DE10054594B4

DE10054594B4 - Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem bürstenlosen Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE10054594B4
Application number: DE10054594A
Authority: DE
Inventors: Kwan Yuhl Cho; Dong Myung Lee
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-11-04
Also published as: DE10054594A1; JP3352078B2; AU6245800A; CN1306340A; CN1171378C; JP2001204189A; AU751883B2; ITTO20001202A1; US6448725B1

Abstract

Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem BLDC-Motor, mit:
– einem ersten Integrierer (210) zum Integrieren eines Signals, das über einen virtuellen Nullpunkt von Spannungsversorgungsleitungen dreier Phasen; die mit dem BLDC-Motor verbunden sind, eingegeben wird;
– einem zweiten Integrierer (220) zum Integrieren eines Signals, das in die Spannungsversorgungsleitung einer Phase unter den Spannungsversorgungsleitungen der drei Phasen eingegeben wird;
– einer Operationseinheit (230) zum Mischen des vom ersten Integrierer (210) ausgegebenen Signals, eines Operationssignals betreffend ein vom zweiten Integrierer (220) ausgegebenen Signals und eines Proportionalitätskoeffizienten R sowie eines Operationssignals betreffend einen Proportionalitätskoeffizienten L und den Strom der einen Phase;
– einer ersten Vergleichseinheit (240) zum Vergleichen des von der Operationseinheit (230) ausgegebenen Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten ersten Bezugswert;
– einer zweiten Vergleichseinheit (250) zum Vergleichen des von der Operationseinheit (230) ausgegebenen Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten zweiten und einem vorbestimmten dritten...

