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Dokumentenidentifikation DE10109656A1 13.09.2001
Titel Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung für Motoren
Anmelder Aisin Seiki K.K., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Aoki, Koji, Nagoya, Aichi, JP;
Kimura, Nobuyasu, Aichi, JP;
Kanie, Hideyuki, Anjo, Aichi, JP;
Ishikawa, Hitoshi, Hekinan, Aichi, JP
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 28.02.2001
DE-Aktenzeichen 10109656
Offenlegungstag 13.09.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.09.2001
IPC-Hauptklasse H02P 5/00
Zusammenfassung Bereitgestellt wird eine Motorrotationsimpuls-Erzeugungsschaltung für einen Motor, die selbst in einer Anfangsstartphase des Motors durch Einstellung einer Filtergrenzfrequenz als Reaktion auf einen Motorrotationszustand ein korrektes Impulssignal erzeugt. Die Motorrotationsimpuls-Erzeugungsschaltung beinhaltet eine Rotationsimpulserzeugungsschaltung 20 und erzeugt Welligkeits- bzw. Wellenimpulse, indem von dem DC-Motor 1 ein Signal eingespeist wird, auf dem eine Welligkeit überlagert ist, dessen Frequenz proportional zu einer Drehzahl des DC-Motors 1 ist. Ein Filter 3 macht eine Grenzfrequenz auf der Grundlage eines von einer PLL-Schaltung 6 ausgegebenen Taktsignals variabel. Eine Schwingungsfrequenz an einem Oszillator VCO10 wird durch die Wellenimpulse und ein Motorrotationszustandssignal bestimmt, welches durch Schaltungen 12 bis einschließlich 16 eingespeist wird. Ein Mikrocomputer 20 veranlasst den Oszillator VCO10 zur Ausgabe eines vorläufigen Taktsignals, wenn der Motor angeschaltet wird. Der Mikrocomputer 20 misst die Schwingungsfrequenz auf der Grundlage des resultierenden vorläufigen Taktsignals für eine dahingehende Beurteilung, ob eine Anfangsgrenzfrequenz des Filters 3 korrekt ist oder nicht. Ist das Ergebnis negativ, wird ein Schaltstromkreis 17 in einem Schaltmodus zur Einstellung einer Dämpfung einer Dämpfungseinheit 16 gesteuert, wodurch die Anfangsgrenzfrequenz korrigiert wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Rotationsimpuls- Erzeugungsschaltung für einen Motor, die ein Impulssignal erzeugt, das in Form einer Wellenimpulsfolge gestaltet ist und dessen Frequenz auf eine Drehzahl des Motors anspricht, indem beispielsweise ein Signal empfangen wird, das mit einer Welligkeit überlagert ist, dessen Frequenz proportional zu einer Drehzahl (Drehschwindigkeit) des Motors ist und die aus dem Vorhandensein einer Bürste des DC-Motors beziehungsweise des Gleichstrommotors resultiert.

Die Schaltung dieser Art wird weithin in einer Vielzahl von Bereichen verwendet, wobei eine Gleichstrommotor- Positionssteuerung ausgeführt wird oder eine Steuerung zur Positionierung eines durch einen Gleichstrommotor angetriebenen Elements ausgeführt wird. An einem Fahrzeug wird die Schaltung dieser Art beispielsweise für eine Verbundzustandserfassungsvorrichtung bzw. eine Mehrlagenzustandserfassungsvorrichtung für angetriebene Fenster- und Sonnendachvorrichtungen sowie für eine speichergestützte Sitzvorrichtung verwendet, die für eine leichte Sitzpositionierung in einer derartigen Weise ausgeführt ist, dass ein Sitzzustand zumindest hinsichtlich eines Sitzpolsters, eines Sitzrückenteils oder einer Kopfstütze in Entsprechung eines äußeren Profils eines in der Sitzposition sitzenden Passagiers eingestellt ist, wobei die resultierende Position in einem Speicher für eine spätere Verwendung gespeichert ist.

Bei der speichergestützten Sitzvorrichtung muss beispielsweise der Motordrehungszustand immer gespeichert sein und wird ein Positionssensor oder dergleichen zur Erfassung des Drehungszustands des Motors verwendet, welcher die Sitzvorrichtung antreibt. Beispielsweise wird der Zustand eines an einer Drehungswelle (das heißt einer Ankerwelle) des Motors in befestigter Weise angebrachten Magneten durch einen Sensor wie etwa einem Hall-Element erfasst und wird das von dem Sensor ausgegebene resultierende Impulssignal in einer Steuereinrichtung für die Positionssteuerung des Motors oder des durch den Motor angetriebenen Elements verwendet (vgl. Seiten 5 bis 88 und 89 aus NEWCAR MANUAL: SOARER, das von Toyota Motor Co., Ltd. im Mai 1991 veröffentlicht wurde). Auf diese Weise führt die Steuereinrichtung die Positionssteuerung durch Lesen des Rotationsimpulssignals des an dem Motor vorgesehenen Hallelements aus, wodurch ermöglicht wird, das Rotationsimpulssignal in der Sitzpositionssteuerung zu verwenden.

Jedoch erfordert der vorstehend angeführte bekannte Aufbau einen Satz aus Hall-Element und Magnet, was Probleme hinsichtlich eines Anstiegs der Teilezahl, eine Verringerung der Montageeffektivität und einen Anstieg der Produktionskosten verursacht. Angesicht derartiger Umstände ist es wünschenswert ein neues Verfahren bereitzustellen, das frei von einer Verwendung des Sensors wie etwas des Hall-Elements ist, um das Rotationsimpulssignal in einer derartigen Weise zu erzeugen, dass ein Impulssignal, dessen Frequenz proportional zu der Drehzahl eines Motors ist, durch Verarbeitung eines erfassten Signals (das heißt eines analogen Signals) wie etwa eines Motorstroms oder einer Motorspannung an einer elektrischen Schaltung erzeugt wird, welcher oder welche auf einfache Weise von dem Motor direkt gewonnen werden können.

In Folge der Tatsache, dass beispielsweise an einem Gleichstrommotor die Existenz einer Bürste einem Motorstrom eine Welligkeit überlagert, dessen Frequenz proportional zu der Drehzahl des Motors ist, kann davon ausgegangen werden, dass eine Verarbeitung des Motorstroms (das heißt des analogen Stroms) an einer elektrischen Schaltung eine Wellenimpulsfolge erzeugt, dessen Frequenz proportional zu der Drehzahl des Motors ist.

Wird ein derartiges Verfahren zur Erzeugung der Wellenimpulsfolge verwendet, muss ein zu der dem Motorstrom überlagerten Welligkeit verschiedenes Rauschsignal bzw. Störsignal eliminiert werden. Zu diesem Zweck muss die elektrische Schaltung angesichts der Tatsache, dass die Frequenz der Wellenimpulsfolge proportional zu der Drehzahl des Motors ist, modifiziert werden, um eine Grenzfrequenz eines Filters als Reaktion auf die Drehzahl des Motors einstellen zu können. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Plan verfolgt werden, eine elektrische Schaltung zu bilden, in der die Grenzfrequenz des Filters als Reaktion auf die Drehzahl des Motors durch Rückführung der erzeugten Wellenimpulse eingestellt wird. Bevor der Motor angeschaltet wird, erfolgen jedoch derartige Rückführungen nicht, woraus resultiert dass die Sicherstellung der Korrektheit der Grenzfrequenz des Filters nicht immer garantiert ist. Somit ist das Auftreten eines Impulsfehlers zu befürchten, bei dem die Impulsfolge in Folge eines unerwarteten Löschens der Wellen bei einer Passage des Filters oder in Folge eines Anstiegs der Zahl der Impulse auf Grund des verbleibenden Rauschsignals verloren geht. Dabei kann eine indirekte Abschätzung der Drehzahl des Motors auf der Grundlage des Motorstroms und/oder der Motorspannung erfolgen, was die Ausführung einer Steuerung zur Bestimmung der Grenzfrequenz des Filters im Betrieb des Motors auf der Grundlage des Motorstroms und/oder der Motorspannung ermöglicht. In Folge der Tatsache, das allgemein hergestellte Schaltungen in den Kennwerten bezüglich zu den vorgesehenen Kennwerten variieren, kann eine derartige Variation in der Hardware jedoch dazu führen, dass die Grenzfrequenz außerhalb des korrekten Wertbereichs (das heißt des zulässigen korrekten Wertbereichs) gelangt, was Impulsfehler in ähnlicher Weise zu den vorstehend genannten verursacht. In Folge der Tatsache, dass die vorstehend angeführte Hardwarevariation der elektrischen Schaltung darüber hinaus seine eigene oder dazugehörige thermische Charakteristik bzw. Kennlinie aufweist, verschiebt die resultierende Temperaturänderung den Wert der Grenzfrequenz von seinem vorgesehenen Wert, was zu einem Impulsfehler führen kann. Somit sind die vorstehend angeführten Probleme zur Realisierung einer Impulserzeugungsvorrichtung zu lösen, die ein Impulssignal für die Positionssteuerung auf der Grundlage eines Signals erzeugt, das direkt von einem Motor ohne Verwendung eines Sensors gewonnen werden kann.

