DE3590835C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Motor, der in der Lage ist, einen Positioniervorgang und eine Rotation mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen.

Die DE 28 07 655 A1 offenbart einen bürstenlosen Motor der Bauart mit einem äußeren Rotor mit einem Hall-Element, welches die Änderung zwischen Nordpolen und Südpolen des Magneten erfaßt. Bei dem verwendeten Geschwindigkeits- oder Drehzahl-Erfassungssystem handelt es sich um ein Tachometergeneratorsystem.

Die DE 25 27 744 A1 offenbart einen bürstenlosen Motor mit innenliegendem Rotor. Dieser besteht aus einem Permanentmagneten ohne magnetische Polzähne. Die Druckschrift zeigt lediglich eine vergleichbare Kommutierungsschaltung.

Die JP-39-24 414-Y1 zeigt einen bürstenlosen Motor, bei dem der Rotor magnetische Polzähne hat. Zur Erfassung der Lage des Rotors wird eine Erfassungsspule verwendet. Dies steht im Gegensatz zu der beanspruchten Struktur eines bürstenlosen Motors. Bei Anhalten des Rotors kann kein Signal von der Erfassungsspule erhalten werden. Eine Positionierung ist mit einem derartigen System nicht möglich.

Die EP 66 159 A1 offenbart gemäß Fig. 1 und der zugehörigen Beschreibung einen photoelektrischen Codierer bei einem Schrittmotor. In der Mikrocomputersteuerung ist ein Abweichungszähler vorgesehen, wodurch eine Geschwindigkeitssteuerung im hohen Drehzahlbereich und eine Lagesteuerung im Halt-Zustand des Motors durchgeführt werden kann. Hier findet ein photoelektrischer Codierer, der im Außenbereich angebracht ist, Anwendung. Weiterhin wird ein Abweichungszähler verwendet. Eine Steuerung bei hoher Drehzahl wird bei der Entgegenhaltung durch kontinuierliche Lagesteuerung erzielt, so daß keine wesentliche Änderung zwischen einer Lagesteuerung und einer Geschwindigkeitssteuerung zu erkennen ist.

In der nicht vorveröffentlichten DE 35 90 633 T1 ist ein bürstenloser Motor beschrieben mit einem Rotor, der einen Rotorkern mit an der Rotorbohrung mit einer bestimmten Teilung eingeschnittenen Polzähnen enthält, einem Stator mit mehreren Spulen und einem Statorkern mit einer Gruppe von magnetischen Polzähnen, die den Polzähnen des Rotors zugewandt sind, und einem Permanentmagneten, einer Lagervorrichtung, die den Rotor drehbar lagert, und mit einem an dem Stator befestigten berührungslosen Sensor zum Ermitteln einer Veränderung der Position des Rotors und Umsetzen dieser Position in elektrische, sinusförmige Positionssignale mit zueinander verschiedenen Phasen, wobei der Sensor magnetfeldabhängig ist.

Im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eine Positionierfunktion und eine Hochgeschwindigkeitsdrehcharakteristik aufweisenden bürstenlosen Motor mit einer Größe wie die Größe des herkömmlichen Schrittmotors und erheblich vereinfachtem Schaltkreisaufbau bereitzustellen.

Dazu ist der bürstenlose Motor der vorliegenden Erfindung wie im Patentanspruch 1 ausgebildet.

Durch den oben erwähnten Aufbau stellt die vorliegende Erfindung einen bürstenlosen Motor zur Verfügung, der im Hinblick auf das Positionssignal durch den in den Motor eingebauten berührungslosen Sensor erreicht wird, ein Positionssignal für das Schalten der Phase ist phasenvoreilend in Abhängigkeit von dem Positionssignal selbst, das durch die elektrische Schalteinrichtung ausgewählt wird und die Schrittfortschaltfunktion und die Positionierfunktion werden durch Erregung der Wicklung durch das phasenvoreilende Positionssignal erreicht. Weiterhin wird die Verzögerung des Stromanstiegs durch die Zunahme des Phasenvoreilungsbetrags des Positionssignals insgesamt in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit durch Addieren des Geschwindigkeitssignals zu dem Phasenvoreilungsbefehlsbetrag erreicht, um dadurch für eine Drehung mit hoher Geschwindigkeit geeignet zu sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Schnittbild des mechanischen Teils des Motors nach der ersten Ausführungsform;

