Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit aktiver Bremsung. The invention relates to an electric motor with active braking.
Insbesondere bei leistungsstarken Lüftern besteht die Gefahr, dass diese nach der Abtrennung von der Versorgungsspannung weiterhin schnell drehen, so dass eine Verletzungsgefahr besteht. Es werden bspw. bei Lüftereinschüben in Server-Schränken einzelne Lüfter durch Herausziehen aus dem Serverschrank entfernt und neue Lüfter können im Betrieb eingesetzt werden. Wenn sich der Lüfter im herausgezogenen Lüftereinschub noch schnell dreht, kann sich der Techniker bei einem Griff in den sich drehenden Lüfter schwere Verletzungen zuziehen. Eine Möglichkeit zur Vermeidung solcher Verletzungen besteht im Vorsehen eines Schutzgitters am Lüfter. Ein solches Schutzgitter erzeugt jedoch zusätzliche Geräusche, und es stellt einen lufttechnischen Widerstand dar, so dass der Lüfter mehr Leistung aufnehmen muss. Obwohl bei Verwendung der vorliegenden Erfindung ein Lüfterschutzgitter nicht zwingend erforderlich ist, kann es zur zusätzlichen Erhöhung der Sicherheit vorgesehen werden. Especially with powerful fans there is a risk that they continue to rotate quickly after disconnection from the supply voltage, so there is a risk of injury. For example, with fan trays in server cabinets, individual fans are removed by pulling them out of the server cabinet, and new fans can be used during operation. If the fan still turns quickly in the fan tray that has been removed, the technician can be seriously injured if he or she gets into the rotating fan. One way to avoid such injuries is to provide a protective grille on the fan. However, such a protective grille generates additional noise, and it represents a ventilation resistance, so that the fan has to absorb more power. Although a fan guard is not required when using the present invention, it may be provided to further enhance safety.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Elektromotor mit Bremsung vorzusehen. It is therefore an object of the invention to provide a new electric motor with braking.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Elektromotor gemäß Anspruch 1. This object is achieved by an electric motor according to claim 1.
Gemäß einer Ausführungsform hat ein Elektromotor einen Rotor, einen Stator mit einer Wicklungsanordnung, welche Wicklungsanschlüsse aufweist, eine Steuervorrichtung, eine erste Leitung und eine zweite Leitung zum Anschluss an eine Versorgungsspannungsquelle, einen Kondensator, welcher zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist, eine Endstufe mit mindestens zwei Brückenzweigen, welche jeweils einen ersten Halbleiterschalter und einen zweiten Halbleiterschalter aufweisen, wobei der erste Halbleiterschalter zwischen der ersten Leitung und einem zugeordneten Wicklungsanschluss angeordnet ist, und der zweite Halbleiterschalter zwischen dem zugeordneten Wicklungsanschluss und der zweiten Leitung angeordnet ist, und wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, die Erzeugung eines ersten Endstufen-Zustands PSS1 und eines zweiten Endstufen-Zustands PSS2 zu ermöglichen, wobei im ersten Endstufen-Zustand PSS1 die Endstufe so angesteuert ist, dass
- – alle ersten Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet sind, und
- – alle zweiten Halbleiterschalter leitend geschaltet sind,
um die Wicklungsanordnung kurzzuschließen und den Elektromotor zu bremsen, und wobei im zweiten Endstufen-Zustand PSS2 die Endstufe so angesteuert ist, dass - – alle ersten Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet sind,
- – ein einziger der zweiten Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet ist, und
- – der mindestens eine andere zweite Halbleiterschalter leitend geschaltet ist,
um Energie aus der Wicklungsanordnung in den Kondensator zu übertragen. Dies ermöglicht eine besondere Art der Rückspeisung eines Stroms in den Gleichstromzwischenkreis. According to one embodiment, an electric motor has a rotor, a stator with a winding arrangement, which has winding connections, a control device, a first line and a second line for connection to a supply voltage source, a capacitor which is arranged between the first line and the second line, an output stage having at least two bridge branches, each having a first semiconductor switch and a second semiconductor switch, wherein the first semiconductor switch between the first line and an associated winding terminal is arranged, and the second semiconductor switch between the associated winding terminal and the second line is arranged, and wherein the control device is designed to enable the generation of a first output stage state PSS1 and a second output state PSS2, wherein in the first final state PSS1 the output stage is so controlled that - - All first semiconductor switches are switched non-conductive, and
