-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine PBM-Steuervorrichtung für eine PBM-Steuerung
eines Ausgangsstroms einer Umkehr- bzw. Umrichterschaltung, und
ein motorbetriebenes Gebläse
und einen elektrischen Staubsauger, die jeweils mit einem elektrischen
Motor ausgestattet sind, der durch deren Ausgangsstrom PBM-gesteuert
durch die PBM-Steuervorrichtung betrieben wird. Der hierin beschriebene elektrische
Staubsauger enthält
verschiedene Vorrichtungen, welche verschiedene Feststoffe oder
Fluide in einem Sammelbereich unter Verwendung von Unterdruck sammeln.
-
Beschreibung
der verwandten Technik
-
Als
ein herkömmlicher
rotorbetriebenes Gebläse
war eines mit einer Überstromschutzfunktion bekannt,
welche einen Einschaltstrom (Überstrom) und
einen ungewöhnlichen
oder ungeeigneten Strom bei dessen Startvorgang ermittelt. In diesem
Typ eines motorbetriebenen Gebläses
nimmt ein Strom I, der durch einen bürstenlosen Motor des motorbetriebenen
Gebläses
fließt,
schnell zu, nimmt dann aber mit der Zeit nach dem Start des motorbetriebenen Gebläses gemäß Darstellung
in 12 ab. Andererseits fließt, wenn der bürstenlose
Motor kontinuierlich überlastet
oder das motorbetriebene Gebläse
in einem blockierten Zustand gebracht wird, ständig ein zu hoher Strom.
-
Daher
werden ein Überstromerfassungswert Iz
und eine Überstromerfassungszeit
Tz festgelegt und gleichzeitig erfasst. Dadurch kann der Einschaltstrom
beim Startvorgang und der unzulässige
Strom unterschieden oder ermittelt werden. Wenn nämlich Tz < Tb erfasst wird,
wenn Iz < I ist,
ist das Auftreten eines unzulässigen
Stroms gefunden und der Strom wird unterbrochen. Verschiedene Schaltungskonfigurationen,
welche jeweils eine derartige Funktion haben, wurden bisher vorgeschlagen.
-
Bei
einer derartigen Einrichtung fließt jedoch bei dem Startvorgang
des motorbetriebenen Gebläses
ein großer
Strom innerhalb einer sehr kurzen Zeit und übt dadurch eine Belastung auf
jedes von den elektronischen Teilen einer elektronischen Schaltung aus.
Daher wurde eine Technologie vorgeschlagen, welche den Einschaltstrom
bei Startvorgang soweit wie möglich
unterdrückt.
Es ist beispielsweise ein in der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr.
Sho 62(1987-272877) offenbartes Verfahren bekannt, in welchem ein
Signal mit einer kurzen Impulsbreite in einer PBM-Umrichtervorrichtung
nur für
eine vorbestimmte Zeit nach dem Startvorgang des motorbetriebenen
Gebläses
zum Starten des motorbetriebenen Gebläses ausgegeben wird.
-
Jedoch
offenbart die Ungeprüfte
Japanische Patentveröffentlichung
Nr. Sho 62(1987-272877)
keinerlei spezifischer Einrichtung für die Ausgabe des Signals mit
der kurzen Impulsbreite nach dem Startvorgang des motorgetriebenen
Gebläses.
-
Die
US Patent Specification Nr. 5,345,156 offenbart eine Treiberschaltung
für einen
bürstenlosen Motor.
Die Schaltung umfasst eine Umkehr- bzw. Umrichterschaltung, um die
Statorwicklungen des Motors der Reihe nach zu erregen. Die Schaltung
erzeugt ein PBM-Steuersignal zum Steuern des den Statorwicklungen
zugeführten
Stroms über
nur einen Zyklus, der mit dem anfänglichen Startvorgang des Motors
gestartet wird. Das PBM-Signal ist eines mit zunehmender Impulsbreite,
die zum Einschaltzeitpunkt des Motors initialisiert wird.
-
Die
US Patent Specification Nr. 6,041,225 offenbart eine Schaltung für die Erzeugung
eines PBM-Steuersignals mit zunehmender Impulsbreite, die durch
Modulieren einer Trägerwelle
mit gepulsten Eingangssignalen erhalten wird. Die Beschreibung offenbart
keinen Vergleich eines Stromsteuersignals, das aus dem Ausgangsstrom
der Umrichterschaltung erhalten wird, mit einer Trägerwelle,
um ein PBM-Steuersignal zu erzeugen. Hier wird wiederum das PBM-Steuersignal
nur bei dem Startvorgang über
einen einzigen Zyklus erzeugt, der zu dem Einschaltvorgang des Motors
beginnt.
