DE69116125T2

DE69116125T2 - Antriebssystem für einen reduktanzmotor

Info

Publication number: DE69116125T2
Application number: DE69116125T
Authority: DE
Inventors: Itsuki Bahn
Original assignee: Sekoh Giken KK
Current assignee: Sekoh Giken KK
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2011-08-29
Also published as: US5319297A; JPH04109896A; EP0500950B1; EP0500950A1; EP0500950A4; WO1992003872A1; DE69116125D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung für einen Reluktanzmotor.
Ein Reluktanzmotor aufweisend einen Stator mit mehreren magnetischen Polen und einen Rotor mit mehreren vorstehenden Polen und wobei der Rotor durch magnetische Anziehungskraft zwischen den aufeinanderfolgend erregten magnetischen Polen des Stators und den entsprechenden, auf diese erregten magnetische Pole weisenden hervorstehenden Polen des Rotors bewegt wird, ist bekannt. Der Reluktanzmotor weist den Vorzug auf, daß er beispielsweise ein großes Ausgangsdrehmoment, einen guten Wirkungsgrad und geringe Kosten aufweist, aber andererseits den Nachteil auf, daß beispielsweise die Anwendung aufgrund der großen Drehmomentwelligkeit beschränkt ist. D.h. bei einem Reluktanzmotor wird ein beträchtliches Drehmoment erzeugt, kurz nachdem die hervorstehenden Pole anfangen, auf die magnetischen Pole zu weisen. Andererseits wird das Drehmoment klein, gerade bevor die hervorstehenden Pole vollständig auf die magnetischen Pole weisen.
Entsprechend wird ein Ausgangsdrehmoment mit Welligkeitskomponenten erzeugt. Wenn der Erregerstrom anwächst, wächst ferner die Höhe einer Kurve, die die Beziehung zwischen dem Drehmoment und dem Rotordrehwinkel repräsentiert, an, und es wird auch der Punkt der Erzeugung des Scheitelwertes nach vorne verschoben. Daher können herkömmliche Reluktanzmotoren nicht als Antriebsquellen für präzise Servomotoren oder dgl. verwendet werden, die der Anforderung genügen müssen, daß die Drehmomentwelligkeit auf weniger als einige Prozent des Ausgangsdrehmomentes beschränkt sein muß unter der Bedingung, daß der Reluktanzmotor mit weniger als 30% des Nenndrehmoments betrieben wird.
Bezüglich der Beseitigung der Drehmomentwelligkeit bei einem Gleichstrommotor mit einem magnetischen Rotor ist eine Technologie bekannt, bei der der Erregerstrom in Übereinstimmung mit dem Drehwinkel des Rotors geändert wird (s. z.B. ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. SHO 55-44555). Gemäß dieser vorgeschlagenen Technologie wird die Kurve, die die Beziehung zwischen dem Drehmoment und dem Rotordrehwinkel repräsentiert, für den Gleichstrommotor flach, und die Drehmomentwelligkeit kann daher beseitigt werden. D.h. die Drehmoment- Drehwinkel-Kurve verändert sich nur auf ähnliche Weise infolge eines Anstieges oder einer Abnahme des Erregerstromes in solch einem Gleichstrommotor, jedoch verändert sich diese Drehmoment-Drehwinkel-Kurve bei Reluktanzmotoren auf komplizierte Weise infolge eines Anstieges oder Abfalls des Erregerstromes. Daher war es schwierig, eine flache Drehmomentcharekteristik durch Beseitigung der Drehmomentwelligkeit zu erhalten.
Die Schrift US-A-4,868,477 beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung des Drehmomentes und der Drehmomentwelligkeit in einem variablen Reluktanzmotor, wobei eine erzeugte Drehmomentwellenform für jede Phase der mit dem Motor verbundenen Anzahl von Phasen verwendet wird. So sind mehrere Drehmoment- Tabellenspeicher für die jeweiligen Motorphasen vorgesehen und die durch den Inhalt der Speicher angegebene Drehmomentwelligkeit wird durch Steuerung der Größe des den Statorwindungen zugeführten Stromes kompensiert.
Erfindungsgemäß wird eine Ansteuervorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines Reluktanzmotors mit einem Rotor und einem Anker mit Erregerspulen vorgeschlagen, aufweisend eine Welligkeitskompensationseinrichtung gekennzeichnet durch: eine Positionserfassungseinrichtung, die ein Positionserfassungssignal, das die tatsächliche Drehposition des Rotors repräsentiert, erzeugt; einen Rotationskörper, der synchron mit dem Rotor drehbar angeordnet ist und dessen Außenfläche mehrere axiale Bereiche aufweist, die jeweils körperliche Werte entsprechend den jeweiligen Drehmomentwelligkeitsdaten als Funktion der entsprechenden einer Mehrzahl von Befehls-Erregerstromwerten und einer Rotordrehposition aufweisen; eine Erfassungsvorrichtung für den körperlichen Wert mit einem Erfassungsabschnitt, der in axialer Richtung des Rotationskörpers verschiebbar angeordnet ist, so daß er auf einen der mehreren axialen Bereiche auf der Außenfläche des Rotationskörpers weist; eine Servoeinrichtung zur Positionierung des Erfassungsabschnittes, so daß der Erfassungsabschnitt auf denjenigen der mehreren axialen Bereiche auf der Außenfläche des Rotationskörpers weist, der dem Befehls-Erregerstrom entspricht; und eine Stromversorgungssteuerschaltung, die jeder Erregerspule einen Erregerstrom liefert, der durch die Drehmomentwelligkeitsdaten entsprechend einem durch den Detektor für den körperlichen Wert, dessen Erfassungsabschnitt entsprechend positioniert ist, erfassten körperlichen Wert korrigiert ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine Ansteuervorrichtung liefern, die in der Lage ist, auf einfache Weise die Drehmomentwelligkeiten des Ausgangsdrehmomentes eines Reluktanzmotors zu verringern.
Wie oben gezeigt ist wird erfindungsgemäß ein körperlicher Wert auf der Außenfläche des Rotors, der eine Funktion des Befehls-Erregerstroms und der Rotordrehposition ist und den Drehmomentwelligkeitsdaten entspricht, durch einen Detektor für den körperlichen Wert erfaßt, der einen Erfassungsabschnitt aufweist, der so angeordnet ist, daß er auf diejenige der mehreren axialen Bereiche auf der Außenfläche des Rotationskörpers weist, die dem Befehls-Erregerstrom entspricht. Und daraufhin wird der Befehls-Erregerstrom durch den von dem Detektor erfaßten körperlichen Wert korrigiert und ein Erregerstrom entsprechend dem korrigierten Befehls-Erregerstrom wird jeder Erregerspule geliefert.
Wenn der Reluktanzmotor auf diese Weise durch den Erregerstrom entsprechend dem auf Basis des körperlichen Wertes entsprechend den Drehmomentwelligkeitsdaten korrigierten Befehls-Erregerstrom angesteuert wird, ist es möglich, Drehmomentwelligkeiten zu unterdrücken oder zu beseitigen, die erzeugt werden, wenn der Motor durch den Befehls-Erregerstrom angesteuert wird. Entsprechend wird es möglich, einen Reluktanzmotor zu liefern, der bevorzugt als Antriebsquelle für verschiedene Geräte wie etwa präzise Servovorrichtungen verwendet werden kann.
In den Zeichnungen ist
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm, das einen wesentlichen Bereich einer Ansteuervorrichtung zur Ansteuerung eines Reluktanzmotors in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel zeigt, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, aber zur Erläuterung und Erklärung gezeigt wird;
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zum Schreiben von Drehmomentwelligkeitsdaten zeigt, das zur Speicherung der Drehmomentwelligkeitsdaten in den Speicher von Fig. 1 dient;
Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm, das die Funktionsweise der Drehmomentwelligkeitsdaten-Schreibevorrichtung erläutert;
Fig. 4 eine Abwicklung, die einen Rotor und einen Anker eines Drei-Phasen Vollwellen-Reluktanzmotors zeigt;
Fig. 5 ein Blockschaltbild, das Details einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß Fig. 1 zeigt;
Fig. 6 ein Schaltbild, das Details der Stromversorgungssteuerschaltung gemaß Fig. 1 zeigt;
Fig. 7 ein Zeitablaufdiagramm, das Rechtecksignale und Positionserfassungssignale zeigt, die von der Positionserfassungsvorrichtung erzeugt werden;
Fig. 8 ein Zeitablaufdiagramm, das das Positionserfassungssignal und den Erregerstrom zeigt;
Fig. 9 ein Bild, das die Kurven zeigt, die die Beziehung zwischen Ankerausgangsdrehmoment und Rotordrehposition zeigt;
Fig. 10 ein Bild, das die Beziehung zwischen dem auf Basis des Befehls-Erregerstroms erzeugten Ankerausgangsdrehmoment und der Rotordrehposition und die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal der Multiplikationsschaltung von Fig. 6 auf Basis des korrigierten Befehls-Erregerstromes und der Motordrehposition zeigt;
Fig. 11 eine Abwicklung, die einen Rotor und einen Anker eines Drei-Phasen- Halbwellen-Reluktanzmotors zeigt, der in Verbindung mit einer Ansteuervorrichtung gemäß einem zweiten einführenden und erklärenden Ausführungsbeispiel verwendet wird;
Fig. 12 eine Abwicklung, die einen Rotor und einen Anker eines Zwei-Phasen- Reluktanzmotors zeigt, der in Verbindung mit einer Ansteuervorrichtung gemäß einem dritten einführenden und erklärenden Ausführungsbeispiel verwendet wird;
Fig. 13 ein Teilschaltbild, das eine Positionserfassungseinrichtung der Ansteuervorrichtung des dritten Ausführungsbeispieles zeigt;
Fig. 14 ein Schaltbild, das eine Stromversorgungssteuerschaltung der Ansteuervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 15 ein Zeitablaufdiagramm, das Rechtecksignale und Positionserfassungssignale zeigt, die durch die Positionserfassungsvorrichtung von Fig. 13 erzeugt werden;
Fig. 16 ein Zeitablaufdiagramm, das eine Folge von Positionserfassungssignalen und Erregerströmen zeigt;
Fig. 17 ein Bild, das Drehmomentkurven und Ausgangssignale der Multiplikationsschaltung als Funktion der Rotordrehposition zeigt;
Fig. 18 eine schematische Seitenansicht, die einen Teil einer Ansteuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 19 ein Schaltbild, das einen Entfernungssensor der erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung zeigt; und
Fig. 20 ein schematisches Schaltbild, das eine Servovorrichtung der erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung zeigt.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1-10 die Ansteuervorrichtung des ersten erläuternden und erklärenden Ausführungsbeispieles erläutert, das zur Ansteuerung eines Reluktanzmotors verwendet wird. Es sei festgehalten, daß nur das Ausführungsbeispiel der Fig. 18-20 erfindungsgemäß ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Ansteuervorrichtung weist eine Stromversorgungssteuerschaltung 61, die später im Detail erläutert wird und eine Positionserfassungsvorrichtung 62, die später im Detail erläutert wird und ein Positionserfassungssignal erzeugt, das der Stromversorgungssteuerschaltung 61 zugeführt wird, einen Achsencodierer 6, der zur Erzeugung eines Pulssignales mit einer Frequenz proportional zur Drehgeschwindigkeit des Motors 3 auf der Drehachse des Motors 3 angeordnet ist, eine Wellenform-Korrekturschaltung 8, die mit dem Ausgangsanschluß des Achsencodierers 6 verbunden ist, eine Zählschaltung 8a, der das wellenformkorrigierte Positionserfassungspulssignal eingegeben wird, und eine Adressenzählvorrichtung 57 auf, die Adressenausgangssignale entsprechend dem Zählwert der Zählschaltung 8a ausgibt.
Ferner weist die Ansteuervorrichtung einen Operationsverstärker 65, dem ein Befehls- Erregerstrom von der Stromversorgungssteuerschaltung 61 eingegeben wird, einen A/D-Wandler 18a zur Umwandlung des Analogausgangssignales des Operationsverstärkers 65 in ein Digitalsignal, mehrere Festwertspeicher (ROM) 51a bis 51e, die jeweils mehrere Sätze von Drehmomentwelligkeitsdaten entsprechend mehreren Erregerstromwerten speichern, eine Datenausleseeinheit 51, die das Digitalausgangssignal des A/D-Wandlers 18a decodiert, um den entsprechenden der ROM's 51a bis 51e auszuwählen und der aus dem ausgewählten ROM die Daten entsprechend dem Adressenausgangssignal ausliest, und einen D/A-Wandler 59 auf, der die Digitaldaten von dem ROM 51a, 51b ... oder 51e in Analogdaten umwandelt. Jeder der ROM's 51a bis 51e speichert Drehmomentwelligkeitsdaten entsprechend jeder der mehreren Rotordrehpositionen bei einem Befehls-Erregerstromwert entsprechend jedem ROM. Die Drehmomentwelligkeitsdaten werden vorher z.B. bei Auslieferung der Ansteuervorrichtung gespeichert unter Verwendung der Drehmomentwelligkeitsdaten-Schreibevorrichtung von Fig. 2, während dem Motor 3 der Erregerstrom In von der Gleichstromquelle (nicht dargestellt) zur Ansteuerung des Motors 3 geliefert wird.
In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 60 eine Komponente eines modifizierten Beispiels des ersten Ausführungsbeispieles (wird später beschrieben).

