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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Motors, bei dem der Motorstrom in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Motors beeinflusst wird. Erfindungsgemäß wird der Motorstrom adaptiv, in Abhängigkeit des Betriebparameters des Motors umgeschaltet, das heißt, der zeitliche Verlauf in Form von Hüllkurve des Motorstroms wird in Abhängigkeit des Betriebsparemeters geändert, derart, dass bei einem Wert des Betriebsparameters unterhalb eines festgesetzten Schwellwerts ein Motorstrom für eine minimale Geräuschentwicklung und bei einem Wert des Betriebsparameters oberhalb des festgesetzten Schwellwerts ein Motorstrom für einen maximalen Wirkungsgrad des Motors verwendet wird.
    公开号:DE102004001932A1
    申请号:DE102004001932
    申请日:2004-01-14
    公开日:2005-08-11
    发明作者:András Dr. Lelkes
    申请人:Minebea Co Ltd；
    IPC主号:H02P6-08
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektronischkommutierten Motors und eine fürdas Verfahren geeignete Motorsteuerung nach dem Oberbegriff derunabhängigenPatentansprüche.
    [0002] Elektronischkommutierte (EC) Motoren, die auch als bürstenlose Gleichstrommotorenbezeichnet werden, weisen gegenübermechanisch kommutierten Motoren wichtige Vorteile auf, wie z.B.einen höheren Wirkungsgrad,eine lange Lebensdauer, einen breiten möglichen Drehzahlbereich undeine einfache elektronische Steuerbarkeit der Drehzahl.
    [0003] Einwichtiger Anwendungsbereich von EC-Motoren sind Ventilatoren, dieoft rund um die Uhr in Betrieb sind. Hier ist es besonders günstig, dassdie EC-Motoren mit Ausnahme der Lager keine mechanischen Verschleißteile enthalten.Bedingt durch die fürviele Anwendungen typischen hohen Betriesstunden ist ein hoher Wirkungsgradsowohl ökonomischals auch ökologischsehr wichtig. Bei Ventilatoren spielt aber auch die Geräuschentwicklungeine immer größere Rolle.
    [0004] Esgibt viele bekannte Lösungsansätze, umdie Motoreigenschaften zu verbessern. Sowohl der Wirkungsgrad alsauch das Geräuschverhaltenkönnendurch unterschiedliche Maßnahmenbeeinflusst werden. Einige dieser Möglichkeiten, z.B. die Anwendunghochwertiger Magnetmaterialien, erhöhen allerdings die Herstellkostennicht unwesentlich. Ein anderes Problem ist, dass sich die beidenKriterien – Wirkungsgradund Geräuschverhalten – oft gegensätzlich auswirken:Lösungen,die den Wirkungsgrad erhöhen,wirken ungünstig aufdas Geräuschverhaltenund umgekehrt.
    [0005] DieEigenschaften eines elektronisch kommutierten Motors können auchdurch die Art der Ansteuerung wesentlich beeinflusst werden. DieEntwicklung der Mikroelektronik (Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren,ASICs, FPGAs, usw.) ermöglicheneine immer kostengünstigereRealisierung solcher Lösungen.
    [0006] Esgibt mehrere Ansätze,wie das Verhalten eines Motors durch die Gestaltung der elektronischen Steuerungverbessert werden kann. Dabei kann durch das gewählte Kommutierungsverfahrendie Spannungsform, also die Modulationstechnik, oder durch eineStromregelung die Stromform optimiert werden. Allerdings wirkensich Änderungender Spannungs- oder Stromform unterschiedlich auf den Wirkungsgrad,also auf den Energieverbrauch, und auf das Geräusch des Motors aus.
    [0007] DE 43 10 260 C1 beschreibtein Verfahren zur Reduktion des Motorgeräusches, bei dem zwischen zweiSteuerungsarten drehzahlabhängigumgeschaltet wird. Bei kleineren Drehzahlen werden die Leistungstransistorenim linearen Betrieb gesteuert (elektronische Vorwiderstandssteuerung),womit die fürdie Blockkommutierung typische starke Stromerhöhung und damit eine erhöhte Geräuschentwicklungvermieden werden können.Nachteil der linearen Ansteuerung ist die hohe Verlustleistung inder Leistungselektronik. Deshalb wird ab einer gewissen Drehzahlauf die üblicheBlockkommutierung umgeschaltet.
    [0008] BeimVerfahren gemäß der DE 197 57 894 A1 wirdebenso zwischen mindestens zwei Steuerverfahren drehzahlabhängig umgeschaltet.Bei niedrigeren Drehzahlen werden die Leistungstransistoren pulsweitenmoduliert(PWM). Bei höherenDrehzahlen wird statt dessen eine reine Blockkommutierung realisiert.Hier wird die Motorspannung durch die Verschiebung des Einschaltzeitpunktsder Leistungstransistoren gesteuert. Dadurch entfällt diehochfrequente Modulation der Leistungselektronik, womit die Schaltverlustein den Leistungshalbleitern reduziert werden können.
