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Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Kommutierung eines dreiphasigen, bürstenlosen Gleichstrommotors sowie einen entsprechenden dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor.
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Derartige bürstenlose (BLDC, brushless direct current) Gleichstrommotoren werden elektronisch kommutiert und die Wicklungen der einzelnen Motorphasen werden in der Regel bipolar bestromt. Damit der bürstenlose Gleichstrommotor in eine Drehung versetzt werden kann, müssen die einzelnen Motorphasen abwechselnd in der richtigen Reihenfolge und mit der korrekten Polarität angesteuert, das heißt bestromt, werden. Die bipolare Ansteuerung eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors erfolgt dabei in sechs unterschiedlichen Kommutierungsschritten. Eine solche 6-Schritt Kommutierung für eine sterngeschaltete Wicklung eines dreiphasigen BLDC-Motors ist in der
1 schematisch dargestellt und neben einer entsprechenden Schaltbrücke zur Schaltung der Wicklungen beispielsweise aus der
DE 100 33 561 B4 bekannt. Eine elektronische Kommutierung in einer Dreieckschaltung angeordneter Wicklungen eines dreiphasigen BLDC-Motors funktioniert entsprechend.
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Je nach Anzahl der Magnetpole und dem Verhältnis zur Anzahl der Statorpole sowie der Nenndrehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors können sich störende Lauf-Geräusche des BLDC-Motors ergeben, die auf Resonanzen und harmonische Schwingungen zurückzuführen sind. Diese werden beispielsweise ausgelöst durch die Umschaltvorgänge der einzelnen Phasenwicklungen des bürstenlosen Gleichstrommotors. Solche Geräusche sind in den meisten Anwendungen unerwünscht.
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Um solche störenden Geräusche zu verhindern, ist beispielsweise in der
US 4,758,768 eine sogenannte 12-Schritt Kommutierung vorgeschlagen, die für eine Sternschaltung schematisch in der
2 dargestellt ist. Dabei wird jeder Kommutierungsschritt in zwei aufeinanderfolgende Unterschritte unterteilt: Der erste Unterschritt, der sogenannte Haupt-Kommutierungsschritt entspricht der bisherigen 6-Schritt Kommutierung (und wird lediglich durch eine Ziffer bezeichnet), d. h. es sind lediglich zwei der drei Phasen bestromt. In einem zweiten Unterschritt, dem sogenannten Zwischen-Kommutierungsschritt (der durch den der jeweiligen Ziffer nachgestellten Buchstaben „a” gekennzeichnet ist) bleiben die zuvor bestromten Phasen mit derselben Polarität weiter bestromt und zusätzlich wird auch die verbleibende dritte Phase bestromt, so dass während des Zwischen-Kommutierungsschrittes keine Phase unbestromt ist und daher in dieser Zeitdauer eine Messung der elektromagnetisch induzierten Spannung nicht möglich ist.
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Ferner wurde das obige Verfahren der 12-Schritt Kommutierung in der
EP 1 154 555 B1 in Kombination mit einem sensorlosen Kommutierungs-Verfahren beschrieben. Dabei weist ein solcher 12-Schritt kommutierter bürstenloser Gleichstrommotor jedoch eine Grenzdrehzahl auf, ab der für höhere Drehzahlen des bürstenlosen Gleichstrommotors eine sichere Nulldurchgangserkennung nicht mehr möglich ist, da die Haupt-Kommutierungsschritte bei der 12-Schritt Kommutierung im Vergleich zur 6-Schritt Kommutierung verkürzt sind.
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Zur sensorlosen Kommutierung von bürstenlosen Gleichstrommotoren wird die in einer unbestromten Motorphase induzierte Spannung ermittelt. Hierzu wird bei sterngeschalteten Wicklungen entweder das Potential des Sternpunktes angezapft oder ein virtueller Sternpunkt durch eine zu den Spulenwicklungen des bürstenlosen Gleichstrommotors parallel sterngeschaltete Widerstands-Last gebildet. Bei einer Dreieckschaltung wird ebenfalls ein virtueller Sternpunkt verwendet.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Kommutierung eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors zu schaffen, das vorteilhafte Geräuscheigenschaften aufweist und das bis in hohe Drehzahlbereiche hinein anwendbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
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Im Stand der Technik weisen sämtliche Kommutierungsschritte sowohl bei der 6-Schritt Kommutierung als auch bei der 12-Schritt Kommutierung jeweils die gleiche Zeitdauer auf.
