DE102012006491A1 - Method for detecting position of rotor of electric motor e.g. brushless direct current motor, involves providing electrical isolation unit to temporarily, partially and electrically insulate motor phase from common point - Google Patents

Method for detecting position of rotor of electric motor e.g. brushless direct current motor, involves providing electrical isolation unit to temporarily, partially and electrically insulate motor phase from common point Download PDF

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Niels Pedersen
Christian Svendsen
Per Tranekjer Petersen
Hans Langberg Soerensen
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Abstract

The method involves using counter electromagnetic force voltage partially at motor phase of electric motor (5) by scanning the counter-electromagnetic force voltages. A crossing of particular voltage level of counter-electrode magnetic force voltage is detected in which phases of electric motor are connected to each other by common point. An electrical isolation unit is provided to temporarily, partially and electrically insulate the phase from common point. An independent claim is included for electric circuit device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen der Position eines Rotors eines elektrischen Motors. Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Schaltung, die in der Lage ist, die Position zu erfassen.The invention relates to a method for detecting the position of a rotor of an electric motor. The invention also relates to an electrical circuit capable of detecting the position.

Um einen bürstenlosen Gleichstrommotor 11 (BLDCM) zu regeln, ist es notwenig, die Position des Rotors 5 der Maschine 1 zu kennen. Die Position des Rotors 5 kann unter Verwendung von Sensoren gefunden werden. Dies ist nicht praktisch in einer Kompressoranwendung wegen einer sehr rauen Umgebung und ebenfalls wegen des Preises. Ein anderer Weg ist der sensorlose Zugang. In der Verdichterindustrie ist das am meisten verwendete fühlerlose Positionsbestimmungsverfahren, das ”direkte BEMF-Verfahren” (direktes gegenelektromagnetische Kraftverfahren), bei dem die Nullpunkt-Kreuzungen der induzierten Maschinenspannung erfasst wird durch Auslesen der Motorrückführungssignale 2 nach 1.To a brushless DC motor 11 (BLDCM), it is necessary to know the position of the rotor 5 the machine 1 to know. The position of the rotor 5 can be found using sensors. This is not practical in a compressor application because of a very harsh environment and also because of the price. Another way is sensorless access. In the compressor industry, the most commonly used sensorless positioning method is the "direct BEMF method" in which the zero crossings of the induced machine voltage are detected by reading the motor feedback signals 2 to 1 ,

1 zeigt die Motorrückführsignale 2, die direkt auf den Maschinen (Motor)-Phasen 3 gelesen werden. Die Rückführungssignale 2 werden durch die Steuereinheit 4 verarbeitet, um die geeignete Kommutierungssequenz zum Motor 11 zu bestimmen. 1 shows the motor feedback signals 2 directly on the engine (engine) phases 3 to be read. The feedback signals 2 be through the control unit 4 processed to the appropriate Kommutierungssequenz to the engine 11 to determine.

Mit dem ”direkten BEMF-Verfahren”, das in 1 gezeigt ist (BEMF = Gegenelektromagnetische Kraft) ist es möglich, die Position des Rotors 5 durch jedes 60° elektrisch Intervall zu lesen. Ein Modell 7 (eine repräsentative equivalente Schaltung) für eine BLDCM ist in 2 dargestellt, die einen 3-Phasen-Vollbrückeninverter 8 und Modell 7 eines BLDCM zeigt. Die induzierten Spannungen werden mit ea, eb und ec bezeichnet.With the "direct BEMF method", which is used in 1 is shown (BEMF = counterelectromagnetic force), it is possible to determine the position of the rotor 5 to read through every 60 ° electrical interval. A model 7 (a representative equivalent circuit) for a BLDCM is in 2 shown that a 3-phase full bridge inverter 8th and model 7 a BLDCM shows. The induced voltages are denoted by e a , e b and e c .

Der Antrieb des BLDCM 11 wird vorgenommen unter Verwendung einer 2-Phasen-Leitungsstrategie. Das bedeutet, dass idealerweise zwei Phasen 3a, 3b, 3c zu einem Zeitpunkt leiten. In der Realität ist dies nicht vollständig der Fall. Während der Kommutierung zwischen den Phasenfolgen leiten alle drei Phasen 3a, 3b, 3c für eine kurze Zeitperiode. Der Grund dafür ist, dass magnetische Energie (Rückflugenergie) in den Maschineninduktanzen 9 gespeichert ist. Die ”zusätzliche” Phase 3a, 3b, 3c, die für eine kurze Zeitperiode leitet (für die so genannte Demagnetisierungsperiode) nach der Kommutierung spielt eine wichtige Rolle. Von dieser Phase 3a, 3b, 3c wird die Position des Rotors 5 abgeleitet unter Verwendung der BEMF-Spannung (Nullpunktdurchgang der BEMF). Dieses Ereignis wird im Wesentlichen verwendet, um zu bestimmen, wann die Phasenkommutierung stattfindet.The drive of the BLDCM 11 is done using a 2-phase line strategy. That means ideally two phases 3a . 3b . 3c to lead at a time. In reality this is not completely the case. During the commutation between the phase sequences, all three phases are conducted 3a . 3b . 3c for a short period of time. The reason for this is that magnetic energy (return energy) in the machine inductances 9 is stored. The "additional" phase 3a . 3b . 3c which conducts for a short period of time (for the so-called demagnetization period) after commutation plays an important role. From this phase 3a . 3b . 3c becomes the position of the rotor 5 derived using the BEMF voltage (zero crossing of the BEMF). This event is essentially used to determine when the phase commutation is taking place.

Im Folgenden wird eine Beschreibung des Antriebs des BLDCM präsentiert. Die relevanten Ereignisse, die dem Antrieb zugeordnet sind, sind: Nullpunktdurchgang der BEMF-Spannung (Z-Ereignis), Kommutierung (C-Ereignis) und Demagnetisierung (D-Ereignis). Diese Ereignisse werden im Folgenden beschrieben. 3 zeigt diese elektrischen Ereignisse für eine elektrische Umdrehung und ist eine rohe Skizze von einigen der relevanten Signale, wenn man einen BLDCM 11 antreibt. Die durchgezogenen Linien in 3 zeigen die gegenelektromagnetischen Kraft-Spannungen des Motors für drei Phasen 3a, 3b, 3c. Die gestrichelten Linien zeigen die drei Motorphasenströme Ia, Ib, Ic.The following is a description of the drive of the BLDCM. The relevant events associated with the drive are: zero crossing of the BEMF voltage (Z-event), commutation (C-event) and demagnetization (D-event). These events are described below. 3 shows these electrical events for one electrical revolution and is a rough sketch of some of the relevant signals when looking at a BLDCM 11 drives. The solid lines in 3 show the motor's anti-electromagnetic force voltages for three phases 3a . 3b . 3c , The dashed lines show the three motor phase currents I a , I b , I c .

