CN1969451A - 无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

一种直流电机(46)致动一种用于活门或用于阀门的执行机构的急剧减速的减速传动机构，以用于尤其在加热－通风－空气调节(HLK)、防火和室内保护这种领域内对气体体积流量或液体体积流量进行调节。流进定子线圈(A、B、C)中的电流在未安装位置传感器的情况下以程控方式进行整流。直流电机(46)的转子(54)的转数也可以用特殊的算法进行计数，其中避免在电机转速小于约200rpm时因原理引起的问题。所述直流电机(46)包括一个具有三个在3n个定子极(52)范围内延伸的定子线圈(A、B、C)的定子(44)和一个具有2m个极性交变(N、S)的永久磁体整流子片、一个同轴杯状外转子(110)及一个同轴驱动轴(108)的环状永久磁体－转子(54)，其中n和m为整数的彼此独立的乘数因子1、2、3、4......。所述执行机构(112)优选包括一个用于在断电时进行自动复位的弹簧(120)。

Description

无刷直流电机

技术领域

本发明涉及一种用于触发一种包括一个定子和一个转子的无刷直流电机的方法，该直流电机致动一种用于一种活门或用于一种阀门的执行机构的急剧减速的减速传动机构，以用于尤其在加热-通风-空气调节(HLK)、防火和室内保护领域内对气体体积流量或液体体积流量进行调节。此外，本发明还涉及一种用于实施所述方法的无位置传感器的无刷直流电机。

背景技术

自30多年以来，就已制造用于使在加热、通风和空调设备(HLK-设备)中的控制元件机动化的电动执行机构。HLK-控制元件保证对气体或液体尤其是空气和水进行经济性的体积流量调节。作为紧凑单元，所述HLK-控制元件不仅包括驱动机构，而且也包括压力传感器和调节器，这一切都统一在一个设备中。

通风系统越来越多地用在建筑物中，尤其用在住宅、办公楼、商业建筑和工业建筑中，通常与防火和防烟设备结合使用。在通风设备中，用可回转的阻风门进行的体积流量调节起着重要作用。用一种合适的测量仪器来测量体积流量，比如使用Belimo Automation AG，CH-8340 Hinwil的作为由驱动机构、压力传感器和调节器组成的紧凑单元构成的NMV-D2M，并且将测量值传送给一个电子装置。

为了驱动处于通风系统中的活门或者驱动处于供水系统中的球阀，较弱的电机必须致动面积大的或者体积大的调节机构。只有利用一种极为剧烈的减速才能进行精确而稳定的调节。为了使活门的回转一个锐角或直角或者使球阀旋转一个锐角或直角，有必要使电机的轴进行许多圈的旋转。

在电机和活门之间可以布置用于传递运动的机械机构，尤其是弹簧驱动机构。

最初制造的直流电机具有优选由石墨制成的电刷，这样的电刷以机械方式对转子的各个电相位的整流进行调节，在这种情况下定子配备了永久磁体。

具有公开的结构形式的电子整流直流电机-其也被称为EC电机-尤其适合于充分利用无接触的和电子控制整流这些优点的应用情况。在一种按所述方式受控的整流过程中，定子线圈的电子式供电一步一步地由电极到电极进行移动，由此所述转子“被一起拉动”。无刷直流电机的突出优势在于低廉的制造成本及很高的使用寿命，以及出色的转速及位置的调节性能。

由一种这样的电磁旋转场所产生的转矩几乎恒定不变，它与转子的位置无关，并且与交流电流呈线性关系。

无刷直流电机的三个相位中的每一个相位都用一个或两个晶体管进行控制，并且根据是否应该朝一个或两个方向给所述线圈通电进行控制。在每圈电气旋转仅有三个控制脉冲的情况下，绕组的利用率就相对较差。用六个晶体管对绕组进行触发保证了绕组更高的利用率，并且保证更为均匀的转矩输出。线圈可以进行星形连接或者三角形连接，在这两种情况下，所述转矩在三个相位中的每一个相位分别由两个晶体管触发时更大。

为了在整流时求出合适的力矩以切换大功率晶体管，必须知道转子关于定子的当前位置。尤其无硅坐标转换器和霍耳传感器适合于此用途，这两种传感器不依赖于速度就给出转子的绝对位置。但出于成本及小型化设计原因，传感器的使用变得越发困难，它们往往必须被替代。

