DE102007060949A1 - Device for determining rotational speed of electric machine, particularly direct current motor, on basis of regenerative residual voltage, has circuit with main switch, which is arranged in current path of electric machine - Google Patents

Device for determining rotational speed of electric machine, particularly direct current motor, on basis of regenerative residual voltage, has circuit with main switch, which is arranged in current path of electric machine Download PDF

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    • 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
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

The device has a circuit with a main switch (2), which is arranged in a current path of the electric machine for switching-on and switching-off the electric machine. The device has another switch (3) and a capacitor (4) which are arranged in another current path, parallel to the main switch. The capacitor and the latter switch are connected in series.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Bestimmen der Drehzahl einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Gleichstrommotors, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine elektrische Maschine mit einer solchen Schaltung gemäß Anspruch 7.The The invention relates to a circuit for determining the speed of a electric machine, in particular a DC motor, according to the preamble of claim 1, as well as an electric machine with a Such a circuit according to claim 7.

Gleichstrommotoren, wie sie beispielsweise als Pumpenantrieb für Hydraulikpumpen in Kfz-Bremsanlagen eingesetzt werden, sind üblicherweise Drehzahl geregelt. Die aktuelle Ist-Drehzahl ω des Motors, die als Eingangsgröße in den Regelalgorithmus einfließt, wird i. d. R. aus der so genannten Nachlaufspannung berechnet. Die Nachlaufspannung ist eine generatorische Klemmenspannung Uk des Gleichstrommotors, die in einer Ausschaltphase über den Klemmen der Maschine abfällt. Zur Messung der Nachlaufspannung wird der Gleichstrommotor kurzfristig ausgeschaltet, bis sich der durch die Motorwicklung schließende Strom abgebaut hat; danach wird die Klemmenspannung gemessen. Die Dauer der Stromabbauphase – und damit auch die Dauer der Messung – ist durch die elektrische Beschaltung des Motors, den in der Motorwicklung fließenden Strom und die Motorinduktivität bestimmt.DC motors, as used for example as a pump drive for hydraulic pumps in automotive brake systems, usually speed are regulated. The current actual speed ω of the motor, which is included in the control algorithm as an input variable, is usually calculated from the so-called tracking voltage. The tracking voltage is a regenerative terminal voltage U k of the DC motor, which drops in a switch-off phase above the terminals of the machine. To measure the supply voltage, the DC motor is briefly switched off until the closing of the motor winding current has decreased; then the terminal voltage is measured. The duration of the current reduction phase - and thus the duration of the measurement - is determined by the electrical wiring of the motor, the current flowing in the motor winding and the motor inductance.

Bekannte Schaltungen zur Drehzahlmessung, wie sie beispielsweise aus der DE10 2005 013 143 A1 bekannt sind, umfassen eine parallel zum Motor geschaltete Freilaufdiode. Nach dem Ausschalten des Motors fließt der Strom durch die Motorwicklung und die Freilaufdiode im Kreis. Die elektrische Energie wird dabei im Wesentlichen nur durch die Diodenspannung und den ohmschen Widerstand der Motorwicklung abgebaut. Dies kann mehrere ms lang dauern. Während der Aussschaltphase sinkt die Drehzahl des Elektromotors relativ weit ab, so dass es zu unerwünschten Drehzahlschwankungen kommen kann. Dies ist insbesondere in Betriebszuständen, in denen das System unter Volllast steht, von Nachteil.Known circuits for speed measurement, as for example from the DE10 2005 013 143 A1 are known, comprise a freewheeling diode connected in parallel with the motor. After switching off the motor, the current flows through the motor winding and the freewheeling diode in a circle. The electrical energy is essentially reduced only by the diode voltage and the ohmic resistance of the motor winding. This can take several ms. During the switch-off, the speed of the electric motor decreases relatively far, so that it can lead to unwanted speed fluctuations. This is particularly disadvantageous in operating states in which the system is under full load.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Dauer der Ausschaltphase, die zur Messung der generatorischen Nachlaufspannung erforderlich ist, zu verkürzen.It Therefore, the object of the present invention, the duration of Switch-off phase, which is used to measure the regenerative follow-up voltage is necessary to shorten.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 sowie im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Solved This object is achieved according to the invention by the in claim 1 and in claim 7 specified features. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, die elektrische Maschine mit einem Kondensator zu beschalten, der an der versorgungsseitigen Klemme des Elektromotors eine hohe negative Spannung bereitstellt, die bewirkt, dass sich der durch die Motorwicklung fließende Strom in der Ausschaltphase schneller abbaut. Eine erfindungsgemäße Versorgungsschaltung des Elektromotors umfasst einen Hauptschalter, der in einem Versorgungspfad der elektrischen Maschine angeordnet ist und zum Ein- bzw. Ausschalten des Elektromotors dient, sowie einen zweiten Schalter und den genannten Kondensator, die in einem zweiten Strompfad, parallel zum Hauptschalter angeordnet sind.One essential aspect of the invention is the electrical Machine with a capacitor to connect to the supply side Terminal of the electric motor provides a high negative voltage, which causes the current flowing through the motor winding Power in the off phase degrades faster. An inventive Supply circuit of the electric motor comprises a main switch, arranged in a supply path of the electric machine is and is used to turn on or off the electric motor, as well a second switch and said capacitor in one second current path, are arranged parallel to the main switch.

