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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine stromeinprägende Pulsweiten-Modulations-(PWM)Technik
für bürstenlose
Motoren und insbesondere auf ein System und Verfahren zum Steuern
eines bürstenlosen
Motors durch das Erhöhen
bzw. Verringern der Motordrehzahl gemäß der positiven oder negativen
Polarität
eines Pulsweiten-(PWM)Modulationssignals, wobei das PWM-Signal gemäß einem
Fehlersignal variiert, das von der Differenz zwischen einer gewünschten
(Soll-)Motordrehzahl und einer momentanen (Ist-)Motordrehzahl erzeugt
und hergeleitet wird.
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Es
gibt verschiedene Systeme und Verfahren zum Steuern der Drehzahl
eines bürstenlosen Motors.
Ein übliches,
herkömmliches
System und Verfahren ist mit dem Verwenden eines Pulsweiten-Modulations-(PWM)Signals
verbunden, um die Leistungsschalter zu dem bürstenlosen Motor direkt zu
steuern. Beispielsweise hätte
ein Dreiphasen-Motor drei obere Schalter und drei untere Schalter
zum Steuern des bürstenlosen
Motors. Ein Paar oberer und unterer Schalter wird zum Steuern jeder
Phase des bürstenlosen
Motors verwendet. In diesem System und Verfahren nach dem Stand
der Technik steuert das PWM-Signal den bürstenlosen Motor auf solche
Weise, dass die Schalter entweder zum Erregen des Motors eingeschaltet
oder die sechs Schalter zum Ausschalten oder Verzögern der
Motor-Drehzahl ausgeschaltet sind. Auf diese Weise wird die Drehzahl
erhöht,
indem das PWM-Signal die Leistungsschalter zum Antreiben des Motors
einschaltet, und die Drehzahl verringert, indem das PWM-Signal die
Leistungsschalter zum Ausschalten des Motors abschaltet. Deshalb
wird der Motor fortwährend
und wiederholt zwischen seinen Ein- und Auszuständen geschaltet, was zu einer
Erregung mit voller Leistung in einer Richtung oder zum Leerlaufzustand
führt.
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Bandlaufwerke,
die bürstenlose
Motoren zum Antreiben von Bandspulen für Computersysteme verwenden,
sind im Datenverarbeitungsbereich vorhanden. Bei einer Art von Bandlaufwerken
wie z. B. Linear Tape Open (LTO) sind zwei Bandspulen vorhanden,
wobei eine der beiden Spulen eine Zuführspule und die andere der
beiden Spulen eine Aufnahmespule ist. Die Zuführspule wird durch einen Zuführspulen-Motor
angetrieben, während
die Aufnahmespule durch einen Aufnahmespulen-Motor angetrieben wird.
Steueralgorithmen werden zum Steuern der Drehzahl dieser beiden
Motoren verwendet. Für diese
Arten von Bandlaufwerken oder Bandtransporte müssen die Position und Geschwindigkeit
des Bandes gesteuert werden. Die Steueralgorithmen erfordern die
Ermittlung der Position und Geschwindigkeit des Bandes, um die Drehzahl
der Spulenmotoren richtig zu steuern. Die beiden Bandspulen, das
Band und die beiden Motoren, die die Spulen antreiben, werden als
eine Regelstrecke betrachtet. Die Regelstrecke empfängt mehrere
Eingaben und liefert mehrere Ausgaben. Beispielsweise sind Dauerströme zu den
Motoren zum Steuern der Motoren Eingaben in die Regelstrecke. Die
Ausgaben von der Regelstrecke sind Bandgeschwindigkeit, Bandspannung
und Bandposition.
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Die
US-Patentschrift 4 644 234 beschreibt eine
Steuerschaltung für
einen bürstenlosen
Gleichstrom-Motor. Sie stellt die Beschleunigung des Motors sowohl
im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn, Bremsen und
Stromerzeugung in beiden Richtungen zur Verfügung. Diese Steuerschaltung
ist für
Situationen anwendbar, in denen der Motor ein plötzliches Anhalten und Umkehren
der Last leisten muss.
