EP2939341A2 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines bürstenlosen gleichstrommotors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines bürstenlosen gleichstrommotors

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EP2939341A2
EP2939341A2 EP14721250.0A EP14721250A EP2939341A2 EP 2939341 A2 EP2939341 A2 EP 2939341A2 EP 14721250 A EP14721250 A EP 14721250A EP 2939341 A2 EP2939341 A2 EP 2939341A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor
brushless
malfunction
signaling
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14721250.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc ARABACKYJ
Edgar Jerichow
Mathias Kuhn
Thomas Gürtler
Andreas PSCHORR
Robert LÖRINCZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Aumovio Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic GmbH, Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority to EP14721250.0A priority Critical patent/EP2939341A2/de
Publication of EP2939341A2 publication Critical patent/EP2939341A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/12—Monitoring commutation; Providing indication of commutation failure
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/0241—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an overvoltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a three-phase brushless DC motor with an electronic commutation controlled by pulse width modulation. Furthermore, the invention relates to a motor control device for carrying out the method.
  • Safety-relevant systems must be put into a safe operating state in the case of a dangerous malfunction.
  • a safe system state is achieved, for example, by actively driving the brushless DC motor to a predetermined operating state, such as a disengaged state in the case of a transmission actuator.
  • a predetermined operating state such as a disengaged state in the case of a transmission actuator.
  • the system may be driven to a safe operating condition by mechanical means such as spring release or microcontroller assistance, however, which in some instances significantly reduces the likelihood of operating at high safety requirement levels in the event of malfunction of the electronic drive control system.
  • the invention is based on the object to provide an improved method for safe operation of a brushless DC motor in case of malfunction. Furthermore, the invention is based on the object to provide a motor control device for carrying out the method.
  • a maximum number of commutation steps, one motor direction of rotation and at least two possible final operating states are specified and one of the operating end states is selected.
  • the rotor of the brushless DC motor is rotated with the predetermined maximum number of commutation steps in the predetermined direction of motor rotation and the motor is then placed in the selected operating end state.
  • the method makes it possible to put a brushless DC motor in a safety-related malfunction active and controlled in a safe operating end state. This advantageously takes place with the maximum degree of modulation of the commutated pulse width modulation, so that the achievement of the safe operating end state is not impaired by the malfunction.
  • the operating end state can be selected and thus advantageously adapted to the respective applications and requirements.
  • safety requirement levels of the ISO 26262 standard up to the ASIL D level can thereby be met.
  • An embodiment of the invention provides that the rotor of the brushless DC motor is rotated after signaling the malfunction with a maximum degree of modulation of the commutated pulse width modulation.
  • An alternative embodiment provides that a current threshold for a motor current of the brushless DC motor and an interruption period are specified, and that after signaling the malfunction of the motor current is continuously measured and the rotor of the brushless DC motor is rotated with a maximum Aus confuseungsgrad the commutated pulse width modulation, as long as the motor current is the current threshold and the level of the pulse width modulation signal for the interruption time period is changed when the motor current exceeds the current threshold value.
  • the rotor of the brushless DC motor is first rotated after signaling the malfunction with a maximum Aus Kunststoffungsgrad. This advantageously prevents the rotation of the rotor in the presence of a malfunction from being influenced by an external change in the pulse width modulation signal, thereby jeopardizing the controlled achievement of the respectively selected operating end state.
  • the second embodiment also limits the motor current, thereby advantageously increasing the reliability of the motor.
  • Another embodiment of the invention provides that the number of commutation steps performed after signaling the malfunction is monitored by means of at least one sensor signal indicating a rotor position of the rotor.
  • a further embodiment of the invention provides that a switch-off duration is predetermined and the brushless DC motor is put into the selected operating end state after signaling the malfunction if the at least one sensor signal does not change during a time interval exceeding the switch-off time duration.
  • This embodiment advantageously makes it possible to respond to the situation of a non-rotating rotor, for example by defects such as engine blockages, by placing the engine in the selected safe operating end condition, if such a defect prevents reaching the predetermined maximum number of Kommut réelles Colouren.
  • a freewheeling state i. a high-impedance state between outputs of a drive electronics of the brushless DC motor, and / or a Abbremshunt, i. a low-impedance state between outputs of a control electronics of the brushless DC motor can be specified.
  • a freewheeling state and a deceleration state are safe operating states of brushless DC motors and are therefore particularly advantageous as predetermined operating end states.
  • a motor control device comprises an inverter having, for each phase of the brushless DC motor, an electrical half bridge with two electronic switches, and a control unit for controlling the electronic switches.
  • the control unit has interfaces for receiving the signaling of the malfunction, the commutated
  • Pulse width modulation signal the selection of an operating condition and at least one of a rotor position of the rotor of the brushless DC motor indicating sensor signal.
  • the control unit is further configured to evaluate the at least one sensor signal for detecting successful commutation and the predetermined maximum number of Kommut réellesuzee to store the predetermined direction of motor rotation and for each of the possible Radioendzunies a the Radioendschreib associated switching state of the electronic switch.
  • Such a motor control device makes it possible to carry out the method according to the invention with the advantages mentioned above.