3 zeigt drei Ereignisse, die von Relevanz für den Antrieb eines BLDCM 11 sind: Nullpunktdurchgang der BEMF (Z-Ereignis), Kommutierung (C-Ereignis) und Demagnetisierung (D-Ereignis). Weiterhin kann man sehen, dass sich die Phasen-BEMF-Spannungen ea, eb, ec und die Phasenströme Ia, Ib, Ic jeweils nach 360° elektrisch wiederholen. 3 zeigt auch, dass die drei zuvor erwähnten Ereignisse (d. h. das Z-Ereignis, C-Ereignis und D-Ereignis) jeweils alle 60° elektrisch vorhanden sind. Der Antrieb des BLDCM mit trapezoidförmigen Phasen-BEMF-Spannungen ea, eb , ec wird unter Verwendung einer 6-Schritt-Verfahrensweise vorgenommen, wo herkömmlich zwei Phasen 3a, 3b, 3c über jeweils 60° elektrisch leiten. Diese 6-Schritt-Betriebsweise ist in Tabelle 1 dargestellt. Grad elektrisch 60 120 180 240 300 360 Phase A Strom Positive Stromeinspeisung (+Ia) Negative Stromeinspeisung (–Ia) Negative Stromeinspeisung (–Ia) Positive Stromeinspeisung (+Ia) Phase B Strom Positive Stromeinspeisung (+Ib) Positive Stromeinspeisung (+Ib) Negative Stromeinspeisung (–Ib) Negative Stromeinspeisung (–Ib) Phase C Strom Negative Stromeinspeisung (–Ic) Negative Stromeinspeisung (–Ic) Positive Stromeinspeisung (+Ic) Positive Stromeinspeisung (+Ic) Tabelle 1 3 shows three events that are relevant to driving a BLDCM 11 are: zero crossing of BEMF (Z-event), commutation (C-event) and demagnetization (D-event). Furthermore, it can be seen that the phase BEMF voltages e a , e b , e c and the phase currents I a , I b , I c repeat each after 360 ° electrically. 3 also shows that the three aforementioned events (ie the Z-event, C-event and D-event) are electrically present every 60 °. The drive of the BLDCM with trapezoidal phase BEMF voltages e a , e b , e c is performed using a 6-step procedure, where conventionally two phases 3a . 3b . 3c each 60 ° electrically conduct. This 6-step mode of operation is shown in Table 1. Degree electrical 60 120 180 240 300 360 Phase A current Positive power supply (+ Ia) Negative power supply (-Ia) Negative power supply (-Ia) Positive power supply (+ Ia) Phase B electricity Positive power supply (+ Ib) Positive power supply (+ Ib) Negative power supply (-Ib) Negative power supply (-Ib) Phase C electricity Negative power supply (-Ic) Negative power supply (-Ic) Positive power supply (+ Ic) Positive power supply (+ Ic) Table 1

Tabelle 1 und 3 zeigen, dass diese Strategie darauf gestützt ist, 120° elektrisch Stromimpulse in den BLDCM 11 einzuspeisen.Table 1 and 3 show that this strategy is based on 120 ° electrical current pulses in the BLDCM 11 feed.

Wenn man Phase B studiert, kann man sehen, dass das erste Ereignis, das stattfindet, die Demagnetisierung ist (bei dem Intervall zwischen 0° elektrisch – was ”identisch” mit 360° elektrisch ist – und 60° elektrisch direkt folgend dem vorangehenden Intervall, insbesondere dem vorangehenden Intervall zwischen 240° 360° elektrisch, wo ein negativer Strom –Ib eingespeist wird). Dieser abgeschlossene Demagnetisierungsintervall findet statt wegen der Energiespeicherung in der Induktanz 9b. Die Stromfolge geht von (+Ia, –Ib) (zwischen 300° und 360° elektrisch) bis (+Ia, –Ic) (zwischen 0° = 360° elektrisch und 60° elektrisch). Dies bedeutet, dass an diesem Punkt kein weiterer Strom Ib in Phase B eingespeist wird. Die Phasen B Induktanz 9b enthält magnetische Feldenergie. Diese magnetische Feldenergie wird freigegeben (Rückflugeffekt) zurück in den Drei-Phasen-Vollbrückeninverter 8. Das Ende der Demagnetisierung kann angesehen werden als ein Sprung auf den Motorpotentialspannungen eb auf dem BLDCM 11, weil der Energiepfad normalerweise durch die Freilaufdioden 10 in dem Drei-Phasen-Vollbrückeninverter 8 ist und dies bedeutet, dass die Motorpotentialspannungen ea, eb, ec anfangs an der positiven oder negativen Gleichstromverbindungsschiene sind (hier wird ein Spannungsabfall über die Freilaufdioden 10 aus der Betrachtung herausgelassen), bis die jeweilige Phaseninduktanz 9a, 9b, 9c energielos gemacht wird. Wenn die Phase 3a, 3b, 3c energielos gemacht wird, kehrt das jeweilige Motorpotential ea, eb , ec zurück zu grob der halben Gleichstromschienenspannung Vdc.If you study phase B, you can see that the first event that takes place is the demagnetization (at the interval between 0 ° electrical - which is "identical" to 360 ° electrical) and 60 ° electrical directly following the previous interval, in particular, the preceding interval between 240 ° 360 ° electrical, where a negative current -I b is fed). This completed Demagnetisierungsintervall takes place because of the energy storage in the inductance 9b , The current sequence starts from (+ I a , -I b ) (between 300 ° and 360 ° electrical) to (+ I a , -I c ) (between 0 ° = 360 ° electrical and 60 ° electrical). This means that at this point no further current I b in phase B is fed. The phases B inductance 9b contains magnetic field energy. This magnetic field energy is released (flyback effect) back into the three-phase full bridge inverter 8th , The demagnetization end can be considered as a jump on the motor potential voltages e b on the BLDCM 11 because the energy path is normally through the freewheeling diodes 10 in the three-phase full bridge inverter 8th and this means that the motor potential voltages e a, e b, e c are in the positive or negative DC connecting rail at first (in this case, a voltage drop across the freewheeling diodes 10 omitted from consideration) until the respective phase inductance 9a . 9b . 9c is made without energy. When the phase 3a . 3b . 3c is made energy-free, returns the respective motor potential e a , e b , e c back to roughly half the DC bus voltage V dc .

Das nächste Ereignis, das anwesend ist, ist der Nullpunktdurchgang der BEMF-Spannung eb der Phase B (zwischen 0° elektrisch und 60° elektrisch). Dieses Ereignis kann leicht gesehen werden auf dem Motorpotential eb der Phase B, weil die Phase B energielos gemacht wird (kein Strom Ib fließt). Hier kann man sehen, dass die Steigung der B BEMF-Spannung es ansteigt. Der Nullpunktdurchgang wird gesucht. Dieser Nullpunktdurchgang wird bei einem gewissen elektrischen Winkel (theoretisch bei 30° elektrisch) nach dem Kommutierungsereignis hervorgerufen. Das bedeutet, dass die Stromfolge von (+Ia, –Ic) zu (+Ib, –Ic) usw. geht. Die Folge hier ist, Ia, Ib, Ic in die Phase zur richtigen Zeit einzuspeisen, um ein optimales Motormoment zu erzeugen. Hier sollte bemerkt werden, dass die augenblickliche Leistung an der Welle 5 berechnet werden kann als:The next event that is present is the zero crossing of the BEMF voltage e b of phase B (between 0 ° electrical and 60 ° electrical). This event can easily be seen at the motor potential e b of the phase B, because the phase B is made energy-free (no current I b flows). Here you can see that the slope of the B BEMF voltage is increasing. The zero crossing is searched. This zero crossing is caused at a certain electrical angle (theoretically at 30 ° electrical) after the commutation event. This means that the current sequence goes from (+ I a , -I c ) to (+ I b , -I c ) and so on. The consequence here is to feed I a , I b , I c into the phase at the right time to produce an optimal engine torque. Here it should be noted that the instantaneous power to the shaft 5 can be calculated as:

Gleichung 1:Equation 1:

  • PWelle = Ia·ea + Ib·eb + Ic·ec P wave = I a * e a + I b * e b + I c * e c

Worin

  • • Ia, Ib und Ic der augenblickliche Motorphasenstrom (gemessen in Ampere [A]) ist.
  • • ea, eb und ec die augenblickliche Spannung pro Phase (gemessen in Volt [V]) ist.
Wherein
  • • I a , I b and I c is the instantaneous motor phase current (measured in amperes [A]).
  • • e a , e b and e c is the instantaneous voltage per phase (measured in volts [V]).