Daher besteht ein Bedarf, eine Rotationsimpuls- Erzeugungsschaltung für Motoren bereitzustellen, die frei von den vorstehend angeführten Problemen ist.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung bereitgestellt, die ausgestattet ist mit:

einer Filtereinrichtung zur Eliminierung einer Störung aus einem zu ihr eingespeisten Signal, welches mit einer Welligkeit überlagert ist, dessen Frequenz von einer Drehzahl des Motors abhängt, wobei die Filtereinrichtung eine Grenzfrequenz auf der Grundlage eines externen Signals variabel gestaltet,

einer Impulsformungseinrichtung zur Wandlung eines Ausgangssignals der Filtereinrichtung in ein Impulssignal, dessen Frequenz auf die Drehzahl des Motors anspricht, einer Takterzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Taktsignals auf der Grundlage des Impulssignals und eines Rotationszustandssignals des Motors, wobei das Taktsignal der Filtereinrichtung zugeführt wird, um ihre Grenzfrequenz variabel zu gestalten, und

einer Korrektureinrichtung zur Voroszillation des Taktsignals vor einem Anschalten des Motors, wobei die Korrektureinrichtung auf der Grundlage des Voroszillationstaktsignals beurteilt, ob eine Anfangsgrenzfrequenz adäquat ist oder nicht, und wobei die Korrektureinrichtung die Anfangsgrenzfrequenz adäquat macht, wenn das Ergebnis der Beurteilung befindet, dass sie nicht adäquat ist.

Gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung wird der Filtereinrichtung das Taktsignal zugeführt, das auf der Grundlage des Impulssignals und des Motordrehungszustandssignals bzw. des Motorrotationszustandssignals erzeugt wird, wodurch die Grenzfrequenz der Filtereinrichtung variabel gemacht wird, was ermöglicht, eine Wellenimpulsfolge korrekt im Ansprechen auf die Änderung des Motorrotationszustands zu erzeugen, welche zumindest aus einer Änderung der Motorlast, der Motordrehzahl, der Motoransteuerspannung oder der Motorrotationsumgebung resultiert. Bevor der Motor angeschaltet wird, wird darüber hinaus auf der Grundlage des an der Takterzeugungseinrichtung einleitend beziehungsweise vorab oszillierten Taktsignals überprüft, ob die Anfangsgrenzfrequenz adäquat ist oder nicht. Ist das Ergebnis negativ, wird die Anfangsgrenzfrequenz geändert, so dass sie adäquat ist. Selbst wenn somit das Produkt seine eigenen Streuung aufweist, wird die Anfangsgrenzfrequenz auf einen Start des Motors hin adäquat gemacht. Somit wird folglich selbst in einem Vorstadium der Eingabe des Impulssignals zu der Takterzeugungseinrichtung während des Anfangsstadiums des Motorstarts die Grenzfrequenz, welche auf der Grundlage des Motordrehungszustandssignals eingestellt wird, adäquat oder korrekt gemacht, wodurch das Impulssignal in korrekter Weise erzeugt wird, selbst wenn der Motor sich in seinem Anfangsstadium des Starts befindet.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Rotationsimpuls-Erzeugungschaltung als eingeschränkte Version der ersten Ausgestaltung bereitgestellt, bei der das Rotationszustandssignal auf einem Motorrotationssignal und einem Motoransteuerspannungssignal beruht, die Korrektureinrichtung eine Vielzahl von Werten speichert, so dass einer der Werte als ein adäquater Wert der Grenzfrequenz in Abhängigkeit einer Motoransteuerspannung auszuwählen ist, wobei die Korrektureinrichtung, wenn die Beurteilung erfolgt, den adäquaten Wert in Abhängigkeit von der Motoransteuerspannung findet, die durch das extern eingespeiste Motoransteuerspannungssignal dargestellt wird, und wobei die Korrektureinrichtung durch Vergleichen der Voroszillationsgrenzfrequenz mit dem gefundenen adäquaten Wert beurteilt, ob die Anfangsgrenzfrequenz adäquat ist oder nicht. Dabei ist anzumerken, dass der adäquate Wert einen Bereich darstellen kann.

Gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird auf eine Beurteilung hin der adäquate Wert in Abhängigkeit der Motoransteuerspannung gefunden und es wird durch Vergleichen des adäquaten Werts mit der auf dem Voroszillationstaktsignal beruhenden Grenzfrequenz überprüft, ob die Anfangsgrenzfrequenz adäquat ist oder nicht. Die Anfangsgrenzfrequenz wird durch eine Einstellung adäquat gemacht, die die Motoransteuerspannung berücksichtigt. Selbst wenn beispielsweise eine Batterieansteuerung des Motors verwendet wird, die die Motoransteuerspannung ändern kann, kann die Erzeugung des Impulssignals korrekt ausgeführt werden.

Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Rotationsimpuls-Erzeugungschaltung als eingeschränkte Version der zweiten Ausgestaltung bereitgestellt, bei der die Korrektureinrichtung eine Dämpfungseinheit und eine Steuereinheit zum Schalten einer Dämpfung der Dämpfungseinheit beinhaltet, wobei die Dämpfungseinheit an einem vorgelagerten Abschnitt einer Eingangsseite der Takterzeugungseinrichtung angeordnet ist, so dass eine Dämpfung des Rotationszustandssignals variabel gemacht wird.

Wird die Anfangsgrenzfrequenz als inadäquat befunden, wird gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung die an dem vorgelagerten Abschnitt der Eingangsseite der Takterzeugungseinrichtung angeordnete Dämpfungseinheit zur Änderung der Dämpfung des Motordrehungszustandssignals gesteuert, wodurch die Anfangsgrenzfrequenz eingestellt oder korrigiert wird. Eine Verwendung der die Dämpfung schrittweise verbessernden Dämpfungseinheit macht die Schaltung einfach.

Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung als eingeschränkte Version der ersten Ausgestaltung, der zweiten Ausgestaltung oder der dritten Ausgestaltung bereitgestellt, wobei die Korrektureinrichtung den Beurteilungsvorgang ausführt, immer wenn der Motor angeschaltet wird.

Gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung führt die Korrektureinrichtung den Beurteilungsvorgang aus, immer wenn der Motor angeschaltet wird, was ermöglicht, die Anfangsgrenzfrequenz korrekt immer dann einzustellen, wenn der Motor angeschaltet wird, beispielsweise kann eine auf derartige Weise eingestellte Anfangsgrenzfrequenz die thermische Änderung (mit der Temperatureigenschaftsänderung der Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung per se und/oder der thermischen Abhängigkeit der Batteriespannung) berücksichtigen, wodurch die Erzeugung des Impulssignals immer korrekter möglich wird.

Gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung als eine eingeschränkte Version der ersten Ausgestaltung bereitgestellt, wobei die Korrektureinrichtung den Beurteilungsvorgang durch eine Voroszillation des Taktsignals an der Takterzeugungseinrichtung auf der Grundlage des Motoransteuerspannungssignals ausführt.

Gemäß der fünften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Beurteilung im Zusammenwirken mit der Voroszillation, immer wenn der Motor angeschaltet wird, was ermöglicht, ein Auftreten von Impulsfehlern effektiv zu verhindern.

Erfindungsgemäß ist eine Rotationsimpuls- Erzeugungsschaltung für einen Motor ausgestattet mit:

einer Filtereinrichtung zur Eliminierung einer Störung aus einem durch den Motor ausgegebenen ersten Signal auf der Grundlage einer Grenzfrequenz, wobei das erste Signal eine Welligkeit beinhaltet, dessen Frequenz einer Drehzahl des Motors entspricht,

einer Impulsformungseinrichtung zur Wandlung eines Ausgangssignals der Filtereinrichtung in ein Impulssignal, dessen Frequenz der Drehzahl des Motors entspricht,

einer Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Taktsignals auf der Grundlage des Impulssignals und des ersten Signals, wobei die Erzeugungseinrichtung das Taktsignal an die Filtereinrichtung ausgibt, damit die Grenzfrequenz variiert wird,

einer Voroszillationseinrichtung zur Voroszillation des Taktsignals an der Erzeugungseinrichtung, bevor der Motor gestartet ist, und

einer Kompensationseinrichtung zur Kompensation der Voroszillationsgrenzfrequenz auf eine adäquate Frequenz, wenn die Voroszillationsgrenzfrequenz einer nicht adäquaten Frequenz entspricht.