Drehmomentwelligkeitsdaten

In Fig. 2 weist die Datenschreibvorrichtung einen Drehmomentdetektor 56 auf, der mit der Drehachse des Motors 3 verbunden ist und, wenn der Motor 3 durch den Erregerstrom In angetrieben wird, eine analoge Spannung erzeugt, die ein Motorausgangsdrehmoment Tn (=fn(i)In) als Funktion der Rotordrehposition i des Motors 3 und des Erregerstromes In repräsentiert. Das Ausgangsdrehmoment Tn umfaßt Drehmomentwelligkeiten entsprechend der Funktion fn(i). Ferner weist die Datenschreibvorrichtung eine Divisionsschaltung 54 auf, die einen Eingangsanschluß X zur Eingabe des Ausgangssignales des Drehmomentdetektors und einen Eingangsanschluß Y zur Eingabe einer Analogspannung KIn (ein Bezugszeichen K repräsentiert einen konstanten Wert) proportional zu dem Erregerstrom In über einen Anschluß 54a aufweist und ein Analogausgangssignal Fn(i) (=K/fn(i)) entsprechend der Drehmomentwelligkeit erzeugt und weist einen A/D-Wandler 53 zur Umwandlung des Ausgangssignales Fn(i) der Divisionsschaltung in Digitaldaten 44a (Fig. 3) und eine programmierbare Festwertspeicher-(P-ROM)-Schreibeschaltung 51' zum Schreiben der Digitaldaten in jeden der ROM's 51a bis 51e auf.
Der A/D-Wandler 53 ist so ausgebildet, daß wenn ein Synchronisierungssignal 43a (Fig. 3), das von der Zählschaltung 8a jedesmal dann erzeugt wird, wenn eine festgelegte Anzahl von Ausgangspulsen von dem Achsencodierer 6 über die Wellenformkorrekturschaltung 8 eingegeben wird, über eine Anschlußleitung N-3 eingegeben wird, der A/D-Wandler 53 das Ausgangssignal Fn(i) der Divisionsschaltung dann in Digitaldaten 44a umwandelt und ein Speicherschreibsignal 46a nach Beendigung der Umwandlung erzeugt.
Die P-ROM-Schreibeschaltung 51' empfängt die Digitaldaten 44a, welche über die Verbindungsleitung N-1, den Datenbus 18 und die Verbindungsleitung N-2 ausgegeben werden und schreibt sie auf einen darin befindliche ROM wie etwa einen ROM 51 und die Schaltung empfängt ferner über eine Verbindungsleitung N ein Ursprungspunktsignal des Achsencodierers 6, das bei jeder vollständigen Drehung des Rotors als Zurücksetzungssignal 11a oder 11b (Fig. 3) erzeugt wird, um das Schreiben der Daten zu beginnen oder zu beenden.
Im folgenden wird mit Bezugnahme auf Fig. 3 die Speicherung der Drehmomentwelligkeitsdaten auf den ROM 51a beschrieben.
Der Achsencodierer 6 gibt ein Zurücksetzungssignal 11a aus, wenn der Rotor des Motors 3 eine festgelegte Drehposition erreicht, während der Motor 3 durch den Erregerstrom, beispielsweise 1,6 Ampère, innerhalb des Erregerstrombereiches betrieben wird, innerhalb dessen der Motor 3 ein Drehmoment abgibt, das geringer ist als die Hälfte des Nenndrehmoments des Motors 3. Die P-ROM-Schreibeschaltung 51' setzt die Datensehreibeadresse infolge des Zurücksetzungssignales 11a auf "1". Dann wird das Positionserfassungspulssignal von dem Achseneodierer 6 über die Wellenformkorrekturschaltung 8 in Übereinstimmung mit der Drehung des Rotors der Zählschaltung 8a zugeführt.
Die Zählschaltung 8a liefert dem A/D-Wandler 53 über die Verbindungsleitung N-3 das Synchronisierungssignal 43a jedesmal, wenn eine festgelegte Anzahl von Pulsen gezählt ist. Zu dem Zeitpunkt der jeweiligen Anstiegspunkte des Synchronisierungssignales 43a beginnt der A/D-Wandler 53 die Umwandlung des Analogausgangssignales Fn(i) der Divisionsschaltung 54 in Digitaldaten 44a und gibt seriell eine festgelegte Bit-Anzahl von Digitaldaten 44a über die Anschlußverbindung N-1 auf den Datenbus 18 aus. In Übereinstimmung mit dem von dem A/D-Wandler 53 dann erzeugten Speicherschreibesignal 46a, wenn das Ausgeben der Digitaldaten 44a beendet ist, empfängt die P-ROM-Schreibeschaltung 51' die Digitaldaten 44a über die Verbindungsleitung N-3 und schreibt die Digitaldaten an die erste Adresse der ROM 51a und erzeugt daraufhin ein Adresserneuerungssignal 39a, das die Datenschreibeadresse erneuert.
Wenn das nächste Synchronisierungssignal 53a erzeugt wird, werden die der Rotordrehposition entsprechenden Digitaldaten 44a diesesmal an der zweiten Adresse auf den ROM 51a geschrieben. Auf ähnliche Weise werden die Digitaldaten 44a jedesmal dann auf den ROM 51a geschrieben, wenn das Synchronisierungssignal 43a erzeugt wird. Und wenn das nächste Zurücksetzungssignal 11b nach einer vollständigen Umdrehung des Rotors erzeugt wird, wird das Verfahren des Schreibens der Daten auf den ROM 51a beendet. Durch diese Datenschreibverarbeitung werden die jeder der mehreren Rotordrehpositionen während einer vollständigen Umdrehung des Motors 3 entsprechenden Digitaldaten auf dem ROM 51a gespeichert.
Anschließend wird durch aufeinanderfolgendes Ändern des dem Motor zugeführten Erregerstromwertes In innerhalb des Strombereiches, der ein Drehmoment geringer als die Hälfte des Nennausgangsdrehmomentes des Motors 3 erzeugt, die Digitaldaten auf gleiche Weise den ROMS 51b bis 51e eingegeben. Ferner sollten das Erzeugungsintervall des Synchronisierungssignales 43a und das Zurücksetzungsintervall des Erregerstromwertes so gewählt werden, daß die zum Betrieb des Motors in einer Vorrichtung (z.B. einer Servovorrichtung), wo die Ansteuervorrichtung mit dem Motor installiert ist, erforderlichen Genauigkeiten erzielt werden und so, daß die zur Speicherung der Digitaldaten erforderliche ROM-Speicherkapazität und die Anzahl der verwendeten ROMS verringert werden kann.

Schematische Funktionsweise

Im folgenden wird die Funktionsweise der Ansteuervorrichtung von Fig. 1 erläutert. Jedoch wird die Erläuterung der Funktionsweise der Stromversorgungssteuerschaltung 61 und der Positionserfassungsvorrichtung 62 hier weggelassen, da diese später im Detail erläutert wird.
Während der Motor durch die Stromversorgungssteuerschaltung zur Rotation angesteuert wird, wandelt der A/D-Wandler 18 einen Analogbefehlserregerstromwert In von der Stromversorgungssteuerschaltung 61 in ein Digitalsignal um. Andererseits decodiert die Datenauswahl-Ausleseeinheit 51 das Ausgangssignal des A/D-Wandlers und wählt einen der ROMS 51a bis 51e, z.B. ROM 51a aus, welches dem Befehls- Erregerstromwert In entspricht.
Demgegenüber wird jedesmal, wenn der Achsencodierer 6 das Ursprungspunktsignal nach einer vollständigen Umdrehung des Rotors des Motors 3 während seines Betriebes erzeugt, der Adressenzähler 7 zurückgesetzt. Ferner wird jedesmal, wenn der Ausgangspuls von dem Achsencodierer 6 nach Erzeugung des Ausgangspunktsignales ausgegeben wird, ein Adressausgangssignal des Adressenzählers 57 erneuert. Dann werden die unter jeder der Adressen gespeicherten und aufeinanderfolgend durch das Adressenausgangssignal bezeichneten Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) aufeinanderfolgend unter Steuerung der Einheit 51 von dem ROM 51a ausgelesen und anschließend durch den D/A-Wandler 59 in Analogdaten umgewandelt und weiterhin der Stromversorgungssteuerschaltung 61 zugeführt.
Wie im Detail später beschrieben korrigiert die Stromversorgungssteuerschaltung 61 den Befehls-Erregerstromwert In unter Verwendung der Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) und steuert die Bewegung des Motors 3 auf Basis des korrigierten Befehls- Erregerstromes. Infolge dieses Steuerverfahrens werden Welligkeitskomponenten des Ausgangsdrehmomentes des Motors unterdrückt oder beseitigt.