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Die
US-Patentschrift 4 631 358 beschreibt eine
zerhackende Stromsteuerungs-Antriebsschaltung für einen bürstenlosen Motor, die eine
Schaltung zum Realisieren des Zerhackens auf der Grundlage eines
Drehzahl/Phase-Fehlersignals, eine Wechselschaltung zum Umschalten
der Stromrichtung von Hall-Einheiten,
je nachdem, ob das Fehlersignal positiv oder negativ ist, eine Unterbrechungsschaltung zum
Zuführen
der Leistung an die Statorwicklungen auf der Grundlage der Ausgabe
der Hall-Einheit, eine Strom-Messeinheit und einen Verstärker beinhaltet, bei
dem es sich um einen invertierenden oder nichtinvertierenden Verstärker handeln
kann, je nachdem, ob das Fehlersignal positiv oder negativ ist.
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Diese
Arten von Bandlaufwerken erfordern es, dass eine Soll-Motordrehzahl für das Bandlaufwerk
mit der momentanen (Ist-)Motordrehzahl verglichen wird, um die Bandposition
und Bandgeschwindigkeit richtig zu steuern. Falls die Soll-Motordrehzahl nicht
mit der momentanen (Ist-)Motordrehzahl übereinstimmt, muss der Motor
von der momentanen (Ist-)Motordrehzahl auf die Soll-Drehzahl angetrieben
werden. Es ist deshalb vorteilhaft und wünschenswert, ein System und
Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines bürstenlosen Motors auf der Grundlage
und gemäß der Differenz
zwischen einer Soll-Motordrehzahl
und einer momentanen (Ist-)Motordrehzahl bereitzustellen. Es wäre auch
vorteilhaft und wünschenswert,
ein System und Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines bürstenlosen
Motors bereitzustellen, das ein PWM-Signal verwendet, das kein fortwährendes
und wiederholtes Ein- und Ausschalten des Motors verwendet, sondern
das ununterbrochene Antreiben des bürstenlosen Motors erlaubt.
Es ist ferner vorteilhaft und wünschenswert,
ein System und Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines bürstenlosen
Motors bereitzustellen, das ein PWM-Signal zum Steuern der Drehzahl
eines bürstenlosen
Motors auf der Grundlage und gemäß der Differenz
zwischen einer Soll-Motordrehzahl und einer momentanen (Ist-)Motordrehzahl
verwendet. Es ist nochmals vorteilhaft und wünschenswert, ein System und
Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines bürstenlosen Motors zur Verfügung zu
stellen, das in einem Band-Servosystem und -Verfahren verwendet wird.
Es ist darüber
hinaus nochmals vorteilhaft und wünschenswert, ein System und
Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines bürstenlosen Motors auf der Grundlage
von Ankerpositionen des bürstenlosen
Motors bereitzustellen.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung ein System zum Steuern
einer Motor-Drehzahl eines bürstenlosen
Motors gemäß Anspruch
1 bereit.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Steuern einer Motor-Drehzahl eines bürstenlosen Motors gemäß Anspruch
10 bereit.
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In
einer stromeinprägenden
Pulsweiten-Modulations-(PWM)Technik für bürstenlose Motoren steuern das
vorliegende System und Verfahren einen bürstenlosen Motor durch das
jeweilige Erhöhen oder
Verringern der Motordrehzahl gemäß der Polarität und dem
Wert eines Pulsweiten-Modulations-(PWM)Steuersignals. Das PWM-Signal
variiert gemäß einem
Fehlersignal, das im Verhältnis
zur Differenz zwischen einem gewünschten
(Soll-) Motorstrom und einem momentanen (Ist-)Motorstrom erzeugt
wird. Ein Motorstrom-Sensor wird zum Messen eines momentanen, dem
Motor zugeführten
(Ist-)Motorstroms verwendet. Ein Stromkomparator wird zum Vergleichen
des Sollstrom-Referenzsignals
und des momentanen (Ist-)Stromsignals und zum Erzeugen eines Fehlersignals
verwendet. Ein Pulsweiten-Modulator
wird zum Umwandeln des Fehlersignals in ein pulsweitenmoduliertes
Fehlersignal verwendet. Ankerpositions-Sensoren werden zum Messen der Ankerpositionen
des Motors verwendet. Eine Kommutatorschaltung empfängt das
pulsweitenmodulierte Fehlersignal und die Ankerpositionen des Motors. Leistungsschalter
sind mit den Kommutatorausgängen
und mit dem Motor verbunden. Der Kommutator steuert das Ein- und
Ausschalten der jeweiligen Leistungsschalter aufgrund des entsprechenden
pulsweitenmodulierten Fehlersignals, um den Motor bei einem gewünschten
(Soll-)Motorstrom zu steuern, der dem Sollstrom-Referenzsignal entspricht.
