DE4200477C2 - Regelungsvorrichtung zur Regelung des Ausgangsdrehmoments eines bürstenlosen Elektromotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung zur Regelung des Ausgangsdrehmoments eines bürstenlosen Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus Grotstollen, Horst und Pfaff, Gerhard: Bürstenloser Drehstrom-Servoantrieb mit Erregung durch Dauermagnete. In: etz Bd. 100 (1979) Heft 24, Seiten 1382 bis 1386 ist ein elektrischer Servoantrieb, von der im Oberbegriff des Patentanspruchs ausgegangen worden ist, bekannt, bei dem das Aus­ gangsdrehmoment eines bürstenlosen Drehstrommotors mittels einer digital arbeitenden Regeleinrichtung in Verbindung mit einem Drehmomentregelsignal geregelt wird. Dabei wird die Stärke und die Drehstellung des elektromagnetischen Drehfelds gezielt beeinflußt, indem eine stetige Ein­ stellung des Ständerdrehfelds nach Größe und Winkellage zur Erzielung einer kontinuierlichen Bewegung des Motors mittels sinusförmiger Strangströme durchgeführt wird.

Hierzu dient ein mit Leistungstransistoren bestückter Pulswechselrichter, der von einem ungesteuerten Gleich­ richter mit fester Gleichspannung gespeist wird. Zur direkten Stromregelung werden die Werte der Strangströme mit einer Taktfrequenz von etwa 15 kHz von der digital arbeitenden Regeleinrichtung abgefragt. Der sinusförmige Verlauf der Strangströme wird mit Hilfe von Festwert­ speichern gewonnen, die Werte von Sinusfunktionen mit einer Auflösung von 10 Bit enthalten. Das jeweilige Argu­ ment der zu bildenden Sinusfunktion wird aus der gemes­ senen Polradstellung in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines digitalen Gebers und eines Zählers gebildet, wobei ein Adressensignal entsprechend der Änderung des Zählwerts gebildet wird.

Aus der DE 33 41 731 A1 ist ein kollektorloser Mehrphasen- Gleichstrommotor bekannt, bei dem eine Motorstellungs- Geberanordnung entsprechende Signale bezüglich der aktuel­ len Drehstellung des Rotors zur Regelung der Kommutie­ rungssteuerung abgibt. Dabei weist die Motorstellungs- Geberanordnung zur Verminderung des Bauteileaufwands und erforderlicher Zuleitungen lediglich einen einzigen Stel­ lungsgeber auf, der unabhängig von der Phasenzahl des Motors einmal pro Umdrehung des Rotors ein Signal abgibt. Ein Mikroprozessor wertet die Signale des Stellungsgebers aus, bestimmt die jeweilige Drehstellung des Rotors und das notwendige Ansteuerungsmuster für die verschiedenen Wicklungsströme des Mehrphasenmotors.

Aus der JP 64-64 538 ist des weiteren eine elektrische Regeleinrichtung bekannt, die einen Drehmelder zur Erfas­ sung der Drehzahl und Drehstellung des Rotors aufweist. In der Regeleinrichtung wird gemäß der mittels des Drehmel­ ders erfaßten Rotordrehzahl ein Adressensignal gebildet, um aus einem Sinusfunktionsspeicher ein Sinussignal mit einer zur Rotordrehzahl proportionalen Frequenz auszu­ lesen. Entsprechend einem Drehmomentbefehlssignal aus dem zugehörigen Signalgenerator wird linear die Amplitude des Sinussignals gesteuert, wobei zur Regelung der Motor­ drehung gemäß dem linear gesteuerten Sinussignal den Statorwicklungen des Motors Motorströme zugeführt werden. Im allgemeinen ist der Drehmelder mit einem Leuchtelement und einem Lichtempfangselement, die einander gegenüber angeordnet sind, und zwischen denen eine mit einem Schlitz versehene drehbare Scheibe vorgesehen ist, einer Treiber­ schaltung zum Betreiben des Leuchtelements und einer Empfangsschaltung zur Aufnahme des vom Lichtempfangsele­ ment erfaßten Signals aufgebaut. Die Treiberschaltung und die Empfangsschaltung werden jedoch im Betrieb bei hoher Temperatur instabil. Aus diesem Grund kann die bekannte elektrische Regeleinrichtung für den bürstenlosen Elektro­ motor nicht in einer Umgebung eingesetzt werden, bei der höhere Temperaturen auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regelungsvorrichtung zur Regelung des Ausgangsdrehmoments eines bürstenlosen Elektromotors der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß auch bei höheren Tempera­ turen ein störungsfreier Betrieb erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Auf diese Weise kann die Regelungsvorrichtung auch dann eingesetzt werden, wenn wie beispielsweise in unmittel­ barer Nähe einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs infolge der Motorabwärme hohe Temperaturen auftreten kön­ nen. Die Drehzahl und Drehstellung des Rotors können sicher und störungsfrei erfaßt werden, so daß eine hohe Betriebssicherheit, die insbesondere bei einer Servo­ lenkung gefordert wird, gewährleistet ist.