    [0009] Schließlich beschreibt US 5 457 374 A einVerfahren fürdie Steuerung eines bürstenlosenMotors, bei dem drehzahlabhängigzwischen zwei Steuerarten umgeschaltet wird. Bei niedrigeren Drehzahlenwird eine Blockkommutierung mit Stromregelung verwendet. Bei höheren Drehzahlenwird ein quadratisches Spannungssystem auf den Motor geschaltet,wobei alle Transistoren ständiggetaktet werden, ähnlichwie bei einem Frequenzumrichter oder bei einem bürstenlosen AC Motor. Mit dieserSteuerart könnendie Amplitude der Motorspannung und damit auch die maximale Drehzahlerhöhtwerden.
    [0010] Dieoben genannten Veröffentlichungenbeschreiben Methoden, bei denen die Art der Ansteuerung der Leistungsschalterzur Bestromung der Motorwicklungen drehzahlabhängig umgeschaltet wird.
    [0011] DieAufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Ansteuerungeines elektronisch kommutierten Motors und eine entsprechende Motorsteuerungderart zu verbessern, dass einerseits der Wirkungsgrad des Motorsund andererseits auch dessen Geräuschverhaltenunter Last optimiert wird.
    [0012] DieLösungdieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eineMotorsteuerung nach den Merkmalen der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche.
    [0013] BevorzugteAusgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sindin den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
    [0014] Erfindungsgemäß wird derMotorstrom adaptiv, in Abhängigkeiteines Betriebsparameters des Motors umgeschaltet, das heißt der zeitlicheVerlauf in Form der Hüllkurvedes Motorstroms wird in Abhängigkeitdes Betriebsparameters geändert,derart, dass bei einem Wert des Betriebsparameters unterhalb einesfestgesetzten Schwellwerts ein Motorstrom für eine minimale Geräuschentwicklungund bei einem Wert des Betriebsparameters oberhalb des festgesetztenSchwellwerts ein Motorstrom füreinen maximalen Wirkungsgrad des Motors verwendet wird.
    [0015] Erfindungsgemäß kann derMotorstrom auch indirekt durch Verändern des zeitlichen Verlaufsder Motorspannung beeinflusst werden.
    [0016] Beidem vorgeschlagenen Verfahren wird die an sich bekannte Erkenntnisbenutzt, dass sowohl das Geräuschverhaltenals auch die Energieaufnahme eines Motors mehr oder weniger starkvon verschiedenen Betriebsparametern, insbesondere Drehzahl, Drehmoment,Motorstrom, Motorspannung, Leistung, Motortemperatur und Lastfaktorabhängigsind. Dabei muss beachtet werden, dass die Betriebsparameter selbstvoneinander abhängigsein können.
    [0017] Insbesonderedie Drehzahl hat starken Einfluss auf das Geräuschverhalten eines Motors.Im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung wird daher insbesonderedie Drehzahl als Betriebsparameter betrachtet. In äquivalenterWeise sind andere Betriebsparameter, wie Drehmoment, Motorstrom,Motorspannung, Leistung, Motortemperatur und Lastfaktor, anwendbar.
    [0018] Wirdder Motor zum Antrieb von Lüfternund Pumpen verwendet, wächstder Drehmomentbedarf etwa mit der zweiten Potenz der Drehzahl. Dermechanische Leistungsbedarf wächstsogar mit der dritten Potenz der Drehzahl. Das bedeutet, dass einMotor bei halber nominaler Drehzahl nur 12,5% der nominalen mechanischenLeistung abgeben muss. Bei 21,5% der nominalen Drehzahl sinkt derLeistungsbedarf sogar auf unter 1%. Dadurch spielt der Wirkungsgraddes Motors im unteren bis mittleren Drehzahlbereich nur eine untergeordneteRolle, sowohl was den elektrischen Energiebedarf als auch was dieEigenerwärmungdes Motors betrifft.
    [0019] Andererseitsist das Strömungsgeräusch einesLüftersauch stark drehzahlabhängig.Eine wesentliche Geräuschreduzierungerreicht man daher mit drehzahlgesteuerten Lüftern, mit denen die Drehzahlund damit die Luftleistung bedarfsgerecht reduziert werden kann.Neben dem Geräuschpegelkann so auch der Energiebedarf deutlich gesenkt werden. Die EC-Motorenbieten sich fürdiese Anwendungen an, da sie eine einfache, elektronische Drehzahlstellungermöglichen.