Das vorstehende und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten exemplarischen Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit der angefügten Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Rotationsimpulssignal- Erzeugungsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 den Betrieb eines Schaltkapazitätfilters der Rotationsimpulssignal-Erzeugungsschaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Wellenimpulsformungsschaltung, die einen Bestandteil der Rotationsimpulssignal-Erzeugungsschaltung gemäß Fig. 1 darstellt,

Fig. 4 Verläufe, wobei ein jeder von diesen Verläufen einen Verlauf an verschiedenen Punkten der Wellenimpulsformungsschaltung gemäß Fig. 3 darstellt,

Fig. 5 eine Beziehung zwischen einem Motorstrom als einer Funktion einer Motoransteuerungsspannung und einer Motordrehzahl,

Fig. 6 Verläufe, wobei ein jeder von diesen Verläufen einen Verlauf an verschiedenen Punkten der Rotationsimpulssignal-Erzeugungsschaltung gemäß Fig. 1 angibt, und

Fig. 7 ein Kennfeld, das in einem Speicher eines Mikrocomputers gespeichert ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnung beschrieben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist zunächst eine Prinzipdarstellung einer Rotationsimpuls- Erzeugungsschaltung 2 veranschaulicht, die eine Welligkeitsimpulsfolge bzw. eine Wellenimpulsfolge erzeugt, die die Drehzahl eines Gleichstrommotors beziehungsweise DC-Motors 1 angibt. Die Schaltung 2 beinhaltet ein Schaltkapazitätsfilter (SCF) 3, eine Wellenimpulsformungsschaltung 4 und eine Takterzeugungsschaltung 5. Das Schaltkapazitätsfilter (SCF) 3 wirkt als ein Filter (das heißt als eine Filtereinrichtung), dessen Grenzfrequenz sich ändert, wenn eine Filterkonstante sich auf einen Empfang eines externen Signals (das heißt eines Hauptsignals) hin ändert. Die Wellenimpulsformungsschaltung 4 wirkt als eine Impulsformungseinrichtung zur Erzeugung von Wellenimpulsen (das heißt einer Wellenimpulsfolge) in Abhängigkeit eines von dem Filter 3 ausgegebenen Signals. Die Takterzeugungsschaltung 5 erzeugt ein Taktsignal, dessen Frequenz durch fCLK bezeichnet ist und das die Grenzfrequenz des Filters 3 auf der Grundlage der von der Wellenimpulsformungsschaltung 4 ausgegebenen Wellenimpulsfolge und Motorrotationszustände (das heißt auf der Grundlage eines Motorrotationssignals und einer Motoransteuerspannung Vb) ändert. Das der Schaltung 2 einzuspeisende Motorrotationssignal ist als ein Spannungspotential gestaltet, das an einer Position (a) oder an einer Verbindung zwischen dem DC-Motor 1 und einem Parallelwiderstand bzw. Shunt-Widerstand Rs gemessen wird und das einen zu dem Wert eines durch den DC-Motor 1 fließenden Stroms proportionalen Wert Vi aufweist. Dem Motorrotationsstrom ist eine Welligkeit überlagert, die aus der Bereitstellung einer (nicht dargestellten) Bürste des DC-Motors 1 resultiert und deren Frequenz proportional zu der Drehzahl des DC-Motors 1 ist.

Die Takterzeugungsschaltung 5 beinhaltet eine Phasenregelkreisschaltung beziehungsweise PLL-Schaltung 6 und eine Frequenzkorrekturschaltung 7, die ein Signal zur Korrektur einer Schwingfrequenz der PLL-Schaltung 6 in Abhängigkeit des Motorrotationszustandssignals oszilliert. Die PLL-Schaltung 6 beinhaltet eine Phasenvergleichsschaltung 8, einen Tiefpassfilter (LPF) 9und eine Schwingungsschaltung (VCO) 10. Die Phasenvergleichsschaltung 8 vergleicht Phasen von zu ihr eingespeisten zwei Signalen und gibt ein Signal aus, das das Ergebnis des Vergleichs angibt. Das Tiefpassfilter (LPF) 9 glättet das von der Phasenvergleichsschaltung 8 ausgegebene Signal. Die Schwingungsschaltung (VCO) 10 gibt ein Taktsignal, dessen Schwingungsfrequenz fCLK entspricht, in Abhängigkeit einer Abweichungsspannung zwischen dem von der Frequenzkorrekturschaltung 7 ausgegebenen Signal und einem Ausgangssignal des Tiefpassfilters 9 aus. Die PLL- Schaltung 6 ist mit einer Frequenzteilerschaltung 11 verbunden, die 3d die Schwingungsfrequenz (100f, wenn die Frequenz der Wellenimpulsfolge als f angenommen wird) des von der Schwingungsschaltung 10 ausgegebenen Taktsignals auf einen Wert f teilt. Das Ausgangssignal der Frequenzteilerschaltung 11 wird der Phasenvergleichsschaltung 8 der PLL-Schaltung 6 eingespeist.

Die Frequenzkorrekturschaltung 7 beinhaltet eine Verstärkerschaltung 12, die ein Signal verstärkt, das von dem DC-Motor 1 ausgegeben wird und das proportional zu dem Motorstrom ist, eine Verstärkerschaltung 14, die ein Motoransteuerspannungssignal verstärkt, das von einer die Motoransteuerspannung Vb überwachenden Überwachungsschaltung 13 zugeführt wird, eine Addierschaltung 15, die die ausgegebenen Werte der jeweiligen Verstärkerschaltungen 12 und 14 addiert, und eine Dämpfungseinheit 16, die ein von der Addierschaltung 15 ausgegebenes Ausgangssignal in einem Verhältnis bzw. mit einer Rate schwächt. Ein von der Dämpfungseinheit 16 ausgegebenes Motorrotationszustandssignal wird der VCO- Schaltung 10 zugeführt beziehungsweise eingespeist. Ein Schaltstromkreis 17 ist mit der Dämpfungseinheit 16 für schrittweise Änderungen des Dämpfungsgrads gekoppelt. Der Schaltstromkreis 17 wird durch einen Mikrocomputer beziehungsweise Mikroprozessor 20 gesteuert.

Empfängt der Mikrocomputer 20 ein Motoransteueranweisungssignal, das einen Befehl zum Anschalten des DC-Motors 1 angibt, befiehlt der Mikrocomputer 20 der VCO-Schaltung 10, vorbereitend das Taktsignal zu erzeugen, und überprüft vor dem Einschalten des DC-Motors 1, ob eine Anfangsgrenzfrequenz des Filters 3 adäquat (das heißt innerhalb eines zulässigen Bereichs) ist oder nicht, indem das von der VCO-Schaltung 10 zugeführte resultierende Taktsignal beurteilt wird. Wird die Anfangsgrenzfrequenz als inadäquat befunden, wird der Schaltstromkreis so betrieben, dass der Dämpfungsgrad der Dämpfungseinheit 16 geändert wird, wodurch die Anfangsgrenzfrequenz des Filters 3 eingestellt wird. Die Einstellung der Anfangsgrenzfrequenz des Filters 3 wird später beschrieben. Dabei ist anzumerken, dass die Dämpfungseinheit 16, der Schaltstromkreis 17 und der Mikrocomputer 20 eine Korrektureinrichtung bilden. Insbesondere bilden der Schaltstromkreis 17 und der Mikrocomputer 20 eine Steuereinrichtung. Die Schaltung 2, der Mikrocomputer 20 und weitere Bestandteile bilden eine Rotationsimpulserzeugungsschaltung.

Dabei ist anzumerken, dass der Grund für eine derartige erforderliche Verbesserung der Anfangsgrenzfrequenz eine zwangsläufige Abweichung in der Anfangsgrenzfrequenz des Filters 3 im Hinblick auf seinen Entwurf und seine Herstellung ist. Als Gründe für Impulsfehler beim Anschalten des DC-Motors 1 sind zu berücksichtigen: eine Streuung hinsichtlich der Welligkeitsfrequenz bzw. Wellenfrequenz, die aus einer Streuung hinsichtlich des Erzeugnisses bzw. des Produkts des DC-Motors 1 ergibt, und eine Streuung hinsichtlich der Grenzfrequenz, die aus einer Streuung hinsichtlich des Erzeugnisses bzw. des Produkts der Schaltung 2 resultiert. In Abhängigkeit des Umfangs beider Streuungen wird der Defektanteil der Produkte bestimmt, in denen Impulsfehler auftreten. Um somit den Defektanteil auf eine Stufe zu reduzieren, die in der Produktion zulässig ist (das heißt nahe an 0 Prozent), wird in dem Ausführungsbeispiel ein Konzept zur Verbesserung oder Korrektur einer Anfangsgrenzfrequenz angesichts einer Hardwarestreuung der Schaltung 2 verwendet.

