AT509030B1 - Verfahren zum starten und kommutieren eines bürstenlosen gleichstrommotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten und Kommutieren eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit mehreren Phasenwicklungen, mit den Schritten: (a) Bestromen von mindestens einer Phasenwicklung des stehenden Motors über einen hinreichend großen Zeitraum, so dass sich der Rotor in eine definierte Position bewegt. (b) Anlegen eines synchronen elektrischen Drehfelds an die Phasenwicklungen des Motors, welches einem vorgegebenen Kommutierungsablauf entspricht, wobei jedoch die Rotorlage zunächst nicht für die Kommutierung berücksichtigt wird. (c) Ermitteln der Nulldurchgänge der Gegen-EMK von aktuell nicht bestromten Phasenwicklungen (d) Bestimmen der Position des Rotors aus mindestens zwei ermittelten Nulldurchgängen der Gegen-EMK, (e) verwenden der ermittelten Nulldurchgänge der Gegen-EMK zum sensorlosen Kommutieren des Motors in bekannter Weise entsprechend einem vorgegebenen Kommutierungsablauf, wobei vor Ausführung des Schrittes (c) das im vorherigen Schritt (b) angelegte synchrone elektrische Drehfeld für alle Phasenwicklungen (U, V, W) abgeschaltet wird, und/oder der Motor im Schritt (b) bis auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt wird, bevor Schritt (c) durchgeführt wird.

Description

Beschreibung

VERFAHREN ZUM STARTEN UND KOMMUTIEREN EINES BÜRSTENLOSEN GLEICHSTROMMOTORS

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten und Kommutieren eines bürstenlosen, mehrphasigen Gleichstrommotors. Insbesondere ist das beschriebene Verfahren zum Starten und Kommutieren von nutenlosen bzw. eisenlosen Motoren der eingangs genannten Art geeignet. STAND DER TECHNIK: [0002] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Kommutierung von bürstenlosen Permanentmagnet-Gleichstrommotoren bekannt. Zunächst muss die Lage des Rotors des stehenden Motors bestimmt werden, damit ein Start des Motors in eine definierte Drehrichtung und nachfolgend eine geregelte Kommutierung durchgeführt werden kann. Zur Bestimmung der Lage und der Drehzahl des Rotors sind sensorbehaftete und sensorlose Verfahren bekannt. Beim sensorbehafteten Verfahren wird die Lage des Rotors und dessen Drehzahl mittels diskreter Sensoren, z.B. Hallsensoren, erfasst. Beim sensorlosen Verfahren wird die Lage des Rotors und dessen Drehzahl aus vorhandenen Größen und Motorparametern, insbesondere der Gegen-EMK (Elektromotorische Kraft) ermittelt.

[0003] Beim Anlauf (Start) eines sensorlos kommutierten Motors muss zunächst die Startposition des Rotors ermittelt werden. In US 5,598,071 A wird hierzu vorgeschlagen, die Statorspulen beispielsweise abwechselnd mit kurzen Spannungspulsen (6 Pulse für 3-phasige Motoren) zu beaufschlagen, die von derart kurzzeitiger Dauer sind, dass der Rotor sich nicht bewegt. Aufgrund der Stellung des Rotormagneten relativ zu den Statorspulen und den dadurch hervorgerufenen leicht unterschiedlichen Induktivitäten der Statorspulen steigen die an die Statorspulen angelegten Spannungen unterschiedlich schnell an (Zeitkonstante tau = L / R). Diese Zeitkonstanten tau werden gemessen und sind ein Maß für die aktuelle Induktivität L der einzelnen Statorspulen, woraus sich dann die aktuelle Rotorlage ableiten lässt. Anschließend wird der Motor kommutiert, indem die Nulldurchgänge der Gegen-EMK ermittelt und die Messwerte verwendet werden, um die einzelnen Statorspulen in bekannter Weise entsprechend einem vorgegebenen Kommutierungsablauf zu bestromen.

