DE60310829T2

DE60310829T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen Motors

Info

Publication number: DE60310829T2
Application number: DE60310829T
Authority: DE
Inventors: Keihin Corp. Tochigi R&D Cr. Hidefumi Abe; Keihin Corp. Tochigi R&D Cr. Takaharu Sugawara; Keihin Corp. Tochigi R&D Cr. Tsukasa Naganuma
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2023-09-13
Also published as: EP1398868B1; US7081726B2; JP2004104958A; US20040051490A1; DE60310829D1; EP1398868A3; EP1398868A2; JP4084982B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie auf ein Verfahren zum Antreiben eines bürstenlosen Motors.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein herkömmlicher bürstenloser Motor umfasst einen Rotor mit entgegengesetzten magnetischen Polen (Nordpol und Südpol) an seinem Umfang sowie einen Stator, der eine „Y"-Verbindung von drei Spulen aufweist. Die drei Spulen sind voneinander um 120 Grad beabstandet und stehen dem Rotor gegenüber. Der Rotor-Nordpol deckt eine Oberflächenhälfte des Rotors ab und der Südpol deckt die andere Hälfte des Rotors ab. Bei Betrachtung des Rotors in einer Schnittansicht erstreckt sich der Nordpol über 180 Grad des Umfangs des Rotors und der Südpol erstreckt sich über die anderen 180 Grad. Um den bürstenlosen Motor zu rotieren, wird die Ist-Winkelstellung des Rotors durch einen magnetischen Detektor (d.h. ein Hallelement) erfasst und Antriebsströme werden an zwei von den drei Spulen auf Grundlage der Ist-Winkelstellung des Rotors zugeführt. Jedes Mal dann, wenn der Rotor eine Zielwinkelstellung erreicht, werden die Antriebsströme den entsprechend ausgewählten beiden Spulen zugeführt.
Der herkömmliche bürstenlose Motor ist nur in der Lage, die Winkelstellung des Rotors in 60-Grad-Intervallen zu regeln/steuern. Demnach ist es, wenn der bürstenlose Motor in einem Mechanismus zum Steuern/Regeln der Winkelstellung eines elektronischen Drosselventils eines Fahrzeugmotors verwendet wird, nicht möglich, präzise die Winkelstellung des elektronischen Drosselventils zu regeln/steuern. Eine relativ feine (empfindliche) Steuerung/Regelung der Winkelstellung kann erhalten werden, indem ein Rotationsübersetzungsverhältnis des Rotors des bürstenlosen Motors mittels eines Zahnradpaars reduziert wird. Beispielsweise kann das Zahnradpaar mit einem Übersetzungsverhältnis von 0,5 vorgesehen sein, sodass die Winkelstellungs-Steuerung/Regelung in 30-Grad-Intervallen durchgeführt werden kann. Jedoch weist dieser Weg zur Verbesserung der Steuerung/Regelung eine Grenze auf. Folglich kann keine hochpräzise Steuerung/Regelung erhalten werden.
Um die Rotationsgeschwindigkeit eines Motors des Standes der Technik zu steuern/regeln, wird jeder Spule durch eine Steuerungs-/Regelungsvorrichtung auf Grundlage eines Geschwindigkeitsbefehls sowie der Rotorstellung ein phasenvoreilender Strom zugeführt. US 5 777 447 A offenbart eine Steuerungs-/Regelungsvorrichtung zum Steuern/Regeln sowie zum Antreiben eines bürstenlosen Motors, die ein Speichermittel zum Speichern von Antriebsdaten sowie ein Steuerungs-/Regelungsmittel zum Einlesen jener Antriebsdaten aufweist, die am besten den Geschwindigkeitsbefehl repräsentieren. Diese Vorrichtung weist ebenfalls eine Antriebsschaltung zum Zuführen der Antriebsströme zu den entsprechenden Spulen sowie einen Kodierer auf, der ein Erfassungssignal erzeugt, welches die Rotationsstellung des Rotors repräsentiert. Gemäß einer offenbarten Ausführungsform dieser Steuerungs-/Regelungsvorrichtung wird die Rotorgeschwindigkeit durch Änderung des phasenvoreilenden Stroms derart gesteuert/geregelt, dass Vergeudung von elektrischer, während des Antriebs des Motors verbrauchter Energie reduziert wird.
US 5 355 373 A offenbart eine Steuerungs-/Regelungsvorrichtung zum Antreiben eines bürstenlosen Motors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei der die durch die Vorrichtung erzeugten Antriebsspannungen eine Ausgangsstellungslinearität des Rotors erzeugen, die innerhalb 2° liegt. Hierbei stellt die Steuerungs-/Regelungsvorrichtung ein Speichermittel bereit, um Daten, die die Winkelstellung des bürstenlosen Motors zwischen 0 und 360 Grad repräsentieren, zu speichern.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Vorrichtung sowie ein alternatives Verfahren zum Antreiben eines bürstenlosen Motors bereitzustellen, welche/welches eine hochpräzise Steuerung/Regelung einer beliebigen Winkelstellung eines Rotors mit hoher Präzision bereitstellen kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 8 gelöst.
