Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betrieb
eines elektronisch kommutierten Motors (ECM), der einen permanentmagnetischen
Rotor hat.The
The invention relates to a method and an arrangement for operation
an electronically commutated motor (ECM), which is a permanent magnetic
Rotor has.
Wenn
ein solcher ECM bei verschiedenen Temperaturen mit demselben konstanten
Strom arbeitet, ändert
sich – abhängig von
der Temperatur des Rotormagneten – das vom Motor erzeugte Drehmoment.
Hierbei sind abhängig
vom Temperaturbereich, in dem der Motor arbeiten muss, in Abhängigkeit
von der Magnettemperatur Änderungen
des Drehmoments bis zu 44 % möglich,
d.h. dass bei einem konstanten Motorstrom das erzeugte Drehmoment
bei einer Magnettemperatur von +180° C um 44 % kleiner ist als bei
einer Magnettemperatur von –40° C. Um derartig
großen Änderungen
des Drehmoments entgegen zu wirken, ist eine geeignete Temperaturkompensation
zweckmäßig. Hierzu
muss die augenblickliche Temperatur des Rotormagneten – direkt
oder indirekt – bekannt
sein, um in Abhängigkeit von
ihr das Drehmoment entsprechend anzupassen.If
such an ECM at different temperatures with the same constant
Electricity works, changes
yourself - depending on
the temperature of the rotor magnet - the torque generated by the motor.
Here are dependent
from the temperature range in which the engine must work, depending on
from the magnet temperature changes
Torque up to 44% possible,
i.e. that at a constant motor current the torque generated
at a magnet temperature of + 180 ° C is 44% smaller than at
a magnet temperature of -40 ° C. To such
big changes
counteracting the torque is a suitable temperature compensation
appropriate. For this
must be the instantaneous temperature of the rotor magnet - directly
or indirectly - known
be dependent on
to adjust the torque accordingly.
Es
ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zum
Betrieb eines elektronisch kommutierten Motors, und einen Motor
zur Durchführung
eines solchen Verfahrens, bereit zu stellen.It
is therefore an object of the invention, a new method for
Operation of an electronically commutated motor, and a motor
to carry out
of such a procedure, to provide.
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Der Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass eine direkte Messung der Magnettemperatur besonders
bei kleineren Motoren zu teuer wäre,
da man hierzu einen speziellen Temperatursensor benötigt, welcher
den Bereich der im Betrieb vorkommenden Magnettemperaturen abdeckt und
der über
eine elektrische Verbindung innerhalb des Motors mit einer entsprechenden
elektronischen Vorrichtung verbunden sein muss. Die Erfindung geht
deshalb von der Überlegung
aus, dass die Magnettemperatur eines elektronisch kommutierten Motors
unter Verwendung eines Motorparameters ermittelt wird, dessen Wert
sich abhängig
von der Magnettemperatur ändert.
Aus dem Wert dieses Parameters kann man dann auf die Magnettemperatur
zurück schließen, so
dass man keine direkte Messung der Magnettemperatur (mittels eines
Temperatursensors) benötigt.
Die Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Motorentyp beschränkt, sondern
eignet sich für
viele Bauarten von Motoren, z.B. Motoren mit einem Statorwicklungsstrang,
zwei Strängen,
drei Strängen
etc., und einer beliebigen Zahl von Rotorpolen. Sie eignet sich
ebenso für
Innenläufermotoren wie
für Außenläufermotoren.These
Task is solved
by a method according to claim 1. The invention is the discovery
based on that a direct measurement of the magnet temperature especially
would be too expensive for smaller engines,
because you need a special temperature sensor, which
covers the range of magnet temperatures occurring during operation and
the over
an electrical connection within the engine with a corresponding
electronic device must be connected. The invention works
therefore from the consideration
from that the magnet temperature of an electronically commutated motor
is determined using a motor parameter whose value
dependent
changes from the magnet temperature.
From the value of this parameter, one can then access the magnet temperature
close back, so
that no direct measurement of the magnet temperature (by means of a
Temperature sensor) is needed.
The invention is not limited to a particular type of engine, but
is suitable for
many types of motors, e.g. Motors with a stator winding strand,
two strands,
three strands
etc., and any number of rotor poles. It is suitable
as well for
Internal rotor motors such as
for external rotor motors.
Beim
Verfahren nach Anspruch 1 wird die Energiezufuhr zu den Statorsträngen des
ECM kurzzeitig unterbrochen. Nach Abklingen des Motorstroms, d.h.
wenn der Motor im Wesentlichen stromlos geworden ist und der Rotor
sich weiterhin dreht, wird ein Spannungswert für die Spannung ermittelt, welche
durch den Rotormagneten in wenigstens einem Statorstrang induziert
wird. Ferner wird bei Bedarf ein Wert ermittelt, welcher für die Drehzahl
des Motors kennzeichnend ist. Das kann z.B. die Drehzahl selbst
sein, oder die Zeit, die der Rotor für das Durchlaufen eines vorgegebenen
Drehwinkels benötigt,
oder bei einem drehzahlgeregelten Motor der dem Drehzahlregler vorgegebene
Drehzahl-Sollwert. Aus diesem ermittelten Spannungswert und dem Drehzahlwert
kann man dann auf die Temperatur des Rotormagneten schließen und
einen entsprechenden Zahlenwert erhalten, sofern dieser bei der
Rechnung überhaupt
notwendig ist.At the
Method according to claim 1, the energy supply to the stator strands of
ECM briefly interrupted. After decay of the motor current, i.
when the engine has become substantially de-energized and the rotor
continues to rotate, a voltage value is determined for the voltage, which
induced by the rotor magnet in at least one stator strand
becomes. Further, if necessary, a value is determined, which for the speed
of the engine is characteristic. This can e.g. the speed itself
be, or the time that the rotor passes for a given
Rotation angle needed,
or in a variable-speed motor, the speed controller predetermined
Speed setpoint. From this determined voltage value and the speed value
can one then close on the temperature of the rotor magnet and
receive a corresponding numerical value, provided this at the
Bill at all
necessary is.
Somit
kann man auf eine direkte Messung der Magnettemperatur mittels eines
speziellen Temperaturmessgliedes verzichten. Die Bestimmung des temperaturabhängigen Motorparameters
erfolgt während
des Betriebs des ECM, z.B. in vorgegebenen zeitlichen Abständen, je
nach der Art des Antriebs.Consequently
can one on a direct measurement of the magnet temperature by means of a
dispense with special temperature measuring element. The determination of the temperature-dependent engine parameter
takes place during
the operation of the ECM, e.g. at predetermined intervals, depending
according to the type of drive.
Eine
bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand
des Anspruchs 6. Dementsprechend wird der Motorstrom des ECM in
Abhängigkeit
von der ermittelten Magnettemperatur beeinflusst. Dies ermöglicht es,
das vom Motor erzeugte Drehmoment unabhängig von der Magnettemperatur
im Wesentlichen konstant zu halten, und dies gilt auch bei Serienschwankungen
innerhalb einer Serie von Motoren, denn innerhalb einer Serie können durch
Schwankungen beim Fabrikationsprozess Magnete mit unterschiedlichen
magnetischen Eigenschaften verwendet werden, und auch diese Schwankungen
können
mit Hilfe der Erfindung sozusagen "weggeregelt" werden, so dass der Käufer ein
uniformes Produkt erhält,
bei dem gewisse Motorwerte garantiert werden können. Dies ist z.B. dann wichtig,
wenn ein solcher Motor dazu verwendet wird, den Schieber eines Ventils
anzutreiben, so dass dieses Ventil mit einem Drehmoment geschlossen
werden kann, das unabhängig
von der Umgebungstemperatur ist. Dies ist besonders in arktischen
Gebieten von großem
Vorteil. Jedoch kann auch – abhängig von
der Temperatur – ein
bestimmter Verlauf des Drehmoments abhängig von der Temperatur vorgegeben
werden.A
preferred development of the method according to the invention is the subject
of claim 6. Accordingly, the motor current of the ECM in
dependence
influenced by the determined magnet temperature. This makes it possible
the torque generated by the motor regardless of the magnet temperature
essentially constant, and this also applies to series fluctuations
within a series of motors, because within a series can through
Fluctuations in the manufacturing process magnets with different
magnetic properties are used, and also these variations
can
with the help of the invention, so to speak, "weggeregelt" so that the buyer
receives uniform product,
in which certain engine values can be guaranteed. This is e.g. then important
when such a motor is used, the slide of a valve
drive, so this valve is closed with a torque
that can be independent
from the ambient temperature. This is especially true in Arctic
Areas of great
Advantage. However, too - depending on
the temperature - a
specified course of the torque depending on the temperature
become.
Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand
des Anspruchs 7. Bei einem ECM mit drei Statorsträngen, also
einem so genannten dreiphasigen Motor, verwendet man häufig als
Endstufe eine Vollbrückenschaltung.
Diese hat drei Halbleiter-Serienschaltungen mit jeweils einem oberen
und einem unteren Halbleiterschalter. Für die Messung werden die Halbleiterschalter
der Endstufe so gesteuert, dass die Energiezufuhr zum Motor unterbrochen
wird. Anschließend,
wenn der Motorstrom abgeklungen ist, wird ein erster unterer Halbleiterschalter
einer ersten Serienschaltung, welche mit einem ersten Wicklungsanschluss
verbunden ist, leitend geschaltet, und an einem zweiten Wicklungsanschluss,
welcher über
einen Statorstrang mit dem ersten Wicklungsanschluss verbunden ist,
wird die in diesem Statorstrang induzierte Spannung erfasst.A particularly preferred development of the invention is the subject of claim 7. In an ECM with three stator strings, so called a three-phase motor, one often uses a full bridge circuit as the output stage. This has three semiconductor series circuits each having an upper and a lower semiconductor switch. For the measurement, the semiconductor switches of the power amplifier are controlled so that the power supply to the motor un is broken. Subsequently, when the motor current has decayed, a first lower semiconductor switch of a first series circuit connected to a first winding terminal is turned on, and at a second winding terminal connected via a stator strand to the first winding terminal becomes the one in this stator string detected induced voltage.
Falls
benötigt,
kann der zugehörige
Drehzahlwert sehr einfach unter Verwendung von Rotorstellungssignalen
eines Rotorstellungssensors ermittelt werden, der diesem Motor zugeordnet
ist.If
needed
can the associated
Speed value very easy using rotor position signals
a rotor position sensor assigned to this engine
is.
Somit
kann ein erfindungsgemäßes Verfahren
mit einfachen und in gängigen
ECMs zumindest teilweise bereits vorhandenen Bauteilen durchgeführt werden.
Dies ermöglicht
eine kostengünstige Realisierung.Consequently
may be a method according to the invention
with simple and in common
ECMs at least partially already existing components are performed.
this makes possible
a cost-effective realization.
Eine
weitere bevorzugte Weiterbildung ist Gegenstand des Anspruchs 30.
Hierbei wird als temperaturabhängiger
Motorparameter die so genannte Motorkonstante ke,
oder ein zu ihr proportionaler Wert, bestimmt, welcher die Spannung
beschreibt, die in einem Statorstrang des Motors bei einer bestimmten
Normdrehzahl induziert wird. Mit steigender Magnettemperatur des
Rotormagneten sinkt der Wert dieser Motorkonstanten. Somit kann
aus ihrem Wert unmittelbar auf die Magnettemperatur geschlossen
werden, und aus ihrem Wert kann man auch auf Abweichungen eines
Motors vom Durchschnitt einer Motorserie schließen und diese Abweichungen
dann elektronisch kompensieren.A further preferred embodiment is the subject matter of claim 30. Here, the so-called motor constant k e , or a value proportional to it, is determined as a temperature-dependent engine parameter, which describes the voltage which is induced in a stator train of the engine at a specific standard speed. With increasing magnet temperature of the rotor magnet, the value of this motor constant decreases. Thus, from its value can be directly concluded on the magnet temperature, and from its value can also close on deviations of a motor from the average of a series of motors and then compensate for these deviations electronically.
Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten,
in keiner Weise als Einschränkung
der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus
den übrigen
Unteransprüchen.
Es zeigt:Further
Details and advantageous developments of the invention result
from those described below and illustrated in the drawings,
in no way as a limitation
the invention to be understood embodiments, and from
the rest
Dependent claims.
It shows:
1 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Bestimmung eines temperaturabhängigen Motorparameters
für einen
ECM gemäß der Erfindung, 1 1 is a block diagram of a device for determining a temperature-dependent engine parameter for an ECM according to the invention;
2 ein
Schaltbild einer Vorrichtung zur Bestimmung eines temperaturabhängigen Motorparameters
für einen
ECM gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, 2 1 is a circuit diagram of a device for determining a temperature-dependent engine parameter for an ECM according to an embodiment of the invention,
3 ein
Schaltbild einer Signalaufbereitungseinrichtung für ein Steuersignal
für einen
unteren Halbleiterschalter in einer Endstufe gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, 3 1 is a circuit diagram of a signal conditioning device for a control signal for a lower semiconductor switch in an output stage according to an embodiment of the invention,
4 ein
Schaltbild einer Signalaufbereitungseinrichtung für ein Steuersignal
für einen
oberen Halbleiterschalter in einer Endstufe gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, 4 1 is a circuit diagram of a signal conditioning device for a control signal for an upper semiconductor switch in an output stage according to an embodiment of the invention,
5 ein
Schaltbild einer Signalaufbereitungseinrichtung für eine in
einen Statorstrang induzierte Spannung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, 5 2 is a circuit diagram of a signal conditioning device for a voltage induced in a stator string according to an embodiment of the invention,
6 ein
vereinfachtes Schaltbild eines Messgliedes zur Messung einer in
einen Statorstrang induzierten Spannung gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung, 6 5 is a simplified circuit diagram of a measuring element for measuring a voltage induced in a stator string according to an embodiment of the invention,
7 ein
Oszillogramm einer während
einer Messperiode in einem Statorstrang induzierten Spannung bei
einer Ausführungsform
der Erfindung, 7 an oscillogram of a voltage induced in a stator strand during a measuring period in an embodiment of the invention,
8 ein
Oszillogramm mit einer während mehreren
aufeinander folgenden Messperioden in einem Statorstrang induzierten
Spannung bei einer Ausführungsform
der Erfindung, 8th an oscillogram with a voltage induced in a stator strand during several consecutive measuring periods in an embodiment of the invention,
9 ein
Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung
eines temperaturabhängigen
Motorparameters gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, 9 a flowchart of a method according to the invention for determining a temperature-dependent engine parameter according to an embodiment of the invention,
10 ein
Flussdiagramm, welches die Erfassung der induzierten Spannung bei
der in 11 dargestellten Anordnung zeigt, 10 a flow chart showing the detection of the induced voltage at the in 11 shown arrangement shows
11 eine
vereinfachte Schaltung zur Erfassung der Spannung, welche durch
die Drehung des Rotors 208 im Statorstrang 206 induziert
wird, während
der Motor stromlos ist, 11 a simplified circuit for detecting the voltage caused by the rotation of the rotor 208 in the stator train 206 is induced while the engine is de-energized,
12 ein
Schaubild, welches den Zusammenhang zwischen der Drehzahl omega
(ω) und
der induzierten Spannung UIND bei einem
bestimmten Motor und einer bestimmten Motortemperatur zeigt, 12 a diagram showing the relationship between the rotational speed omega (ω) and the induced voltage U IND at a specific engine and a specific engine temperature,
13 ein
Schaubild analog 12, welches den Zusammenhang
zwischen Drehzahl und induzierter Spannung für denselben Motor bei den Temperaturen –20° C, +20° C und +60° C zeigt;
man sieht, dass mit zunehmender Motortemperatur bei einer vorgegebenen
Drehzahl die induzierte Spannung abnimmt, 13 a diagram analog 12 showing the relationship between speed and induced voltage for the same motor at temperatures -20 ° C, + 20 ° C and + 60 ° C; it can be seen that with increasing engine temperature at a given speed the induced voltage decreases,
14 ein
Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen Motorstrom I und Drehmoment
T für denselben
Motor, aber bei unterschiedlichen Temperaturen, zeigt, und 14 a diagram showing the relationship between motor current I and torque T for the same engine, but at different temperatures, and
15 ein
Flussdiagramm, welches dafür ausgelegt
ist, einen bestimmten Motor durch elektronische Maßnahmen
in die Lage zu versetzen, unabhängig
von der Motortemperatur für
einen vorgegebenen Motorstrom Is ein Drehmoment
vorgegebener Größe zu erzeugen. 15 a flow chart which is designed to enable a particular engine by electronic means to generate a torque of predetermined size regardless of the engine temperature for a given motor current I s .
1 zeigt
ein Blockdiagramm, welches die prinzipielle Funktionsweise einer
Vorrichtung 100 zum Betrieb eines ECM 120 gemäß der vorliegenden Erfindung
illustriert. Die Vorrichtung 100 ist zur Ermittlung eines
temperaturabhängigen
Motorparameters des ECM 120 ausgebildet, welcher zur Bestimmung
der Magnettemperatur des ECM 120 verwendet werden kann.
In Abhängigkeit
von der Magnettemperatur kann das Drehmoment des ECM 120 geregelt
werden, um aufgrund von Variationen in der Magnettemperatur auftretende
Drehmomentschwankungen zu kompensieren. 1 shows a block diagram showing the basic operation of a device 100 to operate an ECM 120 illustrated in accordance with the present invention. The device 100 is for determining a temperature-dependent engine parameter of the ECM 120 which is used to determine the magnet temperature of the ECM 120 can be used. Depending on the magnet temperature, the torque of the ECM 120 be controlled to compensate for torque fluctuations due to variations in the magnet temperature.
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung 100 einen ECM 120 mit
einer Rotor-Stator-Anordnung 124 mit einem Rotor und mindestens
einem Statorstrang. Dem ECM 120 ist eine Endstufe 122 zur
Beeinflussung des Motorstroms in dem mindestens einen Statorstrang
zugeordnet. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Steuerung 130 (Controller),
welche mit dem ECM 120 verbunden ist. Die Steuerung 130 umfasst eine
Kommutierungssteuerung 132 (COMMUT) und ist eingangsseitig
mit mindestens einem Rotorstellungssensor 140 (Rotor Position
Sensor) verbunden, welcher dem ECM 120 zugeordnet ist.
Die Kommutierungssteuerung 132 erzeugt Kommutierungssignale
für die
Endstufe 122 (Driver Stage) des ECM 120 in Abhängigkeit
von Rotorstellungssignalen, welche von dem Rotorstellungssensor 140 erzeugt
werden. Die Endstufe 122 ist ausgangsseitig über ein Strommessglied 150 (MEAS_I)
zur Messung des Motorstroms mit der Steuerung 130 verbunden.
Eingangsseitig ist die Steuerung 130 mit einem Spannungsmessglied 110 (MEAS_U)
zur Messung einer in dem mindestens einen Statorstrang induzierten Spannung
verbunden. In bevorzugter Weise ist die Steuerung 130 dazu
ausgebildet, die von der Kommutierungssteuerung 132 bereit
gestellten Kommutierungssignale für die Endstufe 122 des
ECM 120 abhängig
von der Magnettemperatur des Rotors der Anordnung 124 zu
beeinflussen.According to one embodiment of the present invention, the device comprises 100 an ECM 120 with a rotor-stator arrangement 124 with a rotor and at least one stator strand. The ECM 120 is a power amp 122 associated with influencing the motor current in the at least one stator strand. The device 100 includes a controller 130 (Controller), which with the ECM 120 connected is. The control 130 includes a commutation control 132 (COMMUT) and is input side with at least one rotor position sensor 140 (Rotor Position Sensor) connected to the ECM 120 assigned. The commutation control 132 generates commutation signals for the power amplifier 122 (Driver Stage) of the ECM 120 in response to rotor position signals coming from the rotor position sensor 140 be generated. The final stage 122 On the output side is a current measuring element 150 (MEAS_I) for measuring the motor current with the controller 130 connected. On the input side is the controller 130 with a voltage measuring element 110 (MEAS_U) for measuring a voltage induced in the at least one stator string. Preferably, the controller 130 trained to that of the commutation control 132 provided commutation signals for the power amplifier 122 of the ECM 120 depending on the magnet temperature of the rotor of the arrangement 124 to influence.
Im
Betrieb der Vorrichtung 100 wird dem mindestens einen Statorstrang
der Anordnung 124 des ECM 120 eine Versorgungsspannung
zugeführt,
welche der ECM 120 in Drehungen des Rotors mit einer bestimmten
Drehzahl umsetzt. Hierbei werden die durch den mindestens einen
Statorstrang fließenden Ströme durch
Kommutierungssignale von der Kommutierungssteuerung 132 gesteuert.In operation of the device 100 becomes the at least one stator of the arrangement 124 of the ECM 120 a supply voltage supplied to the ECM 120 in rotations of the rotor at a certain speed converts. In this case, the currents flowing through the at least one stator strand are produced by commutation signals from the commutation control 132 controlled.
Zur
Bestimmung des temperaturabhängigen Motorparameters
wird die Endstufe 122 ausgeschaltet, damit der mindestens
eine Statorstrang der Anordnung 124 in den stromlosen Zustand übergeht,
da die in dem Statorstrang induzierte Spannung nur im stromlosen
Zustand messbar ist. Wie in 1 dargestellt,
kann hierbei der Motorstrom I nach dem Ausschalten der Endstufe 122 mit
dem Strommessglied 150 gemessen werden, um den Zeitpunkt
des Übergangs
in den stromlosen Zustand zu bestimmen.The output stage is used to determine the temperature-dependent motor parameter 122 switched off, so that at least one stator of the arrangement 124 goes into the de-energized state, since the voltage induced in the stator can be measured only in the de-energized state. As in 1 shown, in this case the motor current I after switching off the power amplifier 122 with the current measuring element 150 be measured to determine the time of transition to the de-energized state.
Nach
dem Erreichen des stromlosen Zustands wird von der Steuerung 130 in
einer vorgegebenen Messperiode ein Drehzahlwert ω bestimmt. Wie in 1 dargestellt,
kann der Drehzahlwert ω unter
Verwendung von Signalen des Rotorstellungssensors 140 ermittelt
werden. Hierbei wird z.B. zur Bestimmung des Drehzahlwerts ω die Zeitdauer
gemessen, die der Rotor des ECM 120 benötigt, um sich von einer ersten
zu einer zweiten Position zu drehen, wobei die erste und die zweite
Position über das
Signal des Sensors 140 bestimmt werden können. Ferner
können
erste und zweite Position bei einem Wechsel des Rotorstellungssignals
bestimmt werden.After reaching the de-energized state is controlled by the controller 130 a speed value ω determined in a predetermined measuring period. As in 1 1, the speed value .omega. can be determined using signals from the rotor position sensor 140 be determined. In this case, for example, to determine the speed value ω, the time duration that the rotor of the ECM measures is measured 120 required to rotate from a first to a second position, wherein the first and the second position on the signal of the sensor 140 can be determined. Furthermore, first and second positions can be determined upon a change of the rotor position signal.