- - all second semiconductor switches are turned on,
to short circuit the winding assembly and to brake the electric motor, and wherein in the second final state PSS2 the output stage is driven so that - - all first semiconductor switches are switched non-conductive,
- - A single one of the second semiconductor switch is switched non-conductive, and
- - The at least one other second semiconductor switch is turned on,
to transfer energy from the winding assembly into the capacitor. This allows a special way of feeding back a current into the DC link.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Elektromotor einen ersten Betriebszustand OS1, und die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, im ersten Betriebszustand OS1 den ersten Endstufen-Zustand PSS1 einzustellen, und beim Vorliegen einer ersten Bedingung COND1 in den zweiten Endstufen-Zustand PSS2 zu wechseln. Hierdurch kann sowohl eine Bremsung als auch eine Rückspeisung der bei der Bremsung gespeicherten Energie erfolgen. According to a preferred embodiment, the electric motor has a first operating state OS1, and the control device is configured to set the first final state PSS1 in the first operating state OS1, and to change to the second final state PSS2 in the presence of a first condition COND1. This can be done both braking and a recovery of the stored energy during braking.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Bedingung COND1 das Kriterium auf, dass die Spannung am Kondensator kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Hierdurch wird die Rückspeisung bei Bedarf aktiviert, und es wird möglichst viel gebremst. According to a preferred embodiment, the first condition COND1 has the criterion that the voltage across the capacitor is smaller than a predetermined value. As a result, the feedback is activated if necessary, and it is braked as much as possible.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Elektromotor eine erste Vorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein die Spannung am Kondensator charakterisierendes erstes Signal zu erzeugen, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit vom ersten Signal zu entscheiden, ob die Spannung UZK am Kondensator kleiner als der vorgegebene Wert ist. Die Spannung am Kondensator ist wichtig für den Betrieb des Elektromotors, und daher ist eine Messung und Berücksichtigung dieser Spannung vorteilhaft. According to a preferred embodiment, the electric motor has a first device which is designed to generate a first signal characterizing the voltage across the capacitor, wherein the control device is designed to decide in dependence on the first signal whether the voltage UZK at the capacitor is smaller than is the default value. The voltage across the capacitor is important to the operation of the electric motor, and therefore measurement and consideration of this voltage is advantageous.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Bedingung COND1 das Kriterium aufweist, dass die Zeitdauer T_PSS1 seit dem Wechsel in den ersten Endstufen-Zustand PSS1 größer ist als eine vorgegebene Mindestzeitdauer. Hierdurch wird sicher gestellt, dass genügend Energie für die Rückspeisung in der Wicklungsanordnung gespeichert ist. According to a preferred embodiment, the first condition COND1 has the criterion that the time period T_PSS1 since the change to the first final stage state PSS1 is greater than a predefined minimum time duration. This ensures that enough energy is stored for the feedback in the winding arrangement.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, im ersten Betriebszustand beim Vorliegen einer zweiten Bedingung COND2 mindestens einmal vom zweiten Endstufen-Zustand PSS2 in den ersten Endstufen-Zustand PSS1 zurück zu wechseln. Dies ermöglicht das erneute Bremsen und Speichern von Energie für die Rückspeisung. Der Motor kann somit länger gebremst werden. According to a preferred embodiment, the control device is designed to change back in the first operating state in the presence of a second condition COND2 at least once from the second power amplifier state PSS2 in the first power amplifier state PSS1. This allows the braking and storage of energy for the return feed. The engine can thus be braked longer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Bedingung COND2 das Kriterium auf, dass die Zeitdauer T_PSS2 seit dem Wechsel vom ersten Endstufen-Zustand PSS1 in den zweiten Endstufen-Zustand PSS2 größer ist als eine vorgegebene Mindestzeitdauer T_PSS2_min. Hierdurch wird gesteuert, dass genug Zeit für die Rückspeisung zur Verfügung gestellt wird. According to a preferred embodiment, the second condition COND2 has the criterion that the time period T_PSS2 since the change from the first power amplifier state PSS1 to the second power amplifier state PSS2 is greater than a predetermined minimum time T_PSS2_min. This will ensure that enough time is provided for the feedback.