DE69216690T2

DE69216690T2 - Verfahren zur Bestimmung der Anlaufrichtung eines bürstenlosen, mehrphasigen Gleichstrommotors und Steuerungssystem dafür

Info

Publication number: DE69216690T2
Application number: DE69216690T
Authority: DE
Inventors: Mark J Mccormack
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics Inc
Current assignee: STMicroelectronics lnc USA
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2012-05-20
Also published as: EP0517393A3; EP0517393B1; JPH05191990A; US5191270A; DE69216690D1; EP0517393A2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei Verfahren zum Starten vielphasiger Motoren und insbesondere auf Verbesserungen beim Starten vielphasiger Motoren, bei denen die anfängliche Stellung und die Startrichtung nicht bekannt sind oder nicht gesteuert zu werden brauchen.
Unter vielen Umständen muß das Anlaufen eines Motors gesteuert werden. Zum Beispiel in Personal-Computern oder anderen Computern, in Plattenlaufwerken, wie etwa Festplatten, sog. "Disketten-Laufwerken"("Floppy"), und anderen Plattenlaufwerken, werden vielphasige, bürstenlose DC-Motoren häufig verwendet. Bei derartigen Anwendungen benötigt das Anlaufen der Plattenlaufwerkmotoren sorgfältige Aufmerksamkeit. Mit wachsender Hervorhebung der Betriebsgeschwindigkeit von modernen Computern ist es natürlich wünschenswert, Plattenlaufwerkmotoren und die Platte (oder Platten oder andere Lasten), die durch den Motor angetrieben werden, mit so hohen Geschwindigkeiten wie möglich zu betreiben. Zwei der Probleme, die angesprochen werden müssen, sind die Bestimmung der Anfangsstellung des Motors, um es zu ermöglichen, eine Spannung anzulegen, die ein maximales Anfangsdrehmoment ergibt, und die Bestimmung der Richtung der Drehung, in der der Motor anlaufen wird. Jedoch haben in vielen gegenwärtigen Plattenlaufwerkskonstruktionen vielphasige, typischerweise dreiphasige, bürstenlose DC-Motoren, die eine weit verbreitete Verwendung gefunden haben, allgemein keine Steuerung, um die Rotorstopps in irgendeiner bestimmten Stellung sicherzustellen. Es ist deshalb erkennbar, daß es wünschenswert wäre, die Stellung des Rotors des Motors beim Anlaufen zu bestimmen, um festzulegen, wie eine Anlaufspannung an die Statorwicklungen angelegt werden sollte, um zu einem maximalen Anlaufdrehmoment zu führen, um den Motor und die durch den Motor gedrehte Platte so schnell wie möglich auf eine Betriebsgeschwindigkeit zu bringen.
Typische gegenwärtige vielphasige, dreiphasige, bürstenlose DC-Motoren, die in Plattenlaufwerken und verschiedenen anderen Systemen verwendet werden, haben mehrere Statorspulen bzw.-wicklungen, die in dem inneren Abschnitt des Motors plaziert sind, und einen zylindrisch geformten Rotor, der mehrere Permanentmagnete trägt, die mit den Feldern wechselwirken, die durch die magnetischen Felder der Statorspulen bzw.-wicklungen erzeugt werden, um ein drehendes Drehmoment zu erzeugen, um den Rotor zu drehen. Obwohl auf den Motor als ein dreiphasiger Motor Bezug genommen wird, wird in der Praxis ein DC-Potential in einer Abfolge an aufeinanderfolgende Statorspulen bzw.-wicklungen angeschlossen, um die magnetischen Felder zur Verfügung zu stellen, um mit magnetischen Feldern der Rotormagnete in Wechselwirkung zu treten, um die gewünschte Drehung des Rotors zu erzeugen.
Eines der mit einem derartigen Motor verbundenen Probleme ist, daß im allgemeinen nach dem Betrieb die Rotorhaltestellung nicht bekannt ist, und das neuerliche Starten des Motors durch das Anlegen der Anlaufspannung in einer zufälligen Weise kann dazu führen, den Motor anfangs in der falschen Richtung zu starten. Dies kann ein Hauptproblem insbesondere z.B. in Magnetplattenanwendungen sein, in denen große Haftreibungskräfte zwischen der Plattenoberfläche und dem Plattenkopf vorkommen können, insbesondere falls es der Platte ermöglicht worden ist, über lange Zeitperioden untätig zu verbleiben. Derartige Haftreibungskräfte können sich in dem Kopf ergeben, der in eine rück wartige Richtung bewegt wird, was zu der Gefahr der Beschädigung sowohl der Scheibe als auch des Kopfes und auch der Antriebsbestandteile führt.