比如可以产生一种有规则的转矩，方法是用分别移位了120°的类似正弦的信号来触发所述线圈。在功率较低时，由于其更为陡峭的交零也可以用矩形信号进行触发。作为驱动器使用所谓的H-电桥，其中一个线圈的每个电极都分别通过一个晶体管与供电电压并且与地线相连接。但必须保证，若使用两个晶体管那么这两个晶体管不是同时导通。大功率电子装置的相应H-电桥以位置传感器的信号的函数被触发。所述H-电桥用于方向设立并且借助于一个译码器作为停止信号、启动信号和PWM信号(PWM＝脉冲宽度调制)进行触发。转子的转动方向由开关算法确定，电机的转速则通过当前接通的线圈的线圈电压确定。电机的转速必要时可以通过一种PWM进行控制。

整流频率取决于电机预先设定的转速以及转子的极偶的数目。

在实践中，总是同时给两个或三个定子线圈通电，在此必须对两个或三个线圈的差异加以考虑。三个线圈组合的感应电压分别进行了120°的相位移动。现在通过合适的整流，必须根据转动方向利用最大的正转矩或负转矩。迟延的或提前整流都对电机的有待带动的转矩产生直接影响。用于对两个和三个通电线圈进行整流的最佳开关点是不同的，该开关点由整流算法触发。

转子位置通常由电机电路板上的三个位置传感器比如霍耳传感器确定。在供给恒定电流的情况下，霍耳传感器提供与流过这些霍耳传感器的磁场成函数关系的电压差，这被称为霍耳效应。

在DE 1 9745312 A1中公开了一种用于无刷电子整流直流电机的触发电路。与电机的每个绕组相串联地布置了一种电子开关元件，它由一个位置传感器进行触发。每个绕组相通过相应的一个去耦二极管与一个共同的开关点相连接。与绕组相和所属的去耦二极管并联地布置了一个保护晶体管电路，它消除由感应引起的电压峰值。尽管用简单且价廉元件得到良好的效率，但还有位置传感器需要更换这个缺点。

发明内容

发明人提出的任务是提供一种用于触发一种无刷直流电机的方法和一种开头所述类型的直流电机，它们解决有关位置传感器的费用及质量问题。

在方法方面，所述任务按本发明如此得到解决，使得流进定子线圈的电流在没有安装位置传感器的情况下按程控方式进行整流。该方法特有的和改进的实施方式是从属权利的主题。

在一个中央处理器(CPU)中，有利地是在至少一个微处理器中，输入了所有重要方法流程的算法，并且以可以调用的方式加以保存，比如一种启动-算法、一种制动-算法、一种适用于止挡上的反向踩踏(reversekick)的制动-算法、也就是说在一个硬止挡后面的一种经过控制的返回和制动，其中压紧力基本得到保持，并且最后还有一种松弛算法，在该松弛算法中所述减速传动机构完全卸荷。

所述可调用地保存的算法经常根据实践进行调整，并且有必要在实践中进行改进，该系统因此具有自我学习功能。

按本发明的基本原理在于，对所述三个电机-相电压交零极性进行检查。在相电压交零时的每次极性交变可以对应确定的转子位置。一旦达到相应的转子位置，那就可以如此改变下一次整流，也就是改变给定子线圈的新的馈电，从而所产生的超前的磁场赋予该转子以一个转矩。由于该系统的使用从而可以省去位置传感器。

但相电压的交零只有自转子的一个特定的最小转速起才被明确地探测到，太低的转速产生正弦形曲线或正弦状曲线与零线不确定的、滑动的相交。

根据本发明的一种特有的实施方式，一个电子装置对直流电机的转子的每分钟转数(rpm)进行计数。其中，优选检测每次电机整流并计数，其中用于启动和停止的专用算法则使低于大约200rpm的电机转速如此快速通过，从而不会出现计数错误。

在该计数器在开始时一次性具有一个对应于活门角度的同步点或基准点的前提下，该位置调节机构总是精确地知道，实际值是什么，也就是相关活门的精确位置。所述计数用电子装置用这种方式提供了一种几乎免费的替代品，用于取代用在普通装置中的一种比较昂贵的有磨损的电位计。

关于所述直流电机，该任务按本发明通过以下方法得到解决，即该直流电机包括一个具有三个在3n个定子极范围内延伸的线圈的定子和一个具有2m个极性交变(N、S)的永久磁体整流子片、一个杯状外转子及一个同轴驱动轴的环状永久磁体-转子，其中n和m为整数的彼此独立的乘数因子1、2、3、4……。

