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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Elektromotor-Ansteuerungssysteme und
insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern
eines Dreiphasen-Motors, um Geräusche
in einer Massenspeichervorrichtung zu reduzieren.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Eine
Massenspeichervorrichtung wie etwa ein Festplattenlaufwerk verwendet
einen Spindelmotor zum Drehen der Platten, die die Informationen speichern.
Der Spindelmotor dreht die Platten im Allgemeinen mit einer konstanten
Winkelgeschwindigkeit, während
elektromagnetische Köpfe
aus kreisförmigen
Spuren auf den Platten lesen oder in sie schreiben. Der Spindelmotor
ist häufig
als ein Dreiphasen-Motor realisiert.
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Ein
typischer Dreiphasen-Motor enthält
einen Magnetläufer
und drei elektrische Spulen. Die drei elektrischen Spulen stehen
in Beziehung zu den drei Phasen des Motors. Durch jede der drei
elektrischen Spulen des Motors fließt ein separater Strom, der
als Phasenstrom bezeichnet wird. Der Läufer dreht sich in Reaktion
auf ein von den Phasenströmen
erzeugtes elektrisches Feld.
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Die
durch die drei elektrischen Spulen fließenden Phasenströme stehen
im Allgemeinen in Wechselwirkung mit den magnetischen Elementen
in dem Motor, so dass Geräusche
erzeugt werden. Bei einigen herkömmlichen
Antrieben durchläuft
jede der drei elektrischen Spulen des Motors zyklisch drei Zustände: Jede
elektrische Spule kann auf Masse gehalten werden, auf eine positive
Spannung angesteuert werden oder gefloatet werden. Im Ergebnis weisen
die durch die elektrischen Spulen fließenden Phasenströme sehr
plötzliche Übergänge auf.
Da das Drehmoment proportional zum Strom ist, bewirken die plötzlichen Änderungen
in den Phasenströmen,
dass sich das Drehmoment ebenso plötzlich ändert.
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Wenn
die Harmonischen in der Drehmomentsignalform mechanische Resonanzen
anregen, kann die Motorstruktur schwingen und hörbare Geräusche erzeugen.
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Die
US-Patentanmeldung Nr. 4651067 beschreibt eine Vorrichtung zum Ansteuern
eines bürstenlosen
Motors, bei dem eine in dem Drehmoment des Motors auftretende Welligkeit
ausgeglichen wird, indem der Motor mit einem Signalstrom angesteuert wird.
Um einen solchen Signalstrom zu erhalten, werden in den Ständerspulen
des Motors induzierte gegenelektromotorische Kräfte erfasst, wobei der Pegel des
Signals, das die erfassten gegenelektromotorischen Kräfte angibt,
je nach Last und Drehgeschwindigkeit des Motors gesteuert wird,
um ein Steuersignal zur Steuerung des Motorantriebsstroms bereitzustellen.
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Die
US-Patentanmeldung Nr. 5300873 beschreibt eine Motorsteuervorrichtung
zum ruhigen Drehen eines Motors. Eine Sinuswellenform, die eine ideale
Wellenform eines Signals ist, wird gespeichert, wobei der Motor
durch ein Signal mit der idealen Wellenform angesteuert wird, das
durch eine Korrektur der Periode und der Phase der gespeicherten
Sinuswellenform erzielt wird. Ein Komparator empfängt über einen
A/D-Umsetzer ein Erfassungssignal, das den Drehzustand des Motors
angibt, und erzielt die Korrekturwerte der Stromperiode und der
Stromphase. Ein Wellenform-Einstellmittel korrigiert die gesetzte
Periode und Phase, erzeugt anhand der in einem Sinuswellen-Datenbereich
gespeicherten Sinuswellendaten eine Sinuswelle mit der korrigierten Periode
und Phase und gibt über
einen D/A-Umsetzer ein Ansteuerungssignal mit der Sinuswellenform aus.
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Die
europäische
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr.
0831580 beschreibt eine Vorrichtung zu Steuerung des Ansteuerungsstroms
für die
Drehzahl eines Motors.
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Die
europäische
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr.
