DE112007003276T5

DE112007003276T5 - Bürstenlose Motoreinheit

Info

Publication number: DE112007003276T5
Application number: DE112007003276T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kawamura; Aya Kobe Nishikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2010-02-11
Also published as: KR101066749B1; WO2008114473A1; US20090302793A1; KR20090096515A; CN101611528A; CN101611528B; JPWO2008114473A1; US8350503B2; JP4772146B2

Abstract

N-phasige bürstenlose Motoreinheit (n ist eine positive ganze Zahl), umfassend:
einen an einem festen Ort angeordneten Stator,
einen Rotor, der sich dreht, wenn der Stator sequentiell gemäß einer Vielzahl von Erregungsmustern angeregt wird, wobei der Rotor eine vorgegebene Anzahl an Polen aufweist;
einen Magneten zur Magnetpollageerfassung, der an einer Fläche, die senkrecht zu einer Drehachse des Rotors ist, befestigt ist, wobei der Magnet eine Anzahl an Polen aufweist, die zwei Mal so hoch ist wie die des Rotors;
n-Haupt-Hall-Elemente, die gegenüber dem Magneten zur Magnetpollageerfassung zum Erfassen einer Magnetpollage des Rotors angeordnet sind;
n-Neben-Hall-Elemente, die gegenüber dem Magneten zur Magnetpollageerfassung auf eine solche Weise angeordnet sind, um einen vorgegebenen Versatz in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die Haupt-Hall-Elemente zum Erfassen der Magnetpollage des Rotors zu haben;
eine Hauptzähleinheit zum Zählen von „2” gemäß einer Veränderung eines Ausgabemusters der Haupt-Hall-Elemente;
eine Nebenzähleinheit zum...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine bürstenlose Motoreinheit, die mit Gleichstrom betrieben wird. Im Speziellen betrifft sie eine Technologie zum Verbessern der Auflösung der Erfassung der Drehlage eines Rotors.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmlicherweise wird eine bürstenlose Motoreinheit als Antriebsquelle zum Antreiben eines Aktuators zur Abgassteuerung, wie bei einem AGR-Ventil (Abgasrückführung, Exhaust Gas Recirculation), das für beispielsweise ein Fahrzeug und einen Turboaktuator mit VG (Variabler Geometrie) verwendet wird, angewendet. Die bürstenlose Motoreinheit ist mit zum Beispiel einem Stator, dessen Spaltanzahl „9” beträgt, einem Rotor, dessen Polzahl „8” beträgt, einem Magnet zur Magnetpollageerfassung, dessen Polzahl „8” beträgt, welches die gleiche Anzahl wie die des Rotors ist und drei Hall-ICs (Integrierte Schaltungen (IC), in welche jeweils ein Hall-Element aufgenommen ist) zum Erfassen der Drehlage des Rotors durch Erfassen der Magnetisierung des Magneten zur Magnetpollageerfassung versehen. Solch eine bürstenlose Motoreinheit, bei der die Anzahl an Polen des Rotors gleich der des Magneten zur Magnetpollageerfassung ist und die drei Hall-ICs umfasst, wird in dieser Beschreibung mit „einfachgenauer bürstenloser Motoreinheit” bezeichnet.
In den letzten Jahren wurde eine bürstenlose Motoreinheit mit einem Magneten zur Magnetpollageerfassung, dessen Polanzahl bis auf „16” erhöht wurde, was dem zweifachen der herkömmlichen Polzahl entspricht, um die Erfassungsauflösung der Drehlage des Rotors zu verbessern, entwickelt (beispielsweise wird auf Patentdokument 1 verwiesen). Solch eine bürstenlose Motoreinheit, bei der die Anzahl an Polen des Rotors zwei Mal so hoch ist, wie die des Magneten zur Magnetpollageerfassung und die drei Hall-ICs umfasst, wird in dieser Beschreibung als „doppeltgenaue bürstenlose Motoreinheit” bezeichnet. Diese doppeltgenaue bürstenlose Motoreinheit kann die Erfassungsauflösung der Drehlage des Rotors bis hin zu doppelt so hoch wie die der einfachgenauen bürstenlosen Motoreinheit verbessern.

[Patentbezug 1] JP 2002-252958 A

Obwohl im übrigen die doppeltgenaue bürstenlose Motoreinheit, die durch den oben erwähnten Patentbezug 1 offenbart ist, die Drehlage des Rotors mit einer festgelegten Auflösung erfassen kann, besteht das Verlangen zur Entwicklung einer bürstenlosen Motoreinheit, die die Drehlage eines Rotors mit einer genaueren Auflösung, für zum Beispiel einen Aktuator zur Abgassteuerung usw., erfassen kann.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnte Forderung zu erfüllen und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bürstenlose Motoreinheit zur Verfügung zu stellen, die die Erfassungsauflösung der Drehlage eines Rotors verbessern. kann.
Offenbarung der Erfindung
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, weist eine bürstenlose Motoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung einen Stator, der an einer festen Position angeordnet ist, einen Rotor, der dreht, wenn der Stator sequentiell gemäß einer Vielzahl von Erregungsschemata angeregt wurde, wobei der Rotor eine vorgegebene Anzahl an Polen aufweist, einen Magnet zur Magnetpollageerfassung, der an einer Fläche, die lotrecht zu einer Drehachse des Rotors ist, angeordnet ist, wobei der Magnet eine Anzahl an Polen aufweist, die zwei Mal so hoch ist, wie die des Rotors, n-Haupt-Hall-Elemente, die gegenüber dem Magneten zur Magnetpollageerfassung angeordnet sind, zum Erfassen einer Magnetpollage des Rotors, n-Neben-Hall-Elemente, die gegenüber dem Magneten zur Magnetpollageerfassung auf eine solche Weise angeordnet sind, um eine vorgegebene Abweichung in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die Haupt-Hall-Elemente zum Erfassen der Magnetpollage des Rotors aufzuweisen, eine Hauptzähleinheit zum Zählen von „2” gemäß einer Veränderung eines Ausgabeschemas der Haupt-Hall-Elemente, eine Nebenzähleinheit zum Zählen von „1” in einem Fall, in dem das Ausgabeschema der Haupt-Hall-Elemente das Gleiche ist, wie ein Ausgabeschema der Neben-Hall-Elemente zu einem vorgegebenen Zeitpunkt und eine Steuereinheit zum Steuern einer Drehung des Rotors gemäß dem von der Hauptzähleinheit gezählten Betrag und dem der von der Nebenzähleinheit gezählten Betrag.