-
Die
European Patent Specification Nr. 0735663 offenbart eine Treiberschaltung
für einen bürstenlosen
Motor, der die Beziehung zwischen Spannung und Frequenz der Umrichterschaltung verwendet,
um ein PBM-Steuersignal zu erzielen, um die Erregung des Statormotors
zu steuern. Bei dem Start des Motors wird, wenn das Verhältnis der
Spannung zur Frequenz nicht eine vorbestimmte Beziehung aufweist,
die Spannung der Umrichterschaltung verringert. Wenn das Verhältnis von
Spannung zur Frequenz das vor bestimmte Verhältnis annimmt, schaltet eine
Umschalteinrichtung den Betriebsmodus des Motors von einem synchronen
Modus auf einen Rotorpositionserfassungsbetriebsmodus um.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer einfach zu implementierenden Einrichtung, um einen an einen
Elektromotor zu liefernden Strom mittels PBM so zu steuern, dass
er bei dem Startvorgang des Elektromotors abnimmt, und in der Bereitstellung
einer Einrichtung, welche den Einschaltstrom (Überstrom) bei dem Startvorgang
des Elektromotors verringert, insbesondere einen Startvorgangs-Einschaltstrom verringert, welche
für eine
Anwendung, wie zum Beispiel ein motorbetriebenes Gebläse geeignet
ist.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die neue PBM-Steuervorrichtung,
das motorbetriebene Gebläse
und den elektrischen Staubsauger der vorliegenden Erfindung gelöst.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt
Ein Antriebssteuerschaltung
(2) für
ein motorgetriebenes Gebläse
(1), das ein Luftgebläse
(18) und einen bürstenlosen
Motor (5) aufweist, der einen Rotor (12) und einen
Stator (13) mit Wicklungen (10) enthält, wobei
die Antriebssteuerschaltung eine Umkehr- bzw. Umrichterschaltung (14),
die die Wicklungen (10) der Reihe nach erregt, und so den
Rotor (12) dreht, eine Rotorpositions-Erfassungseinrichtung
(14), die ein Rotorpositions-Signal erzeugt, das die Drehposition
des Rotors (12) anzeigt, und eine PBM-Steuervorrichtung (7) umfasst,
die einen Mikroprozessor (6) mit einem Magnetpolpositions-Detektor (25)
und einer Interrupt-Verarbeitungseinrichtung enthält, wobei
die PBM-Steuervorrichtung
(7) ein PBM-Signal zum Steuern eines Einschaltstroms, der während des
Anlaufens des bürstenlosen
Motors (5) jeder der Wicklungen (10) von der Umkehrschaltung (4)
zugeführt
wird, ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass:
die PBM-Steuervorrichtung
(7) so eingerichtet ist, dass sie:
- (a)
eine Flanke des Rotorpositions-Signals erfasst,
- (b) einen Interrupt-Prozess in Reaktion auf die Flanke des Rotorpositions-Signals
in Gang setzt, in dem eine Drehposition des Rotors erfasst wird und
das PBM-Signal erzeugt wird,
- (c) einen Stromausgangswert (Iout*) während des Interrupt-Prozesses
monoton ändert,
um eine Impulsbreite des PBM-Signals durch Vergleich mit einer vorgegebenen,
sich wiederholenden Wellenform zu bestimmen und so die Impulsbreite des
PBM-Signals entsprechend der Wiederholung des Interrupt-Prozesses
zunehmend zu vergrößern.
-
Bevorzugt
eine Antriebssteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die PBM-Steuervorrichtung (7)
den Mikroprozessor (6) mit einem Stromregler (31)
zum Erzeugen eines Stromregelungs-Ausgangswertes (Iout*) aufweist
und der Stromregler (31) so betrieben werden kann, dass
er einen Prozess zum Unterbrechen der Drehung des bürstenlosen
Motors ausführt,
wenn der Anschaltstrom, der in den Wicklungen (10) fließt, einen
vorgegebenen Stromwert übersteigt,
der auf einen Wert über
einem vorgegebenen Einschaltstrom zu den Wicklungen (10)
beim Anlaufen des Rotors voreingestellt ist.
-
Bevorzugt
eine Antriebssteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die PBM-Steuervorrichtung (7)
den Mikroprozessor (6) und einen Speicher mit Software
enthält
und der Mikroprozessor vorgewählte
Anschlüsse
(36(a) bis 36(c)) des Mikroprozessors (6)
zwischen einer Funktion zum Eingeben des Rotorpositions-Signals
in den Mikroprozessor und einer Funktion zum Erzeugen von Interrupt-Signalen
für den
Interrupt-Prozess
auf Basis der in dem Speicher gespeicherten Software umschaltet.
-
Bevorzugt
eine Treiberregelungsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche wobei
der bürstenlose
Motor (5) das Luftgebläse
(18) eines elektrischen Staubsaugers (37) antreibt.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
ein Schaltbild, das eine Antriebssteuerschaltung eines motorbetriebenen
Gebläses darstellt;
-
2A und 2B sind
schematische Darstellungen, die einen Impeller eines Zentrifugalluftgebläses darstellen;
-
3 ist
ein Funktionsblockschaltbild, das eine Konfiguration einer PBM-Steuereinheit
zur Steuerung des motorbetriebenen Gebläses darstellt;
-
4 ist
ein Zeitdiagramm, das ein PBM-Signal und ein Trägerwellensignal darstellt;
-
5A und 5B sind
Flussdiagramme, die den Betrieb der PBM-Steuereinheit bei dem Startvorgang
des motorgetriebenen Gebläses
darstellen;
-
6 ist
eine Erläuterungsansicht,
die die Beziehung zwischen der Zeit, einem Stromregelungs-Ausgangswert
Iout* und einer Impulsbreite PB bei dem Startvorgang des motorgetriebenen
Gebläses
darstellt;
-
7 ist
eine Erläuterungsansicht,
die die Beziehung zwischen Signalen für Magnetsensoren und jeder
Interrupt-Verarbeitung darstellen;
-
8 ist
eine Erläuterungsansicht,
die Funktionen von Anschlüssen
für einen
Mikroprozessor darstellt;
-
9 ist
ein Flussdiagramm, das eine Interrupt-Verarbeitungsoperation einschließlich der
an den Funktionen der Anschlüsse
des Mikroprozessors ausgeführten Änderungen
darstellt;
-
10 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine äußere Konfiguration eines elektrischen
Staubsaugers darstellt;
-
11 ist
eine Erläuterungsansicht,
die einen Einschaltstrom- und Überstrom-Schutz
veranschaulicht; und
-
12 ist
eine Erläuterungsansicht,
die einen Einschaltstrom- und Überstrom-Schutz
in Bezug auf einen Stand der Technik darstellt.
-
Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
-
Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
-
Ein
motorbetriebenes Gebläse,
das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht wird zuerst beschrieben.
