zur Umformer-Steuereinheit 140 auszugeben. Die digitale Steuerwinkel-Abschätzeinheit 130 erhöht die Phasenumwandlungsperiode, um das Rotorphasensignal zur Umformer-Steuereinheit 140 zu übertragen (S9, S10).
Nachdem die Phasenumwandlungsperiode zur Beschleunigung um ein vorbestimmtes Maß verringert ist, dann werden die Betriebsabläufe im Anschluß an S6 wiederholt, bis der SRM 160 seine durch die Hauptsteuereinheit 100 voreingestellte Rotationsgeschwindigkeit erreicht. Folglich wird der SRM 160 beschleunigt und betrieben (S11, S12).
Wenn der SRM 160 schneller als mit seiner voreingestellten Rotationsgeschwindigkeit gedreht wird, gibt die digitale Steuerwinkel-Erfassungseinheit 130 das Rotorphasensignal in die Umformer-Steuereinheit 140 zur Phasenumwandlung ein, wodurch die Phasenumwandlung durchgeführt und die Rotorphase ermittelt wird (S13).
Dann gibt die digitale Steuerwinkel-Erfassungseinheit 130 ein kurzes Impulssignal zur vorher magnetisierten Phase aus und die Phasenauswertungsschaltung 110 erfaßt den Strom der vorher magnetisierten Phase zur Eingabe in die digitale Steuerwinkel-Erfassungseinheit 130, die das Phasenumwandlungs-Referenzsignal von der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 mit dem Phasenstromsignal von der Phasenauswertungsschaltung 110 vergleicht, um dadurch die Phase des Rotors abzuschätzen.
Wenn das erfaßte Phasenstromsignal zu diesem Zeitpunkt dem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal vorangeht, verringert die Geschwindigkeitsregeleinheit 120 den Spannungsbefehl und gibt ihn in die Umformer-Steuereinheit 140 ein. Die digitale Steuerwinkel-Erfassungseinheit 130 verringert die Phasenumwandlungsperiode und gibt sie in die Umformer-Steuereinheit 140 ein (S14, S15).
Wenn das erfaßte Phasenstromsignal dem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal nacheilt, erhöht die Geschwindigkeitsregeleinheit 120 den Spannungsbefehl und gibt ihn zur Umformer-Steuereinheit 140 aus. Die digitale Steuerwinkel-Erfassungseinheit 130 erhöht die Phasenumwandlungsperiode zur Eingabe des Rotorphasensignals in den Umformer 140 (S16, S17).
Dementsprechend werden die Betriebsabläufe im Anschluß an S13 wiederholt, wobei der SRM mit der vorbestimmten Geschwindigkeit gedreht wird, bis ein Stopbefehlssignal von der Hauptsteuereinheit 100 eingegeben wird (S18).
Wie vorstehend beschrieben, besteht bei der Antriebsvorrichtung für den sensorlosen SRM der vorliegenden Erfindung ein Vorteil darin, daß das Phasenstromsignal durch Eingeben eines kurzen Impulses zu einer unbenutzten bzw. toten Phase erfaßt wird, um zu unterscheiden, ob die Rotorphase vorangeht oder nacheilt, wobei die Spannung und die Phasenumwandlungsperiode ausgewertet werden, um den Steuerwinkel des SRM genau zu ermitteln, ohne vom elektrischen Rauschen und mechanischen Rauschen beeinflußt zu werden.

Claims (8)

1. Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen Reluktanzmotor (SRM) mit:
einer Hauptsteuereinheit (100) zum Ausgeben eines Start- oder Stopbefehlssignals für den SRM (160) und eines Geschwindigkeitsbefehlssignals, um dessen Rotationsgeschwindigkeit einzustellen;
einer Phasenauswertungsschaltung (110) zum Ausgeben eines Phasenstromsignals nach dem Messen des zum SRM (160) übertragenen Phasenstroms;
einer digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit (130) zum Ausgeben eines Rotorphasensignals, um den Strom zu einer bestimmten Phase zu liefern, wenn das Anordnungsbefehlssignal eingegeben wird, und zum Ausgeben eines Rotorphasensignals nach dem Messen eines SRM- Steuerwinkels durch Vergleichen eines Phasenstromsignals mit einem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal, indem ein Impulssignal an eine vorher magnetisierte Phase angelegt wird, wenn der SRM (160) gedreht wurde;
einer Geschwindigkeitsregeleinheit (120) zum Aussenden eines Anordnungsbefehlssignals zu der digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit (130), wenn von der Hauptsteuereinheit (100) ein Betriebsstartsignal eingegeben wird, zum Ausgeben eines Spannungsbefehlssignals, um die SRM-Rotationsgeschwindigkeit als Reaktion auf das Geschwindigkeitsbefehlssignal von der Hauptsteuereinheit (100) und das Phasenumwandlungsperiodensignal von der digitalen Steuerwinkelperioden-Abschätzeinheit (130) zu regeln, und zum Erzeugen und Eingeben eines Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignals in die digitale Steuerwinkel-Abschätzeinheit (130);
einer Umformer-Steuereinheit (140) zum Erzeugen eines Impulsbreitenumwandlungssignals gemäß der digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit (130), das von der Geschwindigkeitsregeleinheit (120) eingegeben wird, und zum Durchführen einer logischen Verknüpfung des Impulsbreitenumwandlungssignals und des von der digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit (130) eingegebenen Rotorphasensignals, um ein SRM-Phasenmagnetisierungssignal auszusenden; und