Fig. 3(a) und 3(b) perspektivische Ansichten und ein Schnittbild, das die Anbringung eines berührungslosen Sensors bei der ersten Ausführungsform zeigt;

Fig. 4 eine Draufsicht des Statorkerns der ersten Ausführungsform;

Fig. 5(a) bis (d) perspektivische Ansichten, die die Anbringung der Magneten an den Statorkern der ersten Ausführungsform zeigen;

Fig. 6 eine Darstellung, die eine Stelle für die Anbringung des berührungslosen Sensors an dem Statorkern der ersten Ausführungsform zeigt;

Fig. 7 die Schaltung der ersten Ausführungsform;

Fig. 8(a) bis (d) Darstellungen, die die Verbindungen der Wicklungen und der Motordrehmomentverteilung der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen;

Fig. 9(a) bis (e) Darstellungen zum Beschreiben der Sensorposition bei der ersten Ausführungsform;

Fig. 10 eine Darstellung des Aufbaus der elektronischen Schalteinrichtung der ersten Ausführungsform;

Fig. 11(a) bis (e) eine Darstellung, die die Drehmomentverteilung bei dem Schrittfortschaltvorgang der ersten Ausführungsform zeigt;

Fig. 12 ein Blockbild, das den elektrischen Schaltkreis einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 13 eine Darstellung, die eine Drehmomentverteilung der zweiten Ausführungsform zeigt.

Ein bürstenloser Motor einer Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Fig. 1 ist eine Darstellung, die prinzipiell den mechanischen Teil eines bürstenlosen Motors der ersten Ausführungsform der Erfindung in linearer Abwicklung zeigt.

Grob eingeteilt besteht ein Statorkern 1 aus einem Kern 1a, der Gruppen A, B und C von magnetischen Polzähnen aufweist und einem Kern 1b, der Gruppen , und von magnetischen Polzähnen aufweist. Die Nummer 2 ist eine Wicklung, die um die Gruppen von magnetischen Polzähnen des Statorkerns 1 gewickelt sind, die Nummer 3 ist ein Permanentmagnet, der zwischen den Statorkernen 1a und 1b angeordnet ist, die Nummer 4 ist ein Rotorkern, der magnetische Polzähne mit einer Mehrzahl von Vertiefungen und Erhebungen mit einer konstanten Winkelteilung aufweist. Die Gruppen A, B und C von magnetischen Polzähnen des Statorkerns sind um eine Teilung 0, eine Teilung L/3 bzw. um eine Teilung -L/3 gegen die magnetischen Polzähne (Teilung L) des Rotorkerns 4 verschoben, und die Gruppen , und von magnetischen Polzähnen sind um L/2, L/2+L/3 bzw. L/2-L/3 verschoben. Hier kann die Veränderung des magnetischen Leitwerts P jeder Gruppe von magnetischen Zähnen durch Gestaltung der Formen der Zähne als eine Sinuswelle behandelt werden und dargestellt werden durch:

P_A = P_o + p · cos R

P = P_o - p · cos R

P_o = (P_max + P_min)/2
P = (P_max - P_min)/2

P_max: wenn die Zähne einander gegenüberstehen und
P_min: wenn die Zähne sich nicht einander gegenüberstehen und

"X" bezeichnet den Weg eines sich bewegenden Teiles in der Pfeilrichtung (nach rechts) gemäß Fig. 1.

Die magnetischen Flüsse Φ, die durch den Permanentmagneten erzeugt werden, laufen wie folgt:

Φ_M: durchschnittlicher magnetischer Fluß, der durch den Permanentmagneten erzeugt wird.

Wenn ein bürstenloser Motor mit üblicher Sinuswellenansteuerung verwendet wird, werden die Ströme folgendermaßen ausgewählt:

I_A = I_o · sin R

I = -I_o · sin R

Die Größe "I_o" bezeichnet die Amplitude des Stromes in der Wicklung.

