DE102012102868A1 - Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen Elektromotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Starten eines mehrphasigen, sensorlos kommutierten, bürstenlosen Elektromotors. Erfindungsgemäß weist das Verfahren drei Betriebsphasen auf. Eine Startphase, in der der Motor aus dem Stillstand mit festgelegten Kommutierungszeiten betrieben wird. Eine Beschleunigungsphase, in der der Motor auf eine Nenndrehzahl beschleunigt wird, wobei die Kommutierungszeitpunkte anhand der Nulldurchgänge der BEMF-Spannung der unbestromten Statorphasenwicklungen bestimmt werden. Und eine stationäre Betriebsphase, in der die Nenndrehzahl gehalten wird. Der Übergang von der Startphase in die Beschleunigungsphase erfolgt, wenn während der Startphase eine vorgegebene Anzahl an aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen der BEMF-Spannung in der erwarteten Reihenfolge auf den erwarteten Motorphasen erkannt wurden. Der Übergang von der Beschleunigungs- in die stationäre Phase erfolgt nach Erreichen der Nenndrehzahl.

Description

• Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Starten eines mehrphasigen, sensorlos kommutierten, bürstenlosen Elektromotors.
• Ein bürstenloser Elektromotor (brushless direct current motor, BLDC-Motor) weist in der Regel mehrere Lagesensoren auf, mit deren Hilfe die Kommutierungszeitpunkte der einzelnen Motorphasen zu jeder Zeit bestimmt werden können. Die Lageinformation dieser Sensoren steht bereits im Stillstand zur Verfügung, d.h. bevor eine erste Umdrehung begonnen hat. Der BLDC-Motor mit Lagesensoren kann daher immer genau entsprechend der Lageinformationen der Sensoren gestartet und kommutiert werden.
• Ein BLDC-Motor kann jedoch auch ohne Lagesensoren betrieben werden. Hierbei wird die sogenannte BEMF-Spannung (BEMF, von Back Electro Motive Force, auch Gegen-EMK genannt, von gegenelektromotorische Kraft) zur Lageerkennung verwendet. Diese BEMF-Spannung stellt eine durch den permanentmagnetischen Rotor induzierte Spannung dar, die bei einer Umdrehung des Rotors (also nicht im Stillstand) an den Statorphasen anliegt und an der jeweils unbestromten Phase gemessen werden kann. Eine Kommutierung erfolgt dabei in Abhängigkeit der Nulldurchgänge der BEMF. Beim Start des Motors und bei geringen Drehzahlen ist ein solcher BEMF-Nulldurchgang noch nicht zuverlässig bestimmbar. Der Motor muss daher zum Starten zunächst ohne Lageinformation kommutiert werden. Der BLDC-Motor wird zum Starten daher vorzugsweise wie ein Schrittmotor mit festgelegten Kommutierungszeitpunkten angesteuert. Dabei ist der Wirkungsgrad jedoch gering.
• Eine besondere Schwierigkeit besteht zudem darin, festzustellen oder sicherzustellen, dass der Rotor keinen Kommutierungsschritt auslässt. Das heißt, dass sich der Rotor mit jedem Kommutierungsschritt weiter dreht und insbesondere nicht blockiert. Dies ist insbesondere wichtig bei Anwendungen, bei denen der BLDC-Motor einen wegabhängigen Positions- oder Stellantrieb antreibt, und ein interner Wegzähler die Kommutierungsschritte zählt. Blockiert der Motor unerkannt, weist der interne Wegzähler eine Differenz zur tatsächlichen Wegposition des Aktuators auf, die für den Betrieb kritisch ist und daher auf alle Fälle vermieden werden muss.