0776007 beschreibt eine Informationen speichernde Vorrichtung mit
einem Spindelmotor, der eine Speicherplatte antreibt. Dementsprechend,
ob festgestellt wird, dass sich die Informationen speichernde Vorrichtung
in einer Lesebetriebsart oder einer Positionierungsbetriebsart befindet,
wird der Motor zwischen der Lesebetriebsart und der Positionierungsbetriebsart
umgeschaltet, um Energiereinsparungen, schwache Geräusche und
niedrige Schwingungen zu erreichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Folglich
ist ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren und einem verbesserten
System zum Ansteuern eines Dreiphasen-Motors entstanden. Die vorliegende
Erfindung schafft ein Verfahren und ein System zum Ansteuern eines
Dreiphasen-Motors und
ein Festplattenlaufwerk-System, das das Verfahren und das System
integriert, die sich mit den Unzulänglichkeiten früherer Systeme
und Verfahren befassen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors
das Erzeugen einer periodischen Ansteuerungsspannung. Die Ansteuerungsspannung umfasst
eine Folge aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Signalform.
Die erste Signalform in der Folge ist eine allgemein konstante hohe
Spannung. Die zweite Signalform in der Folge ist eine Abwärtshakenspannung.
Die dritte Signalform in der Folge ist eine Aufwärtshakenspannung. Das Verfahren
umfasst ferner das Anlegen der Ansteuerungsspannung an eine Spule
des Motors, um einen allgemein sinusförmigen Strom durch die Spule
des Motors zu erzeugen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung enthält
ein Festplattenlaufwerk-System ein Plattenspeichermedium, das so
betreibbar ist, dass es Informationen speichert, und einen Spindelmotor, der
so betreibbar ist, dass er das Plattenspeichermedium dreht. Das
Festplattenlaufwerk-System enthält außerdem einen
Motortreiber. Der Motortreiber ist so betreibbar, dass er eine periodische
Ansteuerungsspannung an eine Spule des Motors anlegt, um einen allgemein
sinusförmigen
Strom durch die Spule zu erzeugen. Die Ansteuerungsspannung umfasst
eine Folge aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Signalform.
Die erste Signalform in der Folge ist eine allgemein konstante hohe
Spannung. Die zweite Signalform in der Folge ist eine Abwärtshakenspannung.
Die dritte Signalform in der Folge ist eine Aufwärtshakenspannung.
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung schaffen zahlreiche technische Vorteile. Zum Beispiel steuert
eine Ausführungsform
der Erfindung jede der drei elektrischen Spulen eines Motors mit
einer Spannung an, die Signalformen in Form eines Hakens enthält. Diese
Ansteuerungsspannungen mit den hakenförmigen Signalformen erzeugen
sinusförmige
Phasenströme
in den elektrischen Spulen des Motors. Die sinusförmigen Phasenströme weisen
nicht die plötzlichen Übergänge auf,
die einige herkömmliche Motoren
belasten. Folglich reduzieren die sinusförmigen Phasenströme die Harmonischen
der Drehmomentsignalform, die durch Änderungen in den Phasenströmen erzeugt
werden. Im Ergebnis zeigt der Motor weniger Geräusche.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun Bezug genommen
auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung,
in der:
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1 ein
Blockschaltplan eines Festplattenlaufwerk-Systems gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
Blockschaltplan eines Motortreibersystems des in 1 gezeigten
Festplattenlaufwerk-Systems ist;
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3 eine
graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines Phasenspannungssignals,
das von einem in 2 gezeigten Phasenspannungsformer
erzeugt wird, ist, die die in den Phasenspannungssignalen enthaltenen
hakenförmigen
Signalformen veranschaulicht;
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4 eine
graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs aller drei Phasenspannungssignale, die
von dem in 2 gezeigten Phasenspannungsformer
erzeugt werden, ist, die die Phasenunterschiede zwischen den drei
Phasenspannungssignalen veranschaulicht;
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5 ein
Blockschaltplan des Motortreibersystems von 2 ist, der
zusätzliche
Einzelheiten einer Ausführungsform
des Phasenspannungsformers bereitstellt;
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6A und 6B graphische
Darstellungen des zeitlichen Verlaufs der zwei Hakensignalformen
sind, die von dem in 5 gezeigten Sinushakenwellen-Generator erzeugt
werden; und
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7 eine
Tabelle ist, die die Folgen veranschaulicht, in denen der in 5 gezeigte
Multiplexer die zwei Hakensignalformen von 6 und
ein hohes Spannungssignal kombinieren kann, um die Phasenspannungssignale
von 4 zu erzeugen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung und ihre Vorteile sind am besten unter Bezugnahme
auf die 1 bis 7 der Zeichnung
zu verstehen, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche und einander entsprechende Teile
der verschiedenen Figuren verwendet sind.