Von
dem Spannungsmessglied 110 wird der Steuerung 130 in
der Messperiode mindestens ein Spannungswert UIND für die in
dem Statorstrang induzierte Spannung zugeführt. Bevorzugt beginnt eine Messperiode
bei einem Wechsel des Signals vom Rotorstellungssensor 140.From the voltage measuring element 110 becomes the controller 130 at least one voltage value U IND for the voltage induced in the stator train is supplied in the measurement period. Preferably, a measurement period begins at a change of the signal from the rotor position sensor 140 ,
Aus
dem mindestens einen Spannungswert UIND und
dem Drehzahlwert ω bestimmt
die Steuerung 130 den temperaturabhängigen Motorparameter. Die
Funktionsweise der Vorrichtung 100 zur Bestimmung des temperaturabhängigen Motorparameters
wird bei 2 näher beschrieben.From the at least one voltage value U IND and the speed value ω, the controller determines 130 the temperature-dependent engine parameters. The operation of the device 100 to determine the temperature-dependent motor parameter is at 2 described in more detail.
Der
temperaturabhängige
Motorparameter ermöglicht
einen direkten Rückschluss
auf die Magnettemperatur im ECM 120. Er wird ermittelt,
während
sich der ECM 120 dreht.The temperature-dependent motor parameter allows a direct inference to the magnet temperature in the ECM 120 , He is determined while the ECM 120 rotates.
2 zeigt
ein vereinfachtes Schaltbild einer Schaltung 200 zur Bestimmung
eines temperaturabhängigen
Motorparameters, mit welcher die Vorrichtung 100 zum Betrieb
des ECM 120 aus 1 gemäß einer ersten Ausführungsform
realisiert wird. Diese Schaltung umfasst eine Vielzahl von Bauelementen,
welche die Anordnung 124 und die Endstufe 122 des
ECM 120, den mindestens einen Rotorstellungssensor 140,
die Steuerung 130 mit der Kommutierungssteuerung 132,
das Strommessglied 150 und das Spannungsmessglied 110 ausbilden. 2 shows a simplified circuit diagram of a circuit 200 for determining a temperature-dependent engine parameter with which the device 100 to operate the ECM 120 out 1 realized according to a first embodiment. This circuit comprises a plurality of components, which the arrangement 124 and the power amp 122 of the ECM 120 , the at least one rotor position sensor 140 , the control 130 with the commutation control 132 , the current measuring element 150 and the voltage measuring element 110 form.
Die
Anordnung 124 des ECM 120 ist hier schematisch
durch einen Rotor 208 und einen Stator 201 dargestellt.
Der Rotor 208 ist beispielhaft als permanentmagnetischer
Rotor mit vier Magnetpolen dargestellt. Alternativ kann der Rotor 208 durch
Zuführung
von Strom erregt werden, so dass auf Permanentmagnete verzichtet
werden kann. Der Stator 201 ist beispielhaft mit drei Strängen 202, 204, 206 dargestellt,
die gemäß 2 im
Dreieck geschaltet sind. Ebenso wäre eine Sternschaltung, eine
separate Ansteuerung jedes Strangs, oder auch eine andere Strangzahl
möglich.
Den Strängen 202, 204 bzw. 206 ist
jeweils ein Anschluss U, V bzw. W zugeordnet, über den sie mit der Endstufe 122 verbunden
sind.The order 124 of the ECM 120 is here schematically by a rotor 208 and a stator 201 shown. The rotor 208 is exemplified as a permanent magnetic rotor with four magnetic poles. Alternatively, the rotor 208 be energized by supplying current, so that can be dispensed with permanent magnets. The stator 201 is exemplary with three strands 202 . 204 . 206 represented according to 2 are connected in a triangle. Likewise, a star connection, a separate control of each strand, or else would be another Strand number possible. The strands 202 . 204 respectively. 206 In each case a connection U, V or W is assigned, via which they are connected to the power amplifier 122 are connected.
Jeder
der Anschlüsse
U, V, W der Statorstränge 202, 204 und 206 ist über eine
zugeordnete Signalaufbereitungseinrichtung 230', 230'' bzw. 230''' mit einem A/D-Wandler 232 (A/D)
der Steuerung 130 verbunden. Die Signalaufbereitungseinrichtungen 230', 230'' und 230''' bilden das
Spannungsmessglied 110 und werden bei 5 beschrieben.Each of the terminals U, V, W of the stator strings 202 . 204 and 206 is via an associated signal conditioning device 230 ' . 230 '' respectively. 230 ''' with an A / D converter 232 (A / D) of the controller 130 connected. The signal conditioning equipment 230 ' . 230 '' and 230 ''' form the voltage measuring element 110 and will be at 5 described.
Der
Anschluss U des Strangs 202 ist mit einem ersten oberen
Halbleiterschalter 212 (S1) und einem ersten unteren Halbleiterschalter 222 (S2)
der Endstufe 122 verbunden, welche eine erste Halbleiter-Serienschaltung
bilden. Der Anschluss V des Strangs 204 ist mit einem zweiten
oberen Halbleiterschalter 214 (S3) und einem zweiten unteren
Halbleiterschalter 224 (S4) der Endstufe 122 verbunden, welche
eine zweite Serienschaltung bilden. Der Anschluss W des Strangs 206 ist
mit einem dritten oberen Halbleiterschalter 216 (S5) und
einem dritten unteren Halbleiterschalter 226 (S6) der Endstufe 122 verbunden,
welche eine dritte Serienschaltung bilden. Erste, zweite und dritte
Serienschaltung bilden die Endstufe 122.The connection U of the strand 202 is with a first upper semiconductor switch 212 (S1) and a first lower semiconductor switch 222 (S2) of the final stage 122 connected, which form a first semiconductor series connection. The connection V of the strand 204 is with a second upper semiconductor switch 214 (S3) and a second lower semiconductor switch 224 (S4) of the power amplifier 122 connected, which form a second series connection. The connection W of the strand 206 is with a third upper semiconductor switch 216 (S5) and a third lower semiconductor switch 226 (S6) of the power amplifier 122 connected, which form a third series connection. First, second and third series connection form the power amplifier 122 ,
Bevorzugt
werden die oberen und unteren Halbleiterschalter 212, 214, 216, 222, 224 und 226 mit
MOSFET oder IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) realisiert,
welche integrierte Freilaufdioden haben, deren Durchlassspannung
generell zwischen 0,7 und 1,4 V liegt. In 2 sind die
oberen Halbleiterschalter 212, 214 und 216 als
P-Kanal MOSFETs und die unteren Halbleiterschalter 222, 224 und 226 als
N-Kanal MOSFETs ausgeführt,
wobei die Anschlüsse
U, V und W jeweils mit den Drains D der zugeordneten oberen und
unteren MOSFETs verbunden sind. Die Gates der oberen und unteren
MOSFETs sind über
Signalaufbereitungseinrichtungen mit einer Ausgabeeinrichtung 234 (OUTPUT)
der Steuerung 130 verbunden, welche mit der Kommutierungssteuerung 132 der
Steuerung 130 verbunden ist, um die von der Kommutierungssteuerung 132 erzeugten Kommutierungssignale
der Endstufe 122 zuzuführen.
Hierzu ist jedes Gate der oberen MOSFETs 212, 214 und 216 über eine
dem MOSFET zugeordnete Signalaufbereitungseinrichtung 210', 210'' bzw. 210''' mit einem entsprechenden
Ausgang O1, O2 bzw. O3 der Ausgabeeinrichtung 234 verbunden.
Die Signalaufbereitungseinrichtungen 210', 210'' und 210''' werden
bei 4 beschrieben. Jedes Gate eines der unteren MOSFETs 222, 224, 226 ist über eine
dem MOSFET zugeordnete Signalaufbereitungseinrichtung 220', 220'' bzw. 220''' mit einem zugeordneten
Ausgang U1, U2 bzw. U3 der Ausgabeeinrichtung 234 verbunden.
Die Signalaufbereitungseinrichtungen 220', 220'' und 220''' werden
bei 3 weiter beschrieben. Die Source-Anschlüsse der
oberen MOSFETs 212, 214 und 216 sind über einen
Knotenpunkt 211 mit einer Versorgungsspannung UZK verbunden.
Die Source-Anschlüsse
der unteren MOSFETs 222, 224 und 226 sind über einen
Fußknotenpunkt 221 miteinander
verbunden. Letzterer ist über
einen Fußpunktwiderstand 242 mit
Masse (GND) verbunden. Darüber
hinaus sind Fußknotenpunkt 221 und
Fußpunktwiderstand 242 über einen Verstärker 244 mit
der Steuerung 130 verbunden. Der Fußpunktwiderstand 242 und
der Verstärker 244 bilden
das Strommessglied 150.The upper and lower semiconductor switches are preferred 212 . 214 . 216 . 222 . 224 and 226 realized with MOSFET or IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor), which have integrated freewheeling diodes whose forward voltage is generally between 0.7 and 1.4 V. In 2 are the upper semiconductor switches 212 . 214 and 216 as P-channel MOSFETs and the lower semiconductor switches 222 . 224 and 226 designed as N-channel MOSFETs, wherein the terminals U, V and W are respectively connected to the drains D of the associated upper and lower MOSFETs. The gates of the upper and lower MOSFETs are via signal conditioning devices with an output device 234 (OUTPUT) of the controller 130 connected to the commutation control 132 the controller 130 connected to that of the commutation control 132 generated commutation signals of the power amplifier 122 supply. For this purpose, each gate of the upper MOSFETs 212 . 214 and 216 via a signal conditioning device assigned to the MOSFET 210 ' . 210 '' respectively. 210 ''' with a corresponding output O1, O2 or O3 of the output device 234 connected. The signal conditioning equipment 210 ' . 210 '' and 210 ''' become at 4 described. Each gate of one of the lower MOSFETs 222 . 224 . 226 is via a signal conditioning device associated with the MOSFET 220 ' . 220 '' respectively. 220 ''' with an associated output U1, U2 or U3 of the output device 234 connected. The signal conditioning equipment 220 ' . 220 '' and 220 ''' become at 3 further described. The source connections of the upper MOSFETs 212 . 214 and 216 are about a node 211 connected to a supply voltage UZK. The source connections of the lower MOSFETs 222 . 224 and 226 are about a foot node 221 connected with each other. The latter is about a foot point resistance 242 connected to ground (GND). In addition, are foot node 221 and foot point resistance 242 via an amplifier 244 with the controller 130 connected. The base point resistance 242 and the amplifier 244 form the current measuring element 150 ,
Die
Steuerung 130, welche bevorzugt als Mikroprozessor oder
Mikrocontroller ausgebildet ist, ist über eine Eingabeeinrichtung 236 (INPUT)
mit dem Rotorstellungssensor 140 verbunden, welcher beispielhaft
durch drei Hallsensoren 252, 254 und 256 realisiert
ist. Wie 2 zeigt, ist der Hallsensor 252 mit
einem Eingang H1 der Eingabeeinrichtung 236 verbunden.
Der Hallsensor 254 ist mit einem Eingang H2 der Eingabeeinrichtung 236 verbunden
und um 60° el.
versetzt zum Hallsensor 252 angeordnet. Der Hallsensor 256 ist
mit einem Eingang H3 der Eingabeeinrichtung 236 verbunden
und um 60° el.
versetzt zum Hallsensor 254 bzw. um 120° el. versetzt zum Hallsensor 252 angeordnet.The control 130 , which is preferably designed as a microprocessor or microcontroller is via an input device 236 (INPUT) with the rotor position sensor 140 which is exemplified by three Hall sensors 252 . 254 and 256 is realized. As 2 shows is the Hall sensor 252 with an input H1 of the input device 236 connected. The Hall sensor 254 is with an input H2 of the input device 236 connected and offset by 60 ° el. to the Hall sensor 252 arranged. The Hall sensor 256 is with an input H3 of the input device 236 connected and offset by 60 ° el. to the Hall sensor 254 or by 120 ° el. offset to the Hall sensor 252 arranged.