In dem Unteranspruch sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Regelungsvor­ richtung zur Anwendung bei einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Regelungsvorrichtung in Verbindung mit einem Drehmomentbefehlssignal­ generator zum Steuern eines in Fig. 1 gezeigten bürstenlosen Elektromotors,

Fig. 3 Magnetpolstellungssensoren in einer Anordnung entsprechend Statorwicklungen des bürstenlosen Elektromotors,

Fig. 4 eine grafische Darstellung zur Veranschau­ lichung des Zusammenhangs zwischen einem Um­ setzungsdrehmoment Tc und einem Lenkdrehmoment Ts,

Fig. 5 eine grafische Darstellung zur Veranschau­ lichung des Zusammenhangs zwischen einem Koeffizienten Kv und einer Fahrgeschwindigkeit V,

Fig. 6 Signalverläufe von Magnetpolsignalen Pu, Pv und Pw, und dreiphasigen Strombefehlssignalen Iu*, Iv* und Iw* für das Anlaufen des bürstenlosen Elektromotors, und

Fig. 7 Signalverläufe von Magnetpolsignalen Pu, Pv und Pw und von dreiphasigen Strombefehlssignalen Iu*, Iv* und Iw* nach dem Anlaufen des bürsten­ losen Elektromotors.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Regeleinrichtung 40 für einen bürstenlosen Elektromotor 15 in einem Servolenkmecha­ nismus eines Kraftfahrzeugs. In dem Servolenkmechanismus ist ein Lenkrad 11 funktionell über eine Lenksäule 12, ein Lenkge­ triebe 13 und zwei Spurstangen 14 mit lenkbaren Vorderrädern FW verbunden. An der Lenksäule 12 wird an deren mittleren Abschnitt ein Antriebsdrehmoment des bürstenlosen Elektromotors 15 über einen Untersetzungsmechanismus 16 und miteinander in Eingriff stehende Zahnräder 17a und 17b aufgebracht. Der bürstenlose Elektromotor 15 ist ein Permanentmagnetmotor in Dreiphasen-Synchronausführung mit einem Permanentmagnet-Rotor 15a und dreiphasigen Statorwick­ lungen 15b, 15c und 15d gemäß den Fig. 2 und 3.