Es ist möglich, die folgende Tabelle (d. h. Tabelle 2) aufzustellen, die ein allgemeines Bild für die Regelung eines BLDC Motors 11 zeigt. Signale\Grad elektrisch [° elektrisch] 60 120 180 240 300 360 Phase A BEMF-Spannung Fallende BEMF\ Ansteigende BEMF/ Phase B BEMF-Spannung Ansteigende BEMF/ Fallende BEMF\ Phase C BEMF-Spannung Ansteigende BEMF/ Fallende BEMF\ Phase A Strom Positive Stromeinspeisung Negative Stromeinspeisung Negative Stromeinspeisung Positive Stromeinspeisung Phase B Strom Positive Stromeinspeisung Positive Stromeinspeisung Negative Stromeinspeisung Negative Stromeinspeisung Phase C Strom Negative Stromeinspeisung Negative Stromeinspeisung Positive Stromeinspeisung Positive Stromeinspeisung Tabelle 2 It is possible to set up the following table (ie Table 2), which is a general picture for the control of a BLDC motor 11 shows. Signals \ degrees electrical [° electrical] 60 120 180 240 300 360 Phase A BEMF voltage Falling BEMF \ Rising BEMF / Phase B BEMF voltage Rising BEMF / Falling BEMF \ Phase C BEMF voltage Rising BEMF / Falling BEMF \ Phase A current Positive power supply Negative power supply Negative power supply Positive power supply Phase B electricity Positive power supply Positive power supply Negative power supply Negative power supply Phase C electricity Negative power supply Negative power supply Positive power supply Positive power supply Table 2

Um ein optimales Motormoment zu erzeugen, ist es wesentlich, dass die in Tabelle 2 erwähnten Ereignisse ordentlich gehandhabt werden. Die beiden Ereignisse, die erfasst und validiert werden müssen, sind die Demagnetisierung (D-Ereignis) und der Nullpunktdurchgang (Z-Ereignis) der BEMF. Das Kommutierungsereignis (C-Ereignis) basiert auf dem Nullpunktdurchgang der BEMF. Um diese Ereignisse zu erfassen und zu validieren, ist eine gewisse externe Schaltung notwendig zusammen mit einem Prozessor mit einem eingebauten Komparator (z. B. eine Regeleinheit 4).In order to produce optimum engine torque, it is essential that the events mentioned in Table 2 be properly handled. The two events that need to be captured and validated are demagnetization (D-event) and zero-crossing (Z-event) of BEMF. The commutation event (C-event) is based on the zero crossing of the BEMF. To capture and validate these events, some external circuitry is necessary along with a processor with a built-in comparator (eg, a control unit 4 ).

Die Erfassung wird gehandhabt als ein Vergleich zwischen den Motorpotentialspannungen ea, eb , ec und dem Potential des Motorsternpunkts 12, 15. Diese Aspekte werden weiter unten beschrieben.The detection is handled as a comparison between the motor potential voltages e a , e b , e c and the potential of the engine neutral point 12 . 15 , These aspects are described below.

Das folgende sollte in Erinnerung bleiben:

  • • Die 6-Schritt-Betriebsweise ist auf eine Zwei-Phasen-Leitungsstrategie gestützt, wenn man die Demagnetisierung außer Betracht lässt.
  • • Die energielos gemachten Phasen 3a, 3b, 3c werden verwendet, um den Nullpunktdurchgang der BEMF zu erfassen, um eine optimale Momenterzeugung sicherzustellen.
The following should be remembered:
  • • The 6-step operation is based on a two-phase conduction strategy, disregarding demagnetization.
  • • The energy-free phases 3a . 3b . 3c are used to detect the zero crossing of the BEMF to ensure optimal torque production.

Die Größe der BEMF-Spannungen ea, eb , ec ist maschinengeschwindigkeitsabhängig. Das bedeutet, dass bei niedrigen Geschwindigkeiten des Motors 11 die BEMF-Spannungen ea, eb , ec klein sind. Deswegen ist es relativ schwierig, einen BLDCM 11 zu starten wegen der fehlenden BEMF-Spannungen ea, eb , ec (oder um genauer zu sein: die BEMF-Spannungen ea, eb , ec sind nicht groß genug, um durch die Regeleinheit 4 mit ausreichender Genauigkeit verarbeitet zu werden). Die Motorrückführsignale 2 in 1 sollten sehr sorgfältig betrachtet werden, weil dies der Schlüssel zum Erfolg ist, wenn man den Nullpunktdurchgang der BEMF erfasst. Einige Beispiele für die Motorrückführsignale 2 werden unten vorgestellt.The magnitude of the BEMF voltages e a , e b , e c is machine speed dependent. That means that at low engine speeds 11 the BEMF voltages e a , e b , e c are small. That's why it's relatively difficult to get a BLDCM 11 due to the lack of BEMF voltages e a , e b , e c (or to be more specific: the BEMF voltages e a , e b , e c are not large enough to pass through the control unit 4 to be processed with sufficient accuracy). The motor feedback signals 2 in 1 should be considered very carefully because this is the key to success when capturing the zero point crossing of the BEMF. Some examples of engine feedback signals 2 are presented below.

Beispiele für die Motorrückführsignale:Examples of motor feedback signals:

Neue Kompressortechnologie-bürstenlose Gleichstrommaschinen (Motoren) 11 (BLDC) mit beträchtlich höheren Trägheitsmomenten sind zwischenzeitlich eingeführt worden. Dies gibt Anlass zu einigen kritischen Herausforderungen. Insbesondere, wenn Startverfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden, ist es notwendig, Maschinengeschwindigkeit aufzubauen (in der Lage zu sein, den Nullpunktdurchgang der BEMF-Spannung mit ausreichender Genauigkeit zu erfassen) durch Laufen in einer Schrittbetriebsweise für eine längere Zeitdauer (ein Verfahren für diese anfängliche Startphase eines BLDC 11 ist an sich im Stand der Technik bekannt). Dies ist sehr kritisch, weil es ein mögliches Risiko gibt, die Position des Rotors 5 zu verlieren wegen der unbekannten Kompressorbelastung (oder anderer mechanischer Belastung).New Compressor Technology Brushless DC Motors (Motors) 11 (BLDC) with considerably higher moments of inertia have since been introduced. This gives rise to some critical challenges. In particular, when starting methods known in the art are used, it is necessary to build up engine speed (to be able to detect the zero cross point of the BEMF voltage with sufficient accuracy) by running in a step mode for a longer period of time (a procedure for this initial startup phase of a BLDC 11 is known per se in the art). This is very critical because there is a potential risk to the position of the rotor 5 due to unknown compressor load (or other mechanical load).

Ein typisches Beispiel einer früher verwendeten BEMF-Schaltung 13 ist in 4 gezeigt. Mit dieser Schaltung 13, die in 4 gezeigt ist, werden die Motorrückführsignale ea, eb, ec von den Phasen 3a, 3b, 3c gedämpft durch die Spannungsteiler 14 (R10 und R13; R11 und R14; R12 und R15). Dies ist nicht ideal für diese BLDCMs 11 mit hoher Trägheit wegen des längeren schrittbetriebsweisen Betriebs und der Möglichkeit, die Position des Rotors 5 zu ”verlieren”.A typical example of a previously used BEMF circuit 13 is in 4 shown. With this circuit 13 , in the 4 is shown, the motor feedback signals e a , e b , e c of the phases 3a . 3b . 3c damped by the voltage divider 14 (R10 and R13; R11 and R14; R12 and R15). This is not ideal for these BLDCMs 11 with high inertia because of the longer step-by-step operation and the possibility of the position of the rotor 5 to lose".