Nachstehend wird jede Schaltung ausführlich beschrieben. Wie aus der Fig. 2 (a) leicht ersichtlich entspricht das Schaltkapazitätsfilter 3 einer Anwendungsversion eines bekannten Schaltkapazitätsstromkreises, der aus einem Paar analoger Schalter S1 und S2 und einer Kapazität C1 gebildet ist. Sind die Schalter S1 und S2 abwechselnd mit einem Zyklus T angeschaltet und abgeschaltet, fliesst ein elektrischer Strom i, der formelmäßig ausgedrückt wird durch i = V/(1/fC), wobei f = 1/T. Somit kann die geschaltete Kapazität als ein Äquivalent eines Widerstands R betrachtet werden. Die Grenzfrequenz fc eines eine Anwendung eines derartigen Schaltkapazitätsstromkreises darstellenden CR-Filters gemäß Fig. 2 (b) wird in Abhängigkeit einer Frequenz zum alternierenden Anschalten und Abschalten der Schalter variabel. Im Falle des Schaltkapazitätsfilters wird an Stelle einer Frequenz eine Takteingabe verwendet. Eine derartige Grenzfrequenz fc kann formelmäßig wie unter Fig. 2 (b) spezifiziert ausgedrückt werden. Dabei ist anzumerken, dass als das Schaltkapazitätsfilter ein kommerziell erhältlicher integrierter Stromkreis beziehungsweise IC verwendet wird, der von dem Hersteller National Semiconductor unter dem Artikelcode MF6-50 erhältlich ist. Dieser weist eine Rauschreduktionsfunktion auf und stellt eine Grenzfrequenz von fc = fCLK/N bereit, wobei fCLK und N jeweils einer Takteingangsfrequenz und einer Konstanten wie beispielsweise 100 entsprechen. Somit resultiert aus einer Einstellung von fCLK = 100f folgende Gleichung fc = f.

Die Wellenimpulsformungsschaltung 4 gemäß Fig. 3 beinhaltet ein aktives Hochfrequenzfilter (das heißt einen Tiefpassfilter) LPF, eine erste Differenzierschaltung DC1, eine zweite Differenzierschaltung DC2, eine Verstärkereinheit AP und eine Spannungsvergleichseinheit cm.

In dem aktiven Hochfrequenzfilter LPF ist eine Reihenschaltung von Widerständen R3 und R4 mit einem nicht invertierenden Anschluss eines Operationsverstärkers OP1 gekoppelt, die ebenso mittels einer Kapazität C2 auf Erde gelegt ist. Ein invertierender Anschluss des Operationsverstärkers OP1 ist über eine Kapazität C3 mit einem Verbindungspunkt verbunden, an dem die Widerstände R3 und R4 für eine Rückführungssteuerung aufeinander treffen. Das aktive Hochfrequenzfilter FL2 dient zur Eliminierung eines Hochfrequenzbestandteils des Motordrehungssignals. Im Einzelnen kann beispielsweise ein Rauschbestandteil über der maximalen Drehgeschwindigkeit (beispielsweise 6000 Umdrehungen pro Minute) durch seinen Dämpfungsfaktor oder Schwächungsfaktor eliminiert werden, was dazu führt, dass das aktive Hochfrequenzfilter FL2 als ein Tiefpassfilter (LPF) wirkt, das einem Motordrehungssignal überlagertes Rauschen oder eine Welligkeits- bzw. Wellenfrequenz löscht.

Die erste Differenzierschaltung DC1 ist mit einem Ausgangsanschluss (b) des Tiefpassfilters (das heißt des aktiven Hochfrequenzfilters) LPF zur Differenzierung des von ihm ausgegebenen oder ausgespeisten Signals verbunden, wodurch Gleichstrombestandteile beziehungsweise DC- Bestandteile des Signals gedämpft beziehungsweise geschwächt werden. Eine Serienschaltung eines Widerstands R7 und einer Koppelkapazität C5 ist mit einem invertierenden Anschluss eines Operationsverstärkers OP2 verbunden. Eine durch in Serie geschaltete Widerstände R5 und R6 geteilte Spannung wird einem nicht invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers OP2 und einem Verbindungspunkt zugeführt, an dem die aufeinander treffenden Widerstände R5 und R6 mit einer Bypasskapazität beziehungsweise einer Umgehungskapazität C4 gekoppelt sind. Eine Parallelschaltung eines Widerstands R8 und einer Kapazität C6 ist zwischen dem nicht invertierenden Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss (C) des Operationsverstärkers OP2 angeschlossen.

Die Verstärkereinheit AP ist so ausgeführt, dass sie ein von dem Ausgangsanschluss (C) des Operationsverstärkers OP2 der ersten Differenzierschaltung DC1 ausgegebenes Signal verstärkt. Die Verstärkereinheit AP1 beinhaltet einen Operationsverstärker OP3, dessen nicht invertierender Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss (c) des Operationsverstärkers OP2 über eine Reihenschaltung aus Widerständen R9 und R10 verbunden ist. Der nicht invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP3 ist mittels einer Kapazität C9 ebenso auf Masse gelegt. Eine Kapazität C7 ist zwischen einem invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers OP3 und einem Punkt eingefügt, bei dem die Widerstände R9 und R10 aufeinander treffen. Der invertierende Anschluss des Operationsverstärkers OP3 ist über einen Widerstand R11 geerdet. Eine Kapazität C8 und ein Widerstand R12, welche parallel angeordnet sind, sind zwischen einem invertierendem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss (d) des Operationsverstärkers OP3 angeschlossen.

Die zweite Differenzierschaltung DC2 ist mit dem Ausgangsanschluss (d) des Operationsverstärkers OP3 der Verstärkereinheit AP verbunden und differenziert ein davon ausgegebenes Signal zur Herstellung einer Phasenverschiebung um 90 Grad. Die zweite Differenzierschaltung DC2 beinhaltet einen Operationsverstärker OP4, dessen nicht invertierender Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss (d) des Operationsverstärkers OP3 der Verstärkereinheit AP über einen Widerstand R14 verbunden ist. Der nicht invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP4 ist über eine Kapazität C11 geerdet. Zwischen dem Ausgangsanschluss (d) des Operationsverstärkers OP3 und einem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP4 sind in Reihenschaltung ein Widerstand R13 und eine Kapazität C10 eingefügt. Ein Widerstand R15 und eine Kapazität C12, welche parallel angeordnet sind, sind zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP4 angeschlossen.

Die Vergleichseinheit cm vergleicht ausgegebene Signale des Ausgangsanschlusses (e) der zweiten Differenzierschaltung DC2 bzw. des Ausgangsanschlusses (d) der Verstärkereinheit AP. Die Vergleichseinheit CM beinhaltet einen Operationsverstärker OP5, dessen invertierender Eingangsanschluss über einen Widerstand R17 mit dem Ausgangsanschluss (d) des Operationsverstärkers OP3 der Verstärkereinheit AP verbunden ist. Ein nicht invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP5 ist über einen Widerstand R16 mit dem Ausgangsanschluss (e) des Operationsverstärkers OP4 der zweiten Differenzierschaltung DC2 verbunden. Ein Widerstand R18 ist zwischen dem nicht invertierenden Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss (f) des Operationsverstärkers OP5 angeschlossen. Von dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP5 ist gemäß Einstellung ein Rechteckimpulsfolgesignal oder ein Wellenimpulsfolgesignal auszugeben, welches der Wellenfrequenz bzw. Welligkeitsfrequenz entspricht. Dabei ist anzumerken, dass diese "Wellenimpulsfolge" auf einer Motorwelligkeit beziehungsweise auf Motorwellen (motor ripple) beruht und dass daher sein Wellenverlauf der Form einer "Welligkeit" bzw. der Form von "Oberwellen" bzw. der Form eines "Brummens" (ripple) entspricht.

Das Signal an jedem der Ausgangsanschlüsse (a), (b), (c), (d), (e) und (f) der Impulsverlaufformungsschaltung 3b weist einen Verlauf gemäß Fig. 4 auf. Der durch den Kommutatorgleichstrommotor 11 fließende Strom wird in ein Spannungssignal oder ein Motorrotationssignal gewandert, das hinsichtlich der Größe dazu proportional ist. Dieses Spannungssignal wird zusammen mit Rauschen bzw. einem Störsignal mit einer Welligkeit überlagert und weist einen Verlauf auf, wie er durch "A" in Fig. 4 angegeben ist. Die Welligkeit ist bekanntermaßen unvermeidlich, wenn der DC- Motor 1 angesteuert wird oder angeschaltet ist. Das heißt die Welligkeit resultiert aus der Tatsache, dass die Zahl an Spulen mit mehreren Segmenten des Kommutators zu verbinden ist, wenn die Segmente die Bürste passieren, und der in Folge der Widerstandsänderung durch die Spule fließende Strom sich ändert, wenn der DC-Motor 1 in Betrieb ist.