Description

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC-Motor = brushless direct current motor), und spezieller betrifft sie eine Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem solchen BLDC-Motor.
BLDC-Motoren verfügen über höheren Wirkunsgrad und sind einfacher zu steuern als andere Motoren. Daher werden BLDC-Motoren z.B. allgemein zum Antreiben von Kompressoren für Kühlschränke/Klimaanlagen sowie Waschmaschinen mit variabler Drehzahl verwendet.
Um einen BLDC-Motor anzusteuern, sollte der Fluss eines Stators so gesteuert werden, dass er elektrisch rechtwinklig oder einem anderen Winkel in Bezug auf einen permanenten Fluss von einem Rotor verläuft. Zu diesem Zweck wird die Motordrehzahl auf solche Weise gesteuert, dass die Rotorposition immer erfasst wird und Schaltzustände von Inverter-Schaltelementen so eingestellt werden, dass die Flussposition des Stators gemäß der erfassten Rotorposition bestimmt wird. Demgemäß ist die Konfiguration zum Erfassen der Rotorposition für die Drehzahlregelung eines BLDC-Motors wesentlich.
Ferner wird im Ansteuerungsmodus eines BLDC-Motors mit rechteckigem oder sinusförmigem Stromverlauf, abhängig vom zugeführten Phasenstrom, gearbeitet.
Nachfolgend wird eine bekannte Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition eines BLDC-Motors unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen 1 bis 4 erläutert.
1 zeigt eine Drehzahl-Regelungsvorrichtung eines bekannten BLDC-Motors. Gemäß dieser Figur verfügt die Drehzahl-Regelungsvorrichtung über einen BLDC-Motor 1, einen Rotorpositionsdetektor 2, einen Drehzahldetektor 3, einen Subtrahierer 4, einen Drehzahlregler 5, einen Spannungsregler 6 und einen Inverter 7. Der Rotorpositionsdetektor 2 erfasst die Phase einer an den Inverter 7 angelegten Spannung, die an den BLDC-Motor ausgegeben wird, um die Rotorposition zu erfassen. Der Drehzahldetektor 3 erfasst die Drehzahl des BLDC-Motors 1 mittels eines durch den Rotorpositionsdetektor 2 erfassten Signals. Der Subtrahierer 4 subtrahiert das vom Drehzahldetektor 3 eingegebene Drehzahl-Erfassungssignal von einem Drehzahl-Sollwert von einer Antriebssteuerung (nicht dargestellt), um eine Drehzahlabweichung zu erhalten. Der Drehzahlregler 5 gibt einen Spannungssollwert (Spannungs größe) zur vom Subtrahierer 4 ausgegebenen Drehzahlabweichung aus. Der Spannungsregler 6 bestimmt mittels des Signals vom Rotorpositionsdetektor 2 und des Spannungssollwerts vom Drehzahlregler 5 die Schaltzeit des Inverters 7. Der Inverter 7 gibt einen Gleichstrom aus, damit eine Spannung variabler Frequenz der durch den Spannungsregler 6 bestimmten Schaltzeit entspricht. Der BLDC-Motor 1 wird durch die Spannung des Inverters 7 betrieben.
Nun wird der Betrieb der bekannten Drehzahl-Regelungsvorrichtung für einen BLDC-Motor beschrieben.
In einem Zweiphasen-Leitungsmodus, in dem ein Strom nur während einer Periode von 120° fließt, werden vom Subtrahierer 4 der von der Antriebssteuerung (nicht dargestellt) ausgegebene Drehzahl-Sollwert und das vom Drehzahldetektor 3 erfasste Drehzahl-Erfassungssignal ω_γ subtrahiert, und der Ergebniswert, d.h., die Drehzahlabweichung, wird an den Drehzahlregler 5 ausgegeben.
Das Drehzahl-Erfassungssignal ω_γ vom Drehzahldetektor 3 wird aus dem Ausgangssignal des Rotorpositionsdetektors 2 berechnet. Als Rotorpositionsdetektor wird dabei ein Codierer oder ein Hallsensor verwendet. Der Rotorpositionsdetektor 2 erfasst die Rotorposition des BLDC-Motors 1 und gibt den erfassten Wert an den Drehzahldetektor 3 und den Spannungsregler 6 aus.
Anschließend gibt der Drehzahlregler 5 das Spannungssignal (Spannungssollwert), das der vom Subtrahierer 4 ausgegebenen Drehzahlabweichung entspricht, an den Spannungsregler 6 aus.
Der Spannungsregler 6 bestimmt den Schaltzustand des Inverters 7 abhängig vom vom Drehzahlregler 5 ausgegebenen Spannungssignal, um die Drehzahl zu regeln.
Dabei kann als Rotorpositionsdetektor 2 ein Codierer oder ein Hallsensor verwendet werden. Im Fall eines Kompressors für einen Kühlschrank/eine Klimaanlage ist es wegen Umgebungsfaktoren wie der Temperatur und des Drucks schwierig, einen solchen Sensor zu verwenden. Demgemäß ist es erforderlich, die Rotorposition aus einer Spannung oder einem Strom, wie dem Motor zugeführt, herzuleiten.
Bei den Ansteuerungs-Signalverläufen erlaubt es ein rechteckiger Stromverlauf, die Rotorposition aus einer Gegen-EMK-Spannung in einem Bereich zu erfassen, in dem keine Spannung oder kein Strom zugeführt wird. Anders gesagt, kann die Rotorposition aus dem elektrischen Winkel von 60° dadurch erfasst werden, dass derjenige Punkt erfasst wird, an dem die Gegen-EMK-Spannung der offenen Phase, für die keine Spannung oder kein Strom zugeführt wird, Null wird.
Jedoch wird bei einem sinusförmigen Stromverlauf den drei Phasen A, B und C unabhängig von der Rotorposition dauernd Spannung oder Strom zugeführt. Demgemäß kann die Rotorposition nicht auf dieselbe Weise wie bei einem rechteckigen Stromverlauf durch die Spannungsinformation der offenen Phase hergeleitet werden. Demgemäß muss die Rotorposition durch Erfassungen aller Spannungen oder Ströme der drei Phasen A, B und C hergeleitet werden.
Wie es in 3 dargestellt ist, verfügt der Rotorpositionsdetektor 2 zum Erfassen der Rotorposition ohne Verwendung eines Sensors über einen Stromdetektor 51, einen Spannungsdetektor 52, einen ersten Positionsdetektor 53, einen zweiten Positionsdetektor 54 und einen dritten Positionsdetektor 55. Der Stromdetektor 51 erfasst den Strom jeder Phase aus einer vorbestimmten Wechselspannung jeder vom Inverter 7 ausgegebenen Phase. Der Spannungsdetektor 52 erfasst die Spannung der Phase aus einer vorbestimmten Wechselspannung jeder vom Inverter ausgegebenen Phase. Der erste Positionsdetektor 53 erfasst die Rotorposition entsprechend dem durch den Stromdetektor 51 erfassten Strom der Phase A und der durch den Spannungsdetektor 52 erfassten Spannung der Phase A. Der zweite Positionsdetektor 54 erfasst die Rotorposition entsprechend dem durch den Stromdetektor 51 erfassten Strom der Phase B und der durch den Spannungsdetektor 52 erfassten Spannung der Phase B. Der dritte Positionsdetektor 55 erfasst die Rotorposition entsprechend dem durch den Stromdetektor 51 erfassten Strom der Phase C und der durch den Spannungsdetektor 52 erfassten Spannung der Phase C.
Jeder der drei Positionsdetektoren 53, 54 und 55 verfügt über einen ersten Integrierer 71 zum Integrieren des Stroms eines virtuellen Nullpunkts für jede vom Stromdetektor 51 ausgegebenen Phase, einen zweiten Integrierer 72 zum Integrieren der Spannung eines virtuellen Nullpunkts für jede vom Spannungsdetektor 52 ausgegebene Phase, einen Mischer 73 zum Mischen des vom zweiten Integrierer 72 ausgegebenen Signals, eines Operationssignals betreffend ein vom ersten Integrierer 71 ausgegebenen Signals und eines Proportionalitätskoeffizienten R sowie eines Operationssignals betreffend den Strom einer Phase unter den Phasen und eines Proportionalitätskoeffizienten L, und jeder verfügt über einen Komparator 74 zum Vergleichen des vom Mischer 73 ausgegebenen Signals mit einem vorbestimmten Signal und zum Ausgeben des sich ergebenden Werts.
Nachfolgend wird der Betrieb des vorstehend genannten Rotorpositionsdetektors 2 beschrieben.
Die in 2 dargestellte vorbestimmte Wechselspannung wird vom Inverter 7 an die jeweiligen Phasen A, B und C des Stators des BLDC-Motors geliefert. Im BLDC-Motor 1 wird ent sprechend der vom Inverter 7 ausgegebenen vorbestimmten Wechselspannung für jede Phase eine vorbestimmte Antriebsspannung erzeugt.
Der Rotorpositionsdetektor 2 erfasst die Rotorposition des BLDC-Motors 1 entsprechend der vom Inverter 7 ausgegebenen vorbestimmten Wechselspannung für jede Phase, und er gibt das Ergebnissignal aus. Anders gesagt, erfasst der Stromdetektor 51 innerhalb des Rotorpositionsdetektors 15 den Strom für jede Phase aus der vom Inverter 7 ausgegebenen vorbestimmten Wechselspannung für jede Phase, und der Spannungsdetektor 52 erfasst die Spannung für jede Phase aus der vom Inverter 7 ausgegebenen vorbestimmten Wechselspannung für jede Phase.
Der erste Positionsdetektor 53 erfasst die Rotorposition entsprechend dem durch den Stromdetektor 51 erfassten Stromdetektor 51 erfassten Strom für die Phase A und der durch den Spannungsdetektor 52 erfassten Spannung für die Phase A. D.h., dass der erste Integrierer 71 innerhalb des ersten Positionsdetektors 53 den vom Stromdetektor 51 ausgegebenen Strom für den virtuellen Nullpunkt jeder Phase integriert. Der zweite Integrierer 72 integriert die Spannungsdetektor 52 ausgegebene Spannung für den virtuellen Nullpunkt jeder Phase. Der Mischer 73 mischt das vom zweiten Integrierer 72 ausgegebene Signal, das Operationssignal betreffend das vom ersten Integrierer 71 ausgegebene Signal und den Proportionalitätskoeffizienten R sowie das Operationssignal betreffend den Strom der Phase A und den Proportionalitätskoeffizienten L, und er gibt das Ergebnissignal aus. Der Komparator 74 vergleicht das vom Mischer 73 ausgegebene Signal mit dem vorbestimmten Signal und gibt das Ergebnissignal aus.
Der zweite Positionsdetektor 54 erfasst die Rotorposition entsprechend dem vom Stromdetektor 51 erfassten Strom für die Phase B und der durch den Spannungsdetektor 52 erfassten Spannung für die Phase B. D.h., dass der erste Integrierer 71 innerhalb des zweiten Positionsdetektors 54 den vom Stromdetektor 51 ausgegebenen Strom jeder Phase integriert. Der zweite Integrierer 72 integriert die vom Spannungsdetektor 52 ausgegebene Spannung jeder Phase. Der Mischer 73 mischt das Operationssignal betreffend das vom ersten Integrierer 71 ausgegebene Signal und den Proportionalitätskoeffizienten R, das vom zweiten Integrierer 72 ausgegebene Signal sowie das Operationssignal betreffend den Strom der Phase B und den Proportionalitätskoeffizienten L, und er gibt das Ergebnissignal aus. Der Komparator 74 vergleicht das vom Mischer 73 ausgegebene Signal mit dem vorbestimmten Signal und gibt das Ergebnissignal aus.
Auch erfasst der dritte Positionsdetektor 55 die Rotorposition entsprechend dem durch den Stromdetektor 51 erfassten Strom der Phase C und der durch den Spannungsdetektor 52 erfassten Spannung der Phase C. D.h., dass der erste Integrierer 71 innerhalb des dritten Positionsdetektors 55 den vom Stromdetektor 51 ausgegebenen Strom jeder Phase integriert. Der zweite Integrierer 72 integriert die vom Spannungsdetektor 52 ausgegebene Spannung jeder Phase. Der Mischer 73 mischt das Operationssignal betreffend das vom ersten Integrierer 71 ausgegebene Signal und den Proportionalitätskoeffizienten R, das vom zweiten Integrierer 72 ausgegebene Signal und das Operationssignal betreffend den Strom der Phase C und den Proportionalitätskoeffizienten L, und er gibt das Ergebnissignal aus. Der Komparator 74 vergleicht das vom Mischer 73 ausgegebene Signal mit dem vorbestimmten Signal und gibt das Ergebnissignal aus.
Das Prinzip zum Erfassen der Rotorposition des BLDC-Motors ist durch den folgenden Gleichungssatz nachbildbar.
[Gleichung 1]

Vabc = R·iabc + L(diabc/dt) + eabc Vabc = [Van Vbn Vcn]T eabc = [ea eb ec]T iabc = [ia ib ic]T