Eine mögliche Lösung für die Herausforderung der hohen Trägheit könnte sein, die Bodenwiderstände (R13, R14, R15 in 4 werden R4, R5, R6 in 5) abzutrennen und es der Regeleinheit 4 zu erlauben, die nicht unterdrückten BEMF-Signale zu erfassen. Dieses Verfahren wird in 5 vorgestellt. In diesem Verfahren wird die Erfassung des Nullpunktdurchgangs synchron mit der pulsbreiten Modulation (PWM) des Drei-Phasen-Vollbrückeninverters 8 vorgenommen in der Aus-Zeit, wo der Nullpunktdurchgang der BEMF-Spannung sich auf Masse beziehen kann.One possible solution to the challenge of high inertia might be to lower the ground resistances (R13, R14, R15 in 4 R4, R5, R6 are in 5 ) and the control unit 4 to allow, to detect the un-suppressed BEMF signals. This procedure is in 5 presented. In this method, zero cross detection is synchronized with the pulse width modulation (PWM) of the three-phase full bridge inverter 8th made in the off-time, where the zero crossing of the BEMF voltage can refer to ground.

Der Nachteil ist, dass es nicht möglich ist, 100% PWM zu verwenden, was eine Verschlechterung in der maximalen Maschinengeschwindigkeit ergibt, die erzielt werden könnte.The downside is that it is not possible to use 100% PWM, which results in a degradation in the maximum engine speed that could be achieved.

Um (im wesentlichen) 100% PWM bei höheren Geschwindigkeiten zu bekommen, ist es notwendig, die unteren Widerstände mit Masse zu verbinden (wie es mit R13, R14, R15 in 4 gemacht ist) und die Motorrückführsignale zu unterdrücken. Die Erfassung des Nullpunktdurchgangs der BEMF-Spannung wird dann synchron mit der PWM in der An-Zeit vorgenommen. Der Bezug bei hohen Geschwindigkeiten wird dann der tatsächliche Maschinensternpunkt 12 sein, der 4 erzeugt wird.To get (essentially) 100% PWM at higher speeds, it is necessary to connect the lower resistors to ground (as with R13, R14, R15 in 4 is made) and to suppress the motor feedback signals. The detection of the zero crossing of the BEMF voltage is then made synchronous with the PWM in on-time. The reference at high speeds then becomes the actual machine star point 12 be that one 4 is produced.

Die Unterbrechung/Verbindung der unteren Widerstände (R4, R5, R6 in 5) mit Masse wird vorgenommen über einige digitale Stifte auf der Steuereinheit, vergleiche 5, die eine modifizierte BEMF-Schaltung zeigt.The interruption / connection of the lower resistors (R4, R5, R6 in 5 ) with ground is made via some digital pins on the control unit, compare 5 showing a modified BEMF circuit.

Der Aufbau, der in 5 gezeigt, ist wird jedoch nicht arbeiten, da Signal auf EMK_A beeinflusst wird durch den Signalpegel auf EMK_B oder EMK_C durch die Widerstände (R7, R8, R9 in 5), die verwendet werden, um den Sternpunkt 12 zu erzeugen. 325 V Gleichstrom werden auf einer der anderen Motorphasen 3a, 3b, 3c vorhanden sein und dies wird beträchtlich das Signal stören, das dafür vorgesehen ist, gemessen zu werden.The construction in 5 is, however, will not work because signal on EMK_A is affected by the signal level on EMK_B or EMK_C through the resistors (R7, R8, R9 in FIG 5 ), which are used to the star point 12 to create. 325 V DC will be on one of the other motor phases 3a . 3b . 3c be present and this will significantly disturb the signal intended to be measured.

Eine Lösung könnte sein, den Widerstand zu dem Sternpunkt 12 auf ein Niveau zu vergrößern, wo diese Störung nicht länger ein Problem ist, aber da die oberen Spannungsteilerwiderstände (R1, R2, R3 in 5) im Megaohmbereich sind, um Verluste zu begrenzen, müssen die Widerstände (R7, R8, R9 in 5) zu dem Sternpunkt 12 Zehner von Megaohm sein, um den Einfluss zu begrenzen. Wenn man dies tut, wird der Sternpunkt 12 sehr empfindlich auf eingekuppelte Störung und Widerstandswerte in diesem Bereich sind nicht sehr stabil, wenn es zu Staub und Feuchtigkeit kommt, was den Sternpunkt 12 unzuverlässig macht.One solution could be the resistance to the star point 12 to a level where this disturbance is no longer a problem, but because the upper voltage divider resistors (R1, R2, R3 in FIG 5 ) are in the megohm range, to limit losses, the resistors (R7, R8, R9 in 5 ) to the star point 12 Be tens of megohms to limit the influence. When you do this, the star point becomes 12 Very sensitive to coupled interference and resistance values in this range are not very stable when it comes to dust and moisture, which is the star point 12 makes it unreliable.

Eine andere Lösung ist es, einen verschobenen Sternpunkt 15 zu erzeugen, der in 6 gezeigt ist.Another solution is to move a star point 15 to generate in 6 is shown.

Die in 6 gezeigte Lösung wird arbeiten, aber wird zu zwei Mal so vielen Verlusten in der BEMF-Schaltung führen und sie dadurch unattraktiv machen, wenn man hoch effiziente Schaltungen benötigt.In the 6 The solution shown will work, but will twice as many losses in the BEMF circuit, thereby making them unattractive when high-efficiency circuits are needed.

Eine dritte Lösung wird sein, den Maschinensternpunkt (nicht gezeigt) zu erzeugen unter Verwendung der Gleichstrombus-Spannung, um einen verschobenen Sternpunkt 15 zu erzeugen. Jedoch könnte dies möglicherweise falsche Erfassungen der Nullpunktdurchgänge der BEMF-Spannung ergeben.A third solution will be to generate the engine star point (not shown) using the DC bus voltage around a shifted neutral point 15 to create. However, this could possibly give false detections of the zero crossings of the BEMF voltage.

Deswegen gibt es immer noch einen Bedarf für ein verbessertes Verfahren zum Erfassen der Position eines Rotors eines elektrischen Motors. In gleicher Weise gibt es einen Bedarf für eine verbesserte Schaltung zur Erfassung der Position eines Rotors eines elektrischen Motors.Therefore, there is still a need for an improved method for detecting the position of a rotor of an electric motor. Likewise, there is a need for an improved circuit for detecting the position of a rotor of an electric motor.

Es ist deswegen eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erfassen der Position eines Rotors eines elektrischen Motors zur Verfügung zu stellen, das gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verbessert ist. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Schaltung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, die Position eines Rotors eines elektrischen Motors zu erfassen und die gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Schaltungen verbessert ist.It is therefore an object of the invention to provide a method for detecting the position of a rotor of an electric motor, which is improved over known from the prior art method. Furthermore, it is an object of the invention to provide an electrical circuit capable of detecting the position of a rotor of an electric motor and improved over electrical circuits known from the prior art.

Die Erfindung löst dieses Problem.The invention solves this problem.