Während der Passage des Spannungssignals durch das Schaltkapazitätsfilter 3 wird das dem Spannungssignal überlagerte Rauschen bzw. Störsignal aus dem Spannungssignal gelöscht oder eliminiert. Jedoch erscheint an dem Spannungssignal, wenn es von dem Schaltkapazitätsfilter 3 ausgegeben wird, weiteres Rauschen, das dem Takteingangssignal überlagert ist, dessen Taktfrequenz fCLK entspricht und das dem Schaltkapazitätsfilter 3 eingespeist wird. Nach Passieren durch das aktive Hochfrequenzfilter LPF erlangt das Spannungssignal danach den in Fig. 4 unter "B" angezeigten Verlauf, der geglättet und von Rauschen befreit ist. Ein Passieren eines derartigen Spannungssignals mit dem Wellenverlauf "B" durch die erste Differenzierschaltung DC1 differenziert das Spannungssignal, wodurch sein Gleichstrombestandteil gedämpft oder geschwächt wird. Somit erlangt das resultierende Spannungssignal den Verlauf gemäß "C", in dem nur ein Welligkeitsbestandteil beinhaltet ist. Passiert das Spannungssignal ferner durch die Verstärkereinheit AP, wird die Amplitude des Spannungssignals verstärkt, so dass es den Verlauf "D" aufweist. Ein Passieren eines derartigen Spannungssignals durch die zweite Differenzierschaltung DC2 führt danach dazu, dass das Spannungssignal den Verlauf gemäß "E" aufweist, der bezüglich des Verlaufs "D" um 90° hinsichtlich der Phase verzögert ist. Ein Vergleich des Spannungssignals mit dem Wellenverlauf "D", das von der Verstärkereinheit AP ausgegeben wird, und des Spannungssignals mit dem Wellenverlauf "E", das von der zweiten Differenzierschaltung DC2 ausgegeben wird, führt danach dazu, dass die Vergleichseinheit cm das Wellenimpulsfolgesignal mit den Wellenverlauf "F" ausgibt.

In der vorstehend angeführten Takterzeugungsschaltung 5 wird ein Taktsignal erzeugt, das als ein Takteingangssignal für das Schaltkapazitätsfilter 3 mittels einer Frequenzwandlung verwendet wird, so dass die Frequenz des Wellensignals bzw. des Welligkeitssignals ganzzahligmal bzw. mit einer ganzzahligen Zahl multipliziert wird. Gemäß dem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Rückführung des Wellenimpulssignals synchron mit dem Motorrotationszustandssignal, so dass die Frequenz f des Welligkeitsimpulses bzw. des Wellenimpulses in Übereinstimmung mit der Grenzfrequenz fc des Schaltkapazitätsfilters 3 gebracht wird.

Wird das Impulssignal mit dem Wellenverlauf "F" der Phasenregelkreisschaltung (PLL) 6 eingespeist oder zugeführt, gibt im einzelnen die Phasenregelkreisschaltung (PLL) 6 eine Frequenz von 100fp aus, die aus der Formel fc = FCLk/N hergeleitet wird, wobei N = 100. Eine Verwendung der Frequenzuntersetzungsschaltung 11 ermöglicht der Phasenregelkreisschaltung (PLL) 6, eine Frequenzwandlungsfunktion zu erzielen. Das Ausgangssignal der Phasenregelkreisschaltung 6 mit einer Frequenz von 100 fp wird bei der Frequenzuntersetzungsschaltung 11 mit 100 dividiert und die Frequenzuntersetzungsschaltung 11 führt die resultierende Frequenz fp einem der Eingangsanschlüsse der Phasenvergleichsschaltung 8 zu, während der weitere Eingangsanschluss der Phasenvergleichsschaltung 8 mit dem Wellenimpulssignal bzw. Welligkeitsimpulssignal versorgt wird. Kurz gesagt wird eine Phasensteuerung des Ausgangssignals der Frequenzuntersetzungsschaltung ausgeführt, um mit einer Frequenz f zu oszillieren, die mit der Frequenz eines der Phasenregelkreisschaltung (PLL) 6 eingespeisten Wellenimpulses bzw. Welligkeitsimpulses übereinstimmt. Somit wird die Ausgabe des Taktsignals in einen beständigen Bereich stabilisiert. Dabei ist anzumerken, dass eine Änderung des Untersetzungsverhältnisses der Untersetzungsschaltung 11 ermöglicht, dass die Grenzfrequenz f gemäß der nachstehenden Formel erzielt wird:



fc = fclk/(N × K),



wobei N eine ganzzahlige Zahl darstellt und K eine Konstante darstellt.

Darüber hinaus wird zur Stabilisierung der vorstehenden Oszillation auf ein Starten des DC-Motors 11 hin der Schwingungsschaltung 10 das Motorrotationszustandssignal zugeführt, das aus dem Motorrotationssignal und dem Motoransteuerspannungssignal ausgebildet wird, wodurch das Welligkeits- bzw. Wellenimpulsausgangssignal nicht unstabil gemacht wird. Die Motorrotationszustandssignale dienen zur Erzeugung der Wellenimpulsfolge ohne Erzeugung eines jeden Fehlerimpulses.

Gemäß Fig. 5 wird eine Darstellung angegeben, die eine Charakteristik des DC-Motors 1 anzeigt. Die Darstellung zeigt die Beziehung zwischen dem Motorstrom (gemessen in Ampere bzw. A) und der Drehzahl des DC-Motors 1 als eine Kennlinie L, die ein Gefälle aufweist, das gemäß dem Wert eines Parameters oder der Motoransteuerspannung (das heißt gemäß einer Batteriespannung) parallel verschoben wird. In diesem Verlauf wird die Charakteristik bzw. die Eigenschaft nur dargestellt, wenn die Motoransteuerspannung von 9 Volt bis einschließlich 16 V variiert. Mit ansteigender Motoransteuerspannung verschieben sich der Motorstrom und die Drehzahl des Motors in paralleler Weise in aufsteigender Richtung. Unter Verwendung dieser Charakteristik kann eine Vorhersage oder eine Vorschau für die Drehzahl des DC-Motors 1 auf der Grundlage der Motoransteuerspannung und des Motorstroms erfolgen. Ist beispielsweise die Motoransteuerspannung Vb 9 Volt und entspricht der Motorstrom ix, sagt die Kennlinie L voraus, dass die entsprechende Motordrehzahl fx entspricht. Die Frequenzkorrekturschaltung 7 ist auf der Grundlage eines derartigen Konzepts ausgeführt. Im Einzelnen ist die Frequenzkorrekturschaltung 7 ausgeführt, das Motorrotationszustandssignal auszugeben, das die VCO- Schaltung 10 zur Oszillation des Taktsignals veranlasst, dessen Frequenz einer ganzzahligen Vielfachen (beispielsweise 100f) der Welligkeitsfrequenz (beispielsweise f) entspricht, die von der auf der Grundlage der zwei Eingangssignale, d. h. des Motordrehungssignals und der Motoransteuerspannung, vorhergesagten Motordrehzahl abhängt. Beim Anschalten des Gleichstrommotors 1 wird auf der Grundlage des Motorrotationssignals und der Motoransteuerspannung das Taktsignal fCLK von der VCO-Schaltung 10 erlangt, wodurch die Grenzfrequenz variiert oder eingestellt wird, wodurch erzielt wird, dass auf der Grundlage des Drehzustands des DC-Motors 1 die Welligkeits- bzw. Wellenimpulsfolge erzeugt oder gestaltet wird.

Wird danach der Motorstrom stabil und beginnt nachfolgend die Wellenimpulsformungsschaltung 4 mit der Erzeugung der Wellenimpulse bzw. Welligkeitsimpulse, führt die Schaltung 6 die Phasensteuerung des Taktsignals mittels einer Rückführungssteuerung zur Herstellung einer phasenmäßigen Übereinstimmung zwischen dem Wellenimpuls mit der Frequenz f und dem von der Untersetzungsschaltung 11 ausgegebenen Signal aus. Dies stellt sicher, dass das Schaltkapazitätsfilter 3 mit dem Taktsignal einer stabilen Schwingung versorgt wird. Somit wird die Grenzfrequenz fc des Schaltkapazitätsfilters 3 selbst in einer Startphase des DC-Motors 1 in linearer Weise variabel und werden die Wellenimpulse in Abhängigkeit der variablen Grenzfrequenz erzeugt.

Befindet sich der DC-Motor 11 in seiner Startphase gemäß Fig. 6 folgen die Signale an den Ausgangsanschlüssen (a), (g), (h) und (f) gemäß Fig. 1 jeweils Verläufen (A), (G), (H) und (F). Das dem Mikrocomputer 20 einzugebende Motoransteuerbefehlssignal weist einen Verlauf (I) im unteren Bereich der Darstellung gemäß Fig. 6 auf.