Die magnetischen Flüsse, die durch die Wicklung 2 erzeugt werden, sind wie folgt:

ΦCA = -N PA IA
ΦC = -N P I
ΦCB = -N PB IB	ΦC = -N P I
ΦCC = -N PC IC	ΦC = -N P I

wobei

N: die Windungszahl der Wicklung einer Gruppe von magnetischen Polzähnen bedeutet.

Der magnetische Fluß jeder Phase ist die Summe von Φ_M und Φ_C.

Die Veränderungen der Reluktanz ergeben sich folgendermaßen:

R_A = R_o - γ · cos R

R = R_o + γ · cos R

R_o = (R_max + R_min)/2
γ = (R_max + R_min)/2,

wobei

R_max: wenn die Zähne einander gegenüberliegen
R_min: wenn die Zähne sich nicht einander gegenüberliegen.

Die Schubkräfte jeder Phase sind:

(i = A, B, C, , , )

und die ganze Schubkraft ist

B_m: Arbeitspunkt des Permanentmagneten.
S_m: Querschnittfläche des Permanentmagneten.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines mechanischen Teils des bürstenlosen Motors der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die die Anbringung eines berührungslosen Sensors zeigt.

Ein Rotorkern 12, der Zähne mit derselben Winkelteilung an seinem äußeren Umfang aufweist, ist an einer Welle 18 eingepreßt befestigt und ist in einem Gehäuse 16 und 17 durch ein Lager 19 angeordnet. Andererseits ist der Statorkern 11 durch eine Wicklung 14 gewickelt und mit einem Permanentmagneten 13 versehen und an dem Gehäuse 16 durch ein Joch 15 befestigt. Weiterhin ist ein berührungsloser Sensor 20 an dem Gehäuse 16 mit einem schmalen Abstand an dem äußeren Umfang des Rotorkerns 12 angeordnet. Der berührungslose, magnetfeldempfindliche Sensor 20 ermittelt Vertiefungen und Erhebungen der Zähne des Rotorkerns 12. Diese werden in elektrische Signale umgesetzt, um Positionssignale mit fast sinusförmigen Wellenformen zu erhalten.

Der Aufbau des Statorkerns 11 ist in Fig. 4 gezeigt. Er hat eine Grundeinheit, die sechs Gruppen von magnetischen Polzähnen enthält, die jeweils hinsichtlich der Phase von den magnetischen Polzähnen verschieden sind, die an dem gesamten Kreisumfang des äußeren Umfangs des Rotorkerns 12 ausgebildet sind. Natürlich können Gruppen von magnetischen Polzähnen von mehreren Grundeinheiten innerhalb desselben Stators angeordnet werden.

Die Fig. 5 zeigt die Möglichkeiten des Befestigens des Statorkerns 11 und des Magneten 13. Es gibt derartige Möglichkeiten wie:

• a) Befestigung des Permanentmagneten 13 zwischen dem Statorkern 11 und dem Joch 15, die in einer axialen Richtung angeordnet sind,
• b) Befestigung des Permanentmagneten 13 zwischen dem Statorkern 11 und dem Joch 15, die in einer radialen Richtung angeordnet sind,
• c) Befestigung des Permanentmagneten 13 und dem Statorkern 11, der in Richtung eines Durchmessers geteilt ist, und weiterhin
• d) Befestigung des Permanentmagneten 13 in dem Statorkern 11, der in einer axialen Richtung in zwei Teile geteilt ist. Der berührungslose Sensor 20 ist zwischen den Gruppen der magnetischen Polzähne des Statorkerns 11 angeordnet, wie es in Fig. 6 gezeigt ist.