In der obigen Gleichung repräsentiert V_abc jede Phasenspannung der drei Phasen A, B und C für den Nullpunkt, i_abc repräsentiert jeden Phasenstrom der drei Phasen A, B und C, R repräsentiert eine Phasenwiderstandsmatrix für die drei Phasen A, B und C, L repräsentiert eine Phaseninduktanzmatrix für die drei Phasen A, B und C und e_abc repräsentiert die Gegen-EMK-Spannung in jeder Phase.
Bei einem BLDC-Motor mit Permanentmagnet-Oberflächenanhaftung, bei dem ein Permanentmagnet am Kern eines Rotors befestigt ist, ändert sich die Reluktanz nicht in Abhängigkeit von der Rotorposition. Demgemäß gilt L_a = L_b = L_c.
In der obigen Gleichung ist die Gegen-EMK-Spannung e_abc proportional zur Drehzahl des Motors, wie es in der folgenden Gleichung 2 veranschaulicht ist, und sie ist eine Funktion, die abhängig von der Rotorposition in ein Sinussignal umgewandelt wird, wie es in 4 veranschaulicht ist.
[Gleichung 2]

ea = ke ωγ cos(Θγ) eb = keωγcos(Θγ – 2π/3) ec = keωγcos(Θγ + 2π/3)

Da die Gegen-EMK-Spannung e_abc Rotorpositionsinformation enthält, kann die Rotorposition aus der Gegen-EMK-Spannungsinformation hergeleitet werden.
Wenn jedoch der Motorstrom ein Sinussignal ist, kann die Gegen-EMK-Spannung e_abc nicht erfasst werden. Demgemäß sollte die Gegen-EMK-Spannung aus der Gleichung 1 hergeleitet werden. In der Gleichung 1 ist die Gegen-EMK-Spannung durch die folgende Gleichung 3 wiedergebbar, jedoch ist es schwierig, die Gleichung 3 in einer Schaltung oder einem Algorithmus zu realisieren, da in ihr ein Stromableitungsterm enthalten ist. Demgemäß wird die Gegen-EMK-Spannung durch Integrieren beider Seiten erhalten, wie es ⁱⁿ der darauffolgenden Gleichung 4 angegeben ist.
[Gleichung 3]

eabc = Vabc – R·iabc – L(diabc/dt)

[Gleichung 4]

∫eabcdt = ∫(Vabc – R·iabc – L(diabc/dt))dt = ∫Vabcdt – R∫iabcdt – Liabc = xabc(t)

Hierbei kann der Integrationswert der Gegen-EMK-Spannung aus der Gleichung 2 durch die folgende Gleichung 5 wiedergegeben werden. Demgemäß kann die Rotorposition aus dem integrierten Wert der durch die Gleichung 4 erhaltenen Gegen-EMK-Spannung hergeleitet werden.
[Gleichung 5]

xabc(t) = ∫eabcdt =[ke sin(θr) kesin(θr – 2π/3) kesin(θr + 2π/3)]T

Wie oben beschrieben, erfasst der Rotorpositionsdetektor 2 den Punkt 0 aus dem Signal der Spannung, wie für jede der Phasen A, B und C integriert, wodurch die Rotorposition hergeleitet werden kann.
Jedoch bestehen bei der bekannten Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem BLDC-Motor verschiedene Probleme.
Um die Rotorposition zu erfassen, sollten die Spannungen und Ströme für die Phasen A, B und C erfasst werden. In diesem Fall sind zusätzliche Einrichtungen zum Erfassen der Phasenspannungen und der Phasenströme erforderlich, wie Widerstände und Isolatoren, was die Herstellkosten erhöht.
Ferner sind Einrichtungen wie eine Integrierschaltung und ein Komparator erforderlich, um Integrationswerte für die Spannungs- und Stromsignale der Phasen A, B und C zu erhalten. Auch dies erhöht die Herstellkosten sowie die durch die Vorrichtungen belegte Fläche.

Aus der EP 0 661 800 A1 ist eine Regelung für einen bürstenlosen Permanentmagnetmotor bekannt, bei dem die Spannung eines virtuellen Sternpunktes, eine Phasenspannung, sowie ein negatives Zwischenkreispotenzial über einen Filter und einen Integrator einer Nulldurchgangserfassungsschaltung zugeführt wird. Aus den Nulldurchgängen der Phase und den Nullgängen des Integrals der dritten Harmonischen wird dann eine Rotorposition ermittelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem BLDC-Motor zu schaffen, durch die die Rotorposition alleine mittels der virtuellen Nullpunktspannung und dem Strom einer Phase in einem Motor erfassbar ist und bei der die Anzahl der zur Rotorpositionserfassung erforderlichen Schaltkreise verringert ist, um Herstellkosten zu sparen und die durch die Positionserfassungsschaltung belegte Fläche zu verkleinern.

Diese Aufgaben sind durch die Vorrichtungen gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 sowie 7 bis 9 gelöst.

Zusätzliche Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und gehen teilweise aus dieser hervor, ergeben sich aber andererseits auch beim Ausüben der Erfindung. Die Aufgaben und andere Vorteile der Erfindung werden durch die Maßnahmen erzielt, wie sie speziell in der Beschreibung, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen dargelegt sind.

Es ist zu beachten, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die beanspruchte Erfindung sind.

Die Zeichnungen, die beigefügt sind, um das Verständnis der Erfindung zu fördern, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, deren Prinzipien zu erläutern.
1 zeigt einen bekannten Rotorpositionsdetektor für einen BLDC-Motor;
2 zeigt Signalverläufe von Spannungen und Strömen bei einem sinusförmigen Strom in 1;
3 zeigt detailliert die Konfiguration des Rotorpositionsdetektors in 1;
4 zeigt Signalverläufe für jeweilige Elemente in 3;
5 zeigt einen Rotorpositionsdetektor für einen BLDC-Motor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6a bis 6c zeigen detaillierte Konfigurationen einer ersten Vergleichseinheit, einer zweiten Vergleichseinheit und eines Positionssignalrechners in 5;
7 zeigt Positionserfassungs-Signalverläufe für einen beliebigen Winkel in 5;
8 zeigt Positionserfassungs-Signalverläufe für 60° in 5;
9 zeigt Signalverläufe eines Impulsbreitenmodulations (PWM)signals abhängig von der Rotorposition in 5;
10 zeigt einen Rotorpositionsdetektor für einen BLDC-Motor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
11a bis 11c zeigen detaillierte Konfigurationen einer ersten Vergleichseinheit, einer zweiten Vergleichseinheit und eines Positionssignalrechners in 10;
12 zeigt Positionserfassungs-Signalverläufe für einen beliebigen Winkel in 10;
13 zeigt Positionserfassungs-Signalverläufe für 60° in 10;
14 zeigt einen Rotorpositionsdetektor für einen BLDC-Motor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
15a bis 15c zeigen detaillierte Konfigurationen einer ersten Vergleichseinheit, einer zweiten Vergleichseinheit und eines Positionssignalrechners in 14; und
16 zeigt Positionserfassungs-Signalverläufe zu 14.
Nun wird im Einzelnen auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung Bezug genommen, zu denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind.
Erstes Ausführungsbeispiel
Wie es in 5 dargestellt ist, verfügt eine Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem BLDC-Motor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung über einen ersten Integrierer 210 zum Integrieren einer Spannung einer Phase für virtuelle Nullpunkte dreier Phasen; einen zweiten Inte grierer 220 zum Integrieren des Stroms der einen Phase unter den drei Phasen; eine Operationseinheit 230 zum Mischen des vom ersten Integrierer 210 ausgegebenen Signals, eines Operationssignals betreffend das vom zweiten Integrierer ausgegebene Signal und einen Proportionalitätskoeffizienten R sowie eines Operationssignals betreffend einen Proportionalitätskoeffizienten L und den Strom der ersten Phase; eine erste Vergleichseinheit 240 zum Vergleichen des von der Operationseinheit 230 ausgegebenen Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten ersten Bezugswert; eine zweite Vergleichseinheit 250 zum Vergleichen des von der Operationseinheit 230 ausgegebenen Signals der einen Phase mit einem zweiten und einem dritten Bezugswert, die vorbestimmt sind; und einen Positionssignalrechner 260 zum Berechnen eines Positionssignals mittels der von der ersten und zweiten Vergleichseinheit 240 und 250 ausgegebenen Operationssignale.
Wie es in 6a dargestellt ist, verfügt die ersten Vergleichseinheit 240 über einen ersten Komparator 241 zum Vergleichen des von der Operationseinheit 230 ausgegebenen Signals der einen Phase mit dem vorbestimmten ersten Bezugswert. Wie es in 6b dargestellt ist, verfügt die zweite Vergleichseinheit 250 über einen zweiten Komparator 251 zum Vergleichen des von der Operationseinheit 230 ausgegebenen Signals der einen Phase mit dem vorbestimmten zweiten Bezugswert sowie einen dritten Komparator 252 zum Vergleichen des von der Operationseinheit 230 ausgegebenen Signals der einen Phase mit dem vorbestimmten dritten Bezugswert. Auch verfügt der Positionssignalrechner 260, wie es in 6c dargestellt ist, über ein erstes UND-Gatter 261 zum Ausführen einer logischen UND-Operation des vom ersten Komparator 241 ausgegebenen Signals und des vom zweiten Komparator 251 ausgegebenen Signals sowie ein erstes ODER-Gatter 262 zum Ausführen einer logischen ODER-Operation des vom ersten UND-Gatter 261 ausgegebenen Signals und des vom dritten Kompara tor 252 ausgegebenen Signals.
Beim vorstehend genannten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Rotorposition alleine durch eine Spannung für eine beliebige unter den drei Phasen A, B und C erfasst. Z.B. kann eine Modellgleichung für die Phase A durch die folgende Gleichung 6 wiedergegeben werden. Aus der Gleichung 6 wird die Gegen-EMK-Spannung e_a erhalten, und dann kann Information zur Phase A, die unabhängig von der Drehzahl, jedoch abhängig von der Position variabel ist, dadurch erhalten werden, dass die Gegen-EMK-Spannung e_a integriert wird, wie es in der folgenden Gleichung 7 angegeben ist.
[Gleichung 6]