In der Vergangenheit sind Einwegmotoren lediglich durch ein "Start- und Lauf"-Verfahren ("start and go" method) gestartet worden, bei dem die Statorspulen bzw. -wicklungen erregt werden und es ihnen ermöglicht wird, den Rotor bis zu einer Geschwindigkeit mitzunehmen, ungeachtet entweder der Anfangsphase der Spannung, die an den Stator des Motors angelegt wird, oder der Anfangsstellung oder der Drehrichtung des Rotors. (Es ist zu bemerken, daß, selbst wenn der Motor anfangs die Drehung in der falschen Richtung vornimmt, das Statorfeld des Motors immer in der zutreffenden Richtung drehen wird und eventuell die Richtung der Drehung des Rotors korrigieren wird; jedoch nicht ohne die Gefahr der zwischenzeitlichen möglichen Beschädigung der Komponente und der Platte, wie oben aufgezeigt.) Folglich ist das Anfangsdrehmoment, das den Motor in dieser Weise startet, zufällig zu erfahren, in Abhängigkeit von dem bestimmten, zufälligen Verhältnis zwischen den Rotor- und den Statorfeldern. Der Motor wird deshalb nicht notwendigerweise so schnell wie möglich auf die Betriebsgeschwindigkeit gebracht, was zu einem langsameren Systembetrieb führt, als er ansonsten möglich wäre.
Ein anderes Verfahren, das verwendet worden ist, ist ein "brutale Kraft"-Verfahren ("brute force" method), bei dem ein bekanntes festes (d.h. nicht rotierendes) Feld durch den Stator angelegt wird, um den Rotor in eine bekannte Stellung zu zwingen, bevor es der Phase ermöglicht wird, sich zu ändern, oder die Betriebsspannung auf die nächste Phase geschaltet wird, um die gewünschte Drehung zu beginnen. Techniken dieser Art treffen keine Vorkehrung für die Anfangsrichtung der Drehung des Rotors und im schlechtesten Fall würde sie die Drehung des Rotors von einer Stellung 180 Grad aus der Phase im Hinblick auf die gewünschte Startstellung erfordern.
Eine andere Technik, die verwendet worden ist, ist es, dynamisch die Stellung des Rotors zu bestimmen, wie seine Drehung begonnen hat. Bei derartigen Techniken wird typischerweise die rückwärtige EMK gemessen, die in die Statorspulen bzw.-wicklungen bei der Drehung induziert wird, und die Phase der Betriebsspannung wird z.B. durch Pulsbreitenmodulation oder andere Techniken eingestellt. Da jedoch die rückwärtige EMK unmittelbar proportional zu der Drehgeschwindigkeit des Rotors bei dem anfänglichen Anlaufen ist, ist die rückwärtige EMK sehr klein und schwierig verläßlich zu erfassen. Und natürlich erfordert diese Technik eine Drehung, um ihren Betrieb zu ermöglichen; folglich kommen die auf die Richtung bezogenen Probleme, die oben aufgezeigt wurden, vor. Als schließlich Versuche unternommen wurden, um die Computeroperationen soweit als möglich zu digitalisieren, wurde die rückwärtige EMK unter Verwendung digitaler Techniken gemessen. Jedoch sind, wie oben aufgezeigt, insbesondere beim Anlaufen die kleinen Signale schwierig zu erfassen, wobei dies zusätzlich der digitalen Signalverarbeitung Bedeutung hinzufügt.
Eine andere Technik, die verwendet worden ist, ist es, einen kurzen Stromstoß an jeden Satz von Statorspulen bzw. -wicklungen anzulegen und die Amplitude der Stromresponse zu messen. Aus diesen Daten wird einer der Stromresponsen größer als der Rest sein, was die Bestimmung einer Statorspule ermöglicht, an die ein längerer Strompuls angelegt werden kann, um den Motor in einer gewünschten Weise anlaufen zu lassen. Dieses Verfahren des Anlegens von Pulssätzen wird fortgesetzt, bis der Motor eine vorbestimmte Drehzahl erreicht, nach der andere Lauftechniken eingesetzt werden. Derartige Pulssatztechniken erfordern aufgrund der Datenverarbeitung und der Anlaufverfahren selbst jedoch Wartezeiten, und deshalb führen sie dazu, daß ein geringeres als ein maximales Anlaufdrehmoment erzielt wird.