Es wird vorgeschlagen, ein Verfahren zur Erfassung der Position eines Rotors eines elektrischen Motors durchzuführen, das mindestens teilweise eine Gegenelektromagnetische-Kraft-Spannung von mindestens einer Motorphase des elektrischen Motors verwendet durch Abtasten mindestens einer Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung mindestens einer Motorphase und Erfassen eines Durchgangs eines bestimmten Spannungspegels der Gegenmagnetischen-Kraft-Spannung, wobei die Phasen des elektrischen Motors über einen gemeinsamen Stern miteinander verbunden sind in einer Weise, dass zumindest eine Motorphase zumindest zeitweilig teilweise elektrisch von dem Sternpunkt entkoppelt ist durch mindestens eine elektrische Entkopplungseinrichtung. Im Prinzip kann der elektrische Motor eine im Wesentlichen wahlfreie Zahl von Motorphasen haben. Als ein Beispiel, kann er zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf oder selbst mehr Motorphasen haben (wobei der typische Aufbau mit einer geraden Anzahl von Motorphasen ist). Die Abtastung der mindestens einen Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung mindestens einer Motorphase kann vorgenommen werden mit im Wesentlichen allen Mitteln, die im Stand der Technik bekannt sind. Beispielsweise kann eine Spannungsmessung über einen Widerstand oder die Messung eines magnetischen Felds (Stärke) und/oder eines magnetischen Felds (Stärke) und/oder einer magnetischen Feld (Stärke) Variation ins Auge gefasst werden. Die Abtastung kann ausgelesen und verarbeitet werden durch eine analoge und/oder eine digitale Schaltung. Insbesondere können digitale Verarbeitungseinheiten (wie ein Einplatinen-Computer oder der gleichen) verwendet werden. Solche Einrichtungen können ebenfalls verwendet werden zum Steuern des Stroms, der dem elektrischen Motor zugeführt wird. Wie es bei elektrischen Motoren üblich ist, werden die unterschiedlichen Phasen des elektrischen Motors miteinander verbunden über einen gemeinsamen Stern. Dies bedeutet nicht notwendigerweise, dass sie direkt verbunden sind, beispielsweise durch (im Wesentlichen) Kurzschließen der jeweiligen Leitungen. Stattdessen ist es möglich, dass Widerstände oder andere Einrichtungen in Reihe mit und/oder parallel zu den jeweiligen Leitungen gelegt werden. Der Sternpunkt selbst kann geerdet sein (wahrscheinlich durch einen Widerstand oder dergleichen) und/oder er kann flotieren (dadurch, dass er von Masse getrennt wird, und/oder durch Verwendung eines Widerstands mit einem hohen Widerstandswert, beispielsweise im Bereich von Megaohm oder selbst darüber hinaus). Nach dem vorliegenden Vorschlag wird mindestens eine Phase zumindest zeitweilig teilweise elektrisch von dem Sternpunkt entkoppelt durch mindestens eine elektrische Entkupplungseinrichtung. Das elektrische Entkoppeln kann in einer großen Vielzahl von Wegen vorgenommen werden. Insbesondere ist es möglich, dass eine Richtung des elektrischen Stroms der anderen vorgezogen wird (eine extreme Form würde eine Diode sein, wo der Vorzug im Wesentlichen ”100” ist; es sind jedoch auch ”kleinere” Vorzüge möglich). Es ist auch möglich, dass eine Verbindung (einschließlich eine Verbindung, die eine Richtung bevorzugt) eingerichtet wird lediglich während bestimmter Zeitintervalle. Weiterhin ist es möglich, dass die partielle elektrische Entkopplung durchgeführt wird durch ein nicht-lineares Verhalten der elektrischen Kopplung (als ein Mittel des Vergleichs sollte ein elektrischer Standard-Widerstand ein lineares Verhalten zeigen zwischen der angelegten Spannung und dem Strom, der durch den Widerstand geht). Ein nicht-lineares Verhalten kann auch eine Verstärkungseinrichtung einschließen (einschließlich Verstärkungseinrichtungen, die eine Richtung vor einer anderen bevorzugen).It is proposed to carry out a method of detecting the position of a rotor of an electric motor which at least partially uses a counterelectromagnetic force voltage of at least one motor phase of the electric motor by sensing at least one counterelectromotive force voltage of at least one motor phase and detecting a passage a certain voltage level of the counter-magnetic-force voltage, wherein the phases of the electric motor are connected to each other via a common star in such a way that at least one motor phase is at least temporarily partially electrically decoupled from the neutral point by at least one electrical decoupling device. In principle, the electric motor may have a substantially random number of motor phases to have. As an example, it may have two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten, eleven, twelve, or even more motor phases (the typical setup being an even number of motor phases). The sampling of the at least one counterelectromagnetic force voltage of at least one motor phase may be made by substantially all means known in the art. For example, a voltage measurement via a resistor or the measurement of a magnetic field (strength) and / or a magnetic field (strength) and / or a magnetic field (strength) variation can be envisaged. The scan can be read out and processed by analog and / or digital circuitry. In particular, digital processing units (such as a single-board computer or the like) may be used. Such devices may also be used to control the current supplied to the electric motor. As is usual with electric motors, the different phases of the electric motor are connected together via a common star. This does not necessarily mean that they are directly connected, for example by (substantially) shorting the respective lines. Instead, it is possible for resistors or other devices to be placed in series with and / or in parallel with the respective lines. The star point itself may be grounded (probably by a resistor or the like) and / or it may float (by being disconnected from ground) and / or by using a resistor with a high resistance, for example in the megohm or even higher range addition). According to the present proposal, at least one phase is at least temporarily partially electrically decoupled from the neutral point by at least one electrical decoupling device. The electrical decoupling can be done in a wide variety of ways. In particular, it is possible for one direction of the electrical current to be preferred over the other (an extreme shape would be a diode where the preference is essentially "100", but "smaller" benefits are also possible). It is also possible that a connection (including a connection that prefers one direction) is set up only during certain time intervals. Furthermore, it is possible that the partial electrical decoupling is performed by a non-linear behavior of the electrical coupling (as a means of comparison, a standard electrical resistor should exhibit a linear behavior between the applied voltage and the current passing through the resistor ). Non-linear behavior may also include gain means (including gain means which favor one direction over another).

Während es im Prinzip ausreichend ist, dass mindestens eine Gegenelektromagnetische-Kraft-Spaltung abgetastet wird und/oder mindestens eine Motorphase zumindest zeitweilig teilweise elektrisch von dem Sternpunkt entkoppelt wird, ist es bevorzugt, wenn eine Vielzahl und/oder (im Wesentlichen) alle Gegenelektromagnetische-Kraft-Spannung abgetastet beziehungsweise, wenn eine Vielzahl und/oder (im Wesentlichen) alle Motorphasen teilweise elektrisch entkoppelt werden. Als eine Daumenregel: je mehr Gegenelektromagnetische-Kraft-Spannungen abgetastet und/oder je mehr Motorphasen teilweise elektrisch entkoppelt werden, desto besser ist die Positionserfassung. Als Spannungsniveau, das für die Erfassung verwendet wird, können im Wesentlichen alle Spannungsniveaus verwendet werden. Insbesondere sind bestimmte Niveaus bevorzugt, wie ein Niveau (dicht) an der auftretenden Maximal- und/oder der Minimal-Spannung. Insbesondere bevorzugt wird ein ”Nullpunktdurchgang” erfasst. Der ”Nullpunktdurchgang” kann ein Null-Massenniveau und/oder ein Spannungsniveau sein, das zwischen zwei Potentialen eine Gleichstrom-Spannungsversorgung ist und/oder ein Spannungsniveau, das zwischen einem auftretenden maximalen Spannungsniveau beziehungsweise einem minimalen Spannungsniveau liegt. Andere Potentiale sind natürlich ebenfalls möglich.While it is sufficient in principle that at least one counter-electromagnetic force split is scanned and / or at least one motor phase is at least temporarily partially electrically decoupled from the star point, it is preferred if a plurality and / or (substantially) all counterelectromagnetic Force-voltage sampled or when a plurality and / or (substantially) all motor phases are partially electrically decoupled. As a rule of thumb, the more counterelectromotive force voltages sampled and / or the more motor phases partially electrically decoupled, the better the position detection. As voltage level used for detection, substantially all voltage levels can be used. In particular, certain levels are preferred, such as a level (dense) at the occurring maximum and / or minimum voltage. Particularly preferably, a "zero point crossing" is detected. The "zero point crossing" may be a zero mass level and / or a voltage level that is a DC power supply between two potentials and / or a voltage level that is between a maximum voltage level and a minimum voltage level, respectively. Other potentials are also possible.

