WO2013045186A2 - Bürstenloser gleichstrommotor mit sfoc-regelung - Google Patents

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WO2013045186A2
WO2013045186A2 PCT/EP2012/066657 EP2012066657W WO2013045186A2 WO 2013045186 A2 WO2013045186 A2 WO 2013045186A2 EP 2012066657 W EP2012066657 W EP 2012066657W WO 2013045186 A2 WO2013045186 A2 WO 2013045186A2
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motor
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phase
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Ladislav Kucera
Carlo Kämpf
Adrian Huwiler
Sacha Soltermann
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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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
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/185—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using inductance sensing, e.g. pulse excitation

Definitions

  • the present invention relates to a driving method for a brushless DC motor
  • the control device is an adjusting device
  • control device divides the clock cycles into in each case two equally successive partial cycles and determines a respective partial connection period for each phase for each partial cycle
  • the controller determines the Operaanschaltzeitschreib for each phase such that they are symmetrical to the center of the respective subcycle and together are equal to the respective Automatzuschaltzeitraumzeitraum the corresponding phase for the respective clock cycle.
  • the present invention further relates to a
  • Control device for a brushless DC motor wherein the control device is designed or
  • the present invention further relates to a
  • the DC motor has a stator and a rotor rotatably mounted relative to the stator, - wherein the DC motor has an actuating device, by means of which phases of the DC motor to a
  • the DC motor has a control device, by which the adjusting device is controllable
  • DC motor are known for example from EP 2 120 323 Bl.
  • DC motor is thus dependent inter alia on the rotational position of a rotor of the DC motor.
  • the commutation causes the correct energization of the phases of the
  • the commutation can be done by means of so-called commutation brushes.
  • this embodiment is
  • Commutation therefore usually electronic.
  • the rotational position of the rotor In order to perform an electronic commutation correctly, the rotational position of the rotor must be known.
  • Need potentiometer The two methods have similar properties but are based on
  • this phase can be used to measure the induced voltage. Based on the course of the measurement signal, the time of the
  • the rotational position is derived from a detection of the magnetic fluxes. This method also requires a minimum speed of the rotor for proper work. In contrast to the SBLDC method, currents are measured in the SFOC method, not voltages. This method is also used in EP 2 120 323 Bl.
  • the main variant with a single current measuring device which carries the summation current.
  • the main variant with a single current measuring device is preferable.
  • the first phase In order to be able to correctly detect the phase currents flowing in the motor phases by means of a single current measuring device, the first phase must occur during one clock cycle
  • the two sub-periods of the said phase are therefore the same size and symmetrical to the middle of the respective subcycle. However, they do not include the middle of each subcycle.
  • the total turn-on time will be in two
  • DC motor is present in which a detection of the
  • Phase currents is not readily possible, and if necessary, the above-described modification of Operaanschaltzeitschreib done. Furthermore, the recording times, to which the phase currents are detected, are determined in dependence on the determined Operaanschaltzeit.
  • the object of the present invention is thus to provide possibilities by means of which the determination of the partial connection periods and the detection of the phase currents can be simplified, although only a single one
  • the task is accomplished by a driving method with the
  • the embodiment of the driving method according to the invention is the subject of the dependent claim 2. According to the invention, it is provided to design a driving method of the type mentioned at the outset,
  • control device tunes the Operation of the phases to one another such that in at least one fixed predetermined time interval of the first subcycle current detection for one of the phases and in at least one fixed predetermined time interval of the second
  • Time interval can be determined as needed.
  • the time intervals may be between 20% and 30% and / or between 70% and 80% of the respective subcycle.
  • control device with the features of claim 3.
  • the control device is designed or programmed in such a way that it controls the brushless DC motor according to a
  • control device is designed or programmed according to the invention.
  • the corresponding brushless DC motor can be any type of DC motor.
  • a brushless DC motor has a stator 1 and a rotor 2.
  • the rotor 2 is rotatably mounted relative to the stator 1 about a rotation axis 3.
  • the DC motor also has an adjusting device 4.
  • the adjusting device 4 phases Ul, U2, U3 of the DC motor can be connected to a supply voltage VCC.
  • the adjusting device 4 is a single
  • the DC motor also has a control device 6.
  • the control device 6 can in particular as
  • control device 6 may be formed.
  • the control device 6 is connected to the
  • Adjustment device 4 connected so that the control device 6, the control device 4 can control.
  • the control device 6 is furthermore connected to the current detection device 5
  • the controller 6 is programmed or configured to execute a drive method for the DC motor, which will be explained later.