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen BLDC-Motor bzw. ein Verfahren zum Starten eines BLDC-Motors zu schaffen, bei dem eine gleichmäßige Beschleunigung erzielt wird und bei dem insbesondere während der Startphase kein Schrittverlust auftritt, das heißt eine Blockierung des Rotors sicher und schnell erkannt wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 genannte Verfahren sowie durch einen BLDC-Motor gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere vorzugsgemäße Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Erfindungsgemäß wird der Startvorgang in drei Betriebsphasen unterteilt, in denen die Ansteuerung des Motors grundsätzlich verschieden ist und die nacheinander durchlaufen werden.
• In einer ersten Startphase wird der Motor wie ein Schrittmotor mit vorgegebenen Kommutierungszeiten betrieben. Diese Kommutierungszeiten sind beispielsweise in einer Tabelle in der Motorsteuerung hinterlegt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Motorstrom auf einen vorher festgelegten Wert konstant geregelt wird. Damit wird sichergestellt, dass der Rotor dem angelegten Drehfeld sauber folgt und das maximal mögliche Moment des Aktuators ebenfalls nicht überschritten wird. Somit weist der Motor idealerweise ein konstantes Beschleunigungsmoment auf und die Drehzahl nimmt linear zu.
• Die Kommutierungszeitpunkte sind derart berechnet bzw. festgelegt, dass eine konstante Beschleunigung des Motors erfolgt.
• In der Startphase werden zudem die Motorphasen auf BEMF-Nulldurchgänge überwacht. Sobald eine festgelegte Anzahl an gültigen BEMF-Nulldurchgängen registriert werden, geht die Motorsteuerung in die zweite Betriebsphase, die Beschleunigungsphase, über. Dabei ist es zweckmäßig, dass nicht nur die Anzahl der Nulldurchgänge der BEMF-Spannung gezählt werden, sondern auch überprüft wird, ob die Nulldurchgänge der BEMF-Spannung in der richtigen Reihenfolge auf den erwarteten Motorphasen auftreten.
• Durch das Abschalten einer zuvor bestromten Motorphase wird aufgrund des gespeicherten Stroms in den Phaseninduktivitäten des Motors ein kurzzeitiger Spannungspuls invertierter Polarität generiert, der sogenannte Fly-Back Puls. Um eine Verwechslung derartiger Fly-Back Pulse mit der Erkennung von Nulldurchgängen der BEMF-Spannung zu vermeiden, weist die Motorsteuerung zur sicheren Erkennung der Nulldurchgänge der BEMF-Spannung vorzugsweise eine dynamische Fly-Back Pulsausblendung auf. Dies ist nötig, da die Fly-Back Pulse nach einer Kommutierung in der Regel im Schaltkreis zur Nulldurchgangserkennung nicht vom nächsten gültigen Nulldurchgang unterschieden werden können. Sie müssen in jedem Fall ausgeblendet werden. Da die Länge der Fly-Back Pulse abhängig von Induktivität, Drehzahl und Strom variieren kann, nutzt die Motorsteuerung eine dynamische Fly-Back Pulsausblendung, damit die maximale Detektionszeit der eigentlichen Nulldurchgänge zur Verfügung steht. Damit wird in der Regel verhindert, dass durch beispielsweise zu lange Fly-Back Pulse ein Nulldurchgang verpasst wird. Ist dies dennoch der Fall, kann durch eine automatische Fortsetzung der Kommutierungen ein außer Tritt fallen des Motors meist wirkungsvoll verhindert werden. Dadurch wird die Erkennung der Nulldurchgänge der BEMF-Spannung verbessert, so dass die Startphase schneller verlassen werden kann.
