KR20200015396A - Method for operating a brushless direct current motor - Google Patents

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아르노 맛츠너
호어스트 클라인크네히트
카트린 섀퍼
마르크 코바칙
볼프강 횔바허
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로베르트 보쉬 게엠베하
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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Abstract

The present invention relates to a method for operating a brushless direct current (DC) motor. In the method, an electrical variable of the brushless DC motor is detected when a speed change of the brushless DC motor is required. Execution (35) of request (30) is delayed until a value (I_Mot) of the electrical variable and/or a slope (dI_Mot) is within a presettable range.

Description

브러시리스 직류 모터의 작동 방법{METHOD FOR OPERATING A BRUSHLESS DIRECT CURRENT MOTOR}METHOOD FOR OPERATING A BRUSHLESS DIRECT CURRENT MOTOR}

본 발명은 브러시리스 직류 모터를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본원 방법의 각각의 단계를 실행하는 컴퓨터 프로그램, 그리고 컴퓨터 프로그램을 저장하는 기계 판독 가능 저장 매체에 관한 것이다. 마지막으로 본 발명은 본원 방법을 실행하도록 구성된 전자 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for operating a brushless direct current motor. The invention also relates to a computer program for performing each step of the method and a machine readable storage medium for storing the computer program. Finally, the present invention relates to an electronic control device configured to carry out the method.

브러시리스 직류 모터(Brushless DC Motor; BLDC)는 자동차 분야에서 예컨대 SCR 촉매 컨버터 시스템(Selective Catalytic Reduction)의 이송 모듈 내 펌프로서 또는 연료 펌프로서 이용되는 왕복 피스톤 펌프를 구동하기 위해 이용된다. 상기 브러시리스 직류 모터는 영구 자석을 통해 여기되는 3상 동기기처럼 구성된다. 3상 권선은 적합한 회로를 통해, 영구적으로 여기되는 로터를 함께 끌어당기는 회전 자계를 생성하도록 구동된다. 이 경우, 스테이터 코일들의 전류 공급은 통상 브리지 회로에 의해 수행된다.Brushless DC motors (BLDC) are used in the automotive field to drive reciprocating piston pumps, for example used as pumps in transfer modules of SCR catalytic converter systems or as fuel pumps. The brushless direct current motor is configured like a three phase synchronizer excited through a permanent magnet. The three-phase winding is driven by suitable circuitry to create a rotating magnetic field that pulls the rotor together permanently excited. In this case, the current supply of the stator coils is usually performed by the bridge circuit.

왕복 피스톤 펌프들은 브러시리스 직류 모터의 모터 샤프트에 가변 부하를 유발한다. 모터의 공급 전류는 모터의 요구 토크에 비례하기 때문에, 상기와 같이 브러시리스 직류 모터를 이용할 경우 전류 파형이 진동한다.Reciprocating piston pumps cause variable loads on the motor shaft of a brushless direct current motor. Since the supply current of the motor is proportional to the required torque of the motor, the current waveform vibrates when the brushless DC motor is used as described above.

브러시리스 직류 모터를 작동시키기 위한 본원 방법에서는, 브러시리스 직류 모터의 속도 변동이 요구될 때 브러시리스 직류 모터의 전기적 변수를 검출한다. 상기 요구의 실행은, 전기적 변수의 값 및/또는 기울기가 기설정 가능한 범위 내에 놓일 때까지 지연된다.In the present method for operating a brushless direct current motor, an electrical parameter of the brushless direct current motor is detected when a speed variation of the brushless direct current motor is required. The execution of the request is delayed until the value and / or slope of the electrical variable is within a preset range.

전기적 변수는 예컨대 브러시리스 직류 모터의 공급 전류, 상전류, 공급 전압 또는 상전압처럼, 브러시리스 직류 모터의 요구 토크에 비례하는 변수이다.The electrical variable is a variable proportional to the required torque of the brushless DC motor, for example, the supply current, phase current, supply voltage or phase voltage of the brushless DC motor.