    [0020] DasStrömungsgeräusch einesLüfterswächstso stark mit der Drehzahl, dass bei höheren Drehzahlen das Motorgeräusch selbermeistens nicht mehr wahrnehmbar ist. Im unteren bis mittleren Drehzahlbereich kanndas Motorgeräuschaber das akustische Verhalten des Lüfters wesentlich beeinflussen.Dabei spielt nicht nur das vom Motor direkt ausgestrahlte Geräusch eineRolle, sondern oft viel stärkerdie Körpergeräusche, die vomLüfterradoder vom Gehäuseausgestrahlt werden oder die Drehmomentschwankungen, die in Abhängigkeitdes mechanischen Resonanzverhaltens des Lüfters störende akustische Effekte hervorrufenkönnen.
    [0021] Dabei hohen Drehzahlen das Strömungsgeräusch dievom Motor hervorgerufenen Geräusche übertönt, wirddie elektronische Steuerung des Motors in diesem Drehzahlbereicherfindungsgemäß auf maximalen Wirkungsgradoptimiert. Dadurch wird das akustische Gesamtverhalten der Anwendung(hier: Lüfter)nicht bemerkbar beeinflusst. Bei kleineren Drehzahlen aber wirddie Steuerung umgeschaltet, damit das Geräuschverhalten optimiert werdenkann. Dabei muss sowohl darauf geachtet werden, dass der Motorstrommöglichstkeine sprunghaften Änderungenaufweist, was besonders bei Außenläufermotorensehr wichtig ist. Ferner müssenauch die mechanischen Schwingungen minimiert werden. Bei einigenAnwendungen spielen dabei nur die tangentialen Schwingungen, diedurch Drehmomentschwankungen verursacht werden, eine Rolle. Beianderen Anwendungen sind aber auch die axialen und radialen Bewegungenzu beachten.
    [0022] Beigeringen Drehzahlen, also fürDrehzahlen n unterhalb eines Schwellwertes, z.B. einer Drehzahlnx, wird ein geräuschoptimierter Betrieb angestrebtund eine Stromform verwendet, bei der das Motordrehmoment möglichstgeringe Schwankungen aufweist. Vorzugsweise wird der Verlauf desMotorstroms derart gewählt, dasser keine sprunghaften Änderungenaufweist, so dass sich in Folge auch keine sprunghaften Drehzahländerungenergeben, welche unerwünschteGeräuscheverursachen.
    [0023] BeivernachlässigbaremReluktanzdrehmoment des Motors wird in diesem Fall vorteilhaft eineStromform verwendet, bei der das Produkt aus Motorstrom und innererMotorspannung konstant bleibt.
    [0024] Kanndas Reluktanzdrehmoment des Motors nicht vernachlässigt werden,kann dieses ausgemessen und durch die Motorsteuerung mit dem aktivenDrehmoment kompensiert werden.
    [0025] Für Drehzahlenn oberhalb des Schwellwertes, z.B. der Drehzahl nx,wird der Motorstrom erfindungsgemäß derart beeinflusst, dasser sich proportional zu der aktuellen inneren Motorspannung verhält, so dass einoptimaler Wirkungsgrad erreicht wird.
    [0026] DieMotorsteuerung ist derart ausgebildet, dass eine drehzahlabhängige Änderungder Form, das heißtder Hüllkurve,des Motorsstroms/der Motorspannung erreicht werden kann. Die Steuerwertefür die Stromverläufe beiverschiedenen Drehzahlbereichen können entweder in einer Speichereinrichtungder Motorsteuerung abgespeichert sein, oder für den gewünschten Stromverlauf bei deraktuellen Drehzahl in Echtzeit berechnet werden.
    [0027] Natürlich mussdie Motorsteuerung Mittel zum Erfassen und/oder Auswerten der Motordrehzahlund der aktuellen Lage des Rotors aufweisen, um den Motorstrom entsprechendsteuern zu können.
    [0028] Dieerfindungsgemäße Lösung kannunabhängigvon Strangzahl, Polpaarzahl, Magnetmaterial, Magnetisierungsformusw. angewendet werden. Sie ist sowohl für Innenläufer- als auch für Außenläufermotoren anwendbar.Sie kann füralle motorangetriebenen Anwendungen verwendet werden, bei denensowohl der Leistungsbedarf als auch das Geräuschverhalten drehzahlabhängig sind,wie zum Beispiel bei axialen oder radialen Lüftern, Gebläsen oder Pumpen. Weiterhinkann sie sowohl fürBlockkommutierung, bei der nicht alle Motorleitungen gleichzeitigbestromt werden, als auch bei modifizierter Sinuskommutierung, beider alle Motorleitungen ständigbestromt werden, angewendet werden. Sie kann aber auch bei Lösungen mitsich abwechselnden Kommutierungsschritten angewendet werden, beidenen entweder nur bestimmte oder alle Motorstränge bestromt sind, z. B. beider sogenannten 12-Schritt-Kommutierung eines dreisträngigen EC-Motors.