Die
Eingabeeinrichtung 236 ist mit der Kommutierungssteuerung 132 und
mit einem Drehzahlregler 238 (N-RGL) verbunden. Letzterer
ist ebenfalls mit der Kommutierungssteuerung 132 verbunden.The input device 236 is with the commutation control 132 and with a speed controller 238 (N-RGL). The latter is also with the commutation control 132 connected.
Im
Betrieb der Vorrichtung 200 wird die Versorgungsspannung
UZK zur Bestromung des Stators 201 an die Endstufe 122 angelegt.
Die Spannung UZK ist vorzugsweise eine im Wesentlichen konstante
Gleichspannung, welche von einem Netzgerät oder einer Batterie geliefert
wird und bewirkt eine Drehung des Rotors 208. Die hierbei
entstehenden Hallsignale der Hallsensoren 252, 254, 256 werden dem
Drehzahlregler 238 zugeführt, welcher aus den Hallsignalen
einen Drehzahl-Istwert des Rotors 208 bestimmt. Der Drehzahlregler 238 erzeugt
unter Verwendung des Drehzahl-Istwerts eine Drehzahlregelgröße, welche
der Kommutierungssteuerung 132 zugeführt wird.In operation of the device 200 is the supply voltage UZK for energizing the stator 201 to the power amplifier 122 created. The voltage UZK is preferably a substantially constant DC voltage supplied by a power supply or a battery and causes rotation of the rotor 208 , The resulting Hall signals of the Hall sensors 252 . 254 . 256 be the speed controller 238 supplied, which from the Hall signals a speed-actual value of the rotor 208 certainly. The speed controller 238 generates a speed control variable, which the commutation control using the actual speed value 132 is supplied.
Die
Kommutierungssteuerung 132 erzeugt in Abhängigkeit
von der Drehzahlregelgröße und den Rotorstellungssignalen
H1, H2, H3 Kommutierungssignale zur Ansteuerung der Endstufe 122,
welche über
die Ausgabeeinrichtung 234 den Gates der oberen und unteren
MOSFETs zugeführt
werden. Hierbei können
den Kommutierungssignalen entsprechende PWM- (Pulsweitenmodulations-)
Signale zur Ansteuerung der MOSFETs überlagert werden, so dass unter
Verwendung dieser MOSFETs die durch die Statorstränge 202, 204 und 206 fließenden Ströme gesteuert
werden, um ein sich drehendes Magnetfeld zum Antrieb des Rotors 208 zu
erzeugen. Die Motorströme
werden z.B. so kommutiert, dass sich der Rotor 208 mit
einer vorgegebenen Solldrehzahl (n_s) dreht. Zur Kommutierung der
Motorströme
werden die oberen und unteren MOSFETs je nach Bedarf durch entsprechende
Kommutierungssignale, bzw. überlagerte
PWM-Signale, ein- oder ausgeschaltet, wodurch die den MOSFETs zugeordneten
Statorstränge 202, 204 und 206 ebenfalls
entsprechend an- oder abgeschaltet werden.The commutation control 132 generates commutation signals for controlling the output stage as a function of the speed control variable and the rotor position signals H1, H2, H3 122 which via the output device 234 the gates of the upper and lower MOSFETs are supplied. In this case, the commutation signals corresponding PWM (Pulse Width Modulation) signals are superimposed for driving the MOSFETs, so that using these MOSFETs through the stator strands 202 . 204 and 206 flowing currents are controlled to a rotating magnetic field for driving the rotor 208 to create. The engine Currents are eg commutated so that the rotor 208 rotates at a predetermined setpoint speed (n_s). For commutation of the motor currents, the upper and lower MOSFETs are switched on or off as required by corresponding commutation signals or superimposed PWM signals, whereby the MOSFETs associated stator strands 202 . 204 and 206 also be switched on or off accordingly.
Die
Steuerung 130 führt
zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eine Bestimmung des temperaturabhängigen Motorparameters
aus. Hierzu schaltet sie zunächst
die Endstufe 122 aus, damit der Stator 201 in
einen stromlosen Zustand übergeht,
um die Bestimmung des temperaturabhängigen Motorparameters zu ermöglichen.
Hierbei werden bevorzugt alle oberen und unteren MOSFETs 212, 214, 216, 222, 224 und 226 nichtleitend
geschaltet, zumindest jedoch die oberen MOSFETs 212, 214 und 216.
Da somit kein Strom mehr in die Statorstränge 202, 204 und 206 fließen kann,
klingt der Motorstrom im Stator 201 ab, wobei der Zeitpunkt
des Übergangs
in den stromlosen Zustand durch eine Strommessung am Fußpunktwiderstand 242 bestimmt
werden kann.The control 130 performs a determination of the temperature-dependent engine parameter at a given time. For this purpose, it first switches the power amplifier 122 out, so that the stator 201 goes into a de-energized state to allow the determination of the temperature-dependent engine parameter. Here are preferred all upper and lower MOSFETs 212 . 214 . 216 . 222 . 224 and 226 non-switched, but at least the upper MOSFETs 212 . 214 and 216 , As a result, no more current in the stator strands 202 . 204 and 206 can flow, the motor current in the stator sounds 201 from, wherein the time of transition to the de-energized state by a current measurement at the Fußpunktwiderstand 242 can be determined.
Am
Fußpunktwiderstand 242,
d.h. an dem Knotenpunkt 221, wird hierfür eine Spannung abgegriffen,
welche vom Motorstrom nach Ausschalten der Endstufe 122 abhängig ist
und durch die Verstärkungsschaltung 244 zu
einem Motorstrom-Istwert I verstärkt
wird, welcher zu der Steuerung 130 zurückgekoppelt wird. Wenn dieser
Strom I abgeklungen ist, ist der Stators 201 stromlos.
Alternativ zu einer Messung am Widerstand 242 könnte der
Strom auch unmittelbar an den Statorsträngen 202, 204, 206 gemessen
werden, beispielsweise unter Verwendung von geeigneten LEM-Modulen. Alternativ
kann nach dem Ausschalten der Endstufe 122 eine vorgegebene
Zeitdauer gewartet werden, um den Motorstrom abklingen zu lassen.At the base point resistance 242 ie at the node 221 , For this purpose, a voltage is tapped, which of the motor current after switching off the power amplifier 122 is dependent and through the amplification circuit 244 is amplified to a motor current actual value I, which to the controller 130 is fed back. When this current I has subsided, the stator is 201 de-energized. Alternatively to a measurement at the resistor 242 The current could also be directly at the stator strands 202 . 204 . 206 be measured, for example, using suitable LEM modules. Alternatively, after switching off the power amplifier 122 to be serviced for a predetermined period of time to decay the motor current.
Um
in der Messperiode die Messung des die induzierte Spannung charakterisierenden
Werts über die
Signalaufbereitungseinrichtungen 230', 230'' und 230''' zu
ermöglichen,
wird jeweils einer der unteren MOSFETs 222, 224 und 226 der
Endstufe 122 in Abhängigkeit
von der Stellung des Rotors 208, welche mittels der Hallsensoren 252, 254 und 256 bestimmt wird,
eingeschaltet, wie bei 6 weiter beschrieben wird. Der
Steuerung 130 wird also in der Messperiode mindestens ein
Spannungswert UIND für die in den Statorsträngen 202, 204 und 206 induzierte
Spannung von den Signalaufbereitungseinrichtungen 230', 230'' und 230''' über den
A/D-Wandler 232 zugeführt.In the measuring period, the measurement of the value characterizing the induced voltage via the signal conditioning devices 230 ' . 230 '' and 230 ''' to allow each one of the lower MOSFETs 222 . 224 and 226 the power amplifier 122 depending on the position of the rotor 208 , which by means of the Hall sensors 252 . 254 and 256 is determined, turned on, as at 6 will be described further. The controller 130 Thus, in the measuring period at least one voltage value U IND for the in the stator strands 202 . 204 and 206 induced voltage from the signal conditioning devices 230 ' . 230 '' and 230 ''' via the A / D converter 232 fed.
Alternativ
kann in der Messperiode eine Vielzahl von Spannungsmessungen ausgeführt werden, so
dass der Steuerung 130 eine Vielzahl von Spannungswerten
zugeführt
wird. In diesem Fall bestimmt die Steuerung 130 den Spannungswert
UIND durch Mittelung über alle ihr in der Messperiode
zugeführten
Spannungswerte.Alternatively, a plurality of voltage measurements may be performed in the measurement period, allowing the controller 130 a plurality of voltage values is supplied. In this case, the controller determines 130 the voltage value U IND by averaging over all voltage values supplied to it in the measuring period.
Der
die Drehzahl des Motors charakterisierende Wert ω wird ebenfalls durch die Steuerung 130 bestimmt.
Hierzu wird die Zeit zwischen zwei Wechseln des Rotorstellungssignals
gemessen. Die Messung kann während
der Messperiode für
die induzierte Spannung oder auch davor oder danach erfolgen, sofern
die Drehzahl einigermaßen
konstant ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Verwendung
von Hallsensoren lediglich eine mögliche Ausführung zur Bestimmung der Rotorstellung
ist, und dass stattdessen verschiedene andere Messverfahren verwendet
werden können,
z.B. eine Messung mittels Sinus- und Cosinus-Geber bzw. Absolutwertgeber,
oder eine kontaktlose Messung mittels Gegen-EMK oder Induktivitätsmessung.The value ω characterizing the speed of the motor is also given by the controller 130 certainly. For this purpose, the time between two changes of the rotor position signal is measured. The measurement can be carried out during the measuring period for the induced voltage or before or after it, provided that the rotational speed is reasonably constant. It should be noted, however, that the use of Hall sensors is only one possible embodiment for determining the rotor position, and that instead of various other measurement methods can be used, for example, a measurement using sine and cosine encoder or a non-contact measurement using Back EMF or inductance measurement.
Bei
einem Motor mit einer Drehzahlregelung und folglich einem Drehzahl-Sollwert
n_s kann für den
die Drehzahl charakterisierenden Wert auch der Drehzahl-Sollwert
verwendet werden. Die Abweichung der Drehzahl vom Drehzahl-Sollwert
ist hierbei abhängig
von der Dauer der Messperiode, wobei die Drehzahl umso weniger abfällt, je
kürzer
die Dauer der Messperiode gewählt
wird. Allerdings kann eine längere
Messperiodendauer wünschenswert
sein, um die Messgenauigkeit zu vergrößern.at
a motor with a speed control and thus a speed setpoint
n_s can for the
the speed characterizing value and the speed setpoint
be used. The deviation of the speed from the speed setpoint
depends on this
from the duration of the measurement period, the speed decreases the less, depending
shorter
the duration of the measurement period is selected
becomes. However, a longer one can
Measuring period duration desirable
be to increase the measurement accuracy.
Aus
dem mindestens einen Spannungswert UIND und
dem Drehzahlwert ω bestimmt
die Steuerung 130 den temperaturabhängigen Motorparameter. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der temperaturabhängige Motorparameter die Motorkonstante
ke, welche gemäß der Gleichung ke =
UIND/ω (1)aus dem mindestens
einen Spannungswert UIND und dem Drehzahlwert
omega (ω)
berechnet wird. Die Motorkonstante ke ermöglicht einen
direkten Rückschluss
auf die Magnettemperatur des ECM 120. Beispielsweise kann
die Motorkonstante ke für einen ECM 120 bestimmter
Bauart bei steigender Magnettemperatur um 0,2 % pro °C abnehmen.
Wenn ein Nennwert keNENN für die Motorkonstante
ke bei einer Basismagnettemperatur von beispielsweise
+25° C für einen
gegebenen Motor bekannt ist, kann also aus einer ermittelten Motorkonstanten
ke unmittelbar auf eine momentane Magnettemperatur
des betreffenden Motors geschlossen werden.From the at least one voltage value U IND and the speed value ω, the controller determines 130 the temperature-dependent engine parameters. According to a preferred embodiment of the present invention, the temperature-dependent engine parameter is the engine constant k e , which according to the equation k e = U IND / ω (1) from the at least one voltage value U IND and the rotational speed value omega (ω) is calculated. The motor constant k e allows a direct inference to the magnet temperature of the ECM 120 , For example, the motor constant k e for an ECM 120 of certain design decrease with increasing magnet temperature by 0.2% per ° C. If a nominal value k ENNN for the motor constant k e is known for a given engine at a base magnet temperature of, for example, + 25 ° C., then a determined motor constant k e can be used to directly deduce an instantaneous magnet temperature of the relevant motor.