Der Kommutator steuert die jeweiligen Leistungsschalter zum Steuern
des Motors in eine mehr positive, mehr negative Richtung oder auf
dieselbe Weise zum jeweiligen Erhöhen, Verringern oder Beibehalten
der Motordrehzahl, wenn das Fehlersignal entsprechend einen allgemein
positiven, negativen oder den Wert von null hat.
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Die
neuen Eigenschaften, die als kennzeichnend für die Erfindung angenommen
werden, sind in den beigefügten
Ansprüchen
angegeben. Die Erfindung selbst jedoch sowie eine bevorzugte Verwendungsweise
und deren Vorteile werden am besten mit Bezug auf die folgende ausführliche
Beschreibung einer veranschaulichenden Ausführungsform verstanden, wenn
sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird,
worin beispielsweise:
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1 ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform
des vorliegenden Erfindungssystems zum Steuern der Drehzahl eines
bürstenlosen
Motors ist;
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2 ein
in dem System aus 1 erzeugtes PWM-Steuersignal ist,
wenn der gewünschte (Soll-)Motorstrom
größer als
der momentane (Ist-)Motorstrom ist;
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3 ein
in dem System aus 1 erzeugtes PWM-Steuersignal ist,
wenn der gewünschte (Soll-)Motorstrom
kleiner als der momentane (Ist-)Motorstrom ist;
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4 ein
in dem System aus 1 erzeugtes PWM-Steuersignal ist,
wenn der gewünschte
Motorstrom gleich dem momentanen (Ist-)Motorstrom ist;
und
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5 ein
Flussdiagramm des Betriebsalgorithmus einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zum Steuern der Drehzahl eines bürstenlosen Motors ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist eine stromeinprägende Pulsweiten-Modulations-(PWM)Technik
für bürstenlose
Motoren. Mit Bezug auf die Zeichnungen stellt die vorliegende Erfindung
ein System 10 und Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen
Motors 20 durch das Erhöhen
bzw. Verringern der Motorerregung gemäß der positiven oder negativen
Polarität eines
Pulsweiten-Modulations-(PWM)Signals 36 wie z.
B. das PWM-Signal 36A, 36B oder 36C bereit.
Das PWM-Signal 36 variiert gemäß einem Fehlersignal 35,
das im Verhältnis
zur Differenz zwischen einem gewünschten
(Soll-)Motorstrom und einem momentanen (Ist-)Motorstrom erzeugt
wird. Das System 10 und Verfahren zum Steuern des Stroms
eines bürstenlosen
Motors verwendet ein PWM-Signal 36, das kein fortwährendes
und wiederholtes Ein- und
Ausschalten des bürstenlosen
Motors 20 erfordert und auf dem erzeugten Fehlersignal
beruht. Das System 10 und Verfahren zum Steuern des Stroms
eines bürstenlosen
Motors 20 kann in einem Band-Servosystem und -Servoverfahren
verwendet werden. Das System 10 und Verfahren zum Steuern
der Drehzahl eines bürstenlosen
Motors 20 beruht auch auf den Ankerpositionen des bürstenlosen
Motors.
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Nun
ist mit Bezug auf die Figuren und insbesondere mit Bezug auf 1 das
System 10 zum Steuern eines bürstenlosen Motors 20 durch
das entsprechende Erhöhen
oder Verringern des Motorstroms gemäß der positiven oder negativen
Polarität eines
Pulsweiten-Modulations-(PWM)Signals 36 dargestellt. Das
System 10 steuert den Strom des bürstenlosen Motors 20.
Der bürstenlose
Motor 20 ist mit drei Phasen oder Motorwicklungen 21 gezeigt,
die die Phasen oder Motorwicklungen D, E und F sind. Der obere Leistungsschalter 18D und
der untere Leistungsschalter 22D sind an die Wicklung D
angeschlossen, um den bürstenlosen
Motor 20 dort anzusteuern. Der obere Leistungsschalter 18E und
der untere Leistungsschalter 22E sind an die Wicklung E angeschlossen,
um den bürstenlosen
Motor 20 dort anzusteuern. Der obere Leistungsschalter 18F und der
untere Leistungsschalter 22F sind an die Wicklung F angeschlossen,
um den bürstenlosen
Motor 20 dort anzusteuern. Die Leistungsschalter 18D, 18E, 18F, 22D, 22E und 22F sind
an eine Sammel-Stromversorgung oder eine Energiequelle 19 angeschlossen.