νan = R·ia + L(dia/dt) + ea

[Gleichung 7]

∫eadt = ∫(νan – R·ia – L(dia/dt)dt = ∫νandt – R∫iadt – L·ia =xa(t) = ke sin (Θγ)

Der erste Integrierer 210 integriert die Spannung am virtuellen Nullpunkt und gibt das Ergebnissignal aus.
Der zweite Integrierer 220 integriert den Strom der einen Phase und gibt das Ergebnissignal aus.
Die Operationseinheit 230 mischt das vom ersten Integrierer ausgegebene Signal, das Operationssignal betreffend das vom zweiten Integrierer ausgegebene Signal und den Proportionalitätskoeffizienten R sowie das Operationssignal betreffend den Proportionalitätskoeffizienten L und den Strom der einen Phase. Dann gibt die Operationseinheit 230 k_e sin Θ_γ aus, wie es in 7 dargestellt ist.
Die ersten Vergleichseinheit 240 vergleicht das von der Operationseinheit 230 ausgegebene Signal der einen Phase mit einem ersten Bezugswert und gibt das Ergebnissignal S1 aus. D.h., dass der erste Komparator 241 der ersten Vergleichseinheit 240 das von der Operationseinheit 230 ausgegebene Signal der einen Phase mit dem ersten Bezugswert gemäß dem Potenzial Null, wie durch einen Pulldown-Widerstand vorbestimmt, vergleicht. Dann gibt der erste Komparator 241 das Ergebnissignal S1 aus.
Ferner vergleicht die zweite Vergleichseinheit 250 das von der Operationseinheit 230 ausgegebene Signal der einen Phase mit dem zweiten und dritten Bezugswert. Dann gibt die zweite Vergleichseinheit 250 Ergebnissignale S2 und S3 aus, wie es in 7 dargestellt ist. D.h., dass der zweite Komparator 251 der zweiten Vergleichseinheit 250 das von der Operationseinheit 230 ausgegebene Signal der einen Phase mit dem zweiten Bezugswert vergleicht, der durch Spannungsteilung durch Widerstände R1 und R2 vorbestimmt ist. Dann gibt der zweite Komparator 251 das Ergebnissignal S2 aus. Auch vergleicht der dritte Komparator 252 der zweiten Vergleichseinheit 250 das von der Operationseinheit 230 ausgegebene Signal der einen Phase mit dem dritten Bezugswert, der durch Spannungsteilung durch Widerstände R3 und R4 vorbestimmt ist. Dann gibt der dritte Komparator 252 das Ergebnissignal S3 aus.
Wenn der zweite und dritte Bezugswert bzw. –V_γ2 sind, werden Schnittwinkel α₁ und α₂ als folgende Gleichung 8 erhalten, wobei die Bezugswerte V_γ1 und V_γ2 kleiner als die Konstantspannung k_e sein sollten.
[Gleichung 8]

α1 = sin-1 (Vγ1/Ke) α2 = sin-1 (Vγ2/Ke)