본원 방법은 특히, 예컨대 브러시리스 직류 모터가 왕복 피스톤 펌프를 구동하기 때문에, 자신의 모터 샤프트에 가해지는 가변 부하를 수반하여 구동될 때 바람직하게 이용될 수 있다. 상기 가변 부하는 브러시리스 직류 모터의 공급 전류의 진동을 야기한다. 한편, 전류가 국소 최댓값에 근접하거나 이미 상기 국소 최댓값에 있는 시점에 요구되는 속도 변동의 실행이 수행되면, 여하히 이미 높은 전류 세기에 속도 증가를 위해 필요한 전류가 더 가산되며, 그럼으로써 높은 피크 전류가 발생한다. 브러시리스 직류 모터의 전기 공급 시스템은 그렇게 높은 피크 전류를 견디도록 설계되어야 한다. 그러나 전류 피크들은 브러시리스 직류 모터의 전기 컴포넌트뿐만 아니라 기계 컴포넌트에도 부하를 가한다.The method can be advantageously used especially when driven with a variable load applied to its motor shaft, for example, because a brushless direct current motor drives a reciprocating piston pump. The variable load causes vibration of the supply current of the brushless DC motor. On the other hand, if the execution of the required speed fluctuation is performed at a time when the current approaches the local maximum or is already at the local maximum, then the current required for the speed increase is already added to the already high current intensity, so that the high peak current Occurs. The electrical supply system of a brushless direct current motor must be designed to withstand such high peak currents. However, current peaks put a load on the mechanical components as well as the electrical components of the brushless DC motor.

이제, 본원의 방법은, 현재의 전류와 무관하게 속도 변동을 더 이상 즉시 실행하는 것이 아니라, 전기적 변수에 따라 높은 피크 전류의 발생이 방지될 수 있도록 속도 변동을 지연시킴으로써, 브러시리스 직류 모터를 더 안전하게 가속하는 것을 가능하게 한다.Now, the method of the present invention further improves the brushless direct current motor by delaying the speed change so that generation of high peak current according to the electrical variable can be prevented, rather than immediately performing the speed change anytime regardless of the current. Makes it possible to accelerate safely.

브러시리스 직류 모터가 모터 모드로 작동되면, 바람직하게는 상기 값이 제1 임계값을 하회할 때까지, 그리고/또는 기울기가 제2 임계값을 하회할 때까지, 요구의 실행이 지연된다. 상기 값을 제1 임계값과 비교함으로써, 전기적 변수의 이미 높은 절댓값이 요구의 실행을 통해 더 추가로 증가되지 않는 점이 보장된다. 기울기를 제2 임계값과 비교함으로써, 공급 전류가 상승하는 동안에는 요구가 실행되지 않는 점이 보장된다. 이를 위해, 제2 임계값에 대해 특히 0보다 작거나 같은 값이 선택된다.When the brushless direct current motor is operated in motor mode, the execution of the request is preferably delayed until the value is below the first threshold and / or the slope is below the second threshold. By comparing this value with the first threshold, it is ensured that the already high absolute value of the electrical variable is not further increased through the execution of the request. By comparing the slope with the second threshold, it is ensured that the request is not executed while the supply current is rising. For this purpose, a value, in particular less than or equal to zero, is chosen for the second threshold.

또한, 본원의 방법은, 브러시리스 직류 모터를 발전기 모드로 작동시킬 때에도 이용될 수 있다. 이 경우에도, 본원의 방법은 전류 피크들의 발생을 방지하지만, 전류 피크들의 부호는 모터 모드와 달리 바뀐다. 그러므로 이 경우 바람직하게는 상기 값이 제3 임계값을 상회하고, 그리고/또는 기울기가 제4 임계값을 상회할 때까지, 요구의 실행이 지연된다. 제4 임계값은 특히 영보다 크거나 같다.The method can also be used when operating a brushless direct current motor in generator mode. Even in this case, the method of the present application prevents occurrence of current peaks, but the sign of the current peaks is changed unlike the motor mode. In this case, therefore, the execution of the request is preferably delayed until the value is above the third threshold and / or the slope is above the fourth threshold. The fourth threshold is especially greater than or equal to zero.