Ein anderes Verfahren wird in der DE-A-40 01 355 offenbart, bei dem der Strom zu den Statorspulen bzw.-wicklungen kurz gestoppt und dann wieder an nur eine Phase angelegt wird. Der Stromanstieg bei der Phase wird dann überwacht, um zu bestimmen, wann der Rotor in einer bekannten Stellung relativ zu der erregten Phase ist.
Die EP-A2-462729, die unter Art. 54(3) EPÜ fällt, offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung, um die Drehstellung des Rotors zu erfassen, indem Strompulse mit unterschiedlichen Polaritäten an jede der Statorspulen bzw. -wicklungen angelegt werden und die Ergebnisse in einer Zustandsauswähltabelle verglichen werden.
Diese letzteren Verfahren stellen eine Drehstellungsinformation im Hinblick auf den Rotor zur Verfügung, jedoch stellt keines der Verfahren Mittel zur Verfügung, um den Motor mit einem maximalen Anlaufdrehmoment in einer gewünschten Richtung anlaufen zu lassen.
Folglich ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Starten eines vielphasigen Motors mit maximalem Drehmoment in eine gewünschte Drehrichtung zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Motoranlaufverfahren zur Verfügung zu stellen, das die Zeit verringert, die erforderlich ist, um den Motor auf Betriebsgeschwindigkeit zu bringen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Motoranlaufverfahren der beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, das die Entfernung der Rotorbewegung vor dem tatsächlichen Anlaufen verringert.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Motorstartverfahren der beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, das die Möglichkeit der Komponentenbeschädigung aufgrund einer unpassenden Anlaufrichtung verringert.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Motoranlauf- bzw.-startverfahren der beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, das insbesondere für Einsätze, wie etwa in Computerplattenlaufwerken und dergleichen zweckmäßig ist, welches den Motor so schnell wie möglich auf die gewünschte Drehgeschwindigkeit bringt.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen Antrieb zum Starten eines vielphasigen, bürstenlosen DC-Motors mit maximalem Drehmoment in einer gewünschten Drehrichtung gemäß dem Verfahren einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Motorsystem für Anwendungen, wie etwa Plattenantrieben bzw. -laufwerken in Computeranwendungen und dergleichen zur Verfügung zu stellen, das den Motor und die Scheibe bzw. Platte so schnell wie möglich auf die gewünschte Drehgeschwindigkeit bringt.
Es ist eine noch andere Aufgabe der Erfindung, einen Antrieb für einen bürstenlosen, dreiphasigen DC-Motor zur Verfügung zu stellen.
Folglich wird gemäß dieser Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der Richtung der Anlaufdrehung eines vielphasigen bürstenlosen DC-Motors der Art, die mehrere Statorspulen bzw.-wicklungen und einen Rotor hat, zur Verfügung gestellt, das die Schritte aufweist: eine erste Messung der Anstiegszeit des Stroms an jeder der Statorwicklungen bzw -spulen wird mit dem Rotor in Ruhe gemacht, wobei aus der ersten Messung bestimmt wird, an welche der Statorwicklungen bzw.-spulen eine Startspannung angelegt wird, eine Spannung wird an den Motor angelegt, die ausreichend ist, um zumindest eine geringe Drehung des Rotors zu erzeugen, eine zweite Messung der Anstiegszeit des Stroms an zumindest zwei der Statorwicklungen bzw.-spulen wird mit dem Rotor wieder in Ruhe gemacht, Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Anstiegszeitmessung werden für jede jeweilige der zumindest zwei Statorwicklungen bzw.-spulen bestimmt, und aus den Anstiegszeitdifferenzen wird die Richtung bestimmt, in der sich der Rotor drehte.