  • the control device 6 has to carry out the
  • control device 6 determines during operation of the
  • Rotational position of the rotor 2 determines the controller 6 set voltages Ua, Ub, Uc for the phases Ul, U2, U3 of the
  • the control device 6 controls the adjusting device 4 according to the determined for the phases Ul, U2, U3
  • Setpoint voltages Ua, Ub, Uc are valid for one clock cycle T in each case.
  • the control device 6 determines for each phase Ul, U2, U3 a Rescueanschaltzeitraum Tl, T2, T3 for the phases Ul, U2, U3.
  • control device 6 determines the
  • Control device 6 is carried out for the first phase UI such that - see Figures 2 and 3 - during the
  • Actuator 4 is well known to those skilled in the art.
  • phase currents Ia, Ib, Ic flowing in the phases U1, U2, U3 must (among other things) be known. In this case, it is sufficient to detect two of the three phase currents Ia, Ib, Ic by measurement, because in addition the
  • the DC motor required to detect the total current I at certain times. If-for purely exemplary purposes-the respective total current I flowing at the times t1 and t2 (see FIG. 3) is detected, then the total current I flowing at time t1 is identical to the phase current Ic. In an analogous manner, the total current I flowing at time t2 is inverse to the phase current Ia. However, a reliable assignment of the detected total current I to one of the phase currents Ia, Ib, Ic is only possible if between the
  • Detection time tl, t2 and the immediately preceding switching operation is a period of time 5t, which is at least as large as a minimum time period tmin.
  • This condition is in the case illustrated in FIG. 3, in which, per clock cycle T, for each phase U1, U2, U3 a single, interconnected total turn-on period T1, T2, T3 is determined, which comprises the middle of the respective clock cycle T and symmetrical to the middle of each clock cycle T is not to ensure under all circumstances.
  • control device 6 therefore divides the clock cycles T into two sub-cycles T ', T "according to FIG. 4.
  • the sub-cycles ⁇ ', T" are the same size and follow
  • control device 6 determines a respective one for each phase U1, U2, U3 for each partial cycle ⁇ ', T "
  • Partial switch-on period Tl ', T1 ", T2', T2", T3 ', T3 " For each partial switch-on period T1', T1", T2 ', T2 ", T3', T3", it is considered that it is continuous, the middle of the respective subcycle ⁇ ', T "and is symmetrical about the middle of the respective subcycle ⁇ ', T". Furthermore, for each phase Ul, U2, U3, that is the sum of the two Partial connection periods Tl ', Tl ", T2', T2", T3 ', T3 "for the respective phase Ul, U2, U3 is equal to the total on-time Tl, T2, T3 for the respective phase Ul, U2, U3 for the first phase Ul the relationship
  • the position of the respective predetermined time interval ZI ', ZI can be, for example, approximately 25% of the respective subcycle ⁇ ', T", that is, for example, between 20% and 30% of the
  • the present invention has clear advantages over the prior art.
  • it is possible to detect the total current I at fixed sampling times. This approach simplifies the implementation of the
  • the DC motor according to the invention can be used in particular as a drive for a valve or a flap.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Eine Steuereinrichtung (6) für einen bürstenlosen Gleichstrommotor ermittelt unter Verwendung einer Drehstellung (α) eines Rotors (2) des Gleichstrommotors Sollspannungen (Ua, Ub, Uc) für dessen Phasen (U1, U2, U3). Die Steuereinrichtung (6) steuert eine Stelleinrichtung (4) entsprechend an, so dass jede Phase (U1, U2, U3) innerhalb eines jeweiligen Taktzyklusses (T) während eines mit der jeweiligen Sollspannung (Ua, Ub, Uc) korrespondierenden Gesamtanschaltzeitraums (T1, T2, T3) an eine Versorgungsspannung (VCC) angeschaltet wird. Die Steuereinrichtung (6) unterteilt die Taktzyklen (T) in jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgende gleich große Teilzyklen (T', T") und ermittelt für jede Phase (U1, U2, U3) für jeden Teilzyklus (T', T") einen jeweiligen Teilanschaltzeitraum (T1', T1", T2', T2", T3', T3"). Die Steuereinrichtung (6) ermittelt die Teilanschaltzeiträume (T1', T1", T2', T2", T3', T3") derart, dass sie in sich zusammenhängen, die Mitte des jeweiligen Teilzyklus (T', T") umfassen, symmetrisch dazu sind und zusammen gleich dem jeweiligen Gesamtanschaltzeitraum (T1, T2, T3) sind. Die Steuereinrichtung (6) stimmt die Teilanschaltzeiträume (T1', T1", T2', T2", T3', T3") derart aufeinander ab, dass in mindestens einem fest vorgegebenen Zeitintervall (Z1', Z2') des ersten Teilzyklus (T') eine Stromerfassung für eine der Phasen (U1, U2, U3) und in mindestens einem fest vorgegebenen Zeitintervall (Z1", Z2") des zweiten Teilzyklus (T") eine Stromerfassung für eine weitere der Phasen (U1, U2, U3) möglich ist.