Andere Aufgaben, Aspekte sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung sowie den beigefügten Ansprüchen, die beide in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu verstehen sind, für den Fachmann verständlich werden, an den sich die vorliegende Erfindung richtet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt ein Schaltplan-Diagramm einer Vorrichtung zum Antreiben eines bürstenlosen Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
2 stellt einen Aufbau des in 1 dargestellten bürstenlosen Motors dar;
3 stellt ein Flussdiagramm aus Verfahrensschritten dar, die mittels einer Regelungs-/Steuerungsschaltung der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung durchgeführt werden;
4 ist ein Diagramm, welches An- und Aus-Bedingungen der entsprechenden FETs während einer 120-Grad-Stromversorgungssteuerung/-regelung darstellt; und
5 ist ein Diagramm, welches Ströme darstellt, die in den entsprechenden FETs während einer aufgeteilten Stromversorgungssteuerung/-regelung fließen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine oder mehrere Ausführungsform/-formen der vorliegenden Erfindung wird/werden nun in Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In Bezug auf 1 ist eine Antriebsvorrichtung 40 für einen bürstenlosen Motor 1 dargestellt. Die Antriebsvorrichtung 40 steuert/regelt einen Öffnungsgrad eines elektronischen Drosselventils (nicht dargestellt) einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs unter Verwendung des bürstenlosen Motors 1 auf Grundlage eines Durchdrückungsgrades (oder Durchdrückungsshubs) eines Gaspedals (nicht dargestellt). Die Antriebsvorrichtung 40 umfasst eine Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 sowie eine Mehrzahl von FETs (Feldeffekttransistoren) 3 bis 8, um den bürstenlosen Motor 1 zu rotieren. Die FETs bilden in Kombination eine Antriebsschaltung aus.
In Bezug auf 2 umfasst der bürstenlose Motor 1 einen Stator 21 und einen Rotor 22, die beide in einem zylindrischen Gehäuse 23 aufgenommen sind. Der Stator 21 umfasst einen Eisenkern 27 mit drei nach innen vorstehenden Elementen 28 bis 30. Drei Spulen 24 bis 26 sind jeweils um die drei vorstehenden Elemente 28 bis 30 gewickelt. Die Spulen 24 bis 26 sind „Y"-artig verbunden, wie dies in 1 gezeigt ist. Der Eisenkern 27 weist eine ringförmige Form auf. Die drei vorstehenden Elemente 28 bis 30 sind voneinander um 120-Grad-Intervalle beabstandet. Der Rotor 22 weist eine Welle 31 auf, die rotierbar durch in dem Gehäuse 23 vorgesehene Lager (nicht dargestellt) rotierbar gelagert ist. Ein Magnet 32 ist an einem Umfang der rotierenden Welle 31 gesichert. Der Magnet 32 weist einen Südpol sowie einen Nordpol auf. Bei Betrachtung eines Querschnitts erstreckt sich die Südpol-Hälfte des Magnets 32 über 180 Grad in Rotationsrichtung der Welle 31 und die Nordpol-Hälfte erstreckt sich über die anderen 180 Grad. Der Magnet 32 ist den vorstehenden Teilen 28 bis 30 des Stators 21 ausgesetzt.
Die Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 umfasst einen Mikrocomputer und weist sechs Ausgangsanschlüsse (oder-schnittstellen) UH, VH, WH, UL, VL sowie WL auf. Die Ausgangsanschlüsse UH, VH, WH, UL, VL sowie WL sind jeweils an die FETs 3 bis 8 derart gekoppelt, dass ein Ausgangsanschluss mit einem Gate eines zugehörigen FETs verbunden ist. Insbesondere ist der Ausgangsanschluss UH mit einem Gate des FETs 3 verbunden, der Ausgangsanschluss VH mit einem Gate des FETs 4 verbunden, der Ausgangsanschluss WH mit einem Gate des FETs 5 verbunden, der Ausgangsanschluss UL mit einem Gate des FETs 6 verbunden, der Ausgangsanschluss VL mit einem Gate des FETs 7 verbunden sowie der Ausgangsanschluss WL mit einem Gate des FETs 8 verbunden. Die Drains der FETs 3 bis 5 sind mit einer Leitung 42 verbunden und eine Spannung +B ist an diese Leitung 42 angelegt. Die Source des FETs 3 ist mit der Drain des FETs 6 verbunden, um eine Source-Drain-Verbindung zu definieren. Zudem erstreckt sich eine Leitung 44 ausgehend von dieser Source-Drain-Verbindung zu einem Ende der Spule 24. Die Source des FETs 4 ist mit der Drain des FETs 7 verbunden, um eine andere Source-Drain-Verbindung zu definieren. Zudem erstreckt sich eine Leitung 46 ausgehend von dieser Source-Drain-Verbindung zu einem Ende der Spule 25. Die Source des FETs 5 ist mit der Drain des FETs 8 verbunden. Zudem erstreckt sich eine Leitung 48 ausgehend von der Source-Drain-Verbindung der FETs 5 und 8 zu einem Ende der Spule 26. Die Sources der FETs 6 bis 8 sind geerdet.