线圈和转子整流子片可以按照彼此组合的规则进行使用，但在实践中n＝1和m＝1以及n＝3和m＝6这样的组合表明特别有利。

一个由按本发明的直流电机通过一个传动机构致动的执行机构可以通过一个弹簧、优选一个螺旋弹簧得到补充，该弹簧在一种机动运行中被拉起或被预张紧，并且由此蓄存势能。优选但并非强制性地朝上升方向将该弹簧提起。一个电子断电-探测器识别出工作电压的中断，首先切断输出极的所有电桥开关，并且由此触发所述预张紧的弹簧的回程运动。在此该直流电机空转，蓄存在弹簧中的势能作为转矩在与提升方向相反的方向上起作用，并且使空转的电机处于运动之中。根据传动机构输出端上的负荷，所述预张紧的弹簧加速到一个相应的很高的转速，直到负荷、摩擦和该弹簧力矩处于平衡之中。如果所提到的在传动机构输出端上的负荷支持所述弹簧力矩或者仅仅稍微对其施加载荷，那么在弹簧回程运动中的转速可以如此之高，从而整个机械系统受到危害。达到最终止挡这一情况尤其紧要。为了将其中起作用的动能并且由此将所述负荷限制在一个安全的尺度上，必须限制转速。为此可以用公开的方式使用齐纳二极管，它们限制电机的按发电机方式产生的电压，并且消除除此以外作为热量起作用的能量。

但优选利用直流电机的这种性能，即在至少其绕组的一部分短路时产生一个制动力矩，该制动力矩大约与转速成比例。这可以在按本发明的无刷直流电机上简单地得以实现，方法是所述三个绕组中的其中两个短路。制动的尺度可以通过一个脉冲宽度调制的控制信号(PWM-信号)进行调节。这一点根据当前转速进行，该当前转速可随时通过第三个未短路的电机绕组的已测量的交零检测得到。在一个可编程的极限转速以下，将该PWM-信号调节到零，这个零在超过所述极限转速后不断增加直到一个100％的最大值。由此出现一个简单的用于转速限制的调节方法，转速限制因此可以在一个很宽的负荷范围内保持恒定。所述经过预张紧的弹簧如此在断电时防止相关的调节机构比如活门或阀门闭合太快。

尽管按本发明的方法和所述无刷直流电机尤其适用于HLK领域，但这不应该是限制。通过对尺寸进行匹配调整，也可以用专业知识和技能在汽车中对气流、体积流量和/或调节角进行类似调节。

附图说明

下面根据附图所示的实施例来详细说明本发明，这些实施例也是从属权利的主题。附图示出：

图1示出用于直流电机的电机触发装置的总系统的方框图，

图2示出用于直流电机定子的通电图，

图3示出一个具有六个转子位置的直流电机的整流周期，

图4示出按图3各个定子线圈在电机转矩上的份额，

图5示出相电压与一个交零的所期望的极性之间的关系，

图6示出由锁止引起的制动，

图7示出一个制动-停止-启动周期，

图8示出一个处于止挡中的直流电机的性能，

图9示出一个处于止挡中的直流电机的卸载，

图10示出在艰难条件下启动时直流电机的性能(助推(Boost)方案)，

图11示出直流电机的一种方案，

图12示出一种具有一个直流电机的执行机构，并且

图13示出一种相应于图12的弹簧驱动机构。

具体实施方式

图1示出一个用于直流电机(图2中的46)的电机触发装置10的方框图。就象对于急剧减速来说普遍的情况一样，该直流电机功率小并且尺寸小。有关一个减速传动机构的细节，比如请参照本专利申请人的PCT/CH05/000126。

三股电机-发电机电流为控制其电压DRA、DRB和DRC通过BEMF-比较器12(BEMF＝反电磁力)导入所述电机触发装置10中。具有公知的结构类型的BEMF-比较器12检查相电压DRA、DRB和DRC交零的极性。极性的每次交变，换句话说每次交零可以对应直流电机46的一个特定的转子位置。一旦知道该极性，那就确定了下一次整流，也就是确定通往定子线圈(图2中的A、B、C)的新的电流。

一个紧随其后的ZERO-探测器14探测出相电压DRA、DRB和DRC或其BEMF-信号13的有效交零，这些有效交零通过针状ZERO-脉冲18显示出来。只有在该ZERO-探测器14接收到一个相关的以一个反向箭头表示的信号16时，才对所述三个相电压DRA、DRB和DRC进行分析。