Description

Beschreibung / Description
Bürstenloser Gleichstrommotor mit SFOC-Regelung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ansteuerverfahren für einen bürstenlosen Gleichstrommotor,
- wobei eine Steuereinrichtung für den Gleichstrommotor unter Verwendung einer Drehstellung eines Rotors des
Gleichstrommotors Sollspannungen für Phasen des
Gleichstrommotors ermittelt,
- wobei die Steuereinrichtung eine Stelleinrichtung
entsprechend den für die Phasen ermittelten Sollspannungen ansteuert, so dass jede Phase innerhalb eines jeweiligen Taktzyklusses während eines mit der jeweiligen Sollspannung korrespondierenden Gesamtanschaltzeitraums an eine
Versorgungsspannung angeschaltet wird,
- wobei die Steuereinrichtung die Taktzyklen in jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgende gleich große Teilzyklen unterteilt und für jede Phase für jeden Teilzyklus einen jeweiligen Teilanschaltzeitraum ermittelt,
- wobei die Steuereinrichtung die Teilanschaltzeiträume für jede Phase derart ermittelt, dass sie symmetrisch zur Mitte des jeweiligen Teilzyklus sind und zusammen gleich dem jeweiligen Gesamtanschaltzeitraum der entsprechenden Phase für den jeweiligen Taktzyklus sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine
Steuereinrichtung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet oder
programmiert ist, dass sie den bürstenlosen Gleichstrommotor gemäß einem derartigen Ansteuerverfahren betreibt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen
bürstenlosen Gleichstrommotor,
- wobei der Gleichstrommotor einen Stator und einen relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor aufweist, - wobei der Gleichstrommotor eine Stelleinrichtung aufweist, mittels derer Phasen des Gleichstrommotors an eine
Versorgungsspannung anschaltbar sind,
- wobei der Gleichstrommotor eine Steuereinrichtung aufweist, von der die Stelleinrichtung ansteuerbar ist,
- wobei der Stelleinrichtung eine einzige
Stromerfassungseinrichtung nachgeordnet ist,
- wobei die Stromerfassungseinrichtung zum Zuführen eines von der Stromerfassungseinrichtung erfassten jeweiligen
Stromwertes zur Steuereinrichtung mit der Steuereinrichtung verbunden ist.
Ein derartiges Ansteuerverfahren und die entsprechende
Steuereinrichtung sowie der entsprechende bürstenlose
Gleichstrommotor sind beispielsweise aus der EP 2 120 323 Bl bekannt .
Bei Gleichstrommotoren muss im Betrieb eine Kommutierung der Phasen erfolgen. Die Anschaltung der Phasen des
Gleichstrommotors ist also unter anderem von der Drehstellung eines Rotors des Gleichstrommotors abhängig. Die Kommutierung bewirkt die korrekte Bestromung der Phasen des
Gleichstrommotors . Die Kommutierung kann mittels sogenannter Kommutierungsbürsten erfolgen. Diese Ausgestaltung ist jedoch
verschleißbehaftet. Im Stand der Technik erfolgt die
Kommutierung daher in der Regel elektronisch. Um eine elektronische Kommutierung korrekt durchführen zu können, muss die Drehstellung des Rotors bekannt sein.
Hierfür sind im Stand der Technik verschiedene
Ausgestaltungen bekannt. So ist beispielsweise bekannt, die Drehstellung des Rotors mittels Hallsensoren zu erfassen. Diese Ausgestaltung
arbeitet technisch einwandfrei, ist jedoch relativ
kostenintensiv . In jüngerer Zeit wurden weitere Technologien entwickelt, nämlich die sogenannte SBLDC und die SFOC, welche ein
elektronisches Kommutieren ermöglichen, ohne Hallsensoren oder sonstige Positionssensoren wie Encoder oder
Potentiometer zu benötigen. Die beiden Verfahren verfügen über ähnliche Eigenschaften, basieren aber auf
unterschiedlichen physikalischen Prinzipien. Bei dem SBLDC (= sensorless brushless direct current = sensorloser bürstenloser Gleichspannungsmotor) werden die Spannungen des Gleichstrommotors erfasst und ausgewertet. Da bei der Kommutierung zu jedem Zeitpunkt eine der drei
Motorphasen unbestromt ist, kann diese Phase zur Messung der induzierten Spannung verwendet werden. Anhand des Verlaufs des Messsignals lässt sich der Zeitpunkt des
Kommutierungswechsels abschätzen und daraus eine Drehstellung des Rotors ableiten. Das SBLDC-Verfahren benötigt eine
Mindestdrehzahl des Rotors, da im Stillstand das Messsignal gegen 0 geht. Das Anfahren aus dem Stillstand erfolgt
gesteuert, d. h. es wird ein Drehfeld angelegt, noch bevor die Drehstellung des Rotors bekannt ist.