Wenn die Bezugsspannungen in der zweiten Vergleichseinheit 250 (V_γ1 und -V_γ2 sind, können für eine Periode (elektrischer Winkel von 360°) sechs Positionsdaten elektrisch erhalten werden.
Anders gesagt, stehen die Ausgangssignale der ersten Vergleichseinheit 240, nämlich das Signal S1 von 0° und 180°, sowie die Ausgangssignale der zweiten Vergleichseinheit 250 zur Verfügung, nämlich das Signal S2 für α₁ und 180°-α₁ sowie das Signal S3 für 180°+α₂ sowie 360°-α₂. Die Drehzahl des BLDC-Motors 14 kann durch Auswahl von α₁ und α₂ mittels verschiedener PWM-Verfahren geregelt werden.
Indessen ist es bei der praktischen Anwendung zum Vereinfachen einer gleichmäßigen Positionsinformationserfassung und für einen PWM-Regelungsalgorithmus abhängig von der Rotorposition erforderlich, die Bezugsspannung der zweiten Vergleichseinheit 250 einzustellen.
Anders gesagt, kann, wenn
angenommen wird, der Schnittwinkel α zwischen dem Integrationswert x_a(t) der Spannung und den Bezugsspannungen V_γ1 und -V_γ2 der zweiten Vergleichseinheit 250 wie folgt wiedergegeben werden:
[Gleichung 9]
In diesem Fall führt der Positionssignalrechner 260 an den von der ersten und zweiten Vergleichseinheit 240 und 250 ausgegebenen Signalen eine Operation aus, und er berechnet das Positionssignal, um ein Ergebnissignal S4 auszugeben.
Anders gesagt, führt das erste UND-Gatter 261 des Positions signalrechners 260 eine logische UND-Operation am von der ersten Vergleichseinheit 240 ausgegebenen Signal und am von der zweiten Vergleichseinheit 250 ausgegebenen Signal aus, und er gibt das Ergebnissignal aus. Dann führt das erste ODER-Gatter 262 des Positionssignalrechners 260 eine logische ODER-Operation am vom ersten UND-Gatter 261 ausgegebenen Signal und am von der zweiten Vergleichseinheit 250 ausgegebenen Signal aus, und er gibt das Ergebnissignal S4 aus.
Ferner erfasst, wie es in B dargestellt ist, der Positionssignalrechner 260 das dem BLDC-Motor 14 zugeführte Rotorpositionssignal für jede Einheit von 60°. Auf Grundlage der für jede Einheit von 60° erfassten Rotorpositionsinformation können verschiedene PWM-Verfahren zum Regeln des Phasenstroms des BLDC-Motors zum Erzielen einer Sinuswelle ausgeführt werden. Als Beispiel kann das in 9 veranschaulichte PWM-Verfahren angewandt werden.
Anders gesagt, wird zum Einstellen des Stroms der Phase A zum Erhalten eines Sinuswelle eine Bezugsspannung der Phase A während einer Periode (360°) mit einer Dreieckswelle verglichen. Demgemäß wird ein Transistor-EIN/AUS-Signal betreffend den Inverter 7 für die Phase A vorab abhängig von der Rotorposition berechnet und in einer Nachschlagetabelle gespeichert, um ein PWM-Signal zu erzeugen. Alternativ kann das PWM-Signal durch unmittelbares Berechnen des Transistor-EIN/AUS-Signals aus der Gleichung für das PWM-Signal abhängig von der Rotorposition für ein Bezugsdrehmoment berechnet werden.
Der Positionssignalrechner 260 kann zwar die Rotorposition für jede Einheit von 60° erfassen, jedoch nicht die Rotorposition innerhalb von 60°. D.h., dass der Positionssignalrechner 260 das Rotorpositionssignal erfassen kann, wenn sich der Rotor bei 0° und 60° in Bezug auf die Bezugsposi tion befindet. Jedoch kann der Positionssignalrechner 260 die Rotorposition zwischen 0° und 60°, wie bei 20° oder 35°, nicht erfassen.
Jedoch berechnet der Positionssignalrechner 260, wie es in 9 dargestellt ist, einen Positionswinkel zwischen 0° und 60° aus der Drehzahl des Rotors, da Information für einen Positionswinkel zwischen 0° und 60° erforderlich ist, um ein aktuelles PWM-Signal zu erzeugen.
Anders gesagt, berechnet der Positionssignalrechner 260, wie es in der folgenden Gleichung 10 veranschaulicht ist, die Rotordrehzahl ω_γ(t₀) für eine konstante Zeit vor 0°. Dann wird, unter der Annahme, dass sich der Rotor von 0° bis 60° konstant dreht, die Rotorposition Θ_γ(t) berechnet.
[Gleichung 10]
Wenn die Rotorposition 60° beträgt, erfasst der Positionssignalrechner 260 die Rotorpositionsinformation. Daher wird die Detailposition von 60° bis 120° auf dieselbe Weise dadurch berechnet, dass die aus der Rotordrehzahl berechnete Position auf die erfasste Positionsinformation korrigiert wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
Wie es in 10 dargestellt ist, verfügt eine Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem BLDC-Motor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung über einen ersten Integrierer 310 zum Integrieren einer Spannung für virtuelle Nullpunkte dreier Phasen; einen zweiten Integrierer 320 zum Integrieren des Stroms einer Phase unter den drei Phasen; eine Operationseinheit 330 zum Mischen des vom ersten Integrierer ausgegebenen Signals, eines Operationssignals betreffend das vom zweiten Integrierer ausgegebene Signal und einen Proportionalitätskoeffizienten R sowie ein Operationssignal betreffend einen Proportionalitätskoeffizienten L und den Strom der einen Phase; eine erste Vergleichseinheit 340 zum Vergleichen des von der Operationseinheit 330 ausgegebenen Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten ersten Bezugswert; einen Gleichrichter 350 zum Gleichrichten des von der Operationseinheit 330 ausgegebenen Signals der einen Phase; eine zweite Vergleichseinheit 250 zum Vergleichen des vom Gleichrichter 350 gleichgerichteten Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten zweiten Bezugswert; und einen Positionssignalrechner 370 zum Berechnen eines Positionssignals durch Ausführen einer Operation an den von der ersten und zweiten Vergleichseinheit 340 und 360 ausgegebenen Signalen.
Wie es in 11a dargestellt ist, verfügt die ersten Vergleichseinheit 340 über einen ersten Komparator 341 zum Vergleichen des von der Operationseinheit 330 ausgegebenen Signals der einen Phase mit dem vorbestimmten ersten Bezugswert. Die zweite Vergleichseinheit 360 verfügt über einen zweiten Komparator 361 zum Vergleichen des vom Gleichrichter 350 gleichgerichteten Signals der einen Phase mit dem vorbestimmten zweiten Bezugswert. Auch verfügt der Positionssignalrechner 370, wie es in 11c dargestellt ist, über einen ersten Inverter zum Invertieren des vom ersten Komparator 341 ausgegebenen Signals, ein erstes UND-Gatter 372 zum Ausführen einer logischen UND-Operation am durch den ersten Inverter 371 invertierten Signal und am vom zweiten Komparator 361 ausgegebenen Signal, einen zweiten Inverter 373 zum Invertieren des vom zweiten Komparator 361 ausgegebenen Signals, ein zweites UND-Gatter 374 zum Ausführen einer logischen UND-Operation am durch den ersten Komparator 341 ausgegebenen Signal und dem durch den zweiten Inverter 373 invertierten Signal sowie ein ODER-Gatter 375 zum Ausführen einer logischen ODER-Operation an den vom ersten und zweiten UND-Gatter 372 und 374 ausgegebenen Signalen.
Beim vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Rotorposition alleine durch eine Spannung einer beliebigen unter den drei Phasen A, B und C erfasst. Z.B. kann eine Modellgleichung für die Phase A durch die obige Gleichung G wiedergegeben werden. Aus der Gleichung 6 wird die Gegen-EMK-Spannung e_a erhalten, und dann kann Information für die Phase A, die abhängig von der Position unabhängig von der Drehzahl variabel ist, dadurch erhalten werden, dass die Gegen-EMK-Spannung e_a integriert wird, wie es durch die Gleichung 7 angeben ist.
Der erste Integrierer 310 integriert den Strom einer Phase für den virtuellen Nullpunkt und gibt das Ergebnissignal aus.
Der zweite Integrierer 320 integriert den Strom der einen Phase und gibt das Ergebnissignal aus.
Die Operationseinheit 330 mischt das vom ersten Integrierer ausgegebene Signal, das Operationssignal betreffend das vom zweiten Integrierer ausgegebene Signal und den Proportionalitätskoeffizienten R sowie das Operationssignal betreffend des Proportionalitätskoeffizienten L und den Strom der einen Phase. Dann gibt die Operationseinheit 330, wie in 13 dargestellt, k_e sin(Θ_γ) aus.
Die erste Vergleichseinheit 340 vergleicht das von der Operationseinheit 330 ausgegebene Signal für die eine Phase mit dem ersten Bezugswert und gibt das in 12 dargestellte Ergebnissignal S1 aus. D.h., dass der erste Komparator 341 der ersten Vergleichseinheit 340 das von der Operationseinheit 330 ausgegebene Signal für die eine Phase mit dem ersten Bezugswert des Potenzials Null wie durch einen Pulldown-Widerstand vorbestimmt, vergleicht. Dann gibt der erste Komparator 341 das Ergebnissignal S1 aus.
Darüber hinaus richtet der Gleichrichter 350 das von der Operationseinheit 330 ausgegebene Signal für die eine Phase gleich. Dann vergleicht die zweite Vergleichseinheit 360 das vom Gleichrichter 350 gleichgerichtete Signal für die eine Phase mit dem zweiten Bezugswert. Dann gibt die zweite Vergleichseinheit 360 das in 12 dargestellte Ergebnissignal S2 aus. D.h., dass der zweite Komparator 361 der zweiten Vergleichseinheit 360 das von der Operationseinheit 330 ausgegebene Signal der einen Phase mit dem zweiten Bezugswert vergleicht, der durch Spannungsteilung mittels Widerständen R1 und R2 vorbestimmt wurde. Dann gibt der zweite Komparator 361 das Ergebnissignal S2 aus.
Wenn der zweite Bezugswert V_γ1 ist, wird ein Schnittwinkel α₁ als folgende Gleichung 11 erhalten, wobei der Bezugswert V_γ1 kleiner als die Konstantspannung k_e sein sollte.
[Gleichung 11]

