JP4673553B2 - ブラシレス直流モータのスタート方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念に記載のブラシレス直流モータのスタート方法から出発している。
【０００２】
ブラシレス直流モータ、いわゆるＢＬＤＣモータは電子的にコミュテートされ、その際ブリッジ回路に配置されている、スイッチング装置の半導体スイッチが固定子巻線の個々の巻線ストランドまたは相巻線の順序正しい通電のための前以て決められているコミュテーションパターンに従って回転子の回転位置状態に依存して制御装置によって導通切り換え（閉成）または遮断（開放）される。このコミュテーションによって、固定子巻線によって生成される固定子磁束ベクトルと回転子起磁力ベクトルとの間に電気的に９０°の角度関係が維持され、かつひいては回転子が回転する固定子フィールまたは固定子磁束ベクトルによって駆動されることが保証される。
【０００３】
回転子回転位置を突き止める（決定する）ために例えば、位置センサが使用される（ＤＥ４０４０９２６Ｃ１）。回転子回転位置を突き止めるために回転により誘起される電圧が評価されるＢＬＤＣモータも公知である（ＤＥ３７０９１６８Ａ１）。その際不都合なのは、モータ静止状態においては電圧が誘起されず、それ故に回転子回転位置もしくは姿勢は分からずかつひいては負荷が著しく変化するまたは高い場合殊にモータの始動が困難になることである。
【０００４】
ＵＳ５５６９９９０号および／またはＵＳ５０２８８５２号から、ＢＬＤＣモータにおいて静止状態における回転子回転位置を電気的に１８０°／ｍの精度で突き止めて、回転子回転位置のこの知識によって、スイッチング装置に対するドライブ信号の、回転子回転位置に整合されたコミュテーションパターンの印加によってモータを正しい回転方向においてスタートさせることが公知であり、その際ｍは固定子巻線の相数である。このために、静止しているモータの固定子巻線に電流パルスが印加される。電流パルスは一方において正しい測定を可能にするために十分な長さでありかつ他方において回転子が回転しない、すなわちその位置が維持されるように十分に短い。このために、固定子巻線のそれぞれの相巻線またはそれぞれの巻線ストランドに正および負のテスト電流パルスが供給され、電流上昇時間、すなわち相巻線を流れる電流が電流しきい値に達するまでに経過する時間が測定されかつ２回の電流上昇時間の時間差が突き止められる。ｍ個の電流上昇時間から成る時間ベクトルが固定子巻線に対する通電テーブルに読み込まれる。テーブルはコミュテーションのために必要な、ｍ個の相巻線の通電パターンを格納していて、回転子を所望の回転方向に回転させるようにするものである。時間ベクトルに属している、相通電の組み合わせは、スイッチング装置の半導体スイッチの制御入力側に加えられる相応のドライブ信号によって実現される。その場合ドライブ信号はコミュテーションパターンによって前以て決められている仕方で変化されるので、その結果回転子において相応のトルクが加えられかつ回転子は始動される。
【０００５】
発明の利点
請求項１の特徴部分に記載の構成を有する本発明の方法は、比較的僅かな制御技術コストでモータ静止状態にある回転子ポジションを一層正確に突き止められるという利点を有している。使用することができる信号変化量が一層よく利用されるので、相巻線またはストランドにおける検査またはテスト電流を一層小さくないし一層短くすることができ、このためにこれにより可能になる、トルク生成のための一層大きな通電時間によって一層高い駆動モーメントが可能になる。回転子ポジションが決定されている場合、一層僅かな数の別のテスト電流パルスを用いる本発明の方法の別の実施形態によれば、能動負荷であろうと受動負荷であろうと可能な駆動モーメントを一層高めることができる。
【０００６】
その他の請求項に記載されている構成によって、請求項１の記載の方法の有利な発展形態および改良形態が可能である。
【０００７】
回転子ポジションが決定されていれば、本発明の方法の有利な実施形態によれば、電流パルスを固定子巻線に供給し、該固定子巻線はトルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置は決定されている回転子ポジションに対して電気角９０°、力方向として選択されている回転子回転方向においてずれている。一定であるかまたはモータの回転数に依存して選択される時間間隔後、回転子ポジションを検査するために、比較的僅かな数の別のテスト電流パルスが固定子巻線に供給される。回転子ポジションが変わっていなければ、電流パルスの供給によってトルクを形成する固定子磁束ベクトルが生成される。固定子が回転したならば、１つの電流パルスを用いて、トルクを形成する固定子磁束ベクトルが生成され、その位相位置はこの場合も新たに決定された回転子ポジションに対して電気角９０°ずれている。この過程は、十分な回転子回転数が識別されるまで続けられ、その後回転子ポジションのセンサレス決定のための別の公知の方法に切り換えられる。これにより循環的に発生するテスト電流パルスは省略されかつモータはその全体の出力範囲において利用可能である。
【０００８】
別のテスト電流パルスの供給は種々の手法で実施することができる。モータの回転方向が分かっていれば、本発明の１つの有利な実施形態によれば、別のテスト電流パルスを、第１の別のテスト電流パルスが第１の固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置が決定された回転子ポジションと一致しかつ第２の別のテスト電流パルスが第２の固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置が第１の固定子磁束ベクトルに対して力方向において１電気角ステップだけずれているように供給する。その際力方向は回転子の分かっている回転方向である。２つの固定子磁束ベクトルに属している電流上昇時間を測定しかつ相互に比較しかつ、最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトルの位相位置を新しい回転子ポジションと決定する。それから１つの別の電流パルスを固定子巻線に供給し、これにより固定子巻線はトルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置は前記新しい回転子回転位置に対して電気角９０°だけ力の方向においてずれている。
【０００９】
モータの回転方向が分かっていなければ、本発明の有利な実施形態によれば、別のテスト電流パルスを、第１の別のテスト電流パルスが第１の固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルがその前に生成されたトルクを形成する固定子磁束ベクトルの位相位置に対して電気角９０°プラス１電気角ステップだけ力方向とは反対にずれておりかつ第２および第３の別のテスト電流パルスがそれぞれ第２および第３の固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルが第１ないし第２の固定子磁束ベクトルに対して１電気角ステップだけ力方向においてずれているように供給する。この場合も固定子磁束ベクトルに属している電流上昇時間を測定しかつ相互に比較し、かつ最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトルの位相位置を新しい回転子回転位置として決定する。引き続いて、１つの電流パルスを固定子巻線に供給し、これにより該固定子巻線はトルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置は新しい回転子回転位置に対して電気角９０°だけ力の方向においてずれている。
【００１０】
両方の場合において上に説明したように決められている、別のテスト電流パルスの印加の順序は次の利点を有する：テスト電流パルスの印加の前に、相巻線において先行するテスト電流パルスによって生成される相電流が減衰されていることが必要である。これにより、個々のテスト電流パルスによって得られる測定結果が既に存在している相巻線によって歪みを受けないということが保証される。最後のテスト電流パルスが供給され、これによりその時点の回転子回転位置が分かった後、トルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成するための電流パルスを直接供給することができる。固定子巻線における位相電流の減衰はこの場合もはや必要ない。上に説明したように決められている順序のテスト電流パルスによって、最後のテスト電流パルスによって生成される固定子磁束ベクトルは常に、回転子を更に運動させるための引き続くトルク生成に対して必要である固定子磁束ベクトルの隣、電気角３０°のところに−回転子ポジションが確認されたとき−および電気角９０°のところに−新しい回転子ポジションが識別されたとき−ある。最後のテスト電流パルスによって生成される固定子磁束ベクトルがトルクを形成する固定子磁束ベクトルの隣、僅か電気角３０°のところにあるのであれば、トルクを形成する固定子磁束ベクトルの生成のために最後のテスト電流パルスによって通電状態された、固定子巻線の相巻線だけはそれ以上通電される必要がない。固定子磁束ベクトルの間隔が電気角９０°であれば、トルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成するためにいずれにせよ、最後のテスト電流パルスによって通電された相巻線の１つをトルクを形成する固定子磁束ベクトルの生成のために同様に通電状態にしておくことができる。最後のテスト電流パルスをモーメント生成のための電流パルスとこのように統合することによって、始動の際に著しく高められたトルク形成が実現される。というのは、テスト電流パルスに対する時間とモーメント生成に対する時間との比は、モーメント生成に対する時間が延長されることなく改善されることになるからである。