Insbesondere kann das Verfahren verwendet werden in einer Weise, dass zumindest eine Gegenelektromotorische Kraft-Spannung verglichen wird mit einer Referenzspannung. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Ausführungsform ins Auge gefasst werden. Normalerweise können Referenzspannungen vergleichsweise leicht erzeugt werden. Ein Vergleich kann vorgenommen werden auf einen ”Null-Differenz” Vergleich. Solch ein Vergleich kann besonders präzise und/oder besonders einfach sein.In particular, the method can be used in such a way that at least one counter electromotive force voltage is compared with a reference voltage. In this way, a particularly simple embodiment can be envisaged. Normally, reference voltages can be generated comparatively easily. A comparison can be made on a "zero difference" comparison. Such a comparison can be particularly precise and / or particularly simple.

Obwohl es möglich ist, eine große Verschiedenheit von Spannungsniveaus zu erfassen, ist es bevorzugt, das Verfahren in einer Weise zu verwenden, dass ein Nullpunktdurchgang von mindestens einer Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung erfasst wird. Solch ein Nullpunktdurchgang ist typischerweise sehr bedeutsam für die Bestimmung der Position des Rotors. Mit der Bezeichnung ”Nullpunktdurchgang” ist nicht notwendigerweise ein Durchgang eines Masseniveaupotentials gemeint. Stattdessen, insbesondere falls ein elektrischer Motor verwendet wird, der galvanisch vom Masseniveau getrennt ist, können andere Potentiale verwendet werden. Eine besonders gut geeignete Ausführungsform kann erhalten werden, wenn ein Mittelspannungspotentialniveau zwischen den beiden Potentialen einer Leistungsversorgung (insbesondere einer Gleichstromleistungsversorgung und/oder den ”Extremen” einer Wechselspannungsleistungsversorgung) verwendet wird als ein Nullniveau zum Erfassen des Nullpunktdurchgangs.Although it is possible to detect a wide variety of voltage levels, it is preferable to use the method in such a manner that a zero crossing of at least one counterelectromagnetic force voltage is detected. Such a zero crossing is typically very important for determining the position of the rotor. The term "zero crossing" does not necessarily mean a passage of a mass level potential. Instead, especially if an electric motor is used which is galvanically isolated from ground level, other potentials may be used. A particularly well-suited embodiment can be obtained if a medium voltage potential level between the two potentials of a power supply (in particular a DC power supply and / or the "extremes" of an AC power supply) is used as a zero level for detecting the zero crossover.

Es ist bevorzugt, wenn mindestens eine elektrische Entkopplungseinrichtung zumindest teilweise gestaltet ist als eine nicht-lineare elektrische Entkopplungseinrichtung. Erste Versuche haben gezeigt, dass solch ein nichtlineares Verhalten ausreichend sein kann zum Verbessern der Erfassung. Insbesondere kann eine Nicht-Linearität auftreten, indem man ein nicht-lineares Verhalten zwischen angelegter Spannung und dem sich ergebenden Strom hat und/oder wenn eine Richtung vor der anderen bevorzugt wird. Um einfach einige typische elektronische Komponenten zu nennen, die ein nicht-lineares Verhalten zeigen, Dioden, Zener-Dioden, DIACs, TRIACs, IGBTs, Transistoren, FETs, MOSFETs, Operationsverstärker oder dergleichen können verwendet werden. It is preferred if at least one electrical decoupling device is at least partially designed as a non-linear electrical decoupling device. Initial experiments have shown that such nonlinear behavior may be sufficient to improve detection. In particular, nonlinearity may occur by having a non-linear behavior between applied voltage and the resulting current and / or when one direction is preferred over the other. To simply cite some typical electronic components that exhibit non-linear behavior, diodes, Zener diodes, DIACs, TRIACs, IGBTs, transistors, FETs, MOSFETs, operational amplifiers, or the like can be used.

Insbesondere ist es bevorzugt, das Verfahren in einer Weise durchzuführen, dass mindestens eine elektrische Entkopplungseinrichtung zumindest teilweise als eine Verstärkungseinrichtung gestaltet ist, insbesondere als eine Operationsverstärkereinrichtung. Insbesondere kann eine solche Verstärkungseinrichtung ein nicht-lineares Verhalten zeigen (obwohl ein lineares Verstärkungsverhalten, zumindest über ein breites Intervall), das ebenfalls zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann. Um einfach ein paar elektronische Komponenten zu nennen, die ein Verstärkungsverhalten zeigen, können Transistoren, FETs, MOSFETs, IGBTs, Operationsverstärker oder dergleichen verwendet werden. Experimente haben gezeigt, dass insbesondere Operationsverstärker (oder elektronische Komponenten, die ein ähnliches Verstärkungsverhalten haben) besonders gut geeignet sind zum Durchführen des vorliegend vorgeschlagenen Verfahrens.In particular, it is preferable to carry out the method in such a way that at least one electrical decoupling device is at least partially designed as an amplifying device, in particular as an operational amplifier device. In particular, such amplification means may exhibit non-linear behavior (although linear gain behavior, at least over a wide interval) which may also be used to perform the method. To simply name a few electronic components that exhibit gain performance, transistors, FETs, MOSFETs, IGBTs, operational amplifiers, or the like may be used. Experiments have shown that, in particular, operational amplifiers (or electronic components having a similar amplification behavior) are particularly well suited to carrying out the presently proposed method.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass zumindest eine Gegenelektromagnetische-Kraft-Spannung gemessen wird zumindest an Zeitpunkten während eines im Wesentlichen Voll-Pulsbereiten-Modulation-Abtastzyklus. Heutzutage (insbesondere, wenn Inverter zum Antreiben von elektrischen Motoren verwendet werden), sind elektrische Motoren ziemlich oft geregelt durch eine Pulsbreiten-Modulation (PWM). Früher vorgeschlagene Verfahren zum Erfassen der Position eines Rotors eines elektrischen Motors haben typischerweise den Nachteil, dass eine Positionserfassung nicht durchgeführt werden kann (mit ausreichender Präzision oder überhaupt), wenn der Motor mit (im Wesentlichen) 100% Pulsbreiten-Modulation-Abtastzyklus angetrieben wird. Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ist dies jedoch möglich. Deswegen kann die Leistung und/oder das Moment des elektrischen Motors in vollem Ausmaß verwendet werden, was besonders vorteilhaft ist.It is further proposed that at least one counterelectromagnetic force voltage is measured at least at times during a substantially full-pulse-ready modulation sampling cycle. Nowadays (especially when inverters are used to drive electric motors), electric motors are quite often controlled by pulse width modulation (PWM). Previously proposed methods of detecting the position of a rotor of an electric motor typically have the disadvantage that position detection can not be performed (with sufficient precision or at all) when the motor is driven at (substantially) 100% pulse width modulation sampling cycle. However, this is possible with the method proposed here. Therefore, the power and / or torque of the electric motor can be fully utilized, which is particularly advantageous.

Weiterhin wird vorgeschlagen, das Verfahren zumindest zeitweilig während eines Betriebs des elektrischen Motors mit niedriger Geschwindigkeit zu verwenden. Dies ist ein weiterer Vorteil des vorliegend vorgeschlagenen Verfahrens, da erste Experimente gezeigt haben, dass die gemessene Genauigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens vergleichsweise hoch ist, selbst bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten des elektrischen Motors. Insbesondere in Kombination mit der Verwendung eines 100% PWM Abtastzyklus ist dies sehr vorteilhaft. Als eine Daumenregel, wenn das Verfahren sehr früh verwendet wird, kann eine anfängliche Startphase (beispielsweise unter Verwendung eines Schrittmotorverhaltens) abgekürzt werden, was es möglich macht, die Startzeit zu verkürzen.Furthermore, it is proposed to use the method at least temporarily during operation of the electric motor at low speed. This is another advantage of the presently proposed method since initial experiments have shown that the measured accuracy of the proposed method is comparatively high even at low rotational speeds of the electric motor. In particular, in combination with the use of a 100% PWM sampling cycle, this is very advantageous. As a rule of thumb, if the method is used very early, an initial startup phase (using, for example, a stepper motor behavior) may be abbreviated, making it possible to shorten the startup time.

