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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Motoren und Motortreiber
und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf Motoren und Halbleitertreiber
für diese
und insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, auf einen Motortreiber
und auf ein System mit Redundanz mit Phasenabstand.
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Verschiedene
Typen von Motoren wie etwa bürstenlose
Gleichstrommotoren haben mehrere Phasenwicklungen und werden dadurch
betrieben, dass über
ein Zeitintervall, das anteilig ist, bei der Drehung des Rotors
durch die Phasenwicklungen Stromimpulse angesteuert werden. Durch Änderung des
Effektivwerts der Stromimpulse kann der Motor gesteuert werden.
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1 ist
ein vereinfachter Blockschaltplan eines herkömmlichen Motorsteuersystems.
Wie bei den anderen hier gegebenen Figuren ist es nicht der Zweck
von 1, genau die Gesamtkonstruktion eines vollständigen Motorsteuersystems
zu veranschaulichen, sondern eher, annähernd zu veranschaulichen,
wie besonders wesentliche Bauteile eines solchen Systems miteinander
zusammenwirken. Folglich ist es eher der Hauptzweck der zwischen den
verschiedenen Blöcken
des Blockschaltplans gezeichneten Pfeile, den Fluss von Informationen und
Impulsen zwischen diesen Bauteilen zu veranschaulichen, als die
Anzahl elektrischer Leiter zu bezeichnen, die in der Praxis zum
Verbinden der Bauteile verwendet werden. Da sich der Blockschaltplan auf
einen Dreiphasenmotor (z.B. veränderlicher
magnetischer Widerstand, Induktion, bürstenlos, mit Permanentmagnet
usw.) bezieht, werden in der Mehrzahl der Fälle drei parallele Pfeile,
Leiter oder Linien verwendet, um einen anschaulichen und klaren Blockschaltplan
zu erhalten. Selbstverständlich
kann die Anzahl der Leiter in der Realität (z.B. je nach dem Typ des
Motors, ob der Motor in einer Dreieckskonfiguration, in einer Sternkonfiguration
usw. angeordnet ist) größer oder
kleiner als die veranschaulichte sein.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
hat der bürstenlose
Gleichstrommotor 1, der in dem Blockschaltplan die Form
eines Motors mit veränderlichem
magnetischem Widerstand hat, drei Phasenwicklungen A', A''; B',
B''; und C', C''. Der Motor wird durch eine Motortreiberschaltung 5 angesteuert,
die von entsprechenden Ausgängen
A, B und C impulsbreitenmodulierte Stromimpulse (PWM-Stromimpulse)
an die Phasenwicklungen sendet. Die Motortreiberschaltung 5 kann
z.B. auf bekannte Weise Doppelleistungsstufen mit Schalttransistoren
(nicht gezeigt) für
jede Phase haben. Eine Leistungsquelle (nicht gezeigt) enthält eine
Energiequelle wie etwa eine Batterie.
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Die
Frequenz und die Dauer der von der Motortreiberschaltung 5 an
die Phasenwicklungen gelieferten Stromimpulse werden durch Ansteuerimpulse
gesteuert, die von einer Steuereinheit 6 an die Motortreiberschaltung 5 geliefert
werden. Die Steuereinheit 6 empfängt von Lagesensoren 7 Informationen,
die den Drehwinkel des Rotors des Motors 1 betreffen. Die
Steuereinheit 6 verwendet die Informationen von den Lagesensoren 7,
um die Motorwicklungen zu kommutieren. Die Kommutierung ist das
periodische Anlegen von Strom an die richtigen Wicklungen als Funktion
der Rotorlage, um zu ermöglichen, dass
sich der Motor mit maximalem Drehmoment dreht. Zum Beispiel können in
Verbindung mit den jeweiligen Phasen auf an sich bekannte Weise
drei Lagesensoren 7 einer bekannten Art angeordnet sein. Wie
klar ist, kann andererseits irgendein bekanntes Lageabtastschema
angewendet werden.