Hall-Elemente 9 bis 11 sind in der Umgebung der Rotoroberfläche 22 an 60-Grad-Intervallen vorgesehen. An ein jedes der Hall-Elemente 9 bis 11 ist eine Spannung Vcc angelegt. Die Hall-Elemente 9 bis 11 erzeugen Pulssignale in Übereinstimmung mit Magnetismusschwankungen, die durch Rotationen des Rotors 22 verursacht werden. Ausgangssignale der Hall-Elemente 9 bis 11 werden der Regelungs-/Steuerungsschaltung 2 zugeführt. Bei Empfangen der Signale von den Hall-Elementen 9 bis 11 führt die Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 Antriebssignale zu den FETs 3 bis 8 ausgehend von den Ausgangsanschlüssen UH, VH, WH, UL, VL sowie WL zu. Die Antriebssignale bestimmen, welcher/welche FETs) unter den FETs 3 bis 8 eingeschaltet werden soll/sollen. Jeder FET nimmt auf Grundlage des an ihn angelegten Antriebssignals einen Drain-Source-„An"-Zustand (gesättigten Zustand) oder einen Drain-Source-„Aus"-Zustand (ausgeschalteten Zustand) ein.
Bei dieser Antriebsvorrichtung 40 führt die Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 nach mehreren Millisekunden wiederholt die Antriebs-Steuerung/Regelung aus. Wie in 3 dargestellt, liest die Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 zuerst den erwünschten Winkel Θt des Rotors 22 (Schritt S1) ein und liest einen Ist-Rotationswinkel Θc des Rotors 22 (Schritt S2) ein. Der erwünschte Winkel Θt wird auf Grundlage des Durchdrückungssgrades (oder Durchdrückungshubs) des Gaspedals bestimmt. Der erwünschte Winkel Θt kann einen Wert zwischen 0 und 1800 Grad (360 × 5) einnehmen, da der bürstenlose Motor 1 fünf Mal rotiert, wenn das Gaspedal in eine maximal durchgedrückte Stellung ausgehend von einer nicht verstellten Stellung durchgedrückt wird. Der erwünschte Winkel ist ein Wert zwischen 0 und 1800 Grad in 1-Grad-Intervallen. Der Winkel von 0 bis 1800 Grad wird in eine Vielzahl von 60-Grad-Abschnitten eingeteilt. Jeder 60-Grad-Abschnitt wird als „Winkelstufe" bezeichnet.
Der Ist-Rotationswinkel Θc ist die Ist-Winkelstellung des bürstenlosen Motors 1 und wird durch die Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 für alle 60 Grad auf Grundlage der Pulssignale, die von den Hall-Elementen 9 bis 11 ausgegeben werden, bestimmt. Wie in 4 dargestellt, weisen die Polsignale von den Hall-Elementen 9 bis 11 eine 180-Grad-Breite sowie eine 60-Grad-Phasendifferenz voneinander auf. Wenn der bürstenlose Motor 1 in einer Normalrichtung rotiert, wird das erste Pulssignal von dem Hall-Element 9 erzeugt, das zweite Pulssignal von dem Hall-Element 10 erzeugt sowie das dritte Pulssignal von dem Hall-Element 11 erzeugt. Wenn der bürstenlose Motor 1 in einer entgegengesetzten Richtung rotiert, wird das erste Pulssignal von dem Hall-Element 11 erzeugt, das zweite Pulssignal von dem Hall-Element 10 erzeugt sowie das dritte Pulssignal von dem Hall-Element 9 erzeugt.
Die Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 weist einen Zähler (nicht dargestellt) auf. Der Zähler zählt beispielsweise die Anzahl der Pulse, die von dem Hall-Element 9 erzeugt werden, um die Stellung des Rotors des bürstenlosen Motors 1 zu bestimmen. Zuerst wird bestimmt, ob der bürstenlose Motor 1 sich in der ersten, zweiten, dritten, vierten oder fünften Rotation befindet. Bei dieser Ausführungsform ist n = 0, wenn der bürstenlose Motor 1 sich in der ersten Rotation befindet, ist n = 1, wenn der bürstenlose Motor 1 sich in der zweiten Rotation befindet, ist n = 2, wenn der bürstenlose Motor 1 sich in der dritten Rotation befindet, ist n = 3, wenn der bürstenlose Motor 1 sich in der vierten Rotation befindet, und ist n = 4, wenn der bürstenlose Motor 1 sich in der fünften Rotation befindet. Die Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 verwendet anschließend den Zähler, um auf Grundlage der Ausgangssignale der Hall-Elemente 9 bis 11 die Motorwinkelstellung Θp (zwischen 0 und 360 Grad) in der n-ten Rotation zu bestimmen. Die Rotationsrichtung des bürstenlosen Motors 1 wird ausgehend von der Erzeugungsreihenfolge der Pulssignale von den Hall-Elementen 9 bis 11 bestimmt. Zunahme oder Abnahme der Zählung des Zählers wird durch die Rotationsrichtung des bürstenlosen Motors 1 bestimmt. Der Ist-Rotationswinkel Θc des bürstenlosen Motors 1 wird demnach durch das „n" sowie den Winkel Θp bestimmt: Θc = 360 Grad × n + Θp
Bei dieser Ausführungsform wird „n" dazu verwendet, die Rotationsstufe des bürstenlosen Motors 1 anzuzeigen.