Weiterhin wird eine elektrische Schaltungseinrichtung zum Erfassen der Position eines elektrischen Motors unter Verwendung mindestens teilweise einer Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung mindestens einer Motorphase des elektrischen Motors vorgeschlagen, wobei die Phasen des elektrischen Motors miteinander durch einen gemeinsamen Sternpunkt verbunden sind, die mindestens eine Abtasteinrichtung zum Abtasten mindestens einer Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung mindestens einer Motorphase und mindestens eine Auswertereinrichtung zum Erfassen eines Durchgangs eines bestimmten Spannungsniveaus der Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung aufweist, wobei mindestens eine elektrische Entkopplungseinrichtung verwendet wird, die für mindestens eine Motorphase verwendet wird und die partiell elektrisch mindestens zeitweilig diese Motorphase von dem Sternpunkt entkoppelt. Unter Verwendung solch einer elektrischen Schaltungseinrichtung können die oben beschriebenen Merkmale und Vorteile üblicherweise ebenfalls erreicht werden, zumindest in analoger Weise. Weiterhin ist es möglich, die elektrische Schaltungseinrichtung in dem zuvor beschriebenen Sinne, zumindest in analoger Weise, ebenfalls zu modifizieren.Furthermore, an electric circuit device for detecting the position of an electric motor using at least partially a counterelectromagnetic force voltage of at least one motor phase of the electric motor is proposed, wherein the phases of the electric motor are connected to each other by a common neutral point, the at least one scanning device for scanning at least one counter-electromagnetic force voltage of at least one motor phase and at least one evaluation device for detecting a passage of a certain voltage level of the counter-electromagnetic force voltage, wherein at least one electrical decoupling device is used, which is used for at least one motor phase and partially electrically at least temporarily this motor phase decoupled from the neutral point. Using such an electrical circuit device, the features and advantages described above can usually also be achieved, at least in an analogous manner. Furthermore, it is possible to modify the electrical circuit device in the sense described above, at least in an analogous manner.

Insbesondere ist es möglich, die elektrische Schaltungseinrichtung in einer Weise zu modifizieren, dass die mindestens eine elektrische Entkopplungseinrichtung zumindest teilweise als eine Verstärkungseinrichtung gestaltet ist, insbesondere als eine Operationsverstärkereinrichtung. Unter Verwendung solch einer Ausführungsform können die zuvor beschriebenen Merkmale und Vorteile üblicherweise ebenfalls verwendet werden, zumindest in einer analogen Weise.In particular, it is possible to modify the electrical circuit device in such a way that the at least one electrical decoupling device is at least partially designed as an amplifying device, in particular as an operational amplifier device. Using such an embodiment, the features and advantages described above may also be commonly used, at least in an analogous manner.

Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die elektrische Schaltungsanordnung durch einen elektrischen Motor ”vervollständigt” wird. Insbesondere kann der elektrische Motor mit einem Kompressor verbunden sein, was zu einer typischerweise besonders vorteilhaften Ausgestaltung führt. Insbesondere ist es möglich, eine vormontierte Gruppe zu vermarkten, die eine elektrische Schaltungseinrichtung und/oder einen elektrischen Motor und/oder eine Kompressoreinrichtung als eine vorfabrizierte Gruppe und/oder als einen Konstruktionssatz aufweist.In particular, it is advantageous if the electrical circuit arrangement is "completed" by an electric motor. In particular, the electric motor may be connected to a compressor, which leads to a typically particularly advantageous embodiment. In particular, it is possible to have a preassembled group comprising an electrical circuit device and / or an electric motor and / or a compressor device as a prefabricated group and / or as a construction kit.

Die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile werden klarer, wenn man die nachfolgende Beschreibung von möglichen Ausführungsformen der Erfindung betrachtet, die beschrieben werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, die zeigen:The present invention and its advantages will become clearer by considering the following description of possible embodiments of the invention, which will be described with reference to the accompanying drawings, in which:

1 eine mögliche Ausführungsform eines elektrischen Motors mit einer Regeleinheit in einem schematischen Schaltungsdiagram; 1 a possible embodiment of an electric motor with a control unit in a schematic circuit diagram;

2 eine mögliche Ausführungsform einer elektrischen Schaltung eines elektrischen Inverters zum Antrieb eines Drei-Phasen-Elektromotors; 2 a possible embodiment of an electrical circuit of an electrical inverter for driving a three-phase electric motor;

3 ein mögliches Betätigungsschema für einen bürstenlosen Gleichstrommotor und die Rückführung durch den elektrischen Motor; 3 a possible control scheme for a brushless DC motor and the return by the electric motor;

4 eine erste Ausführungsform einer elektrischen Schaltung zum Gewinnen eines Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannungssignals; 4 a first embodiment of an electrical circuit for obtaining a counterelectromagnetic force voltage signal;

5 eine zweite Ausführungsform einer elektrischen Schaltung zum Gewinnen eines Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannungssignals; 5 a second embodiment of an electrical circuit for obtaining a counterelectromagnetic force voltage signal;

6 eine dritte Ausführungsform einer elektrischen Schaltung zum Gewinnen eines Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannungssignals; 6 a third embodiment of an electrical circuit for obtaining a counterelectromagnetic force voltage signal;

7 eine vierte Ausführungsform einer elektrischen Schaltung zum Gewinnen eines Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannungssignals; 7 a fourth embodiment of an electrical circuit for obtaining a counterelectromagnetic force voltage signal;

7 zeigt eine Ausführungsform einer verbesserten Schaltung 17 zum Erfassen des Nulldurchgangs (Z-Ereignis) der BEMF. Die vorgeschlagene Schaltung 17, die in 7 gezeigt ist, weist Operationsverstärker 16 auf zum teilweisen elektrischen Entkoppeln des Sternpunkts 12. 7 shows an embodiment of an improved circuit 17 for detecting the zero crossing (Z-event) of the BEMF. The proposed circuit 17 , in the 7 is shown has operational amplifier 16 on for partial electrical decoupling of the star point 12 ,

Die in 7 gezeigte Schaltung 17 macht es möglich, das Folgende zu kombinieren.

  • • Minimierung des Schritt-Betriebsweisen-Betriebs wegen der Fähigkeit, den Nullpunktdurchgang (Z-Ereignis) der BEMF-Spannung bei niedrigen Geschwindigkeiten zu erfassen. Erfassung des Nullpunktdurchgangs der BEMF-Spannung bei niedrigen Geschwindigkeiten ist kritisch, um in der Lage zu sein, mit Maschinen hoher Trägheit, beispielsweise Kompressoren, zu arbeiten.
  • • Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit und hoher Geschwindigkeit unter Verwendung von 100% PWM, die keine unzulässige Verschlechterung in der Geschwindigkeitsleistung ergibt.
  • • Schaltung mit niedrigen Verlusten wegen eines nichtgetrennten Sternpunkts.
  • • Aufrechterhalten eines korrekten Sternpunkts 12, um inkorrekte Erfassung des Nullpunktdurchgangs des Sternpunkts 12 zu vermeiden.
In the 7 shown circuit 17 makes it possible to combine the following.
  • • Minimization of step-mode operation due to the ability to detect the zero-crossing (Z-event) of the BEMF voltage at low speeds. Detecting the zero crossing of the BEMF voltage at low speeds is critical to being able to work with high inertia machines such as compressors.
  • • Low speed, high speed operation using 100% PWM, which does not result in undue degradation in speed performance.
  • • circuit with low losses due to a non-separated star point.
  • • Maintain a correct star point 12 to incorrect detection of the zero point crossing of the neutral point 12 to avoid.