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Außerdem empfängt die
Steuereinheit 6 mit Hilfe der Sensoren 8 Informationen,
die sich auf den Motorstrom beziehen, d. h. auf die Ströme, die
an die Phasenwicklungen des Motors 1 geliefert werden. Diese
Informationen können
durch die Steuereinheit 6 verwendet werden, um die Drehzahl
und/oder das Drehmoment des Motors 1 zu steuern. Die Sensoren 8 können drei
bekannte Sensoren umfassen und sind z.B. auf eine an sich bekannte
Weise in Verbindung mit den Leitungen zu den Phasenwicklungen angeordnet.
Schließlich
empfängt
die Steuereinheit 6 außerdem
Steuerinformationen von einer externen Informationsquelle 9.
Die externe Informationsquelle kann z.B. so konstruiert sein, dass
sie Informationen liefert, die einen Sollwert in Bezug auf die Motordrehzahl
betreffen. Die Steuereinheit 6 ist so konstruiert, dass
sie in Reaktion auf von den Sensoren und von der externen Informationsquelle
empfangene Informationen die Ansteuerimpulsparameter ändert, um z.B.
in Bezug auf die Winkellage der Rotordrehung die Impulsbreite, die
Frequenz, den Effektivwert und die Phasenlage der Ansteuerimpulse
zu ändern,
um bei verschiedenen Betriebsbedingungen eine gewünschte Motordrehzahl
zu erzielen. In einigen Anwendungen können entweder die Lagesensoren 7 oder
die Stromsensoren 8 weggelassen sein. Um den allgemeineren
Fall zu veranschaulichen, sind hier beide enthalten, wobei sie aber
nicht wesentlich für
die Erfindung sind.
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Bestimmte
Anwendungen erfordern Motorsteuersysteme, die bei verhältnismäßig hohen
Leistungspegeln arbeiten. In solchen Anwendungen sind herkömmlich zwei
oder mehr Motortreiberschaltungen 5 parallel geschaltet,
um die Gesamtleistung, die an die Wicklungen des Motors 1 lieferbar
ist, zu erhöhen.
Zum Beispiel veranschaulicht 2 ein herkömmliches
Hochleistungs-Motorsteuersystem zum Ansteuern des Motors 1.
Wie gezeigt ist, haben mehrere Motortreiberschaltungen 5 (z.B.
die Motortreiber Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3) ihre jeweiligen Ausgänge parallel
geschaltet und mit den jeweiligen Wicklungen des Motors 1 gekoppelt.
Die jeweiligen Eingänge
der Motortreiberschaltungen 5 sind gleichfalls zu der Steuereinheit 6 parallel
geschaltet. Im Ergebnis liefern die Motortreiberschaltungen 5 an
jede der jeweiligen Phasen des Motors 1 identische PWM-Stromimpulse.
Zum Beispiel wird die Gesamtleistung, die an die Wicklungen des
Motors 1 lieferbar ist, um einen Faktor von 3 erhöht, falls
es drei Motortreiberschaltungen 5 parallel gibt.
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Die
in 2 dargestellte herkömmliche Hochleistungs-Motorsteuerkonfiguration
kann in vielen Hochleistungsanwendungen geeignet sein. Allerdings
gibt es bei dieser parallelen Konstruktion verschiedene Nachteile.
Zum Beispiel ziehen die Motortreiberschaltungen 5 eine
wesentlich größere Menge Strom
aus der Leistungsquelle. Darüber
hinaus kann durch die mehreren Motortreiberschaltungen 5 im Vergleich
zu einer einzelnen Motortreiberschaltung 5 über die
Schalttransistoren usw. erhebliche elektromagnetische Störung (EMI)
erzeugt werden.
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Angesichts
derartiger Nachteile im Zusammenhang mit herkömmlichen Motorsteuersystemen gibt
es im Gebiet einen starken Bedarf an einem verbesserten Motorsteuersystem.