einem Umformer (150) zum Übertragen einer Spannung zum SRM (160) gemäß dem Phasenmagnetisierungssignal von der Umformer-Steuereinheit (140).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die digitale Steuerwinkel-Abschätzeinheit (130) kontinuierlich Impulssignale an die vorher magnetisierte Phase anlegt, bis die SRM-Rotationsgeschwindigkeit ihren voreingestellten Wert erreicht, um die Phasenumwandlungsposition des Rotors mit dem von der Phasenauswertungsschaltung eingegebenen Stromsignal der magnetisierten Phase zu unterscheiden und um das Rotorphasensignal zur Durchführung der Phasenumwandlung aus zugeben, wenn der Rotor die Phasenumwandlungsperiode erreicht, und einen kurzen Impuls an die vorher magnetisierte Phase anlegt, wenn der SRM (160) schneller als mit seiner voreingestellten Geschwindigkeit gedreht wird, um das von der Phasenauswertungsschaltung eingegebene Stromsignal der vorher magnetisierten Phase mit dem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal von der Geschwindigkeitsregeleinheit zu vergleichen, um den SRM- Steuerwinkel zu ermitteln und das Rotorphasensignal aus zugeben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Geschwindigkeitsregeleinheit (120) einen Digitalzähler aufweist, um ein Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal zu erzeugen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Phasenauswertungsschaltung (110) umfaßt:
eine Filtereinheit (111) zum Entfernen eines Hochfrequenzrauschens, das von dem Phasenstromerfassungswiderstand wahrgenommen wird;
eine Schmitt-Trigger-Einheit (113) zum Entfernen des bei dem von der Filtereinheit (111) ausgegebenen Phasenstromsignal verbleibenden Rauschens;
eine Ausgabeeinheit (115) zum Übertragen des Phasenstromsignals von der Schmitt-Trigger-Einheit (113) zur digitalen Steuerwinkel-Abschätzeinheit (130).
5. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung für einen sensorlosen Reluktanzmotors (SRM), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Eingeben eines Geschwindigkeitsbefehlssignals zum Eingeben eines SRM-Betriebsbefehlssignals und eines Geschwindigkeitsbefehlssignals, um eine SRM- Rotationsgeschwindigkeit einzustellen;
Anordnen eines Rotors durch Anlegen von Strom an eine bestimmte Statorphase, wenn das Betriebsbefehlssignal eingegeben wird;
Betreiben des SRM, indem Impulssignale kontinuierlich zu einer unbenutzten Phase ausgegeben werden, bis die SRM- Geschwindigkeit die voreingestellte SRM-Geschwindigkeit erreicht, um einen Steuerwinkel desselben abzuschätzen und die Phasenumwandlung bei dem abgeschätzten Steuerwinkel durchzuführen;
Beschleunigen des SRM, indem die Rotorphase ermittelt wird, bis der SRM eine voreingestellte Rotationsgeschwindigkeit erreicht, um dadurch einen Spannungsbefehl einzustellen und die Phasenumwandlungsperiode fortlaufend zu verringern; und
Aufrechterhalten der Rotation des SRM mit einer ausgewählten Geschwindigkeit desselben durch Einstellen des Spannungsbefehls und der Phasenumwandlungsperiode als Ergebnis der Bestimmung der Rotorphase, bis der Stopbefehl für den SRM eingegeben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfahren den Schritt des Betreibens des SRM mit folgenden Schritten umfaßt:
Umwandeln der Phasen zum Ansteuern des SRM;
Unterscheiden, ob der SRM seinen Steuerwinkel erreicht, als Reaktion auf das von der Phasenauswertungsschaltung ausgegebene Phasenstromsignal, indem die Impulssignale kontinuierlich zur vorher magnetisierten Phase übertragen wurden; und
Wiederholen der Phasenumwandlung, bis der Rotor die voreingestellte Rotationsgeschwindigkeit erreicht.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Verfahren den Schritt des Beschleunigens des SRM mit folgenden Schritten umfaßt:
Abschätzen der Phase mit dem von der Phasenauswertungsschaltung ausgegebenen Phasenstromsignal, wenn die Phase umgewandelt wird, falls sich der Rotor über seiner voreingestellten Rotationsgeschwindigkeit befindet, und wenn das Impulssignal zur vorher magnetisierten Phase übertragen wird;
Verringern des Spannungsbefehlssignals von der Geschwindigkeitsregeleinheit und der folgenden Phasenumwandlungsperiode, wenn das Phasenstromsignal dem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal vorangeht, und Erhöhen des Spannungsbefehlssignals und der folgenden Phasenumwandlungsperiode, wenn das Phasenstromsignal dem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal nacheilt;
Senken einer Phasenumwandlungsperiode auf die vorbestimmte Periode, um den SRM zu beschleunigen; und
Wiederholen des Schritts des Abschätzens der Phase, bis sich der SRM mit seiner voreingestellten Rotationsgeschwindigkeit dreht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Verfahren den Schritt des Aufrechterhaltens des SRM mit folgenden Schritten umfaßt:
Ermitteln der Phase mit dem von der Phasenauswertungsschaltung ausgegebenen Phasenstromsignal, falls die Rotorgeschwindigkeit über der voreingestellten Geschwindigkeit liegt, wenn die Phase umgewandelt wird und wenn das Impulssignal zur vorher magnetisierten Phase gesandt wird;
Verringern des Spannungsbefehlssignals von der Geschwindigkeitsregeleinheit und der folgenden Phasenumwandlungsperiode, wenn das Phasenstromsignal dem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal vorangeht, und Erhöhen des Spannungsbefehlssignals und der folgenden Phasenumwandlungsperiode, wenn das Phasenstromsignal dem Phasenumwandlungsperioden-Referenzsignal nacheilt; und
Wiederholen des Schritts des Abschätzens der Phase, bis ein SRM-Betriebsstopsignal eingegeben wird.
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