Die n-phasige bürstenlose Motoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, dass sie den Magnet zur Magnetpollageerfassung, dessen Anzahl an Polen zwei Mal so hoch ist wie die des Rotors, umfasst und ferner die n-Neben-Hall-Elemente zusätzlich zu den n-Haupt-Hall-Elementen, um die Magnetpollage zu erfassen, umfasst. Daher kann die bürstenlose Motoreinheit die Auflösung der Drehlageerfassung des Rotors auf zwei Mal die von einer herkömmlichen doppeltgenauen bürstenlosen Motoreinheit erhöhen. Als ein Ergebnis, da die bürstenlose Motoreinheit als eine vierfach genaue bürstenlose Motoreinheit ausgeführt werden kann, kann die Auflösung der Drehlageerfassung des Rotors verglichen mit der herkömmlichen bürstenlosen Motoreinheit weiter verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht, welche entlang einer Achse gemacht wurde, die den Aufbau eines AGR-Ventils, in dem eine bürstenlose Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angewendet wird, zeigt;
2 ist eine Ansicht, die eine Ventilhebebetrag-zu-Hall-IC-Zählbetragskennlinie der bürstenlosen Motoreinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Draufsicht der bürstenlosen Motoreinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, wenn von einer Motorwellenendfläche der bürstenlosen Motoreinheit betrachtet;
4 ist eine Ansicht, die eine Beispielanordnung von Hall-ICs in sowohl einer herkömmlichen einfachgenauen bürstenlosen Motoreinheit mit einem Rotor 12 mit zwölf Polen als auch in einer herkömmlichen doppeltgenauen Motoreinheit aufweisend einen Rotor 12 mit zwölf Polen zeigt;
5 ist eine Ansicht, die eine Beispielanordnung von Hall-ICs in der vierfachgenauen bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Motorantriebsschaltkreises zur Verwendung in der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einer Leistungsbeaufschlagungsrichtung, einem elektrischen Winkel, einem mechanischen Winkel und Hall-IC-Ausgängen zeigt, wobei die Beziehung zum Betreiben einer herkömmlichen bürstenlosen Motoreinheit festgelegt wird;
8 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Leistungsbeaufschlagungsrichtung, dem elektrischen Winkel, dem mechanischen Winkel, und den Hall-IC-Ausgängen zeigt, wobei die Beziehung zum Betätigen der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung festgelegt wurde;
9 ist eine Ansicht (erste Hälfte), die eine Leistungsbeaufschlagungssequenz zu einem Zeitpunkt, wenn sich ein Rotor in einer Öffnungsrichtung dreht und den Momentenpunkt des Rotors bei jeder Leistungsbeaufschlagung der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine Ansicht (zweite Hälfte), die die Leistungsbeaufschlagungssequenz zu dem Zeitpunkt wenn sich der Rotors in der Öffnungsrichtung dreht und den Momentenpunkt des Rotors bei jeder Leistungsbeaufschlagung in der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist eine Ansicht (erste Hälfte), die eine Leistungsbeaufschlagungssequenz zu einem Zeitpunkt, wenn der Rotor sich in einer Schließrichtung dreht und den Momentenpunkt des Rotors bei jeder Leistungsbeaufschlagung in der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine Ansicht (zweite Hälfte), die eine Leistungsbeaufschlagungssequenz zu dem Zeitpunkt, wenn sich der Rotor in der Schließrichtung dreht und den Momentenpunkt des Rotors bei jeder Leistungsbeaufschlagung in der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Ausgänge der Hall-ICs sich in der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung voneinander einzeln unterscheiden;
14 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durch Fokussierung auf einen Lagesteuervorgang zeigt;
15 ist ein Blockdiagramm, das den Lagesteuervorgang der in dem Flussdiagramm von 14 gezeigt ist, beschreibt;
16 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb zum Erwirken, dass sich der Rotor in der Öffnungsrichtung des Ventils in der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung dreht, zeigt;
17 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb zum Erwirken, dass sich der Rotor in der Schließrichtung des Ventils in der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung dreht, zeigt;
18 ist eine Ansicht einer bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, wenn von einer oberen Seite der bürstenlosen Motoreinheit betrachtet; und
19 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Leistungsbeaufschlagungsrichtung, dem elektrischen Winkel, dem mechanischen Winkel und den Hall-IC-Ausgängen zeigt, wobei die Beziehung zum Betrieb der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung festgelegt wurde.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
Im Folgenden werden, um diese Erfindung detaillierter zu beschreiben, die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist eine Schnittansicht, die in axialer Richtung gemacht wurde, die den Aufbau eines AGR-Ventils, in dem eine bürstenlose Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angewendet wird, zeigt. Dieses AGR-Ventil kann groberweise in eine bürstenlose Motoreinheit 1 und einen Ventilmechanismus 2 geteilt werden.
Die bürstenlose Motoreinheit 1 ist auf eine solche Weise aufgebaut, dass ein zylindrischer Rotor 12, der auf eine Motorwelle 12 geschraubt ist, in einen hohlen Abschnitt eines Stators 14, der an einem Gehäuse 13 befestigt ist, eingeführt wird und drehbar durch Lager 15 gestützt ist. Ferner ist ein Magnet zur Magnetpollageerfassung an dem Rotor 12 auf eine solche Weise fixiert, um eine Fläche auszubilden, die senkrecht zu der Achse des Rotors 12 ist.
Hall-ICs 18 (Hall-IC-Elemente) sind auf einer Schaltplatte 17 angeordnet. Jeder Hall-IC 18 ist aus einer integrierten Schaltung (IC), in welche ein Hall-Baustein integriert ist, aufgebaut. Die Schaltplatte 17 ist an dem Gehäuse 13 auf eine solche Weise befestigt, dass die Hall-ICs 18 gegenüber dem Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung angeordnet sind. Die Motorwelle 11, die in den Rotor 12 geschraubt ist, kann dazu gebracht werden, sich in ihrer axialen Richtung (in einer aufwärts oder abwärts gerichteten Richtung in 1) durch Drehung des Rotors 12 zu bewegen und ein Schraubengewinde ist sowohl an der Motorwelle 11 als auch an dem Rotor 12 auf eine solche Weise ausgebildet, dass der Versatzbetrag der Motorwelle 11 pro Umdrehung des Rotors 12 8 mm beträgt.
Eine Ventilwelle 22, an der das Ventil 21 befestigt ist, ist in dem Ventilmechanismus 2 angeordnet und die Achse des Ventilschafts 22 ist auf eine solche Weise angeordnet, um mit der Achse der Motorwelle 11 zu fluchten. Diese Ventilwelle 22 wird durch eine Rückstellfeder 23 in eine Richtung, in der das Ventil 21 geschlossen wird (im Folgenden als „Ventilschließrichtung” bezeichnet), um eine ausfallsichere Funktion zu realisieren, gedrückt. Die Ventilwelle 22 kann dazu gebracht werden, sich ihrer Achsrichtung (in eine Richtung, die durch einen Pfeil in der Figur dargestellt wird) mit ihrem Ende, das in Berührung mit der Motorwelle 11 steht, zu bewegen. Diese Ventilwelle 22 weist einen Hub von 10 mm auf und wenn das Ventil 21 geschlossen wird, wird die Ventilwelle 22 an einem Ort entsprechend 0 mm angeordnet, wohingegen die Ventilwelle 22, wenn das Ventil geöffnet ist, an einem Ort entsprechend 10 mm angeordnet wird.
2 zeigt eine Ventilhebebetrag-Hall-zu-IC-Zählbetrag-Kennlinie. Ein Ventilhebebetrag stellt den Versatzbetrag des Ventils 21 dar und ist proportional zu einem Hall-IC-Zählbetrag, der die Anzahl, in der das Ausgabemuster der Hall-ICs 18 verändert wurde, darstellt. Der Ventilhebebetrag wird so festgelegt, um 10 mm zu erreichen, welches einen maximalen Ventilhebetrag darstellt, wenn der Hall-IC-Zählbetrag 240 in einem Fall, in dem der Hall-IC-Zählbetrag auf 0, sofort nachdem die Motorwelle 11 in Berührung mit der Ventilwelle 22 tritt, eingestellt wird, erreicht, d. h. in einem Zustand, in dem der Ventilhebetrag 0 mm beträgt. Daher entspricht ein Inkrement des Hall-IC-Zählbetrags einem Anstieg von 0,0416 mm in dem Ventilhebebetrag.