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1 ist
ein Blockschaltplan eines Festplattenlaufwerk-Systems 10 gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung. Das Festplattenlaufwerk-System 10 speichert
während
der Schreiboperationen Daten und liest während der Leseoperationen Daten aus.
Das Festplattenlaufwerk-System 10 enthält eine im Festplattenlaufwerk
integrierte Schaltung 14, eine Platten-/Kopf-Baueinheit 16,
einen Spindelmotor 20 und ein Motortreibersystem 22.
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Das
Festplattenlaufwerk-System 10 ist über eine Schnittstelle durch
einen Bus 13 mit einem Client 12 verbunden und
tauscht mit ihm Daten aus. Das Festplattenlaufwerk-System 10 empfängt Daten von
dem Client 12 und speichert diese Daten in der Platten-/Kopf-Baueinheit 16.
Später
kann das Festplattenlaufwerk-System 10 die
Daten aus der Platten-/Kopf-Baueinheit 16 auslesen und
diese Daten an den Client 12 zurückliefern. Die Platten-/Kopf-Baueinheit 16 enthält eine
Anzahl sich drehender Magnetplatten. Elektromagnetische Köpfe speichern
die Daten in kreisförmigen
Spuren auf den Platten und lesen die Daten aus ihnen aus. Ein Vorverstärker (der
nicht explizit gezeigt ist) kann verwendet werden, um die Datensignale
gegebenenfalls zu verstärken.
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Der
Spindelmotor 20 dreht die Platten in der Platten-/Kopf-Baueinheit 16 mit
einer konstanten Winkelgeschwindigkeit, während die elektromagnetischen
Köpfe aus
den kreisförmigen
Spuren auf den Platten lesen oder in sie schreiben. Der Motor 20 kann
einen Magnetläufer
enthalten, der sich in Reaktion auf ein elektrisches Feld dreht,
das durch die Phasenströme
erzeugt wird, die durch jede der drei elektrischen Spulen fließen.
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Die
in dem Festplattenlaufwerk integrierte Schaltung 14 verarbeitet
die digitalen Daten, die zwischen dem Client 12 und der
Platten-/Kopf-Baueinheit 16 ausgetauscht werden. Die in
dem Festplattenlaufwerk integrierte Schaltung 14 enthält eine
Plattensteuerschaltung 24, einen Schreibkanal 26,
einen Lesekanal 28, eine Servoschaltung 30 und
eine Motorsteuerschaltung 34. Der Schreibkanal 26 verarbeitet
alle Daten, die in der Platte-/Kopf-Baueinheit 16 gespeichert
werden sollen. Während
der Schreiboperationen empfängt
der Schreibkanal 26 ein digitales Datensignal von der Plattensteuerschaltung 24. Der
Schreibkanal 26 reformatiert und codiert das digitale Datensignal
für das
Speichern und liefert ein analoges Datensignal an die Platten-/Kopf-Baueinheit 16.
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Der
Lesekanal 28 verarbeitet alle Daten, die aus der Platten-/Kopf-Baueinheit 16 ausgelesen
werden. Während
der Leseoperationen empfängt
der Lesekanal 28 ein analoges Datensignal von der Platten-/Kopf-Baueinheit 16.
Der Lesekanal 28 decodiert und formatiert das analoge Datensignal
und liefert ein digitales Datensignal an die Plattensteuerschaltung 24.
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Während der
Lese- und Schreiboperationen liefert die Servoschaltung 30 mit
der Positionierung eines Kopfs in der Platten-/Kopf-Baueinheit 16 in
Zusammenhang stehende Positionsfehlersignale an die Plattensteuerschaltung 24.
Die Servoschaltung 30 empfängt ein Servokeilsignal von
der Platten-/Kopf-Baueinheit 16. Das Servokeilsignal enthält Positionsfehlerinformationen.
Die Servoschaltung 20 verarbeitet diese Informationen und
erzeugt ein Servoausgangssignal, das von der Plattensteuerschaltung 24 empfangen
wird.