-
1 ist
ein Schaltbild, das eine Antriebssteuerschaltung 2 des
motorgetriebenen Gebläses 1 darstellt.
Die Antriebssteuerschaltung 2 ist eine Vorrichtung, welche
drehend einen bürstenlosen
Motor 5 des motorgetriebenen Gebläses 1 als Reaktion
auf einen Hochfrequenzstrom betreibt, der von einer durch eine Energiequelle 3 betriebenen
Umkehr- bzw. Umrichterschaltung 4 erzeugt wird. Die Treibersteuerschaltung 2 betreibt
und steuert die Umrichterschaltung 4 unter einer PBM-Steuervorrichtung 7 für die Durchführung einer
PBM (Pulsbreitenmodulation) unter Verwendung eines Mikroprozessors 6.
Die Details der entsprechenden Teile oder Komponenten der Antriebssteuerschaltung 3 werden
nachstehend erläutert.
-
Die
Energiequelle 3 wandelt eine von einer kommerziellen AC-Quelle
erzeugte AC-Spannung
in eine DC-Spannung unter Gleichrichtungs/Glättungs-Effekten einer Gleichrichterschaltung 8 und
eines Glättungskondensators 9 um.
Die DC-Spannung wird der Umrichterschaltung 4 zugeführt.
-
Die
Umkehr- bzw. Umrichterschaltung 4 besitzt sechs Halbleiterschaltelemente 51,
die in einer Dreiphasen-Brückenform
verbunden sind, und Dioden 52, welche jeweils zu den Halbleiterschaltelementen 51 parallel
geschaltet sind. Beispielsweise können Leistungstransistoren
als die Halbleiterschaltelemente 51 verwendet werden. Die
Umrichterschaltung 4 wird auf der Basis einem PBM-Signals
gesteuert, das von der mit dem Mikrocomputer 4 als den Mittelpunkt
konfigurierten PBM-Steuervorrichtung 7 ausgegeben wird
und liefert einen AC-Strom an jede von den Ankerwicklungen 10 des
bürstenlosen
Motors 5.
-
Der
bürstenlose
Motor 5 ist ein bürstenloser Dreiphasen-DC-Motor
und enthält
einen Rotor 12, in welchem Permanentmagnete 11 in
zwei Polpaaren eingebettet sind, und einen Stator 13 mit
einer Vielzahl von Ankerwicklungen 10. Ein Kern des Rotors 12 besteht
aus einem Siliziumstahl oder dergleichen mit einer hohen Permeabilität.
-
Die
Antriebssteuerschaltung 2 des motorbetriebenen Gebläses 1 ist
mit einer Rotorpositions-Erfassungseinrichtung 14 zum Erfassen
einer Dreh- oder Winkelposition des Rotors 12 versehen.
Eine derartige Rotorpositions-Erfassungseinrichtung 14 kann
durch drei magnetische Sensoren implementiert werden, die beispielsweise
in Intervallen von elektrischen Winkeln von 120° angeordnet sind. Als Magnetsensoren
können
ein Hall-Sensor,
ein Hall-IC usw. verwendet werden. Die Rotorpositions-Erfassungseinrichtung 14 kann
unter Verwendung eines optischen Impulscodierers oder sogar durch
Erfassen einer Spannung, die in die entsprechende Ankerwicklung 10 während einer
Entregungsperiode induziert wird, in welcher kein Stromfluss durch
die entsprechende Ankerwicklung 10 bewirkt wird, implementiert
werden. Wenn eine derartige Rotorpositions-Erfassungseinrichtung 14 Magnetpolpositionen an
vorbestimmten Intervallen des Rotors 12 erfasst, berechnet
der Mikroprozessor 6 der PBM-Steuervorrichtung 7 die
Drehgeschwindigkeit des Rotors 12 und die Stromführungs-
oder Leitungszeiten, die für die
entsprechenden Phasen unter Verwendung der magnetischen Polpositionen,
die eine von der Rotorpositions-Erfassungseinrichtung 14 erfasste
Information anzeigen, erzeugt werden und liefert geeignete Ströme an die
Ankerwicklungen 10 des Stators 13, um dadurch
ein Drehfeld zu erzeugen.
-
Ferner
ist die Antriebssteuerschaltung 2 des motorbetriebenen
Gebläses
mit einer Ankerstrom-Erfassungseinrichtung 15 zum Erfassen
der Ströme ausgestattet,
die durch die Ankerwicklungen 10 in dem bürstenlosen
Motor 5 fließen.
Die Ankerstrom-Erfassungseinrichtung 15 erfasst die Ströme, die
durch die Ankerwicklungen 10 des bürstenlosen Motors 5 fließen. Die
Ankerstrom-Erfassungseinrichtung 15 umfasst drei Stromsensoren,
um jeweils Ströme
Iu, Iv und Iw zu erfassen, die durch die Wicklungen für die entsprechenden
Phasen U, V und W fließen,
und eine Schaltung, um über
drei Widerstände
angelegte Spannungen zu erfassen.
-
Die
Antriebssteuerschaltung 2 des motorbetriebenen Gebläses 1 enthält eine
Umrichterschaltungsstrom-Erfassungseinrichtung 16, um einen durch
die Umrichterschaltung fließenden
Strom zu erfassen, und eine Umrichterschaltungs-Eingangsspannungs-Erfassungseinrichtung 17 zum
Erfassen einer in die Umrichterschaltung 4 eingegebenen Spannung
Vdc, welche beide als eine sich von der Ankerstrom-Erfassungseinrichtung 15 unterscheidende
Einrichtung zum Erfassen der durch die Ankerwicklungen 10 fließenden Ströme verwendet
werden. Die Umrichterschaltungs-Stromerfassungseinrichtung 16 umfasst
einen Stromsensor und eine Schaltung, in welcher eine über einen
Widerstand angelegte Spannung, der zwischen die Gleichrichterschaltung 8 und
den Glättungskondensator 9 geschaltet
ist, mittels der PBM-Steuervorrichtung 7 erfasst wird.