Motor

Der Motor 3 in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Drei-Phasen-Vollwellen-Reluktanzmotor und weist, wie in Fig. 4 in abgewickelter Darstellung gezeigt ist, einen auf einer an beiden Enden des Motorgehäuses (nicht dargestellt) drehbar gelagerten Drehachse befestigten Rotor 1 und einen Anker (Stator) 16 auf, der an dem Motorgehäuse befestigt ist und koaxial mit dem Rotor 1 angeordnet ist, wobei beide aus einer bekannten Laminatlage aus einer Silicium-Stahl-Schicht hergestellt sind. Auf der Außenfläche des Rotors 1 sind sieben hervorstehende Pole 1a bis 1g, die jeweils einen elektrischen Phasenwinkel von 180º aufweisen (im folgenden werden verschiedene Winkelparameter als durch elektrische Phasenwinkel definierte Werte dargestellt), in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung mit einer Phasendifferenz von 360º angeordnet. Ferner weist der Anker 16 einen kreisförmigen magnetischen Kern 16', der freie Magnetfeldlinien bildet, und sechs magnetische Pole 16a bis 16f auf, die jeweils eine Breite von 180º aufweisen und in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung an der Innenseite des magnetischen Kerns angeordnet sind. Die magnetischen Pole 16a bis 16f sind jeweils mit den Erregerspulen 17a bis 17f gekoppelt.

Positionserfassungsvorrichtung

Wie in Fig. 5 dargestellt weist die Positionserfassungsvorrichtung 62 drei Erfassungsspulen 10a bis 10c (Fig. 4) auf, die jeweils aus einer eisenfreien Spule mit ungefähr 100 Windungen und einem Durchmesser von 5 mm zur Erfassung der Drehpositionen der hervorstehenden Pole 1a bis 1g des Rotors 1 bestehen. Diese Erfassungsspulen weisen voneinander einen Abstand von 120º auf und die jeweiligen Spulenflächen sind am Anker 16 so befestigt, daß sie auf die Seitenflächen der hervorstehenden Pole 1a bis 1h weisen, wobei ein Zwischenraum verbleibt. Ferner umfaßt die Positionserfassungsvorrichtung 62 einen Oszillator 11 mit einer Oszillationsfrequenz von ungefähr 1 MHz und eine jede der Erfassungsspulen 10a bis 10c zugehörige Brückenschaltung.
Die der Erfassungsspule 10a zugehörige Brückenschaltung besteht aus der Erfassungsspule 10a und den Widerständen 12a bis 12c und ist so eingestellt, daß sie in einem Zustand abgeglichen ist, wenn die Erfassungsspule 10a nicht auf einen der hervorstehenden Pole 1a bis ig weist. Diese Brückenschaltung ist mit zwei Tiefpaßfiltern mit Dioden 11a, 11b und Kondensatoren 12a-1, 12b-1, einem Operationsverstärkerker 15b und einer Logikschaltung 19 verbunden. Die Logikschaltung 19 besteht aus einer als Steuerschaltung eines Drei-Phasen-Sternschaltungs- Halbleitermotors verwendeten herkömmlichen Schaltung und weist sechs Eingangsanschlüsse 19a bis 19f auf. Im weiteren Detail weist die Diode 11a eine mit dem Verbindungspunkt der Spule 10a mit dem Widerstand 12a verbundene Anode und eine sowohl mit dem anderen Ende des Kondensators 12a-1, dessen eines Ende geerdet ist, als auch mit dem negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 15b verbundene Kathode auf. Ein Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 15b ist sowohl mit der Eingangsseite der Legikschaltung 19 als auch mit einem Eingangsanschluß einer dazwischengeschalteten Inversionsschaltung 24-1 verbunden.
In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszeichen 24a, 24b den Spulen 10b, 10c zugeordnete Schaltungen. Jede der Schaltungen 24a, 24b besteht aus Schaltungskomponenten entsprechend der der Spule 10a zugehörigen Brückenschaltung, dem Tiefpaßfilter und dem Operationsverstärker und ist mit dem Oszillator 11 verbunden, der für die drei Erfassungsspulen gemeinsam vorgesehen ist. Die Bezugszeichen 24-2, 24-3 bezeichnen Inversionsschaltungen entsprechend der Inversionsschaltung 24-1.
Wie oben beschrieben ist, ist die Brückenschaltung so eingestellt, daß sie abgeglichen ist, wenn die Erfassungsspulen 10a bis 10c nicht auf einen der hervorstehenden Pole 1a bis 1h des Rotors 1 weisen. Wenn die Erfassungsspule 10a nicht auf einen hervorstehenden Pol weist, sind dementsprechend die Ausgangssignale des aus der Diode 11a und dem Kondensator 12a-1 bestehenden Tiefpaßfilter und dem Kondensator 12b-1 gleich, so daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 15b einen niedrigen Pegel aufweist. Jedoch ist es eine Tatsache, daß wenn der Motor angehalten ist, eine der Erfassungsspulen auf einen der hervorstehenden Pole weist.
Entsprechend nimmt, z.B. in dem Fall, wenn die Erfassungsspule 10a auf einen der hervorstehenden Pole weist, die Impedanz der Erfassungsspule 10a aufgrund von Kernverlusten (Wirbelstromverlusten und Hystereseverlusten) ab. Daher wird der Spannungsabfall im Widerstand 12a groß und die an dem positivien Eingangsanschluß des Operationsverstarkers 15b anliegende Spannung nimmt daher zu, so daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers auf einen hohen Pegel schaltet, wie durch die Bezugszeichen 25a, 25b in Fig. 7 angedeutet ist. D.h. in Übereinstimmung mit der Drehung des Rotors 1 wird vom Operationsverstärker 15b ein rechteckförmiges Signal 25 ausgegeben. Außerdem wird ein rechtecktörmiges Signal 26 von der Inversionsschaltung 24-1 ausgegeben.
Wenn eine der Erfassungsspulen 10b, 10c auf die Seitenfläche einer der hervorstehenden Pole 1a bis 1h weist, weisen die Ausgangssignale der Operationsverstärker der Blocksehaltungen 24a, 24b einen hohen Pegel auf (dargestellt durch die Bezugszeichen 27a, 27b, 29a, 29b). Und in Übereinstimmung mit der Drehung des Rotors 1 werden rechteckförmige Signale 27, 29 von beiden Operationsverstärkern ausgegeben. Ferner geben die Inversionsschaltungen 24-2, 24-3 rechteckförmige Signale 28, 30 aus.
Die oben genannten rechteckförmigen Signale 25, 27 und 29 weisen voneinander eine Phasendifferenz von 120º auf und andererseits weisen die rechteckförmigen Signale 26, 28 und 30 eine Phasendifferenz von 120º voneinander auf.
Die Logikschaltung 19 empfangt an Eingangsanschlüssen diese rechteckförmigen Signale 25 bis 30 und weist Ausgangsanschlüsse 19a bis 19f auf, die jeweils rechteckförmige Positionserfassungssignale 31 bis 36 (Fig. 7) ausgibt, die die Drehposition des Rotors 1 repräsentieren. Das Signal 31 und das Signal 34 haben voneinander eine Phasendifferenz von 180º. Das Signal 32 und das Signal 35 weisen voneinander eine Phasendifferenz von 180º. Und das Signal 33 und das Signal 36 weisen voneinander eine Phasendifferenz von 180º auf. Ferner weisen die Signale 31 und 33 voneinander eine Phasendifferenz von 120º auf und auch die Signale 34 und 36 weisen voneinander eine Phasendifferenz von 120º auf.