[0004] Dieses bekannte Verfahren ist nicht geeignet für nutenlose beziehungsweise eisenlose Motoren. Hierbei besteht das Problem, dass deren Statorspulen nur sehr geringe Induktivitäten aufweisen und daher kaum messbare Änderungen der Induktivitäten aufgrund der Rotorlage auftreten. Bei elektrischen Miniatur- Antrieben mit eisenlosem Stator, die für Spindelmotoren zum Antrieb von Festplattenmotoren (Hard Disk Drives, HDD’s) zum Einsatz kommen sollen, beträgt die Induktivität der Statorspulen beispielsweise 0,04 mH, die Änderung der Induktivität in Abhängigkeit der Position des Rotors sogar lediglich ein Mikro-Henry (0,001 mH). Dies ist kaum mehr messbar, so dass die Startposition des Motors nicht durch die obige Methode entsprechend dem Stand der Technik ermittelt werden kann.

[0005] Eine weitere bekannte Möglichkeit der Kommutierung eisenloser Motoren besteht darin, mittels Hallsensoren den Rotormagneten oder einen separaten, am Rotor befestigten Sensormagneten zu detektieren. Man erhält dadurch eine Information über die Rotorlage und der Motor kann entsprechend dieser Rotorlage-Information gestartet und kommutiert werden. In der Vergangenheit wurden Hallsensoren zur Kommutierung von Spindelmotoren eingesetzt, jedoch werden diese bereits seit vielen Jahren aufgrund von Kosteneinsparungen und aufgrund der kleinen Bauform der entsprechenden Motoren nicht mehr in Spindelmotoren verwendet.

[0006] US 5 579 188 offenbart einen Spindelmotor mit einem eisenlosen Stator, wobei der Stator und/oder der Rotormagnet derart ausgebildet sind, um eine akustische Geräuschentwick- lung zu reduzieren.

[0007] DE 697 27 464 T2 offenbart einen Elektromotor mit eisenlosen Statorwicklungen, die derart ausgebildet sind, dass ein gleichmäßiges und verlustfreies Magnetfeld erzeugt und damit der Wirkungsgrad des Motors verbessert wird.

[0008] Der Aufsatz von Lin et al.: "Analysis of Three Synchronous Drive Modes for the Starting Performance of Spindle Motors", in IEEE Transaction on Magnetics, Vol. 43, No. 9, Sept. 2007, pp 3734-3737, beschäftigt sich mit Verfahren zum Starten von sensorlosen Spindelmotoren, insbesondere mit den sogenannten Twelve-Step Starting und Sinusoidal Wave Starting Verfahren. Die Motorwicklungen werden zunächst mit einer festgelegten Pulssequenz beaufschlagt, die den Rotor auf eine ausreichende Drehzahl beschleunigt, um die Gegen EMK in den Wicklungen zuverlässig messen zu können. Aus den Gegen-EMKs kann dann die Rotorlage bestimmt und der Motor entsprechend kommutiert werden.

[0009] Alle die oben genannten Verfahren sind nicht oder nur bedingt geeignet zum Starten von Motoren mit nutenlosem oder eisenlosem Stator.

[0010] Aus der DE 4 009 258 A1 ist Verfahren zum Starten und Kommutieren eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit mehreren Phasenwicklungen bekannt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

[0011] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Starten und Kommutieren eines bürstenlosen Gleichstrommotors anzugeben, das bei nutenlosen und insbesondere eisenlosen Motoren angewendet werden kann. Das Verfahren soll im Vergleich zu den oben beschriebenen Verfahren keine Umbauten am Motor oder der Steuerungselektronik notwendig machen.

[0012] Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.

[0013] Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Starten und Kommutieren eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit mehreren Phasenwicklungen sieht in einem ersten Schritt (a) vor, zur Ermittlung der Position des Rotors zunächst mindestens eine Phasenwicklung des stehenden Motors über einen hinreichend großen Zeitraum zu bestromen, so dass sich der Rotor in eine definierte Startposition bewegt. Es werden mindestens eine oder bei Sternschaltung zwei Phasenwicklungen, z.B. U-V bestromt. Der Rotor macht hierbei evtl, einen Schritt, der in oder entgegengesetzt zu einer definierten Drehrichtung des Motors liegen kann. Je nach Ausgestaltung des Lagersystems ist nur eine Drehrichtung zulässig. Beispielsweise haben Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem nur eine definierte Drehrichtung.