Fig. 7 ist ein Blockbild eines elektrischen Schaltkreises des bürstenlosen Motors der ersten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 7 ist die Nummer 31 ein mechanischer Teil des oben erwähnten Motors, die Nummer 32 ist der Rotor, die Nummern 33a, 33b und 33c sind die drei Phasenwicklungen, und die Nummer 34 ist der berührungslose Sensor, der aus einem magnetischen Reluktanzelement usw. besteht. Die Nummern 35a, 35b und 35c sind Positionssignalverstärker, die jeweils die von dem oben erwähnten berührungslosen Sensor 34 abgegebenen drei Phasenpositionssignale verstärken. Die Nummer 36 ist ein Phasenvoreilungsschaltkreis, der die Phase der drei Phasenpositionssignale in Abhängigkeit von einem Phasenvoreilungsbefehlsbetrag nach vorne verschiebt, und die Nummer 37 ist ein Treiberschaltkreis vom Dreiphasen-Vollwellentyp für Rechteckwellen, der Strom durch die drei Phasenspulen als Antwort auf die Veränderung der Polarität des Phasenvoreilungspositionssignals fließen läßt. Die Nummern 38a, 38b und 38c sind Verstärker zum Umkehren der Positionssignale. Die Nummer 39 ist ein elektronischer Umschaltkreis zum Empfangen eines Schrittvoreilungsbefehlssignals von außerhalb und zum Auswählen eines Signals unter insgesamt sechs Signalen der Positionssignale und der umgekehrten Positionssignale. Die Nummer 40 ist ein Frequenz-Spannungs-Umsetzungs-(Fu-Umsetzungs)-Schaltkreis für die Umsetzung einer Veränderung des Positionssignals in ein Geschwindigkeitssignal, die Nummer 41 ist ein Addierer, und die Nummern 42a, 42b und 42c sind Rechteckformungsschaltkreise des Positionssignals, und die Nummer 43 ist eine Phasenvoreilungsvorspannung.

Im Hinblick auf den bürstenlosen Motor, der wie oben erwähnt aufgebaut ist, wird die Arbeitsweise im folgenden beschrieben.

Die Fig. 8 zeigt ein Wicklungsverbindungsdiagramm des bürstenlosen Motors der Ausführungsform und die Drehmomentverteilung des Motors. Wie in Fig. 8a gezeigt, fließt ein bestimmter Strom, der wie (I)-(VI) geschaltet wird, durch die Wicklung. Wenn die räumliche Dichte des Magnetflusses und die Reluktanz des Luftspaltes zwischen dem Stator und dem Rotor bezüglich des Drehwinkels in Form einer Sinuswelle wie in Fig. 8b verteilt sind, ist jedes Phasendrehmoment in Form einer Sinuswelle mit einer Periode einer Teilung τ der magnetischen Polzähne des Rotors bezüglich des Drehwinkels verteilt.

Bei einem üblichen bürstenlosen Motor wird ein derartiges gleichmäßiges Drehmoment wie in Fig. 8c durch Einstellung der Phase des berührungslosen Sensors zum Ermitteln der Position des Rotors erreicht, aber bei dem bürstenlosen Motor der vorliegenden Erfindung wird die Position des berührungslosen Sensors eingestellt, um grundsätzlich eine Drehmomentverteilung wie in Fig. 8(d) zu erreichen. Durch Versorgung mit elektrischem Strom auf diese Weise dreht sich der Rotor nicht, und er wird in einer Position gehalten, die durch den Strom in der stromführenden Spule festgelegt ist.

Zuerst wird im Hinblick auf eine Grundphase die Beziehung zwischen dem Sensorsignal, dem Rotor und der Drehmomentverteilung unter Verwendung von Fig. 9 beschrieben.

• a) Durch die Verwendung eines magnetfeldempfindlichen Bauelements als berührungsloser Sensor 34 ist das Sensorausgangssignal im wesentlichen sinusförmig entsprechend der Veränderung der magnetischen Reluktanz.
• b) Der Fall, bei dem die Lagebeziehung zwischen den magnetischen Statorpolzähnen 11a und den magnetischen Rotorpolzähnen 12a die in dieser Figur dargestellte Beziehung hat, stellt einen stabilen Punkt dar, bei der eine Anziehungskraft wirkt und das Drehmoment Null ist.
• c) Dieser Fall stellt den labilen Punkt dar, bei dem eine Abstoßungskraft wirkt und das Drehmoment Null ist.
• d) Dieser Fall stellt die Lagebeziehung zwischen den Zähnen zu einem Zeitpunkt dar, bei dem das Drehmoment maximal ist. Wenn eine Anziehungskraft wirkt, wirkt auf den Rotor ein nach rechts gerichtetes Drehmoment. Wenn eine Abstoßungskraft wirkt, wirkt auf den Rotor ein nach links gerichtetes Drehmoment.
• e) Wenn der Wicklungsstrom eingeschaltet wird oder ausgeschaltet wird in Abhängigkeit von der Polarität des Sensorsignales, muß der Sensor 34 in der Weise angeordnet sein, daß die Mitte des Elementes einer Phasenkomponente eines berührungslosen Sensors um eine Viertelteilung gegenüber der Mitte der Ausnehmung und der Erhebung der magnetischen Statorpolzähne gemäß A verschoben ist.