Die Energiequelle 19 stellt dem bürstenlosen Motor 20 die
positive oder negative Antriebsenergie, z. B. +12 Volt oder –12 Volt,
durch die Auswahl der zugehörigen
Schalter 18 und 22 bereit. Diese Leistungsschalter
werden durch ein PWM-Signal wie z. B. das jeweilige PWM-Signal 36A oder 36B oder 36C in
den 2, 3 und 4 gemäß der Polarität des PWM-Signals geschaltet.
Die PWM-Signale 36A, 36B und 36C werden
später
ausführlicher beschrieben
werden.
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Hall-Sensoren 12A, 12B und 12C sind
an der Eingangsseite an einen bürstenlosen
Kommutator 14 und die Leistungsschalter 18D, 18E, 18F, 22D, 22E und 22F an
der Ausgangsseite des bürstenlosen Kommutators 14 angeschlossen.
Der bürstenlose Kommutator 14 wird
zum Steuern der Richtung und des Antriebs an den Motorwicklungen
D, E und F verwendet, um die Erregung des bürstenlosen Motors 20 zu
steuern. Während
das Motor-Steuersystem 10 in
Betrieb ist, treiben die Motorwicklungen D, E und F entweder in
eine Richtung oder eine entgegengesetzte Richtung an. Die Hall-Sensoren 12A, 12B und 12C messen
jeweils die entsprechenden Ankerpositions-Daten des bürstenlosen
Motors 20 und stellen sie zum Steuern der zugehörigen Motorwicklungen D,
E und F zur Verfügung.
Ein Pulsweiten-Modulator 28 ist
auch an den Eingang des bürstenlosen
Kommutators 14 angeschlossen.
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An
den Eingang des Pulsweiten-Modulators 28 ist ein Fehlerverstärker 30 angeschlossen.
Ein Stromreferenz- oder Soll-Stromsignal 34 und ein Strommess-
oder momentanes (Ist-)Stromsignal 32 werden dem Fehlerverstärker als
Eingangssignale zugeführt.
Die Differenz zwischen dem Soll-Stromsignal 34 und dem
Ist-Stromsignal 32 wird ermittelt und durch den Fehlerverstärker 30 verstärkt. Der
Fehlerverstärker 30 enthält Frequenzkompensations-Eigenschaften,
die die Stabilität
des im Motor erzeugten Motorstroms gewährleisten und eine ausreichende
Verstärkung
bieten, sodass die Differenz zwischen den Soll- und Ist-Motorströmen für alle normalen
Verhältnisse
der Motordrehzahl gering bleibt. Diese Differenz wird vom Fehlerverstärker 30 in
der Form eines Fehler-Differenzsignals 35 ausgegeben. Das
Fehler-Differenzsignal 35 wird in den Pulsweiten-Modulator 28 eingegeben.
Der Pulsweiten-Modulator 28 stellt ein Pulsweiten-Modulations-(PWM)Signal 36 zur
Verfügung,
z. B. in der Form des PWM-Signals 36A in 2,
des PWM-Signals 36B in 3 oder des
PWM-Signals 36C in 4. Dieses PWM-Signal 36 wird
dem Eingang des bürstenlosen Kommutators 14 zugeführt.
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Die
unteren Leistungsschalter 22D, 22E und 22F sind
an einem Ende eines Strom-Messwiderstands 23 angeschlossen.
Das andere Ende des Strom-Messwiderstands 23 ist mit der
Masse 25 verbunden. Das Strommess- oder Ist-Stromsignal 32 wird
aus dem Strommess-Spannungssignal 27 hergeleitet, das am
Strom-Messwiderstand 23 anliegt. Das
Strommess-Spannungssignal 27 wird in einen Wirkstrom-Messgleichrichter 24 eingegeben.
Der Gleichrichter 24 empfängt auch das PWM-Signal 36 von
dem Pulsweiten-Modulator 28, sodass das Strommess- oder
Ist-Stromsignal 32 verändert wird und
bzgl. der Richtung der Polarität
des PWM-Signals 36 nachfolgt. Der Gleichrichter 24 ermittelt
und gibt das Strommess- oder momentane Geschwindigkeits-Stromsignal 32 auf
der Grundlage des Strommess-Spannungssignals 27 am Strom-Messwiderstand 23 und
der Polarität
des PWM-Signals 36 entsprechend aus. Die Polarität des PWM-Signals 36 legt
die Richtung der Motorerregung fest, die der momentane (Ist-)Strom
am bürstenlosen
Motor 20 erzeugt.