  • control unit is designed to count the detected commutation steps after the signaling of the malfunction and the to set the switching state of the electronic switches associated with the selected operating end state when the number of counted commutation steps reaches the predetermined maximum number.
  • the motor can be actively and controlled placed in a safe operating end state after reaching the predetermined maximum number of Kommut réelles administraten.
  • control unit preferably has a counting register and is designed to initialize the memory content of the counting register with the predetermined maximum number of commutation steps and to decrement by one after the signaling of the malfunction at each detected commutation step.
  • control unit is designed to detect a period of time during which the at least one sensor signal does not change after the signaling of the malfunction after each detected commutation step.
  • control unit preferably stores a switch-off time duration and the control unit is configured to set the switching state of the electronic switches assigned to the selected operating end state if the at least one sensor signal does not change during a time interval exceeding the switch-off time duration.
  • control unit is preferably designed with an adjustable current threshold. If this adjustable current threshold is exceeded, the Control signal interrupted for a predefinable period of time and thus limits the maximum current.
  • the motor control device preferably comprises means for measuring a motor current of the brushless DC motor, and the control unit is adapted to change the level of the pulse width modulation signal for an interruption period when the motor current exceeds a current threshold.
  • the motor current can advantageously be limited during the process to an operating end state.
  • FIG. 1 schematically shows a motor control device for a brushless DC motor
  • FIG. 2 schematically shows the setting of a first operating end state of a brushless DC motor after signaling a malfunction
  • FIG. 3 schematically shows the setting of a second operating end state of a brushless DC motor after signaling a malfunction
  • FIG. 4 shows schematically the setting of a second operating end state of a brushless DC motor after signaling a malfunction in the event that the rotor of the motor does not rotate
  • Figure 5 schematically shows the control of a motor current of a brushless DC motor after signaling a malfunction.
  • FIG. 1 shows schematically a motor control device 1 for commutation of a three-phase brushless DC motor 2, not shown.
  • the motor control device 1 comprises an inverter 3, which has an electrical half-bridge 3.1, 3.2, 3.3 for each phase of the brushless DC motor 2.
  • Each half bridge 3.1, 3.2, 3.3 has a first electronic switch Hl, H2, H3 and a second electronic switch LI, L2, L3, between which the respective phase of the brushless DC motor 2 is connected.
  • the first electronic switches Hl, H2, H3 are connected in parallel with each other and connected to a positive pole of a power supply of the inverter 3.
  • the second electronic switches LI, L2, L3 are also connected in parallel with each other and connected to a negative terminal of the power supply.
  • the electronic switches H1, H2, H3, LI, L2, L3 are respectively formed as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or alternatively as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the engine control device 1 comprises a control unit 4 for controlling the electronic switches H1, H2, H3, LI, L2, L3.
  • the control unit 4 has a first interface AAD for receiving an emergency signal 5 for signaling a safety-related malfunction, a second interface HALLx for receiving at least one rotor position of the rotor of the brushless DC motor 2 indicating sensor signal 6, for example at least one Hall sensor signal, and at least one further interface. 7 for receiving engine control signals 8, in particular a commutated
  • Pulse width modulation signal PWM commutation Pulse width modulation signal PWM commutation, on.
  • n of Kommut réelles intimiden In order to drive the brushless DC motor 2 in the event of a malfunction in a safe operating condition, a maximum number n of Kommut réelles intimiden, a motor rotation direction and two possible End operating conditions of the brushless DC motor 2 are given.
  • the operating end state is selectable so that it is adaptable to the particular application, i. the engine control device 1 is configurable with respect to the operating end state.
  • a switching state of the electronic switch Hl, H2, H3, LI, L2, L3 is assigned.
  • a first possible operating end state is a free-wheeling state of the brushless DC motor 2, to which a state of maximum impedance of the converter 3 is assigned as switching state, in which all electronic switches H1, H2, H3, LI, L2, L3 are switched off.
  • the second possible operating end state is a braking state of the brushless DC motor 2, to which a switching state is assigned, in which normally all second electronic switches LI, L2, L3 are switched on and all first electronic switches H1, H2, H3 are switched off and in the exceptional case of a short circuit between the first electronic switches Hl, H2, H3 and the phases of the brushless DC motor 2 all the first electronic switches Hl, H2, H3 are turned on and all second electronic switches LI, L2, L3 are turned off.
  • the rotor of the brushless DC motor 2 is rotated after signaling the malfunction with a maximum degree of modulation of the commutated pulse width modulation in the predetermined direction of motor rotation and the motor is in the manner described in more detail below Achieving the predetermined maximum number n of commutation steps or in the event that the rotor of the motor is not rotating, offset in the selected operating end state.
  • FIG. 2 schematically shows the operation of the motor control device 1 after signaling a malfunction as a function of a time t in the event that the first operating end state of the brushless DC motor 2 is selected.
  • the signaling of the malfunction is shown in Figure 2 by the change of state of the first interface AAD from 'Inactive' to Active '.
  • the control unit 4 has in this embodiment, a count register and is adapted to initialize the memory contents of the count register with the predetermined maximum number n of Kommut réellesuzeen and decrement by one after each signaling of a malfunction in each detected commutation.