一个周期调节器20接收ZERO-脉冲18，并且由此计算下一个整流时刻。如果事实上应该进行下一次整流，那就将一个NEXT-脉冲22导入一个周期计数器24中。并且另外由所述周期调节器20将一个PER-信号26发送给一个转速调节器28。用PER(PER＝时间周期)表示在两个ZERO-脉冲之间的间隔，并且因此与转速成反比例。一个转速调节器28控制和调节每个时间单位里转子的转数，大多是每分钟的转数，这又被称为rpm。

所述周期计数器24对整数倍数0、1、2、3……进行计数，并且将一个用CYNO(周期编号)表示的计数器数值32发送给一个电机控制装置30。这里六个计数器数值32中的每一个都固定地对应于六个可能的下文还要讨论的H-电桥状态中的其中一个。因为如所提到的一样一个NEXT-脉冲22触发了所述周期计数器24，所以该周期计数器24由此也控制整流。如同样提到的一样，一个反馈以信号16的形式从计数器数值32CYNO传递给ZERO-探测器14。

所述通过一个PER-信号26触发的转速调节器28在硬件方面通过一种具有公知的结构类型的PI-调节器(PI＝比例/积分)实现。额定值从一个OTP-元件(OTP＝一次性可编程)中获得。可选可以通过微处理器(MP)将任意的额定值写入一个临时寄存器中。将所述周期调节器20的PER-信号26用作实际值。该PER-信号如提到的一样与转速成反比，并且在转速调节器28中计算出来。通过一个PWM-节拍发生器34，将一个PWM-信号36发给所述电机控制装置30，其中一个脉冲的持续时间在这里为52微秒。这种脉冲宽度调制PWM与加载在所述直流电机46上的电压相应。节拍发生器34的PWM-频率在这里为19.2kHz。

所述电机控制装置30通过所述PWM-调制36和整流而形成。所输出的相电压DRA、DRB、DRC直接触发功率-H-电桥形式的电机驱动器。

模拟接口38允许用模拟信号进行控制。也可以进行AZ-应用(AZ＝开/关)，并且也可以用一个外部电势实现连续的SR-应用(SR＝连续调节器)。

数字块40根据状态控制(状态机)对电机触发装置10的内部流程进行控制。为启动和制动所述直流电机46，由该数字块40产生一个ROT-信号42并且传给所述转速调节器28。

在一个按图2的用于直流电机46定子44的通电示意图中，用+和-表示直流电源48的电极。所述定子44有三个星形布置的定子线圈A、B和C，它们在一个也构成零线的星点S彼此相连接。一个可程控操作的接线组50产生一个由六次整流组成的整流周期，在下面的图3中将对该整流周期作详细描述。

在断电时，三个电桥开关a、b、c中的其中两个针对大地短接，由此产生一个制动力矩。这里所述的其中两个电桥开关在这里是电桥开关a和b，由此通过所述定子线圈B和C形成一个短路。所述定子线圈A被断开，但没有短路。优选电桥开关a和b首先仅仅在短暂的时间周期中闭合，而后该时间周期越来越长。随着制动力矩的产生，就防止在断电时一个控制元件在没有控制的情况下击回并且造成损坏。两个任意的电桥开关a、b、c的成对闭合通过接收一个脉冲宽度调制的控制信号的晶体管进行。

在图3中示出直流电机46的永久磁体转子54的六个位置。所述转子54在这里有四个相同大小的磁性整流子片，交替着按一个北极N和一个南极S进行布置。所述六个转子位置是一个整流周期，其中对定子线圈A、B和C成对地用+和-进行通电。通电按程控方式进行并且通过所述定子44转换一个旋转磁场，该旋转磁场就“拖着”具有一个超前的旋转场的转子54的永久磁体。所述三个定子线圈A、B、C的电枢52在转子54的内壳的一部分范围内以锚状延伸。

用角表示转子54相对于零点的机械位置。从左往右是15°、45°、75°、105°、135°和165°。

在图4中示出各个定子线圈A、B、C在转矩上的份额，换句话说示出在转子位置和作用在转子54上的转矩之间的关系。所述转子54的机械角度(图3)以垂直线示出。这些线也对应相应机械角度在横坐标上的电位置2：30°、90°、150°、210°、270°和330°。