Stromversorgungssteuerschaltung

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, weist die Stromversorgungssteuerschaltung 61 zur Versorgung oder Nicht-Versorgung des Erregerstromes zu den Erregerspulen 17a bis 17f des Ankers 16 UND-Schaltungen 47a bis 47e auf, deren eine Eingangsanschlüsse jeweils über Eingangsanschlüsse 55a bis 55f mit den Ausgangsanschlüssen 19a bis 19c, 19f, 19d, 19e der Positionserfassungsvorrichtung 62 verbunden sind und weist eine Verstarkungsschaltung 50a auf, die zwei Eingangsanschlüsse 52a, 52b besitzt, an die eine Nennspannung K1, die den Befehls-Erregerstrom In bestimmt und eine Ausgangsspannung Fn(i) von dem D/A-Wandler 59 von Fig. 1 angelegt werden, und weist eine weitere Multiplikatorschaltung 50b ähnlich dieser Multiplikatorschaltung 50a und Operationsverstärker 23a und 23b auf, die auf die Ausgangssignale der Multiplikatorschaltungen 50a, 50b reagieren und das Ausgangsdrehmoment des Motors bestimmen und mit den UND-Schaltungen 47a bis 47e usw. zusammenwirken, um eine später beschriebene Zerhackerschaltung zu bilden.
Die anderen Eingangsanschlüsse der UND-Schaltungen 47a bis 47c sind mit den Ausgangsanschlüssen des Operationsverstarkers 23a verbunden. Die Ausgangsanschlüsse der UND-Schaltungen 47a bis 47c sind über eine Inversionsschaltung mit den Basen der Transistoren 20a, 20c und 20e verbunden, die zwischen einer Diode 49a, deren Anode mit dem Pluspol 2a einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, und dem jeweiligen einen Ende der Erregerspulen 17a, 17c und 17e zwischengeschaltet sind. (Es ist möglich, als Schaltelemente einen Leistungs-MOSFET oder dgl. anstelle der Transistoren zu verwenden).
Die jeweiligen anderen Enden der Erregerspulen 17a, 17c und 17e sind über Transistoren 20b, 20d und 20f und einen Widerstand 22a mit dem Minuspol 2b der Gleichspannungsquelle verbunden. Eine Diode 21a ist zwischen einem Verbindungspunkt des Transistors 20b mit dem Widerstand 22a und dem Verbindungspunkt der Erregerspule 17a mit dem Transistor 20a zwischengeschaltet. Eine Diode 21c ist zwischen einem Verbindungspunkt des Transistors 20d mit dem Widerstand 22a und dem Verbindungspunkt der Erregerspule 17c mit dem Transistor 20c zwischengeschaltet. Und eine Diode 21e ist zwischen einem Verbindungspunkt des Transistors 20f mit dem Widerstand 22a und dem Verbindungspunkt der Erregerspule 17e mit dem Transistor 20e zwischengeschaltet. Ferner ist eine Diode 21b zwischen einem Verbindungspunkt des Transistors 20a mit der Diode 49a und einem Verbindungspunkt der Erregerspule 17a mit dem Transistor 20b zwischengeschaltet. Eine Diode 21d ist zwischen einem Verbindungspunkt des Transistors 20c mit der Diode 49a und einem Verbindungspunkt der Erregerspule 17c mit dem Transistor 20d zwischengeschaltet. Und eine Diode 22f ist zwischen einem Verbindungspunkt des Transistors 20e mit der Diode 49a und einem Verbindungspunkt der Erregerspule 17e mit dem Transistor 20f zwischengeschaltet.
Bezüglich der Erregerspulen 17b, 17d und 17f sind Komponenten (als Blöcke D, E und F in Fig. 6 dargestellt) vorgesehen, die den oben erwähnten verschiedenen, zu den Erregerspulen 17a, 17c und 17e gehörigen Schaltungskomponenten entsprechen. Bezugszeichen 22b bezeichnet einen Widerstand entsprechend dem Widerstand 22a.
Ferner umfaßt die Stromversorgungssteuerschaltung 61 eine mit beiden Enden des Widerstandes 22a verbundene Absolutwertschaltung, die einen Spannungsabfall im Widerstand 22a erfaßt, d.h. den durch die Erregerspulen 17a, 17c und 17e fließenden Erregerstrom erfaßt und eine ähnliche Absolutwertschaltung 40b, die mit beiden Enden des Widerstandes 22b verbunden ist. Die Ausgangsanschlüsse der Absolutwertschaltungen 40a, 40b sind mit den negativen Eingangsanschlüssen der Operationsverstärker 23a, 23b verbunden und die Ausgangsanschlüsse der Multiplikatorschaltungen 50a, 50b sind mit dem positiven Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 23a verbunden. Die Bezugszeichen 48a, 48b bezeichnen Kondensatoren.
Wenn bei einer wie oben beschrieben ausgebildeten Stromversorgungssteuerschaltung 61 die Ausgangsspannungen der Multiplikatorschaltungen 50a, 50b die Ausgangsspannungen der Absolutwertschaltungen 40a, 40b übersteigen und die UND- Schaltungen 47a bis 47f durch ein Hochpegel-Ausgangssignal von den Operationsverstarkern 23a, 23b in einen Durchlaßzustand geschaltet sind und wenn ferner ein Hochpegel-Positionserfassungssignal dem Eingangsanschluß 55a zugeführt wird, werden die Transistoren 20a, 20b aktiviert, um der Erregerspule 17a Strom zu liefern. Wenn ein Hochpegelsignal an dem Eingangsanschluß 55b anliegt, werden die Transistoren 20c, 20d aktiviert, um der Erregerspule 17c Strom zu liefern und wenn ferner ein Hochpegelsignal am Eingangsanschluß 55c anliegt, werden die Transistoren 20e, 20f aktiviert, um der Erregerspule 17e Strom zu liefern. Und wenn an den Eingangsanschlüssen 55d bis 55f jeweils ein Hochpegelsignal anliegt, werden die jeweiligen zwei Transistoren in den Blöcken D bis F aktiviert, um der jeweiligen der Erregerspulen 17b, 17d und 17f Strom zu liefern.
Wenn z.B. das Positionserfassungssignal 31a am Eingangsanschluß 55a der Stromversorgungssteuerschaltung 61 anliegt, wird der Erregerspule 17a Strom über die Transistoren 20a, 20b zugeführt, die durch ein Hochpegel-Ausgangssignal von der UND-Schaltung 47a, die in einem Durchlaßzustand ist, aktiviert sind. Infolgedessen nimmt, wie in Fig. 8 dargestellt ist, der durch die Erregerspule 17a fließende Erregerstrom 37a zu. Da die Induktivität der Erregerspule des Reluktanzmotors 3 groß ist, ist der Anstieg des Erregerstromes 37a langsam. Um diesen geringen Anstieg des Erregerstromes 37a zu kompensieren, wird die Spannung der Gleichspannungsquelle erhöht.
Weiterhin wird die Zeitspanne des Positionserfassungssignales 31a mit wachsender Drehgeschwindigkeit des Motors kurz, so daß die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle im Hochgeschwindigkeitsbetrieb erhöht werden muß.
Wenn der Erregerstrom 37a die Ausgangsspannung der Multipliziererschaltung 50a übersteigt, nimmt das Ausgangssignal des Operationsverstarkers 23a einen niedrigen Pegel an, um die Transistoren 20a, 20b zu deaktivieren und daher wird die Stromversorgung zu der Erregerspule 17a beendet. In diesem Fall wird die in der Erregerspule 17a gespeicherte magnetische Energie über die Dioden 21a, 21b und den Kondensator 48a entladen und die Ausgangsspannung der Absolutwertschaltung 40a nimmt ab. Dann wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers auf einen hohen Pegel invertiert durch die Hysteresecharakteristik des Operationsverstärkers 23. Und wenn der Erregerstrom 37a die Ausgangsspannung der Multiplikatorschaltung 50a erneut übersteigt, wird das Ausgangssignal des Operationsverstarkers auf niedrigen Pegel invertiert. D.h., eine Zerhackerwirkung wird in einem durch Pfeil 38a dargestellten Bereich ausgeführt.
Da sich ferner bei einem herkömmlichen Reluktanzmotor die Zerhackerfrequenz durch Induktivitätsänderung der Erregerspule aufgrund der Änderung der Menge des durch die magnetischen Pole erzeugten magnetischen Flusses ändert, kann der Reluktanzmotor in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem die Zerhackerfrequenz durch die Kapazitäten der Kondensatoren 48a, 48b bestimmt ist, die Änderung der Zerhackerfrequenz unterdrücken, wodurch ein praktischer Reluktanztypmotor geliefert wird.
Wenn das Positionserfassungssignal 31a geltscht wird, um die Transistoren 20a, 20b zu deaktivieren, wird die in der magnetischen Spule 17a gespeicherte magnetische Energie entlang der Diode 21b, dem Kondensator 48a, dem Widerstand 22a und der Diode 21a entladen, wobei auf der anderen Seite die Entladung der magnetischen Energie in die Gleichspannungsquelle durch die Diode 49a verhindert wird. Folglich steigt die Spannung des Kondensators 48a.
Wenn das folgende Positionserfassungssignal 32a am Eingangsanschluß 55b der Stromversorgungssteuerschaltung 61 anliegt, werden die Transistoren 20c, 20b aktiviert, um die Stromversorgung der Erregerspule 17c zu beginnen, da die UND- Schaltung 47b aufgrund des Hochpegel-Ausgangssignales von dem Operationsverstärker 23a, hervorgerufen durch den Ausgangsspannungsabfall der Absolutwertschaltung 40 zu diesem Zeitpunkt, in einem Durchlaßzustand ist, wodurch der durch die Erregerspule 17c fließende Erregerstrom 39a (Fig. 8) erhöht wird. In dem Anstiegsabschnitt 38b des Erregerstromes 39a wird in Übereinstimmung mit der Entladung magnetischer Energie von der Erregerspule 17a ein Strom erzeugt, der eine Beseitigung des durch die Erregerspule 39a erzeugten Ausgangsdrehmomentes des Motors bewirkt.
Wenn die Breite des Abschnitts 38b einen elektrischen Phasenwinkel von 30º übersteigt, wird ein gegen die Richtung des Motorausgangsdrehmomentes wirksames Drehmoment (Gegendrehmoment) bemerkbar. Da die Breite des Positionserfassungssignales 32a klein wird, wenn der Motor in einem Hochgeschwindigkeitszustand betrieben wird, muß die Breite des Abschnitts 38b auf eine kleine Größe reduziert werden. Da die Spannung der Gleichspannungsquelle im Stand der Technik zur Lösung dieses Problems erhöht wurde, ist eine solche Gegendrehmomentunterdrückung durch Erhöhung der Spannung der Gleichspannungsquelle bei der Stromversorgungssteuerschaltung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem die Diode 49a vorgesehen ist, nicht so effektiv. Jedoch wird der Kondensator 48a durch die in der Erregerspule 7 gespeicherte magnetische Energie geladen, wenn das vorangegangene Positionserfassungssignal 31a verschwindet und der der Erregerspule 17c zugeführte Erregerstrom nimmt aufgrund dieser Ladungsspannung abrupt zu.
Entsprechend ist es ohne Erhöhung der Spannung der Gleichspannungsquelle möglich, das Gegendrehmoment genügend zu unterdrücken, um dem Motor zu erlauben, mit höherer Geschwindigkeit zu drehen. Ferner kann das Motorausgangsdrehmoment unabhängig gesteuert werden auf Basis der an den Eingangsanschlüssen 52a, 52c der Multiplikationsschaltungen 50a, 50b angelegten Spannung. Da weiterhin die Ladungsspannung des Kondensators 48a schneller anwächst, wenn seine Kapazität kleiner wird, werden bei der Bestimmung der Kapazität des Kondensators 48a die Motordrehgeschwindigkeit und der Erregerstromwert berücksichtigt.
Ferner wird der durch die Erregerspule 17c fließende Erregerstrom 37b, wie in Fig. 8 dargestellt, durch die Zerhackerfunktion des Operationsverstärkers 23a und der UND- Schaltung 47b gesteuert und fällt infolge des Verschwindens des Positionserfassungssignales 32a steil ab.
Wenn weiterhin das nächste Positionserfassungssignal 33a am Eingangsanschluß 55c der Stromversorgungssteuerschaltung 61 anliegt, wird die Stromversorgung der Erregerspule 17e auf die gleiche Weise ausgeführt. Wie oben beschrieben ist, wird die Stromversorgung zu den Erregerspulen 17a, 17c und 17e aufeinanderfolgend und kontinuierlich ausgeführt (später als A-Phasen-Stromversorgungsmodus bezeichnet), wobei Motorausgangsdrehmoment erzeugt wird.
Auf gleiche Weise wird infolge der an den Eingangsanschlüssen 55d, 55e und 55f der Stromversorgungssteuerschaltung 61 anliegenden Positionserfassungssignale 36a, 34a und 35a die Stromversorgung der Erregerspulen 17b, 17d und 17f ausgeführt (später als B-Phasen-Stromversorgungsmodus bezeichnet). Die aufeinanderfolgend und kontinuierlich erzeugten Positionserfassungssignale 36a, 34a und 35a weisen eine elektrische Phasenwinkelbreite von 120º auf und sind gegenüber dem jeweiligen der Positionserfassungssignale 31a bis 33a um 60º phasenverzögert.
Auf gleiche Weise wie der A-Phasen-Stromversorgungsmodus, durch die durchbrochene Linie in Fig. 8 angedeutet, wird der Erregerstrom in jeder der Erregerspulen 17b, 17d und 17f aufgrund der Erzeugung des jeweiligen zugehörigen Positionserfassungssignales 36a, 34a und 35a aufgebaut und fällt wiederum infolge des Verschwindens dieser Positionserfassungssignale ab. Und die Breiten des Anstieges des Erregerstroms und ihres letzten Übergangs sind durch die Diode 49b und den Kondensator 48b beschränkt. Weiterhin wird der Erregerstrom durch den Kondensator 48b, die Absolutwertschaltung 40b, den Widerstand 22b, den Operationsverstärker 23b und die Multiplikationsschaltung 50b zerhackergesteuert.
Die Befestigungspositionen der Erfassungsspulen 10a bis 10c sind so angepaßt, daß die Stromversorgungsabschnitte von 120º der jeweiligen Erregerspulen 17a bis 17f zu dem Zeitpunkt beginnen, wenn der Rotor sich um einen Phasenwinkel von 30º gedreht hat, nachdem einer der hervorstehenden Pole 1a bis 1g des Rotors beginnt, auf den jeweiligen der magnetischen Pole 16a bis 16f im A-Phasen- und B-Phasen- Stromversorgungsmodus zu weisen.
Als Ergebnis dieser Einstellung tritt in dem Fall, in dem die Erregerstromkorrektur durch die Drehmomentwelligkeitsdaten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nicht ausgeführt wird, das Ausgangsdrehmoment des 120º-Abschnitts 45b infolge der Stromzufuhr zu den jeweiligen Erregerspulen auf, wie in Fig. 9 dargestellt ist. ([)ie Drehmomentkurven 42a bis 42d in Fig. 9 entsprechen Erregerströmen von 0,5 Ampère, 1,0 Ampère, 1,6 Ampère bzw. 2,0 Ampère).
Daher werden beim A-Phasen-Stromversorgungsmodus zusammengesetzte Drehmomente 43a, 43c erzeugt, wie beispielhaft in Fig. 10 dargestellt ist, wo die Drehmomente auf den Ordinaten D-1 und D-3 und die Rotordrehpositionen auf der Abszisse i dargestellt sind. Die Drehmoment-Rotordrehpositionskurven verändern sich in Abhängigkeit vom Erregerstrom derart, daß die Drehmomentwelligkeit mit steigendem Erregerstrom zunimmt. Die Kurven 43a, 43c in Fig. 10 entsprechen den Erregerströmen von 1,6 Ampère bzw. 2,0 Ampère. Die Drehmoment- Rotordrehpositionskurven des B-Phasen-Stromversorgungsmodus weisen gegenüber des A-Phasen-Stromversorgungsmodus eine Phasenverzögerung von 60º auf.
Wie oben beschrieben ist es in einem Bereich eines elektrischen Phasenwinkels von 0º, wo der hervorstehende Pol beginnt, auf einen magnetischen Pol zu weisen, bis zu einem elektrischen Phasenwinkel von 180º, wo der hervorstehende Pol vollständig auf einen magnetischen Pol weist, möglich, die Drehmomentwelligkeit auf einen gewissen Wert zu reduzieren, ohne eine Korrektur des Befehls-Erregerstroms durch die Drehmomentwelligkeitsdaten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auszuführen, wenn ein Ausgangsdrehmoment im zentralen Bereich erzeugt wird, der einen elektrischen Phasenwinkel von 120º umfaßt und relativ geringe Drehmomentwelligkeiten aufweist. Wie im Detail später beschrieben wird, kann jedoch die Drehmomentwelligkeit deutlich reduziert werden durch eine Korrektur des Befehls- Erregerstroms in Übereinstimmung mit den Drehmomentwelligkeitsdaten.
Während die Stromversorgung basierend auf dem A-Phasen- und dem B-Phasen Stromversorgungsmodus z. B. der Erregerspulen 17b, 17c ausgeführt wird, sind die magnetischen Pole 16b, 16c magnetisiert, so daß die hervorstehenden Pole 1b, 1c magnetisch angewgen werden, wodurch der Rotor 1 in die Richtung des Pfeiles A-1 in Fig. 4 gedreht wird.
Wenn sich der Motor daraufhin um 30º gedreht hat, wird die Stromversorgung zu der Erregerspule 17b beendet, während andererseits die Stromversorgung zu der Erregerspule 17d begonnen wird, um den hervorstehenden Pol ld anzuziehen, wobei Drehmoment erzeugt wird. Auf diese Weise wird der Stromversorgungsmodus jedesmal geändert, wenn sich der Rotor 1 um 60º dreht. D.h., die Erregerpolarität der magnetischen Pole wird zyklisch wie folgt gewechselt; die magnetischen Pole 16b (Nordpol), 16c (Südpol), die magnetischen Pole 16c (Südpol), 16d (Nordpol), die magnetischen Pole 16d (Nordpol), 16e (Südpol), die magnetischen Pole 16e (Südpol), 16f (Nordpol), die magnetischen Pole 16f (Nordpol), 16a (Südpol). Folglich wird der Rotor 1 angetrieben, sich in die Richtung des Pfeiles A-1 zu drehen. Während des Ansteuerbetriebes des Motors 3 werden die Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) von dem D/A-Wandler 56 von Fig. 1 der Stromversorgungssteuerschaltung 61 geliefert. Diese Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) werden dem jeweiligen der Eingangsanschlüsse 52a, 52c der Multiplikationsschaltungen 50a, 50b der Stromversorgungssteuerschaltung 61 geliefert. Diese Multiplikationsschaltungen 50a, 50b multiplizieren die Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) mit einem Spannungssignal K1 entsprechend dem dem anderen Eingangsanschluß zugeführten Erregerstrom und liefern wiederum ein Ausgangssignal K1Fn(i) gleich dem berechneten Multiplikationsergebnis den positiven Eingangsanschlüssen der Operationsverstärker 23a, 23b. Dann wird der Erregerstrom durch die oben beschriebene Zerhackersteuerung der Stromversorgungssteuerschaltung 61 so gesteuert, daß er mit dem Ausgangssignal K1Fn(i) gleich dem berechneten Multiplikationsresultat übereinstimmt. In anderen Worten, der Befehls-Erregerstrom wird auf Basis der Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) korrigiert und das Ausgangssignal der Multiplikationsschaltung entspricht dem korrigierten Befehls-Erregerstrom K1Fn(i)In.
Beim A-Phasen-Stromversorgungsmodus werden Ausgangsdrehmomente 43b, 43d erzeugt, wie exemplarisch in Fig. 10 dargestellt ist, wo auf den Ordinaten D-2 und D-4 die Ausgangsspannungen der Multiplikationsschaltungen und auf der Abszisse i die Motordrehpositionen dargestellt sind. Die Ausgangssignale der Multiplikationsschaltungs-Motordrehpositions-Kurven variieren in Abhängigkeit vom Erregerstrom. Die Kurven 43b, 43d in Fig. 10 entsprechen Erregerströmen von 1,6 Ampère bzw. 2,0 Ampère. Ein ähnliches Ausgangssignal der Multiplikationsschaltung wird im B-Phasen-Stromversorgungsmodus erzeugt.
Wie die Drehmoment-Drehpositionskurven 43a, 43c und die Ausgangswerte der Multiplikationsschaltungs-(korrigierter Befehls-Erregerstrom)-Drehpositionskurven 43b, 43d in Fig. 10 zeigen, wirkt der korrigierte Befehls-Erregerstrom K1Fn(i)In so, daß er die Drehmomentwelligkeit kompensiert. Folglich wird die Drehmomentwelligkeit von dem Motorausgangsdrehmoment entfernt und ein flaches Drehmoment Tn (=KK1In) kann erhalten werden. D.h., die im Ausgangsdrehmoment Tn (=Fn(i)In) enthaltene Drehmomentwelligkeit fn(i), die auftritt, wenn der Motor 3 durch den Befehls- Erregerstrom In angesteuert wird, wird beseitigt.