  • the control unit 4 recognizes a commutation step by evaluating the at least one sensor signal 6.
  • the current memory content of the count register is stored as a register value AAD STEP COUNTER.
  • the rotor position of the rotor of the brushless DC motor 2 is stored as a rotor position value HALLx input, which indicates for each phase of the brushless DC motor 2, whether the respective phase is energized or not.
  • FIG. 3 schematically shows, analogously to FIG. 2, the mode of operation of the engine control device 1 after a signaling of a malfunction in the event that the second operating end state of the brushless DC motor 2 is selected.
  • FIG 4 shows schematically analogous to Figures 2 and 3, the operation of the motor control device 1 after signaling a malfunction in the case that the brushless DC motor 2 blocks before the predetermined maximum number n of commutation steps is reached.
  • a shutdown period t A AD ⁇ is specified.
  • the control unit 4 detects the time duration after each commutation step during which the at least one sensor signal 6 does not occur changes. When such a time period detected by the control unit 4 exceeds the cut-off time t A AD To, the brushless DC motor 2 is set in the selected operating state.
  • the expiration of the switch-off time IAAD ⁇ after the k.th commutation step is signaled by a timing error AAD TOE.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the invention with regard to a limitation of a motor current I of the brushless DC motor 2 after a signaling of the malfunction.
  • a current threshold value AADILIM for the motor current I and an interruption time period t A AD OFF are specified.
  • the motor current I is measured continuously.
  • the rotor of the brushless DC motor 2 is first rotated with the maximum modulation level of the commutated pulse width modulation as long as the motor current I does not exceed the current threshold value AADILIM.
  • the level of the pulse width modulation signal PWM after exceeding the current threshold AADILIM the level of the pulse width modulation signal PWM, however, for the interruption time t A AD OFF, modified in order to limit the motor current I.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors (2) mit einer durch Pulsweitenmodulation gesteuerten elektronischen Kommutierung im Fall einer Fehlfunktion. Dabei werden eine Höchstanzahl (n) von Kommutierungsschritten, eine Motordrehrichtung und wenigstens zwei mögliche Betriebsendzustände vorgegeben und einer der Betriebsendzustände wird ausgewählt. Der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) wird nach einer Signalisierung der Fehlfunktion mit der vorgegebenen Höchstanzahl (n) von Kommutierungsschritten in der vorgegebenen Motordrehrichtung gedreht und der bürstenlose Gleichstrommotor (2) wird danach in den ausgewählten Betriebsendzustand versetzt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors mit einer durch Pulsweitenmodulation gesteuerten elektronischen Kommutierung. Ferner betrifft die Erfindung eine Motorsteuerungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Sicherheitsrelevante Systeme müssen im Falle einer gefährlichen Fehlfunktion in einen sicheren Betriebszustand versetzt werden. Beispielsweise spezifiziert die Norm ISO 26262 Sicherheitsanforderungsstufen ASIL ( = automotive safety integrity level) für sicherheitsrelevante Systeme in Kraftfahrzeugen.
In einigen Anwendungen mit elektronisch gesteuerten bürstenlosen Gleichstrommotoren wird ein sicherer Systemzustand beispielsweise erreicht, indem der bürstenlose Gleichstrommotor aktiv in einen vorher festgelegten Betriebszustand, beispielsweise einen ausgekoppelten Zustand im Falle eines Getriebeaktuators, gefahren wird. Alternativ kann das System mit mechanischen Mitteln, beispielsweise durch Auskopplung mittels einer Feder, oder mit MikrocontroUerunterstützung in einen sicheren Betriebszustand gefahren werden, wodurch jedoch die Wahrscheinlichkeit, Betriebszustände hoher Sicherheitsanforderungsstufen zu erreichen, im Falle von Fehlfunktionen des elektronischen Antriebssteuerungssystems teilweise erheblich reduziert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zum sicheren Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors im Fall einer Fehlfunktion anzugeben. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Motorsteuerungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter anspräche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit einer durch Pulsweitenmodulation gesteuerten elektronischen Kommutierung im Fall einer Fehlfunktion werden eine Höchstanzahl von Kommutierungsschritten, eine Motordrehrichtung und wenigstens zwei mögliche Betriebsendzustände vorgegeben und einer der Betriebsendzustände wird ausgewählt. Nach einer Signalisierung der Fehlfunktion wird der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors mit der vorgegebenen Höchstanzahl von Kommutierungsschritten in der vorgegebenen Motordrehrichtung gedreht und der Motor wird danach in den ausgewählten Betriebsendzustand versetzt.