Nach Schritt S2 bestimmt die Steuerungs-/Regelungsschaltung 2, ob sich der Ist-Rotationswinkel Θc in der gleichen Winkelstufe wie der Zielwinkel Θt (Schritt S3) befindet. Mit anderen Worten wird bestimmt, ob die Ist-Winkelposition Θc sowie die Ziel-Winkelposition Θt sich in dem gleichen 60-Grad-Abschnitt befinden. Wenn die Ist-Winkelstellung Θc sich nicht innerhalb der gleichen Winkelstufe wie die Ziel-Winkelstellung Θt befindet, führt die Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 eine 120-Grad-Stromversorgungssteuerung/-regelung (Schritt S4) durch. Andererseits führt die Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 dann, wenn sich die Ist-Winkelstellung Θc und die Ziel-Winkelstellung Θt in der gleichen Winkelstufe befinden, eine parallel geschaltete (aufgeteilte) Stromversorgungssteuerung/-regelung bzw. eine hochpräzise Steuerung/Regelung (Schritt S5) durch. Die sich aus der Steuerung/Regelung des Schritts S4 oder S5 ergebenden Antriebssignale werden den FETs 3 bis 8 ausgehend von den Ausgangsanschlüssen UH, VH, WH, UL, VL sowie WL der Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 (Schritt S6) zugeführt.
Wenn die 120-Grad-Stromversorgungssteuerung/-regelung durchgeführt wird, wird ein Antriebssignal in Übereinstimmung mit der Differenz (Θc–Θt) zwischen der Ist-Winkelstellung Θc und der Zielwinkelstellung Θt erzeugt. Das Antriebssignal wird (solange) derart erzeugt, (bis) dass die Ist-Winkelstellung Θc in die gleiche Winkelstufe wie jene der Zielwinkelstellung eintritt. Wenn die Ist-Winkelstellung Θc sich von der Zielwinkelstellung Θt um 375 Grad unterscheidet, wird das Antriebssignal erzeugt, um beispielsweise den bürstenlosen Motor 1 360 Grad zu der Zielwinkelstellung Θt hin zu rotieren.
Wenn der bürstenlose Motor 1 in der Normalrichtung während der 120-Grad-Stromversorgungssteuerung/-regelung rotiert, wird das Ausgangspulssignal von dem Hall-Element 9 erzeugt, das, wie in 4 dargestellt, den FET 3 einschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist der FET 7 bereits eingeschaltet. Das Antriebssignal des bürstenlosen Motors 1 fließt demnach in den FET 3, die Spule 24, die Spule 25 sowie in den FET 7. In der Folge rotiert der Rotor 22 des bürstenlosen Motors 1. Wenn der Rotor 22 60 Grad rotiert, wird das Ausgangssignal von dem Hall-Element 10 erzeugt. Bei Erzeugung des Ausgangspulses von dem Hall-Element 10 wird der FET 7 ausgeschaltet und stattdessen der FET 8 eingeschaltet. Der Antriebsstrom des bürstenlosen Motors 1 fließt dann in den FET 3, die Spule 24, die Spule 26 sowie in den FET 8. In der Folge rotiert der Rotor 22 des bürstenlosen Motors 1. Wenn der Rotor 22 weitere 60 Grad rotiert, wird das Ausgangspulssignal von dem Hall-Element 11 erzeugt. Bei Erzeugung des Ausgangspulssignals von dem Hall-Element 11 wird der FET 3 ausgeschaltet und stattdessen der FET 4 eingeschaltet. Der Antriebsstrom des bürstenlosen Motors 1 fließt dann in den FET 4, die Spule 25, die Spule 26 sowie in den FET 8, wodurch der Rotor 22 rotiert.
Wenn der Rotor 22 des bürstenlosen Motors 1 weitere 60 Grad rotiert, wird das Ausgangspulssignal nicht mehr länger von dem Hall-Element 9 erzeugt. Wenn der Ausgangspuls des Hall-Elements 9 nicht mehr länger erzeugt wird, wird der FET 8 ausgeschaltet und stattdessen der FET 6 eingeschaltet.
Der Antriebsstrom des bürstenlosen Motors 1 fließt dann in den FET 4, die Spule 25, die Spule 24 sowie in den FET 6, wodurch der Rotor 22 rotiert. Wenn der Rotor 22 weitere 60 Grad rotiert, wird der Ausgangspuls nicht mehr länger von dem Hall-Element 10 erzeugt. Wenn der Ausgangspuls des Hall-Elements 10 nicht mehr länger erzeugt wird, wird der FET 4 ausgeschaltet und stattdessen der FET 5 eingeschaltet. Der Antriebsstrom des bürstenlosen Motors 1 fließt in den FET 5, die Spule 26, die Spule 24 sowie in den FET 6, damit der Rotor 22 rotiert. Wenn der Rotor 22 weitere 60 Grad rotiert, wird der Ausgangspuls nicht mehr länger von dem Hall-Element 11 erzeugt. Wenn der Ausgangspuls des Hall-Elements 11 nicht mehr länger erzeugt wird, wird der FET 6 abgeschaltet und stattdessen der FET 7 eingeschaltet. Der Antriebsstrom des bürstenlosen Motors 1 fließt in den FET 5, die Spule 26, die Spule 25 sowie in den FET 7, damit der Rotor 22 rotiert. Auf diese Art und Weise rotiert der Rotor 22 360 Grad. Durch Wiederholen der vorstehend beschriebenen Antriebs-Steuerung/Regelung kann der bürstenlose Motor 1 kontinuierlich in der Normalrichtung rotieren.