Bei dem SFOC-Verfahren (= sensorless field oriented control = sensorlose feldorientierte Regelung) wird die Drehstellung aus einer Erfassung der magnetischen Flüsse abgeleitet. Auch dieses Verfahren benötigt für ein ordnungsgemäßes Arbeiten eine Mindestdrehzahl des Rotors . Im Gegensatz zum SBLDC-Ver- fahren werden beim SFOC-Verfahren Ströme gemessen, nicht Spannungen. Dieses Verfahren wird auch bei der EP 2 120 323 Bl angewendet .
Bei dem SFOC-Verfahren existieren zwei Hauptvarianten, nämlich zum einen eine Hauptvariante mit zwei oder drei Strommesseinrichtungen, die in den jeweiligen Phasenzweigen angeordnet sind, und zum anderen eine Hauptvariante mit einer einzigen Strommesseinrichtung, welche den Summenstrom führt. Aus Kostengründen ist die Hauptvariante mit einer einzigen Strommesseinrichtung vorzuziehen.
Um mittels einer einzigen Strommesseinrichtung die in den Motorphasen fließenden Phasenströme korrekt erfassen zu können, muss während eines Taktzyklus zum einen ein
hinreichend großes Zeitintervall existieren, während dessen zwei Phasen an die Versorgungsspannung angeschaltet sind. Zum anderen muss während desselben Taktzyklus ein weiteres, ebenfalls hinreichend großes Zeitintervall existieren, während dessen nur eine einzige Phase an die
Versorgungsspannung angeschlossen ist. Diese beiden
Bedingungen sind zwar in manchen Betriebszuständen erfüllt, aber nicht zwangsläufig gegeben. Insbesondere in dem Fall, dass die Teilanschaltzeiträume die Mitte des jeweiligen
Teilzyklus umfassen, symmetrisch zum jeweiligen Teilzyklus sind und in sich zusammenhängend sind, sind diese Bedingungen nicht stets erfüllbar. Zur Lösung dieses Problems wird bei der EP 2 120 323 Bl für eine der Phasen eine Aufteilung der jeweiligen
Teilbeaufschlagungszeiträume in weitere Zeiträume
vorgenommen. Die beiden Teilbeaufschlagungszeiträume der genannten Phase sind also gleich groß und symmetrisch zur Mitte des jeweiligen Teilzyklus. Sie enthalten jedoch nicht die Mitte des jeweiligen Teilzyklus. Für eine andere der Phasen wird der Gesamtanschaltzeitraum in zwei
Teilanschaltzeiträume aufgeteilt, die unterschiedlich groß sind .
Die Vorgehensweise der EP 2 120 323 Bl führt zwar zu
befriedigenden regeltechnischen Resultaten, ist aber in der Realisierung technisch aufwändig. Insbesondere muss erfasst werden, ob ein kritischer Betriebszustand des
Gleichstrommotors vorliegt, in dem eine Erfassung der
Phasenströme nicht ohne Weiteres möglich ist, und ggf. die obenstehend erläuterte Modifikation der Teilanschaltzeiträume erfolgen. Weiterhin müssen die Erfassungszeitpunkte, zu denen die Phasenströme erfasst werden, in Abhängigkeit von den ermittelten Teilanschaltzeiträumen bestimmt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer die Ermittlung der Teilanschaltzeiträume und die Erfassung der Phasenströme vereinfacht werden können, obwohl nur eine einzige
Strommesseinrichtung vorhanden ist. Die Aufgabe wird durch ein Ansteuerverfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ansteuerverfahrens ist Gegenstand des abhängigen Anspruchs 2. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ein Ansteuerverfahren der eingangs genannten Art dadurch auszugestalten,
- dass die Steuereinrichtung die Teilanschaltzeiträume für jede Phase derart ermittelt, dass sie in sich
zusammenhängen und die Mitte des jeweiligen Teilzyklus umfassen, und
- dass die Steuereinrichtung die Teilanschaltzeiträume der Phasen derart aufeinander abstimmt, dass in mindestens einem fest vorgegebenen Zeitintervall des ersten Teilzyklus eine Stromerfassung für eine der Phasen und in mindestens einem fest vorgegebenen Zeitintervall des zweiten
Teilzyklus eine Stromerfassung für eine weitere der Phasen möglich ist.