Um die Positioniercharakteristik bei dem bürstenlosen Motor der vorliegenden Erfindung zu erreichen, muß die Mitte der stromführenden Periode der jeweiligen Spule vorliegen, wenn die Stellungen nach Fig. 9(b) und Fig. 9(c) vorhanden sind. Dabei liegt die Mitte des Sensorelementes der einen Phasenkomponente des berührungslosen Sensors 34 und die Mitte der Vertiefung und die Mitte der Erhebung der magnetischen Polzähne des Stators wie bei B in Fig. 9(e) dargestellt.

Zu diesem Zeitpunkt sind das erzeugte Drehmoment jeder Phase und der Ausgang des Sensors jeder Phase in einer um eine Viertelteilung verschobenen Beziehung.

Der Phasenvoreilungsschaltkreis 36 ist ein Schaltkreis für die Voreilung oder Verzögerung der jeweiligen Phase des Sensorsignals mit fast sinusförmiger Wellenform als Antwort auf die Phasenvoreilungsbefehlsspannung, und sie wird ausgeführt durch ein Verfahren der Vektoraddition des Sensorsignals oder ein Verfahren der Multiplikation des Sensorsignals mit einem Referenzsignal, das seinen Wert wie eine Sinuswelle gemäß einem Befehlsbetrag ändert. Das Sensorsignal wird dem Phasenvoreilungsschaltkreis 36 als ein Signal zur Phasenerregung zugeführt und wird auch gleichzeitig für den Phasenvoreilungsbefehl verwendet.

Der elektronische Umschaltkreis 39 enthält, wie in Fig. 10 gezeigt, einen umkehrbaren Zähler 39a mit einer Sechsschrittfortschaltung und einem Dekodierer 39b, der eines der sechs Signale auswählt und an den Ausgang des Zählers gibt.

Gemäß diesem Aufbau werden sechs Positionssignale umgekehrt oder normal auch gegen den Schrittfortschaltbefehl der beiden Richtungen ausgewählt.

Der FU-Umsetzungsschaltkreis 40 ist ein Schaltkreis zum Erzeugen einer Spannung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsänderung des Sensorsignals. Er besteht hauptsächlich aus einem Differenzierschaltkreis.

Die Arbeitsweise des bürstenlosen Motors der Erfindung ist, wenn der Abstand zwischen den Impulsbefehlen von außerhalb lang ist und die Geschwindigkeitsspannung fast vernachlässigt werden kann, unter Bezugnahme auf Fig. 11 offenbart.

Fig. 11(a) zeigt die Drehmomentverteilung, wenn ein bestimmter Strom durch die drei Phasenwicklungen A, B und C fließt. (b) zeigt das Ausgangssignal jedes Phasensensors, das in der Mitte einer Vertiefung und Erhebung der magnetischen Polzähne des Stators auftritt. Wie oben erwähnt, sind die Drehmomentverteilung und die Ausgangswellenformen des Sensors um eine Viertelteilung zueinander verschoben. Fig. 11(c) ist die Drehmomentverteilung jedes Erregungszustands für einen Fall der dreiphasigen Vollwellenansteuerung der Verbindung nach Fig. 8(a) und besteht aus einem zusammengesetzten Wert von jeweils drei Phasen. Das Sensorsignal eilt um 30° (τ/12) des elektrischen Winkels der Vorspannung nach, wenn die Geschwindigkeit Null ist, und es unterliegt einer Wellenformung durch den Rechteckformungsschaltkreis 42a, 42b und 42c und ist als Fig. 11(d) gezeigt.