Andererseits ist die Umrichterschaltung-Eingangsspannungs-Erfassungseinrichtung 17 als
eine Erfassungseinrichtung einer physikalischen Größe konfiguriert,
um eine in die Umrichterschaltung 4 eingegebene Spannung
Vdc zu erfassen. Die Umrichterschaltungs-Eingangsspannungs-Erfassungseinrichtung 17 umfasst
eine solche Schaltung, in welcher die durch die Gleichrichterschaltung 8 und den
Glättungskondensator 9 gleichgerichtete
und geglättete
und in die Umrichterschaltung 4 eingegebene Spannung Vdc
durch die PBM-Steuervorrichtung 7 erfasst wird.
-
2A und 2B sind
schematische Darstellungen, die die Form eines Impellers 21 darstellen,
der in einem Zentrifugalluftgebläse 18 enthalten ist,
wobei 2B eine Darstellung eines Schnittes entlang
der Linie A-A von 2A und in der durch Pfeile dargestellten
Richtung gesehen ist. Ein derartiges Zentrifugalluftgebläse 18 war
bisher im breiten Einsatz für
elektrische Staubsauger. Der Impeller 21 umfasst eine Hauptplatte 22,
eine Seitenplatte 23 und eine Vielzahl von Schaufeln oder
Blättern 24.
Die Schaufeln 24 besitzen eine Vielzahl darauf ausgebildeter
konvexer Abschnitte, welche jeweils in ihren in der Hauptplatte 22 und
der Seitenplatte 23 ausgebildeten entsprechenden Löchern eingepasst
und darin befestigt sind.
-
Anschließend erfolgt
eine Beschreibung der Steuerung des bürstenlosen Motors 5 durch
die PBM-Steuervorrichtung 7. Eine Steuerung unter Nutzung
der Hardwarekonfiguration des motorbetriebenen Gebläses 1 wird
hierin beschrieben.
-
3 ist
ein Funktionsblockschaltbild zum Beschreiben der Funktion der in 1 dargestellten Schaltung.
Der in der PBM-Steuervorrichtung 7 enthaltene Mikroprozessor 6 enthält eine
CPU für
die Ausführung
verschiedener Berechnungsprozesse und die Steuerung entsprechender
Teile des motorbetriebenen Gebläses 1,
und verschiedene Speicher. Der Mikroprozessor 6 wird einen
vorbestimmten Berechnungsprozess und einen Eingabe/Ausgabe-Prozess
verschiedener Signale gemäß in jedem
Speicher ge speicherten Betriebsprogrammen aus, um dadurch die entsprechenden
Teile des motorbetriebenen Gebläses 1 zu
steuern. Das in 3 dargestellte Funktionsblockschaltbild
veranschaulicht prinzipiell die Funktion des Mikroprozessors 6 in
der Form von Blöcken.
-
Auf
der Basis eines von einer externen Befehlseinheit 20 ausgegebenen
Anweisung erfasst die PBM-Steuervorrichtung 7 im wesentlichen
die Magnetpolpositionen des Rotors 12 des bürstenlosen Motors 5 in
dem motorbetriebenen Gebläse 1,
bietet einen Zeittakt an, der für
die Zuführung
eines Stroms zur jeder Phase des bürstenlosen Motors 5 vorgesehen
ist und gibt ein PBM-Signal an die Treiberschaltung 19 aus.
-
Als
funktionale Elemente, die eine derartige PBM-Steuervorrichtung 7 bilden,
enthält
die PBM-Steuervorrichtung 7 Detektoren 25, 33 und 34 (um
jeweils physikalische Größen in Bezug
auf das motorgetriebene Gebläse
zu erfassen, wie zum Beispiel die Magnetpolpositionen des Rotors 12,
eine in die Umrichterschaltung eingegebene Spannung und Strom usw.),
eine Flusszeittaktsteuerung 26, eine Drehgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 28, eine
Drehgeschwindigkeitsregelung 29, eine Stromregelung 31,
einen Trägerwellengenerator 30 und
einen Komparator oder eine Vergleichseinrichtung 32. Die
CPU des Mikroprozessors 6 implementiert alle oder einige
von den Funktionen dieser entsprechenden Teile auf der Basis von
Software, die in den Speichern des Mikroprozessors 6 gespeichert
ist. Beispielsweise kann die Drehgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 28,
die Drehgeschwindigkeitsregelung 29, usw. durch Prozesse
implementiert werden, die von der CPU des Mikroprozessors 6 ausgeführt werden,
während
der Trägerwellengenerator 30,
die Stromregelung 31, die Vergleichseinheit 32 usw. durch
digitale Schaltung implementiert werden können.
-
Eine
Basisfunktion der PBM-Steuervorrichtung 7 ist wie folgt.
Die Stromregelung 31 erzeugt einen Stromregelungs-Ausgangswert
Iout* auf der Basis eines Stromsollwertes Iin*, der von der externen Befehlseinheit 20 geliefert
wird und für
die Spezifizierung von der Umrichterschaltung 4 an den
bürstenlosen
Motor 5 gelieferten Strombetrags verwendet wird, und von
erfassten Werten der physikalischen Größen, in Bezug auf das motorgetriebene
Gebläse. Ferner
vergleicht die Vergleichseinheit 32 den Stromregelungs-Ausgangswert
Iout* und ein Signal mit einer vorbestimmten Wellenform, (einer
Dreieckswellenform in dem vorliegenden Beispiel), die von den Trägerwellengenerator 30 ausgegeben
wird, welches als eine Vergleichsreferenz verwendet wird, und gibt das
Ergebnis des Vergleichs als ein PBM-Signal aus. Ein geeignetes PBM-Signal
wird gemäß diesem
Signal erzeugt, und ein Signal für
den Zeittakt, das dafür vorgesehen
ist, den Strom jeder Phase (d.h., heißt den Flusszeittakt) aus der
Flusszeittaktsteuerung 36 auf der Basis jedes erfassten
Wertes eines Magnetpolpositionsdetektor 25 zuzuführen.