为方便图示，这里示出一个四极直流电机46(图2、3)，而不是在实践中普遍使用的十二极电机，因为用一种尽可能简单的电机可以更好地示出其中的关系。十二极电机的转速比四极电机慢三倍，此外就不存在任何显著差别。

在转矩图M中，示出定子线圈A、B和C在总转矩M_T上的各个份额。这些定子线圈中的每一个以一个正弦状转矩作用于所述转子。因为每个定子线圈在60°过程中，在交零两侧的30°过程中断开，所以在那里没有这种转矩份额。在总转矩M_T的波形形状中表明了这一点。在正弦状转矩M_B交零56处，仅仅通过定子线圈A和C进行通电，在该交零56处达到一个稳定的位置。相应的情况适用于定子线圈A和C的转矩。下面也用56表示转矩M_A、M_B和M_C的交零。

在转矩曲线M下面，还在相应机械角度及电角度2位置中示出其它的参数：

-BEMF。各个定子线圈A、B、C的曲线BEMF-A、BEMF-B和BEMF-C按正弦状延伸。在高欧姆的整流间隙L的范围内(图5)，在交零也就是在正弦曲线与零线S交点的±30°范围内，曲线以实线示出。

-ZERO。在＝15°、45°、75°、105°、135°和165°时，触发一个ZERO-脉冲18，也就是说记录BEMF-比较器12(图1)的一个有效的交零。在交零之间的角度用PER表示。

-NEXT。同样用针形脉冲示出触发整流交变的时刻的NEXT-脉冲22。这些NEXT-脉冲22相对于ZERO-脉冲18在时间上错位了一个角度DEL＝PER/2。在这里，针形脉冲的持续时间在ZERO和NEXT上为52微秒(μsec)。

-CYNO。最后在CYNO下面示出周期计数器24(图1)从0到5的计数器状态，换句话说表明，在相关的时在直流电机上有待进行何种整流。

在图5中示出具有高欧姆整流间隙L的相电压DRA、DRB和DRC与这里的电角度2＝60°的关系。在这些高欧姆整流间隙L中，在低转速情况下在整流间隙结束时，并且在高转速情况下在通电阶段结束时，所述BEMF-比较器12(图1)对所述相电压进行分析。所述BEMF-比较器阈值58按所期望的交零的极性紧紧围绕着V_S设置在零线S上方或下方。这提高了信号噪声比并且提供可靠的ZERO-脉冲18，这主要在低转速时带来改进效果。在一个高欧姆整流间隙L的开始，分别产生一个回程脉冲64。一个由所述BEMF-比较器12正确探测到的交零产生一个正SCMP-脉冲波前。该SCMP(SCMP＝同步比较器)随着H-电桥的整流而复位。所提到的脉冲波前产生这里为52微秒宽的ZERO-脉冲18。在所述ZERO-脉冲18之间的间距是“十位字”PER。该“十位字”PER与转速成反比。PER/2产生所述DEL(DEL＝迟延)。在两个ZERO-脉冲18之间进行整流。CYNO是0、1、2、3、4、5-周期计数器的数值并且表明，在所述直流电机上将要进行何种整流。一个整流周期f相当于1/整流频率。

图6示出一种突然制动，又被称为闭锁制动或张蹄式制动(Knebel-Bremsung)。转子54的位置相当于按图3的左边一半。在一个30°的机械角度上，通过一个强烈的电流脉冲65产生一个由此而生的加强的转矩-B+A，这通过一条下降的虚线66示出。所述转子停止，且立即见效。停止点稳定在2±180°电角度范围内，也就是±90°机械角度范围内。所述转子在该范围内再次返回到所述预先设定的停止点。这种制动方法非常可靠。所述总转矩T_M急剧下降。

所述计数器数值CYNO首先从x+0上升到x+1，但在所述电流脉冲之后再次下降到x+0。与通过一根杆对一部带有辐条轮的车辆进行的制动相类似，将按照图6的制动过程称为“张蹄式制动”。

按照图6，在整流时刻代替下一个相位再次激活最后一个相位，因为所述最后一个相位在该时刻准确地具有一个转矩-交零。

按照图6的以PWM＝0进行的制动方法对直流电机来说是一种简单的停机方法，但有以下缺点，即在很低的转速下所述制动力矩同样下降。所述强烈的附加电流脉冲65必须在正确的时刻发生，而由于电机位置很难预先设定，这一点并非易事。因此优选将转速下调到350到400rpm(每分钟转数)，随后产生所述电流脉冲65，它立即将所述转子锁止。由此再也不会错过所述电流脉冲的正确时刻。