Das Verfahren ermöglicht es, einen bürstenlosen Gleichstrommotor bei einer sicherheitsrelevanten Fehlfunktion aktiv und kontrolliert in einen sicheren Betriebsendzustand zu versetzen. Dies geschieht vorteilhaft mit maximalem Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation, so dass das Erreichen des sicheren Betriebsendzustands nicht durch die Fehlfunktion beeinträchtigt wird. Dabei kann der Betriebsendzustand ausgewählt werden und somit vorteilhaft den jeweiligen Anwendungen und Anforderungen angepasst werden. Insbesondere können dadurch Sicherheitsanforderungsstufen der Norm ISO 26262 bis zur Stufe ASIL D erfüllt werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors nach einer Signalisierung der Fehlfunktion mit einem maximalen Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation gedreht wird. Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass ein Stromschwellenwert für einen Motorstrom des bürstenlosen Gleichstrommotors und eine Unterbrechungszeitdauer vorgegeben werden, und dass nach einer Signalisierung der Fehlfunktion der Motorstrom fortlaufend gemessen wird und der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors mit einem maximalen Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation gedreht wird, solange der Motorstrom den Stromschwel- lenwert nicht überschreitet, und der Pegel des Pulsweitenmodulationssignals für die Unterbrechungszeitdauer geändert wird, wenn der Motorstrom den Stromschwellenwert überschreitet.
Bei beiden Ausgestaltungen wird der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors nach einer Signalisierung der Fehlfunktion zunächst mit einem maximalen Aussteuerungsgrad gedreht. Dadurch wird vorteilhaft verhindert, dass die Drehung des Rotors beim Vorliegen einer Fehlfunktion durch eine externe Änderung des Pulsweitenmodulationssignals beeinflusst wird und das kontrollierte Erreichen des jeweils ausgewählten Betriebsendzustands dadurch gefährdet wird. Die zweite Ausgestaltung begrenzt außerdem den Motorstrom, und erhöht dadurch vorteilhaft die Betriebssicherheit des Motors.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anzahl der nach einer Signalisierung der Fehlfunktion ausgeführten Kommutierungsschritte mittels wenigstens eines eine Rotorstellung des Rotors anzeigenden Sensorsignals überwacht wird.
Dies ermöglicht vorteilhaft, die nach einer Signalisierung der Fehlfunktion tatsächlich erfolgten Kommutierungsschritte bis zum Erreichen der vorgegebenen Höchstanzahl zu überwachen und zu zählen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Abschaltzeitdauer vorgegeben wird und der bürstenlose Gleichstrommotor nach einer Signalisierung der Fehlfunktion in den ausgewählten Betriebsendzustand versetzt wird, wenn sich das wenigstens eine Sensorsignal während eines die Abschaltzeitdauer überschreitenden Zeitintervalls nicht ändert.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es vorteilhaft, auf die Situation eines nicht rotierenden Rotors, beispielsweise durch Defekte wie Motorblockaden zu reagieren, indem der Motor in den ausgewählten sicheren Betriebsendzustand versetzt wird, wenn ein derartiger Defekt das Erreichen der vorgegebenen Höchstanzahl von Kommutierungsschritten verhindert.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass als mögliche Betriebsendzustände ein Freilaufzustand, d.h. ein hochohmiger Zustand zwischen Ausgängen einer Ansteuerelektronik des bürstenlosen Gleichstrommotors, und/oder ein Abbremszustand, d.h. ein niederohmiger Zustand zwischen Ausgängen einer Ansteuerelektronik des bürstenlosen Gleichstrommotors vorgegeben werden.
Ein Freilaufzustand und ein Abbremszustand sind sichere Betriebszustände bürstenloser Gleichstrommotoren und eignen sich daher besonders vorteilhaft als vorgegebene Betriebsendzustände.
Eine erfindungsgemäße Motorsteuerungsvorrichtung umfasst einen Umrichter, der für jede Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors eine elektrische Halbbrücke mit zwei elektronischen Schaltern aufweist, und eine Steuereinheit zur Steuerung der elektronischen Schalter. Dabei weist die Steuereinheit Schnittstellen zum Empfang der Signalisierung der Fehlfunktion, des kommutierten
Pulsweitenmodulationssignals, der Auswahl eines Betriebsendzustandes und wenigstens eines eine Rotorstellung des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors anzeigenden Sensorsignals auf. Die Steuereinheit ist ferner dazu ausgebildet, das wenigstens eine Sensorsignal zur Erkennung erfolgter Kommutierungsschritte auszuwerten sowie die vorgegebene Höchstanzahl der Kommutierungsschritte, die vorgegebene Motordrehrichtung und für jeden der möglichen Betriebsendzustände einen dem Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter zu speichern.
Eine derartige Motorsteuerungsvorrichtung ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den oben genannten Vorteilen.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dabei dazu ausgebildet, nach der Signalisierung der Fehlfunktion die erkannten Kommutierungsschritte zu zählen und den dem ausgewählten Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter einzustellen, wenn die Anzahl der gezählten Kommutierungsschritte die vorgegebene Höchstanzahl erreicht.
Dadurch kann der Motor nach Erreichen der vorgegebenen Höchstanzahl von Kommutierungsschritten aktiv und kontrolliert in einen sicheren Betriebsendzustand versetzt werden.
Vorzugsweise weist die Steuereinheit dazu ein Zählregister auf und ist ausgebildet, den Speicherinhalt des Zählregisters mit der vorgegebenen Höchstanzahl von Kommutierungsschritten zu initialisieren und nach der Signalisierung der Fehlfunktion bei jedem erkannten Kommutierungsschritt um Eins zu dekrementieren.