-
Als
Reaktion auf das in dieser Weise erzeugte PBM-Signal betreibt und
steuert die Treiberschaltung 19 selektiv die Halbleiterschaltelemente
in der Umrichterschaltung 4. Demzufolge werden Hochfrequenzspannungsausgangssignale
an die entsprechenden Ankerwicklungen 10 des Motors 5 zum
Betrieb des bürstenlosen
Motors 5 geliefert.
-
Die
Funktion der Drehgeschwindigkeitsregelung 29 wird anschließend beschrieben.
Die Drehgeschwindigkeitsregelung 29 vergleicht einen berechneten
Wert R der Drehgeschwindigkeit (berechnet aus jeder Zeitveränderung
im Winkel des Rotors 12, der durch die Rotorpositions-Erfassungseinrichtung 14 erfasst
wird) mit der oberen Grenzdrehgeschwindigkeit des Rotors 12 (welche
durch eine mechanische Festigkeit oder dergleichen bestimmt ist).
Wenn der berechnete Wert R der Drehgeschwindigkeit die obere Grenzdrehgeschwindigkeit überschreitet,
steuert die Drehgeschwindigkeitsteuerung 29 die Drehgeschwindigkeit
des Rotors 12 so, dass sie auf die obere Grenzdrehgeschwindigkeit
begrenzt wird.
-
Ferner
dient die Drehgeschwindigkeitsregelung 29 als ein Proportional/Integral-Regelungssystem.
Auf der Basis des Befehls aus der externen Befehlseinheit 20 erkennt
der Mikroprozessor 6 verschiedene Betriebsmodi und subtrahiert
einen berechneten Drehgeschwindigkeitswert (welcher aus einem durch
die Rotorpositions-Erfassungseinrichtung 14 erfassten Winkel
des Rotors 12 und eine Zeitveränderung in dem Winkel berechnet
wird) von einem Drehgeschwindigkeits-Sollwert Rin*,
der abhängig
von den verschiedenen Betriebsmodi erkannt wird. Somit wird ein
Drehgeschwindigkeitsausgabewert Rout* unter Verwendung einer Operation
erhalten, die auf dem nachstehenden Ausdruck (1) unter Bezugnahme
auf das Subtraktionsergebnis erhalten wird. Rout*k = Rout*k-1 + Kp(Ek – ek-1) + Ki·T·Ek-1 (1)
-
In
dem Ausdruck (1) bezeichnet Rout* einen Drehgeschwindigkeitsausgabewert,
E bezeichnet einen Fehler zwischen einem Drehgeschwindigkeits-Sollwert
Rin* und einen berechneten Wert der Drehgeschwindigkeit, Kp bezeichnet
eine Proportionalverstärkung,
Ki bezeichnet eine Integralverstärkung
und T bezeichnet einen Erfassungszyklus bzw. Periode der Drehgeschwindigkeit.
-
Die
Stromregelung 31 erzeugt einen Stromregelungsausgangswert
Iout* auf der Basis eines von der Drehgeschwindigkeitsregelung 29 gelieferten Drehgeschwindigkeitsregelungsausgabewertes Rout*
und von erfassten Werten physikalischer Größen in Bezug auf das motorgetriebene
Gebläse 1, welche
in der vorliegenden Ausführungsform
eine physikalische Größe des Eingangs-
und/oder Ausgangsgröße der Umrichterschaltung 4 ist.
In der vorliegenden Ausführungsform
erfassen der Spannungsdetektor 33 und der Stromdetektor 34 in
die Umrichterschaltung 4 eingegebene Spannungen und Ströme und daraus
ausgegebene Ströme,
indem die Ankerstrom-Erfassungseinrichtung 15, die Umrichterschaltungs-Stromerfassungseinrichtung 16 und die
Umrichterschaltung-Eingangsspannungs-Erfassungseinrichtung 17 verwendet
werden, und geben deren erfassten Signale an die Stromregelung ausgeben
aus. Der Stromregelungs-Ausgangswert Iout* wird in die Vergleichseinheit 32 zum
Vergleich eingegeben, und ein Dreieckwellensignal aus dem Trägerwellengenerator 30 wird
als eine Vergleichsreferenz angelegt, wodurch eine PBM-Wellenform
aus dem Ausgang der Vergleichseinheit 32 entnommen wird. Ein
geeignetes PBM-Signal wird gemäß der PBM-Wellenform
und jedem der Flusszeittakte für
die entsprechenden Phasen, welche von dem Flusszeittaktregelung 26 geliefert,
erzeugt.
-
In
einer zu der vorstehend beschriebenen ähnlichen Weise betreibt und
steuert die Treiberschaltung 19 selektiv die Halbleiterschalterelemente in
der Umrichterschaltung 4 als Reaktion auf das erzeugte
PBM-Signal. Demzufolge werden Hochfrequenz-Spannungsausgangssignale
an die entsprechenden Ankerwicklungen 10 des bürstenlosen
Motors 5 ausgegeben, um den bürstenlosen Motor 5 zu betreiben.
-
In
einer derartigen Konfiguration wie vorstehend beschrieben, wird
der das motorbetriebene Gebläse
bildende bürstenlose
Motor 5 in drehender Weise durch die aus der Umrichterschaltung 4 ausgegebenen
Ströme
so betrieben, dass der Impeller 21 gedreht wird. Das motorgetriebene
Gebläse 1 saugt
Fluid, zum Beispiel Luft unter der Drehung des Impellers 21 an.