在图7中根据一个制动-停止-启动周期示出另一种用于制动直流电机的方法。箭头68表示正常运行流程。在启动制动过程时，在数字块40中的状态控制(状态机)借助于所述电机控制装置30的ROT-信号42的一个下降脉冲波前43通过PWM-节拍发生器34(图1)表明，所述直流电机应该停机，这一点用一个PWM-信号36实现。由此将所述PWM置于0，也就是说H-电桥现在使定子线圈短路，从而使所述直流电机制动。

但该电机继续根据所述BEMF-分析进行整流，转子位置因此仍然保持已知状态，箭头70、72示出了这一点。一旦速度控制装置28根据所述PER-信号26发现，转速低于现在的400rpm(每分钟转数)这个数值，那就启动所述的由箭头74、76表征的停机方法。所述电机控制装置30并不转换到下一个整流状态，而是转换到最后一个整流状态，同时以一个PWM＝80给相应的定子线圈通电100毫秒。由此所述电机立即停机。其中，所述计数器数值CYNO被复位，复位幅度为1。在利用夹持在轮子的辐条中的锁紧柄进行快速停止后，在一个停机阶段，PWM减少到15或0。所述转子的重新启动由所述ROT-信号42的上升脉冲波前进行触发，通过箭头78产生一个NEXT-脉冲22，并且将定子线圈从无电流的或止动的PWM-电路提高到127。在启动后，根据BEMF-分析进行正常整流。

图8示出在比如一个空气活门止动时，直流电机在实际运行中的性能。在横坐标上绘出时间t₁，在纵坐标上从左到右绘出转速v、电机电流A_M和转矩Θ。

转速曲线v首先平行于横坐标延伸，转速是恒定的。为启动制动过程(箭头81)提高电机电流A，直至达到电流极限A_M(箭头83)，在稍许延迟一点时间后所述转矩Θ同样上升。当活门碰到止挡处时，则启动制动过程(箭头81)。如图7所示，PWM设置为0，所述H-电桥使定子线圈短路。同样在所述活门碰到止挡后，所述直流电机继续运转，它在碰到止挡80前停机，在这时无法测量任何交零，转子的位置因而失去。在所述直流电机在顶点82处停机后，该直流电机由于急剧减速的张紧的传动机构的弹性而向后转动，直到所述活门以剩余的碰撞压力止动在止挡上。可以用特殊措施再次检测转子位置，如果该减速传动机构停止在受控制的制动86(“脚止动(Kickbrake)”)范围内的点84中。如果该减速传动机构越过其自我制动往回转动，那活门的压紧力就失去。在达到顶点82之后，所述直流电机进行短暂的反向加速，以便可以发出BEMF-信号13(图1)并且调节一个指定的保持电流。逻辑电路重新知道转子位置。现在一旦转速比如降到400或500rpm以下，该转子可以受控制地以PWM＝0进行制动。所述直流电机的短暂回转仅仅在最小程度上减少空气活门的压紧力，因为为此仅仅需要电机转上少许几圈。

所述电机电流A_M在受控制的制动86(“脚制动”)的范围内上升，这被称为助推(Boost)-电机电流上升88，并且而后下降到一个较低的水平A_M2上，该水平在这里约为额定电流的20％到30％。所述下降的电机电流A_M2在空气活门的止动阶段以一个很小的PWM进行运转。

所述转矩Θ在使用受控制的制动86(“脚制动”)之前一直上升，达到一个最大的顶点89，并且在定位制动86的过程中下降到止动位置中的所述恒定转矩，即止动转矩Θ_H。止动力的动态份额用d表示。

在图9中，绘出转速v和转矩Θ与时间t的关系。与图8相反，这里没有保持止动转矩Θ_H，所述减速传动机构在所述用直流电机驱动的空气活门非制动的碰撞之后完全卸荷。在空气活门碰撞80时，所述直流电机由于减速传动机构的弹性继续运转，直至达到所述顶点82。由于弹性，电机回转并且达到停机状态90。紧接在活门的止挡(区域80)之后，所述直流电机会短路几秒钟t_R。这在卸荷时(减速传动机构回转)起机械缓冲作用。换句话说，在低转速时所述减速传动机构不受阻碍地运转，在较高转速时流进一个使所述电机制动的短路电流。