[0014] In einem zweiten Schritt (b) werden die Phasenwicklungen des Stators mit einem synchronen elektrischen Drehfeld beaufschlagt, welches einem definierten Kommutierungsablauf entspricht z.B. beginnend mit Phasenwicklung V-U, dann U- W, W-U usw.) Die Rotorlage wird jedoch zunächst noch nicht für die Kommutierung berücksichtigt. Dieses synchrone Drehfeld zwingt den Rotor - ausgehend von der im ersten Schritt eingestellten Startposition - zum Anlauf in die richtige (gewünschte) Drehrichtung.

[0015] In einem weiteren Schritt (c) werden die Nulldurchgänge der Gegen-EMK der Phasenwicklungen ermittelt. Vorzugsweise wird hierzu das im vorherigen Schritt angelegte synchrone Drehfeld abgeschaltet. Der Motor wird dadurch nur wenig langsamer, da für die Messung der Gegen-EMK nur Sekundenbruchteile benötigt werden. Nachdem beispielsweise für einen dreiphasigen Motor mindestens zwei Nulldurchgänge der Gegen-EMK ermittelt wurden und in einem Schritt (d) die Rotorlage daraus bestimmt wurde, wird der Motor in einem weiteren Schritt (e) entsprechend dem Stand der Technik sensorlos kommutiert, indem die Rotorlage aus dem Nulldurchgang der Gegen-EMK der jeweils unbestromten Phase bzw. Phasen ermittelt wird und der Motor entsprechend kommutiert wird.

[0016] Vorzugsweise werden im Schritt (a) bei einem drei- oder mehrphasigen Motor mindestens zwei Phasenwicklungen bestromt. Die Phasenwicklungen des Motors können dabei sowohl in Sternschaltung als auch in Dreieckschaltung miteinander verbunden sein.

[0017] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vor der Ausführung des Schrittes (c), d.h. vor dem Ermitteln des Nulldurchgangs der Gegen-EMK der Phasenwicklungen, das an die Phasenwicklungen angelegte synchrone elektrische Drehfeld für alle Phasenwicklungen abgeschaltet. Dies hat den Vorteil, dass bei der Messung der Gegen-EMK keine elektrischen Störungen auftreten und die Messung insbesondere nicht in einem bestimmten (störungsfreien) Zeitfenster durchgeführt werden muss.

[0018] Im Verfahrensschritt (b) wird der Motor durch das angelegte synchrone elektrische Wechselfeld auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt, bevor der Schritt (c), also die Messung der Gegen-EMK durchgeführt wird. Insbesondere bei Motoren mit eisenlosem bzw. nutenlosem Stator ist eine entsprechend hohe Drehzahl notwendig, da die Phasenwicklungen nur eine sehr geringe Induktivität aufweisen und erst bei einer ausreichend hohen Drehzahl, von beispielsweise 500 U/min, eine ausreichende EMK-Spannung in den Phasenwicklungen induziert wird, die dann gemessen werden kann.

[0019] Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zum Starten und Kommutieren von nutenlosen bzw. eisenlosen Mehrphasen- Permanentmagnetmotoren geeignet.

[0020] Es eignet sich ebenfalls zum sanften Starten und Kommutieren eines Permanentmagnetmotors für sehr hohe Drehzahlen, da durch das im Schritt (b) angelegte elektrische Drehfeld ein sanfter Anlauf des Motors erzielt wird bevor dann im sensorlosen Kommutierungsbetrieb die Drehzahl bis auf Nenndrehzahl erhöht wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0021] Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit eisenlosem Stator.

[0022] Figur 2 zeigt schematisch ein Schaltbild einer Motorelektronik zur Ansteuerung der Motorwicklungen.

[0023] Figur 3 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Motor mit drei Statorpolen, drei Phasen und zwei Rotorpolen bei einer beliebigen Position des Rotors.

[0024] Figur 4 zeigt den Motor aus Figur 3 bei einer ersten Position des Rotors.