Die
Motorkonstante ke wird bevorzugt verwendet,
um die Kommutierungssignale der Kommutierungssteuerung 132,
welche zur Ansteuerung der Endstufe 122 dienen, in Abhängigkeit
von der momentanen Magnettemperatur derart zu beeinflussen, dass
eine verbesserte Drehmomentregelung des ECM 120 erzielt
wird, mit der Drehmomentschwankungen aufgrund von Änderungen
der Magnettemperatur kompensiert werden können. Beispielsweise kann der
Drehzahlregler 238 einen Korrekturfaktor Cf aus der Motorkonstanten
ke und dem Nennwert keNENN der
Motorkonstanten gemäß der Gleichung Cf = ke/keNENN (2)bestimmen,
welcher zur Korrektur des Motorstroms abhängig von der Magnettemperatur
des ECM 120 geeignet ist. Durch die Korrektur des Motorstroms abhängig von
der Magnettemperatur des ECM 120 wird dessen Drehmoment
abhängig
von der Magnettemperatur zur Kompensation von Temperaturschwankungen
geregelt.The motor constant k e is preferably used to control the commutation signals of the commutation control 132 , which are used to control the power amplifier 122 serve, depending on the mo mentanen magnet temperature to influence such that an improved torque control of the ECM 120 is achieved, can be compensated with the torque fluctuations due to changes in the magnet temperature. For example, the speed controller 238 a correction factor Cf from the motor constant k e and the nominal value k eNENN of the motor constants according to the equation Cf = k e / k eNENN (2) determine which to correct the motor current depending on the magnet temperature of the ECM 120 suitable is. By correcting the motor current depending on the magnet temperature of the ECM 120 whose torque is controlled depending on the magnet temperature to compensate for temperature fluctuations.
Diese
Drehmomentregelung kann dahingehend verbessert werden, dass für die Motorkonstante ke eines gegebenen Motors bei der Basismagnettemperatur
nicht der tatsächliche
Wert der Motorkonstanten ke verwendet wird,
sondern ein entsprechender Sollwert, welcher für eine Baureihe derartiger
Motoren vom Hersteller vorgegeben wird. So kann man Serienschwankungen
innerhalb der betreffenden Baureihe durch einen Rückbezug
auf den vorgegebenen Sollwert im Rahmen der erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Drehmomentregelung
ebenfalls ausgleichen.This torque control can be improved so that the engine constant k e of a given engine at the base magnet temperature is not the actual value of the motor constant k e used, but a corresponding setpoint, which is specified for a series of such engines by the manufacturer. So you can also compensate for series fluctuations within the relevant series by referring back to the specified value in the context of temperature-dependent torque control according to the invention.
Ein
bevorzugter Anwendungsfall sind Applikationen, bei denen ein maximales
Drehmoment nicht überschritten
werden darf. Das Drehmoment ist abhängig von Motorstrom und Temperatur.
Durch die Messung der Temperatur mittels der vorliegenden Anordnung
kann für
die jeweilige Temperatur ein dem maximalen Drehmoment entsprechender
Maximalstrom I bestimmt werden, der nicht überschritten werden darf. Bei
höheren
Temperaturen kann also ein höherer
Maximalstrom ermöglicht
werden, ohne dass das maximale Drehmoment überschritten wird. Dies führt zu Motoren,
die auch bei höheren
Temperaturen gut reagieren.One
preferred application are applications in which a maximum
Torque not exceeded
may be. The torque depends on motor current and temperature.
By measuring the temperature by means of the present arrangement
can for
the respective temperature corresponding to the maximum torque
Maximum current I are determined, which must not be exceeded. at
higher
So temperatures can be higher
Maximum current possible
without exceeding the maximum torque. This leads to motors
which also at higher
Temperatures respond well.
3 zeigt
ein vereinfachtes Schaltbild einer beispielhaften Schaltung, mit
welcher jede der Signalaufbereitungseinrichtungen 220', 220'' und 220''' der 2 realisiert
wird. Jeder der Ausgänge
U1, U2 und U3 der Schaltung 200 ist einerseits über einen Widerstand 304 mit
Masse (GND) und andererseits über
einen Widerstand 302 mit dem Gate des zugeordneten unteren
MOSFETs S2, S4 oder S6 verbunden. Der Widerstand 302 dient
als Strombegrenzungswiderstand, um das zugeordnete Gate vor Überlastung
zu schützen,
während
der Widerstand 304 dazu dient, ein entsprechendes Schalt-
bzw. Abschaltpotential an dem zugeordneten Gate zu erzeugen. 3 shows a simplified circuit diagram of an exemplary circuit, with which each of the signal conditioning devices 220 ' . 220 '' and 220. ''' of the 2 is realized. Each of the outputs U1, U2 and U3 of the circuit 200 is on the one hand about a resistance 304 with ground (GND) and on the other hand via a resistor 302 connected to the gate of the associated lower MOSFET S2, S4 or S6. The resistance 302 serves as a current limiting resistor to protect the associated gate from overloading while resisting 304 serves to generate a corresponding switching or Abschaltpotential at the associated gate.
4 zeigt
ein vereinfachtes Schaltbild einer Schaltung, mit welcher jede der
Signalaufbereitungseinrichtungen 210', 210'' und 210''' der 2 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung realisiert wird. Jeder der Ausgänge O1, O2 und O3 der Schaltung 200 der 2 ist über einen
Widerstand 402 mit der Basis eines NPN-Transistors 406 verbunden,
dessen Emitter mit Masse (GND) verbunden ist. Auch die Basis des
Transistors 406 ist über einen
Widerstand 404 mit Masse verbunden. Sein Kollektor ist über einen
Widerstand 408 mit einem Knotenpunkt 409 verbunden,
der über
eine Parallelschaltung einer Zenerdiode 410 mit einem Widerstand 412 mit
der Versorgungsspannung UZK verbunden ist. Der Knotenpunkt 409 ist
ferner mit dem Gate des zugeordneten oberen MOSFETs S1, S3 oder
S5 verbunden. 4 shows a simplified circuit diagram of a circuit with which each of the signal conditioning devices 210 ' . 210 '' and 210 ''' of the 2 is realized according to a preferred embodiment of the invention. Each of the outputs O1, O2 and O3 of the circuit 200 of the 2 is about a resistance 402 with the base of an NPN transistor 406 connected, whose emitter is connected to ground (GND). Also the base of the transistor 406 is about a resistance 404 connected to ground. His collector is about a resistor 408 with a node 409 connected via a parallel connection of a zener diode 410 with a resistance 412 is connected to the supply voltage UZK. The node 409 is further connected to the gate of the associated upper MOSFET S1, S3 or S5.
Die
Signalaufbereitungseinrichtungen 210', 210'' und 210''' dienen
zur Potentialwandlung, um das Potential der Versorgungsspannung
UZK und das Potential an dem entsprechenden Ausgang O1, O2 oder
O3 in ein Schaltpotential zum Leitend- bzw. Nicht-Leitend-Schalten des zugeordneten
oberen P-Kanal MOSFETs S1, S3 oder S5 umzuwandeln. Hierbei wird
der Transistor 406 leitend geschaltet, wenn das Signal
an dem entsprechenden Ausgang O1, O2 oder O3 „hoch" ist, d.h. wenn das Potential an O1,
O2 oder O3 beispielsweise einen Pegel von +5 V hat. Bei einem Leitend-Schalten des Transistors 406 bilden
die Widerstände 408 und 412 einen
Spannungsteiler, so dass an dem Knotenpunkt 409 das Schaltpotential
für den jeweiligen
oberen MOSFET S1, S3 oder S5 gebildet wird. Bei einem Nicht-Leitend-Schalten des Transistors 406 entsteht
an dem Knotenpunkt 409 das Potential der Versorgungsspannung
UZK, welches eine Sperrung des jeweiligen oberen MOSFETs S1, S3
oder S5 bewirkt.The signal conditioning equipment 210 ' . 210 '' and 210 ''' are used for potential conversion to convert the potential of the supply voltage UZK and the potential at the corresponding output O1, O2 or O3 into a switching potential for conducting and non-conducting switching of the associated upper P-channel MOSFETs S1, S3 or S5. This is the transistor 406 turned on when the signal at the corresponding output O1, O2 or O3 is "high", ie when the potential at O1, O2 or O3, for example, has a level of +5 V. When the transistor is turned on 406 form the resistors 408 and 412 a voltage divider, so at the node 409 the switching potential for the respective upper MOSFET S1, S3 or S5 is formed. When the transistor is not turned on 406 arises at the junction 409 the potential of the supply voltage UZK, which causes a blocking of the respective upper MOSFETs S1, S3 or S5.
5 zeigt
ein vereinfachtes Schaltbild einer Schaltung, mit welcher jede der
Signalaufbereitungseinrichtungen 230', 230'' und 230''' der 2 bevorzugt
realisiert wird. Jeder Anschluss U, V, W der Stränge 202, 204 und 206 der
Schaltung 200 ist über einen
Widerstand 502 mit einem entsprechenden Anschluss des A/D-Wandlers 232 verbunden.
Der entsprechende Anschluss des A/D-Wandlers ist darüber hinaus über eine
Parallelschaltung eines Kondensators 504 und eines Widerstands 506 mit
Masse (GND) verbunden. Hierbei dient der Widerstand 502 als
Strombegrenzungswiderstand, um den jeweiligen Anschluss des A/D-Wandlers
vor Überlastung
zu schützen.
Die Parallelschaltung des Kondensators 504 mit dem Widerstand 506 bildet
ein RC-Filter zur Glättung
des Messsignals (Tiefpass). 5 shows a simplified circuit diagram of a circuit with which each of the signal conditioning devices 230 ' . 230 '' and 230 ''' of the 2 is preferably realized. Each connection U, V, W of strands 202 . 204 and 206 the circuit 200 is about a resistance 502 with a corresponding connection of the A / D converter 232 connected. The corresponding terminal of the A / D converter is also connected via a parallel connection of a capacitor 504 and a resistance 506 connected to ground (GND). Here is the resistance 502 as a current limiting resistor to protect the respective terminal of the A / D converter from overloading. The parallel connection of the capacitor 504 with the resistance 506 forms an RC filter to smooth the measuring signal (low pass).
6 zeigt
ein vereinfachtes Schaltbild einer Schaltung 600, welche
einen Schaltzustand eines Teils der Endstufe 122 (2)
bei einer Messung der in einem der Statorstränge 202, 204, 206 induzierten Spannung
darstellt. Die induzierte Spannung wird jeweils an einem ausgewählten Statorstrang
in Abhängigkeit
von einer momentanen Stellung des Rotors 208 gemessen,
wobei der zu verwendende Statorstrang aus einer Tabelle bestimmt
wird, wie sie nachfolgend beispielhaft dargestellt ist. 6 shows a simplified circuit diagram of a circuit 600 , which is a switching state of a part of the output stage 122 ( 2 ) when measuring in one of the stator strands 202 . 204 . 206 induced Represents tension. The induced voltage is in each case at a selected stator strand in dependence on a current position of the rotor 208 measured, wherein the stator strand to be used is determined from a table, as exemplified below.