α1 = sin-1(Vγ1/Ke)

Wenn die Bezugsspannung der zweiten Vergleichseinheit 360 den Wert V_γ1 aufweist, können für eine Periode (elektrischer Winkel von 360°) sechs Positionsdaten elektrisch erhalten werden.
Anders gesagt, stehen die Ausgangssignale der ersten Vergleichseinheit 340, nämlich das Signal S1 von 0° und 180°, sowie die Ausgangssignale der zweiten Vergleichseinheit 360, nämlich das Signal S2 für α₁, 180°-α₁, 180°+α₁ und 360°-α₁ zur Verfügung. Die Drehzahl des BLDC-Motors 14 kann durch Auswählen von α₁ mittels verschiedener PWM-Verfahren geregelt werden.
Indessen ist es bei praktischen Anwendungen erforderlich, die Bezugsspannung der zweiten Vergleichseinheit 360 einzustellen, um eine gleichmäßige Positionsinformationserfassung und einen PWM-Regelungsalgorithmus abhängig von der Rotorposition zu erleichtern.
Anders gesagt, kann, wenn
angenommen wird, der Schnittwinkel α zwischen dem Spannungsintegrationswert x_a(t) und der Bezugsspannung V_γ1 der zweiten Vergleichseinheit 360 durch die Gleichung 9 wiedergegeben werden.
In diesem Fall führt der Positionssignalrechner 370 an den von der ersten und zweiten Vergleichseinheit 340 und 360 ausgegebenen Signalen eine Operation aus, und er berechnet das Positionssignal, um das Ergebnissignal S3 auszugeben.
Anders gesagt, invertiert der erste Inverter 371 des Positionssignalrechners 370 das vom ersten Komparator 340 ausgegebene Signal. Dann führt das erste UND-Gatter 372 eine logische UND-Operation des vom Inverter 371 invertierten Signals und des von der zweiten Vergleichseinheit 360 ausgegebenen Signals aus, und er gibt das Ergebnissignal aus. Darüber hinaus invertiert der zweite Inverter 373 das von der zweiten Vergleichseinheit 360 ausgegebene Signal. Dann führt das zweite UND-Gatter 374 eine logische UND-Operation am vom ersten Komparator 340 ausgegebenen Signal und am vom zweiten Inverter 373 ausgegebenen Signal aus, und er gibt das Ergebnissignal aus. So führt das ODER-Gatter 375 eine logische ODER-Operation an den vom ersten und zweiten UND-Gatter 372 und 374 ausgegebenen Signalen aus, und es gibt das in 13 dargestellte Ergebnissignal S3 aus.
Ferner erfasst der Positionssignalrechner 370 das dem BLDC-Motor 14 zugeführte Rotorpositionssignal für jede Einheit von 60°. Auf Grundlage der für jede Einheit von 60° erfassten Rotorpositionsinformation können auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel verschiedene PWM-Verfahren zum Steuern des Phasenstroms des BLDC-Motors mit einem Sinussignal verwendet werden.
Indessen kann der Gleichrichter 350 vorhanden sein, um das Ausgangssignal der Operationseinheit 330 gleichzurichten und das gleichgerichtete Signal an den ersten und den zweiten Komparator 340 und 360 auszugeben.
Drittes Ausführungsbeispiel
Wie es in 14 dargestellt ist, verfügt eine Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem BLDC-Motor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung über einen ersten Integrierer 410 zum Integrieren der Spannung hinsichtlich eines virtuellen Nullpunkts; einen zweiten Integrierer 420 zum Integrieren des Stroms einer Phase; eine Operationseinheit 430 zum Mischen des vom ersten Integrierer ausgegebenen Signals, eines Operationssignals betreffend das vom zweiten Integrierer ausgegebene Signal und einen Proportionalitätskoeffizienten R sowie ein Operationssignal betreffend einen Proportionalitätskoeffizienten L und den Strom der ersten Phase; eine erste Vergleichseinheit 440 zum Vergleichen des von der Operationseinheit 430 ausgegebenen Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten ersten Bezugswert; einen dritten Integrierer 450 zum Integrieren des von der Operationseinheit 430 ausgegebenen Signals einer Phase; eine zweite Vergleichseinheit 460 zum Vergleichen des vom dritten Integrierer 450 integrierten Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten zweiten Bezugswert; und einen Positionssignalrechner 470 zum Berechnen eines Positionssignals dadurch, dass er von der ersten und zweiten Vergleichseinheit 440 und 460 ausgegebene Signale einer Operation unterzieht.
Wie es in 15a dargestellt ist, verfügt die erste Vergleichseinheit 440 über einen ersten Komparator 441 zum Vergleichen des von der Operationseinheit 430 ausgegebenen Signals der einen Phase mit dem vorbestimmten ersten Bezugswert. Wie es in 15b dargestellt ist, verfügt die zweite Vergleichseinheit 460 über einen zweiten Komparator 461 zum Vergleichen des vom dritten Integrierer 450 integrierten Signals der einen Phase mit dem vorbestimmten zweiten Bezugswert. Auch verfügt der Positionssignalrechner 470, wie es in 15c dargestellt ist, über einen ersten Inverter 471 zum Invertieren des vom ersten Komparator 441 ausgegebenen Signals; ein erstes UND-Gatter 472 zum Ausführen einer logischen UND-Operation am durch den ersten Inverter 471 invertierten Signal und dem vom zweiten Komparator 461 ausgegebenen Signal; einen zweiten Inverter 473 zum Invertieren des vom zweiten Komparator 461 ausgegebenen Signals; ein zweites UND-Gatter 474 zum Ausführen einer logischen UND-Operation am vom ersten Komparator 441 ausgegebenen Signal und dem vom zweiten Inverter 473 invertierten Signal; und ein ODER-Gatter 475 zum Ausführen einer logischen ODER-Operation an den vom ersten und zweiten UND-Gatter 472 und 474 ausgegebenen Signalen.
Beim o.g. Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Rotorposition nur durch eine Spannung für eine der drei Phasen A, B und C erfasst. Z.B. kann eine Modellgleichung für die Phase A durch die Gleichung 6 wiedergegeben werden. Aus der Gleichung 6 wird die Gegen-EMK-Spannung e_a erhalten, und dann wird Information zur Phase A, die abhängig von der Position jedoch unabhängig von der Drehzahl variabel ist, durch Integrieren der Gegen-EMK-Spannung e_a erhalten, wie es in der Gleichnung 7 angegeben ist.
Wie es in 16 dargestellt ist, integriert der erste Integrierer 410 die Spannung für den virtuellen Nullpunkt und gibt das sich ergebende Signal aus. Der zweite Integrierer 420 integriert den Strom der einen Phase und gibt das sich ergebende Signal aus.
Die Operationseinheit 430 mischt das vom ersten Integrierer ausgegebene Signal, das Operationssignal betreffend das vom zweiten Integrierer 420 ausgegebene Signal und den Proportionalitätskoeffizienten R sowie das Operationssignal betreffend den Proportionalitätskoeffizienten L und den Strom der einen Phase. Dann gibt die Operationseinheit 430, wie in 16 dargestellt, k_e sin (Θ_γ) aus.
Die erste Vergleichseinheit 440 vergleicht das von der Operationseinheit 430 ausgegebene Signal der einen Phase mit dem ersten Bezugswert und gibt das in 16 dargestellte Ergebnissignal S1 aus. D.h., dass der ersten Komparator 441 der ersten Vergleichseinheit 440 das von der Operationseinheit 430 ausgegebene Signal der einen Phase mit dem ersten Bezugswert des Potenzials 0, wie durch einen Pulldown-Widerstand vorbestimmt, vergleicht. Dann gibt der erste Komparator 441 das Ergebnissignal S1 aus.
Dieses Ergebnissignal S1 entspricht Positionsdaten mit dem Intervall 180°, wie 0°, 180° und 360°.
Dann vergleicht die zweite Vergleichseinheit 460 das vom dritten Integrierer 450 integrierte Signal einer Phase mit dem zweiten Bezugswert. Dann gibt die zweite Vergleichseinheit 460 das Ergebnissignal 52 aus, wie es in 16 dargestellt ist. D.h., dass der zweite Komparator 471 der zweiten Vergleichseinheit 460 das von der Operationseinheit 430 ausgegebene Signal der einen Phase mit dem zweiten Bezugswert vergleicht, der durch Spannungsteilung mittels Widerständen R1 und R2 bestimmt wurde. Dann gibt der zweite Komparator 471 das Ergebnissignal S2 aus. Dieses Ergebnissignal S2 entspricht Positionsdaten von 90° und 270°.
Hierbei weist, wenn x_a(t) der Gleichung 7 integriert, wie es durch die folgende Gleichung 12 angegeben ist, der Integrationswert x_ai(t) Signalverläufe auf, die x_a(t) um einen elektrischen Winkel von 90° nacheilen. So kann Information für elektrische Winkel von 90° und 270° erhalten werden. Wenn der zweite Bezugswert V_γ1 ist, wird ein Schnittwinkel α₁ aus der folgenden Gleichung 12 erhalten, wobei dieser Bezugswert V_γ1 kleiner als die Konstantspannung k_e sein sollte.
[Gleichung 12]