Modifiziertes Ausführungsbeispiel

Obwohl die Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) während einer vollständigen Umdrehung des Rotors 1 des Motors 3 in dem ROM 51a usw. bei dem obigen ersten Ausführungsbeispiel gespeichert sind, ist es möglich, die Drehmomentwelligkeitsdaten für den Rotordrehbereich entsprechend einem elektrischen Phasenwinkel von 180º in dem ROM 51a usw. zu speichern, so daß die Drehmomentwelligkeitsdaten für den Rotordrehbereich entsprechend einem elektrischen Phasenwinkel von 180º während einer vollständigen Umdrehung des Rotors 1 wiederholt ausgelesen werden können. D.h., wie in Fig. 9 dargestellt ist, daß, da die durch ähnliche Kurven 42a usw. ausgedrückten Drehmomente wiederholt in Intervallen eines elektrischen Phasenwinkels von 180º erzeugt werden, ein ähnlicher Effekt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten werden kann durch wiederholtes Auslesen der Drehmomentwelligkeitsdaten für den Drehbereich eines elektrischen Phasenwinkels von 180º. So kann eine Speichereinrichtung mit einer kleineren Speicherkapazität als dem ROM 51a usw. verwendet werden.
Obwohl die Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i), die durch Division des Drehmomentdetektorausgangssignales Tn (=fn(i)In) durch KIn mittels der Divisionsschaltung 54 erhalten werden, in dem ROM 51a beim Schreiben der Drehmomentwelligkeitsdaten des obigen ersten Ausführungsbeispieles gespeichert werden, ist es ferner möglich, das Drehmomentdetektorausgangssignal Tn anstelle der Daten Fn(i) zu speichern. In diesem Fall ist es möglich, den Datenschreibvorgang durch Verwendung der Datenschreibvorrichtung von Fig. 2 anstelle der Divisionsschaltung 54 auszuführen.
Ferner ist eine Divisionsschaltung 60 (Fig. 1) vorgesehen, die zwischen dem D/A- Wandler 59 und der Stromversorgungssteuerschaltung 61 in der Ansteuervorrichtung vorgesehen ist und den gleichen Aufbau wie die Divisionsschaltung 54 aufweist. Und das Ausgangssignal Tn des D/A-Wandlers 59 wird einem Eingangsanschluß X der Divisionsschaltung 60 zugeführt und die Spannung KIn entsprechend dem Befehls- Erregerstrom wird dem anderen Eingangsanschluß Y der Divisionsschaltung 60 zugeführt. Mit dieser Anordnung können ähnliche Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) wie beim ersten Ausführungsbeispiel von der Divisionsschaltung 60 der Stromversorgungssteuerschaltung 61 ausgegeben werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Im folgenden wird eine Ansteuervorrichtung in Übereinstimmung mit dem zweiten einführenden exemplarischen Ausführungsbeispiel erläutert.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel hauptsächlich dadurch, daß dieses Ausführungsbeispiel auf Drei-Phasen-Halbwellen- Reluktanzmotoren angewandt wird, während das erste Ausführungsbeispiel für Drei- Phasen-Vollwellen-Reluktanzmotoren verwendet wird. Wie in Fig. 11 dargestellt ist, weist der Drei-Phasen-Halbwellen-Reluktanzmotor einen Rotor 1, der acht hervorstehende Pole 1a bis 1h bildet, und einen Anker 16 auf, der sechs magnetische Pole 16a bis 16f bildet. Diese magnetischen Pole 16a bis 16f sind mit den Erregerspulen 17a bis 17f gekoppelt. Die Erregerspulen 17a, 17d sind miteinander in Reihe oder parallel geschaltet und diese verbundene Komponente wird als Erregerspulenpaar K bezeichnet. Die Erregerspulen 17b, 17e und die Erregerspulen 17c, 17f sind ebenfalls auf gleiche Weise miteinander verbunden und diese verbundenen Komponenten werden als Erregerspulenpaar L bzw. M bezeichnet.
Die Ansteuervorrichtung weist ferner eine Positionserfassungsvorrichtung und eine Stromversorgungssteuerschaltung auf. In dem Fall, wenn die in Fig. 5 dargestellte Positionserfassungsvorrichtung 62 als diese Positionserfassungsvorrichtung verwendet wird, sei hier festgehalten, daß nur die Positionserfassungssignale von den Ausgangsanschlüssen 19a bis 19c der Positionserfassungsvorrichtung 62 verwendet werden können. Ferner wird die Stromversorgungssteuerschaltung gebildet durch Entfernung der Blöcke C bis F und der zu diesen gehörigen Schaltkomponenten von der Stromversorgungssteuerschaltung aus Fig. 6 und Ersetzen der Erregerspulen 17a, 17c und 17e durch die Spulenpaare K bis M.
Bei der Ansteuervorrichtung mit der obigen Anordnung wird das Spulenpaar L mit Strom versorgt, wenn das Positionserfassungssignal von der Positionserfassungsvorrichtung dem Eingangsanschluß 55b der Stromversorgungssteuerschaltung zugeführt wird. So werden die magnetischen Pole 16b, 16f des Ankers 16 magnetisiert, um die hervorstehenden Pole 1b, 1f magnetisch anzuziehen, um eine Drehbewegung des Rotors 1 in Richtung des Pfeiles A-1 in Fig. 11 hervorzurufen. Wenn der Rotor sich um 120º dreht, wird anschließend die Stromversorgung zu dem Spulenpaar L beendet und die Stromversorgung zu dem Spulenpaar K begonnen. Auf diese Weise alterniert der Stromversorgungsmodus zyklisch mit Intervallen einer 120º-Drehung wie folgt: Spulenpaar K, Spulenpaar L und Spulenpaar M. So werden die Spulenpaare K bis M aufeinanderfolgend und kontinuierlich mit Strom versorgt, so daß der Rotor Ausgangsdrehmoment erzeugt. In diesem Fall sind, wie in Fig. 11 dargestellt ist, zwei symmetrisch angeordnete magnetische Pole magnetisiert. Da die beiden erregten magnetischen Pole immer mit entgegengesetzten Polaritäten magnetisiert sind, weisen Streumagnetflüsse, die nicht erregte magnetische Pole passieren, entgegengesetzte Richtungen auf. So wird die Erzeugung von Gegendrehmoment vermieden. Und auf die gleiche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird die Drehmomentwelligkeit des Motorausgangsdrehmomentes während des Ansteuerbetriebes des Motors beseitigt.