Zum Beispiel gibt es im Gebiet einen starken Bedarf an einem Motorsteuersystem,
das eine hohe Leistung liefern kann, aber dennoch die Menge des
aus einer Leistungsquelle gezogenen Stroms minimiert. Außerdem gibt
es im Gebiet einen starken Bedarf an einem Motorsteuersystem, das
selbst in Hochleistungsanwendungen eine verringerte EMI liefert.
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WO
94/14226 offenbart ein Motorsystem mit einzeln gesteuerten redundanten
Wicklungen. Es sind wenigstens drei Wicklungen vorgesehen, so dass
im Fall eines einzelnen Kurzschlusses eine der verbleibenden zwei
Wicklungen so wirkt, dass sie die durch die kurzgeschlossene Wicklung
verursachte Hemmung aufhebt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Steuereinheit für ein Motorsystem mit N redundanten M-Phasen-Rotor/Stator-Kombinationen,
die an einer gemeinsamen Welle angebracht sind, geschaffen, wobei
N und M beides ganze Zahlen größer als
1 sind, umfassend: N Treiberschaltungen jeweils mit M Ausgängen, wobei
jeder der M Ausgänge
jeweils einer der N Treiberschaltungen an eine entsprechende Phasenwicklung
in jeweils einer der redundanten M-Phasen-Rotor/Stator-Kombinationen
impulsbreitenmodulierte Stromimpulse liefert; und eine Steuereinheit,
die mit den N Treiberschaltungen funktional gekoppelt ist, um zwischen
den N Treiberschaltungen einen Phasenabstand zu liefern, wobei die
durch die N Treiberschaltungen an eine gleiche Phasenwicklung in
jeder der redundanten M-Phasen-Rotor/Stator-Kombinationen gelieferten
Stromimpulse in Bezug auf die Phase versetzt sind; wobei die N Treiberschaltungen
im Wesentlichen identisch sind und Ansteuerimpulse von der Steuereinheit
empfangen und wobei die N Treiberschaltungen von der Steuereinheit
die gleichen Ansteuerimpulse, aber mit verschiedenen Phasenverzögerungen,
empfangen.
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Ferner
werden gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Motor und Steuersystem geschaffen, umfassend: einen
Motor mit N redundanten M-Phasen-Rotor/Stator-Kombinationen,
die eine gemeinsame Welle gemeinsam nutzen, wobei N und M beides ganze
Zahlen größer als
1 sind; N Treiberschaltungen jeweils mit M Ausgängen, wobei jeder der M Ausgänge jeweils
einer der N Treiberschaltungen an eine entsprechende Phasenwicklung
in jeweils einer der redundanten M-Phasen-Rotor/Stator-Kombinationen impulsbreitenmodulierte
Stromimpulse liefert; und eine Steuereinheit, die mit den N Treiberschaltungen
funktional gekoppelt ist, um zwischen den N Treiberschaltungen einen
Phasenabstand zu liefern, wobei die durch die N Treiberschaltungen
an eine gleiche Phasenwicklung in jeder der redundanten M-Phasen-Rotor/Stator-Kombinationen
gelieferten Stromimpulse in Bezug auf die Phase versetzt sind; wobei
die N Treiberschaltungen im Wesentlichen identisch sind und Ansteuerimpulse
von der Steuereinheit empfangen und wobei die N Treiberschaltungen
von der Steuereinheit die gleichen Ansteuerimpulse, aber mit verschiedenen
Phasenverzögerungen,
empfangen.
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Ferner
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Motors mit N redundanten
M-Phasen-Rotor/Stator-Kombinationen geschaffen, wobei N und M beides
ganze Zahlen größer als
1 sind, die folgenden Schritte umfassend: Bereitstellen von N Treiberschaltungen
jeweils mit M Ausgängen,
wobei jeder der M Ausgänge
jeweils einer der N Treiberschaltungen impulsbreitenmodulierte Stromimpulse
an eine entsprechende Phasenwicklung in jeweils einer der redundanten
M-Phasen- Rotor/Stator-Kombinationen
liefert; und Liefern eines Phasenabstands zwischen den N Treiberschaltungen,
wobei die durch die N Treiberschaltungen an eine gleiche Phasenwicklung
in jeder der redundanten M-Phasen-Rotor/Stator-Kombinationen gelieferten
Stromimpulse in Bezug auf die Phase versetzt sind; und wobei die
N Treiberschaltungen im Wesentlichen identisch sind und die N Treiberschaltungen die
gleichen Ansteuerimpulse, aber mit verschiedenen Phasenverzögerungen,
empfangen.