xai (t) = ∫ xa (t) dt = -(ke/ωγ)cos(Θγ)

Hierbei ist x_ai(t) eine Funktion der Drehzahl ω_γ des BLDC-Motors 14. Daher wird x_ai(t) nicht integriert, wenn die Drehzahl des BLDC-Motors 14 niedriger als eine Bezugsdrehzahl ist. x_ai(t) wird nur dann integriert, wenn die Drehzahl des BLDC-Motors 14 höher als die Bezugsdrehzahl ist. Im Ergebnis kann Zuverlässigkeit des Integrationsergebnisses erzielt werden.
Wenn die Bezugsspannung der zweiten Vergleichseinheit 460 V_γ1 ist, können vier Positionsdaten elektrisch für eine Periode (elektrischer Winkel von 360°) erhalten werden.
Anders gesagt, stehen die Ausgangssignale der ersten Vergleichseinheit 440, d.h. das Signal S1 für 0° und 180°, so wie die Ausgangssignale der zweiten Vergleichseinheit 460, d.h. das Signal S2 für 90° und 270°, zur Verfügung. Da die Rotorpositionsdaten für jede Einheit von 90° korrigiert und ergänzt werden, kann die Drehzahl des BLDC-Motors 14 durch ein Sinusstrom-Ansteuerungsverfahren auf Grundlage eines geeigneten PWM-Verfahrens geregelt werden.
In diesem Fall führt der Positionssignalrechner 470 eine Operation an den von der ersten und der zweiten Vergleichseinheit 440 und 460 ausgegebenen Signalen aus, und er berechnet das Positionssignal, um das Ergebnissignal S3 auszugeben.
Anders gesagt, invertiert der erste Inverter 471 des Positionssignalrechners 470 das vom ersten Komparator 440 ausgegebene Signal. Dann führt das erste UND-Gatter 472 eine logische UND-Operation des vom Inverter 471 invertierten Signals und des von der zweiten Vergleichseinheit 460 ausgegebenen Signals aus, und er gibt das Ergebnissignal aus. Darüber hinaus invertiert der zweite Inverter 473 das von der zweiten Vergleichseinheit 460 ausgegebene Signal. Dann führt das zweite UND-Gatter 474 eine logische UND-Operation des vom ersten Komparator 440 ausgegebenen Signals und des vom zweiten Inverter 473 ausgegebenen Signals aus, und er gibt das Ergebnissignal aus. So führt das ODER-Gatter 475 eine logische ODER-Operation der vom ersten und zweiten UND-Gatter 472 und 474 ausgegebenen Signale aus, und er gibt das Ergebnissignal S3 aus, wie es in 16 dargestellt ist.
Anders gesagt, wird zum Steuern des Stroms der Phase A mit Sinusverlauf eine Bezugsspannung der Phase A während einer Periode (360°) mit einem Dreieckssignal verglichen. So wird ein Transistor-EIN/AUS-Signal des Inverters 7, entsprechend der Phase A, vorab abhängig von der Rotorposition berechnet und in einer Nachschlagetabelle gespeichert, um ein PWM-Si gnal zu erzeugen. Alternativ kann das PWM-Signal durch direktes Berechnen des Transistor-EIN/AUS-Signals aus der Kurzgleichung des PWM-Signals abhängig von der Rotorposition für ein Bezugsdrehmoment erzeugt werden.
Der Positionssignalrechner 470 kann jedoch, wie es in 16 dargestellt ist, zwar die Rotorposition für jede Einheit von 90° berechnen, jedoch keine Rotorposition innerhalb von 90° erfassen. Da jedoch, wie es in 16 dargestellt ist, Positionsinformation zwischen 0° und 90° erforderlich ist, um das aktuelle PWM-Signal zu erzeugen, berechnet der Positionssignalrechner 470 einen Positionswinkel zwischen 0° und 90° näherungsweise aus der Rotordrehzahl.
Anders gesagt, berechnet der Positionssignalrechner 470, wie es in der folgenden Gleichung 13 angegeben ist, die Rotordrehzahl ω_γ(t₀) für eine konstante Zeit vor 0°. Dann wird die Rotorposition Θ_γ(t) unter der Annahme berechnet, dass sich der Rotor konstant von 0° bis 90° dreht.
[Gleichung 13]
Wenn die Rotorposition 90° beträgt, erfasst der Positionssignalrechner 470 die Rotorpositionsinformation. Daher wird die Detailposition von 90° bis 180° auf dieselbe Weise dadurch berechnet, dass die aus der Rotordrehzahl berechnete Position in die erfasste Positionsinformation korrigiert wird.
Wie oben angegeben, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition eines BLDC-Motors die folgenden Vorteile auf. Da die Rotorposition mittels der Spannung für den virtuellen Nullpunkt und den Strom einer Phase erfasst wird, kann die Anzahl der zur Positionserfassung erforderlichen Schaltungsteile verringert werden, um dadurch Herstellkosten einzusparen. Ferner kann eine kompakte Schaltung dadurch erzielt werden, dass die durch die Positionserfassungsschaltung belegte Fläche verringert ist.