Drittes Ausführungsbeispiel

Anhand der Fig. 12 bis 17 wird im folgenden die Ansteuervorrichtung in Übereinstimmung mit dem dritten einleitenden und exemplarischen Ausführungsbeispiel erläutert.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich hauptsächlich dadurch von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, daß dieses Ausführungsbeispiel bei Zwei-Phasen- Reluktanzmotoren verwendet wird, während das erste und zweite Ausführungsbeispiel mit Drei-Phasen-Reluktanzmotoren verwendet wird.
Der Zwei-Phasen-Reluktanzmotor, weist, wie in Fig. 12 dargestellt ist, einen Rotor 1 mit zehn hervorstehenden Polen 1a bis 1j, die in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind und einen Anker 16 mit acht in regelmäßigen Intervallen angeordneten magnetischen Polen 16a bis 16h, die jeweils mit der jeweiligen Erregerspule 17a bis 17h verbunden sind, auf. Die Erregerspulen 17a, 17e sind miteinander in Reihe oder parallel geschaltet und diese verbundene Komponente wird als Spulenpaar G bezeichnet. Die Erregerspulen 17b, 17f, die Erregerspulen 17c, 17g und die Erregerspulen 17d, 17h sind auch auf diese Weise miteinander verbunden und diese verbundenen Komponenten werden als Erregerspulenpaare M, H, bzw. S bezeichnet.
Die Ansteuervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispieles umfaßt die in Fig. 13 dargestellte Positionserfassungsvorrichtung 62', die im wesentlichen den gleichen Aufbau wie diejenige von Fig. 5 hat. Fig. 13 zeigt die entsprechenden Abschnitte nur der Erfassungsspule 5a (Fig. 12) in der Anordnung der Positionserfassungsvorrichtung 62', umfaßt jedoch ähnliche zur Erfassungsspule 5b gehörende Komponenten und den Inversionsschaltungen 24-1, 24-2 von Fig. 5 entsprechende Inversionsschaltungen.
Beide Erfassungsspulen 5a, 5b sind so angeordnet, daß sie voneinander durch einen elektrischen Phasenwinkel von 90º getrennt sind. Wegen eines später erläuterten Grundes sind beide Erfassungsspulen 5a, 5b so angeordnet, daß sie Positionserfassungssignale erzeugen, wenn der Rotor sich um 45º gedreht hat, nachdem die hervorstehenden Pole in das Magnetfeld eindringen. Wie oben beschrieben wurde, ist die wesentliche Anordnung der Positionserfassungsvorrichtung die gleiche wie bei deijenigen von Fig. 5, weshalb hier eine detaillierte Erläuterung entfällt.
Wie in Fig. 15 dargestellt ist, werden bei der Positionserfassungsvorrichtung 62' Ausgangssignale 71 der Erfassungsspule 5a, ausgegeben von dem Ausgangsanschluß 16-1, Ausgangssignale 72 der Erfassungsspule 5b und Ausgangssignale 73, 74, die durch Invertierung der Ausgangssignale 71, 72 in den Inverterschaltungen erhalten werden, erzeugt. Die Breite jedes Ausgangssignales beträgt 180º.
Die Ansteuervorrichtung weist ferner die Stromversorgungssteuerschaltung 61' von Fig. 14 auf. Diese Stromversorgungssteuerschaltung 61' unterscheidet sich von der Schaltung 61 in Fig. 6, die die Stromversorgung zu sechs Erregerspulen infolge von sechs Arten von Positionserfassungssignalen steuert, dadurch, daß die Stromversorgungssteuerschaltung 61' die Stromversorgung zu vier Spulenpaaren infolge von vier Arten von Positionserfassungssignalen steuert. Jedoch entfällt an dieser Stelle eine detaillierte Erläuterung, da die Stromversorgungssteuerschaltung 61' im wesentlichen den gleichen Aufbau wie diejenige von Fig. 6 aufweist. In Fig. 14 sind Komponenten entsprechend den Komponenten von Fig. 6 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Blockschaltungen M-1, M-2 gehören zu den Spulenpaaren M, S und umfassen Schaltungskomponenten ähnlich den zu den Erregerspulenpaaren G und H gehörenden Schaltungskomponenten.
Wie in Fig. 15 und 16 dargestellt ist, wird während des Ansteuervorganges des Motors ein UND-Signal 82 des Ausgangssignales 71 der Erfassungsspule 5a und des invertierten Ausgangssignales 74 der Erfassungsspule 5b und ein UND-Signal 84 des Ausgangssignales 72 der Erfassungsspule 5b und des invertierten Ausgangssignales 74 der Erfassungsspule 5a und ein UND-Signal 83 der Ausgangssignale 71 und 72 und ein UND-Signal 85 der Ausgangssignale 73 und 74 den jeweiligen Eingangsanschlüssen 55a bis 55D der Stromversorgungssteuerschaltung 61' zugeführt.
Die Stromversorgungssteuerschaltung 61' steuert die Stromzufuhr zu den Spulenpaaren G, H, M und S in Abhängigkeit von den Positionserfassungssignalen 82 bis 85. Die Stromversorgung der Spulenpaare G, M, H und S wird begonnen, wenn der Rotor sich um 45º von der Position gedreht hat, bei der die hervorstehenden Pole beginnen, in die magnetischen Pole einzudringen, und hält an während eines Phasenbereiches von ungefähr 90º Breite an. Die Stromversorgung z.B. zu dem Spulenpaar M verursacht Anziehungslaifte auf die hervorstehenden Pole 1b, 1g, so daß der Rotor 1 in die Richtung des Pfeiles A-1 in Fig. 12 gedreht wird. Wenn sich der Rotor 1 um 90º dreht, wird die Stromversorgung zu den Erregerspulen M beendet und die Stromversorgung zu dem Spulenpaar H wird begonnen, um Drehmoment durch die hervorstehenden Pole 1c, 1h zu erzeugen.
Wenn das Positionserfassungssignal 82a dem Eingangsanschluß 55a der Stromversorgungssteuerschaltung 61' zugeführt wird, werden die Transistoren 20a, 20b aktiviert, so daß die Stromversorgung zu dem Spulenpaar G beginnt. Und der Erregerstrom 23a (Fig. 16) wird dem Spulenpaar G zugeführt, wodurch ein Spannungsabfall im Widerstand 22 hervorgerufen wird. Wenn dann die von der Absolutwertschaltung 40 an dem negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 23 angelegte Spannung die Ausgangsspannung der Multiplikationsschaltung 50 übersteigt, nimmt das Ausgangssignal des Operationsverstarkers einen niedrigen Pegel an zur Steuerung der UND-Schaltung 47a in einen Durchlaßzustand und wodurch die Transistoren 20a, 20b deaktiviert werden. In diesem Fall wird die in dem Spulenpaar G gespeicherte magnetische Energie über die Dioden 21a, 21b in den Kondensator 48 entladen, wodurch der Kondensator 48 geladen wird.
Anschließend, wenn der Erregerstrom verringert wird, schaltet der Operationsverstärker auf einen hohen Pegel aufgrund der Hysteresecharakteristik des Operationsverstärkers 23. Und die Transistoren 20a, 20b werden aktiviert, so daß der Erregerstrom ansteigt. Die Zerhackerfunktion wird auf diese Weise ausgeführt und der Erregerstrom entsprechend der Ausgangsspannung der Multiplikationsschaltung 50 wird erhalten.
Wenn die Transistoren 20a, 20b aufgrund des Wegfalls des Positionserfassungssignales 82a deaktiviert sind, wird die im Erregerspulenpaar G gespeicherte magnetische Energie über die Dioden 21a, 21b in den Kondensator zurückgeführt und verschwindet unverzüglich, wie durch die Kurve 23b in Fig. 16 dargestellt ist. Da die Diode 49 an der Seite der Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, fließt die in dem Erregerspulenpaar M gespeicherte Energie nicht in die Gleichspannungsquellenseite zurück, sondern wird in magnetische Energie in dem Erregerspulenpaar M umgewandelt. So wird es möglich, die Abfallsflankenbreite 23 des Erregerstromes 23b und die Anstiegsflankenbreite 23 des Erregerstromes 23c, wie beschrieben ist, zu verkürzen. Deshalb sind Drehmomentverluste und die Erzeugung von Gegendrehmoment unterdrückt und der Motor kann mit einer höheren Geschwindigkeit betrieben werden. Weiterhin ist die Abschnittsbreite 23 veränderlich in Abhängigkeit von der Kapazität des Kondensators 48 und es ist vorteilhaft, die Abschnittsbreite 23 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl zu ändern.
Weiterhin wird das nächste Positionserfassungssignal 83a dem Eingangsanschluß 55c der Stromversorgungssteuerschaltung zugeführt und Strom wird dem Erregerspulenpaar M zugeführt. Folglich steigt der Erregerstrom 23c an. Anschließend, wenn der Erregerstrom 23c einen festgelegten Wert erreicht, wirkt der Operationsverstärker 23, der auf den Spannungsabfall am Widerstand 22 und die Ausgangsspannung der Multiplikationsschaltung 50 reagiert, mit dem Kondensator 47 zusammen, um eine Zerhackersteuerung auszuführen, so daß der Erregerstrom auf einem festgelegten Wert gehalten wird. Der Erregerstrom fällt beim Verschwinden des Positionserfassungssignales 83a abrupt ab.
Weiterhin wird die Stromversorgungssteuerschaltung der Spulenpaare H, S in Abhängigkeit der Positionserfassungssignale 84a, 85a ausgeführt. So wird die Stromversorgung der Spulenpaare G, M, H und S in dieser Reihenfolge in den Stromversorgungsabschnitten ausgeführt, die jeweils eine Breite von 90º aufweisen und miteinander kontinuierlich sind. So wird Drehmoment in einer Richtung erzeugt, so daß sich der Rotor 1 in einer Richtung dreht. Der Stromversorgungsabschnitt jeder der Spulenpaare ist mit Bezugszeichen 45a in Fig. 9 bezeichnet. Da die Stromversorgung jedes Spulenpaares auf diese Weise mit einem 90º breiten Abschnitt entsprechend dem Bereich, in dem das maximale Drehmoment auftritt, ausgeführt wird, wird der Wirkungsgrad des Motors erhöht.
Ferner ändert sich, wie aus Fig. 9 deutlich wird, in dem Fall, wenn die Erregerstromkorrektur in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nicht ausgeführt wird, die Form der Drehmoment-Drehwinkel-Kurve in Abhängigkeit des Erregerstromes und die Drehmomentwelligkeit erhöht sich mit steigendem Erregerstrom. Fig. 17 zeigt die zusammengesetzten Drehmomentkurven 41a, 41c entsprechend den Erregerströmen von 1,6 bzw. 2,0 Ampère. In Fig. 17 repräsentieren die Pfeile C-1, C-3 Drehmomente und der Pfeil i repräsentiert einen Motordrehwinkel. Auch in der zusammengesetzten Drehmomentkurve nimmt die Drehmomentwelligkeit mit steigendem Erregerstrom zu.
Obwohl auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet wird, führt die Ansteuervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispieles die Drehmomentwelligkeits- Beseitigungsfunktion auf die gleiche Weise wie das erste oder zweite Ausführungsbeispiel aus. Ferner ist, wie in Fig. 9 dargestellt ist, der Stromversorgungsabschnitt 45a des vorliegenden Ausführungsbeispieles, das für Zwei- Phasen-Motoren angewandt wird, kürzer, als der Stromversorgungsabschnitt 45b des ersten und zweiten Ausführungsbeispieles, die für Drei-Phasen-Motoren angewendet werden und die Drehmomentwelligkeitserzeugung in dem Stromversorgungsabschnitt 45a wird kleiner als diejenige im Stromversorgungsabschnitt 45b. Entsprechend kann die Drehmomentwelligkeitsbeseitigung bei diesem Ausführungsbeispiel verglichen mit dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel leichter ausgeführt werden. Da der Stromversorgungsabschnitt kurz ist, kann weiterhin eine Speichereinrichtung mit relativ geringer Speicherkapazität als ROM 51a usw. verwendet werden, der in der Ansteuervorrichtung vorgesehen ist.