Tabelle
I Table I
Tabelle
I beschreibt in den Spalten 001 bis 003 mögliche Kombinationen der Hallsignale
H3, H2, H1, welche von den Hallsensoren 252, 254 und 256 den
Eingängen
H1, H2 und H3 der Eingabeeinrichtung 236 (2)
zugeführt
werden. Jede Kombination stellt eine andere Rotorstellung des Rotors 208 dar.
Z.B. beschreibt die Kombination in Zeile 001 eine Rotorstellung,
bei der H1 = 1, H2 = 0 und H3 = 0 ist. Die letzten drei Spalten
beschreiben, an welchem Wicklungsanschluss U, V oder W der entsprechende untere
MOSFET 222, 224 oder 226 eingeschaltet wird
(E), wodurch dieser Wicklungsanschluss mit dem Anschluss 221 verbunden
wird, und an welchem anderen Wicklungsanschluss W gleichzeitig die
induzierte Spannung gemessen wird (M). Z.B. wird bei der in Zeile
001 beschriebenen Rotorstellung der untere MOSFET 222 (am
Wicklungsanschluss U) eingeschaltet, und die induzierte Spannung
wird an dem Wicklungsanschluss W, d.h. in dem Statorstrang 206, gemessen.
[Diese Tabelle gilt für
eine vorgegebene Drehrichtung. Bei der entgegengesetzten Drehrichtung
sind M und E vertauscht.]Table I describes in columns 001 to 003 possible combinations of the Hall signals H3, H2, H1, which of the Hall sensors 252 . 254 and 256 the inputs H1, H2 and H3 of the input device 236 ( 2 ). Each combination represents a different rotor position of the rotor 208 For example, the combination in line 001 describes a rotor position where H1 = 1, H2 = 0 and H3 = 0. The last three columns describe at which winding connection U, V or W the corresponding lower MOSFET 222 . 224 or 226 is switched on (E), whereby this winding connection with the connection 221 at which other winding terminal W at the same time the induced voltage is measured (M). For example, at the rotor position described in line 001, the lower MOSFET becomes 222 (at the winding terminal U) is turned on, and the induced voltage is at the winding terminal W, ie in the stator strand 206 , measured. [This table applies to a given direction of rotation. In the opposite direction of rotation M and E are reversed.]
In 6 sind
nur die erste und zweite Halbleiter-Serienschaltung der Endstufe 122 (2)
mit den MOSFETs 212, 214, 222 und 224 und
den Wicklungsanschlüssen
U und V abgebildet, wobei die MOSFETs zur Illustration als (Halbleiter-)
Schalter 612, 614, 622 und 624 dargestellt
sind. Parallel zum Strang 202 ist hierbei die Serienschaltung
der Stränge 204, 206 geschaltet,
deren Verbindungspunkt W in dieser Rotorstellung weder mit dem Anschluss 221 noch
mit UZK verbunden ist, so dass in dieser
Serienschaltung durch den Rotor 208 die gleiche Spannung UIND induziert wird wie im Strang 202.In 6 are only the first and second semiconductor series circuit of the power amplifier 122 ( 2 ) with the MOSFETs 212 . 214 . 222 and 224 and the winding terminals U and V, the MOSFETs being shown as a (semiconductor) switch 612 . 614 . 622 and 624 are shown. Parallel to the strand 202 Here is the series connection of the strands 204 . 206 switched, whose connection point W in this rotor position neither with the connection 221 still connected to U ZK , so that in this series circuit through the rotor 208 the same voltage U IND is induced as in the strand 202 ,
Zur
Verdeutlichung ist in 6 ein Fall dargestellt, in dem
die Rotorstellung des Rotors 208 derart ist, dass die Kombination
von Hallsignalen gemäß Zeile
006 der Tabelle I erzeugt wird, d.h. den Eingängen H1 und H3 werden die Hallsignale
H1 = 1 und H3 = 1 zugeführt.
Dementsprechend wird gemäß Zeile 006
der untere Halbleiterschalter 622, welcher mit dem Wicklungsanschluss
U verbunden ist, leitend geschaltet. An dem Wicklungsanschluss V,
welcher über
den Statorstrang 202 mit dem Wicklungsanschluss U verbunden
ist, wird gemäß Zeile
006 über die
entsprechende Signalaufbereitungseinrichtung 230'' des Spannungsmessglieds 110 die
in dem Statorstrang 202 induzierte Spannung gegenüber Masse
(GND) gemessen.For clarification is in 6 a case is shown in which the rotor position of the rotor 208 such is that the combination of Hall signals according to line 006 of Table I is generated, ie the inputs H1 and H3, the Hall signals H1 = 1 and H3 = 1 are supplied. Accordingly, line 006 becomes the lower semiconductor switch 622 , which is connected to the winding terminal U, turned on. At the winding terminal V, which over the stator 202 is connected to the winding terminal U is, according to line 006 via the corresponding signal conditioning device 230 '' of the voltage measuring element 110 in the stator strand 202 induced voltage to ground (GND) measured.
Wenn
bei normalem Motorbetrieb die Rotorstellungssignale gemäß Zeile
006 der Tabelle I vorliegen, werden die beiden Halbleiterschalter 614 und 622 eingeschaltet,
um eine Bestromung des Statorstrangs 202 und der in Serie
geschalteten Statorstränge 204, 206 zu
bewirken. Dagegen wird bei der Messung der induzierten Spannung
der Halbleiterschalter 614 nichtleitend geschaltet, um
eine Messung der induzierten Spannung zu ermöglichen.If, during normal engine operation, the rotor position signals are in accordance with row 006 of Table I, the two semiconductor switches 614 and 622 switched on to energize the stator 202 and the series connected stator strings 204 . 206 to effect. In contrast, in the measurement of the induced voltage of the semiconductor switch 614 switched off in order to allow a measurement of the induced voltage.
7 zeigt
eine schematische Darstellung 700 eines beispielhaften
Verlaufs der induzierten Spannung UIND,
die mit der Schaltung gemäß 6 in
dem Statorstrang 202 gemessen wird. In 7 ist die
induzierte Spannung UIND abhängig von
einem Drehwinkel phi des Rotors dargestellt, welcher die Rotorstellung
repräsentiert
und hier über
einen Drehwinkelbereich von 180° el.
dargestellt ist. 7 shows a schematic representation 700 an exemplary course of the induced voltage U IND , with the circuit according to 6 in the stator strand 202 is measured. In 7 the induced voltage U IND is shown as a function of a rotational angle phi of the rotor, which represents the rotor position and is shown here over a rotation angle range of 180 ° el.
Bei
einem Drehwinkel 710 von phi = 60° el. findet ein erster Wechsel
des Rotorstellungssignals (hiernach als Hallwechsel bezeichnet)
statt. Bei einem Drehwinkel 720 von phi = 120° el. findet
ein zweiter Hallwechsel statt. Bei dem ersten Hallwechsel 710 ist
die exakte Position bzw. Rotorstellung des Rotors bekannt, und die
Messperiode zur Messung der induzierten Spannung UIND beginnt.
Beim zweiten Hallwechsel 720 ist die exakte Position bzw.
Rotorstellung des Rotors ebenfalls bekannt, und bevorzugt endet
die Messperiode zur Messung der induzierten Spannung UIND,
welche in dieser Messperiode mindestens einmal gemessen wird, spätestens
hier. Während
der Messperiode zwischen den Drehstellungen 710 und 720 entspricht
das Potential, das an dem zur Messung verwendeten Wicklungsanschluss gemessen
wird, etwa dem Wert der maximalen induzierten Spannung. Vor dem
Punkt 710 und nach dem Punkt 720 ist eine Messung
an dem Wicklungsanschluss dagegen nicht bzw. kaum möglich. Sofern vor
dem Punkt 710 bzw. nach dem Punkt 720 gemessen
werden soll, muss dies über
einen anderen Wicklungsanschluss gemäß Tabelle I erfolgen.At a rotation angle 710 of phi = 60 ° el., a first change of the rotor position signal (hereinafter referred to as Hall change) takes place. At a rotation angle 720 from phi = 120 ° el., a second hall change takes place. At the first hall change 710 If the exact position or rotor position of the rotor is known, and the measuring period for measuring the induced voltage U IND begins. At the second hall change 720 the exact position or rotor position of the rotor is also known, and preferably ends the measurement period for measuring the induced voltage U IND , which is measured at least once in this measurement period, here at the latest. During the measurement period between the rotational positions 710 and 720 corresponds to the potential that is measured at the winding terminal used for the measurement, such as the value of the maximum induced voltage. Before the point 710 and after the point 720 On the other hand, a measurement at the winding connection is not or hardly possible. Unless before the point 710 or after the point 720 must be measured via another winding connection according to Table I.
8 zeigt
eine schematische Darstellung 800 eines beispielhaften
Verlaufs der induzierten Spannung UIND,
die mit der Schaltung gemäß 6 an
dem Wicklungsanschluss V gemessen wird. In 8 ist die
induzierte Spannung UIND abhängig von einem
Drehwinkel phi des Rotors dargestellt, welcher die Rotorstellung
repräsentiert
und beispielhaft eine Vielzahl kompletter mechanischer Umdrehungen
des Rotors umfasst. 8th shows a schematic representation 800 an exemplary course of the induced voltage U IND , with the circuit according to 6 is measured at the winding terminal V. In 8th the induced voltage U IND is dependent on a rotation angle phi of the rotor is shown, which represents the rotor position and includes, for example, a plurality of complete mechanical revolutions of the rotor.
Wie 8 zeigt,
klingt die induzierte Spannung UIND ab,
wenn die Messperiode zu lang ist, so dass die Messgenauigkeit abnimmt.
Dieses Abklingen wird dadurch bewirkt, dass der ECM während der
gesamten Messperiode nicht bestromt wird, so dass seine Drehzahl
und ebenso die induzierte Spannung UIND sinken
bzw. abklingen. Um dies zu vermeiden, werden vorzugsweise kurze
Messperioden von beispielsweise 300 μs oder aber maximal 60° el. (vgl. 7)
gewählt.
Kurze Messperioden haben auch den Vorteil, dass die Abgabeleistung
des ECM durch die Messung nur unwesentlich eingeschränkt wird.As 8th shows, the induced voltage U IND decays when the measurement period is too long, so that the measurement accuracy decreases. This decay is caused by the fact that the ECM is not energized during the entire measurement period, so that its speed and also the induced voltage U IND decrease or decay. In order to avoid this, preferably short measurement periods of, for example, 300 μs or a maximum of 60 ° el. 7 ). Short measuring periods also have the advantage that the output power of the ECM is limited only insignificantly by the measurement.
9 zeigt
ein bevorzugtes Flussdiagramm eines Verfahrens 900 zur
Bestimmung eines temperaturabhängigen
Motorparameters, welches mit der Schaltung 200 der 2 durchgeführt wird.
Das Verfahren 900 wird zur Verdeutlichung unter Bezugnahme
auf eine Bestimmung der Motorkonstanten ke mittels
dieser Schaltung 200 beschrieben und beginnt mit Schritt 910. 9 shows a preferred flowchart of a method 900 for determining a temperature-dependent engine parameter associated with the circuit 200 of the 2 is carried out. The procedure 900 will be clarified with reference to a determination of the motor constant k e by means of this circuit 200 described and begins with step 910 ,
In
Schritt 920 wird zunächst
eine ke-Bestimmung angefordert. Dies kann
beispielsweise zu einem vorgegebenen Zeitpunkt durch die Steuerung 130 erfolgen,
welche die Endstufe 122 ausschaltet, damit der Stator 201 in
den stromlosen Zustand übergeht,
um die Bestimmung von ke zu ermöglichen.