3 ist eine Draufsicht auf die bürstenlose Motoreinheit 1, wenn von der Endfläche der Motorwelle der bürstenlosen Motoreinheit 1 betrachtet. Die Spaltanzahl des Stators 14 dieser bürstenlosen Motoreinheit 1 beträgt „9”, die Polanzahl des Rotors 12 beträgt „12” und die Polanzahl des Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung beträgt „24”. Der Magnet 16 zur Magnetpollageerfassung ist so aufgebaut, dass jedes Paar eines N-Pols und eines S-Pols einem Pol des Rotors 12 entspricht. In 3 entspricht jedes Paar eines N-Pols und eines S-Pols, die diagonal schraffiert sind, einem N-Pol des Rotors 12 und jedes Paar eines N-Pols und eines S-Pols, die nicht diagonal schraffiert sind, entspricht einem S-Pol des Rotors 12.
Die Hall-ICs 18, die gegenüber dem Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung angeordnet sind, umfassen sechs Hall-ICs, welche einen U-Hall-IC, einen V-Hall-IC, einen W-Hall-IC, einen Up-Hall-IC, einen Vp-Hall-Ic und einen Wp-Hall-IC, wie in 3 gezeigt, umfassen.
4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung von Hall-ICs in einer herkömmlichen einfachgenauen bürstenlosen Motoreinheit, die einen Rotor 12 mit 12 Polen verwendet und eine herkömmliche doppeltgenaue bürstenlose Motoreinheit, die einen Rotor 12 mit 12 Polen verwendet, zum Vergleich mit der bürstenlosen Motoreinheit gemäß dieser Ausführungsform 1 zeigt. Im Fall der einfachgenauen bürstenlosen Motoreinheit wird ein Magnet zur Magnetpollageerfassung mit 12 Polen und drei Hall-ICs verwendet. In diesem Fall ist ein U-Hall-IC, ein V-Hall-IC, und ein W-Hall-IC, die jeweils der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase entsprechen, in Intervallen mit gleichwinkligem Abstand (ein elektrischer Winkel von 120 Grad) in einem Paar von N-Pol und S-Pol (ein elektrischer Winkel von 360 Grad) angeordnet und drei Zustände treten in dem Zyklus von einem Paar von einem N-Pol und einem S-Pol (ein mechanischer Winkel von 60 Grad oder ein elektrischer Winkel von 360 Grad) auf.
Auf ähnliche Weise wird im Fall der doppeltgenauen bürstenlosen Motoreinheit ein Magnet zur Magnetpollageerfassung mit 24 Polen und drei Hall-ICs verwendet. In diesem Fall sind ein U-Hall-IC, ein V-Hall-IC und ein W-Hall-IC, die jeweils der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase entsprechen, in Intervallen mit gleichwinkligem Abstand (ein elektrischer Winkel von 120 Grad) in einem Paar von einem N-Pol und einem S-Pol (ein elektrischer Winkel von 360 Grad) angeordnet und drei Zustände treten im Zyklus von einem Paar von einem N-Pol und einem S-Pol (ein mechanischer Winkel von 30 Grad oder ein elekrischer Winkel von 360 Grad) auf. In sowohl diesem einfachgenauen als auch diesem doppeltgenauen Fall spielen die Hall-ICs die Rolle der Bürste eines Gleichstrommotors (DC-Motor).
5 ist eine Ansicht, die eine Beispielanordnung der Hall-ICs 18 in der vierfachgenauen bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. In diesem Fall werden sechs Hall-ICs verwendet. Der Up-Hall-IC, der Vp-Hall-IC und der Wp-Hall-IC (die im Folgenden zusammen als die „Neben-Hall-ICs 18b” bezeichnet werden) sind in Lagen angeordnet, die um ein vorgegebenes Offset (Versatz) zu den Lagen des U-Hall-IC, des V-Hall-IC und des W-Hall-IC (die im Folgenden zusammen als die „Haupt-Hall-ICs 18a” bezeichnet werden) versetzt sind, welche Hall-ICs jeweils die gleichen Lagen aufweisen wie die Hall-ICs, die in der doppeltgenauen bürstenlosen Motoreinheit, die in 4 gezeigt ist, angeordnet sind. Der Versatz beträgt ein Zwölftel des Winkels (ein mechanischer Winkel von 30 Grad oder ein elektrischer Winkel von 360 Grad) von einem Paar von einem N-Pol und einem S-Pol, die den Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung ausbilden und ist gleich einem mechanischen Winkel von 2,5 Grad (oder einem elektrischen Winkel von 15 Grad). Die Haupt-Hall-ICs 18a entsprechen Haupt-Hall-Elementen der vorliegenden Erfindung und die Neben-Hall-ICs 18b entsprechen Neben-Hall-Elementen der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines Motorantriebsschaltplans zur Benutzung in der bürstenlosen Motoreinheit 1 zeigt. Dieser Motorantriebsschaltkreis entspricht einer Steuereinheit der vorliegenden Erfindung und ist zum Beispiel in einer Steuereinheit (nicht gezeigt), die getrennt von der bürstenlosen Motoreinheit angeordnet ist, angeordnet. Der Motorantriebsschaltkreis weist eine Hall-IC-Schnittstelle 31, einen Microcomputer 32 (im Folgenden als „Mikrocomputer” abgekürzt), Hochsetz-FET-Antriebsschaltkreise (high side FETs; Hochsetz-Feldeffekttransistor) 31₁ bis 33₃ , Tiefsetz-FET-Antriebsschaltkreise (low side FET; Tiefsetzfeldeffekttransistor) 34₁ bis 34₃ , Hochsetz-FETs 35₁ bis 35₃ , Tiefsetz-FETs 36₁ bis 36₃ , eine erste Überstromerfassungseinheit 37, eine zweite Überstromerfassungseinheit 38, und einen Latch-Schaltkreis (Sperrschaltkreis) 39 auf.
Die Hall-IC-Schnittstelle 31 empfängt ein an dorthin gesendetes Signal über einen Hall-IC-Anschluss (U), von dem U-Hall-IC, der die Haupt-Hall-ICs 18a ausbildet, ein Signal, das an die Schnittstelle gesendet wird über einen Hall-IC-Anschluss (V), von dem V-Hall-IC, der die Haupt-Hall-ICs 18a ausbildet und ein an die Schnittstelle gesendetes Signal über einen Hall-IC-Anschluss (W) von dem W-Hall-IC, der die Haupt-Hall-ICs 18a ausbildet und ein an die Schnittstelle gesendetes Signal über einen Hall-IC-Anschluss (Up) von dem Up-Hall-IC, der die Neben-Hall-ICs 18b ausbildet, ein an die Schnittstelle gesendetes Signal über einen Hall-IC-Anschlss (Vp) von dem Vp-Hall-IC, der die Neben-Hall-ICs 18b ausbildet und ein an die Schnittstelle gesendetes Signal von einem Hall-IC-Anschluss (Wp) von dem Wp-Hall-IC, der die Neben-Hall-ICs 18b ausbildet und nachdem eine vorgegebene Verstärkung und so weiter an diesen Signal durchgeführt wurde, werden diese von der Hall-IC-Schnittstelle 31 an den Microcomputer 32 gesendet.
Der Microcomputer 32 entspricht einer Hauptzähleinheit, einer Nebenzähleinheit und einer Steuereinheit der vorliegenden Erfindung und erzeugt Motorsteuersignale auf Basis der Signale, die von der Hall-IC-Schnittstelle 31 ausgesendet werden und schickt die Motorsteuersignale an die Hochsets-FET-Antriebsschaltkreise 31₁ bis 33₃ und die Tiefsetz-FET-Antriebsschaltkreise 34₁ bis 34₃ über seine PWM (Pulsweitenmodulation)-Ausgabeanschlüsse. Der Microcomputer 32 hält auch die Erzeugung der Motorsteuersignale, wenn er ein Antriebsstopsignal von dem Latch-Schaltkreis 39 empfängt, an.