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Der
bürstenlose
Kommutator 14 steuert die Leistungsschalter 18D, 18E, 18F, 22D, 22E und 22F und
den bürstenlosen
Motor 20 auf eine für
bürstenlose
Kommutatoren bestens bekannte und verstandene Art und Weise. Die
vorliegende Erfindung beschreibt, dass der bürstenlose Kommutator 14 den bürstenlosen
Motor 20 steuert, indem er einen Satz aus zwei Leistungsschaltern
steuert, d. h. ein Satz aus zwei Leistungsschaltern wird ausgewählt und eingeschaltet,
während
die anderen beiden Sätze aus
zwei Leistungsschaltern ausgeschaltet bleiben. Es ist bestens bekannt
und verstanden, wie der bürstenlose
Kommutator 14 festlegt und auswählt, welcher Satz aus zwei
Leistungsschaltern eingeschaltet und welche Sätze aus zwei Leistungsschaltern
ausgeschaltet werden müssen.
Falls der bürstenlose Motor 20 beispielsweise
in die positive Richtung erregt werden soll, um die Motordrehzahl
durch das Anlegen einer positiven Spannung zwischen den Wicklungen
D und E zu erhöhen,
werden der obere Leistungsschalter 18D und der untere Leistungsschalter 22E eingeschaltet.
Die anderen Leistungsschalter 18E, 18F, 22D und 22F werden
ausgeschaltet. Falls andererseits der bürstenlose Motor 20 in
negativer Richtung erregt werden soll, um die Motordrehzahl durch
das Anlegen einer negativen Spannung zwischen den Windungen D und
E zu verringern, werden der obere Leistungsschalter 18E und
der untere Leistungsschalter 22D eingeschaltet. Die anderen
Leistungsschalter 18D, 18F, 22E und 22F werden
ausgeschaltet.
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Nun
ist mit Bezug auf die Figuren und insbesondere mit Bezug auf 2 ein
PWM-Signal 36A ein digitales Signal, das vom System 10 in 1 erzeugt
wird, wenn die gewünschte
(Soll-)Motordrehzahl größer als
die momentane (Ist-)Motordrehzahl ist. Das PWM-Signal 36A weist
längere
positive Impulse 38 als negative Impulse 40 auf.
Die Zeitdauer dieser Impulse 38 und 40 wird auf
der Grundlage eines Fehlersignals 35 zwischen der gewünschten (Soll-)Motordrehzahl
und der momentanen (Ist-)Motordrehzahl erzeugt. In 2 ist
die Soll-Motordrehzahl größer als
die momentane Motordrehzahl. Deshalb ist das Gesamtfehlersignal 35 ein
positives Signal zum Erhöhen
der Motordrehzahl. Das PWM-Signal 36A wird zum Steuern
der Leistungsschalter verwendet, um den Strom zum bürstenlosen
Motor 20 vergrößern. Das
PWM-Signal 36A wird dem Gleichrichter 24 zusammen
mit der Eingabe der Strom-Messspannung 27 und dem Kommutator 14 zum
Steuern des entsprechenden Leistungsschalter-Paares zugeführt. Der
positive Impuls 38 des PWM-Signals 36A führt zum
Antreiben des bürstenlosen
Motors 20 in die positive Erregungsrichtung, indem ein
Leistungsschalter-Paar durch den Kommutator 14 geschaltet
wird, während
der negative Impuls 40 des PWM-Signals 36A zum
Antreiben des bürstenlosen
Motors 20 in die negative Erregungsrichtung führt, indem
durch den Kommutator 14 ein anderes Leistungsschalter-Paar
ausgewählt
wird. Da insgesamt die positiven Impulse 38 länger als
die negativen Impulse 40 dauern, wird der bürstenlose
Motor 20 in die positive Erregungsrichtung oder Erregungsart
zum Erhöhen
der Motor-Antriebsstromes
gesteuert. Die Motorwicklungen D, E und F werden fortwährend mit
positiver Erregung und negativer Erregung auf der Grundlage der
Ein- und Auszeit des PWM-Signals 36A im
entsprechenden positiven Impuls 38 und negativen Impuls 40 angesteuert,
insgesamt wird der bürstenlose
Motor 20 aber in die positive Erregungsrichtung zum Erhöhen seiner
Drehzahl angetrieben.