Kondensator und zweiter Schalter sind im zweiten Strompfad vorzugsweise in Serie geschaltet.capacitor and second switch are preferably in series in the second current path connected.

Bei den Schaltern handelt es sich vorzugsweise um Transistoren, insbesondere MOS-Transistoren, die vorzugsweise von einem Steuergerät angesteuert werden. Die Transistoren sind vorzugsweise als Diode verschaltete Transistoren.at the switches are preferably transistors, in particular MOS transistors, preferably from a controller be controlled. The transistors are preferably as a diode interconnected transistors.

Die Schaltung wird vorzugsweise wie folgt betrieben: im Motorbetrieb ist der Hauptschalter geschlossen, so dass die elektrische Maschine über den Versorgungspfad und den Hauptschalter mit elektrischer Leistung versorgt wird. Der zweite Schalter ist in diesem Zustand geöffnet. Um die Drehzahl zu messen, wird der Hauptschalter geöffnet. Der durch den Motor fließende Strom baut sich daraufhin ab, wobei die an der negativen Elektrode des Kondensators anliegende Spannung stark negativ wird. Der Motorstrom baut sich daher schneller ab als ohne den Clamp-Kondensator 4.The circuit is preferably operated as follows: in engine operation, the main switch is closed, so that the electrical machine is supplied with electrical power via the supply path and the main switch. The second switch is open in this state. To measure the speed, the main switch is opened. The current flowing through the motor then breaks down, with the voltage applied to the negative electrode of the capacitor becoming severely negative. The motor current therefore degrades faster than without the clamp capacitor 4 ,

Bei einem Motorstrom von I = 0 A oder in der Nähe dieses Punktes wird die an der elektrischen Maschine abfallende Klemmenspannung Uk gemessen und daraus die Drehzahl ω berechnet. Für die Drehzahl ω gilt: ω = f(Uk). Das Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl aus der Nachlaufspannung eines Pumpenmotors ist beispielsweise aus der DE19914404A1 bekannt.At a motor current of I = 0 A or in the vicinity of this point, the voltage drop across the electrical machine U k is measured and from the speed ω calculated. For the rotational speed ω: ω = f (U k ). The method for determining the speed of the tracking voltage of a pump motor is for example from DE19914404A1 known.

Danach wird der zweite Schalter geschlossen. Die Kondensatorspannung baut sich im Folgenden ab, wobei der Strom in das Netz zurückfließt.After that the second switch is closed. The capacitor voltage builds in the following, the current flowing back into the network.

Nach vorgegebener Zeit wird der zweite Schalter wieder ausgeschaltet und der erste Schalter eingeschaltet. Damit beginnt eine neue Phase im Motorbetrieb.To given time, the second switch is turned off again and the first switch is turned on. This begins a new phase in engine operation.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the accompanying drawings exemplified in more detail. Show it:

1 einen Gleichstrommotor mit einer Schaltung zur Messung der generatorischen Nachlaufspannung; 1 a DC motor with a circuit for measuring the regenerative tracking voltage;

2 die Anordnung von 1 in einem zweiten Zustand; 2 the arrangement of 1 in a second state;

3 die Anordnung von 1 in einem dritten Zustand; und 3 the arrangement of 1 in a third state; and

4 die Anordnung von 1 in einem vierten Zustand. 4 the arrangement of 1 in a fourth state.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