Das Signal Fig. 11(d) wird an den Treiberschaltkreis angelegt, und die Signalform, wie sie in Fig. 11(e) gezeigt ist und die zur Bestimmung der leitenden Richtung und Periode jeder Phasenwicklung dient, wird durch einen inneren logischen Schaltkreis erzeugt. Der Wicklungsstrom fließt dementsprechend.

Wenn das Drehmoment von A an dem stabilen Punkt (α) der Fig. 11(c) erzeugt wird, wird das Positionssignal nach Fig. 11(b) durch den elektronischen Umschaltkreis 39 ausgewählt. Wenn unter dieser Bedienung von außerhalb kein Schrittfortschaltbefehl vorliegt, behält der Motor die selbe Position durch die Drehmomentkurve von A bei. Durch eine derartige Ausgestaltung, daß der elektronische Schalter das Sensorsignal

- < a - < - < b - < - < c - <

der Reihe nach auswählt, was umgekehrt eine Antwort auf ein pulsweises Zuführen von Schrittfortschaltimpulsen ist, wird das Sensorsignal durch Zuführen eines Impulses bei der stabilen Bedingung auf (a) geschaltet, wenn das oben erwähnte () ausgewählt war. Die positive Spannung an dem Punkt (β) bei (a) Fig. 11(b) wird dann als der Phasenvoreilungsbefehl ausgegeben. Da durch den Phasenvoreilungsschaltkreis 36 das Sensorsignal um einen elektrischen Winkel von 30° oder mehr und 90° oder weniger der Spannung dem Punkt (β) voreilt, wird die Phasenerregung der Spule auf B geschaltet, und es wird ein positives Drehmoment erzeugt, und der Rotor beginnt sich zu drehen. Da jedoch der Pegel des Sensorsignals (a) in Abhängigkeit von der Drehung vermindert und der Betrag der Phasenvoreilung des Sensorsignals für die Phasenumschaltung ebenfalls abnimmt, wird das Umschalten auf B des nächsten Erregungszustands nicht ausgeführt, und die Stabilität wird bei (γ) der Fig. 11(c) in Befolgung der Drehmomentverteilung von B erreicht. Der Phasenvoreilungsbetrag durch den Sensorausgang (a) ist bei dem stabilen Punkt (γ) Null.

Unter einer derartigen Bedingung wird das Sensorsignal () für die Phasenvoreilung ausgewählt, wenn der nächste Befehlsimpuls der positiven Richtung eintrifft, und in ähnlicher Weise wird der Übergang zu der nächsten Stabilität durchgeführt. Wenn ein Impuls des Befehlsimpulses der Rückwärtsrichtung unter der Bedingung der Fig. 11(c) bei (β) eintrifft, kehrt der Ausgang des Sechs-Schritt-Fortschaltzählers in dem elektronischen Schalter 39 zu seinem letzten Zustand zurück, und das Sensorsignal () für die Phasenvoreilung wird ausgewählt.

Da zu diesem Zeitpunkt der Pegel () negativ ist, eilt das Sensorsignal für die Phasenumschaltung nach, und der Zustand wird ausgewählt, und dadurch tritt das Drehmoment in der Rückwärtsrichtung auf, und die Stabilität wird beim Punkt (α) hergestellt.

Wenn danach der Abstand zwischen dem Schrittvoreilungsbefehl von außerhalb kurz wird und wenn die Geschwindigkeit des Rotors als Antwort hierauf zunimmt, wird die Ausgangsspannung des FU-Umsetzungsschaltkreises 40 groß, und diese der Geschwindigkeit proportionelle Spannung wird der Positionsspannung für die Phasenvoreilung durch den Addierer 41 zuaddiert; und der Phasenvoreilungsbetrag des Sensorsignals für die Phasenerregung wird größer als im Fall der niedrigen Geschwindigkeit. Durch entsprechende Einstellung des Pegels des FU-Umsetzungsausgangs wird ein gleichmäßiges Drehmoment, das nahe dem Spitzenwert der Drehmomentverteilung nach Fig. 11(c) wie bei einem üblichen bürstenlosen Motor liegt, erzeugt. Durch früheres Kommutieren der Spulenerregung wird die Verzögerung des Ansteigens des Spulenstroms, die die Zunahme der Schaltfrequenz begleitet, überwunden. Dadurch kann eine Arbeitsweise mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.