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Nun
ist ein PWM-Signal 36B mit Bezug auf die Figuren und insbesondere
mit Bezug auf 3 ein digitales Signal, das
vom System 10 in 1 erzeugt
wird, wenn der gewünschte
(Soll-)Motorstrom kleiner als der momentane (Ist-)Motorstrom ist.
Das PWM-Signal 36B hat kürzere positive Impulse 38 als negative
Impulse 40. Die Zeitdauer dieser Impulse 38 und 40 wird
auf der Grundlage eines Fehlersignals 35 zwischen dem gewünschten
(Soll-)Motorstrom und dem momentanen (Ist-)Motorstrom erzeugt. In 3 ist
der Soll-Motorstrom kleiner als der momentane (Ist-)Motorstrom.
Deshalb ist das Gesamt-Fehlersignal 35 ein
negatives Signal zum Verringern des momentanen Motorstroms. Das
PWM-Signal 36B wird zum Steuern der Leistungsschalter verwendet,
um den Strom zum bürstenlosen
Motor 20 zu verringern. Das PWM-Signal 363 wird
dem Gleichrichter 24 zusammen mit der Eingabe der Strom-Messspannung 27 zugeführt. Der
positive Impuls 38 des PWM-Signals 36B führt zum
Antreiben des bürstenlosen
Motors 20 in die positive Erregungsrichtung, während der
negative Impuls 40 des PWM-Signals 36B zum Antreiben
des bürstenlosen
Motors 20 in die negative Erregungsrichtung führt. Da
die negativen Impulse insgesamt länger sind als die positiven
Impulse 38, wird der bürstenlose
Motor 20 in die negative Erregungsrichtung oder Erregungsart
zum Verringern des Motor-Antriebsstroms
gesteuert. Die Motorwicklungen D, E und F werden fortwährend mit
positiver und negativer Erregung auf der Grundlage der Ein- und Auszeit
des PWM-Signals 36B in den jeweiligen positiven Impulsen 38 und
negativen Impulsen 40 angesteuert, der bürstenlose
Motor 20 wird insgesamt aber in die negative Richtung zum
Verringern seiner Drehzahl angetrieben.
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Nun
ist mit Bezug auf die Figuren und insbesondere mit Bezug auf 4 ein
PWM-Signal 36C ein vom System 10 in 1 erzeugtes
digitales Signal, wenn der gewünschte
(Soll-)Motorstrom mit dem momentanen (Ist-)Motorstrom übereinstimmt.
Das PWM-Signal 36C hat die positiven Impulse 38 und negativen Impulse 40 gleicher
Zeitdauer. Die Zeitdauern dieser Impulse 38 und 40 werden
auf der Grundlage eines Fehlersignals 35 zwischen dem gewünschten
(Soll-)Motorstrom und dem momentanen (Ist-)Motorstrom erzeugt. In 3 ist
der gewünschte (Soll-)Motorstrom
gleich dem momentanen (Ist-)Motorstrom. Deshalb ist das Gesamt-Fehlersignal
ein Signal vom wert null zum Erhalten des momentanen (Ist-)Motorstroms
beim Soll-Motorstrom.
Das PWM-Signal 36C wird zum Steuern der Leistungsschalter
zum Erhalten des Stroms zum bürstenlosen Motor 20 verwendet.
Das PWM-Signal 36C wird dem Gleichrichter 24 zusammen
mit der Eingabe der Strom-Messspannung 27 bereitgestellt.
Der positive Impuls 38 des PWM-Signals 36C führt zum
Antreiben des bürstenlosen
Motors 20 in die positive Erregungsrichtung, während der
negative Impuls 40 des PWM-Signals 36C zum Antreiben des
bürstenlosen Motors 20 in
die negative Erregungsrichtung führt.
Da die positiven Impulse 38 insgesamt dieselbe Zeitdauer
wie die negativen Impulse 40 haben, wird der bürstenlose
Motor 20 auf dieselbe Weise zum Erhalten des Motorstroms
gesteuert. Die Motorwicklungen D, E und F werden fortwährend mit
positiver und negativer Erregung auf der Grundlage der Ein- und
Auszeit des PWM-Signals 36C in den jeweiligen Impulsen 38 und
den negativen Impulsen 40 angesteuert, insgesamt wird der
bürstenlose
Motor 20 aber auf die zum Erhalten derselben Drehzahl erforderliche
Art und Weise betrieben.