Wenn der bürstenlose Motor 1 in der entgegengesetzten Richtung rotieren soll, schalten die Ausgangspulse von den Hall-Elementen 9 bis 11 die FETs 3 bis 8 aus und an, und zwar in einer Art und Weise, die im Gegensatz zu der oben beschriebenen normalen Rotations-Steuerung/Regelung steht.
Die vorstehend beschriebene 120-Grad-Stromversorgungssteuerung/-regelung wird solange durchgeführt, bis die Ist-Winkelstellung Θc in die Winkelstufe der Zielwinkelstellung Θt eintritt. Wenn die Winkelstufe der Ist-Winkelstellung Θc sich der Winkelstufe der Zielwinkelstellung Θt annähert, (d.h., wenn die Winkelstufendifferenz zwischen der Ist-Winkelstellung Θc und der Zielwinkelstellung Θt auf eine Winkelstufe reduziert ist,) wird die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 22 reduziert, indem die Stärke der die FETs versorgenden Ströme reduziert wird.
Wenn Schritt S3 bestimmt, dass die Winkelstufe der Ist-Winkelstellung Θc mit der Winkelstufe der Zielwinkelstellung Θt übereinstimmt (d.h., die Differenz zwischen der Ist-Winkelstellung Θc und der Zielwinkelstellung Θt kleiner ist als 60 Grad), fährt das Steuerungs-/Regelungsprogramm mit Schritt S5 fort, um die parallel geschaltete (aufgeteilte) Stromversorgungssteuerung/-regelung durchzuführen.
Während der parallel geschalteten (aufgeteilten) Stromversorgungssteuerung/-regelung werden die Antriebssignale für die FETs 3 bis 8 in Übereinstimmung mit der Zielwinkelstellung Θt erzeugt. Ein Datenspeicherabbild wird in einem Speicher 2a der Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 abgespeichert. Das Datenspeicherabbild umfasst 360 Sätze von Antriebsdaten, die den 360 Sätzen von Antriebssignalen für 360 Winkelpositionen des bürstenlosen Motors 1 entsprechen. Ein Satz der Antriebsdaten entspricht einem Satz der Antriebssignale für ein bestimmtes Grad der 360 Grade. Alle Antriebsdaten repräsentieren einen Stromwert. Hierbei sei angemerkt, dass der bürstenlose Motor 1 zwar fünfmal rotieren sowie 1800 Stellungen einnehmen kann, die gleichen 360 Sätze der Antriebssignale können jedoch wiederholt für jede Rotation verwendet werden. Die Steuerungs-/Regelungsschaltung 2 liest die Antriebsdaten für die Zielwinkelstellung Θt von dem Datenspeicherabbild des Speichers 2a ein und führt die Antriebsdaten als Antriebssignale den FETs 3 bis 8 zu. 5 stellt die Ist-Werte dar, die durch die in dem Datenspeicherabbild gespeicherten Antriebsdaten repräsentiert werden, wobei die Ist-Werte sich mit der Winkelstellung des bürstenlosen Motors 1 zwischen 0 Grad und 360 Grad ändern.
Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 0 und 59 Grad (erste Winkelstufe) liegt, befinden sich die FETs 4, 6 und 8 im ausgeschalteten Zustand. Die FETs 3, 5 und 7 befinden sich in dem aktivierten Zustand auf Grundlage der Antriebssignale. Es sei jedoch angemerkt, dass, wenn die Zielwinkelstellung Θt bei Null Grad liegt, der FET 3 ausgeschaltet ist. Der Strom I_UH, der in den FET 3 fließt, ist gegeben durch die Gleichung: I_UH = A × sinΘt. Der Strom I_WH, der in den FET 5 fließt, ist gegeben durch die Gleichung: I_WH = A × sin(Θt + 120 Grad). Der Strom I_VL, der in den FET 7 fließt, ist gegeben durch die Gleichung: I_VL = A × sin(Θt – 120 Grad). „A" ist hierbei der Maximalwert des Stroms. Wenn die Zielwinkelstellung Θt bei Null Grad liegt, fließt der Antriebsstrom des bürstenlosen Motors 1 in den FET 5, die Spule 26, die Spule 25 sowie in den FET 7, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt zu rotieren. Der Rotor 22 hält in der Zielwinkelstellung an. Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 1 und 59 Grad liegt, fließt ein Antriebsstrom in den FET 3 sowie in die Spule 24 sowie ein anderer Antriebsstrom in den FET 5 und in die Spule 26. Diese zwei Antriebsströme fließen an einem gemeinsamen Punkt der Y-Verbindung zusammen und in die Spule 25 sowie in den FET 7, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt zu rotieren. Der Rotor 22 hält in der Zielwinkelstellung an.
Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 60 und 119 Grad liegt, befinden sich die FETs 4, 5 sowie 6 in dem komplett ausgeschalteten Zustand. Die FETs 3, 7 sowie 8 werden durch die Antriebssignale aktiviert. Es sei jedoch angemerkt, dass, wenn die Zielwinkelstellung Θt bei 60 Grad liegt, der FET 8 ausgeschaltet ist. Der Strom I_UH, der den FET 3 versorgt, ist gegeben durch die Gleichung I_UH = A × sinΘt. Der Strom I_VL, der den FET 7 versorgt, ist gegeben durch die Gleichung: I_VL = A × sin(Θt – 120 Grad). Der Strom I_WL, der den FET 8 versorgt, ist gegeben durch die Gleichung: I_WL = A × sin(Θt + 120 Grad). Wenn die Zielwinkelstellung Θt bei 60 Grad liegt, fließt der Antriebsstrom des bürstenlosen Motors 1 in den FET 3, die Spule 24, die Spule 25 sowie in den FET 7, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt zu rotieren. Der Rotor 22 hält in der Zielwinkelstellung an. Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 61 und 119 Grad liegt, fließt der Antriebsstrom in den FET 3 sowie in die Spule 24 und zweigt an dem Verzweigungspunkt der Y-Verbindung ab, sodass ein Antriebsstrom in die Spule 25 sowie in den FET 7 und der andere Antriebsstrom in die Spule 26 sowie in den FET 8 fließt, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt zu rotieren. Der Rotor 22 hält in der Zielwinkelstellung an.
Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 120 und 179 Grad liegt, befinden sich die FETs 5, 6 sowie 7 in dem komplett ausgeschalteten Zustand. Die FETs 3, 4 sowie 8 werden durch die Antriebssignale aktiviert. Es sei jedoch angemerkt, dass, wenn die Zielwinkelstellung Θt bei 120 Grad liegt, der FET 4 ausgeschaltet ist. Der Strom I_UH, der den FET 3 versorgt, ist gegeben durch die Gleichung: I_UH = A × sinΘt. Der Strom I_VH, der den FET 4 versorgt, ist gegeben durch die Gleichung: I_VH = A × sin(Θt – 120 Grad). Der Strom I_WL, der den FET 8 versorgt, ist gegeben durch die Gleichung: I_WL = A × sin(Θt + 120 Grad). Wenn die Zielwinkelstellung Θt bei 120 Grad liegt, fließt der Antriebsstrom des bürstenlosen Motors 1 in den FET 3, die Spule 24, die Spule 26 sowie in den FET 8, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt zu rotieren. Der Rotor 22 hält in der Zielwinkelstellung an. Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 121 und 179 Grad liegt, fließt ein Antriebsstrom in den FET 3 sowie in die Spule 24 und der andere Antriebsstrom in den FET 4 sowie in die Spule 25. Diese zwei Antriebsströme verbinden sich miteinander an dem Treffpunkt der Y-Verbindung und fließen in die Spule 26 sowie in den FET 8, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt zu rotieren. Der Rotor 22 hält in der Zielwinkelstellung an.
Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 180 und 239 Grad liegt, befinden sich die FETs 3, 5 sowie 7 in dem komplett ausgeschalteten Zustand. Die FETs 4, 6 sowie 8 werden durch die Antriebssignale aktiviert. Es sei jedoch angemerkt, dass, wenn die Zielwinkelstellung Θt bei 180 Grad liegt, der FET 6 ausgeschaltet ist. Der Strom I_VH für den FET 4 ist gegeben durch die Gleichung: I_VH = A × sin(Θt – 120 Grad). Der Strom I_UL für den FET 6 ist gegeben durch die Gleichung: I_uL = A × sinΘt. Der Strom I_WL für den FET 8 ist gegeben durch die Gleichung: I_WL = A × sin(Θt + 120 Grad). Wenn die Zielwinkelposition Θt bei 180 Grad liegt, fließt der Antriebsstrom des bürstenlosen Motors 1 in den FET 4, die Spule 25, die Spule 26 sowie in den FET 8, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt (= 180 Grad) zu rotieren. Der Rotor 22 hält in der Zielwinkelstellung an. Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 181 und 239 Grad liegt, fließt der Antriebsstrom in den FET 4 sowie in die Spule 25 und verzweigt sich an dem Verzweigungspunkt der Y-Verbindung. Ein Antriebsstrom fließt dann in die Spule 24 sowie in den FET 6 und der andere Antriebsstrom in die Spule 26 sowie in den FET 8, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt zu rotieren. Der Rotor 22 hält in der Zielwinkelstellung an.
Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 240 und 299 Grad liegt, befinden sich die FETs 3, 7 sowie 8 in dem komplett ausgeschalteten Zustand. Die FETs 4, 5 sowie 6 werden in den aktivierten Zustand gebracht auf Grundlage der Antriebssignale. Es sei jedoch angemerkt, dass, wenn die Zielwinkelstellung Θt bei 240 Grad liegt, der FET 5 ausgeschaltet ist. Der Strom I_VH für den FET 4 ist gegeben durch die Gleichung: I_VH = A × sin(Θt – 120 Grad). Der Strom I_WH für den FET 5 ist gegeben durch die Gleichung: I_WH = A × sin(Θt + 120 Grad). Der Strom I_UL für den FET 6 ist gegeben durch die Gleichung: I_UL = A × sinΘt. Wenn die Zielwinkelstellung Θt 240 Grad beträgt, fließt der Antriebsstrom des bürstenlosen Motors 1 in den FET 4, die Spule 25, die Spule 24 sowie in den FET 6, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt (= 240 Grad) zu rotieren. Der Rotor 22 stoppt in der Zielwinkelstellung. Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 241 und 299 Grad liegt, fließt ein Antriebsstrom in den FET 4 sowie in die Spule 25 und der andere Antriebsstrom fließt in den FET 5 sowie in die Spule 26. Diese Antriebsströme verbinden sich an dem Treffpunkt der Y-Verbindung und fließen in die Spule 24 sowie in den FET 6, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt zu rotieren. Der Rotor 22 hält in der Zielwinkelstellung an.
Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 300 und 359 Grad liegt, befinden sich die FETs 3, 4 und 8 in dem komplett ausgeschalteten Zustand. Die FETs 5, 6 sowie 7 werden in den aktivierten Zustand durch die Antriebssignale gebracht. Es sei jedoch angemerkt, dass, wenn die Zielwinkelstellung Θt bei 300 Grad liegt, der FET 7 ausgeschaltet ist. Der Strom I_WH für den FET 5 ist gegeben durch die Gleichung: I_WH = A × sin(Θt + 120 Grad). Der Strom I_UL für den FET 6 ist gegeben durch die Gleichung I_UL = A × sinΘt. Der Strom I_VL für den FET 7 ist gegeben durch die Gleichung: I_VL = A × sin(Θt – 120 Grad). Wenn die Zielwinkelstellung Θt bei 300 Grad liegt, fließt der Antriebsstrom des bürstenlosen Motors 1 in den FET 5, die Spule 26, die Spule 24 sowie in den FET 6, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt (= 300 Grad) zu rotieren. Der Rotor 22 hält in der Zielwinkelstellung an. Wenn die Zielwinkelstellung Θt zwischen 301 und 359 Grad liegt, fließt der Antriebsstrom in den FET 5 sowie in die Spule 26 und verzweigt sich an dem Verzweigungspunkt der Y-Verbindung. Ein Antriebsstrom fließt in die Spule 24 sowie in den FET 6 und ein anderer Antriebsstrom in die Spule 25 sowie in den FET 7, wodurch der Rotor 22 dazu gebracht wird, in die Zielwinkelstellung Θt zu rotieren. Der Rotor 22 hält in der Zielwinkelstellung an.
Für alle nachfolgenden 360 Grad wird die gleiche Vorgehensweise durchgeführt.
Die aufgeteilte Stromversorgungssteuerung/-regelung kann demnach den Rotationswinkel des Rotors 22 mit wesentlich kleineren Intervallen als die der 120-Grad-Stromversorgungssteuerung/-regelung steuern/regeln.
Insbesondere steuert/regelt die verzweigte Stromversorgungssteuerung/-regelung die Winkelstellung (Rotationswinkel) des Rotors 22 innerhalb von 1-Grad-Intervallen, wohingegen die 120-Grad-Stromversorgungssteuerung/-regelung die Winkelstellung des Rotors 22 innerhalb von 60-Grad-Intervallen steuert/regelt. Es ist demzufolge möglich, die Winkelstellung des elektronischen Drosselventils präzise in Bezug auf die Zielwinkelstellung Θt zu steuern/regeln, wobei das Ventil sich in Verbindung mit dem Rotor 22 bewegt.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann sich, wenn der Maximalstrom in einer Spule fließt, der FET, der mit dieser Spule verbunden ist, entweder in dem ausgeschalteten Zustand oder in dem aktivierten Zustand befinden.
Wenn in Schritt S3 bestimmt wird, dass die Ist-Winkelstellung Θc und die Zielwinkelstellung Θt sich nicht in der gleichen Winkelstufe befinden, wird die 120-Grad-Stromversorgungssteuerung/-regelung bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform durchgeführt. Es sei jedoch angemerkt, dass alternativ die verzweigte Stromversorgungssteuerung/-regelung derart durchgeführt werden kann, dass der Rotor 22 beispielsweise in 30-Grad-Intervallen rotiert.
Die Antriebsvorrichtung für den bürstenlosen Motor wird zum Steuern/Regeln des elektronischen Drosselventils in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet. Es sei jedoch angemerkt, dass die Antriebsvorrichtung auch bei einem bürstenlosen Motor einer automatischen Gleittür oder eines automatischen Fensters verwendet werden kann.
Ein Antriebssystem für einen bürstenlosen Motor. Der bürstenlose Motor umfasst einen Rotor mit entgegengesetzten magnetischen Polen an seinem Umfang sowie einen Stator, der dem Rotor gegenübersteht. Der Stator weist beispielsweise drei miteinander in Verbindung stehende Spulen in gleichen Winkelintervallen auf. Das Antriebssystem umfasst einen Speicher zum Speichern von Antriebsdaten, die die Antriebsströme, welche den entsprechenden Spulen zugeführt werden, bei jeder Winkelposition des Rotors repräsentieren. Das Antriebssystem umfasst ebenfalls eine Steuerung/Regelung zum Einlesen solcher Antriebsdaten aus dem Speicher, die am besten mit der Zielwinkelstellung des Rotors übereinstimmen. Die Steuerung/Regelung erzeugt Antriebssignale, die auf den Antriebsdaten basieren. Das Antriebssystem umfasst ebenfalls eine Antriebsschaltung zum jeweiligen Zuführen der Antriebsströme zu den entsprechenden Spulen auf Grundlage der Antriebssignale. Das Antriebssystem kann präzise die Winkelstellung des bürstenlosen Motors steuern/regeln.