    [0029] EinAusführungsbeispielder Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer Zeichnungen erläutert.
    [0030] 1 zeigteine vereinfachte Darstellung eines dreisträngigen bürstenlosen Gleichstrommotorsmit zugehörenderMotorsteuerung;
    [0031] 2 zeigtdie erfindungemäß optimiertenStromformen fürmaximalen Wirkungsgrad bzw. minimale Drehmomentschwankungen (minimalesGeräusch)und die zugehörigeninneren Spannungen an den drei Motorwicklungen;
    [0032] 3 zeigtein vereinfachtes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    [0033] 4 zeigtein Diagramm der Motorbetriebsarten in Abhängigkeit von der Drehzahl n.
    [0034] Eswird ein dreisträngigerEC-Motor 1 gemäß 1 betrachtet,der ein Lüfterrad(nicht dargestellt) antreibt. Der Motor umfasst eine Motorsteuerungmit einer Leistungselektronik 2 und einer Steuerelektronik 3.Die Leistungselektronik 2 umfasst entsprechende LeistungsschalterT1, T2, T3, T4 und T5, T6, welche die Wicklungen a, b, c jedes derdrei Strängemit Strom versorgen. Die Leistungsschalter T1–T6 werden von der Steuerelektronik 3,hier zum Beispiel ein Mikroprozessor, angesteuert. Es wird einezum Beispiel eine 6-Schritt-Blockkommutierungverwendet, deren Arbeitsweise einem Fachmann vertraut ist und dahernicht näherbeschrieben wird. Damit eine ordnungsgemäße Kommutierung erfolgen kann,werden von der Steuerelektronik entsprechende Motorparameter, wiezum Beispiel die Lage des Rotors oder die Drehzahl n, erfasst und verarbeitet.
    [0035] Für die Geräuschentwicklungbei kleinen und mittleren Drehzahlen ist in vielen Fällen diedurch die Blockkommutierung bedingte Drehmomentschwankung ausschlaggebend.
    [0036] Indem vereinfachten, aber fürviele Anwendungen anwendbaren Beispiel gemäß 2 soll sichder Motorstrom abhängigvon aktuellen Optimierungskriterien verhalten.
    [0037] Beispielfür eineBestimmung der Motorstromsollwerte für ein konstantes Drehmoment(niedriges Geräusch)bei 6-Schritt-Blockkommutierung.
    [0038] Für kleinereund mittlere Drehzahlen wird von der Motorsteuerung 2, 3 deshalbeine Stromform 4 erzeugt und den Motorwicklungen a, b,c zugeführt,bei der das Motordrehmoment nur minimale Schwankungen aufweist.Wenn das Reluktanzdrehmoment des Motors vernachlässigbar ist, muss die Multiplikationdes Motorstromes und der inneren Motorspannung (auch als Polradspannungoder back e.m.f bezeichnet) konstant bleiben. So ist nämlich diemechanische Leistung (= Motorstrom × innere Spannung) konstant.Diese Leistung ist gleich Drehmoment mal Drehzahl; deshalb bleibtbei konstanter Drehzahl auch das Drehmoment konstant.
    [0039] Kanndas Reluktanzmoment nicht vernachlässigt werden, kann es bei demunbestromten Motor ausgemessen werden. Das Reluktanzmoment kanndann durch die Motorsteuerung 2, 3 mit dem aktivenDrehmoment kompensiert werden.
    [0040] Dieinnere Spannung des Motors (auch als Polradspannung up benannt)kann füreine bestimmte Drehzahl experimentell einfach bestimmt werden. Für andereDrehzahlen gilt:
    [0041] Ausder Polradspannung und aus den Motorströmen kann das Drehmoment berechnetwerden. Für dieaktuelle mechanische Abgabeleistung P2 [W]des Motors gilt, wenn Reibung und Reluktanzmoment vernachlässigt werden: P2 = upa·ia + upb·ib + upc·ic
    [0042] EineErfassung der aktuellen Rotorlage ist nicht nur für die Feststellungder Kommutierungszeitpunkte notwendig, sondern ermöglicht auchdie Drehzahlerfassung. Ist die Drehzahl bzw. die Winkelgeschwindigkeit ω bekannt,kann auch das Drehmoment m berechnet werden: m= P2/ω
    [0043] Möchte manauch das lageabhängigeReluktanzmoment mR(α) in Betracht ziehen: m = P2/ω + mR(α)= (upa·ia + upb·ib + upc·ic)/ω +mR(α)
    [0044] DasReluktanzmoment mR(α) kann entweder aus dem magnetischenKreis z.B. durch Finite-Elemente-Verfahren berechnet oder durchMessungen experimentell bestimmt werden.