Gemäß Fig. 1 ist an der Lenksäule 12 ein Lenkdrehmomentsensor 21 in Form eines Dehnungsmessers ange­ bracht, der zum Erfassen eines an der Lenksäule 12 wirkenden Lenkdrehmoments Ts dient. Ein Drehmomentbefehlssig­ nalgenerator 30 ist an den Lenkdrehmomentsensor 21 zum Zuführen eines das Lenkdrehmoment Ts anzeigenden elektri­ schen Signals sowie an einen Fahrgeschwindigkeitssen­ sor 22 zum Zuführen eines eine Fahrgeschwindigkeit V anzei­ genden elektrischen Signals angeschlossen. Gemäß den Fig. 2 und 3 sind an dem bürstenlosen Elektromotor 15 Magnetpolstel­ lungssensoren 23a, 23b und 23c in Form von Halleffektvor­ richtungen angebracht, die den Statorwicklungen 15b, 15c und 15d entsprechend zugeordnet sind. Die Magnetpolstellungssensoren 23a bis 23c erfassen die Drehstellung des Rotors 15a und erzeu­ gen Magnetpolsignale Pu, Pv und Pw, die jeweils die Dreh­ stellung des Rotors 15a mit einer Auflösung von π/3 anzei­ gen. Gemäß den Fig. 6 und 7 erzeugt der Magnetpolstellungssensor 23a das Magnetpolsignal Pu mit hohem Pegel, wenn der Nordpol des Rotors 15a in Bereichen I, II und III nach Fig. 3 steht, bzw. mit niedrigem Pegel, wenn der Nord­ pol des Rotors 15a in Bereichen IV, V und VI nach Fig. 3 steht. Der Magnetpolstellungssensor 23b erzeugt das Magnetpolsignal Pv mit hohem Pegel, wenn der Nordpol des Rotors 15a in den Bereichen III, IV und V nach Fig. 3 steht, bzw. mit niedri­ gem Pegel, wenn der Nordpol des Rotors 15a in den Bereichen VI, I und II nach Fig. 3 steht. Der Magnetpolstellungssensor 23c erzeugt das Magnetpolsignal Pw mit dem hohen Pegel, wenn der Nordpol des Rotors 15a in den Bereichen V, VI und I nach Fig. 3 steht, bzw. mit dem niedrigen Pegel, wenn der Nordpol des Rotors 15a in den Bereichen II, III und IV nach Fig. 3 steht.

Der Drehmomentbefehlssignalgenerator 30 enthält eine Umset­ zungstabelle zum Umsetzen des Lenkdrehmoments Ts in ein Umsetzungsdrehmoment Tc gemäß Fig. 4, eine Koeffiziententa­ belle zum Bestimmen eines Koeffizienten Kv entsprechend der Fahrgeschwindigkeit V gemäß Fig. 5 und einen Multiplizierer zum Multiplizieren des Umsetzungsdrehmoments Tc mit dem Koeffizienten Kv zum Berechnen eines Hilfs- bzw. Servo­ drehmoments T_A. Wenn die jeweils das Lenkdrehmoment Ts und die Fahrgeschwindigkeit V anzeigenden elektrischen Signale angelegt sind, gibt der Drehmomentbefehlsignalgenerator 30 ein digitales Drehmomentbefehlssignal ab, welches dem Servodrehmoment T_A (= KvTc) entspricht.

Gemäß Fig. 2 enthält die elektrische Regeleinrichtung 40 einen Rechtecksignalgenerator 41, an den die Magnetpolsigna­ le Pu, Pv und Pw aus den Magnetpolstellungssensoren 23a bis 23c angelegt sind. Wenn die Magnetpolsignale Pu, Pv und Pw angelegt sind, erzeugt der Rechtecksignalgenerator 41 gemäß Fig. 6 entsprechend dem jeweiligen Pegel der Magnetpolsignale Pu, Pv und Pw dreiphasige digitale Rechtecksignale Iu*, Iv* und Iw*. Diese Rechtecksignale Iu*, Iv* und Iw* sind jeweils um 2π/3 phasenverschoben und werden als positives oder negatives Signal abgegeben. An den Recht­ ecksignalgenerator 41 ist ferner aus dem Drehmomentbefehls­ signalgenerator 30 ein Befehlssignal zum Befehlen der Rich­ tung des Servodrehmoments T_A angelegt. Das Befehlssignal bestimmt die Drehrichtung des bürstenlosen Elektromotors bei dessen Anlaufen. An den Rechtecksignalgenerator 41 ist ein Multiplexer 42 ange­ schlossen, der die angelegten Dreiphasen-Rechtecksignale im Zeitmultiplex zusammenfaßt und die Multiplex-Signale an eine Wählschaltung 43 anlegt. Die elektrische Regeleinrichtung 40 enthält ferner eine Zeitmeßschaltung 44, die eine Zeitdauer ΔT mißt, während der die Kombination aus den Magnetpolsigna­ len Pu, Pv und Pw von einem Muster auf ein anderes Muster wechselt, und ein die gemessene Zeitdauer ΔT anzeigendes elektrisches Signal abgibt. In diesem Fall wird die Zeit­ dauer ΔT als die Zeitdauer gemessen, die der Rotor 15a für π/3 benötigt.