Dadurch kann die Anzahl der nach der Signalisierung der Fehlfunktion erfolgten Kommutierungsschritte in einfacher und effizienter Weise erfasst und ausgewertet werden.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, nach der Signalisierung der Fehlfunktion nach jedem erkannten Kommutierungsschritt eine Zeitdauer zu erfassen, während derer sich das wenigstens eine Sensorsignal nicht ändert.
Dadurch können vorteilhaft Defekte wie Motorblockaden, die eine Motordrehung verhindern, von der Steuereinheit erkannt werden.
Ferner ist in der Steuereinheit vorzugsweise eine Abschaltzeitdauer gespeichert und die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den dem ausgewählten Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter einzustellen, wenn sich das wenigstens eine Sensorsignal während eines die Abschaltzeitdauer überschreitenden Zeitintervalls nicht ändert.
Ferner ist die Steuereinheit vorzugsweise mit einer einstellbaren Stromschwelle ausgebildet. Bei Überschreiten dieser einstellbaren Stromschwelle wird das An- Steuersignal für eine vordefmierbare Zeitdauer unterbrochen und damit der maximale Strom begrenzt.
Weiterhin wird bei Überschreiten einer Stromschwelle innerhalb einer vordefi- nierten Zeit der Motorfehler Blockade erkannt und die Ansteuerung in den vorde- fmierten Endzustand versetzt.
Dies ermöglicht vorteilhaft, auf Defekte wie Motorblockaden, die eine Motordrehung verhindern, zu reagieren, indem der Motor abgeschaltet wird, wenn der Rotor nicht gedreht werden kann.
Ferner umfasst die Motorsteuerungsvorrichtung vorzugsweise Mittel zur Messung eines Motorstroms des bürstenlosen Gleichstrommotors, und die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Pegel des Pulsweitenmodulationssignals für eine Unterbrechungszeitdauer zu ändern, wenn der Motorstrom einen Stromschwellenwert überschreitet.
Dadurch kann der Motorstrom vorteilhaft beim Verfahren in einen Betriebsendzustand begrenzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
Figur 1 schematisch eine Motorsteuerungsvorrichtung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor,
Figur 2 schematisch die Einstellung eines ersten Betriebsendzustands eines bürstenlosen Gleichstrommotors nach Signalisierung einer Fehlfunktion, Figur 3 schematisch die Einstellung eines zweiten Betriebsendzustands eines bürstenlosen Gleichstrommotors nach Signalisierung einer Fehlfunktion,
Figur 4 schematisch die Einstellung eines zweiten Betriebsendzustands eines bürstenlosen Gleichstrommotors nach Signalisierung einer Fehlfunktion im Falle, dass der Rotor des Motors nicht rotiert, und
Figur 5 schematisch die Steuerung eines Motorstroms eines bürstenlosen Gleichstrommotors nach Signalisierung einer Fehlfunktion.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt schematisch eine Motorsteuerungsvorrichtung 1 zur Kommutierung eines nicht näher dargestellten dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 2.
Die Motorsteuerungsvorrichtung 1 umfasst einen Umrichter 3, der für jede Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 eine elektrische Halbbrücke 3.1, 3.2, 3.3 aufweist. Jede Halbbrücke 3.1, 3.2, 3.3 weist einen ersten elektronischen Schalter Hl, H2, H3 und einen zweiten elektronischen Schalter LI, L2, L3 auf, zwischen die die jeweilige Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 geschaltet ist. Die ersten elektronischen Schalter Hl, H2, H3 sind zueinander parallel geschaltet und mit einem Pluspol einer Spannungsversorgung des Umrichters 3 verbunden. Die zweiten elektronischen Schalter LI, L2, L3 sind ebenfalls zueinander parallel geschaltet und mit einem Minuspol der Spannungsversorgung verbunden. Die elektronischen Schalter Hl, H2, H3, LI, L2, L3 sind beispielsweise jeweils als ein MOSFET (Metall-Oxid-Halb leiter-Feldeffekttransistor) oder alternativ als ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) ausgebildet. Ferner umfasst die Motorsteuerungsvorrichtung 1 eine Steuereinheit 4 zur Steuerung der elektronischen Schalter Hl, H2, H3, LI, L2, L3. Die Steuereinheit 4 weist eine erste Schnittstelle AAD zum Empfang eines Notsignals 5 zur Signalisierung einer sicherheitsrelevanten Fehlfunktion, eine zweite Schnittstelle HALLx zum Empfang wenigstens eines eine Rotorstellung des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 anzeigenden Sensorsignals 6, beispielsweise wenigstens eines Hallsensorsignals, sowie wenigstens eine weitere Schnittstelle 7 zum Empfang von Motorsteuersignalen 8, insbesondere eines kommutierten
Pulsweitenmodulationssignals PWM derKommutierung, auf.