Die Fig. 12 ist ein Blockdiagramm des elektrischen Schaltkreises des bürstenlosen Motors der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Der Punkt, der von der Ausgestaltung nach Fig. 7 verschieden ist, besteht darin, daß der Schaltkreis zum Bilden einer Rechteckwelle und die Phasenvoreilungsvorspannung weggelassen sind und der Treiberschaltkreis 37 als ein Sinuswellentreiberschaltkreis einer Dreiphasenvollwelle ausgebildet ist und weiterhin der Eingangsanschluß 44 für eine Feinsteuerung der Position vorgesehen ist.

Im Fall des Sinuswellentreiberschaltkreises wird, da fast ein Strom mit sinusförmiger Wellenform durch die Wicklung als Antwort auf den Ausgang des Positionssensors 34 fließt, das Drehmoment durch die nächste Formel dargestellt wird, vorausgesetzt, daß die räumliche Verteilung des magnetischen Flusses innerhalb des Spalts zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen des Rotors und des Stators eine Sinuswelle ist.

T: Drehmoment
R: relativer Winkel (elektrischer Winkel) zwischen der Momentanlage des Rotors und der Stator-Null-Lage
α: Phasenwinkel der Voreilung des Positionssignals
K₁: Konstante

Der Fall des normalen bürstenlosen Motors, der ein gleichmäßiges Drehmoment erzeugt, entspricht dem Fall von

und T=1,5 K₁, und ein konstantes Drehmoment, das keine Welligkeit aufweist, wird bei einer Sinuswellenansteuerung erhalten.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Phase des Positionssignals durch das Signal des Sensors selbst durch den in Fig. 7 und Fig. 12 gezeigten Aufbau nach vorne verschoben. Bei der Ausführungsform wird der Betrag der Phasenvoreilung von dem elektronischen Schalter 39 ausgegeben, und die Befehlsspannung für die Phasenvoreilung ist gegeben durch

V_s = -K₂ sin R

K₂: Konstante (Spitzenwert des Sensorsignals).

Der Phasenvoreilungsschaltkreis 36 empfängt die Befehlsspannung und verschiebt die Phase der drei Phasenpositionssignale um

α = -K₂ · β · sin R

insgesamt nach vorne.

β = Koeffizient des Phasenvoreilungsschaltkreises.

Deshalb wird die Drehmomentverteilung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Die Kurve ist in Fig. 13 gezeigt, und es wird festgestellt, daß die Verteilungsform in Abhängigkeit von dem Wert von K₂ β sich verändert.

Die T-R-Charakteristik in der Nähe des stabilen Punkts unter K₂ β=1 ist fast gleich dem Fall, wenn das Drehmoment eine sinuswellenförmige Verteilung aufweist.

Wenn K₂ β groß wird, wird die Neigung des Drehmoments in der Nähe des stabilen Punkts größer als die sinuswellenförmige Verteilung, und eine größere T-R-Charakteristik ist willkürlich erreichbar im Vergleich mit einem bürstenlosen Motor oder eines üblichen Schrittmotors, bei dem die Drehmomentverteilung in der Nähe des stabilen Punkts fast diejenige einer bestimmten Sinuswellenform ist, und die Positioniergenauigkeit kann größer gemacht werden, wenn verschiedene Störungen vorliegen.

Wenn eine willkürliche Befehlsspannung K₃ für die Phasenvoreilung von dem Eingangsanschluß 44 für das Steuersignal für die Feinpositionierung angelegt wird, wird das Phasenvoreilungsbefehlssignal V_s=(K₃-K₂ · sin R), und die Drehmomentverteilung wird

und es wird eine derartige Verteilung mit einer gegenüber der Drehmomentverteilung verschobenen Phase, wie es oben erwähnt ist, bei der kein Steuereingang für eine Feinpositionierung vorhanden ist.