【００１１】
本発明の有利な実施形態によれば、回転子回転位置を決定する固定子磁束ベクトルを決定するために、連続する固定子磁束ベクトルの位相位置および配属している電流上昇時間が記憶されかつその際にその前の固定子磁束ベクトルのメモリ値は、後続する固定子磁束ベクトルに属する電流上昇時間が、先行する固定子磁束ベクトルに属する電流上昇時間より小さいときに、後続する固定子磁束ベクトルのメモリ値によってオーバライトされる。この変形形態によって、すべての電流上昇時間およびそれぞれに配属されている、固定子磁束ベクトルの位相位置は記憶される必要はない。２つの直接連続するテスト電流パルスに対してそれぞれ、生成された固定子磁束ベクトルの電流上昇時間および位相位置を記憶するだけで十分であるので、所要メモリは僅か２つのメモリに制限される。その際第１のメモリには常に、ちょうどその時生成された固定子磁束ベクトルのその都度その時点の電流上昇時間およびその時の位相位置が書き込まれかつ上に説明した手法において動作する比較ロジックが、第２のメモリにおいて常に、最小の電流上昇時間が配属している固定子磁束ベクトルの位相位置が記憶されているように作用する。
【００１２】
図面
次に本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。その際：
図１は、直流電圧網に接続されているブラシレス直流モータを作動するための装置のブロック線図を示し、
図２は、図１の装置の中のスイッチング装置の回路図を示し、
図３は、図１の装置の制御装置に格納されているコミュテーションパターンを示し、
図４ないし図１０は、直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトルを示す。
【００１３】
実施例の説明
図１には、電源直流電圧ＵＢを有する直流電圧源に接続されているブラシレス直流モータ１０の作動装置がブロック線図にて示されている。直流モータ１０は公知の仕方で実施例においては３相の固定子巻線１２（図２）を備えた固定子１１と永久磁石励磁される回転子１３とを有している。択一的に、回転子は直流励磁されるものであってもよい。制御装置１５によって制御されるスイッチング装置１４を用いて、３相の固定子巻線１２の３つの相巻線またはストランド１２１，１２２，１２３が順序正しく通電されて、回転子１３の起磁力ベクトルより電気的に９０°だけ回転方向において先行している固定子フィールドが固定子において回転するようにしている。このために、回転子１３の回転位置を監視しかつスイッチング装置１４を相応にドライブすることが必要である。瞬時の回転子回転位置は固定子巻線１２の相巻線１２１〜１２３に回転により誘起される電圧を用いて突き止められる。このことは図１の鎖線で示されている電圧測定線路２７によって表されている。
【００１４】
スイッチング装置１４は複数の半導体スイッチを含んでいる。これらは実施例においてＭＯＳＦＥＴとして実現されておりかつ全波整流ブリッジ回路においてまとめられている。３相巻線が選択されている場合スイッチング装置１４には６つの半導体スイッチＴ１〜Ｔ６が存在しており、その制御入力側は制御装置１５に接続されている。制御装置１５において前以て決められているコミュテーションパターンに相応してドライブ信号が発生される（図３の左側のテーブル部分）。これらドライブ信号は個々の半導体スイッチＴ１〜Ｔ６に印加されかつこれにより図３においてテーブルの右側部分に示されているように、固定子巻線１２の相巻線１２１〜１２３が通電されるようにする。この場合＋記号は図２における矢印１６の方向における正の通電を意味しており、マイナス記号は反対向きの通電を表している。何も記載されていない場合は相巻線が無電流状態であることを表している。例えば半導体スイッチＴ１，Ｔ４およびＴ６がドライブされると、これらは導通切り換えされ、かつ電流は相巻線１２１において矢印１６の方向に流れかつ相巻線１２２および１２３においては矢印とは反対方向に流れる。
【００１５】
モータ静止状態において、回転数零の場合固定子巻線１２に電圧が誘起されず、その結果モータ１０のストランドまたは相電圧を評価することによって回転子回転位置（姿勢）を突き止めるというセンサなしの方法は使用することができない。静止状態から調整されたモータ始動を保証するために、調整されるセンサなし始動のために別の構成要素が設けられている。これらは固定子巻線１２の和電流が流れる測定分路１７と、増幅器１８と、一方の入力側に参照電圧Ｕｒｅｆが加わるコンパレータ１９と、時間測定器２０と、２つのメモリ２１，２２と、２つのメモリ２１，２２のメモリ内容を比較するための比較ロジック２３と、該比較ロジック２３によって制御されるゲート回路２４とを含んでいる。ゲート回路はゲートが開いている際にメモリ２１からのメモリ値をメモリ２２に書き込むができるようにする。
【００１６】
モータ１０の調整される始動に対するこれらの構成要素によって、ブラシレス直流モータ１０のスタートのための次の方法が実施される：
回転子１３の静止状態において３相の固定子巻線１２に６つのテスト電流パルスが供給される。これらパルスは固定子に固定子磁束ベクトルを生成する。これらベクトルは６０°ずつ電気的に相互にずれている。このためにスイッチング装置１４の半導体スイッチＴ１〜Ｔ６は順次に図３のテーブルの左側の部分に示されているスイッチング信号によってドライブされる。ｎ＝１，２…６を有するパルスＩｎの順序数は図３のテーブルの左側の列に記入されている。テーブルの左側の部分において半導体スイッチＴ１〜Ｔ６の必要なドライブ信号が示されている。その際「１」は閉成される半導体スイッチ、すなわち導通接続されるＭＯＳ−ＦＥＴを意味しており、「０」は遮断されているＭＯＳ−ＦＥＴ、すなわち開いている半導体スイッチＴ１〜Ｔ６を表している。その際テスト電流パルスは、回転子１３がその慣性モーメントおよび摩擦に基づいて運動しない程度にモータに生成されるトルクは小さい、そのように短い持続時間のものである。それぞれのテスト電流パルスＩｎにおいて固定子巻線１２の相巻線１２１，１２２および１２３は図３のテーブルの右側の部分に示されているように通電され、その際固定子に固定子磁束ベクトルが発生され、その位相位置αは図３のテーブルの真ん中の列に示されている。第１のテスト電流パルスＩ１では、例えば−図３に明らかにされているように−半導体スイッチＴ１，Ｔ４およびＴ６がドライブされる。相巻線１２１に時間的に増加していく相電流が矢印１６の方向に流れる。これは相巻線１２２，１２３を介して矢印１６とは反対方向に流れかつ測定分路１７を介して流れる。測定分路１７を介して流れる和電流から測定電圧が生じ、それは増幅器１８を介してコンパレータ１９に供給される。測定分路１７で取り出されかつ増幅された電圧が参照電圧Ｕｒｅｆを上回ると、コンパレータ１６によって出力信号が発生される。これはストップ信号として時間測定器２０および制御装置１５に達する。制御装置１５によるそれぞれのテスト電流パルスのトリガと同時に制御装置１５によって時間測定器２０もスタートされる。時間測定器は、テスト電流パルスによって相巻線１２１〜１２３に生成された和電流が参照電圧Ｕｒｅｆによって決められている電流しきい値に達するまでの時間を測定する。しきい値に達すると、コンパレータ１９の出力信号によって時間測定は終了しかつ制御装置１５を介して半導体スイッチのドライブが終了する。時間測定器２０によって測定された時間ｔ１はテスト電流パルスＩ１によって生成された固定子磁束ベクトルの位相位置α１と一緒に記憶される。半導体スイッチＴ１，Ｔ３およびＴ６のドライブによる第２のテスト電流パルスＩ２の供給の際および残りのテスト電流パルスＩ３ないしＩ６の供給の際に同じ過程が繰り返される。
【００１７】
ｎ＝１〜６を有するすべてのテスト電流パルスＩｎの供給の後で、順次図４に示されている６つの固定子磁束ベクトル２５が生成されており、かつそれぞれの固定子磁束ベクトル２５において電流上昇時間ｔｎおよび位相位置αｎが記憶されている。それから電流上昇時間が相互に比較され、かつ最小の電流上昇時間に属している固定子磁束ベクトルの位相位置が回転子回転位置として突き止められる（決定される）。この回転子ポジションは電気角６０°の扇形領域を定めており、扇形領域の対称軸線は電流磁束ベクトル２５の位相位置αｎによって決められている。図４において６つの電流磁束ベクトル２５および所属の扇形領域２６が図示されている。ｍ＞２を有するｍ相の固定子巻線では全体で２ｍ個のテスト電流パルス２ｍによって固定子磁束ベクトル２５が生成され、これらは１８０°／ｍだけ相互に電気的にずらされておりかつ１８０°／ｍの電気角幅を有する２ｍ個の扇形領域２６を定める。
【００１８】