Claims

Vorrichtung (40) zum Ansteuern eines bürstenlosen Motors (1), wobei der bürstenlose Motor (1) umfasst: einen Rotor (22) mit entgegengesetzten magnetischen Polen (32), die an einem Umfang des Rotors (22) angeordnet sind, und einen Stator (21), der dem Rotor (22) gegenüber steht und der wenigstens drei miteinander in Verbindung stehende Spulen (24, 25, 26) in gleichen Winkelintervallen aufweist, eine Steuerung/Regelung (2) zum Erzeugen von Ansteuerungssignalen (U_H, V_H, W_H, U_L, V_L, W_L), die einer Zielwinkelstellung des Rotors (22) entsprechen, sowie eine Ansteuerungsschaltung (3–8), die den jeweiligen Spulen der wenigstens drei miteinander verbundenen Spulen (24, 25, 26) auf Grundlage der erzeugten Ansteuerungssignale Ansteuerungsströme zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung/Regelung die Ansteuerungssignale (U_H, V_H, W_H, U_L, V_L, W_L) dann erzeugt, wenn eine Differenz zwischen der Zielwinkelstellung des Rotors (22) und einer Istwinkelstellung des Rotors (22) kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.
Vorrichtung (40) nach Anspruch 1, wobei der Stator drei Spulen umfasst, und die Steuerung/Regelung (2) dann, wenn eine Differenz zwischen der Istwinkelstellung des Rotors (22) und der Zielwinkelstellung größer ist als der vorbestimmte Wert, nicht die Ansteuerungssignale erzeugt, sondern zwei der drei Spulen (24, 25, 26) auf Grundlage der Winkelstellungsdifferenz auswählt und der Ansteuerungsschaltung (3–8) Signale zuführt, um geeignete Ströme zu den zwei ausgewählten Spulen zuzuführen, bis die Winkelstellungsdifferenz nicht größer ist als der vorbestimmte Wert.
Vorrichtung (40) nach Anspruch 2, wobei der vorbestimmte Wert 60 Grad ist.
Vorrichtung (40) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der bürstenlose Motor (1) die Bewegung eines elektronischen Drosselventils eines Motors regelt/steuert.
Vorrichtung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zielwinkelstellung des Rotors (22) durch eine Stellung eines Gaspedals bestimmt ist.
Vorrichtung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ansteuerungsschaltung (3–8) eine Mehrzahl von Feldeffekttransistoren (3, 4, 5, 6, 7, 8) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die wenigstens drei miteinander verbundenen Spulen (24, 25, 26) 3 × n Spulen sind (n ist eine natürliche Zahl).
Verfahren zum Ansteuern eines bürstenlosen Motors (1), wobei der bürstenlose Motor (1) einen Rotor (22) mit entgegengesetzten magnetischen Polen (32), die an einem Umfang des Rotors (22) angeordnet sind, sowie einen Stator (21), der dem Rotor (22) gegenüber steht und der drei miteinander in Verbindung stehende Spulen (24, 25, 26) in gleichen Winkelintervallen aufweist, umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Speichern von Ansteuerungssdaten in einem Speicher (2a), die zu den jeweiligen Spulen zu zuführende Ansteuerungsströme an jeder der vorbestimmten Winkelstellungen des Rotors (22) repräsentieren, Auslesen jener Ansteuerungssdaten aus dem Speicher (2a), die am besten mit einer Zielwinkelstellung des Rotors (22) übereinstimmen, Erzeugen von Ansteuerungssignalen (U_H, V_H, W_H, U_L, V_L, W_L) auf Grundlage der eingelesenen Ansteuerungsdaten sowie entsprechendes Zuführen der Ansteuerungsströme zu den jeweiligen Spulen auf Grundlage der erzeugten Ansteuerungssignale (U_H, V_H, W_H, U_L, V_L, W_L) und Erfassen einer Istwinkelstellung des Rotors (22), dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine Differenz zwischen der Istwinkelstellung des Rotors (22) und der Zielwinkelstellung größer ist als ein vorbestimmter Wert, das Verfahren ein Auswählen von zwei der drei Spulen (24, 25, 26) auf Grundlage der Winkelstellungsdifferenz sowie ein Zuführen geeigneter Ströme zu den zwei ausgewählten Spulen vor dem Auslesen der Ansteuerungsdaten von dem Speicher umfasst, bis die Winkelstellungsdifferenz nicht größer ist als der vorbestimmte Wert.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der vorbestimmte Wert 60 Grad ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der bürstenlose Motor (1) eine Bewegung eines elektronischen Drosselventils eines Motors regelt/steuert.
Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei die Zielwinkelstellung des Rotors (22) durch eine Stellung eines Gaspedals bestimmt ist.