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Elektromotor einen zweiten Betriebszustand OS2, wobei die Steuervorrichtung 123 dazu ausgebildet ist, den Elektromotor 10 im zweiten Betriebszustand OS2 anzutreiben, und wobei die Steuervorrichtung 123 dazu ausgebildet ist, beim Vorliegen einer dritten Bedingung COND3 von dem zweiten Betriebszustand OS2 in den ersten Betriebszustand OS1 zu wechseln. Der Motor kann somit sowohl antreiben als auch aktiv bremsen. According to a preferred embodiment, the electric motor has a second operating state OS2, wherein the control device 123 is designed to the electric motor 10 in the second operating state OS2 to drive, and wherein the control device 123 is configured to change from the second operating state OS2 in the first operating state OS1 in the presence of a third condition COND3. The engine can thus both drive and brake actively.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die dritte Bedingung COND3 das Kriterium auf, dass die Spannung am Kondensator 98 kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Dies ermöglicht die Detektierung eines Wegfalls der Spannungsquelle. According to a preferred embodiment, the third condition COND3 has the criterion that the voltage across the capacitor 98 is less than a predetermined value. This makes it possible to detect a loss of the voltage source.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird dem Elektromotor ein erstes Steuersignal zugeführt, und die dritte Bedingung COND3 weist das Kriterium auf, dass das erste Steuersignal einen vorgegebenen Wert aufweist. So kann der Bremsvorgang aktiv eingeleitet werden. According to a preferred embodiment, a first control signal is supplied to the electric motor, and the third condition COND3 has the criterion that the first control signal has a predetermined value. Thus, the braking process can be initiated actively.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Elektromotor eine Eingabeschnittstelle, und das erste Steuersignal ist über die Eingabeschnittstelle zuführbar. Insbesondere bei Lüftern in einem Rack kann so über die Eingabeschnittstelle der Bremsvorgang eingeleitet werden. According to a preferred embodiment, the electric motor has an input interface, and the first control signal can be supplied via the input interface. Especially with fans in a rack, the braking process can be initiated via the input interface.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Elektromotor einen Drehzahlregler aufweist, dem ein Drehzahl-Sollwertsignal zuführbar ist, wobei das Drehzahl-Sollwertsignal auch als erstes Steuersignal verwendet wird, indem ein vorgegebener Wert des Drehzahl-Sollwerts dem vorgegebenen Wert des ersten Steuersignals zugeordnet wird. Dies ermöglicht eine gute Ausnutzung des Drehzahl-Sollwertsignals. According to a preferred embodiment, the electric motor has a speed controller to which a speed setpoint signal can be supplied, wherein the speed setpoint signal is also used as the first control signal by assigning a predetermined value of the speed setpoint to the predetermined value of the first control signal. This allows a good utilization of the speed setpoint signal.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, zusätzlich die Erzeugung eines dritten Endstufen-Zustands zu ermöglichen, wobei im dritten Endstufen-Zustand PSS3 die Endstufe derart angesteuert ist, dass
- – alle ersten Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet sind, und
- – alle zweiten Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet sind,
um Energie aus der Wicklungsanordnung in den Kondensator zu übertragen. According to a preferred embodiment, the control device is designed to additionally enable the generation of a third output stage state, wherein in the third output stage state PSS3, the output stage is driven in such a way that - - All first semiconductor switches are switched non-conductive, and
- - all second semiconductor switches are switched non-conductive,
to transfer energy from the winding assembly into the capacitor.