Die Lage des mindestens einen fest vorgegebenen
Zeitintervalls kann nach Bedarf bestimmt sein. Insbesondere können die Zeitintervalle zwischen 20 % und 30 % und/oder zwischen 70 % und 80 % des jeweiligen Teilzyklus liegen.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet oder programmiert, dass sie den bürstenlosen Gleichstrommotor gemäß einem
erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren betreibt. Die Aufgabe wird weiterhin durch einen bürstenlosen
Gleichstrommotor mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen bürstenlosen
Gleichstrommotor der eingangs genannten Art dadurch
auszugestalten, dass die Steuereinrichtung erfindungsgemäß ausgebildet oder programmiert ist.
Der entsprechende bürstenlose Gleichstrommotor kann
beispielsweise als Antrieb für ein Ventil oder eine Klappe verwendet werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung :
FIG 1 einen Gleichstrommotor mit Stelleinrichtung und
Steuereinrichtung,
FIG 2 eine detaillierte Darstellung der Stelleinrichtung und der Steuereinrichtung,
FIG 3 einen Taktzyklus des Standes der Technik und
FIG 4 einen erfindungsgemäßen Taktzyklus .
Gemäß FIG 1 weist ein bürstenloser Gleichstrommotor einen Stator 1 und einen Rotor 2 auf. Der Rotor 2 ist relativ zum Stator 1 um eine Drehachse 3 drehbar gelagert.
Der Gleichstrommotor weist weiterhin eine Stelleinrichtung 4 auf. Mittels der Stelleinrichtung 4 sind Phasen Ul , U2 , U3 des Gleichstrommotors an eine Versorgungsspannung VCC anschaltbar. Der Stelleinrichtung 4 ist eine einzige
Stromerfassungseinrichtung 5 nachgeordnet. ^
Der Gleichstrommotor weist weiterhin eine Steuereinrichtung 6 auf. Die Steuereinrichtung 6 kann insbesondere als
programmierte oder als festverdrahtete Steuereinrichtung 6 ausgebildet sein. Die Steuereinrichtung 6 ist mit der
Stelleinrichtung 4 verbunden, damit die Steuereinrichtung 6 die Stelleinrichtung 4 ansteuern kann. Die Steuereinrichtung 6 ist weiterhin mit der Stromerfassungseinrichtung 5
verbunden, damit die Steuereinrichtung 6 den von der
Stromerfassungseinrichtung 5 jeweils erfassten Gesamtstrom I entgegennehmen kann. Die Steuereinrichtung 6 ist derart programmiert oder ausgebildet, dass sie ein Ansteuerverfahren für den Gleichstrommotor ausführt, was nachstehend näher erläutert wird.
Die Steuereinrichtung 6 weist zur Durchführung des
Ansteuerverfahrens üblicherweise intern einen AD-Wandler ADC, eine AuswahlSchaltung SEL, eine Steuerschaltung CONTROL und eine Pulsweitenmodulationseinheit PWMUNIT auf. Insbesondere ermittelt die Steuereinrichtung 6 im Betrieb des
Gleichstrommotors unter Verwendung der mittels der
Stromerfassungseinrichtung 5 erfassten Stromwerte die
Drehstellung des Rotors 2. Unter Verwendung der
Drehstellung des Rotors 2 ermittelt die Steuereinrichtung 6 Sollspannungen Ua, Ub, Uc für die Phasen Ul , U2 , U3 des
Gleichstrommotors. Die Ermittlung der Sollspannungen Ua, Ub, Uc bei gegebener Drehstellung des Rotors 2 ist Fachleuten bekannt .
Die Steuereinrichtung 6 steuert die Stelleinrichtung 4 entsprechend den für die Phasen Ul , U2 , U3 ermittelten
Sollspannungen Ua, Ub, Uc an. Insbesondere erfolgt die
Ansteuerung - siehe FIG 3 - in Taktzyklen T. Die
Sollspannungen Ua, Ub, Uc sind jeweils für einen Taktzyklus T gültig. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt für jede Phase Ul , U2 , U3 einen Gesamtanschaltzeitraum Tl, T2 , T3 für die Phasen Ul , U2 , U3. Insbesondere ermittelt die Steuereinrichtung 6 für die erste Phase Ul deren Gesamtanschaltzeitraum Tl gemäß der Beziehung Π = - v^cc-· Γ (1).