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Die
Plattensteuerschaltung 24 steuert die verschiedenen Operationen
des Festplattenlaufwerk-Systems 10. Die Plattensteuerschaltung 24 empfängt über den
Bus 13 Daten von dem Client 12 und überträgt ein entsprechendes
digitales Datensignal an den Schreibkanal 26. Die Plattensteuerschaltung 24 empfängt ein
digitales Datensignal von dem Lesekanal 28 und liefert
entsprechende Daten über den
Bus 13 an den Client 12. Die Plattensteuerschaltung 24 empfängt außerdem Positionsfehlerinformationen
von der Servoschaltung 30 in Form eines Servoausgangssignals.
Als Reaktion darauf sendet die Plattensteuerschaltung 24 ein
Motorsteuereingangssignal an die Motorsteuerschaltung 34.
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Die
Motorsteuerschaltung 34 umfasst eine Schaltungsanordnung,
so dass sie passend über eine
Schnittstelle mit dem Motortreibersystem 22 verbunden ist,
um den Spindelmotor 20 zu steuern. Die Motorsteuerschaltung 34 empfängt ein
Motorsteuereingangssignal von der Plattensteuerschaltung 24. Die
Motorsteuerschaltung 34 verarbeitet das Signal und sendet
ein entsprechendes Steuersignal an das Motortreibersystem 22.
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2 ist
ein Blockschaltplan, der zusätzliche Einzelheiten
des in 1 veranschaulichten Motortreibersystems 22 zeigt.
Das Motortreibersystem 22 enthält eine Kommutierungszustandsmaschine 40, einen
Phasenspannungsformer 42, einen Motorvortreiber und Motortreiber 44,
einen Messwiderstand 45 und einen Motorstrom-Amplitudensteuerblock 43. Das
Motortreibersystem 22 erzeugt drei Ansteuerungsspannungssignale 48, 50 und 52.
Die Ansteuerungsspannungssignale 48, 50 und 52 entsprechen drei
elektrischen Spulen im Motor 20, wobei jedes Ansteuerungsspannungssignal 48, 50 und 52 eine andere
der drei Spulen im Motor 20 ansteuert.
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Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung erzeugt das Motortreibersystem 22 sinusförmige Phasenströme in den
elektrischen Spulen des Motors 29, die die von dem Motor 20 abgegebenen
Geräusche
reduzieren. Der Phasenspannungs former 42 erzeugt Phasenspannungssignale 70, 72 und 74, die
hakenförmige
Signalformen enthalten. Motorvortreiber und Motortreiber 44 duplizieren
die Phasenspannungssignale 70, 72 und 74,
um die entsprechenden Ansteuerungsspannungssignale 48, 50 und 52 zu
erzeugen, die ebenso hakenförmige
Signalformen enthalten. Wegen ihrer hakenförmigen Signalformen erzeugen
die Ansteuerungsspannungssignale 48, 50 und 52 in
den elektrischen Spulen des Motors 20 sinusförmige Phasenströme. Diese
sinusförmigen
Phasenströme
zeigen nicht die plötzlichen Übergänge, die
einige herkömmliche
Motoren belasten. Durch die Beseitigung der plötzlichen Änderungen in den Phasenströmen verringert
die vorliegende Erfindung den Oberwellengehalt der mit den Phasenströmen verbundenen
Drehmoment-Signalform. Im Ergebnis gibt der Motor 20 weniger
Geräusche
ab.
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Die
Kommutierungszustandsmaschine 40 ist an den Phasenspannungsformer 42 angeschlossen. Die
Kommutierungszustandsmaschine 40 erzeugt digitale Signale,
die sich auf die Form des jeweiligen Phasenspannungssignals 70, 72 und 74 beziehen. Aus
den von der Kommutierungszustandsmaschine 40 empfangenen
digitalen Signalen, erzeugt der Phasenspannungsformer 42 die
drei Phasenspannungssignale 70, 72 und 74.
Wie außerdem
unten erläutert
ist, enthalten die Phasenspannungssignale 70, 72 und 74 hakenförmige Signalformen.
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Die
Phasenspannungssignale 70, 72 und 74 steuern
den Motorvortreiber und Motortreiber 44 an. Der Motorvortreiber
und Motortreiber 44 dupliziert die Phasenspannungssignale 70, 72 und 74,
um die entsprechenden Ansteuerungsspannungssignale 48, 50 und 52 zu
erzeugen. Das Phasenspannungssignal 70 entspricht dem Ansteuerungsspannungssignal 48,
das eine erste elektrische Spule im Motor 20 ansteuert.