Fig. 17 zeigt die Ausgangsspannungen 41b, 41d der Multiplikationsschaltung in dem Fall, wenn die Drehmomentwelligkeitsspannung Fn(i) entsprechend den Erregerströmen von 1,6 Ampère bzw. 2,0 Ampère dem Drehmomentwelligkeitsdaten-Eingangsanschluß der Multiplikationsschaltung 50 in der Stromversorgungssteuerschaltung zugeführt wird. In Fig. 17 repräsentieren die Pfeile C-2, C-2 die Ausgangsspannungen der Multiplikationsschaltung. Wie aus Fig. 17 deutlich wird, wirken die Ausgangsspannungen 41b, 41d der Multiplikationsschaltung so, daß die Fluktuationen der Drehmomente 41a, 41c beseitigt werden, die in dem Fall auftreten, wenn eine erfindungsgemäße Drehmomentwelligkeitskompensation nicht ausgeführt wird. So wird die Welligkeitskomponente des Motorausgangsdrehmomentes beseitigt und ein Motor mit einer flachen Drehmomentcharekteristik erhalten.
Im folgenden wird eine Ansteuervorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich hauptsächlich dadurch von dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel, die vorher elektrisch gespeicherte Drehmomentwelligkeitsdaten verwenden, dadurch, daß dieses Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung (wird später beschrieben) zur mechanischen Speicherung der Drehmomentwelligkeitsdaten verwendet.
Die Ansteuervorrichtung steuert die Bewegung verschiedener Motoren umfassend Drei- Phasen-Vollwellen-Reluktanzmotoren, Drei-Phasen-Halbwellen-Reluktanzmotoren und Zwei-Phasen-Reluktanzmotoren, die durch das erste bis dritte Ausführungsbeispiel gesteuert werden, und weist eine Positionserfassungsvorrichtung (nicht dargestellt) auf, die ähnlich den oben beschriebenen Positionserfassungsvorrichtungen 62 oder 62' ist, und eine Stromversorgungssteuerschaltung (nicht dargestellt) ähnlich den oben beschriebenen Stromversorgungssteuerschaltungen 61 und 61' auf. Andererseits weist die Ansteuervorrichtung später beschriebene, in den Fig. 18 bis 20 dargestellte Komponenten anstelle der in Fig. 1 dargestellten Komponenten 8, 8a, 57, 51, 51a bis 51e, 59, 65 und 18a auf.
Wie in Fig. 18 dargestellt ist, weist die Ansteuervorrichtung einen Rotationskörper 103 auf, der am anderen Ende der Drehachse 3a des Motors 3 befestigt ist, deren eines Ende mit der Last B verbunden ist und synchron mit einem Rotor (wird später beschrieben) des Motors 3 drehbar ist. Der Rotationskörper 103 besteht z.B. aus einem Leiter wie Aluminium oder einem leichten Stahl und hat eine Außenfläche, die in mehrere (z.B. fünf) axiale Bereiche 103 bis 103e aufgeteilt ist.
Jede der axialen Bereiche 103a bis 103e des Rotationskörpers 103 weist einen körperlichen Wert (z.B. die Entfernung zwischen der Drehachse 3a und der Außenfläche) auf entsprechend den Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i). Diese Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) sind eine Funktion des jeweiligen der mehreren Befehlsstromwerte In und der Drehposition des Rotationskörpers, d.h. der Rotordrehposition i und wird, wie später erläutert berechnet. D.h., ein Radius des Rotationskörpers 103 verändert sich stufenweise oder kontinuierlich in axialer Richtung und in Umfangsrichtung des Rotationskörpers 103 in Übereinstimmung mit den Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i).
Um den Rotationskörper 103 zu erhalten, dessen Radius sich in axialer Richtung und in Umfangsrichtung aufgrund der Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i)n ändert, während der Motor 3 durch den Erregerstrom In angetrieben wird, der zu einem Erregerstrom gehört, der z.B. weniger als die Hälfte des Nenndrehmomentes des Motors 3 erzeugt und einem der axialen Bereiche 103a bis 103e des Rotationskörpers 103 entspricht, wird das in Abhängigkeit von der Rotordrehposition i sich ändernde Motorausgangsdrehmoment Tn (= fn(i)In) gemessen.
Das Ausgangsdrehmoment Tn umfaßt die Drehmomentwelligkeit entsprechend der Funktion fn(i). Folglich wird das gemessene Drehmoment Tn durch den Erregerstrom In dividiert und ferner werden die Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) berechnet durch Division eines konstanten Wertes K durch das so erhaltene Resultat fn(i). Und schließlich wird der Rotationskörper 103 erhalten durch Bearbeiten des Materials des Rotatioskörpers entsprechend den Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i).
Die Ansteuervorrichtung umfaßt einen Detektor für den körperlichen Wert wie etwa einen Entfernungssensor, der einen Erfassungsabschnitt aufweist, der in axialer Richtung des Rotationskörpers 103 verschiebbar angeordnet ist, so daß er auf einen der axialen Bereiche 103a bis 103e auf der Außenfläche des Rotationskörpers weist, und weist eine Servoeinrichtung auf, die den Erfassungsabschnitt des Entfernungssensors so positioniert, daß der Erfassungsabschnitt des Entfernungssensors auf einen der axialen Bereiche 103a bis 103e entsprechend des Befehls-Erregerstromes weist.
Wie in den Fig. 18 und 19 dargestellt ist, weist der Entfernungssensor eine Brückenschaltung bestehend aus einer Spule 104 mit ungefähr 20 Windungen als Erfassungsabschnitt und Widerständen 104a bis 104c und einen Operationsverstarker 115 auf. Die Brückenschaltung hat Eingangsanschlüsse 107a, 107b, denen eine Spannung konstanter Amplitude mit einer Frequenz von ungefähr 1 MHz von einem Oszillator (nicht dargestellt) zugeführt wird. Der Entfernungssensor ist so ausgebildet, daß er an einem Ausgangsanschluß 120 eine Ausgangsspannung proportional zu dem Abstand zwischen der Spule 104 und der Außenfläche des Rotationskörpers 103 ausgibt. Und je kleiner der Abstand zwischen der Spule 104 und dem Rotationskörper 103 ist, desto größer wird die Sensorausgangsspannung. Da die Impedanz der Spule 104 aufgrund von Wirbelstromverlusten und Hystereseverlusten verringert ist, nimmt der Spannungsabfall am Widerstand 104 zu. Somit entspricht die Sensorausgangsspannung den Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i).
Wie in Fig. 20 dargestellt ist, weist die Servoeinrichtung zur Positionierung der Spule 104 bzgl. des Rotationskörpers 103 ein Gehäuse E auf, das die Spule 104 enthält und über eine Geschwindigkeitsverringerungseinheit F mit einem Gleichspannungsmotor in einem Block W verbunden ist. Das Gehäuse E ist bzgl. des Rotationskörpers verschiebbar angeordnet und beide Enden eines Schiebewiderstandes 146 sind mit dem Pluspol 146a bzw. Minuspol 146b einer Konstantspannungsquelle verbunden. Und das Gehäuse E weist einen Schleifkontakt entlang des Schiebewiderstandes 146 auf.
Die Servovorrichtung weist Operationsverstärker 115c, 115d, die jeweils einen positiven Eingangsanschluß haben, der über den Anschluß 115e und einen mit dem Schleifkontakt verbundenen negativen Anschluß eine Spannung entsprechend dem Befehls-Erregerstrom empfangen, eine Gleichrichterschaltung 108, eine Stromsteuerschaltung, die den Ankerstrom des Gleichstrommotors steuert und eine Drehrichtungswahlschaltung zur Auswahl der Drehrichtung des Gleichstrommotors auf. Der Block W umfaßt die Stromsteuerschaltung und die Drehrichtungswahlschaltung.
Die Servovorrichtung positioniert die Spule 104 so, daß sie auf einen der axialen Bereiche 103a bis 103e des Rotationskörpers 103 weist, die den Befehlsstromwerten entsprechen. D.h., wenn eine an den Anschluß 115e angelegte Spannung in Übereinstimmung mit einer Zunahme des Befehls-Erregerstromwertes ansteigt, steigt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 115c an, so daß der Gleichstrommotor in der Servoeinrichtung sich dreht und ein Ausgangssignal des Operationsverstarkers 115d nimmt zu, so daß sich der Ankerstrom in dem Gleichstrommotor erhöht.
Somit verschiebt sich die Spule 104 in Richtung des Pfeiles A in Fig. 18. Diese Verschiebebewegung der Spule 104 erhöht die über den Schleifkontakt an dem negativen Eingangsanschluß des Operationsverstarkers 115d anliegende Spannung und der Ankerstrom des Gleichstrommotors verringert sich. Wenn die Spule 104 z.B. so positioniert ist, daß sie auf den axialen Bereich 103d des Rotationskörpers, der dem Befehls-Erregerstrom entspricht, weist, wird die Schiebebewegung der Spule dann beendet und die Spule in dieser Position gehalten.
Während des Ansteuerbetriebes des Motors 3 wird der Abstand zwischen der Spule 104 und der Außenfläche des Rotationskörpers, der den Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) entspricht, durch den Entfernungssensor, der so angeordnet ist, daß der dem axialen Bereich des Rotationskörpers, der dem Befehls-Erregerstrom entspricht, gegenüberliegt, gemessen. Und eine Sensorausgangsspannung entsprechend den Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) wird von dem Sensorausgangsanschluß 120 z.B. einem der Eingangsanschlüsse 52b, 52d der Multiplikationsschaltungen 50a, 50b der in Fig. 6 dargestellten Stromversorgungssteuerschaltung zugeführt. Obwohl auf eine detaillierte Erläuterung hier verzichtet wird, wird aufgrund der Anwendung des Entfernungssensorausgangssignales auf die Stromversorgungssteuerschaltung eine Drehmomentwelligkeitsbeseitigungsfunktion in der gleichen Weise wie bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel ausgeführt.
In dem obigen Ausführungsbeispiel weist die Außenfläche des Rotationskörpers 103 ein konkav-konvexes Muster entsprechend den Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) auf. Es ist vorteilhaft, die Drehmomentwelligkeitsfunktion fn(i) anstelle der obigen Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) zu bilden. In diesem Fall werden die Drehmomentwelligkeitsdaten Fn(i) (=K1/K2fn(i)) durch eine arithmetische Schaltung (nicht dargestellt) berechnet, die aus einer Divisionsschaltung oder einer Multiplikationsschaltung besteht, die ein Ausgangssignal K1fn(i) von dem Entfernungssensor 104 empfängt (K1, K2 sind Konstanten). Dann wird der Erregerstrom durch die Stromversorgungssteuerschaltung, die das Ausgangssignal der arithmetischen Schaltung empfängt, zerhackergesteuert, so daß er InFn(i) ist. So wird es möglich, ein Ausgangsdrehmoment Tn (=InFn(i)fn(i) = K2In/K1) ohne Drehmomentwelligkeitskomponente zu erhalten.