Gemäß Fig. 2 ist an die Zeitmeßschaltung 44 ein Rechenver­ stärker 45 angeschlossen, der aus der gemessenen Zeitdauer ΔT eine Zeitdauer 6 ΔT/n berechnet und ein der berechneten Zeitdauer 6ΔT/n entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Bei diesem Ausführungsbeispiel stellt der Wert n die Anzahl von in einem Sinusfunktionsspeicher 55 gespeicherten Sinusfunktions­ daten, d. h. die Anzahl von Abfragedaten dar, die einen jeweiligen Momentanwert von Sinusfunktionen entsprechen. Die Zeitdauer 6ΔT/n ergibt einen Zeitabstand zum Ausle­ sen der jeweiligen Sinusfunktionsdaten. An den Rechenverstärker 45 ist ein Taktsignalgenerator 46 angeschlossen, an den das die Zeitdauer 6ΔT/n anzeigende elektrische Signal angelegt ist und der ein Taktsignal in Zeitabständen erzeugt, die durch die Zeitdauer 6ΔT/n bestimmt sind. Ein Vorwärts/Rück­ wärtszähler bzw. Zähler 47 hat einen an den Taktsignalgenerator 46 angeschlossenen ersten Eingangsanschluß CK zum Erzeugen eines Zählwerts in Abhängigkeit vom angelegten Takt­ signal. Der Zählwert ändert sich von 0 bis (n-1). Der Zähler 47 hat einen zweiten Eingangsanschluß U/D zur Vorwärts/Rück­ wärtssteuerung sowie einen Rücksetzanschluß R. Der Zähler 47 zählt hoch, wenn an seinen Eingangsanschluß U/D ein Signal "1" angelegt ist, und herab, wenn an seinen Eingangsan­ schluß U/D ein Signal "0" angelegt ist. Der Zähler 47 wird auf einen Anfangswert "0" rückgesetzt, wenn an seinen Rück­ setzanschluß R ein Rücksetzsignal angelegt wird.

Der Zähler 47 ist an seinem Eingangsanschluß U/D mit einer ersten Detektorschaltung 48 zum Erfassen der Drehrichtung des Rotors 15a und an seinem Rücksetzanschluß R mit einer zweiten Detektorschaltung 51 zum Erfassen einer Umdrehung des Rotors 15a verbunden. Die erste Detektorschaltung 48 ermittelt die Drehrichtung des Rotors 15a aus der Änderung des Kombinationsmusters der Magnetpolsignale Pu, Pv und Pw. Wenn gemäß den Fig. 6 und 7 die Magnetpolsig­ nale Pu, Pv und Pw von "1,0,0" im Bereich II auf "1,1,0" im Bereich III oder von "1,1,0" im Bereich III auf "0,1,0" im Bereich IV wechseln, ermittelt daraus die erste Detektor­ schaltung 48 die Vorwärtsdrehung des Rotors 15a. Wenn gemäß den Fig. 6 und 7 die Magnetpolsignale Pu, Pv und Pw von "1,1,0" im Bereich III auf "1,0,0" im Bereich II oder von "0,1,0" im Bereich IV auf "1,1,0" im Bereich III wechseln, erfaßt daraus die erste Detektorschaltung 48 die Rückwärtsdrehung des Rotors 15a. Auf diese Weise erzeugt die erste Detektor­ schaltung 48 beim Ermitteln der Vorwärtsdrehung des Rotors 15a ein Ausgangssignal "1" bzw. beim Erfassen der Rückwärts­ drehung des Rotors 15a ein Ausgangssignal "0". Die zweite Detektorschaltung 51 ermittelt die Drehung des Rotors 15a bei dem Anlaufen des bürstenlosen Elektromotors 15 aus der Änderung des Kombina­ tionsmusters der Magnetpolsignale Pu, Pv und Pw und erzeugt aus diesen ein Rücksetzsignal, wenn die Magnetpolsignale Pu, Pv und Pw nach dem Anlaufen des bürstenlosen Elektromotors 15 von "1,0, 1" auf "1,0,0" oder von "1,0,0" auf "1,0,1" wechseln. Auf diese Weise legt die zweite Detektorschaltung 51 an die Wählschal­ tung 43 vor und nach dem Anlaufen des bürstenlosen Elektromotors 15 ein Aus­ gangssignal "0" bzw. nach dem Erzeugen des Rücksetzsignals ein Ausgangssignal "1" an.