Erlangt das Motoransteuerbefehlssignal einen hochpegligen Zustand beziehungsweise einen H-Pegel oder zeigt einen EIN- Zustand an, betreibt der Mikrocomputer 20 die VCO-Schaltung 10, um das Taktsignal für eine Zeitdauer von beispielsweise 50 bis 300 ms vor dem Start des DC-Motors 1 einleitend zu oszillieren. Der Mikrocomputer 20 überwacht das resultierende Taktsignal kontinuierlich und misst die Oszillationsfrequenz fclk des Taktsignals durch Erfassung seiner Impulsbreite. Wie aus der Motorkennliniendarstellung von Fig. 7 leicht ersichtlich gibt die durch den Mikrocomputer 20 bei der einleitenden Schwingung bzw. der Vorschwingung gemessene Schwingungsfrequenz fclk eine Schwingungsfrequenz an, die zur Einstellung der Grenzfrequenz zu verwenden ist, wenn der DC-Motor 1 bei einem vorhandenen Motorstrom von 0 Ampere mit einer Motordrehzahl oder mit der maximalen Motordrehzahl (beispielsweise 6000 Umdrehungen pro Minute) angeschaltet wird. Der Mikrocomputer 20 überprüft, ob die Grenzfrequenz fc, die durch oder in Verbindung mit der gemessenen Frequenz fclk bestimmt wird, hinsichtlich der Wellenfrequenz fmax entsprechend der maximalen Motordrehzahl, die aus der Motoransteuerspannung Vb zu dieser Zeit hergeleitet wird, adäquat bzw. zulässig ist oder nicht. Zur Ausführung einer derartigen Beurteilung speichert der Mikrocomputer 20 ein Kennfeld gemäß Fig. 7 in seinem (nicht dargestellten) Speicher.

Fig. 7 zeigt das Kennfeld, das der Mikrocomputer 20 für den Beurteilungsvorgang verwendet, und das ebenso zur Bestimmung des Dämpfungsgrads verwendet wird, wenn der Wert der Oszillationsfrequenz (gemessener Wert) als nicht adäquat oder zulässig eingeschätzt wird. In der Darstellung gemäß Fig. 5 zeigt der Wert der Neigung der Linie die maximale Frequenz fmax (Hz) an, wenn der DC-Motor 1 mit seiner maximalen Geschwindigkeit sich dreht, welche von der Motoransteuerspannung Vb abhängt. Zur wirksamen Eliminierung des aus dem Welligkeitsimpuls bzw. Wellenimpuls resultierenden Rauschens ist eine Festlegung der Grenzfrequenz erforderlich, welche höhere Frequenzbestandteile über der maximalen Frequenz fmax löschen kann und welche harmonische Bestandteile geringer als 2 fmax ermöglicht. Zu diesem Zweck wird die Grenzfrequenz so eingestellt, dass sie der Formel 1,0 < fc < 2,0 fmax (dem mit Schrägstrichen versehenen Bereich in Fig. 7) entspricht. Die Schaltung 2 ist so ausgeführt, dass 1,5 fmax als der mittlere Wert des vorstehend angeführten Bereichs als die Anfangsgrenzfrequenz (das heißt die Grenzfrequenz, wenn der Motorstrom 0 Ampere beträgt) eingestellt wird. Das heißt die Anfangsgrenzfrequenz ist bei dem Grad der Dämpfung auf 1,5 fmax (vergleiche Fig. 1) eingestellt, wenn die Dämpfungseinheit 16 auf einer Stufe von SW1 sich befindet. Ein formelmäßig durch 1,2 fmax < fc < 1,8 fmax dargestellter Bereich ist als zulässig festgelegt, wobei dieser als ein durch eine angedeutete bzw. strichlierte Linie in Fig. 7 umgrenzter Bereich angegeben ist, und wobei dieser ermöglicht, dass der Stromdämpfungsgrad der Dämpfungseinheit 16 unverändert bleibt. Der Mikrocomputer 20 überprüft, ob eine gemessene Grenzfrequenz fcobs (beispielsweise 100 fclk) passend ist oder nicht, welche einer Wandlung der gemessenen Frequenz fclk in eine Grenzfrequenz entspricht. Gibt das Ergebnis an, dass die gemessene Grenzfrequenz fcobs außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, wird der Schaltstromkreis 5 geschaltet, um den Dämpfungsgrad der Dämpfungseinheit 16 zu schalten oder zu ändern. Es ist dabei anzumerken, dass das in Fig. 7 angegebene Kennfeld für eine jede der Motoransteuerspannungen vorbereitet ist (vergleiche Fig. 5). Obwohl in Fig. 7 für eine leichte Bezugnahme hinsichtlich der X-Achse der Motorstrom angegeben ist, beinhaltet das in der Speichereinrichtung gespeicherte tatsächliche Kennfeld lediglich die Y-Achsen-Bestandteile (fc-Anfangswerte).

Die in Fig. 1 veranschaulichte Dämpfungseinheit 16 ist zur Einstellung des Dämpfungsgrad nach einer schrittweisen Art bzw. in einem n-Stufen-Modus ausgeführt. Der Schaltstromkreis 17 beinhaltet intern ausgebildete Schalter SW1 bis SWn (n: ganzzahlige Zahl größer als 1) zur Herstellung der n-Stufen-Einstellung des Dämpfungsgrad. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Dämpfungsgrad in drei Stufen unterteilt und weist daher der Schaltstromkreis 17 drei Schalter SW1, SW2 und SW3 auf. Die in drei Stufen einstellbaren Dämpfungsgrade der Dämpfungseinheit 16 entsprechen jeweils 0,75, 0,50 und 0,89, wenn der Schalter SW1 ausgewählt ist, um den fc-Anfangswert mit 1,5 fmax zu erzeugen, wenn der Schalter SW2 ausgewählt ist, um den fc- Anfangswert mit 1,2 fmax zu erzeugen, bzw. wenn der Schalter SW3 ausgewählt ist, um den fc-Anfangswert mit 1,8 fmax zu erzeugen. Dabei ist anzumerken, dass diese Werte Beispiele darstellen und andere Werte verwendet werden können.

Ist der Anfangszustand so hergestellt, dass der Schalter SW1 ausgewählt ist (der Dämpfungsgrad entspricht 0,75), ordnet der Mikrocomputer 20 der VCO-Schaltung 10 an, einleitend zu oszillieren, und beurteilt, ob die gemessene Grenzfrequenz fcobs der Formel 1,2 fmax < fcobs < 1,8 fmax entspricht. Zeigt das Ergebnis die Bestätigung an, dass die gemessene Grenzfrequenz fcobs in den zulässigen Bereich fällt, bleibt die Auswahl des Schalters SW1 unverändert. Ist dies nicht der Fall, schaltet der Schaltstromkreis 17 von dem Schalter SW1 zu dem Schalter SW2, um den Dämpfungsgrad zu verändern. Ist beispielsweise die gemessene Grenzfrequenz fcobs gemäß Fig. 7 fy, welche außerhalb der Obergrenze des zulässigen Bereichs liegt, wird durch die Auswahl von dem Schalter SW1 zu dem Schalter SW2 zur Einstellung des Dämpfungsgrades von 0,75 auf 0,50 in geringerer Richtung geschaltet, während, falls die gemessene Grenzfrequenz fcobs gemäß Fig. 7 fz entspricht, welche außerhalb der Untergrenze des zulässigen Bereichs liegt, wird durch die Auswahl von dem Schalter SW1 auf den Schalter SW3 zur Einstellung des Dämpfungsgrads von 0,75 auf 0,89 in höherer Richtung geschaltet.

Selbst wenn die gemessene Grenzfrequenz fcobs somit außerhalb des zulässigen Bereichs des fc Anfangswerts fällt, was aus der Produktionsstreuung resultiert, ermöglicht die Einstellung des Dämpfungsgrads der Dämpfungseinheit 16, dass die Grenzfrequenz fc innerhalb des festgelegten Bereichs fmax < fc < 2 fmax fällt. Das heißt, ein Fehler hinsichtlich eines Entwurfswerts wird korrigiert, wodurch es ermöglicht wird, einen adäquaten Wert fc einzustellen. Somit kann selbst das Produkt der Schaltung 2, dessen Anfangsgrenzfrequenz fc außerhalb des festgelegten Bereichs bei dem Anfangszustand (Dämpfungsgrad 0,75) liegt, in Folge der Tatsache zulässig werden, dass die Anfangsgrenzfrequenz fc durch Einstellung des Dämpfungsgrades innerhalb des festgelegten Bereichs zu liegen kommt. Unter der Annahme, dass das Produkt, dessen Anfangsgrenzfrequenz fc innerhalb des festgelegten Bereichs fällt, aktzeptabel ist, wird somit die Verteilung der akzeptablen Produkte zwischen den durch die punktierten Linien eingegrenzten Bereich wesentlich erweitert.

Falls darüber hinaus die in dem festgelegten Bereich fallende gemessene Grenzfrequenz fcobs außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, wird der Dämpfungsgrad der Dämpfungseinheit 16 eingestellt, woraus resultiert, dass die Anfangsgrenzfrequenz fc möglichst nahe dem Mittelwert (= 1,5 fmax) eingestellt wird. Selbst wenn somit die tatsächliche Welligkeitsfrequenz bzw. Wellenfrequenz f des DC-Motors 1 sich in Folge einer Produktionsstreuung von seinem Entwurfswert unterscheidet, kann die resultierende Streuung der Grenzfrequenz seitens der Schaltung 2 eingeengt werden, wodurch ermöglicht wird, die Welligkeitsimpules bzw. Wellenimpulse oder die Wellenimpulsfolge in korrekter Weise in den meisten Produkten der Schaltung 2 zu erzeugen.