전류 피크들의 발생이 특히 신뢰성 있게 방지되어야 한다면, 본원의 방법은, 바람직하게는 값뿐만 아니라 기울기도 기설정 가능한 범위 내에 놓일 때까지 요구가 지연되도록 수행된다. 이는, 모터 모드의 경우, 바람직하게 값이 제1 임계값을 하회하고 기울기는 제2 임계값을 하회함을 의미한다. 그러므로 브러시리스 직류 모터의 발전기 모드에서는 바람직하게 값이 제3 임계값을 상회하고 기울기는 제4 임계값을 상회한다.If the occurrence of current peaks is to be particularly reliably prevented, the method of the present application is preferably performed such that the demand is delayed until the value as well as the slope are within a preset range. This means that in the motor mode, the value is preferably below the first threshold and the slope is below the second threshold. Therefore, in the generator mode of the brushless DC motor, the value preferably exceeds the third threshold and the slope exceeds the fourth threshold.

본원의 컴퓨터 프로그램은, 특히 이 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 전자 제어 장치에서 실행될 경우 본원 방법의 각각의 단계를 실행하도록 구성된다. 본원의 컴퓨터 프로그램은, 전자 제어 장치에서의 구조적 변경을 실행할 필요 없이, 상기 전자 제어 장치에서 본원 방법의 다양한 실시형태들의 구현을 가능하게 한다. 이를 위해, 본원의 컴퓨터 프로그램이 기계 판독 가능 저장 매체에 저장된다.The computer program herein is configured to execute each step of the method, in particular when the computer program is executed on a computer or electronic control device. The computer program of the present application enables the implementation of various embodiments of the method of the present method in the electronic control device without the need to implement structural changes in the electronic control device. To this end, the computer program of the present application is stored in a machine-readable storage medium.

종래 전자 제어 장치에 본원의 컴퓨터 프로그램을 설치함으로써, 본원 방법을 이용하여 브러시리스 직류 모터를 작동시키도록 구성된 전자 제어 장치가 확보된다.By installing the computer program of the present application in a conventional electronic control device, an electronic control device configured to operate a brushless direct current motor using the method of the present invention is secured.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 실시예들에 의해 작동될 수 있는 브러시리스 직류 모터의 개략도이다.
도 2는 종래 방식으로 작동되는 브러시리스 직류 모터의 토크, 공급 전류 및 모터 속도의 시간별 거동을 나타낸 그래프들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 의해 작동되는 브러시리스 직류 모터의 토크, 공급 전류 및 모터 속도의 시간별 거동을 나타낸 그래프들이다.1 is a schematic diagram of a brushless direct current motor which may be operated by embodiments of the method according to the invention.
2 is a graph showing the time-dependent behavior of torque, supply current and motor speed of a brushless DC motor operated in a conventional manner.
3 is a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the time-dependent behavior of torque, supply current and motor speed of a brushless DC motor operated by the method according to an embodiment of the present invention.

도 1에는, 3-스트랜드 3상 권선을 구비하고 모터 샤프트(11)를 포함하는 브러시리스 직류 모터(10)가 도시되어 있다. 직류 모터의 모터 속도를 측정하기 위해 속도 센서(12)가 제공된다. 브러시리스 직류 모터(10)는 브리지 회로(21)를 이용하여 전자 제어 장치(20)에 의해 제어되며, 이 브리지 회로에서는 공급 전압(UMot)이 인가되고 공급 전류(IMot)가 흐른다. 브리시리스 직류 모터(10)는 SCR 촉매 컨버터 시스템의 이송 모듈 내에 있는 (도시되지 않은) 왕복 피스톤 멤브레인 펌프를 구동한다.1 shows a brushless direct current motor 10 with a three-strand three-phase winding and comprising a motor shaft 11. A speed sensor 12 is provided for measuring the motor speed of the direct current motor. The brushless DC motor 10 is controlled by the electronic control apparatus 20 using the bridge circuit 21, in which the supply voltage U Mot is applied and the supply current I Mot flows. The brisiris DC motor 10 drives a reciprocating piston membrane pump (not shown) in the transfer module of the SCR catalytic converter system.