In analoger Weise ermittelt die Steuereinrichtung 6 die
Gesamtanschaltzeiträume T2 , T3 für die zweite und die dritte Phase U2 , U3.
Die Ansteuerung der Stelleinrichtung 4 durch die
Steuereinrichtung 6 erfolgt für die erste Phase Ul derart, dass - siehe die FIG 2 und 3 - während des
Gesamtanschaltzeitraums Tl für die erste Phase Ul das in FIG 2 obere Schaltelement 7 ' für die erste Phase Ul
durchgeschaltet wird, die Versorgungsspannung VCC also an die erste Phase Ul angeschaltet wird. Das untere Schaltelement 7" für die erste Phase Ul wird für diesen Zeitraum Tl gesperrt. Außerhalb des Gesamtanschaltzeitraums Tl für die erste Phase Ul ist es umgekehrt. In diesem Zeitraum ist das obere
Schaltelement 7' für die erste Phase Ul gesperrt, das untere Schaltelement 7" für die erste Phase Ul hingegen
durchgeschaltet. In analoger Weise erfolgt die Ansteuerung der weiteren oberen und unteren Schaltelemente 7', 7" für die zweite und die dritte Phase U2 , U3.
Auch die entsprechende Ermittlung der Gesamtanschaltzeiträume Tl , T2 , T3 und die entsprechende Ansteuerung der
Stelleinrichtung 4 ist Fachleuten allgemein bekannt.
Um die Drehstellung des Rotors 2 gemäß dem SFOC-Verfahren ermitteln zu können, müssen (unter anderem) die in den Phasen Ul , U2 , U3 fließenden Phasenströme Ia, Ib, Ic bekannt sein. Hierbei ist es ausreichend, zwei der drei Phasenströme Ia, Ib, Ic messtechnisch zu erfassen, weil zusätzlich die
Beziehung
Ia + Ib + Ic = 0 (2) gilt und somit bei einer der Phasenströme Ia, Ib, Ic anhand der beiden anderen Phasenströme Ia, Ib, Ic rein rechnerisch ermittelt werden kann. Um die Phasenströme Ia, Ib, Ic zu erfassen, ist es bei der in FIG 1 und FIG 2 dargestellten Beschaltung des
Gleichstrommotors erforderlich, zu bestimmten Zeitpunkten den Gesamtstrom I zu erfassen. Wird - rein beispielhaft - zu den Zeitpunkten tl und t2 (siehe FIG 3) der jeweils fließende Gesamtstrom I erfasst, so ist der zu Zeitpunkt tl fließende Gesamtstrom I mit dem Phasenstrom Ic identisch. In analoger Weise ist der zum Zeitpunkt t2 fließende Gesamtstrom I invers zum Phasenstrom Ia. Eine zuverlässige Zuordnung des erfassten Gesamtstroms I zu einem der Phasenströme Ia, Ib, Ic ist jedoch nur dann möglich, wenn zwischen dem
Erfassungszeitpunkt tl, t2 und dem jeweils unmittelbar vorhergehenden Schaltvorgang eine Zeitspanne 5t liegt, die mindestens so groß wie eine Minimalzeitspanne tmin ist. Diese Bedingung ist in dem in FIG 3 dargestellten Fall, in dem pro Taktzyklus T für jede Phase Ul , U2 , U3 jeweils ein einziger, in sich zusammenhängender Gesamtanschaltzeitraum Tl, T2 , T3 ermittelt wird, der die Mitte des jeweiligen Taktzyklus T umfasst und symmetrisch zur Mitte des jeweiligen Taktzyklus T ist, nicht unter allen Umständen zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß unterteilt die Steuereinrichtung 6 daher gemäß FIG 4 die Taktzyklen T in jeweils zwei Teilzyklen T', T" . Die Teilzyklen Τ', T" sind gleich groß und folgen
unmittelbar aufeinander.
Weiterhin ermittelt die Steuereinrichtung 6 für jede Phase Ul , U2 , U3 für jeden Teilzyklus Τ', T" einen jeweiligen
Teilanschaltzeitraum Tl ' , Tl", T2 ' , T2", T3 ' , T3 " . Für jeden Teilanschaltzeitraum Tl ' , Tl", T2 ' , T2", T3 ' , T3 " gilt, dass er in sich zusammenhängend ist, die Mitte des jeweiligen Teilzyklus Τ', T" umfasst und symmetrisch zur Mitte des jeweiligen Teilzyklus Τ', T" ist. Weiterhin gilt für jede Phase Ul , U2 , U3 , dass die Summe der beiden Teilanschaltzeiträume Tl ' , Tl", T2 ' , T2", T3 ' , T3 " für die jeweilige Phase Ul , U2 , U3 gleich dem Gesamtanschaltzeitraum Tl, T2, T3 für die jeweilige Phase Ul , U2 , U3 ist. Es gilt also beispielsweise für die erste Phase Ul die Beziehung
T\ = TY+T\" (3).