如果转速v在这里低于200rpm，那就不再产生任何BEMF-信号，整流位置丢失。在停机位置90之后，所述直流电机进行短暂反向加速并且而后在受控制的情况下制动。现在按调节情况，在电机中加入一个转矩或者无电流接通电机电流。该电机现在以已知的整流位置处于停机位置中，如用箭头94所表示。这最后一个步骤被称为返回脉冲96(reverse kick)。

随着按照图10的功能“助推”的接通，所述直流电机46(图2)在启动时得到更多转矩。这使其即使在困难条件下也能启动。为此，只要ASIC(特定用途集成电路)处于启动(STARTUP)中，那么电流极限就上升了10％到50％，这里是上升了20％。STARTUP-信号100表明，数字块40(图1)中的电机控制逻辑电路是否处于启动中或者处于稳定调节的运行中。一旦探测到三个BEMF-交零ZERO-脉冲18，那在启动时所述电机加速。在结速STARTUP-过程之后，转速调节器28(图1)接收所述电机，并且将其调节到所要求的额定值。尽管按照图10激活了助推功能，但无法立即使该电机一下子如此快速地进行加速，从而可以产生ZERO-信号18。这种失灵的原因可能是负荷太高或者也可能是电机不幸停机。所述START-算法现在在预先设定的数目的暂停时间98过去之后本身产生NEXT-脉冲22。在三个ZERO-信号18之后，该STARTUP-信号100趋向于LO(低)，并且所述周期计数器24(图1)接受该电机。而按时间t绘出的电流极限则在图10的下部分中示出。在接通周期计数器24时，在区域102中120％的电流极限助推L_B下降到100％的标准模式104的电流极限L_N。如果探测出三个ZERO-脉冲18，也就是说达到了大约200rpm的转速，那就切断助推和STARTUP。

图11示出一种直流电机46，该直流电机46具有一个十二极(6m)的带有六个(3n)磁性极偶北极N和南极S的转子54。定子44包括九个分别带有三个定子线圈A、B和C的定子极52或电枢，也就是说n＝3和m＝6。所述永久磁体-转子54借助于一个支承在一块底板106中的具有一个杯状外转子的驱动轴得到固定。

图12示出一个执行机构112，它具有一个处于HLK-管子116中的可回转活门形式的控制元件114。直流电机46借助于一个急剧减速的减速传动机构118使该活门回转。

图13示出一个构造为弹簧驱动机构的执行机构112。在直流电机46和所述控制元件114之间布置了一个传动机构118’、118”，一个螺旋弹簧120对该传动机构118’、118”作了补充。一个第一减速传动机构118’急剧减速，一个第二减速传动机构118”仅仅较少减速。弹簧120已预紧，它在断电时使所述活门状的控制元件114闭合。通过按图2所述的措施防止闭合太快，两个定子线圈按在图2中所示方式针对大地进行短路。

执行机构112、直流电机46、传动机构118或118’、118”、螺旋弹簧120和控制元件114的所有单个零件彼此进行刚性连接。

如果活门状的控制元件114抵靠着止动凸轮112，那就达到其最终位置，即ZU位置。

Claims (22)

1.用于触发无刷直流电机(46)的方法，该直流电机(46)包括一个定子(44)和一个转子(54)，该直流电机(46)致动一种用于活门或阀门的执行机构的急剧减速的减速传动机构，以用于尤其在加热-通风-空气调节(HLK)、防火和室内保护这种领域内对气体体积流量或液体体积流量进行调节，其特征在于，流入定子线圈(A、B、C)的电流在未安装位置传感器的情况下按程控方式进行整流。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，用BEMF-比较器(12)对相电压(DRA、DRB、DRC)的交零极性进行检查，将每次极性交变对应于一个转子位置，并且确定下一次整流。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，探测三个相电压(DRA、DRB、DRC)的有效交零，并且所产生的BEMF-信号(13)控制在所述三个相电压(DRA、DRB、DRC)之间的切换。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，借助于一个ZERO-探测器(14)识别出所述有效交零(56)，并且产生ZERO-脉冲(18)。

5.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，从在有效交零时产生ZERO-脉冲(18)的BEMF-信号(13)中由一个周期调节器(20)计算出下一个整流时刻，并且发出一个相应的控制信号，一个NEXT-脉冲(22)。