개별 펌프 양정들을 통해, 가변 부하(M) 또는 가변 토크가 모터 샤프트(11)에 작용한다. 도 2에 도시된 것처럼, 부하(M)는 모터 샤프트(11)의 회전 각도(

Figure pat00001
)에 따라 변하며, 2
Figure pat00002
는 각각 360°만큼의 회전에 상응한다. 여기서 부하(M)의 진동이 관찰된다. 공급 전류(IMot)는 시간(t)에 따라 현재 부하(M)에 동기화되어 진동한다. 시점(t1)에서, 그 시점까지 일정했던 모터 속도(v)를 상대적으로 더 높은 값으로 가속시킬 것이 요구된다면, 이는 공급 전류(IMot)의 급격한 상승을 통해서만 실현될 수 있다. 시점(t1)이 공급 전류(IMot)의 국소 최댓값에 놓이면, 이는 도시된 방식으로 전류 피크를 야기한다.Through separate pump heads, a variable load M or variable torque acts on the motor shaft 11. As shown in FIG. 2, the load M is a rotation angle of the motor shaft 11 (
Figure pat00001
), 2
Figure pat00002
Correspond to a rotation of 360 ° each. The vibration of the load M is observed here. The supply current I Mot vibrates in synchronization with the current load M over time t. At time t 1 , if it is desired to accelerate the motor speed v, which was constant up to that time, to a relatively higher value, this can only be realized through a sharp rise in the supply current I Mot . If the time point t 1 lies at the local maximum of the supply current I Mot , this causes a current peak in the manner shown.

도 3에는, 브러시리스 직류 모터(10)의 모터 모드를 위한 본 발명에 따른 방법의 일 실시예가 도시되어 있다. 본원 방법은 시점(t1)에서 브러시리스 직류 모터(10)의 속도(v)의 증가 요구(30)로써 시작된다. 전자 제어 장치(20)에서는 공급 전류의 현재 값(IMot)의 검출(31)이 수행된다. 상기 현재 값은 제1 비교(32)에서 제1 임계값(S1)과 비교된다. 값(IMot)이 제1 임계값(S1)을 하회하지 않으면, 상기 조건이 충족될 때까지 대기된다. 그에 이어서, 공급 전류의 기울기(dIMot)의 검출(33)이 수행된다. 상기 기울기는 제2 비교(34)에서 제2 임계값(S2)과 비교된다. 기울기(dIMot)가 제2 임계값(S2)을 하회하지 않으면, 마찬가지로 상기 조건이 충족될 때까지 대기된다. 두 조건이 모두 충족될 때 비로소 속도 변동의 실행(35)이 수행되며, 상기 방법은 마지막 단계(36)에서 종료된다.In figure 3 an embodiment of the method according to the invention for the motor mode of the brushless direct current motor 10 is shown. The method starts with a request 30 for increasing the speed v of the brushless direct current motor 10 at time t 1 . In the electronic control apparatus 20, the detection 31 of the present value I Mot of the supply current is performed. The current value is compared with a first threshold value S 1 in a first comparison 32. If the value I Mot does not fall below the first threshold S 1 , it waits until the condition is met. Subsequently, detection 33 of the slope dI Mot of the supply current is performed. The slope is compared with a second threshold value S 2 in a second comparison 34. If the slope dI Mot does not fall below the second threshold S 2 , it is likewise waited until the condition is met. Execution 35 of the speed variation is only performed when both conditions are met, and the method ends at the last step 36.

도 4에는, 공급 전류의 값(IMot)이 국소 최솟값에 위치하고, 그로 인해 기울기(dIMot)가 영(0)인 시점(t2)까지 실행(35)이 지연될 때, 본 발명에 따른 방법의 상기 실시형태의 작용이 도 2와 유사한 도면으로 도시되어 있다. 여기서도 공급 전류의 갑작스런 상승이 일어나기는 하지만, 이때 도달되는 최대 전류 세기는 진동의 범주 내에서 여하히 도달되는 최대 전류 세기를 단지 약간만 초과한다.In Fig. 4, when the value of the supply current I Mot is located at the local minimum value, and thus the execution 35 is delayed until the time point t 2 at which the slope dI Mot is zero, according to the present invention, The operation of this embodiment of the method is shown in a view similar to FIG. 2. Here, too, a sudden rise in supply current occurs, but the maximum current intensity reached at this time only slightly exceeds the maximum current intensity reached within the range of vibration.