すべての電流上昇時間ｔｎおよびこれに対応配属されている、ｎ＝１〜６の固定子磁束ベクトルを有する位相位置αｎを記憶しなくてもすみかつ所要メモリを２つのメモリ２１，２２に低減することができるようにするために、常に、時間測定器２０によってその都度測定されたその時の時間ｔｎがメモリ２１に記録されかつそこにその時の固定子磁束ベクトルの位相位置αｎが対応付けられる。第１のテスト電流パルスＩ１の後、第１のメモリ２１にファイルされた電流上昇時間ｔ１およびテスト電流パルスＩ１によって生成された固定子磁束ベクトルの所属の位相位置α１が第２のメモリ２２に書き込まれる。第２のテスト電流パルスＩ２の印加によって、固定子巻線１２の和電流における電流上昇時間ｔ２が測定されかつこれが固定子磁束ベクトル２５の所属の位相位置α１と一緒にメモリ２１に書き込まれる。それから比較ロジック２３は第２のメモリ２２に格納されている電流上昇時間ｔ１を第１のメモリ２１に書き込まれた電流上昇時間ｔ２と比較する。電流上昇時間ｔ２が電流上昇時間ｔ１より小さければ、比較ロジック２３はゲート回路２４を開放制御し、かつ第２のメモリ２２のメモリ内容は第１のメモリ２１のメモリ内容によってオーバライトされる。電流上昇時間ｔ２が電流上昇時間ｔ１より大きければ、ゲート回路２４は閉じられたままであり、かつ次のテスト電流パルスＩ３の際にメモリ２１のメモリ内容が電流上昇時間ｔ３および第３のテスト電流パルスＩ３によって生成された固定子磁束ベクトルの位相位置α３によってオーバライトされる。比較ロジック２３は今度も２つのメモリ２１，２２にファイルされている電流上昇時間ｔｎ＋１およびｔｎを比較しかつ既に説明したようにゲート回路２４が開放されるように制御するかまたはしない。すべて６つのテスト電流パルスＩｎが固定子巻線１２に加えられると、第２のメモリ２２において最小の電流上昇時間および所属の固定子磁束ベクトルの位相位置が記憶されている。この位相位置は、回転子磁束と固定子磁束との間に最大のつながりが発生する扇形領域２６を特定し、かつこれにより回転子１３が瞬時的に存在している扇形領域２６を定めている。連続して発生するテスト電流パルス間の時間間隔は次のようにして選択されることを述べておく：テスト電流パルスによって生成される相電流が固定子巻線１２において次のテスト電流パルスの供給までに減衰しているようにである。これにより、個々のテスト電流パルスの供給の際の電流上昇時間が既に存在している相電流またはストランド電流によって歪みを受けることがないことが保証される。
【００１９】
それから回転子１３がポジション決定の終了後にトルクを送出するように、電流パルスが固定子巻線１２に供給され、固定子巻線がトルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成し、その位相位置は力方向として選択されている回転子回転方向において決定された回転子ポジションに対して電気角９０°だけずれている。トルク生成に対する固定子磁束ベクトル２５′が図５に示されている。例えば回転子ポジションの扇形領域２６がテスト電流パルスによって引き起こされる固定子磁束ベクトル２５の位相位置α＝１２０°によって固定されているとすると（図６）、トルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′は位相位置α＝２１０°を有している。固定にまたは例えばモータの回転数に依存して選択される時間の経過後、別のテスト電流パルスの、固定子巻線１２への供給によって回転子ポジションが検査される、すなわち回転子１３のトルク形成のために供給された電流パルスに基づいて、駆動モーメントを保持するためにその前に決定された位置を維持しているかまたは変化したかどうかがチェックされる。
【００２０】
モータの回転方向が分かっていれば、−図７および図８において示されているように−次のテスト電流パルスは次のように供給される：第１の別のテスト電流パルスが第１の固定子磁束ベクトル２５１を生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置αが１／２の電気角ステップだけ、３相の固定子巻線の実施例においては、トルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′（図８）の位相位置α＝２１０°に対して電気角３０°だけずれている。その際、冒頭に説明したように、電流上昇時間が測定される。引き続いて第２の次のテスト電流パルスが固定子巻線１２に供給され、この巻線は第２の固定子磁束ベクトル２５２を生成し、その位相位置αは１電気角ステップだけ、すなわち実施例においては６０°だけ、第１の固定子磁束ベクトル２５１に対して力方向に反対にずれている。この固定子磁束ベクトルに所属する電流上昇時間も測定される。それから今度も、２つの電流上昇時間が相互に比較されかつ最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトル２５１ないし２５２の位相位置αが新しい回転子ポジションとして決定される。このために−前に説明したように−テスト電流パルスによって生成された固定子磁束ベクトル２５１，２５２の位相位置αおよび所属の上昇時間ｔが再びメモリ２１，２２に書き込まれかつ比較ロジック２３によって相互に比較される。最小の電流上昇時間を有する電流磁束ベクトルの位相位置αが制御装置１５に伝送される。それから先に説明したように、電流パルスが固定子巻線１２に供給され、それがトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′を生成し、その位相位置は新しい回転子回転位置に対して９０°だけ電気的に力方向においてずれている（図８）。２つの別のテスト電流パルスおよびトルク生成のための電流パルスの供給過程は、制御装置１５が十分な回転子回転数を識別するまで続けられる。それから制御装置１５によって例えばＥＭＫベースドセンサレス回転子ポジション決定に切り換えられる。
【００２１】
回転方向が分かっている場合には、可能な荷重モーメントが使用可能なモータモーメントより大きくないとして、すなわちモータはトルクを形成する電流パルスの供給の際に必ずしも回転する必要はないが、所望の回転方向に抗して荷重によって運動されもしないことから出発することができる。回転方向が既知でなければ、−図９および図１０に示されているように−２つの別のテスト電流パルスに対して付加的に、更にもう１つの第３の別のテスト電流パルスが固定子巻線１２に供給され、その位相位置αは１電気角ステップ、すなわち実施例においては電気角６０°、第２のテスト電流パルスによって生成される固定子磁束ベクトル２５２に対して力方向とは反対にずれている。ここでもこの場合も電流上昇時間が測定され、かつ最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトルの位相位置αが新しい回転子ポジションを決定する。後続のトルク生成のために同じ手法で今度も、電流パルスが固定子巻線１２に加えられる。これは、新たに決定された回転子ポジションに対して電気角９０°だけ力方向において先行している位相位置を有するトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′を生成する（図１０）。
【００２２】
それぞれのテスト電流パルスの印加の前に、相巻線１２１〜１２３において相電流が完全に減衰していることが必要である一方、トルク形成固定子磁束ベクトルの生成のための電流パルスは最後のテスト電流パルスに直に続いていて構わない。相またはストランド電流の減衰はこの場合必要ない。テスト電流パルスに対する時間およびモーメント生成に対する電流パルスに対する時間の比を、モーメント生成に対する時間を延長することなく改良するために、回転子ポジションをチェックしかつ回転子１３に対する駆動モーメントを上昇させるために別のテスト電流パルスが上述したように供給される場合、変形された手法において次のように行われる：
回転子の回転方向が既知である場合（図７および図８）、別のテスト電流パルスは次のように供給される：第１の別のテスト電流パルスが第１の固定子磁束ベクトル２５１ａを生成し、その位相位置αは第１の６つのテスト電流パルスの印加によって決定されたように、回転子ポジションと一致している。続いて第２の別のテスト電流パルスが固定子巻線１２に供給され、それは第２の固定子磁束ベクトル２５２ａを生成し、その位相位置は１電気角ステップ、すなわち電気角６０°だけ、ここでも回転方向と合致している力の方向において第１の固定子磁束ベクトル２５１ａに対してずれている。これら２つの固定子磁束ベクトルに対する参照符号は図７では（）内に示されている。２つのテスト電流パルスの電流上昇時間が測定されかつ最小の電流上昇時間が属している固定子磁束ベクトルの位相位置が新しい回転子ポジションとして決定される。引き続いて今度もトルク生成のための電流パルスが固定子巻線１２に供給される。この電流パルスによって生成されるトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′（図８）は新たに決定された回転子ポジションに対して電気角９０°だけ力の方向においてシフトされている。