Zu diesem Zeitpunkt wird der bürstenlose
Motor drehbar in einem optimalen Zustand gemäß dem Zustand der externen
Befehlseinheit 20, der Dreh- oder Winkelposition des Rotors 12 des bürstenlosen
Motors 5, und der in der Umrichterschaltung fließenden Ströme usw.
betrieben.
-
4 ist
ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen einem Trägerwellensignal
der von dem Trägerwellengenerator 30 ausgegebenen
PBM und einem von der PBM-Steuervorrichtung 7 ausgegebenen
PBM-Signal. Der Mikroprozessor 6 erzeugt ein Interrupt-Signal
in einem gewissen vorbestimmten Zyklus oder entsprechenden Periode,
oder wird mit einem Interrupt-Signal von außen versorgt und startet eine
Interrupt-Verarbeitung,
welche die Erfassung einer Dreh- oder Winkelposition als Reaktion auf
das Interrupt-Signal als ein Auslöser beinhaltet. Wie vorstehend
beschrieben, führt
der Mikroprozessor 6 eine Drehgeschwindigkeitsberechnung,
eine Drehgeschwindigkeitsregelung, die Erfassung jeder physikalischen
Größe, Stromregelung,
usw. aus und berechnet oder ermittelt einen Stromregelungs-Ausgabewert
Iout*.
-
Der
Stromregelungs-Ausgabewert Iout* wird in die als PBM-Erzeugungseinheit
verwendete Vergleichseinheit für
den Zweck eines Vergleichs eingegeben und eine Trägerwelle
mit einer Periode Tp wird von dem Trägerwellengenerator 30 als
eine Vergleichsreferenz zugeführt,
wodurch eine PBM-Wellenform aus dem Ausgang der Vergleichseinheit 32 entnommen
wird. Wenn der Wert des Trägerwellensignals
den Stromregelungs-Ausgabewert
Iout* oder mehr in dem in 4 dargestellten
Beispiel erreicht, wird das PBM-Signal aktiv, und geht in dem vorliegenden
Beispiel aktiv nach unten. Demzufolge erreicht auch eine Ausgangsperiode
des PBM-Signal Tp. Somit wird der Ausgabewert der Stromregelung 31 bei
jede Impulsbreite gespiegelt und dadurch die durch jede Ankerwicklung 10 fließende Strommenge gesteuert,
wodurch das motorbetriebene Gebläse 1 mit
einer gewünschten
Ausgangsdrehzahl erreicht wird.
-
Im Übrigen ist
die Periode Tp der von dem Trägerwellengenerator 30 gelieferten
Trägerwelle
variabel und der Wert der Trägerwelle
kann zu einem gewünschten
Zeitpunkt (auf Null) zurückgesetzt
werden. Wenn der Wert des Trägerwellensignals
zurückgesetzt
wird (beispielsweise wenn ein Interrupt-Signal gemäß jedem
Betriebsmodus des motorbetriebenen Gebläses 1 erzeugt wird)
kann die Anzahl von aus der PBM-Steuervorrichtung 7 ausgegebenen
Impulse genauer gesteuert werden.
-
5A und 5B sind
Flussdiagramme, die ein Beispiel einer Betriebssteuerung bei dem Startvorgang
der PBM-Steuervorrichtung 7, hauptsächlich des Mikroprozessors 6,
darstellen. Die Beschreibung der Einstellung der verschiedenen Register
und Flags, ein Verfahren zum Erzeugen einer Trägerwelle usw. wird unterlassen.
-
Auf
der Basis eines von der externen Befehlseinheit 20 oder
dergleichen gelieferten Sollwertes erfasst die PBM-Steuervorrichtung 7 zuerst
die Drehposition des Rotors 12 des bürstenlosen Motors 5 (Schritt
S2) nach dem Startvorgang des motorgetriebenen Gebläses 1 (Schritt
S1) gemäß Darstellung in 5A.
Anschließend
setzt die PBM-Steuervorrichtung 7 einen
Anfangswert X1 eines Stromregelungs-Ausgabewertes Iout* (Schritt
S4). Dieser Anfangswert X1 wird höher als ein Soll- oder Wunscheinstellwert
Xm gesetzt. Ferner werden der Stromregelungs-Ausgabewert Iout* und
ein Trägerwellensignal
verglichen und dadurch ein PBM-Signal erzeugt (Schritt S5). Danach
wird ein einer geeigneten Phase entsprechendes PBM-Signal auf der
Basis der zuvor erfassten Stoppposition des Rotors 12 ausgegeben (Schritt
S6). Die Umrichterschaltung 4 wird auf der Basis des PBM-Signals
so betrieben, dass der Rotor 12 mit der Drehung beginnt.
-
Danach
führt die
PBM-Steuervorrichtung 7 in geeigneter Weise einer Interrupt-Verarbeitung
für die Erfassung
jeder Drehposition des Rotors 12 gemäß einem innerhalb des Mikroprozessors 6 verwendeten Zeittaktsignal
oder einem von außerhalb
gemäß Darstellung
in 5(B) gesendeten Signal durch und gibt
ein jeder geeigneten Phase entsprechendes PBM-Signal, auf der Basis
eines eigenen erfassten Wertes aus (Schritte S11 bis 19).