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Zur
Lösung
der vorstehenden und verwandten Aufgaben umfasst die Erfindung danach
die im Folgenden umfassend beschriebenen und insbesondere in den
Ansprüchen
aufgezeigten Merkmale. Die folgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung
legen ausführlich
bestimmte veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung
dar. Allerdings geben diese Ausführungsformen
nur wenige der verschiedenen Arten an, auf die die Prinzipien der
Erfindung genutzt werden können.
Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung gehen
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung bei Betrachtung in Verbindung mit den
Zeichnungen hervor.
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1 ist
ein Blockschaltplan einer herkömmlichen
Motorsteueranordnung;
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2 ist
ein Blockschaltplan einer herkömmlichen
Hochleistungs-Motorsteueranordnung;
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3 ist
ein allgemeiner Blockschaltplan einer N-fach redundanten Motorsteueranordnung
mit Phasenabstand für
einen bürstenlosen
M-Phasen-Gleichstrommotor
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
ein Blockschaltplan einer dreifach redundanten Motorsteueranordnung
mit Phasenabstand für
einen bürstenlosen
Dreiphasen-Gleichstrommotor in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung; und
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5 ist
ein A-Phasen-Zeitablaufdiagramm, das den Phasenabstand zwischen
den jeweiligen A-Phasen-Ansteuerimpulsen in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung in Bezug auf die Ausführungsform
aus 4 veranschaulicht.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun ausführlich anhand der Zeichnung
beschrieben, in der zur Bezugnahme auf gleiche Elemente überall gleiche Bezugszeichen
verwendet sind.
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Zunächst Bezug
nehmend auf 3 ist ein allgemeiner Blockschaltplan
eines N-fach redundanten Motorsteuersystems 10 mit Phasenabstand
für einen
bürstenlosen
Gleichstrommotor 12 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie anhand der folgenden
Beschreibung klar ist, ist N eine ganze Zahl gleich oder größer als
zwei. Anders als die oben in Verbindung mit 1 und 2 beschriebenen
herkömmlichen
Systeme weist der bürstenlose
Gleichstrommotor 12 eine Rotor/Stator-Konfiguration auf,
die in N getrennte Permanentmagnet-Mehrphasenrotoren geteilt ist,
die an einer gemeinsamen Welle 14 angebracht sind und mit
N getrennten Mehrphasenstatoren gepaart sind. Die getrennten Mehrphasenrotoren
können
einen gemeinsamen Permanentmagneten gemeinsam nutzen oder jeder
seinen eigenen jeweiligen Permanentmagneten haben.
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Dementsprechend
weist der bürstenlose Gleichstrommotor 12,
wie in 1 dargestellt ist, N Mehrphasen-Rotor/Stator-Kombinationen 16 auf.
Für einen
Motor 12 gegebener Größe hat jede
der N Rotor/Stator-Kombinationen 16 etwa 1/N der Größe der Rotor/Stator-Konfiguration
eines herkömmlichen Gleichstrommotors äquivalenter
Größe mit einem einzigen
Rotor und einem einzigen Stator. Die Rotor/Stator-Kombinationen 16 können z.B.
in der Weise an der gemeinsamen Welle 14 angebracht sein, dass
sie wie in 1 gezeigt axial entlang der
Länge der
Welle 14 versetzt sind. Außerdem können die Rotor/Stator-Kombinationen 16 jeweils
mit einem vorgegebenen Winkelversatz an der Welle 14 angebracht sein.
Dieser Winkelversatz kann verwendet werden, um die Motorleistungsparameter
zu verbessern, um etwa durch Mitteln der Wirkungen jeder Rotor/Stator-Kombination
die Drehmomentwelligkeit zu verringern.