新たに決定された回転子ポジションがその前に決定された回転子ポジションと合致する、すなわち図７および図８において仮定された例１２０°をとっているとすると、最後に印加されたテスト電流パルスによって生成された固定子磁束ベクトル２５２ａはトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′の隣にここでは３０°という１／２の電気角ステップ離れて位置しているので、その結果位相位置α＝２１０°を有するトルクを形成する固定子磁束ベクトルに対する電流パルスの発生のために単に、図３のテーブルの右側部分の通電スキーマから明らかであるように、相巻線１２２にはもはや通電する必要がないということになる。これに対して新たに決定された回転子ポジションがその前に決定された回転子ポジションとは異なっているのであれば、すなわち図７の例において位相位置が電気的にα＝１８０°であるのであれば、最後に印加されたテスト電流パルスによって生成された電流磁束ベクトル２５はトルク形成のために必要である固定子磁束ベクトル２５′（図８に鎖線で示されている）の隣電気角９０°のところにありかつ９０°だけ位相位置が先行しているトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′を印加するために１つの相巻線は同じ通電状態に留まっていることができる。図７および図８に示されている例においてこのことは、固定子磁束ベクトル２５′の位相位置α＝２７０°の場合、最後のテスト電流パルスによって相巻線１２１および１２２と一緒に通電した固定子巻線１２の相巻線１２３である。従って両方の場合において最後のテスト電流パルスはトルクを形成する固定子磁束ベクトルの生成に対する電流パルスと一緒に統合され、これにより始動における著しいトルクの高まりが実現される。
【００２３】
この場合もモータの回転方向が分かっていなければ、上に説明したのと同じ利点を得るために、全部で３つの別のテスト電流パルスが固定子巻線１２に対して次のように供給される：−図９に示されているように−第１の別のテスト電流パルス２５１ｂが固定子磁束ベクトル２５１ｂを生成し、このベクトルはトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′の位相位置に対して電気角９０°プラス１／２電気角ステップ、すなわち電気角３０°、力方向とは反対方向にずれている。所属の電流上昇時間が測定されかつ記憶される。図９および図１０の仮定された例において、この固定子磁束ベクトル２５１ｂはα＝６０°を有しているので、従ってトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′に対して電気角１５０°だけ力方向とは反対にずれている。その後第２の次の別のテスト電流パルスが供給され、それは固定子磁束ベクトル２５２ｂを生成し、このベクトルは第１の固定子磁束ベクトル２５１ｂに対して電気角ステップ、すなわち電気角６０°、力方向においてずれている。この場合も所属の電流上昇時間が測定される。第３の別のテスト電流パルスが供給され、これは第３の固定子磁束ベクトル２５３ｂを発生し、その位相位置はこの場合も１電気角ステップ、すなわち電気角６０°だけ、第２の固定子磁束ベクトル２５２ｂに対してずれている。所属の電流上昇時間がこの場合も測定される。それから電流上昇時間が最も小さいものが３つの固定子磁束ベクトル２５１ｂ、２５２ｂおよび２５３ｂから決定される。この固定子磁束ベクトルの位相位置αは新しい回転子ポジションを定める。ここでも、固定子巻線１２に最後に供給されたテスト電流パルスによって生成された固定子磁束ベクトル２５３ｂは、その前と同じ回転子回転位置が識別されるとき、トルク形成のために必要である固定子磁束ベクトル２５′の隣、電気角３０°のところにあり、かつ回転子ポジションが変化したときには、引き続くトルク生成のために必要となる固定子磁束ベクトル２５′の隣、電気角９０°のところにある。これまでの説明でもう明らかになったように、前者の場合（同じ回転子ポジション）にはトルク発生のために１つの相だけこれ以上通電されるようにする必要がない。回転子ポジションが変化した第２の場合、新たに決定された回転子ポジションの電気角９０°だけ力方向に先行している電流磁束ベクトルが生成されるようにすべきである。図３の右側のテーブル部分における相巻線の通電パターンが示しているように、このために、最後に供給されたテスト電流パルスによっても通電された同じ相巻線を通電状態を維持するようにすればよい。３つのテスト電流パルスの電流上昇時間の比較はこの場合も比較ロジック２３によって行われ、かつ第２のメモリ２２に最後に書き込まれた、回転子１３が存在している扇形領域２６を決定する固定子磁束ベクトルの位相位置αが制御装置１５に供給される。この場合も３つのテスト電流パルスおよびトルク生成のための電流パルスが所定の時間の経過後に繰り返し印加されかつ、制御装置１５が回転子１３の十分な回転数を識別するまで、同じプロシージャが実施される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 直流電圧網に接続されているブラシレス直流モータを作動するための装置のブロック線図である。
【図２】 スイッチング装置の回路図である。
【図３】 制御装置に格納されているコミュテーションパターンを示す図である。
【図４】 直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトル図である。
【図５】 直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトル図である。
【図６】 直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトル図である。
【図７】 直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトル図であり、回転方向が分かっている場合の例を示す図である。
【図８】 図７に対応している図である。
【図９】 直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトル図であり、回転方向が分かっていない場合の例を示す図である。
【図１０】 図９に対応している図である。
本発明は請求項１の上位概念に記載のブラシレス直流モータのスタート方法から出発している。
【０００２】
ブラシレス直流モータ、いわゆるＢＬＤＣモータは電子的にコミュテートされ、その際ブリッジ回路に配置されている、スイッチング装置の半導体スイッチが固定子巻線の個々の巻線ストランドまたは相巻線の順序正しい通電のための前以て決められているコミュテーションパターンに従って回転子の回転位置状態に依存して制御装置によって導通切り換え（閉成）または遮断（開放）される。このコミュテーションによって、固定子巻線によって生成される固定子磁束ベクトルと回転子起磁力ベクトルとの間に電気的に９０°の角度関係が維持され、かつひいては回転子が回転する固定子フィールまたは固定子磁束ベクトルによって駆動されることが保証される。
【０００３】
回転子回転位置を突き止める（決定する）ために例えば、位置センサが使用される（ＤＥ４０４０９２６Ｃ１）。回転子回転位置を突き止めるために回転により誘起される電圧が評価されるＢＬＤＣモータも公知である（ＤＥ３７０９１６８Ａ１）。その際不都合なのは、モータ静止状態においては電圧が誘起されず、それ故に回転子回転位置もしくは姿勢は分からずかつひいては負荷が著しく変化するまたは高い場合殊にモータの始動が困難になることである。
【０００４】
ＵＳ５５６９９９０号および／またはＵＳ５０２８８５２号から、ＢＬＤＣモータにおいて静止状態における回転子回転位置を電気的に１８０°／ｍの精度で突き止めて、回転子回転位置のこの知識によって、スイッチング装置に対するドライブ信号の、回転子回転位置に整合されたコミュテーションパターンの印加によってモータを正しい回転方向においてスタートさせることが公知であり、その際ｍは固定子巻線の相数である。このために、静止しているモータの固定子巻線に電流パルスが印加される。電流パルスは一方において正しい測定を可能にするために十分な長さでありかつ他方において回転子が回転しない、すなわちその位置が維持されるように十分に短い。このために、固定子巻線のそれぞれの相巻線またはそれぞれの巻線ストランドに正および負のテスト電流パルスが供給され、電流上昇時間、すなわち相巻線を流れる電流が電流しきい値に達するまでに経過する時間が測定されかつ２回の電流上昇時間の時間差が突き止められる。ｍ個の電流上昇時間から成る時間ベクトルが固定子巻線に対する通電テーブルに読み込まれる。テーブルはコミュテーションのために必要な、ｍ個の相巻線の通電パターンを格納していて、回転子を所望の回転方向に回転させるようにするものである。時間ベクトルに属している、相通電の組み合わせは、スイッチング装置の半導体スイッチの制御入力側に加えられる相応のドライブ信号によって実現される。その場合ドライブ信号はコミュテーションパターンによって前以て決められている仕方で変化されるので、その結果回転子において相応のトルクが加えられかつ回転子は始動される。
【０００５】
発明の利点
請求項１の特徴部分に記載の構成を有する本発明の方法は、比較的僅かな制御技術コストでモータ静止状態にある回転子ポジションを一層正確に突き止められるという利点を有している。使用することができる信号変化量が一層よく利用されるので、相巻線またはストランドにおける検査またはテスト電流を一層小さくないし一層短くすることができ、このためにこれにより可能になる、トルク生成のための一層大きな通電時間によって一層高い駆動モーメントが可能になる。回転子ポジションが決定されている場合、一層僅かな数の別のテスト電流パルスを用いる本発明の方法の別の実施形態によれば、能動負荷であろうと受動負荷であろうと可能な駆動モーメントを一層高めることができる。