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Die Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, dass mindestens ein Haupt-Kommutierungsschritt zeitlich länger andauert. Dadurch steht für die verbleibenden Kommutierungsschritte weniger Zeit zur Verfügung, weshalb mindestens ein weiterer (Haupt- oder Zwischen-)Kommutierungsschritt im selben Maße verkürzt wird.
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Der größte Vorteil durch den mindestens einen zeitlich lang dauernden Haupt-Kommutierungsschritt ergibt sich bei einer sensorlosen Kommutierung. Zur sensorlosen Kommutierung ist eine unbestromte Phase notwendig, in der ein Nulldurchgang der magnetisch induzierten Spannung der BEMF (back electromotive force) detektiert werden kann. Dieser Nulldurchgang ist für die sensorlose Bestimmung der Kommutierungszeitpunkte notwendig. In dem zeitlich lang dauernden Haupt-Kommutierungsschritt der Erfindung steht gegenüber den kurzen Kommutierungsschritten der 12-Schritt Kommutierung mehr Zeit zur Verfügung, um diesen Nulldurchgang der magnetisch induzierten Spannung zu bestimmen. Die Kommutierungszeitpunkte können damit sehr zuverlässig ermittelt werden.
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Dadurch erhöht sich die maximale Nenndrehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommotors und/oder die maximale Magnetpolanzahl, mit welcher der bürstenlose Gleichstrommotor noch zuverlässig sensorlos kommutiert werden kann. Vorzugsweise sind sämtliche Kommutierungsschritte von langer zeitlicher Dauer Haupt-Kommutierungsschritte, d. h. lediglich zwei der drei Phasen des bürstenlosen Gleichstrommotors sind bestromt.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren N = 12 – L (mit L = 1, ..., 5) unterschiedliche Kommutierungsschritte je elektrischer Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors aufweist, wobei wenigstens einer der Kommutierungsschritte zeitlich länger dauert als die anderen Kommutierungsschritte. Das bedeutet, das Verfahren weist je elektrischer Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors zwischen 7 und 11 Kommutierungsschritte auf.
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Gegenüber der 12-Schritt Kommutierung kann das erfindungsgemäße Verfahren durch mindestens einen zeitlich langen Haupt-Kommutierungsschritt bei wesentlich höheren Drehzahlen und/oder größeren Magnetpolzahlen verwendet werden. Kann beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor bei einer bestimmten Nenndrehzahl mit 12-Schritt Kommutierung maximal 8 Magnetpole aufweisen, so erhöht sich durch das erfindungsgemäße Verfahren diese Zahl bei gleicher Nenndrehzahl auf 16 Magnetpole. Für viele Anwendungen kann dies einen entscheidenden Vorteil bedeuten. Weiterhin kann das Verfahren selbstverständlich auch im Zusammenhang mit Positions-Sensoren zur Erkennung der Rotorlage zwecks Generierung eines Kommutierungssignals vorteilhaft eingesetzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind K = N – L Kommutierungsschritte mit zeitlich kurzer Dauer und L Kommutierungsschritte mit zeitlich langer Dauer je elektrischer Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors vorhanden.
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Eine 6-Schritt Kommutierung besitzt 6 zeitlich lang dauernde Kommutierungsschritte. Bei der 12-Schritt Kommutierung wird zu jedem Kommutierungsschritt ein Zwischen-Kommutierungsschritt eingeführt, so dass insgesamt 12 zeitlich kurz dauernde Kommutierungsschritte entstehen, die bei gleicher Drehzahl die halbe Zeitdauer im Vergleich zur 6-Schritt Kommutierung aufweisen. Bei beiden Verfahren besitzen sämtliche Kommutierungsschritte jeweils dieselbe zeitliche Dauer.