    [0045] Dieaktuelle Rotorlage α mussdie Motorsteuerung auch bei der traditionellen Blockkommutierungkennen, um die Kommutierungszeitpunkte bestimmen zu können. Dazuwerden oft Hall-Sensoren verwendet, die das magnetische Feld despermanenterregten Rotors erfassen. Eine andere Methode wertet dieSpannung in der gerade nicht bestromten Motorleitung aus. Hier werdendie Nullübergänge erfasst.Beide Methoden liefern je 60° elektrischeUmdrehung ein Signal. Da viele typische Anwendungen von EC-Motoren,besonders von Außenläufermotoren,ein verhältnismäßig großes Trägheitsmomentaufweisen, kann sich die Drehzahl nur relativ langsam ändern. Deshalbkann davon ausgegangen werden, dass sich die Rotorlage α zwischenzwei Impulsen mit Interpolation genau genug bestimmen lässt. Istdas nicht der Fall, muss die Steuerelektronik die Rotorlage mitgenaueren Sensoren (z.B. mit optischem Encoder oder mit Resolver)oder mit genaueren sensorlosen Lageerfassungsmethoden bestimmen.
    [0046] Werdenin der Steuerung die von der Rotorlage abhängigen Werte der Polradspannungupa(α),upb(α) undupc(α)gespeichert und die Motorströmeia(t), ib(t) undic(t) gemessen, kann die Steuerung in jedemZeitpunkt das aktuelle Drehmoment berechnen. Die gleiche Berechnungenkönnenaber auch nicht in Echtzeit durchgeführt werden.
    [0047] Erfindungsgemäß werdendie Motorströmebei kleineren und mittleren Drehzahlen so vorgegeben, dass das berechneteDrehmoment konstant bleibt. Bei einer 6-Schritt-Blockkommutierung führen – bis aufdie Kommutierungsphasen – immernur zwei Leitungen (z.B. a und b) Strom, deshalb gelten die folgendenGleichungen: ia(t) +ib(t) = 0 (upa(α)·ia(t) + upb(α)·ib(t))/ω +mR(α)= msoll = const.
    [0048] Ausdiesen Gleichungen sind die gewünschtenMotorströme(nicht in Echtzeit oder durch die Motorsteuerung in Echtzeit) zuberechnen:
    [0049] Letztendlich
    [0050] Indieser Gleichung ist bei geräuschoptimiertemBetrieb das Drehmoment msoll konstant, dielageabhängigenGrößen mR, upa(α, ω0) bzw., upb(α, ω0) sind bekannt und können zum Beispiel in der Steuerungtabellarisch gespeichert werden. In einigen Fällen kann das ReluktanzmomentmR vernachlässigt werden, dadurch lässt sichdie Berechnung vereinfachen.
    [0051] Für die Stromregelungkönnendie Phasenströmegemessen werden. Da gleichzeitig jedoch immer nur zwei Motorleitungenbestromt sind, ist die Amplitude der Phasenströme gleich der Amplitude desStromes in dem Zwischenkreis iDC. In vielenFällenist es günstiger,anstelle der Phasenströmenur den Zwischenkreisstrom zu messen. Durch Verwendung dieser Messwertekann die Motorsteuerung die Strömeregeln und so die Leistungstransistoren modulieren. In einigen Fällen kannjedoch auf eine Stromregelung gänzlichverzichtet werden. In diesem Fall werden die notwendigen Statorspannungen,die die gewünschtenMotorströmeerzeugen, berechnet oder experimentell bestimmt und in der Steuerungals Funktion der Drehzahl und der Rotorlage (z.B. tabellarisch)gespeichert.
    [0052] Für den obenangegebenen Fall sind die inneren Spannungen 6, 7 und 8 anden drei Motorwicklungen a, b, c im unteren Teil von 2 dargestellt.Man erkennt den gleichmäßigen Spannungsverlaufohne abrupte Spannungsänderungen.
    [0053] Esfolgt ein Beispiel füreine Bestimmung der Motorstromsollwerte für einen optimalen Wirkungsgrad bei6-Schritt-Blockkommutierung.
    [0054] ZurOptimierung des Wirkungsgrades des Motors bei höheren Drehzahlen, soll sichder Motorstrom 5 etwa proportional zu der aktuellen innerenMotorspannung verhalten. In diesem Fall erreicht der Wirkungsgrad nachweislichsein Optimum, vorausgesetzt, dass alle nichtlinearen und andereEffekte, z.B. erhöhterWicklungswiderstand durch Stromverdrängung, Wirbelstromverluste,Magnetisierungsverluste, vernachlässigt werden können. Istdies nicht der Fall, müssendiese Effekte auch in Betracht bezogen werden, wofür in derFachliteratur zahlreiche Lösungsvorschläge zu findensind.