1 zeigt einen Gleichstrommotor 1, wie er beispielsweise als Pumpenantrieb für Hydraulikpumpen in Kfz-Bremsanlagen eingesetzt wird. Der Motor 1 ist über eine am Motor angeschlossene Schaltstufe 2 (Hauptschalter) ein- bzw. ausschaltbar. Die Schaltstufe 2 umfasst hier einen als Diode geschalteten MOS-Transistor, der in einem Versorgungspfad 5 des Motors 1 angeordnet ist. Im Motorbetrieb ist der Transistor geschlossen, so dass der Motor 1 mit einer Netzspannung Ubat versorgt wird. 1 shows a DC motor 1 , as used for example as a pump drive for hydraulic pumps in automotive brake systems. The motor 1 is via a switching stage connected to the motor 2 (Main switch) can be switched on or off. The switching stage 2 here comprises a diode-connected MOS transistor in a supply path 5 of the motor 1 is arranged. In motor mode, the transistor is closed, leaving the motor 1 is supplied with a mains voltage U bat .

Parallel zum Hauptschalter 2 ist ein weiterer Schalter 3 und ein Kondensator 4 angeschlossen, wobei Schalter 3 und Kondensator 4 in Serie geschaltet sind. Der Kondensator 4 ist dabei versorgungsseitig des Schalters 3 angeordnet und mit der Netzspannung Ubat verbunden. Der zweite Schalter 3 ist hier ebenfalls ein als Diode verschalteter MOS-Transistor.Parallel to the main switch 2 is another switch 3 and a capacitor 4 connected, with switches 3 and capacitor 4 are connected in series. The capacitor 4 is on the supply side of the switch 3 arranged and connected to the mains voltage U bat . The second switch 3 Here is also a connected as a diode MOS transistor.

Im Motorbetrieb ist der Schalter 3 ausgeschaltet. Das am Gate anliegende Steuersignal ist entsprechend „0". Das am Hauptschalter anliegende Steuersignal ist dagegen „1". Der Pfad des in den Motor hinein fließenden Stroms ist mit I gekennzeichnet.In engine operation is the switch 3 switched off. The control signal applied to the gate is correspondingly "0." The control signal applied to the main switch, however, is "1". The path of the current flowing into the motor is indicated by I.

Die beiden Schalter werden von einem Steuergerät 7 angesteuert, das jeweils mit dem Steuereingang (gate) der Transistoren 2, 3 verbunden ist.The two switches are from a control unit 7 controlled, each with the control input (gate) of the transistors 2 . 3 connected is.

Um die Nachlaufspannung bzw. die Motordrehzahl zu messen, wird der Hauptschalter 2 ausgeschaltet – das Steuersignal ist dann „0" (siehe 2).To measure the trailing voltage or the engine speed, the main switch 2 switched off - the control signal is then "0" (see 2 ).

2 zeigt einen Zustand, kurz nachdem der Motor 1 ausgeschaltet wurde. Der zweite Schalter 3 bleibt weiterhin ausgeschaltet – das zugehörige Steuersignal ist ebenfalls „0". Aufgrund der Induktivität der Motorwicklung fließt der Strom I zunächst weiter durch den Motor 1. Der Pfad des Stromflusses ist wiederum durch einen Pfeil I gekennzeichnet. Der Kondensator 4 wird dabei aufgeladen, wobei an der negativen Elektrode des Kondensators eine stark negative Spannung entsteht. Der Motorstrom baut sich daher sehr schnell ab. 2 shows a state shortly after the engine 1 was turned off. The second switch 3 remains switched off - the associated control signal is also "0." Due to the inductance of the motor winding, the current I first continues to flow through the motor 1 , The path of the current flow is again indicated by an arrow I. The capacitor 4 is charged thereby, wherein at the negative electrode of the capacitor creates a strong negative voltage. The motor current is therefore degrading very quickly.

3 zeigt einen Zustand, in dem sich der Strom (größtenteils) abgebaut hat und eine Messung der generatorischen Nachlaufspannung Ugen erfolgen kann. Der zweite Schalter 3 ist in diesem Zustand weiterhin ausgeschaltet – das Steuersignal ist „0". 3 shows a state in which the current has degraded (for the most part) and a measurement of the generator trailing voltage U gen can take place. The second switch 3 is still off in this state - the control signal is "0".