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Die Erfindung weist nun im Wesentlichen die Vorteile einer 12-Schritt Kommutierung auf, wie eine bessere Laufruhe und geringere akustische Emissionen, ohne jedoch den gravierenden Nachteil einer geringeren Zeitdauer zur Bestimmung des Nulldurchganges der induzierten Spannung in einer unbestromten Phase zur sensorlosen Bestimmung der Kommutierungs-Zeitpunkte in Kauf nehmen zu müssen. Ausgehend von einer 12-Schritt Kommutierung wird mindestens einer der durch die 12-Schritt Kommutierung gegenüber der 6-Schritt Kommutierung eingeführten Zwischen-Kommutierungsschritte ausgelassen. Dadurch entsteht mindestens ein zeitlich langer Haupt-Kommutierungsschritt, dessen Zeitdauer bei gleicher Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors derjenigen einer 6-Schritt Kommutierung entspricht.
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Die Anzahl solcher zeitlich lang dauernden Kommutierungsschritte liegt vorzugsweise zwischen L = 1, ..., 5. Die Gesamtzahl der Kommutierungsschritte N = 12 – L liegt daher zwischen 7 und 11 und somit zwischen den bekannten Verfahren mit 6 beziehungsweise mit 12 Kommutierungsschritten.
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Durch die Wahl der Anzahl L an zeitlich lang dauernden Kommutierungsschritten können wesentliche Eigenschaften des bürstenlosen Gleichstrommotors geändert werden, wie maximales Drehmoment, maximale Stromaufnahme und Geräuschentwicklung. Bei L = 1 sind diese Eigenschaften eines bürstenlosen Gleichstrommotors nur unwesentlich schlechter als bei einer 12-Schritt Kommutierung. Bei L = 5 liegen die Eigenschaften näher bei einer 6-Schritt Kommutierung.
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Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die zeitlich lang dauernden Kommutierungsschritte etwa doppelt so lange dauern wie die zeitlich kurz dauernden Kommutierungsschritte.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt gegenüber der 12-Schritt Kommutierung zwar geringfügig schlechtere akustische Eigenschaften. Diese lassen sich jedoch weiter verbessern, wenn mindestens einer der zeitlich lang dauernden Kommutierungsschritte innerhalb aufeinanderfolgenden elektrischen Umdrehungen des bürstenlosen Gleichstrommotors zu jeweils unterschiedlichen Kommutierungs-Zeitpunkten stattfindet. Dadurch wird das Entstehen von harmonischen Schwingungen weiter reduziert.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung hat das Verfahren 11 Kommutierungsschritte, wobei genau ein einziger langer Kommutierungsschritt vorhanden ist, der ein. Haupt-Kommutierungsschritt ist und der zeitlich etwa doppelt so lange dauert wie die zehn kurzen Kommutierungsschritte. Dadurch, dass nur ein einziger langer Haupt-Kommutierungsschritt vorhanden ist, sind die elektrischen und akustischen Eigenschaften eines bürstenlosen Gleichstrommotors nur unwesentlich schlechter als bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor, der mit einer 12-Schritt Kommutierung betrieben wird. Der Vorteil der sensorlosen Kommutierung bis zu höheren Drehzahlen und/oder größeren Magnetpolzahlen bleibt jedoch uneingeschränkt erhalten. Darüber hinaus ist 11 eine Primzahl, weshalb die Kommutierungsschritte nicht mit der Magnetpolzahl oder einem anderen physikalischen Parameter harmonische Oberschwingungen bilden. Dies reduziert die störende Geräuschentwicklung zusätzlich.
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Der zeitlich lang dauernde Kommutierungsschritt dauert dabei 60° elektrisch, während die zeitlich kurz dauernden Kommutierungsschritte jeweils 30° elektrisch dauern.
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In einer Weiterbildung dieser Ausführung findet der zeitlich lang dauernde Haupt-Kommutierungsschritt bei zwei aufeinanderfolgenden elektrischen Umdrehungen des bürstenlosen Gleichstrommotors um 60° elektrisch versetzt statt, d. h. zwischen den beiden oben erwähnten zeitlich lang andauernden Haupt-Kommutierungsschritten liegt ein elektrischer Winkel von 420° = 360° + 60°. Das bedeutet, dass der zeitlich lang dauernde Kommutierungsschritt von elektrischer Umdrehung zu elektrischer Umdrehung entlang der Kommutierungsschritte wandert, wobei in jeder folgenden elektrischen Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors der jeweils nächste kurz dauernde Zwischen-Kommutierungsschritt ausgelassen wird. Dadurch ergibt sich wiederum der Vorteil, dass die Bildung von Geräuschen weiter reduziert wird.