Gemäß dieser Erfindung wird auch ein Motorantriebssystem für einen vielphasigen bürstenlosen DC-Motor zur Verfügung gestellt, der mehrere Statorspulen und einen Rotor hat, das aufweist: Mittel zum Messen der Anstiegszeit des Stroms an jeder der Statorwicklungen bzw.-spulen mit dem Rotor im Ruhezustand, Mittel, um aus der Anstiegszeitmessung zu bestimmen, an welche der Statorwicklungen bzw. -spulen eine Startspannung anzulegen ist, Mittel, um den Rotor des Motors zu veranlassen, sich zumindest etwas zu drehen, Mittel, um die Stromanstiegszeit an zumindest zwei der Statorwicklungen bzw.-spulen mit dem Rotor im Ruhezustand abermals zu messen, Mittel, um die Unterschiede zwischen der Anstiegszeitmessung und der abermaligen Anstiegszeitmessung, die an jeder jeweiligen der zumindest zwei Statorwicklungen bzw.-spulen gemacht worden sind, zu bestimmen, und Mittel, um aus den Unterschieden die Richtung zu bestimmen, in der der Rotor gedreht wurde.
Die Erfindung wird in den begleitenden Darstellungen wiedergegeben, in denen:
Fig. 1 eine darstellerische Ansicht ist, die eine Oberansicht eines Abschnitts eines dreiphasigen Motors und sein Verhältnis zu einem Magnetfeld, B, in einer anfänglichen Anlaufstellung darstellt.
Fig. 2 eine Seitenansicht ist, die bei 2-2 in Fig. 1 von einer der Spulen angelegt ist, die in Fig. 1 dargestellt sind.
Fig. 3 eine diagrammartige Ansicht des Motors nach Fig. 1 in einer Anlaufstellung nach einer Anfangsbewegung ist.
Fig. 4a - 4c diagrammartige Ansichten eines Motors in verschiedenen Drehstellungen sind, die das Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Bestimmen der Drehrichtung des Motors darstellen.
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm ist, das die Schritte zum Starten eines vielphasigen Motors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Und Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Motorsystems ist, in dem das Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden kann.
In den verschiedenen Figuren der Darstellung werden gleiche Bezugsziffern verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu bezeichnen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Starten eines dreiphasigen Motors mit einer unbekannten Anfangsstellung des Rotors vorgestellt. Ein Abschnitt eines derartigen Motors 5 ist diagrammartig in Fig. 1 wiedergegeben. Wie gezeigt, hat der Motor Statorwindungen oder -spulen 10, 11 und 12 um die Peripherie herum, um die ein Rotor (nicht gezeigt) dreht, der mehrere Permanentmagneten trägt. Es ist zu bemerken, daß die Erfindung bei Motoren mit verschiedenen anderen Konstruktionen einsetzbar ist. Folglich kann, obwohl eine Motorausführungsform, wie sie im einzelnen beschrieben ist, mit der die Erfindung bevorzugt realisiert werden kann, zentral angeordnete Statorwicklungen bzw.-spulen und einen zylindrisch geformten Rotor mit Permanentmagneten (nicht gezeigt) hat, der um die Peripherie des Stators herum ist und dreht bzw. rotiert, die Erfindung gleichermaßen vorteilhaft bei Motoren mit intern rotierenden Permanentmagnetrotoren, Rotoren mit magnetfelderzeugenden Spulen und dergleichen, eingesetzt werden, wie es den Fachleuten im Stand der Technik klar sein wird. Obwohl auch nur drei Spulen 10 - 12 gezeigt werden, ist es verständlich, daß die Erfindung gleichermaßen vorteilhaft im Hinblick auf andere Motoren eingesetzt werden kann, die unterschiedliche Anzahlen und Konstruktionen von Spulen bzw. Wicklungen haben.