【０００６】
その他の請求項に記載されている構成によって、請求項１の記載の方法の有利な発展形態および改良形態が可能である。
【０００７】
回転子ポジションが決定されていれば、本発明の方法の有利な実施形態によれば、電流パルスを固定子巻線に供給し、該固定子巻線はトルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置は決定されている回転子ポジションに対して電気角９０°、力方向として選択されている回転子回転方向においてずれている。一定であるかまたはモータの回転数に依存して選択される時間間隔後、回転子ポジションを検査するために、比較的僅かな数の別のテスト電流パルスが固定子巻線に供給される。回転子ポジションが変わっていなければ、電流パルスの供給によってトルクを形成する固定子磁束ベクトルが生成される。固定子が回転したならば、１つの電流パルスを用いて、トルクを形成する固定子磁束ベクトルが生成され、その位相位置はこの場合も新たに決定された回転子ポジションに対して電気角９０°ずれている。この過程は、十分な回転子回転数が識別されるまで続けられ、その後回転子ポジションのセンサレス決定のための別の公知の方法に切り換えられる。これにより循環的に発生するテスト電流パルスは省略されかつモータはその全体の出力範囲において利用可能である。
【０００８】
別のテスト電流パルスの供給は種々の手法で実施することができる。モータの回転方向が分かっていれば、本発明の１つの有利な実施形態によれば、別のテスト電流パルスを、第１の別のテスト電流パルスが第１の固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置が決定された回転子ポジションと一致しかつ第２の別のテスト電流パルスが第２の固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置が第１の固定子磁束ベクトルに対して力方向において１電気角ステップだけずれているように供給する。その際力方向は回転子の分かっている回転方向である。２つの固定子磁束ベクトルに属している電流上昇時間を測定しかつ相互に比較しかつ、最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトルの位相位置を新しい回転子ポジションと決定する。それから１つの別の電流パルスを固定子巻線に供給し、これにより固定子巻線はトルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置は前記新しい回転子回転位置に対して電気角９０°だけ力の方向においてずれている。
【０００９】
モータの回転方向が分かっていなければ、本発明の有利な実施形態によれば、別のテスト電流パルスを、第１の別のテスト電流パルスが第１の固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルがその前に生成されたトルクを形成する固定子磁束ベクトルの位相位置に対して電気角９０°プラス１電気角ステップだけ力方向とは反対にずれておりかつ第２および第３の別のテスト電流パルスがそれぞれ第２および第３の固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルが第１ないし第２の固定子磁束ベクトルに対して１電気角ステップだけ力方向においてずれているように供給する。この場合も固定子磁束ベクトルに属している電流上昇時間を測定しかつ相互に比較し、かつ最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトルの位相位置を新しい回転子回転位置として決定する。引き続いて、１つの電流パルスを固定子巻線に供給し、これにより該固定子巻線はトルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置は新しい回転子回転位置に対して電気角９０°だけ力の方向においてずれている。
【００１０】
両方の場合において上に説明したように決められている、別のテスト電流パルスの印加の順序は次の利点を有する：テスト電流パルスの印加の前に、相巻線において先行するテスト電流パルスによって生成される相電流が減衰されていることが必要である。これにより、個々のテスト電流パルスによって得られる測定結果が既に存在している相巻線によって歪みを受けないということが保証される。最後のテスト電流パルスが供給され、これによりその時点の回転子回転位置が分かった後、トルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成するための電流パルスを直接供給することができる。固定子巻線における位相電流の減衰はこの場合もはや必要ない。上に説明したように決められている順序のテスト電流パルスによって、最後のテスト電流パルスによって生成される固定子磁束ベクトルは常に、回転子を更に運動させるための引き続くトルク生成に対して必要である固定子磁束ベクトルの隣、電気角３０°のところに−回転子ポジションが確認されたとき−および電気角９０°のところに−新しい回転子ポジションが識別されたとき−ある。最後のテスト電流パルスによって生成される固定子磁束ベクトルがトルクを形成する固定子磁束ベクトルの隣、僅か電気角３０°のところにあるのであれば、トルクを形成する固定子磁束ベクトルの生成のために最後のテスト電流パルスによって通電状態された、固定子巻線の相巻線だけはそれ以上通電される必要がない。固定子磁束ベクトルの間隔が電気角９０°であれば、トルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成するためにいずれにせよ、最後のテスト電流パルスによって通電された相巻線の１つをトルクを形成する固定子磁束ベクトルの生成のために同様に通電状態にしておくことができる。最後のテスト電流パルスをモーメント生成のための電流パルスとこのように統合することによって、始動の際に著しく高められたトルク形成が実現される。というのは、テスト電流パルスに対する時間とモーメント生成に対する時間との比は、モーメント生成に対する時間が延長されることなく改善されることになるからである。
【００１１】
本発明の有利な実施形態によれば、回転子回転位置を決定する固定子磁束ベクトルを決定するために、連続する固定子磁束ベクトルの位相位置および配属している電流上昇時間が記憶されかつその際にその前の固定子磁束ベクトルのメモリ値は、後続する固定子磁束ベクトルに属する電流上昇時間が、先行する固定子磁束ベクトルに属する電流上昇時間より小さいときに、後続する固定子磁束ベクトルのメモリ値によってオーバライトされる。この変形形態によって、すべての電流上昇時間およびそれぞれに配属されている、固定子磁束ベクトルの位相位置は記憶される必要はない。２つの直接連続するテスト電流パルスに対してそれぞれ、生成された固定子磁束ベクトルの電流上昇時間および位相位置を記憶するだけで十分であるので、所要メモリは僅か２つのメモリに制限される。その際第１のメモリには常に、ちょうどその時生成された固定子磁束ベクトルのその都度その時点の電流上昇時間およびその時の位相位置が書き込まれかつ上に説明した手法において動作する比較ロジックが、第２のメモリにおいて常に、最小の電流上昇時間が配属している固定子磁束ベクトルの位相位置が記憶されているように作用する。
【００１２】
図面
次に本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。その際：
図１は、直流電圧網に接続されているブラシレス直流モータを作動するための装置のブロック線図を示し、
図２は、図１の装置の中のスイッチング装置の回路図を示し、
図３は、図１の装置の制御装置に格納されているコミュテーションパターンを示し、
図４ないし図１０は、直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトルを示す。
【００１３】
実施例の説明
図１には、電源直流電圧ＵＢを有する直流電圧源に接続されているブラシレス直流モータ１０の作動装置がブロック線図にて示されている。直流モータ１０は公知の仕方で実施例においては３相の固定子巻線１２（図２）を備えた固定子１１と永久磁石励磁される回転子１３とを有している。択一的に、回転子は直流励磁されるものであってもよい。制御装置１５によって制御されるスイッチング装置１４を用いて、３相の固定子巻線１２の３つの相巻線またはストランド１２１，１２２，１２３が順序正しく通電されて、回転子１３の起磁力ベクトルより電気的に９０°だけ回転方向において先行している固定子フィールドが固定子において回転するようにしている。このために、回転子１３の回転位置を監視しかつスイッチング装置１４を相応にドライブすることが必要である。瞬時の回転子回転位置は固定子巻線１２の相巻線１２１〜１２３に回転により誘起される電圧を用いて突き止められる。このことは図１の鎖線で示されている電圧測定線路２７によって表されている。
【００１４】