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Wie bereits erwähnt, bietet das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere im Zusammenhang mit einer sensorlosen Kommutierung Vorteile. Daher ist es insbesondere zweckmäßig, wenn in mindestens einem zeitlich lang dauernden Haupt-Kommutierungsschritt eine Nulldurchgangserkennung der in der unbestromten Phase induzierten Spannung stattfindet, die zur sensorlosen Bestimmung der Kommutierungszeitpunkte benötigt wird.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine Schaltabfolge einer 6-Schritt Kommutierung gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine Schaltabfolge einer 12-Schritt Kommutierung gemäß dem Stand der Technik,
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3 eine Schaltabfolge einer erfindungsgemäßen 11-Schritt Kommutierung,
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4 eine Schaltabfolge einer erfindungsgemäßen 11-Schritt Kommutierung mit wanderndem langem Kommutierungsschritt,
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5 ein Stromdiagramm der erfindungsgemäßen 11-Schritt Kommutierung,
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6 die Spektren von 6-, 11- und 12-Schritt Kommutierung im Vergleich,
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7.a den Drehmomentverlauf in Abhängigkeit zur Drehzahl von 6-, 11- und 12-Schritt Kommutierung im Vergleich,
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7.b den Wirkungsgrad in Abhängigkeit zur Drehzahl von 6-, 11- und 12-Schritt Kommutierung im Vergleich und
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8 den Eingangsstromverlauf in Abhängigkeit zur Drehzahl von 6-, 11- und 12-Schritt Kommutierung im Vergleich.
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Die
1 zeigt eine Schaltabfolge einer 6-Schritt Kommutierung gemäß dem Stand der Technik. Jeder Kommutierungsschritt dauert in diesem Fall 60° elektrisch, beginnend bei 0° elektrisch. Eine Übersicht über die Schaltzustände ist in der Tabelle 1 gezeigt. Wie zu sehen ist, ist in jedem Kommutierungsschritt jeweils eine einzige Motorphase unbestromt (-) so dass eine Bestimmung des Nulldurchgangs der in der entsprechenden unbestromten Phase induzierten Spannung problemlos möglich ist, d. h. sämtliche Kommutierungsschritte der 6-Schritt Kommutierung sind Haupt-Kommutierungsschritte.
| Kommutierungs-Schritt | Motorphase | Dauer |
| A | B | C |
| 1 | H | L | - | 60° elektrisch |
| 2 | H | - | L | 60° elektrisch |
| 3 | - | H | L | 60° elektrisch |
| 4 | L | H | - | 60° elektrisch |
| 5 | L | - | H | 60° elektrisch |
| 6 | - | L | H | 60° elektrisch |
Tabelle 1: 6-Schritt Kommutierung (Stand der Technik)
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Dabei ist jede der drei Motorphasen A, B und C jeweils mit einem ersten Schalter H (für „high”) mit einem positiven Potential verbunden und mit einem zweiten Schalter L (für „low”) mit Masse verbunden. In den Tabellen 1 bis 4 bedeutet H, dass der erste Schalter der jeweiligen Phase eingeschaltet ist (und der zweite Schalter L ausgeschaltet ist) und es bedeutet L, dass der zweite Schalter der jeweiligen Phase eingeschaltet ist (und der erste Schalter ausgeschaltet ist). Bei jedem Kommutierungsschritt ist jeweils eine Phase unbestromt (-), d. h. sowohl der erste, als auch der zweite Schalter dieser unbestromten Phase sind während dieses Schaltzustands beide ausgeschaltet.