Es wird wieder auf Fig. 1 Bezug genommen, wobei die Statorspulen bzw.-wicklungen 10 - 12 einen anfänglichen Drehversatzwinkel θ im Hinblick auf das Feld des Motors 5 haben. Es wird bevorzugt, daß im Hinblick auf jede der Spulen 10 - 12 der Koeffizient der Selbstinduktion durch die folgende Gleichung dargestellt werden kann:
L=NΦ/i
wobei:
L = Koeffizient der Selbstinduktion;
N = Anzahl von Windungen der Spule;
i = Strom durch die Spule;
Φ = magnetischer Fluß.
Es ist zu bemerken, daß der magnetische Fluß Φ durch die Permanentmagnete des Rotors erzeugt wird, der die Spulen des Stators umgibt und in irgendeiner Richtung in Abhängigkeit von der Stellung des Stators in seiner angehaltenen Stellung sein kann. Wie es jedoch erkennbar ist, braucht die tatsächliche Richtung des magnetischen Flusses Φ nicht genau bestimmt werden, um zu bestimmen, an welche der Statorwicklungen bzw.-spulen eine Anlaufspannung eingangs angelegt werden muß, um ein maximales Anlaufdrehmoment in dem Motor zu erzeugen.
Darüber hinaus:
Da N und i konstant bleiben, kann gesagt werden, daß L=Φ und Φ= cosθ&sub1; ist, wobei θ&sub1; der Winkel ist, den das Feld mit einer Linie normal zu der Spule bzw. Wicklung (d.h. zu den Windungen bzw. Schleifen) einschließt und der Bereich einer einzelnen Windung bzw. Schleife ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.
ΔL= cosθ&sub1;
Bei einem typischen Induktor bzw. Läufer mit Eisenkern ohne äußeres Feld , ist der magnetische Fluß in dem Kern durch die Sättigung des Kerns begrenzt.
Andererseits wird, wenn der Eisenkerninduktor bzw. -läufer in ein äußeres Feld eingetaucht ist, die magnetische Flußdichte des Kerns zu der Summe des externen Feldes plus der magnetischen Flußdichte, die durch das Anlegen des Stroms über die Spule induziert wird.
Da die magnetische Flußdichte innerhalb des Kerns auf die Kernsättigung begrenzt ist, falls ein Strom an die Spule bzw. Wicklung angelegt wird, so daß die Spule bzw. Wicklung gerade bei oder unterhalb des Sättigungspunktes gehalten wird, wird das Anlegen eines äußeres Feldes dazu neigen, die Sättigung des Kerns zu modulieren, da die Induktion proportional zu dem magnetischen Fluß ist. Folglich wird das di/dt sich ändern, wenn sich der Kern in die und aus der Sättigung bewegt. In einer anderen Weise wiedergegeben, ist die Selbstinduktion der Spule abhängig von ihrer relativen Winkelstellung im Hinblick auf das externe Feld .
Dies wird allgemein wieder unter Bezugnahme auf Fig. 1 dargestellt, in der der magnetische Fluß, der jede Spule umgibt, von ihrer Orientierung im Hinblick auf das Feld abhängt. Folglich gibt es mehr magnetische Linien des Flusses 15 der Spule 11, die nahezu normal zu dem Feld ist als es Linien des Flusses 16 der Spule 12 gibt, die nahezu zu dem Feld ausgerichtet ist. (Einen ähnlichen bzw. gleichen Zustand des magnetischen Flusses gibt es auch im Hinblick auf die Spule 10, jedoch sind die Flußlinien in der Darstellung zu Zwecken der Verdeutlichung nicht gezeigt.) Dieser Zustand kann elektrisch erkannt werden, indem die Anstiegszeit eines Stromes in jeder der jeweiligen Spulen bzw. Wicklungen gemessen wird. Falls z.B. eine Spannung an die Spule 11 angelegt wird, die eine größere Selbstinduktion hat, würde die Anstiegszeit des Stromes geringer sein als die, die beobachtet werden würde, wenn eine Spannung an die Spule 12 angelegt würde, die eine geringere Selbstinduktion hat.