Wenn kein Antriebsstopsignal dorthin von dem Latch-Schaltkreis 39 gesendet wird, senden die Hochsetz-FET-Antriebsschaltkreise 33₁ bis 33₃ Antriebssignale auf Basis der Motorsteuersignale, die dorthin von dem Microcomputer 32 gesendet werden und schickt die Antriebssignale jeweils an die Gates (Steueranschlüsse) der Hochsets-FETs 35₁ bis 35₃ . Die Hochsetz-FETs 35₁ bis 35₃ werden gemäß den Antriebssignalen, die dorthin von den Hochsetz-FET-Antriebsschaltkreisen 33₁ bis 33₃ zu jeweils vorgegebenen Zeitpunkten gesendet werden, angeschaltet, um dorthin einen Strom von einer Leistungsquelle über einen Widerstand R1 der ersten Überstromerfassungseinheit 37 an eine Wicklung des Stators 14 über einen Motoranschluss (U), einen Motoranschluss (V) oder einen Motoranschluss (W) zu schicken.
Wenn dorthin kein Antriebsstopsignal durch den Latch-Schaltkreis 39 gesendet wird, erzeugen die Tiefsetz-FET-Antriebsschaltkreise 34₁ bis 34₃ Antriebssignale auf Basis der Motorsteuersignale, die von dem Microcomputer 32 gesendet wurden, und schickt die Antriebssignale jeweils an die Gates der Tiefsets-FETs 36₁ bis 36₃ . Die Tiefsetz-FETs 36₁ bis 36₃ werden gemäß den Antriebssignalen, die dorthin gesendet werden von den Tiefsetz-FET-Antriebsschaltkreisen 34₁ bis 34₃ zu jeweils vorgegebenen Zeitpunkten angeschaltet, um einen dorthin, von einer Wicklung des Stators 14 über den Motoranschluss (U), den Motoranschluss (V) oder den Motoranschluss (W) geschickten Strom dazu zu bringen, in die Erde über einen Widerstand R2 der zweiten Überstromerfassungseinheit 38 zu fließen.
Die erste Überstromerfassungseinheit 37 weist den Widerstand R1 und einen Operationsverstärker AMP1 zum Erfassen der Spannung über dem Widerstand R1 auf und erzeugt, wenn erfasst wird, dass der Strom von die Leistungsquelle über die Hochsets-FETs 35₁ bis 35₃ in eine Wicklung des Stators 14, die einen vorgegebenen Stromwert oder mehr aufweist, fließt, ein Überstromsignal das Überstrom anzeigt, und schickt dieses Überstromsignal an den Latch-Schaltkreis 39. Der zweite Überstromerfassungsschaltkreis 39 umfasst den Widerstand R2 und einen Operationsverstärker AMP2 zum Erfassen der Spannung über diesem Widerstand R2 und zum Senden eines Überstromsignals, das einen Überstrom in dem Latch-Schaltkreis 39 anzeigt, wenn erfasst wird, dass der Strom, der von einer Wicklung des Stators 14 über die Tiefsetz-FETs 36₁ bis 36₃ in die Erde fließt, einen vorgegebenen Stromwert oder mehr aufweist.
Der Latch-Schaltkreis 39 riegelt das Überstromsignal, das dorthin von dem ersten Überstromerfassungsschaltkreis 37 gesendet wird und das Überstromsignal, das dorthin von dem zweiten Stromerfassungsschaltkreis 38 gesendet wird, ab, und schickt beide an die Hochsetz-FET-Antriebsschaltkreise 33₁ bis 33₃ und die Tiefsetz-FET-Antriebsschaltkreise 34₁ bis 34₃ als das Antriebsstopsignal und schickt auch jedes von diesen an den Microcomputer 32. Als ein Ergebnis wird die Erzeugung von Antriebssignalen durch die Hochsetz-FET-Antriebsschaltkreise 33₁ bis 33₃ und die Tiefsetz-FET-Antriebsschaltkreise 34₁ bis 34₃ angehalten und die Erzeugung der Motorsteuersignale durch den Microcomputer 32 wird angehalten.
In dem oben beschriebenen Motorantriebsschaltkreis werden, wenn die Leitungsbeaufschlagungsrichtung V → U ist, der Hochsetz-FET 35₂ und der Tiefsetz-FET 36₁ eingeschaltet. Als Ergebnis fließt der Strom durch den folgenden Pfad: Die Leistungsquelle → die erste Überstromerfassungseinheit 37 → der Hochsetz-FET 35₂ → der Motoranschluss (V) → die Wicklungen des Stators 14 → der Motoranschluss (U) → der Tiefsetz-FET 36₁ → der zweite Überstromerfassungsschaltkreis 38 → Erdung und die Wicklungen des Stators 14 werden angeregt. Wenn die Leitungsbeaufschlagungsrichtung W → U ist, wird der Hochsetz-FET 35₃ und der Tiefsetz-FET 36₁ angeschaltet. Als ein Ergebnis fließt der Strom durch den folgenden Pfad: Die Leistungsquelle → der erste Überstromerfassungsschaltkreis 37 → der Hochsetz-FET 35₃ → der Motoranschluss (W) → die Wicklungen des Stators 14 → der Motoranschluss (U) → der Tiefsetz-FET 36₁ → der zweite Überstromerfassungsschaltkreis 38 → Erdung und die Spulen des Stators 14 werden angeregt.
Wenn die Leistungsbeaufschlagungsrichtung W → V beträgt, werden der Hochsetz-FET 35₃ und der Tiefsetz-FET 36₂ angeschaltet. Als ein Ergebnis fließt der Strom durch den folgenden Pfad: Die Leistungsquelle → der erste Überstromerfassungsschaltkreis 37 → der Hochsetz-FET 35₃ → der Motoranschluss (W) → die Wicklungen des Stators 14 → der Motoranschluss (V) → der Tiefsetz-FET 36₂ → der zweite Überstromerfassungsschaltkreis 38 → Erdung und die Wicklungen des Stators 14 werden angeregt. Wenn die Leistungsbeaufschlagungsrichtung U → V beträgt, werden der Hochsetz-FET 35₁ und der Tiefsetz-FET 36₂ angeschaltet. Als ein Ergebnis fließt der Strom durch den folgenden Pfad: Die Leistungsquelle → der erste Überstromerfassungsschaltkreis 37 → der Hochsetz-FET 35₁ → der Motoranschluss (U) → die Wicklungen des Stators 14 → der Motoranschluss (V) → der Tiefsetz-FET 36₂ → der zweite Überstromerfassungsschaltkreis 38 → Erdung und die Wicklungen des Stators 14 werden angeregt.
Wenn die Leistungsbeaufschlagungsrichtung U → W beträgt, werden der Hochsetz-FET 35₁ und der Tiefsetz-FET 36₃ angeschaltet. Als ein Ergebnis fließt der Strom durch den folgenden Pfad: Die Leistungsquelle → der erste Überstromerfassungsschaltkreis 37 → der Hochsetz-FET 35₁ → der Motoranschluss (U) → die Wicklungen des Stators 14 → der Motoranschluss (W) → der Tiefsetz-FET 36₃ → der zweite Überstromerfassungsschaltkreis 38 → Erdung und die Wicklung des Stators 14 wird angeregt. Wenn die Leistungsbeaufschlagungsrichtung V → W beträgt, werden der Hochsetz-FET 35₂ und der Tiefsetz-FET 36₃ angeschaltet. Als ein Ergebnis fließt der Strom durch den folgenden Pfad: Die Leistungsquelle der erste Überstromerfassungsschaltkreis 37 → der Hochsetz-FET 35₂ → der Motoranschluss (V) → die Wicklung des Stators 14 → der Motoranschluss (W) → der Tiefsetz-FET 36₃ → der zweite Überstromerfassungsschaltkreis 38 → Erdung und die Wicklungen des Stators 14 werden erregt.