Der Ausgang des Vorwärts/Rückwärtszählers 47 ist mit einem Multiplexer 54 direkt und über Subtrahierer 52 und 53 verbunden. Der Subtrahierer 52 subtrahiert von dem Ausgangs­ wert des Zählers 47 den Wert n/3, während der Subtrahierer 53 von dem Ausgangswert des Zählers 47 den Wert 2n/3 subtra­ hiert. Der Multiplexer 54 setzt die aus dem Zähler 47 und den Subtrahierern 52 und 53 eingegebenen Signale im Zeitmul­ tiplex zusammen und führt die Multiplex-Signale dem Sinus­ funktionsspeicher 55 zu. Der Sinusfunktionsspeicher 55 speichert aufeinanderfolgend eine bestimmte Anzahl von Abfragedaten, die jeweils einem Momen­ tanwert entsprechen, der durch einen gleichmäßig aufgeteil­ ten Teilwert einer Sinusperiode von 0 bis 2π bestimmt ist. Die Abfragedaten sind jeweils als Sinusfunktionsdaten in dem Sinusfunktionsspeicher 55 an Stellen gespeichert, die durch Adressenwerte 0 bis (n-1) bestimmt sind. In diesem Fall ist ein Maximalwert (sin π/2) der Abfragedaten an der durch den Adressenwert "0" bestimmten Stelle gespeichert. Die gespei­ cherten Sinusfunktionsdaten werden unter Steuerung durch ein Eingangssignal aus der zweiten Detektorschaltung 51 an einen zweiten Eingangsanschluß der Wählschaltung 43 angelegt. Die Wählschaltung 43 wählt das Rechtecksignal aus dem Multiple­ xer 42, wenn von der zweiten Detektorschaltung 51 ein Ein­ gangssignal "0" angelegt wird, und das Sinusfunktionssignal bzw. die Sinusfunktionsdaten aus dem Sinusfunktionsspeicher 55, wenn von der zweiten Detektorschaltung 51 ein Eingangssignal "1" angelegt wird.

An die Wählschaltung 43 ist ein Multiplizierer 56 zum Steu­ ern der Amplitude des Ausgangssignals der Wählschaltung 43 gemäß dem durch den Drehmomentbefehlssignalsgenerator 30 bestimmten Servodrehmoment T_A angeschlossen. Der Multipli­ zierer 56 multipliziert den Ausgangssignalwert der Wähl­ schaltung 43 mit dem Servodrehmoment T_A und gibt ein den Multiplikationswert darstellendes digitales Signal ab. Der Multiplizierer 56 ist über einen Digital/Analog-Wandler 57 mit einem Demultiplexer 58 verbunden. Der Demultiplexer 58 entschachtelt die im Zeitmultiplex eingegebenen analogen Signale zu Dreiphasen-Strombefehlssignalen Iu*, Iv* und Iw*. An den Demultiplexer 58 ist eine Stromsteuerschaltung 59 in Form einer Impulsbreitenmodulations- bzw. PWM-Umformerschal­ tung mit einem Dreieckwellengenerator, einer Vergleichs­ schaltung und einer Umformerschaltung angeschlossen. Die Stromsteuerschaltung 59 spricht auf die Dreiphasen-Strombe­ fehlssignale Iu*, Iv* und Iw* durch Zuführen von Dreiphasen- Motorströmen Iu, Iv und Iw zu den Statorwicklungen 15b, 15c bzw. 15d des bürstenlosen Elektromotors 15 an.