Die Anforderung zur ke-Bestimmung wird in
vorgegebenen zeitlichen Abständen
wiederholt, welche abhängig
von einer möglichen
Magnettemperaturänderung festgelegt
werden. Derartige Anforderungen können an Zeitpunkten erfolgen,
in denen keinen besonderen Drehmomentanforderungen vorliegen, beispielsweise
im Rückwärtslauf
des ECM, oder beim Motorstart.In step 920 First, a k e determination is requested. This can be done, for example, at a given time by the controller 130 done, which is the final stage 122 turns off, so that the stator 201 goes into the de-energized state to allow the determination of k e . The requirement for k e determination is repeated at predetermined time intervals, which are determined depending on a possible magnet temperature change. Such requests may be made at times when there are no particular torque requests, for example in reverse run of the ECM, or at engine startup.
In
Schritt 922 wird auf einen Hallwechsel der Hallsensoren 252, 254 bzw. 256 gewartet,
da bei einem Hallwechsel die exakte Stellung des Rotors 208 bekannt
ist und somit vorzugsweise die Messperiode zur Messung einer induzierten
Spannung UIND eingeleitet werden kann. Wenn
ein entsprechender erster Hallwechsel auftritt, fährt das
Verfahren 900 in Schritt 930 fort. Im Schritt 930 wird
der Zeitpunkt des Auftretens des ersten Hallwechsels bestimmt.In step 922 is due to a hall change of the Hall sensors 252 . 254 respectively. 256 waited, because in a Hall change the exact position of the rotor 208 is known and thus preferably the measuring period for measuring an induced voltage U IND can be initiated. When a corresponding first reverb change occurs, the procedure continues 900 in step 930 continued. In step 930 the time of occurrence of the first reverb change is determined.
Im
Schritt 940 wird die Endstufe 122 ausgeschaltet,
d.h. alle oberen und unteren MOSFETs 212, 214, 216, 222, 224 und 226 werden
nichtleitend geschaltet, damit kein antreibender Strom mehr in die Statorstränge 202, 204 und 206 fließt. Nach
dem Ausschalten der Endstufe 122 wird gewartet, bis der Motorstrom
im Stator 201 abgeklungen ist, d.h. bis der Stator 201 stromlos
geworden ist.In step 940 becomes the final stage 122 switched off, ie all upper and lower MOSFETs 212 . 214 . 216 . 222 . 224 and 226 are switched non-conductive, so that no more driving current in the stator strands 202 . 204 and 206 flows. After switching off the power amplifier 122 is waited until the motor current in the stator 201 has subsided, ie until the stator 201 has become de-energized.
In
Schritt 950 wird nach dem Erreichen des stromlosen Zustands
einer der unteren MOSFETs 222, 224, 226 abhängig von
der Stellung des Rotors 208 eingeschaltet, wie oben bei 6 beschrieben. In
Schritt 960 wird der Spannungswert UIND für die in den
Statorsträngen 202, 204, 206 induzierte
Spannung von den Signalaufbereitungseinrichtungen 230', 230'' und 230''' über den
A/D-Wandler 232 der Steuerung 130 zugeführt.In step 950 becomes one of the lower MOSFETs upon reaching the de-energized state 222 . 224 . 226 depending on the position of the rotor 208 switched on, as at above 6 described. In step 960 becomes the voltage value U IND for those in the stator strings 202 . 204 . 206 induced voltage from the signal conditioning devices 230 ' . 230 '' and 230 ''' via the A / D converter 232 the controller 130 fed.
In
Schritt 962 wird auf einen zweiten Hallwechsel der Hallsensoren 252, 254 bzw. 256 gewartet,
da hierbei wieder die exakte Stellung des Rotors 208 bekannt
ist und somit die Messperiode zur Messung der induzierten Spannung
UIND beendet werden kann. Wenn ein entsprechender
zweiter Hallwechsel auftritt, fährt
das Verfahren 900 in Schritt 970 fort. In Schritt 970 wird
der Zeitpunkt des Auftretens des zweiten Hallwechsels bestimmt.In step 962 will be on a second hall change of the Hall sensors 252 . 254 respectively. 256 waited, since this again the exact position of the rotor 208 is known and thus the measurement period for measuring the induced voltage U IND can be terminated. If a corresponding second reverb change occurs, the procedure continues 900 in step 970 continued. In step 970 the time of occurrence of the second reverb change is determined.
In
Schritt 980 wird der Stator 201 wieder normal
unter Verwendung der von der Kommutierungssteuerung 132 erzeugten
Kommutierungssignale bestromt, um zum Normalbetrieb zurückzukehren.In step 980 becomes the stator 201 normal again using the commutation control 132 supplied commutation signals energized to return to normal operation.
In
Schritt 990 wird die Motorkonstante ke bestimmt.
Hierzu wird zunächst
aus den bekannten Stellungen des Rotors 208 beim ersten und zweiten Hallwechsel,
sowie dem gemessenen Zeitpunkt des ersten Hallwechsels sowie dem
gemessenen Zeitpunkt des zweiten Hallwechsels der Drehzahlwert omega
(ω) bestimmt.
Aus dem Spannungswert UIND und dem Drehzahlwert ω bestimmt
die Steuerung 130 dann die Motorkonstante ke wie
oben beschrieben. Das Verfahren 900 endet dann im Schritt 992.In step 990 the motor constant k e is determined. For this purpose, the rotational speed value omega (ω) is first determined from the known positions of the rotor 208 during the first and second reverb changes, as well as the measured time of the first reverb change and the measured time of the second reverb change. From the voltage value U IND and the speed value ω, the controller determines 130 then the motor constant k e as described above. The procedure 900 then ends in a step 992 ,
Eine
Vereinfachung ist in 2 dadurch möglich, dass man für die Messung
von UIND zwei der drei Messschaltungen 230', 230'', 230''' weglässt, wie
das in 11 dargestellt ist, und dass
man abwartet, bis die richtige Kombination von Hallsignalen für den Beginn
einer Messung vorliegt.A simplification is in 2 thereby making it possible for the measurement of UIND two of the three measurement circuits 230 ' . 230 '' . 230 ''' omits, like that in 11 is shown, and that one waits until the right combination of Hall signals for the start of a measurement is present.
Die
Schaltung nach 11 geht davon aus, dass die
induzierte Spannung am Anschluss U gemessen wird, während der
Anschluss W bei der Messung über
den Halbleiterschalter S6 mit dem Knotenpunkt 221 verbunden
ist. Dies entspricht der Zeile 004 der Tabelle I, wobei H1 = 0,
H2 = 1 und H3 = 1 ist.The circuit after 11 assumes that the induced voltage at the terminal U is measured, while the terminal W in the measurement via the semiconductor switch S6 with the node 221 connected is. This corresponds to line 004 of Table I, where H1 = 0, H2 = 1 and H3 = 1.
Da
nur bei Vorliegen dieser Bedingung gemessen wird, die bei einem
vierpoligen Motor zweimal pro Rotorumdrehung vorliegt, genügen in 11 die
Bauelemente 502, 504 und 506 sowie ein μC 130 mit
nur einem A/D-Wandler 232'.
Hierdurch wird also die Hardware vereinfacht, da zwei A/D-Wandler
entfallen. Man kann deshalb einen billigeren μC verwenden.Since it is only measured in the presence of this condition, which is present twice per rotor revolution in a four-pole motor, suffice in 11 the components 502 . 504 and 506 and a μC 130 with only one A / D converter 232 ' , As a result, the hardware is simplified because two A / D converter accounts. One can therefore use a cheaper μC.
10 zeigt
das zugehörige
Flussdiagramm. Diese Routine beginnt im Schritt S182, wo eine Messung
der induzierten Spannung UIND und ggf. auch
der Drehzahl n angefordert wird. Dies kann z. B. alle 30 Minuten
der Fall sein. Bei S184 wird die nächste Änderung eines der drei Hallsignale
H1, H2, H3 abgewartet. 10 shows the corresponding river slide program. This routine begins in step S182, where a measurement of the induced voltage U IND and possibly also the rotational speed n is requested. This can be z. B. be the case every 30 minutes. At S184, the next change of one of the three reverb signals H1, H2, H3 is awaited.
Im
Schritt S188 wird die Endstufe 122 stromlos gemacht, indem
alle sechs Halbleiterschalter 212, 214, 216, 222, 224, 226 nichtleitend
gemacht werden.In step S188, the final stage 122 de-energized by all six semiconductor switches 212 . 214 . 216 . 222 . 224 . 226 be made non-conductive.
Anschließend wird
bei S190 abgewartet, bis die Hallsignalkombination gemäß Zeile
004 der Tabelle I vorliegt. Falls JA, wird gemäß S192 der Halbleiterschalter 226 eingeschaltet,
wie das in 11 dargestellt ist, und die
Messung der Spannung am Anschluss U wird bis zur nächsten Änderung
der Hallsignale durchgeführt,
also während
60° el,
wie in 7 dargestellt, dort zwischen den Drehstellungen 710 und 720 des
Rotors 208. Der Zeitpunkt T1 wird an der Drehstellung 710 gemessen,
und der Zeitpunkt T2 an der Drehstellung 720, d. h. die
Differenz (T2 – T1)
entspricht einem Drehwinkel des Rotors 208 von 60° el. Daraus
kann die Drehzahl des Rotors berechnet werden, oder man kann direkt
mit der gemessenen Zeit (T2 – T1)
rechnen.Subsequently, it is waited at S190 until the Hall signal combination according to line 004 of Table I is present. If YES, the semiconductor switch becomes S192 226 turned on, like that in 11 is shown, and the measurement of the voltage at the terminal U is carried out until the next change of the Hall signals, ie during 60 ° el, as in 7 shown, there between the rotational positions 710 and 720 of the rotor 208 , The time T1 is at the rotational position 710 measured, and the time T2 at the rotational position 720 , ie, the difference (T2 - T1) corresponds to a rotation angle of the rotor 208 of 60 ° el. From this, the speed of the rotor can be calculated, or you can directly calculate with the measured time (T2 - T1).
Wenn
sich in S194 eines der drei Hallsignale ändert, wird die Messung abgeschlossen,
der Zeitpunkt T2 wird in S196 gemessen, und in S198 wird der Motor 124 wieder
eingeschaltet, d. h. es wird wieder normal kommutiert.When one of the three reverb signals changes in S194, the measurement is completed, the timing T2 is measured in S196, and in S198, the engine becomes 124 switched back on, ie it is commutated again normally.
Da
die Messung der induzierten Spannung typischerweise während weniger
als einer Rotorumdrehung erfolgt, hat diese Messung keinen wesentlichen
Einfluss auf die Drehzahl des Rotors 208, so dass für die Berechnung
von UIND/ω auch der Drehzahl-Sollwert eines Drehzahlreglers
verwendet werden kann, sofern der ECM 124 mit geregelter
Drehzahl läuft.Since the measurement of the induced voltage typically occurs during less than one rotor revolution, this measurement has no significant effect on the rotational speed of the rotor 208 , so that for the calculation of U IND / ω and the speed setpoint of a speed controller can be used, if the ECM 124 runs at a regulated speed.
Wenn
bei dem ECM 124 der permanentmagnetische Rotor 208 mechanisch
angetrieben wird, induziert er in den Strängen 202, 204, 206 eine
induzierte Spannung UIND, deren Höhe direkt
der Drehzahl ω proportional
ist. Dies ist in 12 dargestellt.If at the ECM 124 the permanent magnetic rotor 208 mechanically driven, it induces in the strands 202 . 204 . 206 an induced voltage U IND whose magnitude is directly proportional to the speed ω. This is in 12 shown.
Es
gilt UIND =
ke·ω (3) It applies U IND = k e · Ω (3)
Dies
ist die Gleichung der Geraden 152 in 12.This is the equation of the line 152 in 12 ,
Kennt
man also aus einer Messung ein Wertepaar UINDm und
omegam, so ergibt sich ke als ke =
UINDm/omegam (4),wie das
in 10 dargestellt ist. Der Wert ke wird auch
als die Motorkonstante bezeichnet.So if one knows a value pair U INDm and omega m from a measurement, then ke results k e = U INDm /omega m (4) like that in 10 is shown. The value k e is also referred to as the motor constant.