7 ist eine Ansicht zum Erklären eines Zusammenhangs zwischen der Leistungsbeaufschlagungsrichtung, dem elektrischen Winkel, dem mechanischen Winkel und den Ausgängen der Hall-ICs, wenn eine herkömmlich einfachgenaue bürstenlose Motoreinheit unter normalen Bedingungen betrieben wird und eines Zusammenhangs zwischen der Leistungsbeaufschlagungsrichtung, dem elektrischen Winkel, dem mechanischen Winkel und den Ausgängen der Hall-ICs, wenn eine herkömmliche doppeltgenaue bürstenlose Motoreinheit unter normalen Bedingungen betrieben wird, um einen Vergleich zu der bürstenlosen Motoreinheit gemäß dieser Ausführungsform 1 zu machen.
7(a) ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Leistungsbeaufschlagungsrichtung, dem elektrischen Winkel, dem mechanischen Winkel und den Ausgängen der Hall-ICs, wenn eine herkömmliche einfachgenaue bürstenlose Motoreinheit, umfassend einen Magneten zur Magnetpollageerfassung mit 12 Polen unter normalen Bedingungen betrieben wird. Wenn erwirkt wird, dass ein Rotor 12 in einer Richtung zum Öffnen eines Ventils 21 (Öffnungsrichtung) rotiert, wird die Leistungsbeaufschlagung für jede der Spulen der U-, V- und W-Phasen eines Stators 14 in der Reihenfolge V → U, W →U, W → V, U → V, U → W und V → W wiederholt. Im Gegenzug, wenn erwirkt wird, dass der Rotor 12 in einer Richtung zum Schließen des Ventils 21 gedreht wird (Schließrichtung), wird die Leistungsbeaufschlagung für jede der Spulen der U-, V- und W-Phasen des Stators in der Reihenfolge W → V, W → U, V → U, V → W, U → W, und U → V wiederholt. Diese Leistungsbeaufschlagungsmuster werden als „reguläre Leistungsbeaufschlagungsmuster” bezeichnet und Erregungsmuster zum Erregen des Stators 14 gemäß diesen regulären Erregungsmustern werden als die „regulären Erregungsmuster” bezeichnet.
7(b) ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Leistungsbeaufschlagungsrichtung, dem elektrischen Winkel, dem mechanischen Winkel und den Ausgängen der Hall-ICs zeigt, wenn eine herkömmliche doppeltgenaue bürstenlose Motoreinheit umfassend einen Magneten zur Magnetpollageerfassung mit 24 Polen unter normalen Bedingungen betrieben wird. In dem Fall, in dem der Magnet zur Magnetpollageerfassung 24 Pole aufweist, haben die Hall-ICs zwei Typen von Ausgabemustern in Bezug auf jede Leistungsbeaufschlagungsrichtung. Daher geben die Hall-ICs das gleiche Ausgabemuster in einem Bereich A an, in dem sich die Leistungsbeaufschlagungsrichtung in der Öffnungsrichtung in der Reihenfolge von V → U, W → U und W → V (die Leistungsbeaufschlagungsrichtung in der Schließrichtung verändert sich in der Reihenfolge von V → W, U → W und U → V) verändert und für einen Bereich B, in dem sich die Leistungsbeaufschlagungsrichtung in der Öffnungsrichtung in der Reihenfolge von U → V, U → W, und V → W (die Leistungsbeaufschlagungsrichtung in der Schließrichtung verändert sich in der Reihenfolge von W → V, W → U und V → U) verändert.
8 ist eine Ansicht zum Erklären einer Beziehung zwischen der Leistungsbeaufschlagungsrichtung, dem elektrischen Winkel, dem mechanischen Winkel und den Ausgängen der Hall-ICs, wenn die vierfachgenaue bürstenlose Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung umfassend den Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung mit 24 Polen unter normalen Bedingungen betrieben wird. In dem Fall, in dem der Magnet zur Magnetpollageerfassung 24 Pole aufweist, haben die Hall-ICs 18 vier Typen von Ausgabemuster in Bezug auf die Leistungsbeaufschlagungsrichtung. Daher ergeben die Hall-ICs 18 das gleiche Ausgabemuster für den Bereich A, in dem sich die Leistungsbeaufschlagungsrichtung in der Öffnungsrichtung in der Reihenfolge von V → W, W → U und W → V (die Leistungsbeaufschlagungsrichtung in der Schließrichtung verändert sich in der Reihenfolge von V → W, U → W und U → V) verändert und für den Bereich B, in dem sich die Leistungsbeaufschlagungsrichtung in der Öffnungsrichtung in der Reihenfolge von U → V, U → W und V → W (die Leistungsbeaufschlagungsrichtung in der Schließrichtung verändert sich in der Reihenfolge von W → V, W → U und V → U) verändert.
9 und 10 sind Ansichten, die die Reihenfolge der Leistungsbeaufschlagung und den Momentenpunkt des Rotors 12 bei jeder Leistungsbeaufschlagung in dem Fall, in dem die bürstenlose Motoreinheit erwirkt, dass sich der Motor 12 in der Richtung des Öffnens des Ventils gemäß den regulären Leistungsbeaufschlagungsmustern dreht, zeigen. Im Speziellen, um zu erwirken, dass sich der Rotor 12 winklig in Ventilöffnungsrichtung dreht, muss die bürstenlose Motoreinheit zwischen den Leistungsbeaufschlagungsmustern in der Reihenfolge von ansteigenden Motorleistungsbeaufschlagungszahlen (1) bis (24), welche jeweils durch eine Zahl in einer Klammer in der Figur gezeigt wird, wechseln.
11 und 12 sind Ansichten, die die Reihenfolge der Leistungsbeaufschlagung und den Momentenpunkt des Rotors bei jeder Leistungsbeaufschlagung in dem Fall, in dem die bürstenlose Motoreinheit erwirkt, dass sich der Motor in der Richtung des Schließens des Ventils gemäß den regulären Leistungsbeaufschlagungsmustern dreht, zeigen. Im Speziellen, um zu erwirken, dass sich der Rotor 12 winklig in der Ventilschließrichtung bewegt, muss die bürstenlose Motoreinheit zwischen den Leistungsbeaufschlagungsmustern in der Reihenfolge absteigender Motorleistungsbeaufschlagungszahlen (24) bis (1), die jeweils durch die in Klammern stehende Zahl in der Figur gezeigt wird, wechseln.
13 ist eine Ansicht, die einen Zustand, in dem sich die logischen Werte, der von den Hall-ICs 18 (der Haupt-Hall-ICs 18a und der Neben-Hall-ICs 18b) ausgegebenen Signale, einzeln verändern während der Magnet zur Magnetpollageerfassung sich gemeinsam mit dem Rotor 12 dreht. Während jeder der Hall-ICs 18 einem magnetischen Pol (einem N-Pol oder einem S-Pol) des Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung entspricht, in anderen Worten, jedes Mal, wenn jeder der Hall-ICs 18 sich winklig durch einen mechanischen Winkel von 15 Grad bewegt, gibt jeder der Hall-ICs 18 abwechselnd ein Signal mit einem hohen Level (H-Level) und ein Signal mit einem niedrigen Level (L-Level) aus.