Die Nachlaufspannung wird mittels einer geeigneten Messeinrichtung, z. B. dem Steuergerät 7, gemessen. Aus der generatorischen Nachlaufspannung Ugen kann nun in bekannter Weise die Drehzahl des Motors 1 berechnet werden. Danach wird der zweite Schalter 3 geschlossen.The tracking voltage is determined by means of a suitable measuring device, for. B. the controller 7 , measured. From the regenerative follow-up voltage U gen can now in a known manner, the speed of the motor 1 be calculated. After that, the second switch 3 closed.

4 zeigt einen Zustand, nachdem der zweite Schalter 3 geschlossen wurde – das Steuersignal ist „1". Wie zu erkennen ist, hat sich die Stromrichtung geändert. Der Strom fließt nun vom Motor 1 in Richtung Ubat zurück in das elektrische Netz. Die ursprünglich in der Motorwicklung gespeicherte Energie kann somit größtenteils zurück gewonnen werden und wird nicht vernichtet. Bei diesem Vorgang baut sich die Kondensatorspannung ab und der Kondensator 4 wird teilweise entladen. 4 shows a state after the second switch 3 closed - the control signal is "1." As can be seen, the current direction has changed and the current is now flowing from the motor 1 towards U bat back into the electrical network. The energy originally stored in the motor winding can thus largely be recovered and will not be destroyed. In this process, the capacitor voltage decreases and the capacitor 4 is partially unloaded.

Nach vorgegebener Zeit wird der zweite Schalter wieder ausgeschaltet und der erste Schalter eingeschaltet. Damit beginnt eine neue Phase im Motorbetrieb.To given time, the second switch is turned off again and the first switch is turned on. This begins a new phase in engine operation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102005013143 A1 [0003] DE 102005013143 A1 [0003]
  • - DE 19914404 A1 [0010] DE 19914404 A1 [0010]

Claims (7)

Vorrichtung zum Bestimmen der Drehzahl (ω) einer elektrischen Maschine (1), insbesondere eines Gleichstrommotors, anhand einer generatorischen Nachlaufspannung (Ugen), die in einer Ausschaltphase der elektrischen Maschine (1) gemessen wird, gekennzeichnet durch eine Schaltung mit einem Hauptschalter (2), der in einem Strompfad (5) der elektrischen Maschine (1) angeordnet ist und zum Ein- bzw. Ausschalten der elektrischen Maschine (1) dient, sowie einem zweiten Schalter (3) und einem Kondensator (4), die in einem zweiten Strompfad (6), parallel zum Hauptschalter (2) angeordnet sind.Device for determining the rotational speed (ω) of an electric machine ( 1 ), in particular a DC motor, based on a regenerative tracking voltage (U gen ), in an off phase of the electric machine ( 1 ), characterized by a circuit with a main switch ( 2 ), which is in a current path ( 5 ) of the electric machine ( 1 ) is arranged and for switching on and off of the electric machine ( 1 ) and a second switch ( 3 ) and a capacitor ( 4 ), which are in a second current path ( 6 ), parallel to the main switch ( 2 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (4) und der zweite Schalter (3) in Serie geschaltet sind.Device according to claim 1, characterized in that the capacitor ( 4 ) and the second switch ( 3 ) are connected in series. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (7) vorgesehen ist, die den Hauptschalter (2) zum Zwecke der Drehzahlmessung schaltet.Device according to claim 1 or 2, characterized in that a control device ( 7 ) is provided, the main switch ( 2 ) switches for the purpose of speed measurement. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (7) den zweiten Schalter (3) einschaltet, wenn sich der von der elektrischen Maschine (1) im Generatorbetrieb erzeugte Strom (I) vollständig oder nahezu vollständig abgebaut hat.Apparatus according to claim 3, characterized in that the switching device ( 7 ) the second switch ( 3 ) turns on when the of the electrical machine ( 1 ) has completely or almost completely degraded electricity generated in generator operation (I). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (7) vorgesehen ist, die die an der elektrischen Maschine (1) abfallende Nachlaufspannung (Ugen) misst.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a measuring device ( 7 ) provided on the electrical machine ( 1 ) measures falling trailing voltage (U gen ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptschalter (2) und der zweite Schalter (3) als Transistoren, insbesondere MOS-Transistoren, realisiert sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the main switch ( 2 ) and the second switch ( 3 ) are realized as transistors, in particular MOS transistors. Elektrische Maschine, gekennzeichnet durch eine Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electric machine, characterized by a circuit according to one of the preceding claims.
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