• Eine Blockierung des Motors wird in dieser Phase entweder durch plötzliches Ansteigen des Motorstroms und/oder den Vergleich der Anzahl der Impulse eines Hall-Sensors oder eines anderen Drehimpulsgebers mit der Anzahl an Kommutierungsschritten detektiert. Dies ermöglicht, dass eine Blockierung bereits nach wenigen Kommutierungsschritten zuverlässig erkannt werden kann.
• In der Beschleunigungsphase stehen die BEMF-Nulldurchgänge, d.h. die Nulldurchgänge der BEMF-Spannungen der unbestromten Phasenwicklungen, als Positionsfeedback zur Kommutierung zur Verfügung, so dass hier der BLDC-Motor in einem sensorlosen Modus betrieben werden kann, d.h. die Kommutierungszeitpunkte werden durch die Nulldurchgänge der in den unbestromten Statorphasen induzierten BEMF-Spannung bestimmt. Die idealen Kommutierungszeitpunkte liegen dabei in der Mitte zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen der BEMF-Spannung. Direkt nach dem Übergang von der Startphase, in welcher der Elektromotor zwangskommutiert wurde, zur Beschleunigungsphase, in welcher die Nulldurchgänge der BEMF-Spannung zur Kommutierung herangezogen werden, wird der Motor vorzugsweise direkt nach einem erkannten Nulldurchgang der BEMF-Spannung kommutiert. Dies entspricht einer Vorkommutierung von 30 Grad elektrisch bei einem 3-phasigen Motor. Anschließend wird während der stationären Phase zur Optimierung von Wirkungsgrad und Betriebssicherheit des Motors der Kommutierungszeitpunkt in Richtung des idealen Kommutierungszeitpunkten geschoben, d.h. die Vorkommutierung wird geringer als 30 Grad elektrisch, bleibt jedoch größer als Null Grad elektrisch. Man spricht hierbei von einer dynamischen Vorkommutierung, da zeitlich früher kommutiert wird, um z.B. die endliche Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes in einer Motorphase zu kompensieren.
• Es erfolgt hierbei eine Drehzahlregelung, wobei der Motorstrom auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt ist. Die Drehzahl wird vorzugsweise möglichst schnell auf die Nenndrehzahl geführt, wobei die Strombegrenzung hierbei insbesondere auch die Beschleunigung begrenzt. Die Drehzahlregelung ist vorzugsweise defensiv eingestellt, so dass kein Überschwingen der Drehzahl auftritt. Die durch die Strombegrenzung limitierte Beschleunigung vereinfacht dabei die Auslegung des Drehzahlreglers zusätzlich. Eine Blockade des Rotors wird detektiert durch Überschreiten eines bestimmten Stromwertes oder durch einen Vergleich der Anzahl von Drehimpulsen eines Positionsgebers mit der Anzahl der Kommutierungen.
• Ist die Nenndrehzahl erreicht, geht die Motorsteuerung in eine stationäre Betriebsphase über, in der die Drehzahl konstant gehalten wird. Eine Begrenzung des Stromes ist im stationären Betrieb nicht mehr zwingend notwendig, kann aber trotzdem erfolgen. Zur Blockiererkennung wird wiederum das Erreichen eines kritischen Blockstromwertes und oder der Vergleich der Anzahl der Drehgeber-Impulse mit der Anzahl an Kommutierungen, sowie das Ausbleiben des BEMF Nulldurchgangs nach einer bestimmten Zeit herangezogen.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigt:
• 1 ein Stellmotor zum Ansteuern einer Luftklappe in einem Automobil,
• 2 eine schematisch dargestellte Ansteuerschaltung des erfindungsgemäßen bürstenlosen Elektromotors,