Ferner geben der U-Hall-IC, der V-Hall-IC und der W-Hall-IC, die die Haupt-Hall-ICs 18a ausbilden, Signale aus, deren Phasen zueinander durch einen mechanischen Winkel von 5 Grad versetzt sind. Ähnlich geben der Up-Hall-IC, der Vp-Hall-IC und der Wp-Hall-IC, die die Neben-Hall-ICs 18b ausbilden, Signale aus, deren Phasen zueinander durch einen mechanischen Winkel von 5 Grad versetzt sind. Ferner sind die Phasen der Signale, die von dem Up-Hall-IC, dem Vp-Hall-IC und dem Wp-Hall-IC, die den Neben-Hall-ICs 18b ausbilden, ausgebildet werden, jeweils zu den von dem U-Hall-IC, dem V-Hall-IC und dem W-Hall-IC, die die Haupt-Hall-ICs 18a ausbilden, durch ein Zählzeitintervall (d. h. einen mechanischen Winkel von 2,5 Grad) versetzt. Daher haben die von den Haupt-Hall-ICs 18a ausgegebenen Signale jeweils die gleichen Phasen, wie die von den Neben-Hall-ICs 18b ausgegebenen Signale bei jedem Zählzeitintervall.
Als nächstes wird der Betrieb der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, die wie oben erwähnt aufgebaut ist, erklärt.
14 stellt ein Flussdiagramm dar, das den Betrieb dieser bürstenlosen Motoreinheit durch Fokussierung auf ihren Lageregelvorgang zeigt. Dieser Lageregelvorgang wird durch den Microcomputer 32 des Motorantriebsschaltkreises, der in 6 gezeigt ist, durchgeführt. Wenn dieser Lageregelvorgang durch Funktionsblöcke ausgedrückt wird, kann der Lageregelvorgang in eine Hauptzähleinheit 41 und eine Nebenzähleinheit 42 unterteilt werden.
Der Betrieb der Hauptzähleinheit 41 wird zunächst erklärt. Diese Hauptzähleinheit 41 wird gestartet, wenn eine ansteigende Flanke oder eine fallende Flanke von entweder dem U-Hall-IC, dem V-Hall-IC, oder dem W-Hall-IC, welche die Haupt-Hall-ICs 18a ausbilden, erfasst wird. Wenn die Hauptzähleinheit 41 gestartet wird, wird das Einlesen der Signale von den Haupt-Hall-ICs durchgeführt (Schritt ST11). Konkreterweise liest der Microcomputer 32, die von dem U-Hall-IC, dem V-Hall-IC und dem W-Hall-IC, welche die Haupt-Hall-ICs 18a ausbilden, ausgegebenen Signale über die Hall-IC-Schnittstelle 31 aus.
Die Phasen der Haupt-Hall-ICs werden dann erfasst (Schritt ST12). Im Speziellen erfasst der Microcomputer 32 das Ausgabemuster der Haupt-Hall-ICs durch die in Schritt ST11 eingelesenen Signale. Zum Beispiel erhält der Microcomputer das Muster, welches „UVW = HLH” während einem in 13 gezeigten Zählzeitintervall T1 darstellt.
Eine tatsächliche Lage wird dann berechnet (Schritt ST13). Im Speziellen wird die tatsächliche Lage des Rotors 12 berechnet. Die Berechnung dieser tatsächlichen Lage kann durch Verwendung des gleichen Verfahrens wie dem, das zur Berechnung einer tatsächlichen Lage bei einer herkömmlichen doppeltgenauen bürstenlosen Motoreinheit verwendet wird, verwendet werden, daher werden die Details der Berechnung im Folgenden ausgelassen. In diesem Fall wird die in diesem Schritt ST13 berechnete tatsächliche Lage als „A” ausgedrückt. Anschließend zweigt der Microcomputer die Abfolge zum Schritt ST23 der Nebenzähleinheit 42 ab.
Als nächstes wird der Betrieb der Nebenzähleinheit 42 erklärt. Diese Nebenzähleinheit 42 wird als Antwort auf ein Unterbrechungssignal, das von einem nicht gezeigten Zählgeber in Intervallen von 4 ms gesendet wird, gestartet. Wenn die Nebenzähleinheit 42 gestartet wurde, werden zunächst die Signale der Neben-Hall-ICs eingelesen (Schritt ST21). Konkreterweise liest der Microcomputer 32 die von dem Up-Hall-IC, dem Vp-Hall-IC und dem Wp-Hall-IC, die die Neben-Hall-ICs 18b ausbilden, ausgegebenen Signale über die Hall-IC-Schnittstelle 31 ein.
Die Phasen der Neben-Hall-ICs werden dann erfasst (Schritt ST22). Im Speziellen erfasst der Microcomputer 32 das Ausgabemuster der Neben-Hall-ICs von den im Schritt ST21 eingelesen Signalen. Zum Beispiel erhält der Microcomputer das Ausgabemuster, welches „UVW = HLH” ist, während einer Zählzeitdauer T2, die in 13 gezeigt ist.
Die bürstenlose Motoreinheit ermittelt dann, ob die Phasen der Haupt-Hall-ICs jeweils die gleichen sind wie die der Neben-Hall-ICs (Schritt ST23). Im Speziellen, ermittelt der Microcomputer 32, ob das Ausgabemuster der Haupt-Hall-ICs 18a, das im Schritt ST12 der Hauptzähleinheit 41 ermittelt wurde, das Gleiche ist wie das Ausgabemuster, das im Schritt ST22 ermittelt wurde. Wenn in diesem Schritt ST23 geurteilt wird, dass die Phasen der Haupt-Hall-ICs jeweils nicht die Gleichen sind wie die der Neben-Hall-ICs, verdoppelt der Microcomputer die tatsächliche im Schritt ST13 berechnete Lage der Hauptzähleinheit 41 (Schritt ST24). Im Speziellen zählt der Microcomputer 32 „2” und setzt die tatsächliche Lage auf „2A”.
Anschließend lässt der Microcomputer die Sequenz im Schritt ST26 fortfahren.
Wenn in dem oben erwähnten Schritt ST23 geurteilt wird, dass die Phasen der Haupt-Hall-ICs jeweils die Gleichen sind wie die der Neben-Hall-ICs, addiert der Microcomputer, nach dem Verdoppeln der tatsächlichen Lage (Schritt ST25), „1” zu der tatsächlichen im Schritt ST13 berechneten Lage der Hauptzähleinheit 41. Im Speziellen zählt der Microcomputer „1” und setzt die aktuelle Lage auf „2A + 1”. Anschließend lässt der Microcomputer die Sequenz im Schritt ST26 fortfahren.
Im Schritt ST26 führt die bürstenlose Motoreinheit eine Regelung durch, um zu erwirken, dass sich der Rotor hin zu einer Ziellage, die durch einen spezifischen Wert, der in einem nicht gezeigten, angestrebten Wertbefehl beinhaltet ist, spezifiziert wird, wie in einer herkömmlichen doppeltgenauen bürstenlosen Motoreinheit, dreht, daher werden die Details dieser Regelung im Folgenden ausgelassen. In diesem Fall ist der spezifische Wert ein Wert, der vier Mal so groß ist, wie der zur Nutzung in einer einfachgenauen bürstenlosen Motoreinheit. Anschließend beendet die bürstenlose Motoreinheit den Phasenregelungsvorgang.
Zur Bezugnahme zeigt 15 den im Flussdiagramm 14 gezeigten Vorgang in Form eines Blockdiagramms.
16 stellt ein Ablaufdiagramm dar, das eine Beziehung zwischen der Leistungsbeaufschlagungsrichtung und den von den Hall-ICs 18 ausgegebenen Signalen zu dem Zeitpunkt, zu dem erwirkt wird, dass sich der Rotor 12 in der Richtung zum Öffnen des Ventils 21 dreht, zeigt. Auf der Basis, der von den Haupt-Hall-ICs 18a und den Neben-Hall-ICs 18b gesendeten Signalen, schaltet der Microcomputer 32 den Hochsetz-FET 35₁ (den Hochsetz-FET U), den Hochsetz-FET 35₂ (den Hochsetz-FET V), den Hochsetz-FET 35₃ (den Hochsetz-FET W), den Tiefsetz-FET 36₁ (den Tiefsetz-FET U), den Tiefsetz-FET 36₂ (den Tiefsetz-FET V) und den Tiefsetz-FET 36₃ (den Tiefsetz-FET W) in Reihenfolge der gezeigten Zeiten in ansteigender Reihenfolge der Motorleistungsbeaufschlagungszahl an und aus, um zu erwirken, dass sich der Rotor 12 in der Ventilöffnungsrichtung dreht.