Das Phasenspannungssignal 72 entspricht dem Ansteuerungsspannungssignal 50,
das eine zweite elektrische Spule im Motor 20 ansteuert.
Das Phasenspannungssignal 74 entspricht dem Ansteuerungsspannungssignal 52,
das eine dritte elektrische Spule im Motor 20 ansteuert.
Weil die Ansteuerungsspannungssignale 48, 50 und 52 verstärkte Versionen
der Phasenspannungssignale 70, 72 und 74 sind,
enthalten die Ansteuerungsspannungssignale 48, 50 und 52 auch
hakenförmige
Signalformen.
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Infolge
der in den Ansteuerungsspannungssignalen 48, 50 und 52 enthaltenen
hakenförmigen Signalformen
erzeugen die Ansteuerungsspannungssignale 48, 50 und 52 in
jeder elektrischen Spule einen sinusförmigen Phasenstrom. Diese sinusförmigen Phasenströme zeigen
nicht die plötzlichen Übergänge, die
einige herkömmliche
Motoren belasten. Durch die Beseitigung der plötzlichen Änderungen in den Phasenströmen verringern
die Ansteuerungsspannungssignale 48, 50 und 52 den Oberwellengehalt
der mit den Phasenströmen
verbundenen Drehmoment-Signalform.
Im Ergebnis gibt der Motor 20 weniger Geräusche ab.
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In
der veranschaulichten Ausführungsform steuert
der Motorstrom-Amplitudensteuerblock 43 die Amplitude der
hakenförmigen
Signalformen der Phasenspannungssignale 70, 72 und 74.
Der Strom aus dem Motor 20 fließt durch den Messwiderstand 45 und
erzeugt eine Spannung. Der Motorstrom-Amplitudensteuerblock 43 vergleicht
die Spannung über dem
Messwiderstand 45 mit einer Bezugsspannung 47 und
erzeugt ein analoges Signal 41. Das analoge Signal 41 ist
typisch für
die gewünschte
Amplitude der hakenförmigen
Signalformen der Phasenspannungssignale 70, 72 und 74 und
proportional zu ihr. Der Phasenspannungsformer 42 stellt
die Amplitude der hakenförmigen
Signalformen der Phasenspannungssignale 70, 72 und 74 proportional
zu der Änderung
in der Amplitude des analogen Signals 41 ein. Da die Ansteuerungsspannungssignale 48, 50 und 52 verstärkte Versionen
der Phasenspannungssignale 70, 72 und 74 sind,
beeinflusst der Motorstrom-Amplitudensteuerblock 43 die
Amplitude der hakenförmigen
Signalformen in den Ansteuerungsspannungssignalen 48, 50 und 52.
Eine Änderung der
Hakenamplitude der Ansteuerungsspannungssignale 48, 50 und 52 verändert den
Motorstrom und somit das Drehmoment des Motors 20.
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3 ist
eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des von dem
Phasenspannungsformer 42 erzeugten Phasenspannungssignals 70, die
die in dem Phasenspannungssignal 70 enthaltenen hakenförmigen Signalformen
veranschaulicht. Wie unten ausführlicher
beschrieben ist, kann der Phasenspannungsformer 42 eine
impulsbreitenmodulierte Version des Phasenspannungssignals 70 erzeugen.
Zwecks Klarheit zeigt 3 eine kontinuierliche lineare
Version des Phasen spannungssignals 70. Das Phasenspannungssignal 70 ist
periodisch, wobei jede Periode 60 360° beträgt. Das Phasenspannungssignal 70 enthält die drei
Signalformen 54, 56 und 58.
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Die
Signalform 54 ist eine Spannung, die auf einer konstanten
hohen Spannung 62 über
etwa 120° gehalten
wird.
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Die
Signalform 56 ist eine Spannung, die sich über etwa
120° "hakenförmig abwärts biegt". Die Signalform 56 wird
als eine Abwärtshakenspannung bezeichnet,
da die Signalform 56 wie ein Haken geformt ist, wobei sie
im Allgemeinen in Bezug auf die Spannung mit der Zeit abnimmt. Die
Signalform 56 nimmt von der hohen Spannung 62 zu
der niedrigen Spannung 63 ab und nimmt danach leicht zu
der Spannung 64 zu. Der Spannungsunterschied zwischen der
hohen Spannung 62 und der niedrigen Spannung 63 ist
die Hakenamplitude 66. In einer Ausführungsform läuft die
Signalform 56 von der hohen Spannung 62 als eine
Funktion von (hohe Spannung 62 – Hakenamplitude 66·sin(wt – 120°)) zu der Spannung 64,
wobei w die Drehgeschwindigkeit des Motors 20 in Grad pro
Sekunde ist.