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Das
Steuersystem 10 weist N Motortreiberschaltungen 5 auf,
die jeweils im Wesentlichen die identische Konstruktion und den
identischen Betrieb wie die Motortreiberschaltungen 5 aus 1 und 2 haben.
Das heißt,
jede der Motortreiberschaltungen 5 liefert Mehrphasen-Stromimpulse
an die jeweiligen Phasenwicklungen einer entsprechenden der Rotor/Stator-Kombinationen 16.
Somit ist z.B. dann, wenn jede der Rotor/Stator-Kombinationen 16 als
dreiphasig konstruiert ist, jede der Motortreiberschaltungen 5 so
konstruiert, dass sie Dreiphasen-Stromimpulse an die jeweiligen
Phasenwicklungen der entsprechenden Rotor/Stator-Kombinationen 16 liefert.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich in Bezug auf eine Dreiphasenkonstruktion beschrieben
wird, ist natürlich
klar, dass die besondere Anzahl von Phasen, die besondere Phasenkonfiguration
usw. für
die Erfindung nicht von Belang sind.
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Ferner
weist das Steuersystem 10 eine Steuereinheit 6 auf,
die grundsätzlich
den identischen Betrieb wie die oben in Bezug auf 1 und 2 diskutierte
Steuereinheit 6 haben kann. Genauer werden die Frequenz
und die Dauer der von den entsprechenden Motortreiberschaltungen 5 an
die Phasenwicklungen der Rotor/Stator-Kombinationen 16 gelieferten
Stromimpulse mit Ansteuerimpulsen gesteuert, die von der Steuereinheit 6 an
die Motortreiberschaltungen 5 geliefert werden. Die Steuereinheit 6 empfängt von
Lagesensoren 7 Informationen, die den Drehwinkel des Motors 12 betreffen.
Außerdem empfängt die
Steuereinheit 6 ähnlich
den Ausführungsformen
in 1 und 2 über die Stromsensoren 8 (in 3 nicht
gezeigt) Informationen, die sich auf den Motorstrom beziehen, sowie
von einer externen Informationsquelle 9 externe Steuerinformationen.
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Die
Steuereinheit 6 liefert an einen Steuerbus 20 Ansteuerimpulse
zum Steuern der Mehrphasenwicklungen in jeder der Rotor/Stator-Kombinationen 16.
Genauer wird an die geeignete Motortreiberschaltung 5,
die die jeweilige Rotor/Stator-Kombination 16 steuert,
für jede
entsprechende Phase ein identischer Ansteuerimpuls geliefert. Somit
liefert die Steuereinheit 6 in gewissem Sinn die Ansteuerimpulse
an jede der Motortreiberschaltungen 5 parallel, so dass
jede der Motortreiberschaltungen 5 die jeweiligen mehreren
Phasen in Übereinstimmung
mit den Ansteuerimpulsen mit Stromimpulsen steuern kann.
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Allerdings
ist bemerkenswert, dass die vorliegende Erfindung absichtlich eine
Phasendifferenz oder Verzögerung
zwischen den Stromimpulsen der parallel geschalteten Motortreiberschaltungen 5 einführt. Die
Phasendifferenz zwischen den an die jeweiligen Motortreiberschaltungen 5 gelieferten
Ansteuerimpulsen wird als 360°/N
gewählt,
wobei N wieder die Anzahl getrennter Rotor/Stator-Kombinationen 16 repräsentiert.
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Somit
weist z.B. das in 3 gezeigte Steuersystem 10 eine
Reihe von Phasenverzögerungen 22 auf,
die so konstruiert sind, dass sie an die an die entsprechenden Motortreiberschaltungen 5 gelieferten
Ansteuerimpulse eine vorgegebene Phasenverzögerung liefern. Die Motortreiberschaltungen 5 liefern
wiederum an die jeweiligen Phasenwicklungen der Rotor/Stator-Kombinationen 16 Stromimpulse
mit denselben vorgegebenen Phasenverzögerungen. Wie in 3 gezeigt
ist, liefert die Steuereinheit 6 direkt, d. h. ohne irgendeine
Phasenverzögerung,
Ansteuerimpulse an den Motortreiber Nr. 1. Der Motortreiber Nr.
