WO2013156571A2 - Steuerung für einen bürstenlosen gleichstrommotor - Google Patents

Steuerung für einen bürstenlosen gleichstrommotor Download PDF

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    • H02P6/24—Arrangements for stopping

Definitions

  • the invention relates to a control for a brushless DC motor according to the type of claim 1.
  • Brushless DC motors of the known type use optical or magnetic sensors for rotor position detection, which generate a signal corresponding to the rotor position via a downstream evaluation electronics. This signal is used to supply current to the motor windings in synchronism with the rotor position via a power converter.
  • the rotor position can also be determined by detecting the voltage induced in the motor windings, the back EMF. The zero crossings of the voltage induced by the rotor field in the respectively non-energized phase are detected. An additional sensor is omitted in such controls.
  • DE 10 2007 040 217 A1 describes a controller for a sensorless electronically commutated DC motor.
  • the zero crossings of the voltage induced by the rotor field in the respective currentless phase are determined.
  • times for the zero crossings are calculated in advance and the transits which can be detected in a time interval are evaluated.
  • Sensorless rotor position detection also describes DE 10 2009 045 247 A1 and EP 822 649 B1.
  • the drive of a fan assigned to the heat exchanger of a motor vehicle must be designed as inexpensively as possible, and accordingly it is designed as a brushless DC motor with sensorless rotor position detection.
  • the motor is braked by short circuiting the phases.
  • At a high external torque it may come to a break-away, ie this outer torque takes the rotor, the speed increases abruptly, the braking function is ineffective.
  • the object of the present invention is to provide a controller for a To improve brushless DC motor over the known controls and in particular to enable detection of breakaway without structural engineering effort. This object is achieved by the features of claim 1. Further developments will become apparent from the dependent claims.
  • the invention relates to a control of a brushless DC motor with upstream converter, which has a half-bridge with a pair of switching means for each phase winding of the motor and the control comprises a measuring device which is associated with a half-bridge and through which for rotor position detection in the current-free state, the induced voltage that is detectable against back emf of a phase winding.
  • the invention further forms this control in such a way that in a mode of operation which brings about the braking, in which the switching means cause the phase windings to short-circuit, the switching means assigned to the measuring device are briefly opened for determining a rotor movement.
  • the controller determines the movement, the speed of the rotor and compares this speed value with a predetermined threshold value. If this speed threshold is exceeded, then the engine is detected broken loose and appropriate signals can be output and / or measures can be taken.
  • the figure shows an electronically commutated DC motor M, which has a permanently excited rotor.
  • the three phase windings in the stator are connected via three half bridges with a total of six switching circuits designed as MOSFETs.
  • means S1, S4, S2, S5, S3, S6 of a upstream converter SR energized.
  • the switching means S1, S4, S2, S5, S3, S6 are switched according to the rotor position of the motor M, to which they are in signal communication with a controller S.
  • the half-bridge S3, S6 is in signal connection with a measuring device ME, through which in the current-free state of the corresponding phase winding, the voltage induced by the rotor movement in the phase winding, the counter-EMF can be detected.
  • This back EMF is evaluated in the controller as a rotor position signal and accordingly the control of the switching means S1, S4, S2, S5, S3, S6 is carried out in the half-bridges.
  • the switching means S1, S2, S3 are switched, i. conductive, so that the phase windings are short-circuited.
  • the rotor is no longer held and can go through.
  • the switching means S3 of the half-bridge, at which the measuring device ME is connected is briefly opened, so that a voltage induced by a rotor movement can be detected.
  • the controller S determines a speed value from the frequency of the induced voltage. When a speed threshold is exceeded, this is interpreted as breakaway of the engine and the controller S can emit a corresponding signal.
  • the described embodiment of the invention is preferably realized in the form of software in a conventional control.
  • S1-S6 switching means half-bridge

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit vorgeordnetem Stromrichter, welcher für jede Phasenwicklung des Motors (M) eine Halbbrücke mit einem Paar Schaltmitteln (S1, S4, S2, S5, S3, S6) aufweist und die Steuerung (S) eine Messeinrichtung (ME) umfasst bzw. mit einer solchen in Signalverbindung steht, welche einer Halbbrücke (S3, S6) zugeordnet ist und durch welche zur Rotorlagenerkennung im stromfreien Zustand die induzierte Spannung, die Gegen-EMK einer Phasenwicklung erfassbar ist, wozu durch die Steuerung (S) in einer das Bremsen bewirkenden Betriebsweise, in welcher die Schaltmittel (S1, S2, S3) ein Kurzschließen der Phasenwicklungen bewirken, das der Messeinrichtung (ME) zugeordnete Schaltmittel (S3) zur Bestimmung einer Rotorbewegung kurzzeitig geöffnet wird.