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Die 2 zeigt nun die Schaltabfolge einer 12-Schritt Kommutierung, wobei die Schaltzustände in der Tabelle 2 gezeigt sind. Zu jedem Haupt-Kommutierungsschritt, während dessen zwei der drei Motorphasen bestromt sind und eine Motorphase unbestromt ist, ist nun ein Zwischen-Kommutierungsschritt hinzugekommen, während dessen sämtliche drei Motorphasen bestromt sind. Die Haupt-Kommutierungsschritte und die Zwischen-Kommutierungsschritte sind nun jeweils nur noch halb so lang (30° el.) im Vergleich zu den (Haupt-)Kommutierungsschritten einer 6-Schritt Kommutierung gemäß 1 und Tabelle 1.
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Da während der Zwischen-Kommutierungsschritte jeweils immer sämtliche drei Motorphasen bestromt sind, ist eine Nulldurchgangsbestimmung lediglich während der Haupt-Kommutierungsschritte möglich ist und hierzu steht jeweils nur noch die halbe Zeitdauer zur Verfügung.
| Kommutierungs-Schritt | Motorphase | Dauer |
| A | B | C |
| 1 | H | L | - | 30° elektrisch |
| 1a | H | L | L | 30° elektrisch |
| 2 | H | - | L | 30° elektrisch |
| 2a | H | H | L | 30° elektrisch |
| 3 | - | H | L | 30° elektrisch |
| 3a | L | H | L | 30° elektrisch |
| 4 | L | H | - | 30° elektrisch |
| 4a | L | H | H | 30° elektrisch |
| 5 | L | - | H | 30° elektrisch |
| 5a | L | L | H | 30° elektrisch |
| 6 | - | L | H | 30° elektrisch |
| 6a | H | L | H | 30° elektrisch |
Tabelle 2: 12-Schritt Kommutierung (Stand der Technik)
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In 3 sowie in Tabelle 3 ist eine Schaltabfolge einer erfindungsgemäßen 11-Schritt Kommutierung für eine erste elektrische Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors gezeigt. Hier ist gegenüber der 12-Schritt Kommutierung gemäß 2 der Zwischenschritt 1a ausgelassen. Dadurch ist die zeitliche Dauer des Haupt-Kommutierungsschritts 1 mit 60° elektrisch im Vergleich zu den übrigen 10 Kommutierungsschritten doppelt so lang. Wie in der Tabelle zu sehen ist, ist während des Haupt-Kommutierungsschritts 1 die Motorphase C unbestromt. Zur Bestimmung des Nulldurchgangs der in der Motorphase C induzierten Spannung steht daher im Vergleich zu einer 12-Schritt Kommutierung die doppelte Zeitdauer zur Verfügung.
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Abweichend von dieser Darstellung kann natürlich statt dem ersten Zwischen-Kommutierungsschritt
1a auch jeder andere Zwischen-Kommutierungsschritt (
2a, ...,
6a) ausgelassen werden. Eine Auslassung eines Haupt-Kommutierungsschrittes ist technisch zwar möglich, macht jedoch für eine sensorlose Kommutierung des bürstenlosen Gleichstrommotors keinen Sinn, da während dieser Zeit keine unbestromte Motorphase zur Nulldurchgangsbestimmung der induzierten Spannung zur Verfügung steht. Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor, der Positions-Sensoren zur Motorkommutierung aufweist, ist es jedoch ohne Probleme denkbar.
| Kommutierungs-Schritt | Motorphase | Dauer |
| A | B | C |
| 1 | H | L | - | 60° elektrisch |
| 2 | H | - | L | 30° elektrisch |
| 2a | H | H | L | 30° elektrisch |
| 3 | - | H | L | 30° elektrisch |
| 3a | L | H | L | 30° elektrisch |
| 4 | L | H | - | 30° elektrisch |
| 4a | L | H | H | 30° elektrisch |
| 5 | L | - | H | 30° elektrisch |
| 5a | L | L | H | 30° elektrisch |
| 6 | - | L | H | 30° elektrisch |
| 6a | H | L | H | 30° elektrisch |
Tabelle 3: 11-Schritt Kommutierung (erste elektrische Umdrehung)
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Die 6 zeigt ein Spektrum 7 der erfindungsgemäßen 11-Schritt Kommutierung im Vergleich zu dem Spektrum 7a einer 6-Schritt Kommutierung und dem Spektrum 7b einer 12-Schritt Kommutierung. Wie in 6 zu sehen ist, ist die Geräuschentwicklung bei der erfindungsgemäßen 11-Schritt Kommutierung gegenüber der bekannten 12-Schritt Kommutierung nur unwesentlich schlechter, im Vergleich zur 6-Schritt Kommutierung jedoch wesentlich besser. Im Beispiel ist die Geräuschentwicklung eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit acht magnetischen Polen und einer Nenndrehzahl von 2800 rpm gezeigt. Die Spitzen liegen daher bei 1120 Hz (24×) und bei 3360 Hz (72×).