[0025] Figur 5 zeigt den Motor aus Figur 3 bei einer zweiten Position des Rotors.

[0026] Figur 6 zeigt den Motor aus Figur 3 bei einer dritten Position des Rotors.

[0027] Figur 7 zeigt den Motor aus Figur 3 bei einer vierten Position des Rotors.

[0028] Figur 8 zeigt ein Strom-Spannungsdiagramm während der Erfassung der Null durchgänge der Gegen-EMK.

[0029] Figur 9 zeigt ein Strom-Spannungsdiagramm während der sensorlosen Kommu tierung

BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS DER ERFINDUNG

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen bürstenlosen, mehrphasigen Spindelmotor mit eisenlosem bzw. nutenlosem Stator, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Starten und Kommutieren vorteilhaft eingesetzt werden kann. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, die eine Öffnung aufweist, in der eine Lagerbüchse 12 befestigt ist. Die Lagerbüchse 12 besitzt eine zentrale Lagerbohrung, in welcher eine Welle 14 drehbar gelagert ist. Zwischen dem Außenumfang der Welle 14 und dem Innenumfang der Bohrung in der Lagerbüchse 12 verbleibt ein Lagerspalt 16 von einigen Mikrometern Breite, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Um ein Austreten des Lagerfluids aus dem Lagerspalt 16 zu verhindern, ist der Lagerspalt an einer

Seite durch eine Abdeckplatte 18 verschlossen, die in einer Aussparung der Lagerbüchse 12 angeordnet und befestigt ist. Das andere, offene Ende des Lagerspaltes 16 ist über einen ringförmigen Verbindungsspalt 26 mit einem Dichtungsspalt 28 verbunden. Der Dichtungsspalt 28 ist als eine konische Kapillardichtung ausgebildet, die etwa in axialer Richtung zwischen einer äußeren Mantelfläche der Lagerbüchse 12 und einer gegenüberliegenden inneren Mantelfläche eines ringförmigen Bauteils 20 (Stopperring) angeordnet ist. Der Verbindungsspalt 26 ist breiter als der Lagerspalt. Entlang des Verbindungsspaltes 26 können auf den Oberflächen der Lagerbüchse 12 oder einer mit der Welle 14 verbundenen Nabe 22 Pumpstrukturen 50 zur Kompensation der auf das Lagerfluid wirkenden Zentrifugalkräfte vorgesehen sein. Die Pumpstrukturen 50 bilden eine Pumpdichtung zur Unterstützung der Dichtwirkung des Dichtungsspalts 28. Die Pumpstrukturen 50 erzeugen eine Pumpwirkung radial nach innen in Richtung des Lagerspalts 16.

[0030] Die Drehlagerung der Welle 14 in der Lagerbüchse 12 wird durch zwei fluiddynamische Radiallager 24a und 24b erreicht, die bekanntermaßen durch Lagerrillenstrukturen auf den Lagerflächen gekennzeichnet sind. Prinzipiell können die Radiallager auch als Mehrflächengleitlager oder rillenlose Gleitlager ausgebildet sein. Um eine übermäßige axiale Bewegung der Welle 14 in der Lagerbüchse 12 zu verhindern, ist an einer Stufe eines Ansatzes der der Nabe 22 ein Stopperring 20 angeordnet. Der Stopperring 20 begrenzt den Dichtungsspalt 28 und liegt einem an der Stirnseite der Lagerbüchse 12 vorgesehenen Bund 12a axial gegenüber. Der Stopperring 20 und stößt an diesem Bund 12a an, sobald die Welle 14 eine übermäßige axiale Bewegung nach oben durchführt.