Um den bürstenlosen Gleichstrommotor 2 im Falle einer Fehlfunktion in einen sicheren Betriebszustand zu fahren, werden eine Höchstanzahl n von Kommutierungsschritten, eine Motordrehrichtung und zwei mögliche Betriebsendzustände des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 vorgegeben. Der Betriebsendzustand ist dabei auswählbar, so dass er der jeweiligen Anwendung anpassbar ist, d.h. die Motorsteuerungsvorrichtung 1 ist hinsichtlich des Betriebsendzustandes konfigurierbar.
Jedem der beiden vorgegebenen Betriebszustände wird ein Schaltzustand der elektronischen Schalter Hl, H2, H3, LI, L2, L3 zugeordnet. Ein erster möglicher Betriebsendzustand ist dabei ein Freilaufzustand des bürstenlosen Gleichstrommotors 2, dem als Schaltzustand ein Zustand maximaler Impedanz des Umrichters 3 zugeordnet wird, bei dem alle elektronischen Schalter Hl, H2, H3, LI, L2, L3 abgeschaltet sind. Der zweite mögliche Betriebsendzustand ist ein Bremszustand des bürstenlosen Gleichstrommotors 2, dem ein Schaltzustand zugeordnet wird, bei dem im Normalfall alle zweiten elektronischen Schalter LI, L2, L3 eingeschaltet und alle ersten elektronischen Schalter Hl, H2, H3 abgeschaltet sind und in dem Ausnahmefall eines Kurzschlusses zwischen den ersten elektronischen Schaltern Hl, H2, H3 und den Phasen des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 alle ersten elektronischen Schalter Hl, H2, H3 eingeschaltet und alle zweiten elektronischen Schalter LI, L2, L3 abgeschaltet sind. Wenn an der ersten Schnittstelle AAD ein Notsignal 5 zur Signalisierung einer Fehlfunktion empfangen wird, wird der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 nach einer Signalisierung der Fehlfunktion mit einem maximalen Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation in der vorgegebenen Motordrehrichtung gedreht und der Motor wird in unten näher beschriebener Weise nach Erreichen der vorgegebenen Höchstanzahl n von Kommutierungsschritten oder im Fall, dass der Rotor des Motors nicht rotiert, in den ausgewählten Betriebsendzustand versetzt.
Figur 2 zeigt schematisch die Funktionsweise der Motorsteuerungsvorrichtung 1 nach einer Signalisierung einer Fehlfunktion in Abhängigkeit von einer Zeit t im Fall, dass der erste Betriebsendzustand des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 ausgewählt ist. Die Signalisierung der Fehlfunktion ist in Figur 2 durch den Wechsel des Zustands der ersten Schnittstelle AAD von 'Inactive' zu Active' dargestellt.
Der Betriebsendzustand ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Endzustandswertes AAD BRAKE auswählbar. Indem dieser Wert durch AAD BRAKE = '0' auf Null gesetzt wird, wird der erste Betriebsendzustand ausgewählt.
Die Steuereinheit 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Zählregister auf und ist dazu ausgebildet, den Speicherinhalt des Zählregisters mit der vorgegebenen Höchstanzahl n von Kommutierungsschritten zu initialisieren und nach der Signalisierung einer Fehlfunktion bei jedem erkannten Kommutierungsschritt um Eins zu dekrementieren. Dabei erkennt die Steuereinheit 4 einen Kommutierungsschritt durch Auswertung des wenigstens einen Sensorsignals 6. Der momentane Speicherinhalt des Zählregisters wird als ein Registerwert AAD STEP COUNTER gespeichert. Die Rotorstellung des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 wird als Rotorstellungswert HALLx input gespeichert, der für jede Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 angibt, ob die jeweilige Phase bestromt ist oder nicht. GHx und GLx (x = 1, 2, 3) stehen in Figur 2 beispielhaft für Steuerwerte zur Ansteuerung der beiden elektronischen Schalter Hl, H2, H3, LI, L2, L3 einer Halbbrücke 3.1, 3.2, 3.3. Die Motordrehrichtung wird mittels eines Drehrichtungswertes AAD DIR vorgegeben, wobei im in Figur 2 dargestellten Beispiel AAD DIR = '0' vorgegeben ist.
Bei jedem Kommutierungsschritt ändert sich der Rotorstellungswert
HALLx input. Bei jeder Änderung von HALLx input werden der Registerwert AAD STEP COUNTER und dementsprechend der Speicherinhalt des Zählregisters um Eins dekrementiert und der Schaltzustand der elektronischen Schalter Hl, H2, H3, LI, L2, L3 für den nächsten Kommutierungsschritt geändert, wie in Figur 2 für eine solche Änderung durch geschwungene nach unten gerichtete Pfeile angedeutet ist. Wenn AAD STEP COUNTER den Wert Null erreicht, wird von der Steuereinheit 4 derjenige Schaltzustand der elektronischen Schalter Hl, H2, H3, LI, L2, L3 eingestellt, der dem ersten Betriebsendzustand zugeordnet ist, d.h. alle elektronischen Schalter Hl, H2, H3, LI, L2, L3 werden abgeschaltet, wie in Figur 2 durch geschwungene nach oben gerichtete Pfeile angedeutet ist.