브러시리스 직류 모터(10)가 발전기 모드로 작동되는, 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에서, 도 3에 따른 방법 시퀀스는, 단계 32에서 값(IMot)이 제3 임계값을 상회하는지를 확인하기 위한 비교가 수행되고, 단계 34에서는 기울기(dIMot)가 제4 임계값을 상회하는지를 확인하기 위한 비교가 수행되는 형태로 변형된다. 본 발명에 따른 방법은 여기서, 모터 모드에서와 동일한 방식으로, 전류 피크들의 발생을 저지하지만, 발전기 모드에서는 상기 전류 피크들이 음의 부호를 가질 수도 있다.In another embodiment of the method according to the invention, in which the brushless direct current motor 10 is operated in generator mode, the method sequence according to FIG. 3 determines whether the value I Mot exceeds the third threshold in step 32. A comparison is performed to confirm, and in step 34, the comparison is performed to confirm that the gradient dI Mot exceeds the fourth threshold. The method according to the invention here prevents the generation of current peaks in the same way as in motor mode, but in generator mode the current peaks may have a negative sign.

Claims (8)

브러시리스 직류 모터(10)를 작동시키기 위한 방법으로서, 브러시리스 직류 모터(10)의 속도(v)의 변동이 요구될 때(30) 상기 브러시리스 직류 모터(10)의 전기적 변수를 검출하고, 상기 전기적 변수의 값(IMot) 및/또는 기울기(dIMot)가 기설정 가능한 범위 내에 놓일 때까지 상기 요구(30)의 실행(35)이 지연되는, 브러시리스 직류 모터의 작동 방법.A method for operating the brushless DC motor 10, the method comprising: detecting an electrical variable of the brushless DC motor 10 when a change in the speed v of the brushless DC motor 10 is required (30), The execution (35) of the request (30) is delayed until the value (I Mot ) and / or the slope (dI Mot ) of the electrical variable is within a preset range. 제1항에 있어서, 상기 전기적 변수는 상기 브러시리스 직류 모터의 공급 전류, 상전류, 공급 전압 또는 상전압인 것을 특징으로 하는, 브러시리스 직류 모터의 작동 방법.The method of claim 1, wherein the electrical variable is a supply current, a phase current, a supply voltage, or a phase voltage of the brushless DC motor. 제1항 또는 제2항에 있어서, 브러시리스 직류 모터(10)는 자신의 모터 샤프트(11)에 가해지는 가변 부하(M)를 수반하여 작동되는 것을 특징으로 하는, 브러시리스 직류 모터의 작동 방법.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the brushless direct current motor (10) is operated with a variable load (M) applied to its motor shaft (11). . 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 브러시리스 직류 모터(10)를 모터 모드로 작동시킬 때, 값(IMot)이 제1 임계값(S1)을 하회하고, 그리고/또는 기울기(dIMot)가 제2 임계값(S2)을 하회할 때까지, 상기 요구(30)의 실행(35)이 지연되는 것을 특징으로 하는, 브러시리스 직류 모터의 작동 방법.4. The value I Mot is less than the first threshold value S 1 , and / or when operating the brushless direct current motor 10 in motor mode. The execution (35) of the request (30) is delayed until the slope dI Mot is below the second threshold (S 2 ). 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 브러시리스 직류 모터(10)를 발전기 모드로 작동시킬 때, 값(IMot)이 제3 임계값을 상회하고, 그리고/또는 기울기(dIMot)가 제4 임계값을 상회할 때까지, 상기 요구(30)의 실행(35)이 지연되는 것을 특징으로 하는, 브러시리스 직류 모터의 작동 방법.5. The value I Mot exceeds the third threshold and / or the slope d Mot when operating the brushless direct current motor 10 in generator mode. A method of operating a brushless direct current motor, characterized in that the execution (35) of the request (30) is delayed until)) exceeds the fourth threshold. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법의 각각의 단계를 수행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램.A computer program configured to perform each step of the method according to any one of claims 1 to 5. 제6항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계 판독 가능한 저장 매체.A machine-readable storage medium having a computer program according to claim 6 stored therein. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 브러시리스 직류 모터를 작동시키도록 구성된 전자 제어 장치(20).Electronic control device (20) configured to operate a brushless direct current motor using the method according to any one of claims 1 to 5.
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