スイッチング装置１４は複数の半導体スイッチを含んでいる。これらは実施例においてＭＯＳＦＥＴとして実現されておりかつ全波整流ブリッジ回路においてまとめられている。３相巻線が選択されている場合スイッチング装置１４には６つの半導体スイッチＴ１〜Ｔ６が存在しており、その制御入力側は制御装置１５に接続されている。制御装置１５において前以て決められているコミュテーションパターンに相応してドライブ信号が発生される（図３の左側のテーブル部分）。これらドライブ信号は個々の半導体スイッチＴ１〜Ｔ６に印加されかつこれにより図３においてテーブルの右側部分に示されているように、固定子巻線１２の相巻線１２１〜１２３が通電されるようにする。この場合＋記号は図２における矢印１６の方向における正の通電を意味しており、マイナス記号は反対向きの通電を表している。何も記載されていない場合は相巻線が無電流状態であることを表している。例えば半導体スイッチＴ１，Ｔ４およびＴ６がドライブされると、これらは導通切り換えされ、かつ電流は相巻線１２１において矢印１６の方向に流れかつ相巻線１２２および１２３においては矢印とは反対方向に流れる。
【００１５】
モータ静止状態において、回転数零の場合固定子巻線１２に電圧が誘起されず、その結果モータ１０のストランドまたは相電圧を評価することによって回転子回転位置（姿勢）を突き止めるというセンサなしの方法は使用することができない。静止状態から調整されたモータ始動を保証するために、調整されるセンサなし始動のために別の構成要素が設けられている。これらは固定子巻線１２の和電流が流れる測定分路１７と、増幅器１８と、一方の入力側に参照電圧Ｕｒｅｆが加わるコンパレータ１９と、時間測定器２０と、２つのメモリ２１，２２と、２つのメモリ２１，２２のメモリ内容を比較するための比較ロジック２３と、該比較ロジック２３によって制御されるゲート回路２４とを含んでいる。ゲート回路はゲートが開いている際にメモリ２１からのメモリ値をメモリ２２に書き込むができるようにする。
【００１６】
モータ１０の調整される始動に対するこれらの構成要素によって、ブラシレス直流モータ１０のスタートのための次の方法が実施される：
回転子１３の静止状態において３相の固定子巻線１２に６つのテスト電流パルスが供給される。これらパルスは固定子に固定子磁束ベクトルを生成する。これらベクトルは６０°ずつ電気的に相互にずれている。このためにスイッチング装置１４の半導体スイッチＴ１〜Ｔ６は順次に図３のテーブルの左側の部分に示されているスイッチング信号によってドライブされる。ｎ＝１，２…６を有するパルスＩｎの順序数は図３のテーブルの左側の列に記入されている。テーブルの左側の部分において半導体スイッチＴ１〜Ｔ６の必要なドライブ信号が示されている。その際「１」は閉成される半導体スイッチ、すなわち導通接続されるＭＯＳ−ＦＥＴを意味しており、「０」は遮断されているＭＯＳ−ＦＥＴ、すなわち開いている半導体スイッチＴ１〜Ｔ６を表している。その際テスト電流パルスは、回転子１３がその慣性モーメントおよび摩擦に基づいて運動しない程度にモータに生成されるトルクは小さい、そのように短い持続時間のものである。それぞれのテスト電流パルスＩｎにおいて固定子巻線１２の相巻線１２１，１２２および１２３は図３のテーブルの右側の部分に示されているように通電され、その際固定子に固定子磁束ベクトルが発生され、その位相位置αは図３のテーブルの真ん中の列に示されている。第１のテスト電流パルスＩ１では、例えば−図３に明らかにされているように−半導体スイッチＴ１，Ｔ４およびＴ６がドライブされる。相巻線１２１に時間的に増加していく相電流が矢印１６の方向に流れる。これは相巻線１２２，１２３を介して矢印１６とは反対方向に流れかつ測定分路１７を介して流れる。測定分路１７を介して流れる和電流から測定電圧が生じ、それは増幅器１８を介してコンパレータ１９に供給される。測定分路１７で取り出されかつ増幅された電圧が参照電圧Ｕｒｅｆを上回ると、コンパレータ１６によって出力信号が発生される。これはストップ信号として時間測定器２０および制御装置１５に達する。制御装置１５によるそれぞれのテスト電流パルスのトリガと同時に制御装置１５によって時間測定器２０もスタートされる。時間測定器は、テスト電流パルスによって相巻線１２１〜１２３に生成された和電流が参照電圧Ｕｒｅｆによって決められている電流しきい値に達するまでの時間を測定する。しきい値に達すると、コンパレータ１９の出力信号によって時間測定は終了しかつ制御装置１５を介して半導体スイッチのドライブが終了する。時間測定器２０によって測定された時間ｔ１はテスト電流パルスＩ１によって生成された固定子磁束ベクトルの位相位置α１と一緒に記憶される。半導体スイッチＴ１，Ｔ３およびＴ６のドライブによる第２のテスト電流パルスＩ２の供給の際および残りのテスト電流パルスＩ３ないしＩ６の供給の際に同じ過程が繰り返される。
【００１７】
ｎ＝１〜６を有するすべてのテスト電流パルスＩｎの供給の後で、順次図４に示されている６つの固定子磁束ベクトル２５が生成されており、かつそれぞれの固定子磁束ベクトル２５において電流上昇時間ｔｎおよび位相位置αｎが記憶されている。それから電流上昇時間が相互に比較され、かつ最小の電流上昇時間に属している固定子磁束ベクトルの位相位置が回転子回転位置として突き止められる（決定される）。この回転子ポジションは電気角６０°の扇形領域を定めており、扇形領域の対称軸線は電流磁束ベクトル２５の位相位置αｎによって決められている。図４において６つの電流磁束ベクトル２５および所属の扇形領域２６が図示されている。ｍ＞２を有するｍ相の固定子巻線では全体で２ｍ個のテスト電流パルス２ｍによって固定子磁束ベクトル２５が生成され、これらは１８０°／ｍだけ相互に電気的にずらされておりかつ１８０°／ｍの電気角幅を有する２ｍ個の扇形領域２６を定める。
【００１８】
すべての電流上昇時間ｔｎおよびこれに対応配属されている、ｎ＝１〜６の固定子磁束ベクトルを有する位相位置αｎを記憶しなくてもすみかつ所要メモリを２つのメモリ２１，２２に低減することができるようにするために、常に、時間測定器２０によってその都度測定されたその時の時間ｔｎがメモリ２１に記録されかつそこにその時の固定子磁束ベクトルの位相位置αｎが対応付けられる。第１のテスト電流パルスＩ１の後、第１のメモリ２１にファイルされた電流上昇時間ｔ１およびテスト電流パルスＩ１によって生成された固定子磁束ベクトルの所属の位相位置α１が第２のメモリ２２に書き込まれる。第２のテスト電流パルスＩ２の印加によって、固定子巻線１２の和電流における電流上昇時間ｔ２が測定されかつこれが固定子磁束ベクトル２５の所属の位相位置α１と一緒にメモリ２１に書き込まれる。それから比較ロジック２３は第２のメモリ２２に格納されている電流上昇時間ｔ１を第１のメモリ２１に書き込まれた電流上昇時間ｔ２と比較する。電流上昇時間ｔ２が電流上昇時間ｔ１より小さければ、比較ロジック２３はゲート回路２４を開放制御し、かつ第２のメモリ２２のメモリ内容は第１のメモリ２１のメモリ内容によってオーバライトされる。電流上昇時間ｔ２が電流上昇時間ｔ１より大きければ、ゲート回路２４は閉じられたままであり、かつ次のテスト電流パルスＩ３の際にメモリ２１のメモリ内容が電流上昇時間ｔ３および第３のテスト電流パルスＩ３によって生成された固定子磁束ベクトルの位相位置α３によってオーバライトされる。比較ロジック２３は今度も２つのメモリ２１，２２にファイルされている電流上昇時間ｔｎ＋１およびｔｎを比較しかつ既に説明したようにゲート回路２４が開放されるように制御するかまたはしない。すべて６つのテスト電流パルスＩｎが固定子巻線１２に加えられると、第２のメモリ２２において最小の電流上昇時間および所属の固定子磁束ベクトルの位相位置が記憶されている。この位相位置は、回転子磁束と固定子磁束との間に最大のつながりが発生する扇形領域２６を特定し、かつこれにより回転子１３が瞬時的に存在している扇形領域２６を定めている。連続して発生するテスト電流パルス間の時間間隔は次のようにして選択されることを述べておく：テスト電流パルスによって生成される相電流が固定子巻線１２において次のテスト電流パルスの供給までに減衰しているようにである。これにより、個々のテスト電流パルスの供給の際の電流上昇時間が既に存在している相電流またはストランド電流によって歪みを受けることがないことが保証される。
【００１９】
それから回転子１３がポジション決定の終了後にトルクを送出するように、電流パルスが固定子巻線１２に供給され、固定子巻線がトルクを形成する固定子磁束ベクトルを生成し、その位相位置は力方向として選択されている回転子回転方向において決定された回転子ポジションに対して電気角９０°だけずれている。トルク生成に対する固定子磁束ベクトル２５′が図５に示されている。例えば回転子ポジションの扇形領域２６がテスト電流パルスによって引き起こされる固定子磁束ベクトル２５の位相位置α＝１２０°によって固定されているとすると（図６）、トルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′は位相位置α＝２１０°を有している。固定にまたは例えばモータの回転数に依存して選択される時間の経過後、別のテスト電流パルスの、固定子巻線１２への供給によって回転子ポジションが検査される、すなわち回転子１３のトルク形成のために供給された電流パルスに基づいて、駆動モーメントを保持するためにその前に決定された位置を維持しているかまたは変化したかどうかがチェックされる。
【００２０】