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Weiterhin ist in der 7.a der Drehmomentverlauf, in der 7.b der Wirkungsgrad und in 8 die Stromaufnahme eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit 11-Schritt Kommutierung im Vergleich zu bürstenlosen Gleichstrommotoren mit 6- und 12-Schritt Kommutierung gezeigt. Sämtliche Eigenschaften sind bei der 11-Schritt Kommutierung nahezu identisch zur 12-Schritt Kommutierung und wesentlich besser als bei der 6-Schritt Kommutierung.
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Daneben verbleibt der Vorteil, dass die 11-Schritt Kommutierung im sensorlosen Betrieb bei höheren Drehzahlen und bei größeren Magnetpolzahlen anwendbar ist, da aufgrund des mindestens einen zeitlich lang dauernden Haupt-Kommutierungsschrittes mit einer unbestromten Motorphase mehr Zeit zur Nulldurchgangsbestimmung der induzierten Spannung zur Verfügung steht, als im Vergleich zur 12-Schritt Kommutierung.
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In einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung findet der zeitlich lang dauernde Kommutierungsschritt für verschiedene elektrische Umdrehungen des bürstenlosen Gleichstrommotors im Allgemeinen zu unterschiedlichen Zeitpunkten statt. Vorzugsweise wird dabei je elektrischer Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors stets mindestens ein Zwischen-Kommutierungsschritt ausgelassen. Die 4 und die Tabelle 4 zeigen beispielsweise die Schaltabfolge beziehungsweise die Schaltzustände einer zweiten elektrischen Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors, welche auf die in der Tabelle 3 gezeigte erste elektrische Umdrehung folgt.
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Hierbei ist nun der Zwischen-Kommutierungsschritt
1a vorhanden, jedoch fehlt im Vergleich zur 12-schritt Kommutierung der Zwischen-Kommutierungsschritt
2a. Der zeitlich lang dauernde Haupt-Kommutierungsschritt ist an die zweite Position (2) gewandert. In der nächsten elektrischen Umdrehung würde er an die dritte Position (3) wandern und dementsprechend der Zwischen-Kommutierungsschritt
3a entfallen und so weiter. Der zeitlich lang dauernde Haupt-Kommutierungsschritt findet für aufeinander folgende elektrische Umdrehungen des bürstenlosen Gleichstrommotors demnach stets um 60° elektrisch versetzt statt. Auch wenn es sinnvoll ist, wenn der zeitlich lang dauernde Haupt-Kommutierungsschritt fortlaufend wandert, kann er jedoch auch innerhalb einer elektrischen Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors fix sein oder in einer anderen Reihenfolge zwischen den Kommutierungsschritten wechseln. Die Reihenfolge spielt dabei für die Erfindung keine Rolle. Insbesondere könnten die zeitlich lang dauernden Haupt-Kommutierungsschritte innerhalb einer elektrischen Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors auch zufällig verteilt auftreten. Durch das zeitlich versetzte Auftreten des zeitlich lange dauernden Haupt-Kommutierungsschrittes innerhalb einer elektrischen Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors kann eine weitere deutliche Reduzierung der Geräuschentwicklung erzielt werden.