Dieser dritte Endstufen-Zustand ermöglicht eine größere Rückspeisung, und durch diese zusätzliche Möglichkeit kann der Bremsvorgang insgesamt länger durchgeführt werden. This third power stage state allows a larger feedback, and by this additional possibility, the braking process can be performed longer overall.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, im ersten Betriebszustand OS1 neben dem Wechsel vom ersten Endstufen-Zustand PSS1 zum zweiten Endstufen-Zustand PSS2 auch einen Wechsel vom ersten Endstufen-Zustand PSS1 zum dritten Endstufen-Zustand PSS3 zu ermöglichen, wobei der Wechsel vom ersten Endstufen-Zustand PSS1 zum dritten Endstufen-Zustand PSS3 beim Vorliegen einer vierten Bedingung COND4 erfolgt. So kann bei großen Drehzahlen sanft zurück gespeist werden, und bei kleinen Drehzahlen hart zurück gespeist werden. According to a preferred embodiment, the control device is designed to allow in the first operating state OS1 in addition to the change from the first power amplifier state PSS1 to the second power stage PSS2 also a change from the first power amplifier state PSS1 to the third power state PSS3, wherein the change from the first output stage state PSS1 to the third output state PSS3 in the presence of a fourth condition COND4. Thus, it can be fed back gently at high speeds, and fed back hard at low speeds.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die vierte Bedingung das Kriterium auf, dass die Drehzahl n geringer als ein vorgegebener Wert n_min ist. Die Drehzahl ist ein gutes Kriterium für die Stärke der möglichen Rückspeisung. According to a preferred embodiment, the fourth condition has the criterion that the rotational speed n is less than a predetermined value n_min. The speed is a good criterion for the strength of the possible recovery.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor dazu ausgebildet, bei drehendem Rotor im ersten Endstufen-Zustand an den Wicklungsanschlüssen jeweils abwechselnd eine erste (positive) und eine zweite (negative) Halbwelle zu erzeugen, wobei beim Vorliegen der ersten Halbwelle eine Übertragung von Energie aus der Wicklungsanordnung in den Kondensator möglich ist und bei welchem die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, denjenigen zweiten Halbleiterschalter, der beim Wechsel vom ersten Endstufen-Zustand in den zweiten Endstufen-Zustand PSS2 als einziger nicht-leitend geschaltet wird und im Folgenden als ausgewählter zweiter Halbleiterschalter bezeichnet wird, zu einem Zeitpunkt nicht-leitend zu schalten, an dem an dem dem ausgewählten zweiten Halbleiterschalter zugeordneten Wicklungsanschluss eine erste Halbwelle vorliegt. Hierdurch wird nach dem Wechsel in den zweiten Endstufen-Zustand zurück gespeist, und über die Dauer des zweiten Endstufen-Zustands kann auf die Dauer der Rückspeisung geschlossen werden. According to a preferred embodiment, the electric motor is designed to alternately produce a first (positive) and a second (negative) half-wave when the rotor is rotating in the first final stage state at the winding terminals, wherein in the presence of the first half-wave transmission of energy from the Winding arrangement is possible in the capacitor and in which the control device is designed to that second semiconductor switch, which is switched when changing from the first power amplifier state to the second power amplifier stage PSS2 as the only non-conductive and hereinafter referred to as a selected second semiconductor switch to switch to non-conductive at a time at which the selected second semiconductor switch associated winding connection is present a first half-wave. This is fed back after switching to the second power amplifier state, and over the duration of the second power amplifier state can be concluded that the duration of the return feed.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, in einem ersten Rückspeisungs-Zustand USE FF den ausgewählten zweiten Halbleiterschalter zu einem Zeitpunkt nicht-leitend zu schalten, an dem an dem dem ausgewählten zweiten Halbleiterschalter zugeordneten Wicklungsanschluss das dritte Drittel einer ersten Halbwelle vorliegt. Dies führt zu einer vergleichsweise sanften und kontrollierten Rückspeisung. According to a preferred embodiment, the control device is designed to switch non-conductive in a first feedback state USE FF the selected second semiconductor switch at a time at which the third third of a first half-wave is present at the winding connection associated with the selected second semiconductor switch. This leads to a comparatively gentle and controlled recovery.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Rückspeisungs-Zustand USE FF beim Vorliegen einer sechsten Bedingung COND6 eingestellt wird, und die sechste Bedingung COND6 mindestens eines der folgenden Kriterien A), B), C) aufweist:
- A) die Spannung am Kondensator ist größer als ein vorgegebener Wert,
- B) die Drehzahl ist größer als ein vorgegebener Wert,
- C) die Erhöhung der Spannung bei der letzten Rückspeisung war größer als ein vorgegebener Wert.