• 3 ein Diagramm, das die drei Betriebsphasen in Abhängigkeit der Drehzahl und der Zeit darstellt und
• 4 ein Diagramm mit den Kommutierungszeitpunkten und der Drehzahl des Motors in der Startphase.
• Die Erfindung ist am Beispiel eines Stellmotors 1, der zum Ansteuern von Luftklappen 2 in einem Automobil dient, erläutert (1). Selbstverständlich ist die Erfindung in keiner Weise auf diese Anwendung beschränkt und ohne weitere Änderung für viele weitere Anwendungen einsetzbar.
• Der Stellmotor 1 ist eine vollständig integrierte Lösung, bei der ein Antriebsmotor 3, ein Getriebe 4 und die Ansteuerelektronik 5 mit einem Mikrokontroller 6 in einem wasser- und staubdichten Gehäuse 7 angeordnet sind. Durch die Anwendung in einem Automobil unterliegt der Stellmotor 1 einer Reihe von Anforderungen, die nur durch diese integrierte Bauweise erfüllt werden können.
• Der Antriebsmotor 3 ist ein bürstenloser Elektromotor, der über einen Motortreiber 8 mit einer Schaltbrücke 9 angesteuert wird. Der Motortreiber 8 ist Teil der Ansteuerung dieser Schaltbrücke 9, welche wiederum durch den Mikrokontroller 6 geregelt oder gesteuert wird. Der Motor weist einen permanentmagnetischen Rotor auf mit beispielsweise 6 oder 12 Rotormagnetpolen und einen mit mehrphasigen (hier: 3-phasigen) Wicklungen versehenen Stator mit beispielsweise 9 Statorpolen.
• Der Mikrokontroller 6 (2) enthält als Teil des Betriebsprogramms die zur Ansteuerung des Motors 3 notwendige Motorsteuerung oder Motorregelung. Zusätzlich ist es für den Betrieb im Automobil vorgeschrieben, dass der Mikrokontroller 6 Fehlerzustände erkennt und protokolliert. Das Betriebsprogramm und die Fehlerdaten werden im Datenspeicher 10 des Mikrokontrollers 6 gespeichert. Der Mikrokontroller 6 ist dabei so ausgelegt, dass er an beliebigen Spannungen bis 19 V DC (kurzzeitig auch bis 45 V DC) direkt betrieben werden kann, so dass keine zusätzlichen Spannungswandler notwendig sind. Weiterhin sind sämtliche für den Betrieb notwendigen Bausteine in der Ansteuerschaltung 5 integriert, unter anderem eine LIN-Schnittstelle 11, weitere Schnittstellen, etwa zu externen (Positions-, Temperatur-, Strom-) Sensoren 12, der Motortreiber 8, den Datenspeicher (e.g. ROM, Flash-Speicher, EEPROM), PWM-Schnittstelle 13 und Digital-IO-Schnittstelle. Der Stellmotor 1 weist insbesondere eine LIN-Bus Schnittstelle 11 sowie einen entsprechenden Bustreiber 17 auf, wie sie beispielsweise im Automobilbau verwendet werden. Über diesen Bus kann die Ansteuerschaltung konfiguriert und eventuelle Fehler ausgelesen werden.
• Der Elektromotor wird sensorlos angesteuert, wodurch im Wesentlichen auf Lagesensoren verzichtet werden kann. Die Ansteuerschaltung 5 weist vorzugsweise lediglich einen einzigen Hall-Sensor 14 auf, mit dem festgestellt werden kann, ob sich der Motor 3 dreht und der darüber hinaus zur Schrittverlusterkennung verwendet werden kann. Beispielsweise findet für einen Motor mit nur einem einzigen Hall-Sensor und 6 Rotormagnetpolen ein Wechsel des Hall-Signales alle 60° mechanisch statt.
• Sämtliche Bauteile der Ansteuerelektronik befinden sich vorzugsweise auf einer Leiterplattenseite. Insbesondere ist die Leiterplatte so dicht am Antriebsmotor 3 angeordnet, dass der Hall-Sensor 14 ebenfalls auf der Leiterplatte der Ansteuerelektronik 5 angeordnet sein kann. Dadurch kann die Rückseite der Leiterplatte zumindest größtenteils, wenn nicht sogar vollständig als Massefläche ausgebildet sein und somit als zusätzliche Kühlfläche und als elektrische Abschirmung dienen.