Nachstehend wird ausführlich die Funktion der Regelungsvorrich­ tung beschrieben. Es sei angenommen, daß das Lenkrad 11 nach rechts oder links ge­ dreht wurde und die Vorderräder FW durch die daran über die Lenksäule 12, das Lenkgetriebe 13 und die Spurstangen 14 aufgebrachte Lenkkraft gelenkt werden. Dabei wird von dem Lenkdrehmomentsensor 21 das an der Lenksäule 12 wirkende Lenkdrehmoment Ts erfaßt und ein dementsprechendes elektri­ sches Signal dem Drehmomentbefehlssignalgenerator 30 zuge­ führt. Zugleich wird von dem Fahrgeschwindigkeitssensor 22 die Fahrgeschwindigkeit V des Fahrzeugs erfaßt und ein der Fahrgeschwindigkeit V entsprechendes elektrisches Signal dem Drehmomentbefehlssignalgenerator 30 zugeführt. Auf diese Weise berechnet der Drehmomentbefehlssignalgenerator 30 von dem Lenkdrehmoment Ts und der Fahrgeschwindigkeit V ausge­ hend das Servodrehmoment T_A = KvTc und führt dem Multipli­ zierer 56 das dem berechneten Servodrehmoment T_A entspre­ chende Drehmomentbefehlssignal zu.

Bei diesem Vorgang liegt an der Wählschaltung 43 aus der zweiten Detektorschaltung 51 das Eingangssignal "0" zum Wählen der im Zeitmultiplex aus dem Multiplexer 42 zugeführ­ ten dreiphasigen Rechtecksignale aus dem Rechtecksignalgene­ rator 41 an. Daher werden von dem Multiplizierer 56 auf lineare Weise die Amplituden der dreiphasigen Rechtecksigna­ le entsprechend dem Servodrehmoment T_A gesteuert und die linear gesteuerten Rechtecksignale an den Digital/Analog- Wandler 57 angelegt. Durch den Digital/Analog-Wandler 57 werden die linear gesteuerten Rechtecksignale in analoge Signale umgesetzt. Dann wird die Zeitmultiplex-Verschachtelung der analogen Signale durch den Demultiplexer 58 aufgelöst, um die Drei­ phasen-Strombefehlssignale Iu*, Iv* und Iw* abzugeben. Wenn die Dreiphasen-Strombefehlssignale Iu*, Iv* und Iw* angelegt werden, erzeugt die Stromsteuerschaltung 59 die entspre­ chenden Motorströme Iu, Iv und Iw und führt diese den Sta­ torwicklungen 15b, 15c und 15d des bürstenlosen Elektromotors 15 zu. Dabei erzeugt der Rechtecksignalgenerator 41 in Abhängigkeit von den aus den Magnetpolstellungssensoren 23a, 23b und 23c angelegten Magnetpolsignale Pu, Pv und Pw die dreiphasigen Rechtecksignale. Hierdurch wird in dem bürstenlosen Elektro­ motor 15 ein der Drehstellung des Rotors 15a entsprechendes magnetisches Drehfeld ausgebildet. Auf diese Weise beginnt der Rotor 15a sich in dem magnetischen Drehfeld zu drehen, wobei die Fortschreiterichtung der dreiphasigen Rechtecksignale durch das Befehlssignal aus dem Drehmomentbefehlssignalgene­ rator 30 bestimmt ist.