17 stellt ein Ablaufdiagramm dar, das eine Beziehung zwischen der Leistungsbeaufschlagungsrichtung und den von den Hall-ICs 18 ausgegebenen Signalen zu zum Zeitpunkt, zu dem erwirkt wird, dass sich der Rotor 12 in der Richtung zum Schließens des Ventils 21 dreht, zeigt. Auf der Basis der von den Haupt-Hall-ICs 18a und den Neben-Hall-ICs 18b gesendeten Signalen, schaltet der Microcomputer 32 den Hochsetz-FET 35₁ ((den Hochsetz-FET U), den Hochsetz-FET 35₂ (den Hochsetz-FET V), den Hochsetz-FET 35₃ (den Hochsetz-FET W), den Tiefsetz-FET 36₁ (den Tiefsetz-FET U), den Tiefsetz-FET 36₂ (den Tiefsetz-FET V) und den Tiefsetz-FET 36₃ (den Tiefsetz-FET W) in Reihenfolge der gezeigten Zeiten in abnehmender Reihenfolge der Motorleistungsbeaufschlagungszahl an und aus, um zu erwirken, dass sich der Rotor 12 in der Ventilschließrichtung dreht.
Wie vorher erklärt, ist die bürstenlose Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eine dreiphasige bürstenlose Motoreinheit, umfassend einen Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung, dessen Anzahl an Polen 24 beträgt, welches doppelt so viel ist wie die Anzahl der Pole des Rotors 12, und umfasst ferner drei Neben-Hall-ICs 18b zusätzlich zu den drei Haupt-Hall-ICs 18a, um die Magnetpollage zu erfassen. Daher kann die bürstenlose Motoreinheit die Auflösung der Erfassung der Drehlage des Rotors 12 auf zwei Mal die Höhe von der einer herkömmlichen doppeltgenauen bürstenlosen Motoreinheit erhöhen. Als ein Ergebnis, da die bürstenlose Motoreinheit gemäß dieser Ausführungsform als vierfach genaue bürstenlose Motoreinheit ausgeführt werden kann, kann die Auflösung der Erfassung der Drehlage des Rotors verglichen mit der der herkömmlichen doppeltgenauen bürstenlosen Motoreinheit weiter verbessert werden.
Ausführungsform 2
Eine bürstenlose Motoreinheit gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird als eine doppeltgenaue bürstenlose Motoreinheit ausgebildet, die als Haupt-Hall-ICs drei Hall-ICs umfasst, die die gleichen, wie die die in einer herkömmlichen einfachgenauen bürstenlosen Motoreinheit vorgesehen sind, darstellen und umfasst zusätzlich drei Neben-Hall-ICs und führt dieselbe Steuerung wie die, der oben erwähnten bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 durch.
18 ist eine Ansicht der bürstenlosen Motoreinheit 1, wenn von einer oberen Fläche der bürstenlosen Motoreinheit 1 betrachtet. Die Spaltanzahl eines Stators 14 dieser bürstenlosen Motoreinheit 1 beträgt „9”, die Polanzahl eines Rotors 12 beträgt „12” und die Polanzahl eines Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung beträgt „12”. Der Magnet 16 zur Magnetpollageerfassung ist auf eine solche Weise aufgebaut, dass jeder seiner Pole jedem der Pole des Rotors 12 entspricht.
Die Hall-ICs 18, die gegenüber dem Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung angeordnet sind, umfassen sechs Hall-ICs, umfassend einen U-Hall-IC, einen V-Hall-IC, einen W-Hall-IC, eine Up-Hall-IC, einen Vp-Hall-IC und einen Wp-Hall-IC. In diesem Fall sind der Up-Hall-IC, der Vp-Hall-IC und der Wp-Hall-IC (gemeinsam im Folgenden als „Neben-Hall-ICs 18b” bezeichnet) an Lagen angeordnet, die jeweils zu den Lagen des U-Hall-ICs, des V-Hall-ICs und des W-Hall-ICs (gemeinsam von hier an als „Haupt-Hall-ICs 18a” bezeichnet) durch eine vorgegebene Verschiebung (Offset) versetzt sind. Diese Verschiebung ist ein Zwölftel des Winkels von jedem Paar eines N-Pols und eines S-Pols, der den Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung (ein mechanischer Winkel von 60 Grad, ein elektrischer Winkel von 360 Grad) ausbildet und ist gleich einem mechanischen Winkel von 5 Grad (ein elektrischer Winkel von 30 Grad). Die Haupt-Hall-ICs 18a entsprechen den Haupt-Hall-Elementen der vorliegenden Erfindung und die Neben-Hall-ICs 18b entsprechen den Neben-Hall-Elementen der vorliegenden Erfindung.
19(a) ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Leistungsbeaufschlagungsrichtung, dem elektrischen Winkel, dem mechanischen Winkel und den Ausgängen der Hall-ICs 18, wenn die bürstenlose Motoreinheit unter normalen Bedingungen betrieben wird, zeigt. Wenn erwirkt wird, dass sich der Rotor 12 in der Richtung des Öffnens des Ventils 21 dreht, wird die Leistungsbeaufschlagung für jede der Spulen der U-, V-, und W-Phasen des Stators 14 in der Reihenfolge von V → U, W → U, W → W, U → V, U → W und V → W wiederholt. Im Gegenzug, wenn erwirkt wird, dass sich der Rotor in der Richtung des Schließens des Ventils 21 dreht, wird die Leistungsbeaufschlagung für jede der Spulen der U-, V- und W-Phasen des Stators 14 in der Reihenfolge von U → V, U → W, V → W, V → U, W → U, und W → V wieder durchgeführt.
19(b) zeigt eine Beziehung zwischen der Leistungsbeaufschlagungsrichtung, dem elektrischen Winkel, dem mechanischen Winkel und den Ausgängen der Hall-ICs, wenn eine einfachgenaue bürstenlose Motoreinheit umfassend einen Magneten zur Magnetpollageerfassung mit 12 Polen und drei Hall-ICs unter normalen Bedingungen betrieben wird zum Vergleich mit der bürstenlosen Motoreinheit dieser Ausführungsform. In diesem Fall kann die bürstenlose Motoreinheit, die Drehlage ihres Rotors 12 mit einer Auflösung, die gleich einem mechanischen Winkel von 10 Grad ist, welche doppelt so genau wie die der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführungsform 2 ist, einfach steuern.
Da die bürstenlose Motoreinheit, die gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, wie oben erwähnt, aufgebaut ist, auf die gleiche Weise wie die bürstenlose Motoreinheit gemäß Ausführungsform 1 mit der Ausnahme, dass die von dem Haupt-Hall-IC 18a und dem Neben-Hall-IC 18b erhaltenen Signale sich in Intervallen von einem mechanischen Winkel, der zwei Mal dem der bürstenlosen Motoreinheit gemäß Ausführugsform 1 entspricht (in Intervallen von einem mechanischen Winkel von 30 Grad), verändern, funktioniert, wird die detaillierte Erklärung des Betriebs der bürstenlosen Motoreinheit dieser Ausführungsform im Folgenden weggelassen.