• Die Ansteuerelektronik 5 weist umfassende Kontroll- und Diagnosefunktionen auf. Sie kann elektrische Fehler und Abweichungen von Betriebsparametern, wie beispielsweise Unter- oder Überspannungen, Temperatur, Überstrom sowie Abweichungen im Verhalten des Aktuators, eigenständig erkennen, auswerten und sich bei Bedarf schützen sowie auf Anforderung von einem Bus-Master Fehlerzustände mitteilen. Dazu kann sie weitere Sensoren enthalten, oder weitere Sensoren können über die Schnittstelle 12 angesteuert werden.
• Die Luftklappen am Automobil werden nicht permanent bewegt. Das heißt der Antriebsmotor steht die meiste Zeit still. Sobald eine Bewegung der Luftklappen erforderlich ist, wird der Antriebsmotor eingeschaltet. Dabei ist es wichtig, dass die Bewegung der Luftklappen gleichmäßig und gleichförmig erfolgt. Es ist daher notwendig, dass der Motor vom Start an sein volles Drehmoment erreicht und schnell und kontrolliert seine Nenndrehzahl erreicht.
• Aus diesem Grund ist der Startvorgang des Motors erfindungsgemäß in zwei Betriebsphasen aufgeteilt, in denen die Ansteuerung des Motors jeweils unterschiedlich ist, um eine möglichst gleichförmige Beschleunigung zu erzielen.
• Wie in 3 verdeutlicht ist, werden die beiden Betriebsphasen nach dem Start des Motors hintereinander durchlaufen.
• Wird der Motor gestartet, befindet er sich unmittelbar in der ersten Betriebsphase, der Startphase 15. In dieser Startphase wird der Antriebsmotor mit einer festgelegten Kommutierung betrieben (auch als Zwangskommutierung bezeichnet, da die Kommutierung dem Motor „aufgezwungen“ wird), die dem Betrieb eines Schrittmotors entspricht. Dazu weist die Ansteuerschaltung beispielsweise eine Tabelle mit festgelegten Kommutierungs-Zeitpunkten auf. Gleichzeitig wird der Motorstrom auf einen definierten Wert geregelt, um ein konstantes Beschleunigungsmoment zu erhalten. Die Drehzahl des Motors nimmt dabei linear zu, wie im Diagramm gezeigt ist.
• Die Tabelle mit den Kommutierungszeiten wird im Beispiel exakt auf den eingesetzten Motor angepasst. Durch den definierten Anschluss der Motorphasen an den Mikrocontroller und eine feste Kommutierungsreihenfolge ist die Drehrichtung des Motors definiert. Durch das Aufschalten eines definierten Haltemomentes durch Bestromung von zwei Phasenwicklungen im Stillstand ist auch die Startposition des Motors definiert. Zum Starten des Motors werden ausgehend von der Startposition und der in einer Kommutierungstabelle hinterlegten Kommutierungsreihenfolge die Motorphasen geschaltet. Die Kommutierungstabelle wird im Datenspeicher 10 des Mikrocontrollers 6 hinterlegt.
• Bei der Berechnung der Kommutierungszeiten wird zudem eine gleichbleibende Beschleunigung zugrunde gelegt, so dass eine lineare Geschwindigkeitszunahme entsteht. Das heißt bei der Berechnung des nächsten Kommutierungszeitpunkt wird berücksichtigt, wie schnell der Motor zu diesem Zeitpunkt aufgrund der aktuellen Beschleunigung sein wird, damit der lineare Drehzahlverlauf erreicht wird.
• Dadurch ergibt sich die Berechnung der Kommutierungszeiten, d.h. der Zeitdauer t_k(t) zwischen zwei Kommutierungs-Schritten aufgrund der Formel