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Die
Signalform 58 ist eine Spannung, die sich über etwa
120° "hakenförmig aufwärts biegt". Die Signalform 58 wird
als eine Aufwärtshakenspannung
bezeichnet, da die Signalform 58 wie ein Haken geformt
ist, wobei sie im Allgemeinen in Bezug auf die Spannung mit der
Zeit zunimmt. Die Signalform 58 nimmt leicht von der Spannung 64 zu
der niedrigen Spannung 65 ab und nimmt danach zu der hohen
Spannung 62 zu. Der Spannungsunterschied zwischen der hohen
Spannung 62 und der niedrigen Spannung 65 ist
die Hakenamplitude 68. In einer Ausführungsform läuft die
Signalform 58 von der Spannung 64 als eine Funktion
von (hohe Spannung 62 – Hakenamplitude 68·sin(wt – 180°)) zu der
hohen Spannung 62, wobei w die Drehgeschwindigkeit des Motors 20 in
Grad pro Sekunde ist.
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4 ist
eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs aller drei von
dem Phasenspannungsformer 42 erzeugten Phasenspannungssignale 70, 72 und 74,
die die Phasenunterschiede zwischen den drei Phasenspannungssignalen 70, 72 und 74 veranschaulicht.
Die Phasenspannungssignale 72 und 74 haben die
gleiche Form wie das Phasenspannungssignal 70 von 3.
Die Phasenspannungssignale 70, 72 und 74 sind
jedoch um 120° zueinander verschoben.
Das Phasenspannungssignal 70 eilt dem Phasenspannungssignal 72 um
120° voraus, wobei
das Phasenspannungssignal 70 dem Phasenspannungssignal 74 um
240° vorauseilt.
Auf diese Weise umfasst jedes der Phasenspannungssignale 70, 72 und 74 zu
jedem gegebenen Zeitpunkt eine andere der drei Signalformen 54, 56 und 58. 5 veranschaulicht
eine Ausführungsform
des Phasenspannungsformers 42, der die Phasenspannungssignale 70, 72 und 74 erzeugt.
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5 ist
ein Blockschaltplan des Motortreibersystems 22 von 2,
der zusätzliche
Einzelheiten einer Ausführungsform
des Phasenspannungsformers 42 zeigt. Der Phasenspannungsformer 42 enthält einen
Sinushakenwellen-Generator 76, einen Impulsbreitenmodulator 78 und
einen Multiplexer 80. Der Sinushakenwellen-Generator 76 empfängt digitale
Signale von der Kommutierungszustandsmaschine 40 und erzeugt
zwei Hakensignalformen, die in den 6A und 6B gezeigt
sind. Der Impulsbreitenmodulator 78 setzt die zwei Hakensignalformen
in impulsbreitenmodulierte Hakensignalformen um. Wie in Verbindung
mit 7 erläutert
wird, empfängt
der Multiplexer 80 die impulsbreitenmodulierten Hakensignalformen
und erzeugt die Phasenspannungssignale 70, 72 und 74.
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Die 6A und 6B sind
graphische Darstellungen des zeitlichen Verlaufs der beiden von dem
Sinushakenwellen-Generator 76 erzeugten Hakensignalformen 82 und 84.
Der Phasenspannungsformer 42 verwendet die Hakensignalformen 82 und 84,
um die in 3 gezeigten Signalformen 58 und 56 zu
erzeugen. 6A ist eine graphische Darstellung
des zeitlichen Verlaufs der Hakensignalform 82. Die Hakensignalform 82 enthält eine
periodische Abwärtshakenspannung,
wobei jede Periode 83 120° beträgt. Die Hakensignalform 82 entspricht
der Signalform 56 von 3. 6B ist
eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Hakensignalform 84.
Die Hakensignalform 84 enthält eine periodische Aufwärtshakenspannung,
wobei jede Periode 85 120° beträgt. Die Hakensignalform 84 entspricht der
Signalform 58 von 3.