Figur 3 zeigt schematisch analog zu Figur 2 die Funktionsweise der Motorsteuerungsvorrichtung 1 nach einer Signalisierung einer Fehlfunktion im Fall, dass der zweite Betriebsendzustand des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 ausgewählt ist. Der einzige Unterschied zur in Figur 2 dargestellten Funktionsweise der Motorsteuerungsvorrichtung 1 besteht darin, dass in diesem Fall AAD BRAKE = T vorgegeben ist und dementsprechend derjenige Schaltzustand der elektronischen Schalter Hl, H2, H3, LI, L2, L3 eingestellt wird, der dem zweiten Betriebsendzustand zugeordnet ist, wenn AAD STEP COUNTER = Ό' erreicht ist.
Figur 4 zeigt schematisch analog zu den Figuren 2 und 3 die Funktionsweise der Motorsteuerungsvorrichtung 1 nach einer Signalisierung einer Fehlfunktion im Fall, dass der bürstenlose Gleichstrommotor 2 blockiert, bevor die vorgegebene Höchstanzahl n von Kommutierungsschritten erreicht ist. Für einen solchen Fall wird eine Abschaltzeitdauer tAAD το vorgegeben. Von der Steuereinheit 4 wird nach der Signalisierung einer Fehlfunktion nach jedem Kommutierungsschritt die Zeitdauer erfasst, während derer sich das wenigstens eine Sensorsignal 6 nicht ändert. Wenn eine solche von der Steuereinheit 4 erfasste Zeitdauer die Abschaltzeitdauer tAAD To überschreitet, wird der bürstenlose Gleichstrommotor 2 in den ausgewählten Betriebszustand versetzt.
In dem in Figur 4 dargestellten Fall stoppt die Rotation des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors 2, nachdem AAD STEP COUNTER = 'n-k' erreicht ist, d.h. nachdem k Kommutierungsschritte nach einer Signalisierung der Fehlfunktion durchgeführt sind. Der Zeitpunkt Rotationsstopps B ist in Figur 4 durch einen vertikalen Pfeil angedeutet. Der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 kann nach dem k.ten Kommutierungsschritt nicht weitergedreht werden.
Die Steuereinheit 4 erkennt, dass sich das wenigstens eine Sensorsignal 6 nach dem k.ten Kommutierungsschritt während der Abschaltzeitdauer tAAD το nicht ändert und stellt daraufhin denjenigen Schaltzustand der elektronischen Schalter Hl, H2, H3, LI, L2, L3 ein, der dem zweiten Betriebsendzustand zugeordnet ist, da dieser im dargestellten Fall durch AAD BRAKE = T ausgewählt ist. Der Ablauf der Abschaltzeitdauer IAAD το nach dem k.ten Kommutierungsschritt wird durch einen Zeitablauffehler AAD TOE signalisiert.
Figur 5 zeigt eine Weitergestaltung der Erfindung hinsichtlich einer Begrenzung eines Motorstroms I des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 nach einer Signalisierung der Fehlfunktion. Bei dieser Weitergestaltung werden ein Stromschwellenwert AADILIM für den Motorstrom I und eine Unterbrechungszeitdauer tAAD OFF vorgegeben. Nach einer Signalisierung der Fehlfunktion wird der Motorstrom I fortlaufend gemessen. Der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 wird wie oben beschrieben zunächst mit dem maximalen Aussteuerungsgrad der kommu- tierten Pulsweitenmodulation gedreht, solange der Motorstrom I den Stromschwellenwert AADILIM nicht überschreitet. Nach dem Überschreiten des Stromschwellenwerts AADILIM wird der Pegel des Pulsweitenmodulationssignals PWM jedoch für die Unterbrechungszeitdauer tAAD OFF geändert, um den Motorstrom I zu begrenzen. Nach Ablauf der Unterbrechungszeitdauer tAAD OFF wird der Pegel des Pulsweitenmodulationssignals PWM wieder geändert und konstant gehalten bis der Motorstrom I den Stromschwellenwert AADILIM abermals überschreitet. Zwischen einem Überschreiten des Stromschwellenwerts AADILIM und der darauf folgenden Änderung des Pulsweitenmodulationssignals PWM vergeht jeweils eine systemabhängige Reaktionszeit tscD-
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in verschiedener Weise abgewandelt und ergänzt werden. Insbesondere kann es in für den Fachmann offensichtlicher Weise auf die Steuerung von bürstenlosen Gleichstrommotoren 2 mit einer anderen Anzahl von Phasen abgewandelt werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Motorsteueaingsvorrichtung 2 bürstenloser Gleichstrommotor 3 Umrichter
3.1,3.2,3.3 Halbbrücke
4 Steuereinheit
5 Notsignal
6 Sensorsignal
7 Schnittstelle
8 Motorsteuersignal
AAD, HALLx Schnittstelle
AAD BRA E Endzustandswert
AAD DIR Drehrichtungswert
AADILIM Stromschwellenwert
AAD STEP COUNTER Registerwert
AAD TOE Zeitablauffehler
Active, Inactive S chnittstellenzustand
B Rotationsstopp
GHx, GLx Steuerwert
H1,H2,H3 erster elektronischer Schalter HALLx input Rotorstellungswert
I Motorstrom
L1,L2, L3 zweiter elektronischer Schalter n Höchstanzahl
PWM Pulsweitenmodulationssignal t Zeit
tAAD OFF Unterbrechungszeitdauer tAAD TO Abschaltzeitdauer
tsCD Reaktionszeit

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Betrieb eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors (2) mit einer durch Pulsweitenmodulation gesteuerten elektronischen Kommutierung im Fall einer Fehlfunktion,
- wobei eine Höchstanzahl (n) von Kommutierungsschritten, eine Motordrehrichtung und wenigstens zwei mögliche Betriebsendzustände vorgegeben werden,