  

  wobei t jeweils die Summe aller vorhergehenden Kommutierungszeiten t_k, a die gewünschte Winkel-Beschleunigung in rpm/s und p die Anzahl der Rotormagnetpolpaare ist (rpm = round per minute bzw. U/min = Umdrehung pro Minute). Diese Wurzelfunktion kann in einem einfachen Mikrokontroller nur aufwändig durch numerische Näherungsverfahren berechnet werden, weshalb die Kommutierungszeiten vorzugsweise vorberechnet in einer Tabelle im Datenspeicher 10 des Mikrokontrollers 6 gespeichert werden.
• Die 4 zeigt ein Diagramm für den Verlauf der Kommutierungszeiten t_k und die daraus resultierende Drehzahl 18 des Motors, die wie gewünscht linear ansteigt, während die Kommutierungszeiten t_k gemäß der Wurzelfunktion kleiner werden. Im Beispiel wurde ein Motor mit p = 3 Rotormagnetpolpaaren und eine Winkel-Beschleunigung von a = 1000 rpm/s angenommen.
• Während dieser Startphase ist die BEMF-Spannungs Erkennung bereits aktiv. Aufgrund der aktuellen Kommutierung kennt die Motorsteuerung ihre aktuell unbestromte Phase. Auf dieser erwartet sie den nächsten Nulldurchgang der BEMF-Spannung. Da nur diese Phase überwacht wird und der Fly-Back Puls durch die dynamische Fly-Back Pulsausblendung ausgeblendet wird, ist die Erkennung robuster und zuverlässiger und es findet automatisch eine Plausibilisierung einer korrekten Abfolge von Nulldurchgängen der BEMF-Spannungen statt.
• Sobald die Motorsteuerung vorzugsweise drei plausible, aufeinanderfolgende Nulldurchgänge der BEMF-Spannung erkannt und gezählt hat, wird davon ausgegangen, dass der Motor eine ausreichende Drehzahl erreicht hat, so dass von nun an alle weiteren Nulldurchgänge der BEMF-Spannung sicher erkannt werden können. Wichtig ist dabei, dass eine Anzahl von beispielsweise drei Nulldurchgängen aufeinanderfolgend in der erwarteten Reihenfolge auf den erwarteten Motorphasen auftreten. Es kann auch eine andere Anzahl an Nulldurchgängen als drei als Bedingung festgelegt sein.
• Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Stellmotor einen Hall-Sensor 14 auf. Die Motorsteuerung kann aufgrund der Anzahl der Hall-Impulse und der Anzahl der Kommutierungsschritte leicht feststellen, ob der Rotor der Kommutierung folgt oder blockiert ist. Die Blockierung kann auf diese Weise aufgrund einer unerwarteten Differenz der Kommutierungsschritte und der Hall-Impulse innerhalb weniger Kommutierungsschritte sicher erkannt und der Motor nicht weiter bestromt werden.
• Die Startphase 15 umfasst in der Regel etwa 10 bis 15 Kommutierungsschritte, entsprechend etwa 1 bis 2 Motorumdrehungen. Die Anzahl der im Datenspeicher 10 abzulegenden Kommutierungszeiten t_k ist daher nicht allzu groß.
• Sobald diese Bedingung von beispielsweise drei plausiblen Nulldurchgängen der BEMF-Spannungen erfüllt ist, geht die Motorsteuerung in die zweite Betriebsphase, die Beschleunigungsphase 16, über. In dieser zweiten Betriebsphase erfolgt die Kommutierung bereits sensorlos ausschließlich anhand der Lageinformation, die aus den Nulldurchgängen der BEMF-Spannung gewonnen wird. Ziel ist es dabei, die Drehzahl 18 so schnell wie möglich auf die Nenndrehzahl V_N zu beschleunigen.
• Um das zu erreichen, arbeitet die Motorsteuerung in der Beschleunigungsphase 16 drehzahlgeregelt, wobei der Motorstrom dennoch begrenzt ist. Unmittelbar nach dem Übergang von der Startphase 15 in die Beschleunigungsphase 16 erfolgt für beispielsweise zwei mechanische Umdrehungen des Motors die Kommutierung zunächst direkt nach dem gemessenen Nulldurchgang der BEMF-Spannung. Danach erfolgt eine Vorkommutierung um eine konstante Zeit in Bezug auf den idealen Kommutierungszeitpunkt (zeitliche Mitte zwischen zwei Nulldurchgängen der BEMF-Spannung). Im Beispiel beträgt diese Vorkommutierungszeit 100 µs. Es ist jedoch in dieser Phase auch eine andere Vorkommutierungszeit möglich. Bevorzugt wird die Kommutierung in kleinen Schritten von einer Vorkommutierung um 30 Grad elektrisch bis auf die gewünschte Vorkommutierung von zwischen Null Grad und 15 Grad elektrisch geändert.
• Durch die Drehzahlregelung und die Strombegrenzung kann die Drehzahl schnell, jedoch ohne Überschwinger auf die Nenndrehzahl V_N erhöht werden. Ist die Nenndrehzahl V_N erreicht, geht die Motorsteuerung schließlich in die stationäre Betriebsphase 17 über, in der die Motorsteuerung mit Strom- und Drehzahlregelung arbeitet. Dadurch kann die Drehzahl des BLDC-Motors auch bei wechselnden Lasten konstant gehalten werden.
• Bezugszeichenliste