Wie vorher erklärt, ist die bürstenlose Motoreinheit gemäß dieser Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung eine dreiphasige bürstenlose Motoreinheit, umfassend einen Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung, dessen Anzahl an Polen 12 beträgt, welches die gleiche Anzahl an Polen eines Rotors 12 wie in einer herkömmlichen einfachgenauen bürstenlosen Motoreinheit ist und die ferner drei Neben-Hall-ICs 18b zusätzlich zu drei Haupt-Hall-ICs 18a umfasst, um die Magnetpollage zu erfassen. Daher kann die bürstenlose Motoreinheit die Auflösung der Drehlageerfassung des Rotors auf zwei Mal die der herkömmlichen einfachgenauen bürstenlosen Motoreinheit erhöhen. Als Ergebnis, da die bürstenlose Motoreinheit gemäß dieser Ausführungsform als eine vierfach genaue bürstenlose Motoreinheit ausgeführt werden kann, kann die Auflösung der Drehlageerfassung des Rotors verglichen mit der herkömmlich doppeltgenauen bürstenlosen Motoreinheit weiter verbessert werden. Da die Anzahl an Polen des Rotors 12 die gleiche ist, wie die Anzahl an Polen des Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung in der bürstenlosen Motoreinheit gemäß der oben erwähnten Ausführungsform 2, kann die bürstenlose Motoreinheit den Magneten des Rotors 12 als den Magnet zur Magnetpollageerfassung nutzen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben erwähnt, ist die bürstenlose Motoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung als eine n-phasige bürstenlose Motoreinheit, die einen Magneten zur Magnetpollageerfassung umfasst, dessen Anzahl an Polen zwei Mal der eines Rotors ist, aufgebaut und umfasst ferner n-Neben-Hall-IC-Elemente zusätzlich zu n-Haupt-Hall-IC-Elementen, um die Auflösung der Drehlageerfassung des Rotors zu verbessern. Daher ist die bürstenlose Motoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet zur Verwendung in einer Antriebsquelle zum Antreiben eines Aktuators, der zur Abgassteuerung eines Fahrzeugs usw. verwendet wird, geeignet.
Zusammenfassung
Eine n-phasige bürstenlose Motoreinheit (n ist eine positive ganzzahlige Zahl) umfasst einen Stator 14; einen Rotor 12, der eine vorgegebene Anzahl an Polen aufweist; einen Magneten 16 zur Magnetpollageerfassung, der an einer Seite, die senkrecht zu einer Drehachse des Rotors ist, befestigt ist, wobei der Magnet eine Anzahl an Polen, die doppelt so hoch ist wie die des Rotors, aufweist; n-Haupt-Hall-Elemente 18a, die gegenüber dem Magneten zur Magnetpollageerfassung zum Erfassen einer Magnetpollage des Rotors angeordnet sind; n-Neben-Hall-Elemente 18b, die auf eine solche Weise angeordnet sind, um einen vorgegebenen Versatz in einer Richtung eines Umfangs in Bezug auf die Haupt-Hall-Elemente zum Erfassen der Magnetpollage des Rotors zu haben, und eine Steuereinheit zum Zählen von „2” gemäß einer Veränderung in einem Ausgabemuster der Haupt-Hall-Elemente, zum Zählen von „1” in einem Fall, in dem das Ausgabemuster der Haupt-Hall-Elemente das Gleiche ist wie ein Ausgabemuster der Neben-Hall-Elemente zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, und zum Steuern einer Drehung des Rotors gemäß diesen gezählten Werten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2002-252958 A [0003]

Claims

N-phasige bürstenlose Motoreinheit (n ist eine positive ganze Zahl), umfassend: einen an einem festen Ort angeordneten Stator, einen Rotor, der sich dreht, wenn der Stator sequentiell gemäß einer Vielzahl von Erregungsmustern angeregt wird, wobei der Rotor eine vorgegebene Anzahl an Polen aufweist; einen Magneten zur Magnetpollageerfassung, der an einer Fläche, die senkrecht zu einer Drehachse des Rotors ist, befestigt ist, wobei der Magnet eine Anzahl an Polen aufweist, die zwei Mal so hoch ist wie die des Rotors; n-Haupt-Hall-Elemente, die gegenüber dem Magneten zur Magnetpollageerfassung zum Erfassen einer Magnetpollage des Rotors angeordnet sind; n-Neben-Hall-Elemente, die gegenüber dem Magneten zur Magnetpollageerfassung auf eine solche Weise angeordnet sind, um einen vorgegebenen Versatz in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die Haupt-Hall-Elemente zum Erfassen der Magnetpollage des Rotors zu haben; eine Hauptzähleinheit zum Zählen von „2” gemäß einer Veränderung eines Ausgabemusters der Haupt-Hall-Elemente; eine Nebenzähleinheit zum Zählen von „1” in einem Fall, indem das Ausgabemuster der Haupt-Hall-Elemente das Gleiche ist wie das Ausgabemuster der Neben-Hall-Elemente zu einem vorgegebenen Zeitpunkt; und eine Steuereinheit zum Steuern einer Drehung des Rotors gemäß dem von der Hauptzähleinheit gezählten Betrag und dem von der Nebenzähleinheit gezählten Betrag.
Bürstenlose Motoreinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der Neben-Hall-Elemente in Bezug auf die Haupt-Hall-Elemente ein Viertel eines mechanischen Winkels, der durch ein Paar eines S-Pols und eines N-Pols des Magneten zur Magnetpollageerfassung ausgebildet wird, beträgt.
Bürstenlose Motoreinheit gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass n „3” beträgt, die Anzahl an Polen des Rotors „12” beträgt und der Versatz der Neben-Hall-Elemente in Bezug auf die Haupt-Hall-Elemente einen mechanischen Winkel von „2,5 Grad” aufweist.
Bürstenlose Motoreinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptzähleinheit das Zählen als Antwort auf eine steigende und eine fallende Flanke eines Ausgabesignals der Haupt-Hall-IC-Elemente durchführt und die Nebenzähleinheit das Zählen zu vorgegebenen Zeitintervallen d durchführt.
N-phasige bürstenlose Motoreinheit (n ist eine positive ganze Zahl), umfassend: einen Stator, der an einem festen Ort angeordnet ist; einen Rotor, der sich dreht wenn der Stator sequentiell gemäß einer Vielzahl von Erregungsmustern angeregt wird, wobei der Stator eine vorgegebene Anzahl an Polen aufweist; einen Magnet zur Magnetpollageerfassung, der eine Drehachse des Rotors umgebend ausgebildet ist oder der an einer Fläche, die senkrecht zu der Drehachse des Rotors ist, befestigt ist, wobei der Magnet dieselbe Anzahl an Polen wie der Rotor aufweist; n-Haupt-Hall-Elemente, die gegenüber dem Magneten zur Magnetpollageerfassung zur Erfassung einer Magnetpollage des Rotors angeordnet sind, n-Neben-Hall-Elemente, die gegenüber dem Magneten zur Magnetpollageerfassung auf eine solche Weis angeordnet sind, um einen vorgegebenen Versatz in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die Neben-Hall-Elemente zur Erfassung der Magnetpollage des Rotors zu haben; eine Hauptzähleinheit zum Zählen von „2” gemäß einer Veränderung eines Ausgabemusters der Haupt-Hall-Elemente; eine Nebenzähleinheit zum Zählen von „1” in einem Fall, indem das Ausgabemuster der Haupt-Hall-Elemente das Gleiche ist wie das Ausgabemuster der Neben-Hall-Elemente zu einem vorgegebenen Zeitpunkt; und eine Steuereinheit zum Steuern einer Drehung des Rotors gemäß dem von der Hauptzähleinheit gezählten Betrag und dem von der Nebenzähleinheit gezählten Betrag.