| Kommutierungs-Schritt | Motorphase | Dauer |
| A | B | C |
| 1 | H | L | - | 30° elektrisch |
| 1a | H | L | L | 30° elektrisch |
| 2 | H | - | L | 60° elektrisch |
| 3 | - | H | L | 30° elektrisch |
| 3a | L | H | L | 30° elektrisch |
| 4 | L | H | - | 30° elektrisch |
| 4a | L | H | H | 30° elektrisch |
| 5 | L | - | H | 30° elektrisch |
| 5a | L | L | H | 30° elektrisch |
| 6 | - | L | H | 30° elektrisch |
| 6a | H | L | H | 30° elektrisch |
Tabelle 4: 11-Schritt Kommutierung (zweite elektrische Umdrehung)
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Die 5 zeigt den Stromverlauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens während sechs elektrischer Umdrehungen des bürstenlosen Gleichstrommotors, d. h. anhand eines vollständigen Zyklus einer 11-Schritt Kommutierung, wobei der zeitlich lang dauernde Haupt-Kommutierungsschritt für aufeinander folgende elektrische Umdrehungen des bürstenlosen Gleichstrommotors jeweils um 60° elektrisch versetzt auftritt, wie oben beschrieben.
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Die Erfindung ist in keiner Weise auf die hier beispielhaft gezeigte und beschriebene 11-Schritt Kommutierung, noch auf sensorlose Kommutierung beschränkt. Die Erfindung kann uneingeschränkt sowohl sensorlos als auch mit Positions-Sensoren zur Bestimmung der Kommutierungszeitpunkte verwendet werden.
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Ferner ist es denkbar, dass die Anzahl der zeitlich lang dauernden Haupt-Kommutierungsschritte je elektrischer Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors mit zunehmender Drehzahl des Motors ebenfalls zunimmt, indem beispielsweise bei geringen Motordrehzahlen lediglich ein zeitlich lang dauernder Haupt-Kommutierungsschritt je elektrischer Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors vorhanden ist (L = 1), indem ein Zwischen-Kommutierungsschritt je elektrischer Umdrehung ausgelassen wird und dass bei höheren Drehzahlen mehrere (L > 1) Zwischen-Kommutierungsschritte ausgelassen werden, so dass entsprechend eine Anzahl von L zeitlich lang dauernden Haupt-Kommutierungsschritte je elektrischer Umdrehung des bürstenlosen Gleichstrommotors auftreten, während dessen zur sensorlosen Ermittlung des geeigneten Kommutierungszeitpunktes der Nulldurchgang der in der jeweiligen unbestromten Motorphase induzierten Spannung ermittelt wird.
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Ferner wird bei geringen Drehzahlen sowie beim Anlauf des bürstenlosen Gleichstrommotors zur Ermittlung der geeigneten Kommutierungszeitpunkte die induzierte Spannung in der jeweiligen unbestromten Motorphase vorzugsweise während sämtlicher Haupt-Kommutierungsschritte detektiert. Bei höheren Drehzahlen des bürstenlosen Gleichstrommotors wird die in der jeweiligen unbestromten Motorphase induzierte Spannung dann lediglich während den zeitlich lang dauernden Haupt-Kommutierungsschritten ermittelt.
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Darüber hinaus können bekannte Verfahren zur zeitlichen Vor- und Nachkommutierung des bürstenlosen Gleichstrommotors zur Anwendung kommen, d. h. eine Motorkommutierung, i. e. ein elektrisches Umschalten der Motorphasen, findet nicht notwendigerweise zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs der in einer unbestromten Motorphase induzierten Spannung statt, sondern wird unter Umständen zeitlich vor- oder nachverlegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1–6
- Haupt-Kommutierungsschritte
- 1a–6a
- Zwischen-Kommutierungsschritte
- 7
- Spektrum 11-Schritt Kommutierung
- 7a
- Spektrum 6-Schritt Kommutierung
- 7b
- Spektrum 12-Schritt Kommutierung
- 8
- Drehmomentverlauf 11-Schritt Kommutierung
- 8a
- Drehmomentverlauf 6-Schritt Kommutierung
- 8b
- Drehmomentverlauf 12-Schritt Kommutierung
- 9
- Stromverlauf 11-Schritt Kommutierung
- 9a
- Stromverlauf 6-Schritt Kommutierung
- 9b
- Stromverlauf 12-Schritt Kommutierung
- A, B, C
- Motorphasen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10033561 B4 [0002]
- US 4758768 [0004]
- EP 1154555 B1 [0005]