[0031] Die axialen Kräfte, die auf die Welle 14 wirken, werden beispielsweise durch ein magnetisches Axiallager 36 aufgenommen, welches aus einem ersten Lagerbauteil 38 und einem zweiten Lagerbauteil 44 besteht. Das erste Lagerbauteil 38 ist in Figur 1 radial innenliegend des zweiten Lagerbauteils 44 an einer Stufe am Außenumfang der Lagerbüchse 12 angeordnet. Das erste Lagerbauteil 38 umfasst einen ringförmigen und konzentrisch zur Drehachse 30 angeordneten Permanentmagneten 40. Auf den Stirnflächen des Permanentmagneten 40 sind zwei ringförmige Flussleitstücke 42a, 42b angeordnet. Das zweite Lagerbauteil 44 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen ringförmigen an der Nabe 22 ausgebildeten Ansatz, der zwei definierte, bevorzugt einteilig ausgebildete Flussleitstücke 46a, 46b ausbildet, die in radialer Richtung gegenüberliegend und durch einen Luftspalt 48 getrennt von den Flussleitstücken 42a und 42b des ersten Lagerbauteils 38 angeordnet sind.

[0032] Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors wird gebildet durch eine an der Basisplatte 10 befestigte Statoranordnung 32, welcher radial außerhalb ein an der Nabe 22 angeordneter Rotormagnet 34 gegenüberliegt. Die Statoranordnung besteht aus eisenlosen Statorwicklungen 33, die vorzugsweise auf einer flexiblen Leiterplatte aufgebracht sind. Diese wird bevorzugt auf einem nutenlosen, ferromagnetischen Rückschluss 35 als Träger befestigt. Alternativ ist der Träger der Statorwicklungen 33 unmagnetisch (eisenlos).

[0033] Figur 2 zeigt schematisch eine Motorelektronik 52, wie sie zur Ansteuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors verwendet werden kann. Die Elektrik des Motors 54 umfasst beispielsweise drei Phasenwicklungen U, V und W, die beispielsweise in Sternschaltung zusammengeschaltet sind, wobei die drei Anschlüsse der Phasenwicklungen U, V, W mit einer Leistungsbrücke verbunden sind, die aus sechs Leistungsschaltern T1 bis T6 besteht. Die Leistungsschalter T1 bis T6 werden von einer Motorsteuerung 56 individuell über eine Steuerleitung 62 angesteuert. Je nach Ansteuerung der Leistungsschalter T1 bis T6 werden jeweils zwei Phasenwicklungen zusammen mit Strom versorgt. Die Motorsteuerung hat Sensorleitungen 58 und 60. Mittels der Sensorleitung 58 wird die Gegen-EMK der Phasenwicklungen erfasst. Mit der Sensorleitung 60 wird der aktuelle Motorstrom erfasst. Aufgrund dieser Messwerte kann die Motorsteuerung einen entsprechenden Kommutierungsablauf vorgeben und die Leistungsschalter T1 bis T6 entsprechend ansteuern.

[0034] Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen beispielhaften Motor mit einem ringförmigen Stator 64, der drei Statorpole 64a, 64b und 64c aufweist. Jedem Statorpol 64a, 64b, 64c ist eine

Phasenwicklung U, V, W zugeordnet. Der Rotor 66 des Motors, welcher innerhalb des Stators 64 angeordnet ist, umfasst einen ringförmigen Rotormagneten 68, der zweipolig ausgeführt ist und einen Nordpol N und einen Südpol S aufweist. Beim Stillstand des Motors nimmt der Rotor 66 eine zufällige Position in Bezug auf den Stator 64 ein, zumal dann, wenn der Stator eisenlos ausgebildet ist. In Figur 3 ist beispielhaft eine solche Position des Rotors beim Stillstand des Motors dargestellt, wobei der Vektor 70 des magnetischen Feldes des Rotormagneten 68 senkrecht nach oben in Richtung „12 Uhr“ weist. Um den Motor aus dem Stillstand zu starten, wird nun das erfindungsgemäße Verfahren verwendet.