Deshalb ist es beim Bestimmen der Stellung des Motors der erste Schritt, wie im Kasten 30 nach Fig. 5 gezeigt, die Anstiegszeit des Stromes in jeder Spulen 10 - 12 zu messen, die sich aus dem Anlegen einer bekannten Spannung an jede in einem konstanten Feld ergibt. An diesem Punkt kann die Spule, die am besten zu dem Feld ausgerichtet ist (das Feld ist am besten zu der Linie senkrecht zu den Schleifen bzw. Windungen der Spule bzw. Wicklung ausgerichtet), allgemein bestimmt werden. Dies ist die Spule, an die eine Spannung angelegt werden kann, um ein maximales Anlaufdrehmoment zu erzeugen. Die Art, durch die die Spule identifiziert wird, geschieht durch Erkennen der Spule, die eine Anstiegszeit zwischen der der anderen zwei Spulen hat. Zum Beispiel wird im besten Falle eine Spule, z.B. die Spule 12 in Fig. 1, zu dem Feld des Rotors ausgerichtet sein. Die anderen zwei Spulen 11 und 12 werden mit ihren Spulen entgegengesetzt zu oder getragen von dem Feld ausgerichtet sein und werden deshalb Stromanstiegszeiten haben, die jeweils kleiner und größer als die Anstiegszeit des Stroms der Spule 12 sind.
Die Anstiegszeitmessungen können leicht mittels bekannter Techniken, z.B. durch den Einsatz eines Stufenkonstantstroms an jede der Spulen und Messen oder Beobachten der Zeit, durchgeführt werden, die der Strom benötigt, um auf einen vorbestimmten Wert anzusteigen. Dies kann unter Verwendung analoger Techniken oder bevorzugt unter Verwendung digitaler Verarbeitungstechniken vorgenommen werden. Die Größe und Dauer des Konstantstromschritts bzw. der Konstantstromstufe hängt von der Größe und der Art des in Betracht zu ziehenden Motors ab, sollte jedoch keine ausreichende Größe haben, um eine Bewegung der Teile des Motors einzuleiten. Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, die Spulen bzw. Wicklungen vollständig in die Sättigung zu treiben; jedoch ist dies nicht vollkommen wesentlich, um das Verfahren nach der Erfindung zu realisieren.
Es könnte so scheinen als würden willkürliche Punkte bei der Stellung des Rotors vorkommen, z.B. wenn der Rotor in einer von zwei Stellungen ist, so daß die magnetischen Flußlinien von einer der Spulen bzw. Wicklungen zu dem magnetischen Feld ausgerichtet sind. In diesem Fall wird die Stromanstiegszeit der unausgerichteten Spulen bzw. Wicklungen gleich sein. In solchen Fällen wird jedoch die Richtung von den Spulen von der ausgerichteten Spule entweder den magnetischen Fluß in der Spule dazu veranlassen, entgegengesetzt zu oder gestützt durch das magnetische Feld erzeugt zu werden. Deshalb kann die Richtung z.B. durch eine Tabelle für bekannte di/dt-Werte oder andere Techniken bestimmt werden. Folglich wird es bei einem Messungsansatz, wie etwa der beschriebene, möglich, zu bestimmen, welche Spule eines dreiphasigen DC-Motors angeregt werden sollte, um das maximale Drehmoment beim Anlaufen zur Verfügung zu stellen.
An diesem Punkt verbleibt das Problem, daß die Richtung der Drehung aus den bislang erhaltenen Informationen nicht bekannt ist, obwohl die Stellung des Motors allgemein eingerichtet werden kann (mit möglichen Willkürlichkeiten, wie oben beschrieben). Um die Richtung zu bestimmen, in der der Motor starten wird, wird der Motor, wie in Fig. 5 gezeigt, mit einem kurzen Strompuls erregt, der ausreicht, um den Motor nur etwas zu verrücken bzw. zu bewegen, jedoch keine ausreichende Größe hat, um irgendwelche Teile zu beschädigen, die mit dem Motor in Verbindung stehen. Eine neue di/dt-Messung wird dann vorgenommen und im Kasten 33 mit der vorherigen verglichen. Aus dieser Information kann es bestimmt werden, in welcher Richtung sich der Motor bewegen wird, Kasten 34, und deshalb ist sie nützlich beim Bestimmen der zutreffenden Phasenerregung (d.h. an welche Statorspule die anfängliche Anlauf spannung angelegt wird), um eine passende Drehrichtung beim Anlaufen sicherzustellen, Kasten 36.