Insbesondere kann die Erfindung wie folgt betrachtet werden:
Ein Verfahren zum Erfassen eines Nullpunktdurchgangs einer Gegen-EMF, wobei das Verfahren aufweist:

  • – Abtasten einer Gegen-EMF-Spannung einer Motorphase während 100% PWM Abtastzyklus,
  • – Vergleichen der abgetasteten Gegen-EMF-Spannung mit einer Referenzspannung,
  • – Erfassen eines Nullpunktdurchgangs, gestützt auf den Vergleich der Gegen-EMF-Spannung und der Referenz-Spannung und
  • – Entkoppeln eines Sternpunkts mit Hilfe von Verstärker, Motorphasen und dem Sternpunkt.
In particular, the invention can be considered as follows:
A method of detecting a zero crossing of a back EMF, the method comprising:
  • Sampling of a counter-EMF voltage of a motor phase during 100% PWM sampling cycle,
  • Comparing the sampled back EMF voltage with a reference voltage,
  • - detecting a zero crossover based on the comparison of the back EMF voltage and the reference voltage and
  • - decoupling a neutral point with the aid of amplifiers, motor phases and the star point.

Zusätzliche Information kann aus den Anmeldungen entnommen werden, die unter den Aktenzeichen 10 2012 006 492.6 und 10 2012 006 495.0 am gleichen Tag wie vorliegende Anmeldung eingereicht worden sind. Die Offenbarung dieser Anmeldungen wird in die vorliegende Anmeldung als Zitat aufgenommen. Und insbesondere ist es möglich, die Vorschläge zu kombinieren, die in allen dieser drei Anmeldungen gemacht worden sind.Additional information can be found in the applications filed under references 10 2012 006 492.6 and 10 2012 006 495.0 on the same day as the present application. The disclosure of these applications is incorporated by reference in the present application. In particular, it is possible to combine the proposals that have been made in all of these three applications.

Claims (9)

Verfahren zum Erfassen der Position des Rotors (5) eines elektrischen Motors (11), dass zumindest teilweise eine Gegenelektromagnetische-Kraft-Spannung (ea, eb, ec) mindestens einer Motorphase (3a, 3b, 3c) des elektrischen Motors (5) verwendet durch Abtasten mindestens einer Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung (ea, eb, ec) mindestens einer Motorphase (3a, 3b, 3c) und Erfassen eines Kreuzens eines bestimmten Spannungsniveaus der Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung (ea, eb, ec), worin die Phasen (3a, 3b, 3c) des elektrischen Motors (5) durch einen gemeinsamen Sternpunkt (12, 15) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Motorphase (3a, 3b, 3c) zumindest zeitweise teilweise elektrisch von dem Sternpunkt (12, 15) entkoppelt ist durch mindestens eine elektrische Entkopplungseinrichtung (16).Method for detecting the position of the rotor ( 5 ) of an electric motor ( 11 ) that at least partially a counter-electromagnetic-force-voltage (e a , e b , e c ) at least one motor phase ( 3a . 3b . 3c ) of the electric motor ( 5 ) is used by sensing at least one counterelectromagnetic force voltage (e a , e b , e c ) of at least one motor phase ( 3a . 3b . 3c ) and detecting a crossing of a certain voltage level of the counter-electromagnetic force voltage (e a , e b , e c ), wherein the phases ( 3a . 3b . 3c ) of the electric motor ( 5 ) by a common star point ( 12 . 15 ), characterized in that at least one motor phase ( 3a . 3b . 3c ) at least at times partially electrically from the star point ( 12 . 15 ) is decoupled by at least one electrical decoupling device ( 16 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Gegenelektromagnetische-Kraft-Spannung (ea, eb, ec) verglichen wird mit einer Referenz-SpannungA method according to claim 1, characterized in that at least one counterelectromagnetic force voltage (e a , e b , e c ) is compared with a reference voltage Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nullpunktdurchgang der mindestens einen Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung (ea, eb, ec) erfasst wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a zero point crossing of the at least one counterelectromagnetic-force voltage (e a , e b , e c ) is detected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrische Entkopplungseinrichtung (16) zumindest teilweise als eine nicht-lineare elektrische Entkopplungseinrichtung (16) ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one electrical decoupling device ( 16 ) at least partially as a non-linear electrical decoupling device ( 16 ) is trained. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrische Entkopplungseinrichtung (16) zumindest teilweise als eine Verstärkungseinrichtung (16) gestaltet ist, insbesondere als eine Operationsverstärkereinrichtung (16).Method according to one of the preceding claims, in particular according to claim 4, characterized in that at least one electrical decoupling device ( 16 ) at least partially as an amplifying device ( 16 ), in particular as an operational amplifier device ( 16 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Gegenelektromagnetische-Kraft-Spannung (ea, eb, ec) gemessen wird zumindest zu Zeiten während eines im Wesentlichen Voll-Pulsbreitenmodulations-Abtastzyklus.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one counterelectromagnetic force voltage (e a , e b , e c ) is measured at least at times during a substantially full-pulse width modulation sampling cycle. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren verwendet wird, zumindest teilweise, während eines Betriebs des elektrischen Motors (5) mit niedriger Geschwindigkeit.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is used, at least partially, during operation of the electric motor ( 5 ) at low speed. Elektrische Schaltungseinrichtung (1) zum Erfassen der Position eines elektrischen Motors (5) unter Verwendung, zumindest teilweise, einer Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung (ea, eb, ec) von mindestens einer Motorphase (3a, 3b, 3c) des elektrischen Motors (5), worin die Phasen (3a, 3b, 3c) des elektrischen Motors (5) durch einen gemeinsamen Sternpunkt (12, 15) miteinander verbunden sind, die mindestens eine Abtasteinrichtung (2) zum Abtasten mindestens einer Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung (ea, eb, ec) mindestens einer Motorphase (3a, 3b, 3c) und mindestens eine Auswertereinrichtung (4) zum Erfassen eines Durchgangs eines bestimmten Spannungsniveaus der Gegenelektromagnetischen-Kraft-Spannung aufweist, gekennzeichnet durch mindestens eine elektrische Entkopplungseinrichtung (16), die für mindestens eine Motorphase (3a, 3b, 3c) verwendet wird und die teilweise elektrisch, zumindest zeitweise, die Motorphase (3a, 3b, 3c) von dem Sternpunkt (12, 15) entkoppelt.Electrical circuit device ( 1 ) for detecting the position of an electric motor ( 5 ) using, at least in part, a counterelectromagnetic force voltage (e a , e b , e c ) of at least one motor phase ( 3a . 3b . 3c ) of the electric motor ( 5 ), wherein the phases ( 3a . 3b . 3c ) of the electric motor ( 5 ) by a common star point ( 12 . 15 ) are connected to each other, the at least one scanning device ( 2 ) for sensing at least one counterelectromagnetic force voltage (e a , e b , e c ) of at least one motor phase ( 3a . 3b . 3c ) and at least one evaluation device ( 4 ) for detecting a passage of a certain voltage level of the counter-electromagnetic force voltage, characterized by at least one electrical decoupling device ( 16 ) for at least one engine phase ( 3a . 3b . 3c ) is used and the partially electrically, at least temporarily, the motor phase ( 3a . 3b . 3c ) from the star point ( 12 . 15 ) decoupled. Elektrische Schaltungseinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrische Entkopplungseinrichtung, zumindest teilweise, als eine Verstärkungseinrichtung (16) insbesondere als eine Operationsverstärkereinrichtung (16), ausgebildet ist.Electrical circuit device ( 1 ) according to claim 8, characterized in that at least one electrical decoupling device, at least partially, as an amplifying device ( 16 ) in particular as an operational amplifier device ( 16 ), is trained.
DE102012006491A 2011-04-01 2012-03-30 Method for detecting position of rotor of electric motor e.g. brushless direct current motor, involves providing electrical isolation unit to temporarily, partially and electrically insulate motor phase from common point Pending DE102012006491A1 (en)

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