Deshalb kann der stabile Punkt mit einem Drehmoment gleich Null, nämlich eine Stopposition des Rotors gleichmäßig und willkürlich durch den Eingangswert der Steuerung der Feinpositionierung verändert werden.

Wie oben erwähnt wurde, wird bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Treiberschaltkreis vom Dreiphasen-Vollwellentyp für Rechteckwellen der ersten Ausführungsform zu einem Treiberschaltkreis vom Dreiphasen-Vollwellentyp für Sinuswellen gemacht, und das von dem Eingangsanschluß für die Steuerung der Feinpositionierung zugeführte Signal wird dem Phasenvoreilungsbefehlsbetrag hinzu addiert, und dadurch werden derartige Effekte, daß die Positioniercharakteristik durch Erhöhung der Drehmomentneigung in der Nähe des Stoppunkts des Rotors verbessert wird und die gleichmäßige Steuerung der Feinpositionierung der Rotorstopposition durchgeführt werden kann, zusätzlich zu dem Effekt der ersten Ausführungsform erreicht.

Claims (3)

1. Bürstenloser Motor
mit einem Rotor (32), der einen Rotorkern (12) mit an der Rotorbohrung mit einer bestimmten Teilung eingeschnittenen Zähnen enthält,
einem Stator mit mehreren Spulen (14, 33a, 33b, 33c) und einem Statorkern (11) mit einer Gruppe von magnetisierbaren Polzähnen, die den Polzähnen des Rotors zugewandt sind,
mit einem Permanentmagneten (3, 13),
einer Lagevorrichtung (19), die den Rotor (32) drehbar lagert,
einem an dem Stator befestigten, berührungslosen Sensor (34) zum Ermitteln einer Veränderung der Position des Rotors und Umsetzen dieser Position in elektrische sinusförmige Positionssignale mit zueinander verschiedenen Phasen, wobei der berührungslose Sensor (34) magnetfeldabhängig ist,
einer Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung (40) zum Umsetzen der Veränderung des Positionssignals in ein Geschwindigkeitssignal,
einer elektronischen Schalteinrichtung (39) zum Empfangen eines Schrittvoreilungsbefehlssignals von außerhalb und zum Auswählen des Positionssignals in einer von den Schrittvoreilungsbefehlssignalen abhängigen Reihenfolge,
einer Phasenvoreilungseinrichtung (36) zum vorzeitigen Kommutieren in Abhängigkeit von der Summe des Geschwindigkeitssignals und des ausgewählten Positionssignals als Betrag der Phasenvoreilung und
einem Treiberschaltkreis (37) zum Erregen der Spulen (14, 33a, 33b, 33c).

2. Bürstenloser Motor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiberschaltkreis einen 3-Phasen-Rechteckwellen-Treiberkreis (37) vom Vollwellentyp umfaßt, der mit Eingangssignalen aus Rechteckformungsschaltkreisen (42a, 42b, 42c) versorgt wird, die Signale aus dem Phasenvoreilungsschaltkreis (36) empfangen, wobei dieser wiederum ein Eingangssignal erhält, das die Summe einer Phasenvoreilungsspannung (43) und Signalen aus einem elektronischen Schalter (39) und einem Umsetzungsschaltkreis (40) zur Umsetzung einer Veränderung des Positionssignals in ein Geschwindigkeitssignal darstellt (Fig. 7).

3. Bürstenloser Motor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiberschaltkreis einen 3-Phasen-Sinuswellen-Treiberkreis vom Vollwellentyp umfaßt, der seine Eingangssignale vom Phasenvoreilungsschaltkreis (36) empfängt, wobei dieser wiederum ein Eingangssignal empfängt, das die Summe der Ausgangssignale eines elektronischen Schalters (39) und des Umsetzungsschaltkreises (40) zur Umsetzung einer Veränderung des Positionssignals in ein Geschwindigkeitssignal sowie einer willkürlichen Befehlsspannung K₃ für die Phasenvoreilung darstellt (Fig. 12).