Bei
einer Serie von gleichen Motoren, also von Motoren derselben Baureihe,
gibt es individuelle Abweichungen der Motorkonstante. Der Grund
ist u.a., dass bei den Permanentmagneten der Rotoren Abweichungen
in den magnetischen Eigenschaften vorliegen können.at
a series of identical engines, ie engines of the same series,
There are individual deviations of the motor constant. The reason
among other things, that with the permanent magnets of the rotors deviations
may be present in the magnetic properties.
Ferner
ist die Motorkonstante auch von der Temperatur abhängig, d.h.
sie nimmt mit steigender Temperatur ab. Dies ist in 11 dargestellt.
Dort ist mit 154 die Kurve der induzierten Spannung bei 20° C dargestellt.
Diese hat die Form UIND = ke20° C·ω (5) Furthermore, the motor constant is also dependent on the temperature, ie it decreases with increasing temperature. This is in 11 shown. 154 shows the curve of the induced stress at 20 ° C. This has the form U IND = ke 20 ° C · Ω (5)
Für die so
genannte Kreisfrequenz ω gilt ω = n·2π/60(s – 1) (6) For the so-called angular frequency ω applies ω = n · 2π / 60 (s - 1) (6)
Hierbei
ist
n = Drehzahl in U/min.Here is
n = speed in rpm.
Beispiel 1example 1
Für n = 3000
U/min gilt ω = 3000·2π/60 = 314/s (7) For n = 3000 rpm applies ω = 3000 · 2π / 60 = 314 / s (7)
Beispiel 2Example 2
Bei
einem ersten Motor wird bei 3000 U/min = 314/s eine induzierte Spannung
von UIND = 5 V = 5000 mV gemessen.In a first motor, an induced voltage of U IND = 5 V = 5000 mV is measured at 3000 rpm = 314 / s.
Dann
gilt ke1 =
5000 mVs/314 = 15.9 mVs (8) Then applies k e1 = 5000 mVs / 314 = 15.9 mVs (8)
Beispiel 3Example 3
Bei
einem zweiten Motor desselben Typs wird bei n = 3000 U/min und derselben
Temperatur nur eine Spannung UIND = 4,8
V = 4800 mV gemessen.In a second motor of the same type, at n = 3000 rpm and at the same temperature, only a voltage U IND = 4.8 V = 4800 mV is measured.
Damit
gilt ke2 =
4800 mVs/314 = 15,3 mVs (9) So that applies k e2 = 4800 mVs / 314 = 15.3 mVs (9)
Daraus
ergibt sich für
den zweiten Motor gemäß Gleichung
(2) ein Korrekturfaktor von Cf = ke1/ke2 =
15,9 mVs/15,3 mVs = 1,04 (10) The result for the second motor according to equation (2) is a correction factor of Cf = k e1 / k e2 = 15.9 mVs / 15.3 mVs = 1.04 (10)
Dies
bedeutet, dass der Sollwert Is für die Begrenzung
des Motorstroms beim zweiten Motor um 4 % erhöht werden muss, um dasselbe
Drehmoment T zu erhalten wie beim ersten Motor.This means that the setpoint I s for limiting the motor current at the second motor must be increased by 4% by the same torque T to get like the first engine.
Bei
niedrigen Temperaturen ergibt sich eine höhere induzierte Spannung, weil
die Magnetflussdichte des Rotormagneten 208 zunimmt, und
man erhält
folglich bei –20° C eine Kurve 156.
Bei 60° C
erhält
man eine niedrigere induzierte Spannung, deren Verlauf mit 158 bezeichnet
ist.At low temperatures results in a higher induced voltage, because the magnetic flux density of the rotor magnet 208 increases, and is thus obtained at -20 ° C a curve 156 , At 60 ° C gives a lower induced voltage whose course with 158 is designated.
Diese
unterschiedlichen Werte von ke haben auch
einen Einfluss auf das Drehmoment des Motors. Für dieses gilt T = ke·Is (11) These different values of k e also have an influence on the torque of the motor. For this applies T = k e · I s (11)
Hierbei
ist
- T
- = vom Motor erzeugtes
Drehmoment beim Strom I
- ke
- = augenblickliche
Motorkonstante
- Is
- = Sollwert für den Motorstrom.
Here is - T
- = torque generated by the motor at the current I
- k e
- = instant motor constant
- I s
- = Setpoint for the motor current.
14 zeigt
für einen
vorgegebenen Motor eine Kennlinie 160, welche abhängig vom
Strom I das Drehmoment eines bestimmten Motors bei 20° C zeigt. 14 zeigt
auch für
denselben Motor eine Kennlinie 162 für das Drehmoment T bei –20° C, ebenfalls
abhängig
vom Strom I. 14 shows a characteristic curve for a given motor 160 which, depending on the current I, shows the torque of a particular motor at 20 ° C. 14 also shows a characteristic curve for the same motor 162 for the torque T at -20 ° C, also depending on the current I.
Aus
diesen beiden Kurven erkennt man, dass der Motor bei einem bestimmten
Strom bei –20° C ein höheres Drehmoment
erzeugt als bei +20° C.Out
These two curves show that the engine at a certain
Current at -20 ° C a higher torque
produced as at + 20 ° C.
Dies
ist deshalb unerwünscht,
weil solche Motoren z.B. dazu dienen, Ventile zu öffnen und
zu schließen,
wobei durch eine Strombegrenzung sicher gestellt werden muss, dass
das vom ECM 124 erzeugte maximale Drehmoment nicht zu hoch
wird, weil sonst auf die Dauer das Ventil beschädigt werden könnte. Dieses
Problem besteht besonders dann, wenn solche Ventile in arktischen
Gebieten verwendet werden. Dasselbe Problem tritt bei vielen Stellantrieben
auf, die bei unterschiedlichen Temperaturen funktionsfähig sein
müssen.This is undesirable because such motors are used, for example, to open and close valves, which must be ensured by a current limit that of the ECM 124 generated maximum torque is not too high, otherwise the valve could be damaged in the long run. This problem exists especially when such valves are used in arctic areas. The same problem occurs with many actuators that need to be functional at different temperatures.
Aus
diesem Grund muss also bei tiefen Temperaturen der Wert des Motorstroms,
auf den dieser durch das Ansprechen einer Strombegrenzung begrenzt
wird, reduziert werden, wie das in 14 dargestellt
ist, d.h. man geht z.B. von einem Arbeitspunkt 164, der
für 20° C gilt, über eine
waagerechte Linie 166 zur Kurve 162 und bestimmt
dort einen neuen Arbeitspunkt 168 für –20° C.For this reason, at low temperatures, the value of the motor current, to which it is limited by the response of a current limit, must be reduced, as in 14 is shown, that is, for example, goes from an operating point 164 , which is valid for 20 ° C, over a horizontal line 166 to the curve 162 and there determines a new operating point 168 for -20 ° C.
Analog
geht man vor, wenn die Temperatur ansteigt, um in diesem Fall den
Wert des Stromes Is in der Weise zu erhöhen, dass
das Drehmoment T auch bei der höheren
Temperatur eingehalten wird, wozu in diesem Fall der Stromwert Is erhöht
werden muss. Der Strom kann dabei in einfacher Weise durch eine
Pulsweitenmodulation erhöht
werden.Analogously, when the temperature rises, in this case, to increase the value of the current I s in such a way that the torque T is maintained even at the higher temperature, in which case the current value I s must be increased. The current can be increased in a simple manner by a pulse width modulation.
15 zeigt
das zugehörige
Flussdiagramm. Bei S172 wird ein Stromwert Is gespeichert, der
bei 20° C
gemessen wurde. Bevorzugt ist dieser Strom Is der
Mittelwert aus Messungen an verschiedenen Motoren, besonders bevorzugt
der Wert, auf den eine Strombegrenzung eingestellt werden soll. Ferner
wird bei S172 ein Wert (UIND/ω)1 gespeichert, der den Durchschnitt von Messungen
für eine
größere Zahl
von Motoren eines bestimmten Typs bei 20° C darstellt. Dies ist also
ein optimierter Wert, sozusagen der Wert für einen optimalen durchschnittlichen Serienmotor. 15 shows the associated flowchart. At S172, a current value I s stored at 20 ° C is stored. This current I s is preferably the mean value from measurements on different motors, particularly preferably the value to which a current limitation is to be set. Further, at S172, a value (U IND / ω) 1 is stored which represents the average of measurements for a larger number of motors of a certain type at 20 ° C. So this is an optimized value, so to speak, the value for an optimal average series engine.
Im
Schritt S174 wird die induzierte Spannung UIND2 beim
aktuellen Motor gemessen, z.B. mittels der Schritte 940, 950 und 960 der 9.In step S174, the induced voltage U IND2 is measured at the current motor, eg by means of the steps 940 . 950 and 960 of the 9 ,
Der
Wert für
die Drehzahl ω liegt
in den meisten Fällen
bereits vor, da heute viele ECMs eine Drehzahlregelung haben, weshalb
man bei der Berechnung von UIND2/ω2 den Sollwert ω2 des
Drehzahlreglers verwenden kann. Alternativ kann man auch gleichzeitig
mit der Messung der induzierten Spannung einen Wert für die Drehzahl
messen, wie das bereits beschrieben wurde.The value for the speed ω is already present in most cases, since today many ECMs have a speed control, which is why one can use the setpoint ω 2 of the speed controller in the calculation of U IND2 / ω 2 . Alternatively, it is also possible to measure a value for the speed simultaneously with the measurement of the induced voltage, as has already been described.
In
S176 wird dann ein Korrekturfaktor Cf berechnet nach der Formel Cf = (UIND/ω)1/(UIND2/ω2) (12) In S176, a correction factor Cf is then calculated according to the formula Cf = (U IND / Ω) 1 / (U IND2 / ω 2 ) (12)
Dieser
Korrekturfaktor Cf berücksichtigt zweierlei:
- a) Die Abweichung des Motors von einem "Durchschnittsmotor", und
- b) die Abweichung, welche dadurch verursacht wird, dass der
Motor entweder kälter
oder wärmer als
z.B. 20° C
ist.
This correction factor Cf takes into account two things: - a) The deviation of the engine from an "average engine", and
- b) the deviation caused by the engine being either colder or warmer than eg 20 ° C.
Mit
diesem Korrekturfaktor Cf wird gemäß S178 der in S172 gespeicherte
Stromwert Is multipliziert, d.h. wenn der
Motor kalt ist, wird der Stromwert Is reduziert,
und wenn der Motor warm ist, wird der Stromwert Is erhöht, um in
jedem Fall etwa das gleiche Drehmoment T zu erhalten, wie es ein
Motor-Prototyp (mit optimalen Eigenschaften) bei der augenblicklichen
Temperatur erzeugen würde.With this correction factor Cf, according to S178, the current value I s stored in S172 is multiplied, that is, when the engine is cold, the current value I s is reduced, and when the engine is warm, the current value I s is increased, in each case about to obtain the same torque T as an engine prototype (with optimal characteristics) would produce at the current temperature.
Ein
Motor nach der Erfindung erhält
also durch diese elektronische Korrektur die gleichen Eigenschaften
wie ein Motor mit vorgegebenen Eigenschaften aus derselben Serie,
d.h. der Hersteller kann dem Käufer
bestimmte Motoreigenschaften zusichern.One
Motor according to the invention receives
So by this electronic correction the same properties
like a motor with given characteristics from the same series,
i.e. the manufacturer can be the buyer
assure certain engine characteristics.
Naturgemäß sind im
Rahmen der vorliegenden Erfindung für den Fachmann vielfache Abwandlungen
und Modifikationen möglich.By nature are in the
Scope of the present invention for the skilled person multiple modifications
and modifications possible.