Description

Steuerung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor
Die Erfindung betrifft eine Steuerung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor nach der Art von Anspruch 1.
Bürstenlose Gleichstrommotore der bekannten Art verwenden zur Rotorlageerfassung optische oder magnetische Sensoren, welche über eine nachgeschaltete Auswerteelektronik ein der Rotorlage entsprechendes Signal generieren. Dieses Signal wird dazu verwendet, über einen Stromrichter die Bestromung der Motorwicklungen synchron zur Rotorlage vorzunehmen. Die Rotorlage kann auch durch Erfassung der in den Motorwicklungen induzierten Spannung, der Gegen-EMK bestimmt werden. Es werden die Nulldurchgänge der durch das Rotorfeld in der jeweils nicht bestromten Phase induzierten Spannung erfasst. Ein zusätzlicher Sensor entfällt bei derartigen Steuerungen.
Die DE 10 2007 040 217 A1 beschreibt eine Steuerung für eine sensorlos elektronisch kommutierten Gleichstrommotor. Es werden die Nulldurchgänge der durch das Rotorfeld in der jeweils stromlosen Phase induzierten Spannung bestimmt. Um durch Störungen verursachte Nulldurchgänge ausschließen zu können, werden Zeitpunkte für die Nulldurchgänge vorausberechnet und die in einem Zeitintervall erfassbaren Durchgänge gewertet. Eine sensorlose Rotorlagenerkennung beschreibt ebenfalls die DE 10 2009 045 247 A1 sowie die EP 822 649 B1.
Der dem Wärmetauscher eines Kraftfahrzeuges zugeordnete Antrieb eines Lüfters ist möglichst kostengünstig auszuführen, dementsprechend ist dieser als bürstenloser Gleichstrommotor mit sensorloser Rotorlagenerkennung ausgeführt. In bestimmten Betriebssituationen wird der Motor durch Kurzschließen der Phasen gebremst. Bei einem hohen äußeren Drehmoment kann es zu einem Losbrechen kommen, d.h. dieses äußere Drehmoment nimmt den Rotor mit, die Drehzahl steigt sprunghaft an, die Bremsfunktion ist wirkungslos. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuerung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor gegenüber den bekannten Steuerungen zu verbessern und insbesondere eine Erkennung des Losbrechens ohne bautechnischen Aufwand zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Steuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit vorgeordnetem Stromrichter, welcher für jede Phasenwicklung des Motors eine Halbbrücke mit einem Paar Schaltmitteln aufweist und die Steuerung eine Messeinrichtung umfasst, welche einer Halbbrücke zugeordnet ist und durch welche zur Rotorlagenerkennung im stromfreien Zustand die induzierte Spannung, die Gegen-EMK einer Phasenwicklung erfassbar ist.
Die Erfindung bildet diese Steuerung dahingehend weiter, dass in einer das Brem- sen bewirkenden Betriebsweise, in welcher die Schaltmittel ein Kurzschließen der Phasenwicklungen bewirken, das der Messeinrichtung zugeordnete Schaltmittel zur Bestimmung einer Rotorbewegung kurzzeitig geöffnet wird.
Die Steuerung bestimmt während der kurzeitigen Öffnung des Schaltmittels die Bewegung, die Drehzahl des Rotors und vergleicht diesen Drehzahlwert mit einem vorgegebenen Schwellwert. Wird diese Drehzahlschwelle überschritten, so wird der Motor als losgebrochen erkannt und es können entsprechende Signale ausgegeben und/oder Maßnahmen vorgenommen werden. Die Zeitspanne, in welcher das kurzzeitige Öffnen des im Brems-Modus geschlossenen Schaltmittels erfolgt, ist derartig gewählt, dass die Bremswirkung nur unwesentlich bzw. nicht spürbar vermindert wird.
Des Weiteren erfolgt die Erläuterung einer Ausführung der Erfindung an Hand der Zeichnung.
Die Figur zeigt einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor M, der einen permanent erregten Rotor aufweist. Die drei Phasenwicklungen im Stator werden über drei Halbbrücken mit insgesamt sechs als MOSFETs ausgebildeten Schalt- mitteln S1 , S4, S2, S5, S3, S6 eines vorgeordneten Stromrichters SR bestromt. Die Schaltmittel S1 , S4, S2, S5, S3, S6 werden entsprechend der Rotorlage des Motors M geschaltet, wozu diese in Signalverbindung mit einer Steuerung S stehen.
Die Halbbrücke S3, S6 steht mit einer Messeinrichtung ME in Signalverbindung, durch welche im stromfreien Zustand der entsprechenden Phasenwicklung die durch die Rotorbewegung in der Phasenwicklung induzierte Spannung, die Gegen- EMK erfassbar ist. Diese Gegen-EMK wird in der Steuerung als Rotorlagensignal ausgewertet und entsprechend wird die Ansteuerung der Schaltmittel S1 , S4, S2, S5, S3, S6 in den Halbbrücken vorgenommen.
In einer das Bremsen bewirkenden Betriebsweise des Motors M, dem Brems- Modus sind die Schaltmittel S1 , S2, S3 geschaltet, d.h. leitend, so dass die Pha- senwicklungen kurzgeschlossen sind. Bei einem zu hohen äußerem Drehmoment auf der Rotorwelle wird der Rotor nicht mehr gehalten und kann durchgehen.
Zur Detektion eines derartig verursachten Losbrechens wird das Schaltmittel S3 der Halbbrücke, an der die Messeinrichtung ME geschaltet ist, kurzzeitig geöffnet, so dass eine durch eine Rotorbewegung induzierte Spannung erfassbar ist. Die Steuerung S bestimmt aus der Frequenz der induzierten Spannung einen Drehzahlwert. Bei Überschreiten einer Drehzahlschwelle wird dies als Losbrechen des Motors gewertet und die Steuerung S kann ein entsprechendes Signal abgeben. Die beschriebene Ausführung der Erfindung ist bevorzugt in Form einer Software in einer herkömmlichen Steuerung realisiert.
Bezugszeichen
M Motor, Gleichstrommotor
SR Stromrichter
S Steuerung
ME Messeinrichtung Gegen-EMK
S1-S6 Schaltmittel Halbbrücke