Claims

Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem BLDC-Motor, mit: – einem ersten Integrierer (210) zum Integrieren eines Signals, das über einen virtuellen Nullpunkt von Spannungsversorgungsleitungen dreier Phasen; die mit dem BLDC-Motor verbunden sind, eingegeben wird; – einem zweiten Integrierer (220) zum Integrieren eines Signals, das in die Spannungsversorgungsleitung einer Phase unter den Spannungsversorgungsleitungen der drei Phasen eingegeben wird; – einer Operationseinheit (230) zum Mischen des vom ersten Integrierer (210) ausgegebenen Signals, eines Operationssignals betreffend ein vom zweiten Integrierer (220) ausgegebenen Signals und eines Proportionalitätskoeffizienten R sowie eines Operationssignals betreffend einen Proportionalitätskoeffizienten L und den Strom der einen Phase; – einer ersten Vergleichseinheit (240) zum Vergleichen des von der Operationseinheit (230) ausgegebenen Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten ersten Bezugswert; – einer zweiten Vergleichseinheit (250) zum Vergleichen des von der Operationseinheit (230) ausgegebenen Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten zweiten und einem vorbestimmten dritten Bezugswert; und – einem Positionssignalrechner (260) zum Berechnen eines Positionssignals durch Ausführen einer Operation an den von der ersten und zweiten Vergleichseinheit (240; 250) ausgegebenen Signalen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vergleichseinheit (240) einen ersten Komparator zum Vergleichen des von der Operationseinheit (230) ausgegebenen Signals der einen Phase mit dem vorbestimmten ersten Bezugswert aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bezugswert das durch einen Pulldown-Widerstand eingestellte Nullpotenzial ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vergleichseinheit (250) einen zweiten Komparator zum Vergleichen des von der Operationseinheit (230) ausgegebenen Signals einer Phase mit dem vorbestimmten zweiten Bezugswert sowie einen dritten Komparator zum Vergleichen des von der Operationseinheit ausgegebenen Signals einer Phase mit dem vorbestimmten dritten Bezugswert aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und der dritte Bezugswert durch Spannungsteilung eingestellt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssignalrechner (260) ein UND-Gatter zum Ausführen einer logischen UND-Operation am vom ersten Komparator ausgegebenen Signal und am vom zweiten Komparator ausgegebenen Signal sowie ein ODER-Gatter zum Ausführen einer logischen ODER-Operation am vom UND-Gatter ausgegebenen Signal und am vom zweiten Komparator ausgegebenen Signal aufweist.
Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem BLDC-Motor, mit: – einem ersten Integrierer (310) zum Integrieren eines Signals, das über einen virtuellen Nullpunkt von Spannungsversorgungsleitungen dreier Phasen, die mit dem BLDC-Motor verbunden sind, eingegeben wird; – einem zweiten Integrierer (320) zum Integrieren eines Signals, das in die Spannungsversorgungsleitung einer Phase unter den drei dem BLDC-Motor zugeführten Phasen eingegeben wird; – einer Operationseinheit (330) zum Mischen des vom ersten Integrierer (310) ausgegebenen Signals, eines Operationssignals betreffend ein vom zweiten Integrier (320) ausgegebenen Signals und eines Proportionalitätskoeffizienten R sowie eines Operationssignals betreffend einen Proportionalitätskoeffizienten L und den Strom der einen Phase; – einer ersten Vergleichseinheit (340) zum Vergleichen des von der Operationseinheit ausgegebenen Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten ersten Bezugswert; – einem Gleichrichter (350) zum Gleichrichten des des von der Operationseinheit (330) ausgegebenen Signals der einen Phase; – einer zweiten Vergleichseinheit (360) zum Vergleichen des vom Gleichrichter gleichgerichteten Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten zweiten Bezugswert; und – einem Positionssignalrechner (370) zum Berechnen eines Positionssignals durch Ausführen einer Operation an den von der ersten und zweiten Vergleichseinheit (340; 360) ausgegebenen Signalen.
Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem BLDC-Motor, mit: – einem ersten Integrierer zum Integrieren eines Signals, das über einen virtuellen Nullpunkt von Spannungsversorgungsleitungen dreier Phasen, die mit dem BLDC-Motor verbunden sind, eingegeben wird; – einem zweiten Integrierer zum Integrieren eines Signals, das in die Spannungsversorgungsleitung einer Phase unter den drei dem BLDC-Motor zugeführten Phasen eingegeben wird; – einer Operationseinheit zum Mischen des vom ersten Integrierer ausgegebenen Signals, eines Operationssignals betreffend ein vom zweiten Integrierer ausgegebenen Signals und eines Proportionalitätskoeffizienten R sowie eines Operationssignals betreffend einen Proportionalitätskoeffizien ten L und den Strom der einen Phase; – einem Gleichrichter zum Gleichrichten des des von der Operationseinheit ausgegebenen Signals der einen Phase; – einer ersten Vergleichseinheit zum Vergleichen des vom Gleichrichter ausgegebenen Signals mit einem vorbestimmten ersten Bezugswert; – einer zweiten Vergleichseinheit zum Vergleichen des vom Gleichrichter gleichgerichteten Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten zweiten Bezugswert; und – einem Positionssignalrechner zum Berechnen eines Positionssignals durch Ausführen einer Operation an den von der ersten und zweiten Vergleichseinheit ausgegebenen Signalen.
Vorrichtung zum Erfassen der Rotorposition in einem BLDC-Motor, mit: – einem ersten Integrierer (410) zum Integrieren eines Signals, das über einen virtuellen Nullpunkt von Spannungsversorgungsleitungen dreier Phasen, die mit dem BLDC-Motor verbunden sind, eingegeben wird; – einem zweiten Integrierer (420) zum Integrieren eines Signals, das in die Spannungsversorgungsleitung einer Phase unter den drei dem BLDC-Motor zugeführten Phasen eingegeben wird; – einer Operationseinheit (430) zum Mischen des vom ersten Integrierer (410) ausgegebenen Signals, eines Operationssignals betreffend ein vom zweiten Integrierer (420)ausgegebenen Signals und eines Proportionalitätskoeffizienten R sowie eines Operationssignals betreffend einen Proportionalitätskoeffizienten L und den Strom der einen Phase; – einer ersten Vergleichseinheit (440) zum Vergleichen des von der Operationseinheit (430) ausgegebenen Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten ersten Bezugswert; – einem dritten Integrierer (450) zum Integrieren des von der Operationseinheit (430) ausgegebenen Signals der einen Phase; – einer zweiten Vergleichseinheit (460) zum Vergleichen des vom dritten Integrierer ausgegebenen Signals der einen Phase mit einem vorbestimmten zweiten Bezugswert; und – einem Positionssignalrechner (470) zum Berechnen eines Positionssignals durch Ausführen einer Operation an den von der ersten und zweiten Vergleichseinheit (440; 460) ausgegebenen Signalen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vergleichseinheit (340, 440) einen ersten Komparator zum Vergleichen des von der Operationseinheit (330, 430) ausgegebenen Signals der einen Phase mit dem vorbestimmten ersten Bezugswert aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bezugswert das durch einen Pulldown-Widerstand eingestellte Nullpotenzial ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vergleichseinheit (360, 460) einen zweiten Komparator zum Vergleichen des vom Gleichrichter (350) bzw. vom dritten Integrierer (450) ausgegebenen Signals der einen Phase mit dem vorbestimmten zweiten Bezugswert aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bezugswert durch Spannungsteilung eingestellt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssignalrechner (370, 470) einen ersten Inverter zum Invertieren des vom ersten Komparator ausgegebenen Signals, ein erstes UND-Gatter zum Ausführen einer logischen UND-Operation am vom ersten Inverter ausgegebenen Signal und am vom zweiten Komparator ausgegebenen Signal, einen zweiten Inverter zum Invertieren des vom zweiten Komparator ausgegebenen Signals, ein zweites UND-Gatter zum Ausführen einer logischen UND-Operation am vom ersten Komparator ausgegebenen Signal und am vom zweiten Inverter ausgegebenen Signal sowie ein ODER-Gatter zum Ausführen einer logischen ODER-Operation der vom ersten und zweiten UND-Gatter ausgegebenen Signale aufweist.