Der Mikrocomputer 20 führt den Beurteilungsvorgang immer dann aus, wenn der DC-Motor 1 angeschaltet wird. Selbst wenn die Schaltung 2 beispielsweise in Folge einer Produktstreuung eine passende bzw. dazugehörige thermische Charakteristik aufweist, wird die Anfangsgrenzfrequenz fc angesichts der dazugehörigen thermischen Charakteristik bei jedem Start des DC-Motors 1 eingestellt. Bei Einstellung dieser Anfangsgrenzfrequenz fc wird natürlich die thermische Abhängigkeit der Batterie berücksichtigt, was ermöglicht, die Anfangsgrenzfrequenz fc unter Berücksichtigung der Umwelteinflüsse adäquat einzustellen, wenn der DC-Motor 1 angeschaltet wird, wodurch der Impulsfehler auf einen Start des DC-Motors 1 hin sicher verhindert wird. Dabei ist anzumerken, dass selbst bei einer Unterbindung einer Drehung des DC-Motors 1 auf Grund seines blockierten Zustands während des Betriebs in Folge der Tatsache, dass die Grenzfrequenz fc beruhend auf dem Motordrehungssignal und der Motoransteuerspannung bestimmt wird, ermöglicht wird, die Grenzfrequenz fc in Abhängigkeit der Motordrehungsänderung zu gestalten, woraus resultiert, dass die Impulserzeugung in Abhängigkeit des Motordrehzustands ermöglicht werden kann.

Wie aus der vorstehenden detaillierten Beschreibung ersichtlich kann das Ausführungsbeispiel die nachstehenden Vorteile oder Verdienste bereitstellen beziehungsweise bieten. Bevor der DC-Motor 1 angeschaltet wird, wird die PLL-Schaltung 6 zum Betrieb für ein einleitendes Schwingen bzw. ein Vorschwingen veranlasst, und wird die durch das resultierende Taktsignal festgelegte Grenzfrequenz fcobs dahingehend überprüft, ob sie innerhalb des zulässigen Bereichs liegt oder nicht. Liegt sie nicht darin, wird die Anfangsgrenzfrequenz fc dazu gebracht, dass sie durch Einstellung des Dämpfungsgrads der Dämpfungseinheit 16 innerhalb des festgelegten Bereichs zu liegen kommt. Selbst wenn die Schaltung 2 eine eigene Produktstreuung aufweist, wird somit die Anfangsgrenzfrequenz fc hinsichtlich des eigenen Werts des Produkts verbessert oder korrigiert, woraus resultiert, dass kein Impulsfehler vor der Welligkeitsimpulserzeugung bzw. Wellenimpulserzeugung auftritt, welche die Grenzfrequenz beruhend auf dem Motordrehungssignal im Anfangsbetriebszustand des DC-Motors 1 bestimmt. Ein Zählen der Zahl der Welligkeitsimpulse bzw. Wellenimpulse ermöglicht somit eine korrekte Erfassung der Position des beweglichen Elements, das durch den Motor angetrieben wird, wodurch die Positionssteuerung des beweglichen Elements weiter verbessert wird. Darüber hinaus sind ein Teilemanagement und eine Montagepräzision zur Einengung der Produktionsstreuung jedes der DC-Motoren und der Schaltungen nicht erforderlich und kann daher der mögliche Verlust an Produktivität verhindert werden.

Wird überprüft, ob die Anfangsgrenzfrequenz adäquat ist oder nicht, wird die Motoransteuerspannung (das heißt die Batteriespannung) Vb berücksichtigt, wodurch ein Impulsfehler nicht auftritt, selbst wenn der DC-Motor 1 in Form eines fahrzeugseitig angebrachten Motors ausgeführt ist, der durch eine Batteriestromquelle angetrieben wird.

Die Anfangsgrenzfrequenz wird durch die Einstellung des Dämpfungsgrads unter Verwendung der Dämpfungseinheit 16 korrigiert, dessen Dämpfungsgrad schrittweise veränderbar ist, was die Schaltung einfacher macht.

Der Mikrocomputer 20 führt den Beurteilungsvorgang immer dann aus, wenn der DC-Motor 1 angeschaltet wird, was ermöglicht, immer eine Einstellung der Anfangsgrenzfrequenz fc dahingehend herzustellen, dass die Umgebungstemperaturänderung, die thermische Charakteristik der Schaltung und die thermische Abhängigkeit der Motoransteuerspannung berücksichtigt werden, wodurch der Impulsfehler auf einen Start des DC-Motors 1 hin sicher verhindert wird.

In Folge der Tatsache, dass der Mikrocomputer 20 die einleitende bzw. vorbereitende Oszillation und den Beurteilungsvorgang ausführt, indem dies mit dem Motoransteuerbefehlssignal eingegeben wird, muss der Mikrocomputer 20 nur betrieben werden, wenn der DC-Motor 1 angeschaltet ist, woraus resultiert, dass die auf dem Mikrocomputer 20 beruhende Fähigkeit effektiv verwendet werden kann.

Es ist dabei anzumerken, dass das Ausführungsbeispiel nicht einem beschränkten Modus entspricht und daher wie nachstehend angeführt modifiziert ausgeführt werden kann.

Der Motor ist nicht auf den DC-Motor 1 beschränkt. Kurz gesagt ist jeder Motor wie etwa ein Wechselstrommotor beziehungsweise AC-Motor verwendbar, von dem ein Signal gemäß einer Welligkeits- bzw. Wellenimpulsfolge gewonnen werden kann, dessen Frequenz proportional zu der Motordrehzahl (Hz) ist.

Der Wert des Entwurfswerts der Anfangsgrenzfrequenz fc muss nicht notwendiger Weise dem Mittelwert des festgelegten Bereichs entsprechen. Angesichts der Streuungsverteilung der Produkte kann jeder von dem Mittelwert des festgelegten Bereichs nach außen verschobene Wert benutzt werden.

Darüber hinaus muss der Entwurfswert der Anfangsgrenzfrequenz fc nicht notwendiger Weise den Mittelwert des in dem Beurteilungsvorgang verwendeten zulässigen Bereichs entsprechen. Die Beziehung zwischen dem festgestellten Bereich und dem zulässigen Bereich wird in einem beliebigen Modus eingestellt und daher können die beiden Bereiche übereinstimmen.

Obwohl für den Abschnitt des Schalters SW1 des Schaltstromkreises 7 angenommen wird, dass er dem Anfangszustand des Anschaltens des Motors entspricht, kann der Schalter, der bei dem letzten Start des Motors ausgewählt worden ist, zum Anzeigen des nächsten Anfangszustands verwendet werden. Wird beispielsweise befunden, dass die Anfangsgrenzfrequenz mit der Auswahl des Schalters SW2 nicht adäquat ist, wird der Schalter SW1 ausgewählt. In diesem Fall werden für jeden Dämpfungsgrad ein unterschiedlicher zulässiger Bereich und festgelegter Bereich eingestellt.

Nach Messung von Schwingungsfrequenzen durch Auswahl von 2 oder mehr Schaltern SW1, - - -, SWm (m ≥ 2) kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem eine der resultierenden Anfangsgrenzfrequenzen fobz ausgewählt wird, die dem Entwurfswert von fc am nächsten kommt. In diesem Fall wird der geeignetste Dämpfungsgrad aus den vorbereiteten Dämpfungsgraden ausgewählt.

Die Dämpfungseinheit 16 muss nicht zwischen der Addierschaltung 15 und der VCO-Schaltung 10 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Dämpfungseinheit 16 zwischen der Addierschaltung 15 und einer der Verstärkerschaltungen 12 und 14 vorgesehen sein. Kurz gesagt ist die Dämpfungseinheit 16 nur zur schrittweisen Einstellung des Dämpfungsgrades erforderlich.

Die Zahl der Stufen des variablen Dämpfungsgrades der Dämpfungseinheit 16 kann in geeigneter Weise eingestellt werden. Beispielsweise kann die Zahl der Stufen auf 2 oder 4 eingestellt sein.

Der Beurteilungsvorgang muss nicht immer ausgeführt werden, wenn der Motor angeschaltet wird. Wird der Motor kurz nach dem letzten Motorstart angeschaltet, kann auf den Beurteilungsvorgang verzichtet werden. Nur wenn beispielsweise eine Zeitdauer, die von 10 bis 100 Minuten reicht und von dem letzten Motorstart aus gemessen wird, verstrichen ist, wird der Beurteilungsvorgang ausgeführt, wenn der DC-Motor eingeschaltet wird.