    [0055] Esist bekannt, dass man bei einer Wechselstromlast den optimalen Wirkungsgraddann erreicht, wenn die Stromform der inneren Spannung entspricht.Da bei einem elektronisch kommutierten Motor mit 6-Schritt-Betriebgleichzeitig immer nur zwei Leitungen bestromt werden, kann dieseErkenntnis direkt verwendet werden. Der Strom ist dann: i = ia(t) = –ib(t)und die entsprechende Spannung: u = upa(t) – upb(t)Dementsprechend iasoll(α)= –ibsoll(α)= iopt(α)= k u(α)= k(upa(α) – upb(α))
    [0056] Beidieser Betriebsart ist also die Stromform unabhängig vom Drehmoment vorgegeben,die Drehzahlsteuerung oder -regelung kann das Drehmoment über denFaktor k beeinflussen.
    [0057] Wiesich aus dem Ablaufdiagramm 3 ergibt,wird die Steuerung/Regelung erfindungsgemäß drehzahlabhängig umgeschaltet.Wird der Verlauf der Motorspannung oder des Motorstroms tabellarischdrehzahlabhängigin der Motorsteuerung gespeichert, bedeutet die Umschaltung, dassdie Tabelle ab einer bestimmten Drehzahl nicht mehr die Steuerwerteder Motorspannung bzw. des Motorstroms enthält, die für ein minimales Geräusch sorgen,sondern die Steuerwerte füreinen maximalen Wirkungsgrad.
    [0058] DieLösung,bei der die Stromwerte lageabhängigvorgegeben werden, ist genauer, braucht aber eine eventuell kostenträchtige Stromregelung.Werden nur die Spannungswerte vorgegeben, kann auf eine Stromregelungverzichtet werden. Die tabellarisch, als Gleichungen oder anderweitiggespeicherten Werte steuern direkt den hardware- oder softwaremäßig realisiertenPWM-Modulator. Eine Möglichkeitfür dieErfassung der Spannungswerte besteht darin, dass man eine Versuchselektronikmit Stromregelung aufbaut, und die Spannungswerte (PWM-Werte) bei der optimalenStromform aufgenommen werden. Diese Spannungswerte können dannim Seriengerätohne Stromregelung gespeichert werden.
    [0059] 4 zeigtein Zustandsdiagramm der beiden Motorbetriebsarten in Abhängigkeitvon der Drehzahl n. Um im Bereich der Drehzahl nx einunnötigesUmschalten der Bentriebsarten zu vermeiden, wird in einer bevorzugtenAusführungsformder Erfindung eine Hysterese-Umschaltung verwendet.
    [0060] DieUmschalt-Drehzahl nx des Motors muss dabeinicht konstant sein, sondern sie kann abhängig sein etwa von der Umgebungs-Temperaturoder der Wicklungs-Temperatur.So kann zum Beispiel die Umschalt-Drehzahl nx reduziertwerden, wenn der Motor warm ist, d.h. bei einer höheren Temperaturwird der Betriebszustand des Motors ab einer geringeren Drehzahlnx auf einen optimalen Wirkungsgrad umgeschaltet.
    [0061] AndereUmschalt-Optionen sind nicht abhängigvon der Drehzahl nx des Motors, sondernetwa von dem Motorstrom Ix oder von derAufnahmeleistung P1x oder von der Wicklungstemperatur ϑWX.
    [0062] Dieerfindungsgemäße Lösung garantierteinen leisen Betrieb des Motors bei kleinen Drehzahlen und gleichzeitigeine wesentliche Energieersparnis durch die Wirkungsgradverbesserungim oberen Drehzahlbereich.
    [0063] DieErfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele(z. B. dreisträngigeMotoren) beschränkt,sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkendenAusführungen.
    1 EC-Motor 2 Leistungselektronik 3 Steuerelektronik T1–T6 Leistungsschalter a,b, c Motorwicklungen n Drehzahl 4,5 Motorstrom 6,7, 8 innereSpannung nx Drehzahl-Schwellwert
    权利要求:
    Claims (19)
    [1] Verfahren zur Ansteuerung eines elektronischkommutierten Motors (1), bei dem der Motorstrom in Abhängigkeitvon einem Betriebsparameter des Motors beeinflusst wird, dadurchgekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf des Motorstroms,dass heißtdessen Hüllkurve,in Abhängigkeitvon dem Betriebsparameter des Motors geändert wird, derart, dass beiWerten des Betriebsparameters unterhalb eines festgesetzten Schwellwertesein Motorstrom (4) füreine minimale Geräuschentwicklungund bei Werten oberhalb des festgesetzten Schwellwertes ein Motorstrom(5) füreinen maximalen Wirkungsgrad des Motors verwendet wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass als Betriebsparameter mindestens einer der folgenden Größen verwendetwird: Drehzahl, Drehmoment, Motorstrom, Motorspannung, Leistung,Motortemperatur, Lastfaktor.