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Mit
Bezug auf die Figuren und insbesondere mit Bezug auf 5 ist
ein Flussdiagramm des Algorithmus 42 für das vorliegende System 10 gezeigt, das
die Drehzahl eines bürstenlosen
Motors 20 auf der Grundlage und gemäß der Differenz im Verhältnis zwischen
einem gewünschten
(Soll-)Motorstrom und einem momentanen (Ist-)Motorstrom steuert.
Der Algorithmus 42 beginnt am Feld 44. Am Feld 46 erhält der Algorithmus 42 das
momentane (Ist-)Spannungssignal 27, das dem bürstenlosen
Motor 20 zugeführt wird.
Der Algorithmus 42 verwendet den Strom-Messwiderstand 23 zum
Ermitteln des momentanen (Ist-)Stromsignals 32 des bürstenlosen Motors 20.
Am Feld 48 ermittelt der Algorithmus die Richtung des momentanen
(Ist-)Stromsignals 32 aus dem vorliegenden PWM-Signal 36.
Am Feld 50 vergleicht der Algorithmus 42 ein Referenzstrom-Eingangssignal 34 mit
dem momentanen (Ist-)Stromsignal 32. Eine Differenz zwischen
diesen beiden Signalwerten 34 und 32 wird zum
Herleiten eines Fehlersignals 35 gebildet. Am Feld 52 wird
das Fehlersignal 35 in ein PWM-Signal 36 umgewandelt,
und das PWM-Signal 36 wird
dem bürstenlosen
Kommutator 14 zugeführt.
Am Feld 54 werden die Ankerpositionen des bürstenlosen
Motors 20 unter Verwendung von Hall-Sensoren 12A, 12B und 12C festgestellt. Diese
Ankerpositionen werden auch in den bürstenlosen Kommutator 14 eingegeben,
um den bürstenlosen
Motor 20 zu steuern. Am Block 56 wird der bürstenlose
Kommutator 14 zum Auswählen
und Einschalten eines aus zwei Leistungsschaltern bestehenden Satzes
zum Steuern des bürstenlosen
Motors 20 und zum Ausschalten aller anderen Leistungsschalter
verwendet.
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Der
Algorithmus 42 schreitet zum Entscheidungsfeld 58 fort.
Am Entscheidungsfeld 58 ermittelt der Algorithmus, ob das
PWM-Signal 36 einen
positiven Wert aufweist. Wenn ja, schreitet der Algorithmus 42 zum
Feld 60 fort, wo der bürstenlose
Kommutator 14 das Auswählen
der Leistungschalter zum Antreiben des bürstenlosen Motors 20 in
die positive Richtung zum Erhöhen
der Motordrehzahl ausführt, und
kehrt dann zum Feld 46 zurück, um dort fortzufahren. Falls
der Wert nicht positiv ist, schreitet der Algorithmus zum Entscheidungsfeld 62 fort.
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Am
Entscheidungsfeld 62 ermittelt der Algorithmus 42,
ob das PWM-Signal 36 einen negativen Wert aufweist. Wenn
ja, schreitet der Algorithmus 42 zum Feld 64 fort,
wo der bürstenlose
Kommutator 14 das Auswählen
der Leistungsschalter zum Antreiben des bürstenlosen Motors 20 in
die negative Richtung zum Verringern der Motordrehzahl ausführt, und kehrt
dann zum Feld 46 zurück,
um dort fortzufahren. Falls der Wert nicht negativ ist, ist das
Fehlersignal gleich Null, und der Algorithmus schreitet zum Feld 66 fort.
Am Feld 66 wird der bürstenlose
Kommutator 14 zum Auswählen
der Leistungsschalter zum Antreiben des bürstenlosen Motors 20 auf
dieselbe Weise zum Erhalten der gleichen Motordrehzahl gesteuert. Der
Algorithmus 42 kehrt dann zum Feld 46 zurück und fährt von
dort fort.
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Während die
Erfindung besonders mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform
dargestellt und beschrieben wurde, ist für den Fachmann in dem Gebiet
selbstverständlich,
dass Änderungen
in Form und Einzelheiten ausgeführt
werden können,
ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, der durch die beigefügten Ansprüche festgelegt
ist.