6.按权利要求2到5中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述BEMF-比较器(12)检测出所述转子(54)的转动方向，方法是BEMF-比较器阈值(58)按所预计的交零极性紧靠相电压(DRA、DRB、DRC)零线(S)的上方或下方设置。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，在低转速情况下优选在整流间隙结束时并且在高转速情况下在负PWM-相位结束时，检测出在相电压(DRA、DRB、DRC)的高欧姆整流间隙(L)中的转子(54)转动方向。

8.按权利要求1到7中任一项所述的方法，其特征在于，所述直流电机(46)在启动时使输出极整流，并且为一次加速启动提高输出极的电流极限(102)，优选提高10％到50％，尤其提高大约20％，直至达到有效的BEMF-信号，据此将下一个相位的整流设置在两次交零之间。

9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，在对第一输出极的一次无效通电之后，一个逻辑电路一步一步地对相应下一个输出极的通电进行整流，直至达到一个对转子(54)来说有效的启动位置。

10.按权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述转子(54)在第一次整流之后在没有识别出相电压交零的情况下以其共振频率在中性位置中摆动，并且通过这些交零达到有效的BEMF-信号。

11.按权利要求1到10中任一项所述的方法，其特征在于，所述逻辑电路根据BEMF-信号(13)的错误极性识别出转子(54)的错误转动方向，并且通过将周期计数器(24)的计数器状态提高两步来进行校正。

12.按权利要求1到11中任一项所述的方法，其特征在于，所述转子(54)在一个第一步骤中为制动和停机首先通过短路在继续整流的情况下无电流接通所有定子线圈(A、B、C)，在达到一个预先设定的优选最高约每分钟400转(rpm)的阈值之后在一个第二步骤中用一个导致锁止的急剧上升的电流脉冲(65)从下一个整流状态转换到最后一个整流状态，并且在一个第三步骤中通过短路再次无电流接通所述转子(54)的定子线圈(A、B、C)或者用很低的脉冲宽度调制(PWM)制动。

13.按权利要求12所述的方法，其特征在于，所述转子(54)在第一步骤中主动切换为反向方向。

14.按权利要求12或13所述的方法，其特征在于，为通过所述减速传动机构在所述活门或阀门的止动位置中达到并保持一个很高的压紧力，所述通过止挡而停机的直流电机(46)由于转子惯性转矩还要在不受控制的情况下继续转动几圈，借助于BEMF-信号(13)通过一次紧接着的短暂的反向加速识别出转子位置，并且所述转子(54)在受控制的情况下制动并停止。

15.按权利要求14所述的方法，其特征在于，只有在所述减速传动机构卸荷后才进行所述反向加速。

16.按权利要求1到15中任一项所述的方法，其特征在于，以可调用的方式保存所述过程算法。

17.按权利要求1到16中任一项所述的方法，其特征在于，一个电子装置对直流电机(46)的转子(54)的转数进行计数，其中优选检测每次电机整流，并且输送给一个具有特殊的算法的计数器。

18.按权利要求17所述的方法，其特征在于，用于启动和停止的算法使得低于大约200rpm的电机转速快速地并且在没有计数错误的情况下连续通过。

19.按权利要求1到18中任一项所述的用于一种具有一个预张紧的弹簧(120)尤其是一个螺旋弹簧(120)的执行机构的方法，其特征在于，在断电时，如果转速低于转子(54)的一个可调节的极限转速，一个接线组(50)的三个可个别动作的电桥开关(a、b、c)中的其中两个使所述直流电机(46)的三个定子线圈(A、B、C)中的其中两个针对大地短路。

20.按权利要求19所述的方法，其特征在于，一个电桥开关对(a和b、a和c、b和c)通过一个脉冲宽度调制的控制信号由所配设的晶体管致动，优选以不断加长的时间间隔进行致动。

21.用于实施按权利要求1到20中任一项所述的方法的无位置传感器的无刷直流电机(56)，其特征在于，它包括一个具有三个在3n个定子极(52)上延伸的定子线圈(A、B、C)的定子(44)和一个具有2m个极性交变(N、S)的永久磁体整流子片、一个同轴杯状外转子(110)及一个同轴驱动轴(108)的环状永久磁体-转子(54)，其中n和m为整数的彼此独立的乘数因子1、2、3、4……。

22.按权利要求21所述的直流电机(46)，其特征在于，n＝1且m＝1，或者n＝3且m＝6。

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