1 liefert wiederum entsprechende Stromimpulse an die jeweiligen
Wicklungen der Rotor/Stator-Kombination Nr. 1. Die Steuereinheit 6 liefert über eine
Phasenverzögerung 22 gleich
360°/N gleiche
Ansteuerimpulse an den Motortreiber Nr. 2. Dementsprechend liefert
der Motortreiber Nr. 2 an die Rotor/Stator-Kombination Nr. 2 Stromimpulse,
die gegenüber
den an die Rotor/Stator-Kombination Nr. 1 gelieferten um 360°/N phasenverschoben
sind. Ähnlich
liefert die Steuereinheit 6 über eine Phasenverzögerung 22 gleich
(360°/N)·(N – 1) die
gleichen Ansteuerimpulse an den Motortreiber Nr. N. Im Ergebnis
empfängt
die Rotor/Stator-Kombination Nr. N Stromimpulse, die gegenüber den
an die Rotor/Stator-Kombination Nr. 1 gelieferten Stromimpulsen
um (360°/N)·(N – 1) phasenverschoben
sind.
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Der
Lieferung einer Phasendifferenz zwischen den ansonsten parallel
geschalteten Motortreiberschaltungen 5 gemeinsam mit getrennten
Rotor/Stator-Kombinationen 16 sind in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung verschiedene Vorteile zugeordnet. Zum Beispiel können mehrere Motortreiberschaltungen 5 parallel
geschaltet sein, um eine erhöhte
Gesamtleistung an den Motor 12 zu liefern. Allerdings sind
die durch die Motortreiberschaltungen 5 gelieferten Stromimpulse
anders als bei dem herkömmlichen
Zugang aus 2 allgemein in Bezug auf die
Phase (z.B. um 360°/N)
beabstandet. Dies führt
dazu, dass das jeweilige Ein-/Ausschalten der Transistoren in den
Motortreiberschaltungen 5 in Bezug auf die Zeit stärker verteilt
wird. Folglich ist der zum Ansteuern des Motors 12 über das
Steuersystem 10 verwendete Gesamteingangswirkstrom verringert.
Es ist klar, dass sich der Wirkwechselstrom näherungsweise proportional zur
Anzahl der Motortreiberschaltungen 5 (d. h. um einen Faktor
N) verringert.
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Darüber hinaus
erhöht
sich das Frequenzspektrum des Eingangsstroms. Genauer erhöht sich das
Frequenzspektrum näherungsweise
proportional zu N, der Anzahl der Motortreiberschaltungen 5. Wenn
z.B. N gleich drei ist, erhöht
sich die niedrigste Frequenz um drei und erhöhen sich alle Oberschwingungen
ebenfalls um drei. Das erhöhte
Frequenzspektrum zusammen mit dem verringerten Eingangswirkstrom
führt zu
einer Verringerung der Größe und des
Gewichts des Eingangs-EMI-Filters 26, das die Eingangsgleichstromleistung
in das System 10 filtert. Diese Verringerung des EMI-Filters 26 kann
bis zu N sein. Dies repräsentiert
z.B. eine große
Verbesserung bei Luftfahrtelektronik-Stellgliedern, wo das EMI-Filter 26 einen
erheblichen Anteil der Gesamtelektronikbaueinheit haben kann.
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Außerdem liefern
die parallel geschalteten Motortreiberschaltungen 5 und
Rotor/Stator-Kombinationen 16 ein mehrfach redundantes
System, bei dem die Redundanzzahl gleich N ist. Falls eine oder mehrere Motortreiberschaltungen 5 und/oder
Rotor/Stator-Kombinationen 16 ausfallen würden, könnte das
Steuersystem 10 den Motor 12 z.B. mit einem verringerten
Betriebsniveau weiter betreiben.