Claims

1. Ansteuervorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines Reluktanzmotors (3) mit einem Rotor und einem Anker mit Erregerspulen, aufweisend eine Welligkeitskompensationsseinrichtung gekennzeichnet durch:

eine Positionserfassungseinrichtung (62), die ein Positionserfassungssignal, das die tatsächliche Drehposition des Rotors repräsentiert, erzeugt;

einen Rotationskörper (103), der synchron mit dem Rotor drehbar angeordnet ist und dessen Außenfläche mehrere axiale Bereiche (103a bis 103e) aufweist, die jeweils körperliche Werte entsprechend den jeweiligen Drehmomentwelligkeitsdaten als Funktion des entsprechenden einer Mehrzahl von Befehls-Erregerstromwerten und einer Rotordrehposition aufweisen;

einen Detektor für die körperlichen Werte mit einem Erfassungsabschnitt (104), der in axialer Richtung des Rotationskörpers (103) verschiebbar angeordnet ist, so daß er auf einen der mehreren axialen Bereiche (103a bis 103e) auf der Außenfläche des Rotationskörpers (103) weisen kann;

eine Servoeinrichtung (E, F, W, 146, 115c, 115d) zur Positionierung des Erfassungsabschnittes (104), so daß der Erfassungsabschnitt auf den der mehreren axialen Bereiche (103a bis 103e) auf der Außenfläche des Rotationskörpers (103), weist, der dem Befehls-Erregerstrom entspricht; und

eine Stromversorgungssteuerschaltung (61), die jeder Erregerspule einen Erregerstrom liefert, der durch die Drehmomentwelligkeitsdaten entsprechend einem durch den Detektor für die körperlichen Werte, dessen Erfassungsabschnitt entsprechend positioniert ist, erfaßten körperlichen Wert korrigiert ist.

2. Ansteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei dem der Rotationskörper (103) einen Radius aufweist, der als körperlicher Wert dient, der sich in Umfangsrichtung auf Basis der Drehmomentwelligkeitsdaten in dem axialen Bereich (103a bis 103e) ändert.

3. Ansteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Stromversorgungssteuerschaltung (61) eine Zerhackersteuerung ausführt, um den durch die Erregerspule fließenden Erregerstrom zu ändern, so daß er einen Wert entsprechend einem korrigierten Befehls-Erregerstrom annimmt.

4. Ansteuervorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Stromversorgungssteuerschaltung (61) die Stromversorgung zu jeder der Erregerspulen auf nur einen zentralen Bereich eines Rotordrehabschnittes beschränkt, bei dem der Motor Ausgangsdrehmoment aufgrund der Stromversorgung zu der jeweiligen Erregerspule erzeugen kann.

5. Ansteuervorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Außenfläche des Rotationskörpers (103) den den Drehmomentwelligkeitsdaten entsprechenden körperlichen Wert aufweist, der aufgrund der tatsächlichen Ausgangsdrehmomentwerte des Motors (3) an mehreren Drehpositionen des Rotors erzeugt wird, die zu einem festgelegten Rotationsbereich des Rotors gehören, welche aufeinanderfolgend während des Antriebs des Reluktanzmotors (3) gemessen werden gesteuert durch jeden der mehreren Befehls-Erregerstromwerte.

6. Ansteuervorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der der Rotationskörper (103) so ausgebildet ist, daß er an seiner Außenfläche körperliche Werte entsprechend den Drehmomentswelligkeitsdaten proportional zu den tatsächlichen Ausgangsdrehmomentwerten aufweist.

7. Ansteuervorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der der Rotationskörper (103) so ausgebildet ist, daß er an seiner Außenfläche körperliche Werte entsprechend den Drehmomentswelligkeitsdaten umgekehrt proportional zu den tatsächlichen Ausgangsdrehmomentwerten aufweist.