Claims

Ansprüche
1. Steuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit vorgeordnetem Stromrichter, welcher für jede Phasenwicklung des Motors (M) eine Halbbrücke mit einem Paar Schaltmitteln (S1 , S4, S2, S5, S3, S6) aufweist und die Steuerung (S) eine Messeinrichtung (ME) umfasst bzw. mit einer solchen in Signalverbindung steht, welche einer Halbbrücke (S3, S6) zugeordnet ist und durch welche zur Rotorlagenerkennung im stromfreien Zustand die induzierte Spannung, die Gegen-EMK einer Phasenwicklung erfassbar ist, wozu durch die Steuerung (S) in einer das Bremsen bewirkenden Betriebsweise, in welcher die Schaltmittel (S1 , S2, S3) ein Kurzschließen der Phasenwicklungen bewirken, das der Messeinrichtung (ME) zugeordnete Schaltmittel (S3) zur Bestimmung einer Rotorbewegung kurzzeitig geöffnet wird.
2. Steuerung nach Anspruch 1 ,
wobei aus dem Signal der Messeinrichtung (ME) ein Drehzahlwert bildbar ist.
3. Steuerung nach Anspruch 2,
wobei der aus dem Signal der Messeinrichtung (ME) gebildete Drehzahlwert mit einem Schwelwert vergleichbar ist und das Überschreiten der Schwelle als ein Losbrechen des Motors gewertet wird.
PCT/EP2013/058110 2012-04-19 2013-04-18 Steuerung für einen bürstenlosen gleichstrommotor WO2013156571A2 (de)

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