-
Es
wird nämlich,
wenn das motorgetriebene Gebläse 1 gestartet
wird, der Stromregelungs-Ausgabewert Iout* für den Vergleich mit dem Trägerwellensignal
verändert,
um eine Impulsbreite des PBM-Signals während der Interrupt-Verarbeitung (Schritt
S11, Schritt S12) für
die Erfassung der Drehposition des Rotors 12 zu vergrößern. Eine
derartige Verarbeitung macht es möglich, sanft die Impulsbreite
des PBM-Signals jedes mal zu vergrößern, wenn eine Drehposition
des Rotors 12 erfasst wird, und ermöglicht eine Reduzierung des
Einschaltstroms bei dem Startvorgang des motorgetriebenen Gebläses 1. Ferner
ist, da diese einfach der Interrupt-Verarbeitung für die Erfassung
jeder Dreh- oder Winkelposition des Rotors 12 hinzugefügt werden
kann, welche für
die Dre hung und Steuerung des motorgetriebenen Gebläses 1 erforderlich
ist, die Einstellung einer neuen Interrupt-Verarbeitung unnötig, Software
in ihrer Konfiguration keineswegs kompliziert und es wird Speicherkapazität eingespart.
-
Die
Ströme,
welche durch die Ankerwicklungen 10 fließen, werden
durch die Ankerstrom-Erfassungseinrichtung 15 und die Umrichterschaltungs-Stromerfassungseinrichtung 16 erfasst.
Wenn jeder von den erfassten Werten der Ströme einen erfassten Überstromwert
(der auf einen größeren Wert als
der Einschaltstrom bei dem Startvorgang eingestellt ist) überschreitet,
beendet der bürstenlose
Motor 5 seine Drehung. Es ist somit möglich, die Zuverlässigkeit
jeder elektronischen Komponente der Antriebssteuerschaltung 2 zu
verbessern.
-
Bei
den in 5 dargestellten Prozessen wird
eine Zeitvariable DELAY verwendet (Schritt S3). Jedes Mal, wenn
eine vorbestimmte Zeit verstreicht, wenn der bürstenlose Motor 5 gestartet
wird (Schritt S13), wird der Stromregelungs-Ausgabewert Iout* (Variable)
monoton reduziert, so dass der Iout* – 2 = Iout* erreicht, bis der
Stromregelungs-Ausgabewert Iout*
einen vorbestimmten Wert Xm erreicht (Schritte S15 bis S17). Ferner
wird die Impulsbreite PB des PBM-Signals monoton vergrößert (Schritt
S14). Somit wird die Impulsbreite PB für jede Interrupt-Verarbeitung
vergrößert, und
die Impulsbreite PB wird schrittweise nach dem Startvorgang des
bürstenlosen
Motors 5 vergrößert.
-
Die
Beziehung zwischen der Zeit, dem Stromregelungs-Ausgabewert Iout*
und der Impulsbreite PB bei deren Startvorgang ist in 6 dargestellt.
Das Verfahren der monotonen Verringerung des Stromregelungs-Ausgabewertes
Iout* in dieser Weise und der monotonen Vergrößerung der Impulsbreite des
PBM-Signals ermöglicht
einfache Einstellungen und eine Reduzierung in dem Einschaltstrom. Im übrigen ist
es selbstverständlich,
dass der Grad der monotonen Verringerung des Stromregelungs-Ausgabewertes
Iout* in großen
Schrittzahlen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung
eingestellt werden kann.
-
7C stellt einen Zustand dar, in welchem, wenn
Hall-ICs als die Rotorpositions-Erfassungseinrichtung 14 verwendet
werden und die Hall-ICs in dem Stator 13 in Intervallen
elektrischer Winkeln von 120° angeordnet
sind, Signale aus den Hall-ICs ausgegeben werden und Interrupt-Prozesse
abhängig von
den Flanken der von den Hall-ICs ausge gebenen Signale auftreten.
Gemäß diesem
Verfahren werden, wenn der Rotor 12 sich zu drehen beginnt,
die Interrupt-Prozesse automatisch bei allen elektrischen Winkeln
von 60° gestartet
und die Impulsbreite des PBM-Signals wird zusammen mit der Drehposition des
Erfassungsprozesses vergrößert. Da
der Mikroprozessor 6 keine Erzeugung von Interrupt-Signalen aus
dem Zeitgeber und dergleichen durchführen muss, können die
Interrupt-Prozesse leicht eingestellt werden. Da das Intervall des
Auftretens von Interrupt-Prozessen mit einem Anstieg in der Drehzahl oder
der Anzahl Umdrehungen kurz wird, und wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit
bei dem Startvorgang umgekehrt niedrig ist, wird die für jede Interrupt-Verarbeitung
erforderliche Zeit ebenfalls lang. Daher kann der Grad einer Zunahme
in der Impulsbreite zu Beginn des Startvorgangs leicht ansteigend gemacht
werden.
-
8 ist
eine Darstellung, welche Funktionen von Anschlüssen 36a bis 36c des
Mikroprozessors 6 beschreibt, in welche die von den Hall-ICs
ausgegebenen Signale eingegeben werden, und 9 ist ein
Flussdiagramm, das die Betriebssteuerung für die Durchführung einer
Umschaltung zwischen den Funktionen der Anschlüsse 36a bis 36c während einer
Interrupt-Verarbeitung darstellt. Die Anschlüsse 36a bis 36c sind
jeweils mit den Funktionen versehen, hauptsächlich die Flanken der Signale
des Hall-IC1 bis Hall-IC3 zu erfassen und dadurch Interrupt-Signale
zu erzeugen versehen. Während
der Interrupt-Verarbeitung wird die Position jedes Magnetpols auf
eine Erfassungsfunktion (Schritt 10) während der Interrupt-Verarbeitung
umgeschaltet. Wenn die Magnetpositionserfassung abgeschlossen ist, wird
der Routineprozess wieder auf die Funktion der Erfassung der Flanken,
der von dem Hall-IC1 bis Hall-IC3 ausgegebenen Signale zurückgeschaltet (Schritt
S20). Eine effektive Nutzung der Anschlüsse 36a bis 36c,
die darin die von der Rotorpositions-Erfassungseinrichtung 14 ausgegebenen
Signale empfangen, eliminiert auf diese Weise die Notwendigkeit einer
Bereitstellung einer neuen Verdrahtung zwischen dem Mikroprozessor 6 und
Sensoren und macht es möglich,
die Gesamtanzahl der Anschlüsse 35 des
Mikroprozessors 6 zu verringern.