Analoge Beziehungen gelten für die beiden anderen Phasen U2 , U3.
Je nach Betriebszustand des Gleichstrommotors kann gelten, dass pro Phase Ul , U2 , U3 die beiden jeweiligen
Teilanschaltzeiträume Tl ' , Tl", T2 ' , T2", T3 ' , T3 "
untereinander gleich groß sind. Zwingend ist dies jedoch nicht erforderlich. Insbesondere ist es möglich, für
mindestens eine der Phasen Ul , U2 , U3 den
Teilanschaltzeitraum Tl ' , T2 ' , T3 ' des ersten Teilzyklus T' zu vergrößern und hiermit korrespondierend den
Teilanschaltzeitraum Tl", T2", T3 " des zweiten Teilzyklus T" entsprechend zu verkleinern. Dies ist in FIG 4 für die Phase U2 dargestellt. Weiterhin ist auch die inverse Vorgehensweise möglich, dass also das Vergrößern und das Verkleinern
vertauscht werden. Weiterhin ist die entsprechende
Vorgehensweise auch bei mehr als einer Phase Ul , U2 , U3 innerhalb desselben Taktzyklus T anwendbar. Im Falle der
Anwendung bei nur einer einzigen Phase Ul , U2 , U3 erfolgt die asymmetrische Aufteilung des entsprechenden
Gesamtanschaltzeitraums Tl, T2 , T3 vorzugsweise für den zeitlich mittleren Gesamtanschaltzeitraum Tl, T2 , T3.
Aufgrund der Freiheitsgrade, die das ungleichmäßige Verteilen der Gesamtanschaltzeiträume Tl, T2 , T3 der Phasen Ul , U2 , U3 auf die entsprechenden Teilanschaltzeiträume Tl ' , Tl", T2 ' , T2", T3 ' , T3 " eröffnet, ist es für die Steuereinrichtung 6 ohne Weiteres möglich, die Teilanschaltzeiträume Tl ' , Tl", T2 ' , T2", T3 ' , T3" der Phasen Ul , U2 , U3 derart aufeinander abzustimmen, dass in einem fest vorgegebenen - d. h. vorab bekannten und nicht in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Gleichstrommotors variierten - Zeitintervall ZI' des ersten Teilzyklus T' eine Stromerfassung für eine erste der Phasen Ul , U2 , U3 - beispielsweise für die Phase Ul - möglich ist und weiterhin in einem ebenfalls fest vorgegebenen
Zeitintervall ZI" des zweiten Teilzyklus T" eine
Stromerfassung für eine weitere der Phasen Ul , U2 , U3 - beispielsweise die Phase U3 - möglich ist. Die Lage des jeweils fest vorgegebenen Zeitintervalls ZI', ZI" kann beispielsweise bei ca. 25 % des jeweiligen Teilzyklus Τ', T" sein, also beispielsweise zwischen 20 % und 30 % des
jeweiligen Teilzyklus Τ', T" . Alternativ ist es möglich, ein anderes Zeitintervall Z2 ' , Z2" zu bestimmen, dessen Lage bei ca. 75 % des jeweiligen Teilzyklus Τ', T" ist, also zwischen 70 %und 80 % des jeweiligen Teilzyklus Τ', T" . Es ist sogar möglich, beide Zeitintervalle ZI', ZI", Z2 ' , Z2" vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung weist deutliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Insbesondere ist es möglich, den Gesamtstrom I zu festen Abtastzeitpunkten zu erfassen. Diese Vorgehensweise vereinfacht die Implementierung des
Ansteuerverfahrens. Der erfindungsgemäße Gleichstrommotor kann insbesondere als Antrieb für ein Ventil oder eine Klappe eingesetzt werden. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte
Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
1 Stator
2 Rotor
3 Rotationsachse
4 Stelleinrichtung
5 Stromerfassungseinrichtung 6 Steuereinrichtung
7 ' , 7" Schaltelemente I Gesamtstrom
Ia, Ib, Ic Phasenströme
T Taktzyklus
', T" Teilzyklen
Tl, T2, T3 GesamtanschaltZeiträume
Tl', Tl", T2 ' , T2", T3 " Teilanschaltzeiträume tl, t2 Zeitpunkte
tmin MinimalZeitspanne
Ul, U2, U3 Phasen
Ua, Ub, Uc Sollspannungen
VCC VersorgungsSpannung
ZI', ZI", Ζ2', Z2" ZeitIntervalle
Drehstellung
5t Zeitspanne