[0035] In Figur 4 ist ein Querschnitt durch den Motor dargestellt, wobei nun in einem ersten Schritt des Verfahrens bestimmte Phasenwicklungen bestromt werden. Hierbei werden beispielsweise die Leistungsschalter T1 und T6 durchgeschaltet, so dass der Strom durch die Phasenwicklungen U und V fließen kann. Hierbei baut sich im Stator 64 ein entsprechendes elektro-magnetisches Feld auf, so dass sich der Rotor 66 des Motors entsprechend in diesem Magnetfeld ausrichtet und eine definierte Position einnimmt wie sie in Figur 4 dargestellt ist. Der Rotor richtet sich entsprechend dem Magnetfeldvektor 70 aus, in der Zeichnung etwa nach „11 Uhr“. Durch diesen ersten Schritt des Verfahrens wird der Motor bzw. der Rotor 66 von seiner zunächst unbekannten Stellung (Fig. 3) durch Anlegen eines Stroms an die definierten Phasenwicklungen U, V in eine bekannte Grundstellung entsprechend Figur 4 gebracht. Ausgehend von dieser Grundstellung kann nun durch einen zweiten Verfahrensschritt der Motor in Drehung versetzt werden.

[0036] Figur 5 zeigt einen Schnitt durch den Motor während des zweiten Verfahrensschrittes. Hierbei werden die Leistungsschalter T1 bis T6 mit geringer Frequenz und einer synchronen Schaltsequenz entsprechend einem vorgegebenen Kommutierungsablauf geschaltet. Dadurch wird Motor in der einer durch die Schaltsequenz vorgegebenen Drehrichtung in Rotation versetzt. Zunächst werden entsprechend Figur 5 die Leistungsschalter T1 und T5 geschlossen, so dass ein Strom durch die Phasenwicklungen U und W fließt. Es baut sich ein elektromagnetisches Feld auf, das den Rotor 66 entsprechend dem Feldvektor 70 des Magnetfeldes im Uhrzeigersinn dreht, wobei der Feldvektor etwa in die Position „1 Uhr“ zeigt.

[0037] Im nächsten Schritt des Kommutierungsablaufes gemäß Figur 6 schalten dann die Transistoren T3 und T5, und setzen die Wicklungen V, W unter Strom. Dabei dreht sich der Rotor 66 weiter im Uhrzeigersinn in Richtung des Feldvektors 70, der etwa nach „3 Uhr“ zeigt.

[0038] Im nächsten Schritt des Kommutierungsablaufes werden die Leistungsschalter T3 und T4 geschlossen, was einen Stromfluss durch die Phasenwicklungen V und U entspricht. Der Rotor 66 dreht sich weiter im Uhrzeigersinn in Richtung des Feldvektors 70, der etwa auf „5 Uhr“ zeigt.

[0039] Entsprechend dieser Schaltsequenz werden nun die Leistungsschalter geschaltet und die Phasenwicklungen nacheinander bestromt, so dass der Rotor im Uhrzeigersinn entsprechend dem Kommutierungsablauf bis auf eine vorgegebene Drehzahl, beispielsweise 600 U/min. beschleunigt wird.

[0040] In einem nächsten Verfahrensschritt müssen nun Nulldurchgänge der Gegen-EMK von aktuell nicht bestromten Phasenwicklungen ermittelt werden. Bei der definierten Drehzahl erzeugt die Gegen-EMK eine ausreichend hohe Spannung um gemessen zu werden. Vorzugsweise werden zur Messung der Gegen-EMK in den einzelnen Phasenwicklungen alle Leistungsschalter T1 bis T6 gesperrt, so dass der Motor nicht unter Strom steht. So kann die Gegen-EMK ohne Störungen gemessen werden, indem die induzierte Spannung an den Anschlüssen der Phasenwicklungen U, V, W abgegriffen und der Motorsteuerung 56 zugeführt werden.

[0041] Figur 8 zeigt beispielhaft ein Diagramm der Spannung an den Phasenwicklungen V und U sowie den Wicklungsstrom an der Phasenwicklung V über die Zeit. Die Stromzufuhr für die Phasenwicklungen V und U wird zum Zeitpunkt 1 abgeschaltet und mit der Erfassung der Nulldurchgänge der Gegen-EMKs in den Phasenwicklungen V und U begonnen. Zum Zeitpunkt 2 erfolgt ein Nulldurchgang der Gegen-EMK der Phasenwicklung U. Zum Zeitpunkt 3 erfolgt ein Nulldurchgang der Gegen-EMK der Phasenwicklung V. Aus diesen zwei Nulldurchgängen der Gegen-EMKs der Phasenwicklungen V und U kann nun in bekannter Weise die Position des Rotors ermittelt werden.