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In
einer Ausführungsform
verwendet der Sinushakenwellen-Generator 76 lineare Digital/Analog-Umsetzer,
um die Hakensignalformen 82 und 84 zu erzeugen.
Der Sinushakenwellen-Generator 76 ist mit der Kommutierungszustandsmaschine 40 verbunden.
Die Kommutierungszustandsmaschine 40 erzeugt digitale Signale,
die in Beziehung zu der Form der Hakensignalformen 82 und 84 stehen.
Der Phasenspannungsformer 42 verwendet Digital/Analog-Umsetzer,
um aus den von der Kommutierungszustandsmaschine 40 empfangenen
digitalen Signalen die Hakensignalformen 82 und 84 zu
erzeugen. Die Digital/Analog-Umsetzer arbeiten wie ein einfacher
Tabellensuchblock, der quantisierte Versionen der Sinushaken-Signalformen durch
Annäherung
an die genauen Hakensignalformen 82 und 84 erzeugt.
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Der
Impulsbreitenmodulator 78 setzt die Hakensignalformen 82 und 84 in
impulsbreitenmodulierte Hakensignalformen um. Die impulsbreitenmodulierten
Hakensignalformen enthalten zwei Spannungen, eine hohe Spannung
und eine niedrige Spannung. Die impulsbreitenmodulierten Hakensignalformen
wechseln zwischen der hohen Spannung und der niedrigen Spannung.
Um die Kontinuität
der Hakensignalformen 82 und 84 zu simulieren,
wechselt jede impulsbreitenmodulierte Hakensignalform so zwischen
der hohen Spannung und der niedrigen Spannung, dass das gewichtete
Mittel der Spannungen über
irgendein kleines Zeitintervall gleich der Spannung der entsprechenden
Signalform 82 oder 84 zu diesem Zeitpunkt ist.
Wenn sie an die Leistungsschaltvorrichtungen im Motorvortreiber
und Motortreiber 44 angelegt werden, verbrauchen die impulsbreitenmodulierten
Hakensignalformen im Allgemeinen weniger Energie als die linearen
Versionen der Hakensignalformen 82 und 84.
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7 ist
eine Tabelle, die die Folgen zeigt, in denen der Multiplexer 80 die
in 6A und 6B gezeigten
Hakensignalformen 82 und 84 sowie ein hohes Spannungssignal
kombinieren kann, um die in 4 gezeigten
Phasenspannungssignale 70, 72 und 74 zu
erzeugen. Der Multiplexer 80 empfängt Steuersignale von der Kommutierungszustandsmaschine 40.
Zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt verbindet der Multiplexer 80 das
hohe Spannungssignal, die Hakensignalform 82 und die Hakensignalform 84 mit
jeweils einem anderen Phasenspannungssignal 70, 72 und 74 über etwa
120°. 7 veranschaulicht über eine
Periode von 360° eine
Folge, die der Multiplexer 80 verwenden kann, um die Phasenspannungssignale 70, 72 und 74 zu
erzeugen. Im Allgemeinen kann der Multiplexer 80 jede Periode
von Phasenspannungssignalen 70, 72, und 74 durch Kombination
der hohen Spannung über
etwa 120°, der
Abwärtshaken-Signalform 82 über etwa
120° und der
Aufwärtshaken-Signalform 84 über etwa
120° erzeugen.
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Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung erzeugt das Motortreibersystem 22 sinusförmige Phasenströme in den
elektrischen Spulen des Motors 29, die die von dem Motor 20 abgegebenen
Geräusche
reduzieren. Infolge ihrer hakenförmigen
Signalformen erzeugen die Ansteuerungsspannungen 48, 50 und 52 sinusförmige Phasenströme in den elektrischen
Spulen. Durch die Beseitigung der plötzlichen Änderungen in den Phasenströmen verringert die
vorliegende Erfindung den Oberwellengehalt der mit den Phasenströmen verbundenen
Drehmoment-Signalform, wobei sie die damit zusammenhängenden
Geräusche
reduziert, die von dem Motor 20 abgegeben werden.
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Auch
wenn die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile ausführlich beschrieben
sind, kann der Fachmann auf dem Gebiet verschiedene Änderungen,
Ersetzungen und Weglassungen vornehmen, ohne von dem Umfang der
vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert
wird.