-
Die
vorstehend erwähnte
PBM-Steuervorrichtung 7 und das motorgetriebene Gebläse 1 können in
einem elektrischen Staubsauger montiert sein. 10 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine externe Konfiguration eines
elektrischen Staubsaugers 37 darstellt. Der vorliegende
elektrische Staubsauger 37 besitzt eine Konfiguration,
in welcher ein Schlauch 41, an welchem ein zweiteilig konfiguriertes
Verlängerungsrohr 40 mit
einem vorderen Endabschnitt, an welchem ein Saug- oder Einlasskörper 39 abnehmbar
befestigt ist, lösbar
an einem Gehäuse 38 angebracht,
welches eine Basis des elektrischen Staubsaugers 37 bildet.
-
Ein
motorbetriebenes Gebläse 1,
das einen bürstenlosen
Motor 5, ein Luftgebläse 18 usw.
aufweist, ist in das Gehäuse 38 eingebaut.
Der Schlauch 41 ist mit dem Gehäuse in einer solchen Weise
verbunden, dass dessen Basisende mit der Saugseite des motorgetriebenen
Gebläses 1 über eine
nicht dargestellte Staubkammer in Verbindung steht. Eine Handsteuerung 43 mit
einer solchen Form, dass sie sich von dem Schlauch aus nach hinten
gerichtet verzweigt, ist an dem vorderen Ende oder der Spitze des Schlauchs 41 vorgesehen.
In der Handsteuerung 43 dient ein Endabschnitt des von
dessen vorderen Ende, der sich aus dem Gehäuse 41 nach hinten
verzweigt, als ein Griff oder Griffabschnitt 42, und eine Steuertaste 44 ist
an einer Position vorgesehen, wo sie mit dem Daumen einer Bedienungsperson
betätigt
werden kann, die den Griff 42 ergreift. Die Steuertaste 44 hat
eine Doppelrolle als ein Energieschalter für das motorgetriebene Gebläse 1.
Ferner ist die Steuertaste 4 so konfiguriert, dass sie
in der Lage ist, eine Vielzahl von Arten von Betriebsmodi auszuwählen und
einzustellen, ohne jeweils das motorgetriebene Gebläse 1 in
voneinander unterschiedliche Antriebszustände zu bringen. Die Steuertaste 44 ist nämlich in
der Lage, beispielsweise den Betriebmodus in vier Stufen von "stopp", "langsam", "mittel" und "schnell", umzuschalten. Gemäß der Auswahl
des Betriebsmodus durch die Steuertaste 44 gibt die externe
Befehlseinheit 20 einen unterschiedlichen Stromsollwert
Iin* an die PBM-Steuervorrichtung 7 aus. Ferner ist das
zweiteilig konfigurierte Verlängerungsrohr 40 mit
der Spitze oder dem Vorderende, an welchem der Einlasskörper 39 abnehmbar
montiert ist, lösbar
an der Handsteuerung befestigt.
-
Der
elektrische Staubsauger 37 muss die Drehzahl des motorgetriebenen
Gebläses 1 auf
etwas 40.000 bis 50.000 Upm in etwa ein bis drei Sekunden zum Startzeitpunkt
erhöhen.
Das motorgetriebene Gebläse 1 für einen
derartig elektrischen Staubsauger 37 arbeitete mit der
Auslösung
der Flanke jedes von der Rotorpositions-Erfassungseinrichtung 14 erfassten
Signals, um dadurch jede Interrupt-Verarbeitung und Vergrößerung einer
Impulsbreite mit einem PBM-Signal, während der Interrupt-Verarbeitung
durchführen.
Das heißt,
gemäß diesem
Verfahren wird, wenn der Rotor 12 mit der Drehung beginnt,
jede Interrupt-Verarbeitung automatisch gemäß diesem Verfahren gestar tet,
und das Intervall des Auftretens der Interrupt-Prozesse variiert
mit der hohen oder niedrigen Drehzahl. Wenn die Drehzahl bei dem
Start niedrig ist, ist nämlich
die zum Bewirken jeder Interrupt-Verarbeitung erforderliche Zeit
lang. Wenn die Drehzahl hoch ist, wird das Intervall für das Auftreten
der Interrupt-Prozesse kurz. Daher ist es, wenn der Einschaltstrom
bei dem Startvorgang zum Ansteigen neigt, möglich, automatisch den Grad
des Anstiegs in der Impulsbreite zu verlangsamen und den Einschaltstrom
zu unterdrücken.
Den Grad der Zunahme in der Impulsbreite wird automatisch beschleunigt,
da die Spitze des Einschaltstromes vorübergeht und zu fallen beginnt.
Es ist auch möglich,
die Drehzahl auf hohe Drehzahlen in den Bereich von 40.000 Upm bis
50.000 Upm in einer kurzen Zeitdauer äquivalent zu einer Startzeit
von etwa 1 bis 3 Sekunden zu erhöhen.
-
Gemäß dem motorgetriebenen
Gebläse 1 und
dem elektrischen Staubsauger 37 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
kann der Einschaltstrom nach Darstellung in 11 reduziert
werden. Es dürfte
sich nämlich
verstehen, dass in dem in 11 dargestellten
Beispiel im Vergleich zu dem in 12 dargestellten
Beispiel ein Strom I, der durch den bürstenlosen Motor 5 bei
dem Startvorgang des motorbetriebenen Gebläses 1 fließt, unterhalb
eines Überstromerfassungswertes
Iz liegt, und somit der Einschaltstrom abnimmt.