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Nochmals
weiter führt
das Steuersystem 10 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zu einer verringerten EMI. Eine Hauptquelle
abgestrahlter EMI in einem elektronischen Stellgliedsystem ist Strahlung
von Eingangsleistungskabeln und Motorkabeln. Die parallelen Motortreiberschaltungen 5 mit
Phasenabstand verringern sowohl den Eingangswirkstrom als auch den äquivalenten
Motorwirkstrom. Der äquivalente
Motorstrom ist die Summe aller einzelnen Treiberschaltungsströme. Der
verringerte Kabelwirkstrom führt
zu verringerter EMI von diesen Kabeln.
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4 und 5 veranschaulichen
ein besonderes Beispiel der vorliegenden Erfindung, in dem das Steuersystem 10 so
konstruiert ist, dass es einen Motor 12 mit drei (N = 3)
getrennten Rotor/Stator-Kombinationen 16 steuert. Jede
Rotor/Stator-Kombination 16 (d. h. die Rotor/Stator-Kombinationen
Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3) weist einen Rotor und einen Stator auf,
die für
den Dreiphasenbetrieb konstruiert sind. Somit weist jede Rotor/Stator-Kombination 16 ihre
eigenen Dreiphasenwicklungen A',
A''; B', B''; und C', C'' auf. Die Motortreiberschaltungen 5 liefern
die entsprechenden A-, B- und C-Phasen-Stromimpulse an die jeweiligen Rotor/Stator-Kombinationen 16.
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Dementsprechend
liefert die Steuereinheit 6 an jede der Motortreiberschaltungen
Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 die A-, B- und C-Phasen-Ansteuerimpulse. Als ein Beispiel sind
die A-Phasen-Ansteuerimpulse in dem in 5 gegebenen
Zeitablaufdiagramm durch die obere Signalform dargestellt. Die B-
und C-Phasen-Ansteuerimpulse (in 5 nicht
gezeigt) sind ähnlich
den A-Phasen-Ansteuerimpulsen. Die A-, B- und C-Phasen-Ansteuerimpulse werden
direkt an die Motortreiberschaltung Nr. 1 geliefert, die wiederum A-,
B- und C-Phasen-Stromimpulse an die jeweiligen Wicklungen A', A''; B',
B''; und C', C'' der Rotor/Stator-Kombination Nr. 1
liefert. 5 bezeichnet die entsprechenden
A-Phasen-Stromimpulse, die durch die Motortreiberschaltung Nr. 1
geliefert werden, als MD1A. Zur leichten Erläuterung sind die A-, B- und C-Phasen-Stromimpulse
in der Weise dargestellt, dass sie mit den A-, B- und C-Phasen-Ansteuerimpulsen
von der Steuereinheit 6 in Phase sind. Allerdings ist klar,
dass diese Impulse nicht genau in Phase zu sein brauchen und dass
es die relativen Phasendifferenzen zwischen den verschiedenen Motortreiberschaltungen
sind, die für
die Erfindung von Belang sind.
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Ähnlich liefert
die Steuereinheit 6 die A-, B- und C-Phasen-Ansteuerimpulse
an die Motortreiberschaltung Nr. 2. Allerdings wird in diesem Fall
in jeden der jeweiligen Phasen-Ansteuerimpulse eine Phasenverzögerung 22 gleich
120° (360°/N für N = 3) eingeführt. Im
Ergebnis sind die A-, B- und C-Phasen-Stromimpulse, die die Motortreiberschaltung
Nr. 2 an die Rotor/Stator-Kombination
Nr. 2 liefert, gegenüber
jenen der Motortreiberschaltung Nr. 1, wie in 5 dargestellt
ist, um 120° phasenverschoben. Wie
in 5 gezeigt ist, eilen die durch die Motoransteuerschaltung
Nr. 2 ausgegebenen MD2A-Stromimpulse
(A-Phasen-Stromimpulse) den durch die Motoransteuerschaltung Nr.