モータの回転方向が分かっていれば、−図７および図８において示されているように−次のテスト電流パルスは次のように供給される：第１の別のテスト電流パルスが第１の固定子磁束ベクトル２５１を生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置αが１／２の電気角ステップだけ、３相の固定子巻線の実施例においては、トルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′（図８）の位相位置α＝２１０°に対して電気角３０°だけずれている。その際、冒頭に説明したように、電流上昇時間が測定される。引き続いて第２の次のテスト電流パルスが固定子巻線１２に供給され、この巻線は第２の固定子磁束ベクトル２５２を生成し、その位相位置αは１電気角ステップだけ、すなわち実施例においては６０°だけ、第１の固定子磁束ベクトル２５１に対して力方向に反対にずれている。この固定子磁束ベクトルに所属する電流上昇時間も測定される。それから今度も、２つの電流上昇時間が相互に比較されかつ最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトル２５１ないし２５２の位相位置αが新しい回転子ポジションとして決定される。このために−前に説明したように−テスト電流パルスによって生成された固定子磁束ベクトル２５１，２５２の位相位置αおよび所属の上昇時間ｔが再びメモリ２１，２２に書き込まれかつ比較ロジック２３によって相互に比較される。最小の電流上昇時間を有する電流磁束ベクトルの位相位置αが制御装置１５に伝送される。それから先に説明したように、電流パルスが固定子巻線１２に供給され、それがトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′を生成し、その位相位置は新しい回転子回転位置に対して９０°だけ電気的に力方向においてずれている（図８）。２つの別のテスト電流パルスおよびトルク生成のための電流パルスの供給過程は、制御装置１５が十分な回転子回転数を識別するまで続けられる。それから制御装置１５によって例えばＥＭＫベースドセンサレス回転子ポジション決定に切り換えられる。
【００２１】
回転方向が分かっている場合には、可能な荷重モーメントが使用可能なモータモーメントより大きくないとして、すなわちモータはトルクを形成する電流パルスの供給の際に必ずしも回転する必要はないが、所望の回転方向に抗して荷重によって運動されもしないことから出発することができる。回転方向が既知でなければ、−図９および図１０に示されているように−２つの別のテスト電流パルスに対して付加的に、更にもう１つの第３の別のテスト電流パルスが固定子巻線１２に供給され、その位相位置αは１電気角ステップ、すなわち実施例においては電気角６０°、第２のテスト電流パルスによって生成される固定子磁束ベクトル２５２に対して力方向とは反対にずれている。ここでもこの場合も電流上昇時間が測定され、かつ最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトルの位相位置αが新しい回転子ポジションを決定する。後続のトルク生成のために同じ手法で今度も、電流パルスが固定子巻線１２に加えられる。これは、新たに決定された回転子ポジションに対して電気角９０°だけ力方向において先行している位相位置を有するトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′を生成する（図１０）。
【００２２】
それぞれのテスト電流パルスの印加の前に、相巻線１２１〜１２３において相電流が完全に減衰していることが必要である一方、トルク形成固定子磁束ベクトルの生成のための電流パルスは最後のテスト電流パルスに直に続いていて構わない。相またはストランド電流の減衰はこの場合必要ない。テスト電流パルスに対する時間およびモーメント生成に対する電流パルスに対する時間の比を、モーメント生成に対する時間を延長することなく改良するために、回転子ポジションをチェックしかつ回転子１３に対する駆動モーメントを上昇させるために別のテスト電流パルスが上述したように供給される場合、変形された手法において次のように行われる：
回転子の回転方向が既知である場合（図７および図８）、別のテスト電流パルスは次のように供給される：第１の別のテスト電流パルスが第１の固定子磁束ベクトル２５１ａを生成し、その位相位置αは第１の６つのテスト電流パルスの印加によって決定されたように、回転子ポジションと一致している。続いて第２の別のテスト電流パルスが固定子巻線１２に供給され、それは第２の固定子磁束ベクトル２５２ａを生成し、その位相位置は１電気角ステップ、すなわち電気角６０°だけ、ここでも回転方向と合致している力の方向において第１の固定子磁束ベクトル２５１ａに対してずれている。これら２つの固定子磁束ベクトルに対する参照符号は図７では（）内に示されている。２つのテスト電流パルスの電流上昇時間が測定されかつ最小の電流上昇時間が属している固定子磁束ベクトルの位相位置が新しい回転子ポジションとして決定される。引き続いて今度もトルク生成のための電流パルスが固定子巻線１２に供給される。この電流パルスによって生成されるトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′（図８）は新たに決定された回転子ポジションに対して電気角９０°だけ力の方向においてシフトされている。新たに決定された回転子ポジションがその前に決定された回転子ポジションと合致する、すなわち図７および図８において仮定された例１２０°をとっているとすると、最後に印加されたテスト電流パルスによって生成された固定子磁束ベクトル２５２ａはトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′の隣にここでは３０°という１／２の電気角ステップ離れて位置しているので、その結果位相位置α＝２１０°を有するトルクを形成する固定子磁束ベクトルに対する電流パルスの発生のために単に、図３のテーブルの右側部分の通電スキーマから明らかであるように、相巻線１２２にはもはや通電する必要がないということになる。これに対して新たに決定された回転子ポジションがその前に決定された回転子ポジションとは異なっているのであれば、すなわち図７の例において位相位置が電気的にα＝１８０°であるのであれば、最後に印加されたテスト電流パルスによって生成された電流磁束ベクトル２５はトルク形成のために必要である固定子磁束ベクトル２５′（図８に鎖線で示されている）の隣電気角９０°のところにありかつ９０°だけ位相位置が先行しているトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′を印加するために１つの相巻線は同じ通電状態に留まっていることができる。図７および図８に示されている例においてこのことは、固定子磁束ベクトル２５′の位相位置α＝２７０°の場合、最後のテスト電流パルスによって相巻線１２１および１２２と一緒に通電した固定子巻線１２の相巻線１２３である。従って両方の場合において最後のテスト電流パルスはトルクを形成する固定子磁束ベクトルの生成に対する電流パルスと一緒に統合され、これにより始動における著しいトルクの高まりが実現される。
【００２３】
この場合もモータの回転方向が分かっていなければ、上に説明したのと同じ利点を得るために、全部で３つの別のテスト電流パルスが固定子巻線１２に対して次のように供給される：−図９に示されているように−第１の別のテスト電流パルス２５１ｂが固定子磁束ベクトル２５１ｂを生成し、このベクトルはトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′の位相位置に対して電気角９０°プラス１／２電気角ステップ、すなわち電気角３０°、力方向とは反対方向にずれている。所属の電流上昇時間が測定されかつ記憶される。図９および図１０の仮定された例において、この固定子磁束ベクトル２５１ｂはα＝６０°を有しているので、従ってトルクを形成する固定子磁束ベクトル２５′に対して電気角１５０°だけ力方向とは反対にずれている。その後第２の次の別のテスト電流パルスが供給され、それは固定子磁束ベクトル２５２ｂを生成し、このベクトルは第１の固定子磁束ベクトル２５１ｂに対して電気角ステップ、すなわち電気角６０°、力方向においてずれている。この場合も所属の電流上昇時間が測定される。第３の別のテスト電流パルスが供給され、これは第３の固定子磁束ベクトル２５３ｂを発生し、その位相位置はこの場合も１電気角ステップ、すなわち電気角６０°だけ、第２の固定子磁束ベクトル２５２ｂに対してずれている。所属の電流上昇時間がこの場合も測定される。それから電流上昇時間が最も小さいものが３つの固定子磁束ベクトル２５１ｂ、２５２ｂおよび２５３ｂから決定される。この固定子磁束ベクトルの位相位置αは新しい回転子ポジションを定める。ここでも、固定子巻線１２に最後に供給されたテスト電流パルスによって生成された固定子磁束ベクトル２５３ｂは、その前と同じ回転子回転位置が識別されるとき、トルク形成のために必要である固定子磁束ベクトル２５′の隣、電気角３０°のところにあり、かつ回転子ポジションが変化したときには、引き続くトルク生成のために必要となる固定子磁束ベクトル２５′の隣、電気角９０°のところにある。これまでの説明でもう明らかになったように、前者の場合（同じ回転子ポジション）にはトルク発生のために１つの相だけこれ以上通電されるようにする必要がない。回転子ポジションが変化した第２の場合、新たに決定された回転子ポジションの電気角９０°だけ力方向に先行している電流磁束ベクトルが生成されるようにすべきである。図３の右側のテーブル部分における相巻線の通電パターンが示しているように、このために、最後に供給されたテスト電流パルスによっても通電された同じ相巻線を通電状態を維持するようにすればよい。３つのテスト電流パルスの電流上昇時間の比較はこの場合も比較ロジック２３によって行われ、かつ第２のメモリ２２に最後に書き込まれた、回転子１３が存在している扇形領域２６を決定する固定子磁束ベクトルの位相位置αが制御装置１５に供給される。この場合も３つのテスト電流パルスおよびトルク生成のための電流パルスが所定の時間の経過後に繰り返し印加されかつ、制御装置１５が回転子１３の十分な回転数を識別するまで、同じプロシージャが実施される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 直流電圧網に接続されているブラシレス直流モータを作動するための装置のブロック線図である。