Wenn sich die Drehstellung des Rotors 15a während einer Drehung vom Bereich I in den Bereich II (oder vom Bereich II in den Bereich I) ändert, legt die zweite Detek­ torschaltung 51 entsprechend der Drehung des Rotors 15a über die Grenze zwischen den beiden Bereichen I und II ein Rücksetzsignal an den Rücksetzanschluß R des Vorwärts/Rück­ wärtszählers 47 an. Auf diese Weise wird der Zählwert des Zählers 47 auf den Anfangswert "0" eingestellt. Zugleich liegen an der Zeitmeßschaltung 44 die Magnetpolsignale Pu, Pv und Pw aus den Magnetpolstellungssensoren 23a, 23b und 23c an, so daß fortgesetzt die Zeitdauer ΔT gemessen wird, während der sich der Rotor 15a um π/3 dreht. Dabei wird von dem Rechen­ verstärker 45 aus der Zeitdauer ΔT die Zeitdauer 6ΔT/n berechnet und ein Ausgangssignal abgegeben, das einen Zeitabstand zum Auslesen der jeweiligen Sinusfunktionsdaten aus dem Sinusfunktionsspeicher 55 bestimmt, wobei der Taktsig­ nalgenerator 46 in dem durch das Ausgangssignal des Rechen­ verstärkers 45 bestimmten Zeitabstand ein Taktsignal an den Zähler 47 anlegt. Auf diese Weise ändert sich entsprechend dem Taktsignal der Zählwert des Zählers 47 von dem Anfangs­ wert "0" ausgehend in positiver oder negativer Richtung um "1". Der Zählvorgang in der positiven oder negativen Richtung wird dabei durch ein Signal "1" oder "0" aus der ersten Detektorschaltung 48 gesteuert.

Das den Zählwert des Zählers 47 darstellende Ausgangssignal wird dem Multiplexer 54 direkt und nach Subtraktion von n/3 bzw. 2n/3 im Subtrahierer 52 bzw. 53 zugeführt. Auf diese Weise werden von dem Multiplexer 54 die drei Signale im Zeitmultiplex zusammengesetzt und die Multiplex-Signale als Adressensignale an den Sinusfunktionsspeicher 55 angelegt. Wenn die Adressensignale angelegt sind, liest die Wählschal­ tung 43 aus dem Sinusfunktionsspeicher 55 ein digitales Sinus­ signal im Zeitmultiplex von 2π/3 entsprechend der Drehstellung, der Drehzahl und der Drehrichtung des Rotors 15a aus. Nach der Abgabe des Rücksetzsignals legt die zweite Detektorschaltung 51 an die Wählschaltung 43 ein Ausgangs­ signal "1" an. Wenn das Ausgangssignal "1" angelegt ist, legt die Zählschaltung 43 an den Multiplizierer 56 die Sinussignale an.

Die an den Multiplizierer 56 angelegten Sinussignale werden auf die vorstehend beschriebene Weise entsprechend dem aus dem Drehmomentbefehlssignalgenerator 30 zugeführten Servodrehmoment T_A linear gesteuert und durch den Digital/ Analog-Wandler 57 in analoge Signale umgesetzt. Da durch den Demultiplexer 58 der Zeitmultiplex der analogen Signale aufgelöst wird, werden an die Stromsteuerschaltung 59 die in Fig. 7 gezeigten dreiphasigen Strombefehlssignale Iu*, Iv* und Iw* angelegt. Wenn die Dreiphasen-Strombefehlssignale Iu*, Iv* und Iw* angelegt sind, führt die Stromsteuerschal­ tung 59 den Statorwicklungen 15b, 15c und 15d die Motorströ­ me Iu, Iv und Iw zu. Dies bewirkt in dem bürstenlosen Elektromotor 15 ein der Drehstellung, der Drehzahl und der Drehrichtung des Rotors 15a entsprechendes magnetisches Drehfeld. Die Stärke des magnetischen Drehfelds wird propor­ tional zu dem Servodrehmoment T_A geregelt. Da das magneti­ sche Drehfeld keinerlei harmonische Komponenten enthält, dreht sich der Rotor 15a gleichförmig bzw. stoßfrei synchron mit dem magnetischen Drehfeld, wobei das Antriebsdrehmoment des bürstenlosen Elektromotors 15 proportional zu dem Servodrehmoment T_A gesteuert wird. Das Antriebsdrehmoment des bürstenlosen Elektromotors 15 wird über den Untersetzungsmechanismus 16 und die in Eingriff stehenden Zahnräder 17a und 17b zu der Lenksäule 12 übertragen, um dadurch das Lenken der Vorderräder FW zu unterstützen.