[0042] Ist die Position des Rotors bekannt, kann der Motor entsprechend den bekannten Verfahren sensorlos kommutiert werden nach einem vorgegebenen Kommutierungsablauf. Bei Position 4 erfolgt die erste sensorlose Kommutierung der Phasenwicklung V. Bei Position 5 die erste sensorlose Kommutierung der Phasenwicklung U, usw.

[0043] Figur 9 zeigt ein Diagramm der Spannungen in den Phasenwicklungen U, V, W während der sensorlosen Kommutierung, wobei hier eine sensorlose Blockkommutierung als Beispiel gewählt wurde. Die Positionen 1 zeigen jeweils die Nulldurchgänge der Gegen-EMKs der einzelnen Phasen U, V, W. Die Positionen 2 zeigen dann die darauffolgende Kommutierung der Phasen U, V, W, die den jeweiligen Nulldurchgängen der Gegen-EMK der einzelnen Phasen folgen.

[0044] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Starten und Kommutieren eines Motors lässt sich generell auf alle Arten von mehrphasigen Gleichstrommotoren anwenden. Es ist auch für Motoren mit mehr oder weniger als drei Phasen geeignet. Ferner ist es möglich, anstelle der Blockkommutierung andere Kommutierungsverfahren, wie etwa eine Sinus-Kommutierung anzuwenden. LISTE DER BEZUGSZEICHEN: 10 Basisplatte 12 Lagerbüchse 12a Bund 14 Welle 16 Lagerspalt 18 Abdeckplatte 20 Stopperring 22 Nabe 24a, 24b Radiallager 26 Verbindungsspalt 28 Dichtungsspalt 30 Drehachse 32 Statoranordnung 33 Statorwicklungen 34 Rotormagnet 35 Rückschluss 36 Axiallager 38 Erstes Lagerbauteil 40 Permanentmagnet 42a, 42b Flussleitstück 44 Zweites Lagerbauteil 46a, 46b Flussleitstück 48 Luftspalt 50 Pumpstrukturen 52 Motorelektronik 54 Motorwicklungen 56 Motorsteuerung 58 Gegen-EMK Erfassung 60 Stromerfassung 62 Ansteuerung Leistungsschalter 64 Stator 64a, 64b, 64c Statorpole 66 Rotor 68 Rotormagnet 70 Feldvektor

Claims (5)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zum Starten und Kommutieren eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit mehreren Phasenwicklungen (U, V, W), mit den Schritten: a) Bestromen von mindestens einer Phasenwicklung (U, V) des stehenden Motors über einen hinreichend großen Zeitraum, so dass sich der Rotor (66) in eine definierte Position bewegt, b) Anlegen eines synchronen elektrischen Drehfelds an die Phasenwicklungen (U, V, W) des Motors, welches einem vorgegebenen Kommutierungsablauf entspricht, wobei jedoch die Rotorlage zunächst nicht für die Kommutierung berücksichtigt wird, c) Ermitteln der Nulldurchgänge der Gegen-EMK von aktuell nicht bestromten Phasenwicklungen, d) Bestimmen der Position des Rotors (66) aus mindestens zwei ermittelten Nulldurchgängen der Gegen-EMK, e) Verwenden der ermittelten Nulldurchgänge der Gegen-EMK zum sensorlosen Kommutieren des Motors in bekannter Weise entsprechend einem vorgegebenen Kommutierungsablauf, dadurch gekennzeichnet, dass vor Ausführung des Schrittes (c) das im vorherigen Schritt (b) angelegte synchrone elektrische Drehfeld für alle Phasenwicklungen (U, V, W) abgeschaltet wird, und/oder dass der Motor im Schritt (b) bis auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt wird, bevor Schritt (c) durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (a) mindestens zwei Phasenwicklungen (U, V) bestromt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Starten und Kommutieren eines nutenlosen Gleichstrommotors verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Starten und Kommutieren eines eisenlosen Gleichstrommotors verwendet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es zum sanften Starten und Kommutieren eines Gleichstrommotors für sehr hohe Drehzahlen verwendet wird.