【図２】 スイッチング装置の回路図である。
【図３】 制御装置に格納されているコミュテーションパターンを示す図である。
【図４】 直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトル図である。
【図５】 直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトル図である。
【図６】 直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトル図である。
【図７】 直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトル図であり、回転方向が分かっている場合の例を示す図である。
【図８】 図７に対応している図である。
【図９】 直流モータをスタートさせるための方法を説明する固定子磁束ベクトル図であり、回転方向が分かっていない場合の例を示す図である。
【図１０】 図９に対応している図である。
Claims (6)
- 永久磁石または直流励磁される回転子（１３）と、多相の固定子巻線（１２）を担持している固定子（１１）と、制御装置（１５）によって制御される、固定子巻線（１２）の相巻線（１２１，１２２，１２３）を電源直流電圧に順序正しく接続するためのスイッチング装置（１４）とを備えているブラシレス直流モータのスタート方法であって、
回転子静止状態の期間に前記スイッチング装置（１４）の相応のドライブによって複数個の電流パルスを固定子巻線（１２）に供給し、
それぞれの電流パルスの際に固定子巻線（１２）において、電流しきい値に達するまでの電流上昇時間を測定しかつ該測定された電流上昇時間から回転子ポジションを導出する
形式の方法において、
複数のテスト電流パルスを順次、テスト電流パルスが電気角３６０°にわたって同じ角度ステップずつずらされた固定子磁束ベクトル（２５）を生成するように固定子巻線（１２）に供給し、
それぞれの固定子磁束ベクトル（２５）に対して固定子巻線（１２）の和電流における電流上昇時間を測定し、
最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトルの位相位置（α）を回転子ポジション電気角として決定し、
回転子ポジションの決定後、電流パルスを固定子巻線（１２）に供給し、該電流パルスはトルクを形成する固定子磁束ベクトル（２５′）を生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置は決定された回転子ポジションに対して電気角９０°、力方向として選択されている回転子回転方向にずれており、
時間間隔後、回転子回転位置を検査するための別のテスト電流パルスおよびトルク生成のための別の電流パルスを固定子巻線（１２）に供給し、
前記別のテスト電流パルスを、第１の別のテスト電流パルスが第１の固定子磁束ベクトル（２５１ａ）を生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置（α）が前記決定された回転子ポジションと一致しかつ第２の別のテスト電流パルスが第２の固定子磁束ベクトル（２５２ａ）を生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置が第１の固定子磁束ベクトル（２５１ａ）に対して１電気角ステップだけ力方向においてずれているように供給し、
前記２つの固定子磁束ベクトル（２５１ａ，２５２ａ）に属している電流上昇時間を測定しかつ相互に比較し、
最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトルの位相位置（α）を新しい回転子回転位置と決定し、
１つの別の電流パルスを固定子巻線（１２）に供給し、該固定子巻線はトルクを生成する固定子磁束ベクトル（２５′）を生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置は前記新しい回転子回転位置に対して電気角９０°だけ力の方向においてずれている
ことを特徴とする方法。 - 永久磁石または直流励磁される回転子（１３）と、多相の固定子巻線（１２）を担持している固定子（１１）と、制御装置（１５）によって制御される、固定子巻線（１２）の相巻線（１２１，１２２，１２３）を電源直流電圧に順序正しく接続するためのスイッチング装置（１４）とを備えているブラシレス直流モータのスタート方法であって、
回転子静止状態の期間に前記スイッチング装置（１４）の相応のドライブによって複数個の電流パルスを固定子巻線（１２）に供給し、
それぞれの電流パルスの際に固定子巻線（１２）において、電流しきい値に達するまでの電流上昇時間を測定しかつ該測定された電流上昇時間から回転子ポジションを導出する
形式の方法において、
複数のテスト電流パルスを順次、テスト電流パルスが電気角３６０°にわたって同じ角度ステップずつずらされた固定子磁束ベクトル（２５）を生成するように固定子巻線（１２）に供給し、
それぞれの固定子磁束ベクトル（２５）に対して固定子巻線（１２）の和電流における電流上昇時間を測定し、
最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトルの位相位置（α）を回転子ポジション電気角として決定し、
回転子ポジションの決定後、電流パルスを固定子巻線（１２）に供給し、該電流パルスはトルクを形成する固定子磁束ベクトル（２５′）を生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置は決定された回転子ポジションに対して電気角９０°、力方向として選択されている回転子回転方向にずれており、
時間間隔後、回転子回転位置を検査するための別のテスト電流パルスおよびトルク生成のための別の電流パルスを固定子巻線（１２）に供給し、
前記別のテスト電流パルスを、第１の別のテスト電流パルスが第１の固定子磁束ベクトル（２５１ｂ）を生成し、該固定子磁束ベクトルはトルクを形成する固定子磁束ベクトル（２５′）の位相位置（α）に対して電気角９０°＋１電気角ステップだけ力方向とは反対にずれており、第２の別のおよび第３の別のテスト電流パルスが第２および第３の固定子磁束ベクトル（２５２ｂ，２５３ｂ）を生成し、該固定子磁束ベクトルがそれぞれ、第１ないし第２の固定子磁束ベクトル（２５１ｂ，２５２ｂ）に対して力方向において１電気角ステップだけずれているように供給し、
前記複数の固定子磁束ベクトル（２５１ｂ，２５２ｂ，２５３ｂ）に属している電流上昇時間を測定しかつ相互に比較し、
最小の電流上昇時間を有する固定子磁束ベクトルの位相位置（α）を新しい回転子ポジションと決定し、
１つの別の電流パルスを固定子巻線（１２）に供給し、該固定子巻線はトルクを形成する固定子磁束ベクトル（２５′）を生成し、該固定子磁束ベクトルの位相位置は前記新しい回転子ポジションに対して電気角９０°だけ力の方向においてずれている
ことを特徴とする方法。 - 連続するテスト電流パルス間の時間間隔を、テスト電流パルスによって生成される、固定子巻線（１２）における相電流が次のテスト電流パルスの供給の前に減衰されるように選択する
請求項１又は２記載の方法。 - 角度ステップはｍ相の固定子巻線（１２）では電気角１８０°／ｍに選択されておりかつ
全部で２ｍ個のテスト電流パルスを固定子巻線（１２）に供給し、ここでｍは２より大きい
請求項１乃至３のいずれか一項記載の方法。 - 前記別のテスト電流パルスおよび別のトルクを形成する電流パルスの供給を、十分な大きさの回転子回転数に達するまでの間繰り返す
請求項１乃至４のいずれか一項記載の方法。 - 回転子ポジションを決定する固定子磁束ベクトルを決定するために、連続する固定子磁束ベクトルの位相位置（αｎ）および配属している電流上昇時間（ｔｎ）を記憶しかつその際にその前の固定子磁束ベクトルのメモリ値を、後続する固定子磁束ベクトルに属する電流上昇時間が、先行する固定子磁束ベクトルに属する電流上昇時間より小さいときに、後続する固定子磁束ベクトルのメモリ値によってオーバライトする
請求項１乃至５のいずれか一項記載の方法。
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