Die einleitende Oszillation beziehungsweise die Vorschwingung und der folgende Beurteilungsvorgang müssen nicht nur auf einen Empfang des Motoransteuerbefehlssignals hin ausgeführt werden. Die Ausführungen sind so lange zulässig, wie der Motorbetrieb ruht. Beispielsweise kann ein Konzept verwendet werden, bei dem die Vorschwingung und der Beurteilungsvorgang unabhängig von einem Motorstart zur Einstellung des Dämpfungsgrades der Dämpfungseinheit 14 gemäß einem Zeitintervall ausgeführt werden, während die Vorschwingung und der Beurteilungsvorgang nicht ausgeführt werden, wenn das Motoransteuerbefehlssignal eingespeist wird. In diesem Fall kann der Motor unmittelbar auf einen Empfang des Motoransteuerbefehlssignals hin gestartet werden, was eine Verzögerung des Beginns des Beurteilungsvorgangs verhindert, wodurch die Reaktionsfähigkeit hinsichtlich des Motorstarts verbessert wird.

Der Aufbau zur Korrektur oder Einstellung der Anfangsgrenzfrequenz ist nicht auf eine Verwendung der Dämpfungseinheit beschränkt. Kurz gesagt kann jede Struktur beziehungsweise jeder Aufbau verwendet werden, der die Anfangsgrenzfrequenz schrittweise oder auf lineare Weise verändert. Beispielsweise ist eine Struktur denkbar, bei der die Schwingungsfrequenz der VCO-Schaltung 10 durch Einspeisung eines Signals von dem Mikrocomputer gesteuert wird, das auf der Grundlage des Motordrehungssignals (Motorstromsignal) und des Motoransteuerspannungssignals berechnet wird, welche in den Mikrocomputer eingespeist werden. Ein derartiger Aufbau kann die Dämpfungseinheit überflüssig machen. Außerdem kann ebenso ein Mikrocomputer betriebenes Schaltelement verwendet werden.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben. Jedoch sollte verständlich sein, dass die Erfindung keineswegs auf die Details der veranschaulichten Strukturen beschränkt ist, sondern dass Änderungen und Modifikationen ohne einem Abweichen von dem Schutzbereich der angefügten Patentansprüche möglich sind.

Bereitgestellt wird eine Motorrotationsimpuls- Erzeugungsschaltung für einen Motor, die selbst in einer Anfangsstartphase des Motors durch Einstellung einer Filtergrenzfrequenz als Reaktion auf einen Motorrotationszustand ein korrektes Impulssignal erzeugt. Die Motorrotationsimpuls-Erzeugungsschaltung beinhaltet eine Rotationsimpulserzeugungsschaltung 20 und erzeugt Welligkeits- bzw. Wellenimpulse, indem von dem DC-Motor 1 ein Signal eingespeist wird, auf dem eine Welligkeit überlagert ist, dessen Frequenz proportional zu einer Drehzahl des DC-Motors 1 ist. Ein Filter 3 macht eine Grenzfrequenz auf der Grundlage eines von einer PLL- Schaltung 6 ausgegebenen Taktsignals variabel. Eine Schwingungsfrequenz an einem Oszillator VCO 10 wird durch die Wellenimpulse und ein Motorrotationszustandssignal bestimmt, welches durch Schaltungen 12 bis einschließlich 16 eingespeist wird. Ein Mikrocomputer 20 veranlasst den Oszillator VCO 10 zur Ausgabe eines vorläufigen Taktsignals, wenn der Motor angeschaltet wird. Der Mikrocomputer 20 misst die Schwingungsfrequenz auf der Grundlage des resultierenden vorläufigen Taktsignals für eine dahingehende Beurteilung, ob eine Anfangsgrenzfrequenz des Filters 3 korrekt ist oder nicht. Ist das Ergebnis negativ, wird ein Schaltstromkreis 17 in einem Schaltmodus zur Einstellung einer Dämpfung einer Dämpfungseinheit 16 gesteuert, wodurch die Anfangsgrenzfrequenz korrigiert wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung für einen Motor mit:

    einer Filtereinrichtung zur Eliminierung einer Störung aus einem zu ihr eingespeisten Signal, welches mit einer Welligkeit überlagert ist, dessen Frequenz von einer Drehzahl des Motors abhängt, wobei die Filtereinrichtung eine Grenzfrequenz auf der Grundlage eines externen Signals variabel gestaltet,

    einer Impulsformungseinrichtung zur Wandlung eines Ausgangssignals der Filtereinrichtung in ein Impulssignal, dessen Frequenz auf die Drehzahl des Motors anspricht,

    einer Takterzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Taktsignals auf der Grundlage des Impulssignals und eines Rotationszustandssignals des Motors, wobei das Taktsignal der Filtereinrichtung zugeführt wird, um ihre Grenzfrequenz variabel zu gestalten, und

    einer Korrektureinrichtung zur Voroszillation des Taktsignals vor einem Anschalten des Motors, wobei die Korrektureinrichtung auf der Grundlage des Voroszillationstaktsignals beurteilt, ob eine Anfangsgrenzfrequenz adäquat ist oder nicht, und wobei die Korrektureinrichtung die Anfangsgrenzfrequenz adäquat macht, wenn das Ergebnis der Beurteilung befindet, dass sie nicht adäquat ist.
  2. 2. Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei das Rotationszustandssignal auf einem Motorrotationssignal und einem Motoransteuerspannungssignal beruht, wobei die Korrektureinrichtung eine Vielzahl von Werten speichert, so dass einer der Werte als ein adäquater Wert der Grenzfrequenz in Abhängigkeit einer Motoransteuerspannung auszuwählen ist, wobei die Korrektureinrichtung, wenn die Beurteilung erfolgt, den adäquaten Wert in Abhängigkeit von der Motoransteuerspannung findet, die durch das extern eingespeiste Motoransteuerspannungssignal dargestellt wird, und wobei die Korrektureinrichtung durch Vergleichen der Voroszillationsgrenzfrequenz mit dem gefundenen adäquaten Wert beurteilt, ob die Anfangsgrenzfrequenz adäquat ist oder nicht.
  3. 3. Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 2, wobei die Korrektureinrichtung eine Dämpfungseinheit und eine Steuereinheit zum Schalten einer Dämpfung der Dämpfungseinheit beinhaltet, wobei die Dämpfungseinheit an einem vorgelagerten Abschnitt einer Eingangsseite der Takterzeugungseinrichtung angeordnet ist, so dass eine Dämpfung des Rotationszustandssignals variabel gemacht wird.
  4. 4. Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Korrektureinrichtung den Beurteilungsvorgang ausführt, immer wenn der Motor angeschaltet wird.
  5. 5. Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 2, wobei die Korrektureinrichtung den Beurteilungsvorgang ausführt, immer wenn der Motor angeschaltet wird.
  6. 6. Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 3, wobei die Korrektureinrichtung den Beurteilungsvorgang ausführt, immer wenn der Motor angeschaltet wird.
  7. 7. Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Korrekturschaltung den Beurteilungsvorgang durch eine Voroszillation des Taktsignals an der Takterzeugungseinrichtung auf der Grundlage des Motoransteuerspannungssignals ausführt.
  8. 8. Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung für einen Motor mit:

    einer Filtereinrichtung zur Eliminierung einer Störung aus einem durch den Motor ausgegebenen ersten Signal auf der Grundlage einer Grenzfrequenz, wobei das erste Signal eine Welligkeit beinhaltet, dessen Frequenz einer Drehzahl des Motors entspricht,

    einer Impulsformungseinrichtung zur Wandlung eines Ausgangssignals der Filtereinrichtung in ein Impulssignal, dessen Frequenz der Drehzahl des Motors entspricht,

    einer Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Taktsignals auf der Grundlage des Impulssignals und des ersten Signals, wobei die Erzeugungseinrichtung das Taktsignal an die Filtereinrichtung ausgibt, damit die Grenzfrequenz variiert wird,

    einer Voroszillationseinrichtung zur Voroszillation des Taktsignals an der Erzeugungseinrichtung, bevor der Motor gestartet ist, und

    einer Kompensationseinrichtung zur Kompensation der Voroszillationsgrenzfrequenz auf eine adäquate Frequenz, wenn die Voroszillationsgrenzfrequenz einer nicht adäquaten Frequenz entspricht.
  9. 9. Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 8, wobei das erste Signal auf einem Motorrotationssignal und einem Motoransteuerspannungssignal beruht, und

    wobei die Kompensationseinrichtung eine Vielzahl von adäquaten Frequenzen entsprechend den verschiedenen Motoransteuerspannungssignalen speichert, damit eine adäquate Frequenz auf der Grundlage eines Motoransteuerspannungssignals bestimmt wird, und eine Adäquatheit der Voroszillationsfrequenz im Vergleich mit der bestimmten adäquaten Frequenz beurteilt.
  10. 10. Rotationsimpuls-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 9, wobei die Kompensationseinrichtung eine an einem vorgelagerten Abschnitt einer Eingangsseite der Erzeugungseinrichtung angeordnete Dämpfungseinheit zur Variation einer Dämpfungsgröße des ersten Signals und eine Steuereinrichtung zum Schalten der Dämpfungsgröße beinhaltet.






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