Claims

Patentansprüche / Patent Claims
1. Ansteuerverfahren für einen bürstenlosen Gleichstrommotor,
- wobei eine Steuereinrichtung (6) für den Gleichstrommotor unter Verwendung einer Drehstellung ( ) eines Rotors (2) des Gleichstrommotors Sollspannungen (Ua, Ub, Uc) für
Phasen (Ul, U2 , U3 ) des Gleichstrommotors ermittelt,
- wobei die Steuereinrichtung (6) eine Stelleinrichtung (4) entsprechend den für die Phasen (Ul, U2 , U3 ) ermittelten Sollspannungen (Ua, Ub, Uc) ansteuert, so dass jede Phase
(Ul, U2 , U3 ) innerhalb eines jeweiligen Taktzyklusses (T) während eines mit der jeweiligen Sollspannung (Ua, Ub, Uc) korrespondierenden Gesamtanschaltzeitraums (Tl, T2 , T3 ) an eine Versorgungsspannung (VCC) angeschaltet wird,
- wobei die Steuereinrichtung (6) die Taktzyklen (T) in
jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgende gleich große Teilzyklen (Τ', T") unterteilt und für jede Phase (Ul, U2 , U3 ) für jeden Teilzyklus (Τ', T") einen jeweiligen
Teilanschaltzeitraum (Τΐ', Tl", T2 ' , T2", T3 ' , T3 " )
ermittelt,
- wobei die Steuereinrichtung (6) die Teilanschaltzeiträume (ΤΙ', Tl", T2', T2", T3 ' , T3") für jede Phase (Ul, U2 , U3 ) derart ermittelt, dass sie in sich zusammenhängen, die Mitte des jeweiligen Teilzyklus (Τ', T") umfassen,
symmetrisch zur Mitte des jeweiligen Teilzyklus (Τ', T") sind und zusammen gleich dem jeweiligen
Gesamtanschaltzeitraum (Tl, T2 , T3 ) der entsprechenden Phase (Ul, U2 , U3 ) für den jeweiligen Taktzyklus (T) sind,
- wobei die Steuereinrichtung (6) die Teilanschaltzeiträume (ΤΙ', Tl", T2 ' , T2", T3 ' , T3 " ) der Phasen (Ul, U2 , U3 ) derart aufeinander abstimmt, dass in mindestens einem fest vorgegebenen Zeitintervall (Ζΐ', Z2 ' ) des ersten Teilzyklus (Τ') eine Stromerfassung für eine der Phasen (Ul, U2 , U3 ) und in mindestens einem fest vorgegebenen Zeitintervall (ZI", Z2") des zweiten Teilzyklus (T") eine Stromerfassung für eine weitere der Phasen (Ul, U2 , U3 ) möglich ist.
2. Ansteuerverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Lage des mindestens einen fest vorgegebenen
Zeitintervalls (Ζΐ', ZI", Z2 ' , Z2") zwischen 20 % und 30 % und/oder zwischen 70 % und 80 % des jeweiligen Teilzyklus (Τ', rp" ) Hegt.
3. Steuereinrichtung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet oder
programmiert ist, dass sie den bürstenlosen Gleichstrommotor gemäß einem Ansteuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2
betreibt .
4. Bürstenloser Gleichstrommotor,
- wobei der Gleichstrommotor einen Stator (1) und einen
relativ zum Stator (1) drehbar gelagerten Rotor (2)
aufweist ,
- wobei der Gleichstrommotor eine Stelleinrichtung (4)
aufweist, mittels derer Phasen (Ul, U2 , U3 ) des
Gleichstrommotors an eine Versorgungsspannung (VCC)
anschaltbar sind,
- wobei der Gleichstrommotor eine Steuereinrichtung (6)
aufweist, von der die Stelleinrichtung (4) ansteuerbar ist,
- wobei der Stelleinrichtung (4) eine einzige
Stromerfassungseinrichtung (5) nachgeordnet ist,
- wobei die Stromerfassungseinrichtung (5) zum Zuführen eines von der Stromerfassungseinrichtung (5) erfassten jeweiligen Stromwertes (I) zur Steuereinrichtung (6) mit der
Steuereinrichtung (6) verbunden ist,
- wobei die Steuereinrichtung (6) gemäß Anspruch 3
ausgebildet oder programmiert ist.
5. Gleichstrommotor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass er als Antrieb für ein Ventil oder eine Klappe verwendet wird .
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