1

Stellmotor

2

Luftklappen

3

Antriebsmotor

4

Getriebe

5

Ansteuerelektronik

6

Mikrokontroller

7

Gehäuse

8

Motortreiber

9

Brückenschaltung

10

Datenspeicher

11

LIN-Bus Schnittstelle

12

Sensor-Schnittstelle

13

PWM-Schnittstelle

14

Hall-Sensor

15

Startphase

16

Beschleunigungsphase

17

stationäre Betriebsphase

18

Drehzahl

V

Drehzahlachse

V_N

Nenndrehzahl

t

Zeitachse

t_k

Kommutierungszeit

Claims (11)

1. Verfahren zum Betreiben, insbesondere zum Starten, eines mehrphasigen, sensorlos kommutierten, bürstenlosen Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren drei Betriebsphasen aufweist, eine Startphase (15), in der der Motor aus dem Stillstand mit festgelegten Kommutierungszeiten (t_k) betrieben wird, eine Beschleunigungsphase (16), in der der Motor auf eine Nenndrehzahl (V_N) beschleunigt wird, wobei die Kommutierungszeitpunkte anhand der Nulldurchgänge der BEMF-Spannung der unbestromten Statorphasenwicklungen bestimmt werden, und eine stationäre Betriebsphase (17), in der die Nenndrehzahl (V_N) konstant gehalten wird, dass der Übergang von der Startphase (15) in die Beschleunigungsphase (16) erfolgt, wenn während der Startphase (15) eine vorgegebene Anzahl an aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen von BEMF-Spannung in der erwarteten Reihenfolge auf den erwarteten Motorphasen erkannt wurden und dass der Übergang von der Beschleunigungs- (16) in die stationäre Phase (17) nach Erreichen der Nenndrehzahl (V_N) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Startphase (15) eine Stromregelung auf einen festgelegten Stromwert erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Beschleunigungsphase (16) eine Drehzahlregelung erfolgt, bei der der Motorstrom durch einen Maximalwert begrenzt ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blockierung des Motors durch Überwachung des Motorstroms erkannt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung einer Blockierung zusätzlich das Signal eines Drehimpulsgebers (14) ausgewertet und die Anzahl der Signalwechsel mit der Anzahl der Kommutierungsimpulse verglichen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der stationären Betriebsphase (17) eine Strom- und Drehzahlregelung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierungszeiten (t_k) vorberechnet in einer Tabelle gespeichert sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierungszeiten (t_k) so berechnet sind, dass eine konstante Beschleunigung des Motors während der Startphase (15) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor zumindest zu Beginn der Beschleunigungsphase (16) mit einer Vorkommutierung zwischen 20 Grad elektrisch und 30 Grad elektrisch betrieben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor während der stationären Betriebsphase (17) mit einer Vorkommutierung von zwischen Null Grad elektrisch und 15 Grad elektrisch betrieben wird.
11. Mehrphasiger, sensorlos kommutierter, bürstenloser Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor betrieben wird durch ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10.

Images