- einer der Betriebsendzustände ausgewählt wird,
- und der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) nach einer Signalisierung der Fehlfunktion mit der vorgegebenen Höchstanzahl (n) von Kommutierungsschritten in der vorgegebenen Motordrehrichtung gedreht wird und der bürstenlose Gleichstrommotor (2) danach in den ausgewählten Betriebsendzustand versetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) nach einer Signalisierung der Fehlfunktion mit einem maximalen Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation gedreht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromschwellenwert (AADILIM) für einen Motorstrom (I) des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) und eine Unterbrechungszeitdauer (tAAD OFF) vorgegeben werden, und dass nach einer Signalisierung der Fehlfunktion der Motorstrom (I) fortlaufend gemessen wird und der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) mit einem maximalen Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation gedreht wird, solange der Motorstrom (I) den Stromschwellenwert (AADILIM) nicht überschreitet, und der Pegel des Pulsweitenmodulationssignals (PWM) für die Unterbre- chungszeitdauer (tAAD OFF) geändert wird, wenn der Motorstrom (I) den Stromschwellenwert (AADILIM) überschreitet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der nach einer Signalisierung der Fehlfunktion ausgeführten Kommutierungsschritte mittels wenigstens eines eine Rotorstellung des Rotors anzeigenden Sensorsignals (6) überwacht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschaltzeitdauer (tAAD το) vorgegeben wird und der bürstenlose Gleichstrommotor (2) nach einer Signalisierung der Fehlfunktion in den ausgewählten Betriebszustand versetzt wird, wenn sich das wenigstens eine Sensorsignal (6) während eines die Abschaltzeitdauer (tAAD το) überschreitenden Zeitintervalls nicht ändert.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass als ein erster möglicher Betriebsendzustand ein hochohmiger Zustand zwischen den Ausgängen einer Ansteuerelektronik des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) vorgegeben wird
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass als ein zweiter möglicher Betriebsendzustand ein niederohmiger Zustand zwischen den Ausgängen einer Ansteuerelektronik des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) vorgegeben wird
8. Motorsteuerungsvorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
- einen Umrichter (3), der für jede Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) eine elektrische Halbbrücke (3.1, 3.2, 3.3) mit zwei elektronischen Schaltern (Hl, H2, H3, LI, L2, L3) aufweist,
- und eine Steuereinheit (4) zur Steuerung der elektronischen Schalter (Hl, H2, H3, LI, L2, L3), wobei - die Steuereinheit (4) Schnittstellen (AAD, HALLx, 7) zum Empfang der Signalisierung der Fehlfunktion, des kommutierten
Pulsweitenmodulationssignals (PWM), der Auswahl eines Betriebsendzustandes und wenigstens eines eine Rotorstellung des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) anzeigenden Sensorsignals (6) aufweist,
- und die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Sensorsignal (6) zur Erkennung erfolgter Kommutierungsschritte auszuwerten sowie die vorgegebene Höchstanzahl (n) der Kommutierungsschritte, die vorgegebene Motordrehrichtung und für jeden der möglichen Betriebsendzustände einen dem Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter (Hl, H2, H3, LI, L2, L3) zu speichern.
9. Motorsteuerungs Vorrichtung (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, nach der Signalisierung der Fehlfunktion die erkannten Kommutierungsschritte zu zählen und den dem ausgewählten Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter (Hl, H2, H3, LI, L2, L3) einzustellen, wenn die Anzahl der gezählten Kommutierungsschritte die vorgegebene Höchstanzahl (n) erreicht.
10. Motorsteuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) ein Zählregister aufweist und dazu ausgebildet ist, den Speicherinhalt des Zählregisters mit der vorgegebenen Höchstanzahl (n) von Kommutierungsschritten zu initialisieren und nach der Signalisierung der Fehlfunktion bei jedem erkannten Kommutierungsschritt um Eins zu dekrementieren.
11. Motorsteuerungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, nach der Signalisierung der Fehlfunktion nach jedem erkannten Kommutierungsschritt eine Zeitdauer zu erfassen, während derer sich das wenigstens eine Sensorsignal (6) nicht ändert.
12. Motorsteuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (4) eine Abschaltzeitdauer (tAAD το) gespeichert ist und die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, den dem ausgewählten Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter (Hl, H2, H3, LI, L2, L3) einzustellen, wenn sich das wenigstens eine Sensorsignal (6) während eines die Abschaltzeitdauer (tAAD το) überschreitenden Zeitintervalls nicht ändert.
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