1 ausgegebenen MD1A-Stromimpulsen um 120° nach. Obwohl dies in 5 nicht
gezeigt ist, eilen die durch die Motoransteuerschaltung Nr. 2 ausgegebenen
B-Phasen und C-Phasen-Stromimpulse ähnlich den
durch die Motoransteuerschaltung Nr. 1 ausgegebenen B- und C-Phasen-Stromimpulsen
jeweils um 120° nach.
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Wieder ähnlich liefert
die Steuereinheit 6 die A-, B- und C-Phasen-Ansteuerimpulse an
die Motortreiberschaltung Nr. 3. Allerdings wird in diesem Fall in
die Phasen-Ansteuerimpulse eine Phasenverzögerung 22 gleich 240° ((360°/N)·(N – 1) für N = 3)
eingeführt.
Folglich sind die A-, B- und C-Phasen-Stromimpulse, die die Motortreiberschaltung
Nr. 3 an die Rotor/Stator-Kombination
Nr. 3 liefert, wie in 5 dargestellt ist, gegenüber jenen
der Motortreiberschaltung Nr. 1 um 240° phasenverschoben. Wie z.B. in 5 gezeigt
ist, eilen die durch die Motoransteuerschaltung Nr. 3 ausgegebenen
MD3A-Stromimpulse (A-Phasen-Stromimpulse) den durch die Motoransteuerschaltung
Nr. 1 ausgegebenen MD1A-Stromimpulsen um 240° nach. Ähnlich eilen die B- und C-Phasen-Stromimpulse
der Motoransteuerschaltung Nr. 3, wie klar ist, jenen der Motortreiberschaltung
Nr. 1 um 240° nach.
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In
der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform ist die vorliegende
Erfindung hauptsächlich
im Kontext eines bürstenlosen
Gleichstrommotors und eines Halbleitertreibers für dessen Ansteuerung beschrieben
worden. Allerdings ist klar, dass die Redundanz mit Phasenabstand
der vorliegenden Erfindung Anwendung auf alle Motortypen und Halbleitertreibersysteme
hat. Zum Beispiel können
die hier beschriebenen Redundanzprinzipien mit Phasenabstand auf
andere Motortypen wie etwa auf einen regelbaren Schleifringläufermotor
und auf einen entsprechenden Halbleitertreiber angewendet werden.
Es wird betrachtet, dass die vorliegende Erfindung alle solche verschiedenen
Motortypen umfasst, wobei sie nicht notwendig auf die besonderen hier
diskutierten Typen beschränkt
sein soll.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
beschrieben worden, in der Phasendifferenzen oder Verzögerungen zwischen
der Steuereinheit 6 und den Motortreiberschaltungen 5 eingeführt werden.
Zum Beispiel können
die Phasenverzögerungen 22 stattdessen
zwischen den Motortreiberschaltungen 5 und den jeweiligen
Rotor/Stator-Kombinationen 16 eingeführt werden. Darüber hinaus
brauchen die Phasenverzögerungen 22 nicht
diskrete Elemente zu sein, wie sie in den Figuren gezeigt sind.
Eher können
die Phasenverzögerungen 22 über Hardware
oder Software in die Steuereinheit 6 eingebaut und wunschgemäß konfigurierbar
sein.
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Obwohl
die Phasendifferenz von 360°/N
zwischen den jeweiligen Rotor/Stator-Kombinationen 16 als optimal
betrachtet wird, ist darüber
hinaus klar, dass andere Phasendifferenzen ebenfalls genutzt werden
können.
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In
einer nochmals weiteren Abwandlung der Erfindung nutzen die Rotor/Stator-Kombinationen 16 in 3 keine
gemeinsame Welle 14 gemeinsam. Eher kann jede Rotor/Stator-Kombination 16 einen getrennten
M-Phasen-Motor repräsentieren,
der durch ein gemeinsames Steuersystem angesteuert wird. Auf diese
Weise werden an alle Motoren synchronisierte PWM-Stromimpulse mit
Phasenabstand geliefert, was ebenfalls durch 5 dargestellt
ist.