    [3] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass der Motorstrom (4; 5) indirekt durch Verändern deszeitlichen Verlaufs der Motorspannung beeinflusst wird.
    [4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass bei einem Wert des Betriebsparameters unterhalb des Schwellwertsder Verlauf des Motorstroms (4) derart gewählt wird,dass er keine sprunghaften Änderungenaufweist.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass bei einem Wert des Betriebsparameters unterhalb des Schwellwertseine Stromform (4) verwendet wird, bei der das Motordrehmomentmöglichstgeringe Schwankungen aufweist.
    [6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass bei vernachlässigbarem Reluktanzdrehmomentdes Motors eine Stromform (4) verwendet wird bei der dasProdukt aus Motorstrom und innerer Motorspannung konstant bleibt.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass bei nicht zu vernachlässigendemReluktanzdrehmoment dieses ausgemessen und durch die Motorsteuerungmit dem aktiven Drehmoment kompensiert wird.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass bei Werten des Betriebsparameters oberhalb des Schwellwertsder Motorstrom (5) derart beeinflusst wird, dass er sichproportional zu der aktuellen inneren Motorspannung (6, 7, 8)verhält.
    [9] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Schwellwert nicht konstant ist, sondernin Abhängigkeitvon Motor- und/oder Umweltparametern veränderbar ist.
    [10] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Schwellwert eine Hysterese aufweist.
    [11] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass Steuerwerte für die Stromverläufe in einemSpeicher der Motorsteuerung (3) abgespeichert sind.
    [12] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Steuerwerte für den gewünschten Stromverlauf von derMotorsteuerung in Echtzeit berechnet wird.
    [13] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Motor (1) als Lüfterantriebverwendet wird.
    [14] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass es sowohl bei Blockkommutierung als auch beimodifizierter Sinuskommutierung anwendbar ist.
    [15] Motorsteuerung (1; 3) für einenelektronisch kommutierten Motor (1), mit elektronischenEinrichtungen zur Beeinflussung des Motorstroms in Abhängigkeitvon einem Betriebsparameter des Motors, dadurch gekennzeichnet,dass sie füreine von dem Betriebsparameter abhängige Änderung der Form des Motorstroms (4, 5)/derMotorspannung, das heißtdessen Hüllkurve,ausgebildet ist.
    [16] Motorsteuerung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass die Steuerwerte fürden Verlauf des Motorstroms/der Motorspannung in einem Speicherder Motorsteuerung (3) tabellarisch in Abhängigkeitdes Betriebsparameters gespeichert sind.
    [17] Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 15 oder16, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Erfassen und/oderAuswerten von mindestens einem Betriebsparameter des Motors aufweist.
    [18] Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 15 bis17, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter mindestenseiner der folgenden Größen verwendetwird: Drehzahl, Drehmoment, Motorstrom, Motorspannung, Leistung,Motortemperatur, Lastfaktor.
    [19] Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 15 bis18, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Lüfterantrieb ist.