Mit der vorstehend beschriebenen elektrischen Regeleinrich­ tung 40 kann die Drehung des bürstenlosen Elektromotors 15 aus den Ausgangssignalen der Magnetpolstellungssensoren 23a, 23b und 23c ohne Verwendung des bekannten Drehmelders erfaßt werden und das Antriebsdrehmoment des bürstenlosen Elektromotors 15 kann durch das Drehmomentbe­ fehlssignal gesteuert werden. Infolgedessen kann die Drehung des bürstenlosen Elektromotors 15 selbst unter hoher Temperatur ohne Störungen gleichmäßig geregelt werden.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Regelungs­ vorrichtung wurde zwar bei einem Servolenkmechanismus eines Kraftfahrzeugs verwendet, jedoch ist ersichtlich, daß die Regelungsvorrichtung auch für einen bürstenlosen Elektromotor geeignet ist, der in einen Industrieroboter, eine Werkzeug­ maschine oder dergleichen eingebaut ist.

Claims (2)

1. Regelungsvorrichtung zur Regelung des Ausgangsdreh­ moments eines bürstenlosen Elektromotors in Abhängigkeit von einem Drehmomentbefehlssignal aus einem Befehlssignal­ generator, mit
einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Dreh­ stellung des Rotors des Motors mit einer von der Erfas­ sungseinrichtung beaufschlagten Zähleinrichtung zur Bildung eines die Drehstellung des Rotors anzeigenden Adressensignals,
einer Speichereinrichtung zur Speicherung von Sinus­ funktionsdaten und zur Ausgabe eines Satzes von mittels dem Adressensignal definierten sinusförmigen Signalen,
einer Steuerungseinrichtung zur linearen Steuerung einer Amplitude der sinusförmigen Signale in Abhängigkeit von dem Drehmomentbefehlssignal aus dem Befehlssignalgene­ rator, und
einer Stromsteuerungseinrichtung, die Wicklungen des Stators des Motors Statorströme in Abhängigkeit von den linear gesteuerten sinusförmigen Signalen zuführt,
gekennzeichnet durch
eine Magnetpolstellungs-Detektoreinrichtung mit einer Vielzahl von jeder Statorwicklung des Motors zugeordneten Magnetpolstellungssensoren (23a, 23b, 23c) zur Erfassung einer Vielzahl von Drehstellungen des Rotors (15a) und zur Bildung einer Vielzahl von die Drehstellungen des Rotors (15a) anzeigenden Magnetpolsignalen, und
eine Drehzahlerfassungseinrichtung (44, 45, 46), die eine Zeitmeßschaltung (44) zur Messung einer Zeitdauer (ΔT), während der sich eine Kombination der Magnetpol­ signale von einem Muster zu einem anderen Muster ver­ ändert, eine Berechnungsschaltung (45) zur Berechnung eines Zeitintervalls in Abhängigkeit von der gemessenen Zeitdauer, und einen Taktgenerator (46) zur Erzeugung eines Taktsignals (CK) zu dem berechneten Zeitintervall umfaßt, wobei das Taktsignal (CK) der Zähleinrichtung (47, 52, 54) zur Erzeugung des Adressensignals zugeführt wird.

2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zähleinrichtung (47, 52, 54) eine Erfas­ sungseinrichtung (48) zur Erfassung der Drehrichtung des Rotors (15a) in Abhängigkeit von einer Änderung des Kombi­ nationsmusters der Magnetpolsignale, einen Zähler zur Zählung der Taktsignale in Übereinstimmung mit der Dreh­ richtung des Rotors, und eine Einrichtung (54) umfaßt zur Verarbeitung eines Ausgangssignals im Zeitmultiplex-Ver­ fahren, das den Zählwert bei einer unterschiedlichen Phase angibt, und Zuführung des Multiplexsignals zur Speicher­ einrichtung (55) als ein die Drehstellung des Rotors anzeigendes Adressensignal.