Es wird nun unter Bezungahme auf die Fig. 4a - 4c ein Beispiel des Richtungsbestimmungsverfahrens gezeigt. Falls der Motor z.B. aus der in Fig. 4a gezeigten Stellung startet, kann es erkannt werden, daß die Richtung der Linien des magnetischen Flusses der Spule 12 allgemein zu dem Magnetfeld ausgerichtet sind (obwohl nur eine einzige Startstellung dargestellt ist, kann eine ähnliche Analyse für andere willkürliche Startstellungen genauso gut gezeigt werden). Die Linien des magnetischen Flusses der Spulen 10 und 11 werden im wesentlichen identische di/dt-Werte erzeugen. Falls die Stellung des Rotors etwas im Uhrzeigersinn z.B. um einen Winkel θ&sub1; bewegt wird, dann würde das di/dt, das in der Spule 10 erzeugt wird, von dem ursprünglichen Wert angestiegen sind und das in der Spule 11 erzeugte di/dt würde sich von dem ursprünglichen Wert verringert haben. Aus diesen Daten kann es geschlossen werden, daß der Rotor im Uhrzeigersinn gedreht wurde. Andererseits, falls der Rotor, wie in Fig. 4c gezeigt, entgegen dem Uhrzeigersinn um einen Winkel θ&sub1; gedreht wurde, würde das in der Spule 10 erzeugte di/dt sich von dem ursprünglichen Wert verringert haben und das in der Spule 11 erzeugte di/dt würde sich von dem ursprünglichen Wert vergrößert haben. Es sollte bemerkt werden, daß keine Messungen in jeder der Spulen 10 - 12 durchgeführt werden müssen. In dem Falle, daß ein Motor drei Spulen bzw. Wicklungen hat, ist es, wie gezeigt, ausreichend, das di/dt von nur zwei der drei zu messen. Ähnliche Überlegungen gibt es natürlich in Motoren, die unterschiedliche Anzahlen von Spulen bzw. Wicklungen haben.
Wenn die Drehrichtung eingerichtet ist, kann die Statorspule bzw.-wicklung, an die die Betriebsspannung als erstes angelegt werden sollte, ohne Willkürlichkeit, die ansonsten vorkommen könnte, in Abhängigkeit von der tatsächlichen Drehstellung des Motors bestimmt werden.
Es kann deshalb erkannt werden, daß gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nur zwei Schritte im Gegensatz zu den mehreren Schritten im Stand der Technik erforderlich sind, um das Anlaufen des Motors einzuleiten. Folglich kann der Motor schneller auf Betriebsgeschwindigkeit gebracht werden, mit der Zusicherung, daß seine Drehrichtung zutreffend ist.
Ein vereinfachtes System gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 6 gezeigt. Das System enthält einen Motor 40, beispielsweise einen dreiphasigen, bürstenlosen DC-Motor, und eine Motortreiberschaltung 41. Wie gezeigt, hat der Motor 40 innere Statorwicklungen 45, 46 und 47, und einen umgebenden Permanentmagnetrotor 49. Die Verbindungs- bzw. Zwischenverbindungsknoten von jeder Spule 45 - 47 haben einen Anschluß an einen Schalteranschluß 50, 51 und 52, wie es dargestellt ist. Ein zweipoliger Schalter 55 wählt eine Folge zwischen den Anschlüssen 50 - 51, 51 - 52 und 52 - 50 aus, um die entsprechenden Spulen an eine Schaltung mit einer Konstantstromguelle 56 anzuschließen. In jeder Stellung mißt eine Strommeßschaltung 57 das durch die Spule in der Schaltung erzeugte di/dt.
Bevorzugt steuert ein programmierter Mikroprozessor 60 den Schalter 55 durch eine Schaltersteuerschaltung 61 und empfängt auch Daten von der Strommeßschaltung 57. Wenn folglich das di/dt von jeder Spule in Folge gemessen wird, kann der Mikroprozessor 60 das erzeugte di/dt analysieren und bestimmen, welche der Spulen 45 - 47 für ein maximales Drehmoment erregt werden sollen. Wie aufgezeigt, kann diese Messung durch ein Verfahren mit zwei Schritten vorgenommen werden, wobei zuerst eine ein maximales Drehmoment erzeugende Spule bestimmt wird, gefolgt durch das Zerstreuen sämtlicher Positionsunwägbarkeiten nach einer geringen Rotordrehung.
Darüber hinaus kann der Mikroprozessor 60 auch programmiert werden, um z.B. festzulegen, falls ein Fehleralgorithmus in dem Fall durchgeführt werden sollte, daß der Motor tatsächlich in der falschen Richtung zu drehen beginnt.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Richtung zu Beginn des Drehens eines vielphasigen bürstenlosen DC-Motors (40) der Art, die mehrere Statorwicklungen bzw.-spulen und einen Rotor (49) hat, das die Schritte aufweist:

eine erste Messung der Anstiegszeit des Stroms an jeder der Statorwicklungen bzw -spulen wird mit dem Rotor in Ruhe gemacht, wobei aus der ersten Messung bestimmt wird, an welche der Statorwicklungen bzw.-spulen eine Startspannung angelegt wird,

eine Spannung wird an den Motor angelegt, die ausreichend ist, um zumindest eine geringe Drehung des Rotors zu erzeugen,

eine zweite Messung der Anstiegszeit des Stroms an zumindest zwei der Statorwicklungen bzw.-spulen wird mit dem Rotor wieder in Ruhe gemacht,

Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Anstiegszeitmessung werden für jede jeweilige der zumindest zwei Statorwicklungen bzw.-spulen bestimmt, und

aus den Anstiegszeitdifferenzen wird die Richtung bestimmt, in der sich der Rotor drehte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schritte des Bestimmens, an welche der Statorwicklungen bzw.-spulen (10, 11, 12) eine Startspannung anzulegen ist, des abermaligen Messens der Anstiegszeit des Stroms, des Bestimmens eines Unterschiedes zwischen der Anstiegszeitmessung und der abermaligen Anstiegszeitmessung und des Bestimmens der Richtung, in die der Rotor (4) gedreht wurde, von den Unterschieden durch einen programmierten Mikroprozessor (60) durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Schritte aufweist:

aus der ersten Messung der Anstiegszeit des Stroms wird eine Statorwicklung bzw.-spule bestimmt, um eine Spannung anzulegen, um ein maximales Startdrehmoment des Motors (40) zu erzeugen;

und eine Startspannung wird an die bestimmte Statorwicklung bzw.-spule angelegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Anlegens einer Spannung an den Motor (40) den Schritt aufweist, eine Spannung an die bestimmte Wicklung bzw. Spule anzulegen, die ausreicht, um zumindest eine geringe Drehung des Rotors (49) zu erzeugen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, in dem der Schritt zum Bestimmen einer Spule, um eine Spannung anzulegen, um ein maximales Startdrehmoment des Motors (40) zu erzeugen, aufweist, daß aus der Stromanstiegszeitmessung eine Spule bzw. Wicklung bestimmt wird, die eine Stromanstiegszeit hat, die zwischen der Anstiegszeit von zumindest zwei andem Spulen bzw. Wicklungen liegt.

6. Motorantriebssystem fur einen vielphasigen bürstenlosen DC-Motor (40), der mehrere Statorwicklungen bzw.-spulen (10, 11, 12) und einen Rotor (49) hat, das aufweist:

Mittel zum Messen der Anstiegszeit des Stroms an jeder der Statorwicklungen bzw.-spulen mit dem Rotor im Ruhezustand,

Mittel, um aus der Anstiegszeitmessung zu bestimmen, an welche der Statorwicklungen bzw.-spulen eine Startspannung anzulegen ist,

Mittel, um den Rotor des Motors zu veranlassen, sich zumindest etwas zu drehen,

Mittel, um die Stromanstiegszeit an zumindest zwei der Statorwicklungen bzw.-spulen mit dem Rotor im Ruhezustand abermals zu messen,

Mittel, um die Unterschiede zwischen der Anstiegszeitmessung und der abermaligen Anstiegszeitmessung, die an jeder jeweiligen der zumindest zwei Statorwicklungen bzw. -spulen gemacht worden sind, zu bestimmen, und Mittel, um aus den Unterschieden die Richtung zu bestimmen, in der der Rotor gedreht wurde.

7. Motorantriebssystem nach Anspruch 6, in dem die Mittel zum Bestimmen, an welche Spule bzw. Wicklung eine Spannung anzulegen ist, eingerichtet sind, um zu bestimmen, welche Wicklung bzw. Spule auf eine angelegte Spannung ansprechen wird, um ein maximales Startdrehmoment des Motors (40) zu erzeugen.

8. Motorantriebssystem nach Anspruch 6 oder 7, in dem die Mittel, um den Rotor (49) des Motors (40) dazu zu veranlassen, zumindest etwas gedreht zu werden, Mittel aufweisen, um eine Spannung an die bestimmte Spule bzw. Wicklung anzulegen, nachdem die Anstiegszeit des Stroms an jeder der Statorwicklungen bzw.-spulen ausreichend gemessen worden ist, um zumindest eine geringe Drehung des Rotors zu erzeugen.

9. Motorantriebssystem nach Anspruch 6, 7 oder 8, in dem das Mittel zum Bestimmen einer der Statorwicklungen bzw. -spulen (10, 11, 12), um eine Startspannung anzulegen, um die Anstiegszeit des Stroms wieder zu messen, um einen Unterschied zwischen der Anstiegszeitmessung und -wiedermessung zu bestimmen und um aus den Unterschieden die Richtung zu bestimmen, in die der Rotor (49) gedreht wurde, einen programmierten Mikroprozessor (60) aufweist.

10. Computer-Diskettenantriebssystem bzw.-Diskettenlaufwerk zum Drehen einer Computerspeicherscheibe bzw.-diskette, das ein Motorantriebssystem bzw.-laufwerksystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 enthält.

11. Computer-Diskettenantriebssystem bzw.-Diskettenlaufwerk nach Anspruch 10, in dem die Computerspeicherscheibe bzw.-diskette magnetische Speichermedien trägt.