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    US7319300B2|2008-01-15|Method of operating an electronically commutated motor, and method for carrying out such a method
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    US9973119B2|2018-05-15|Single phase motor drive circuit and a method of driving a single phase motor
    DE60313458T2|2008-01-03|Regelung eines bürstenlosen motors unter verwendung unabhängiger phasenparameter
    US7830104B2|2010-11-09|Brushless motor
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US7190137B2|2007-03-13|
    JP2005261186A|2005-09-22|
    JP4642482B2|2011-03-02|
    US20050151494A1|2005-07-14|
    DE102004001932B4|2009-10-01|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    DE4310260C1|1993-03-30|1994-09-08|Bosch Gmbh Robert|Elektronische Steuervorrichtung für einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor |
    DE4412413C1|1994-04-11|1995-05-11|Siemens Ag|Device for optimizing the speed control behavior of a small electric motor for dental purposes|
    EP0722214A1|1995-01-14|1996-07-17|PAPST-MOTOREN GMBH & CO. KG|Elektronisch kommutierter Motor|
    EP1087517A1|1998-05-29|2001-03-28|Hitachi, Ltd.|Motorregelvorrichtung|
    JP2001352777A|2000-06-08|2001-12-21|Sharp Corp|Motor control device|DE102015204396A1|2015-03-11|2016-09-15|Magna Powertrain Bad Homburg GmbH|Control and method for starting a brushless DC motor|
    EP2530826A3|2011-05-30|2017-04-26|Robert Bosch Gmbh|Verfahren zur Reduzierung des Anlaufstromes bei einer mit Blockkommutierung betriebenen mehrphasigen Maschine|
    WO2017220234A1|2016-06-24|2017-12-28|Robert Bosch Gmbh|Verfahren zur regelung einer synchronmaschine und regelvorrichtung für eine synchronmaschine|US5274313A|1988-03-02|1993-12-28|Papst Licensing Gmbh|Method and arrangement for actuating electromechanical transducers|
    DE4314211C2|1993-04-30|2000-06-21|Daimler Chrysler Ag|Verfahren zur Steuerung des Abschaltvorgangs in den Strängen eines Reluktanzmotors|
    JPH104694A|1996-04-15|1998-01-06|Matsushita Electric Ind Co Ltd|ブラシレスモータの保護装置|
    US5861727A|1996-04-17|1999-01-19|Dana Corporation|System for controlling operation of a switched reluctance motor between multi-phase operating mode and a reduced phase operating mode|
    JPH10174484A|1996-12-10|1998-06-26|Zexel Corp|直流ブラシレスモータ駆動装置|
    JP3256840B2|1997-02-04|2002-02-18|株式会社ゼクセルヴァレオクライメートコントロール|Drive control device for brushless motor|
    TW528847B|1998-06-18|2003-04-21|Hitachi Ltd|Refrigerator|
    US6392372B1|2000-03-31|2002-05-21|Ljm Products, Inc.|Brushless DC fan module incorporating integral fan control circuit with a communication port for receiving digital commands to control fan|
    US6879129B2|2001-03-29|2005-04-12|Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.|Brushless motor control method and controller|
    US6940235B2|2001-05-10|2005-09-06|Analog Devices, Inc.|Method and apparatus for driving a brushless DC motor|
    WO2003015245A1|2001-08-06|2003-02-20|Black & Decker, Inc.|Excitation circuit and control method for flux switching motor|
    JP2003219674A|2002-01-22|2003-07-31|Matsushita Electric Ind Co Ltd|ブラシレスモータの制御装置|
    KR100451369B1|2002-03-14|2004-10-06|엘지산전 주식회사|유도 전동기의 회전 속도 검출 방법|
    DE10326606B4|2003-06-13|2008-05-29|Minebea Co., Ltd.|Verfahren zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors|
    DE10346600A1|2003-10-07|2005-05-12|Twinhead Internat Corp Taipei|An engine speed detection device for use between a motor and a system|
    DE10346711A1|2003-10-08|2005-05-25|Minebea Co., Ltd.|Verfahren zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors|
    DE10355651B4|2003-11-28|2011-06-01|Minebea Co., Ltd.|Verfahren zur Optimierung des Wirkungsgrades eines unter Last betriebenen Motors|
    US6977478B2|2004-04-29|2005-12-20|International Business Machines Corporation|Method, system and program product for controlling a single phase motor|US7408317B2|2005-05-04|2008-08-05|Wildeck, Inc.|Apparatus having a motor, controller for the motor, and method of controlling the motor|
    JP2008248747A|2007-03-29|2008-10-16|Nec Corp|ファン制御装置、及びファン制御方法|
    US20080303474A1|2007-06-08|2008-12-11|Gsi Group Corporation|Systems and methods for controlling limited rotation motor systems|
    WO2009065539A1|2007-11-19|2009-05-28|Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg|Lüfterandordnung|
    KR100951780B1|2008-06-13|2010-04-08|주식회사 디엠에스|기판 처리장비의 구동부 부하율 측정 장치 및 방법|
    US8981697B2|2011-10-07|2015-03-17|Schweitzer Engineering Laboratories, Inc.|Asset condition monitoring in an electric motor|
    US10054641B2|2013-09-20|2018-08-21|Schweitzer Engineering Laboratories, Inc.|Monitoring synchronization of a motor using stator current measurements|
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    DE102004001932A|DE102004001932B4|2004-01-14|2004-01-14|Verfahren zur Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Motors und Motorsteuerung|DE102004001932A| DE102004001932B4|2004-01-14|2004-01-14|Verfahren zur Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Motors und Motorsteuerung|
    US11/028,254| US7190137B2|2004-01-14|2005-01-03|Method to control an electronically commutated motor and motor controller|
    JP2005005250A| JP4642482B2|2004-01-14|2005-01-12|電子的に転流されるモータの制御方法及び制御装置|
    US11/057,897| US7153028B2|2004-01-14|2005-02-15|Hydrodynamic bearing system|
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