Diese Kriterien beeinflussen die Stärke der Rückspeisung und sind daher gut geeignet. According to a preferred embodiment, the first regenerative state USE FF is set in the presence of a sixth condition COND6, and the sixth condition COND6 has at least one of the following criteria A), B), C): - A) the voltage across the capacitor is greater than a predetermined value,
- B) the speed is greater than a predetermined value,
- C) the increase in voltage at the last recovery was greater than a given value.
These criteria affect the strength of the feed back and are therefore well suited.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, in einem zweiten Rückspeisungs-Zustand USE MF den ausgewählten zweiten Halbleiterschalter zu einem Zeitpunkt nicht-leitend zu schalten, an dem an dem dem ausgewählten zweiten Halbleiterschalter zugeordneten Wicklungsanschluss das zweite Drittel MF einer ersten Halbwelle vorliegt. Durch diese Wahl des Zeitpunkts kann eine stärkere Rückspeisung erzielt werden. According to a preferred embodiment, in a second feedback state USE MF, the control device is designed to switch the selected second semiconductor switch to non-conducting at a time at which the second third of a first half-wave is present at the winding connection assigned to the selected second semiconductor switch. By choosing this time, a stronger feedback can be achieved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, den zweiten Rückspeisungs-Zustand USE MF beim Vorliegen einer siebten Bedingung COND7 einzustellen, und die siebte Bedingung COND7 weist mindestens eines der folgenden Kriterien A), B), C) aufweist:
- A) die Spannung am Kondensator ist kleiner als ein vorgegebener Wert,
- B) die Drehzahl ist kleiner als ein vorgegebener Wert,
- C) die Erhöhung der Spannung bei der letzten Rückspeisung war kleiner als ein vorgegebener Wert.
Diese Kriterien haben sich in Versuchen als geeignet für die Wahl gezeigt. According to a preferred embodiment, the control device is designed to set the second recovery state USE MF in the presence of a seventh condition COND7, and the seventh condition COND7 has at least one of the following criteria A), B), C): - A) the voltage across the capacitor is less than a predetermined value,
- B) the speed is less than a given value,
- C) the increase in voltage at the last recovery was smaller than a given value.
These criteria have been shown in experiments to be suitable for the election.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Elektromotor eine Rotorstellungs-Auswertevorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der Rotorstellung ein die Rotorstellung charakterisierendes Rotorstellungssignal zu erzeugen, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, den ausgewählten zweiten Halbleiterschalter zu einem Zeitpunkt nicht-leitend zu schalten, wenn das Rotorstellungssignal XA, XB, XC im ersten Endstufen-Zustand PSS1 einen vorgegebenen Wert hat, welcher dem gewünschten Zustand an dem dem ausgewählten zweiten Halbleiterschalter zugeordneten Wicklungsanschluss entspricht. Da üblicherweise bereits für die Kommutierung ein Rotorstellungssignal erzeugt wird, kann dieses ohne zusätzliche Kosten für die Steuerung der Rückspeisung verwendet werden. According to a preferred embodiment, the electric motor has a rotor position evaluation device, which is designed to generate a rotor position signal characterizing the rotor position as a function of the rotor position, wherein the control device is designed to switch the selected second semiconductor switch non-conductive at a time, when the rotor position signal XA, XB, XC in the first final stage state PSS1 has a predetermined value which corresponds to the desired state at the winding connection associated with the selected second semiconductor switch. Since usually a rotor position signal is already generated for the commutation, this can be used without additional costs for the control of the feedback.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Elektromotor mindestens eine Strommessvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein Strommessvorrichtung-Signal zu erzeugen, welches den durch einen zugeordneten zweiten Halbleiterschalter fließenden Strom zumindest im ersten Endstufen-Zustand charakterisiert. Das Vorsehen einer Strommessvorrichtung ermöglicht eine sehr genaue Steuerung der Rückspeisung. According to a preferred embodiment, the electric motor has at least one current measuring device which is designed to generate a current measuring device signal which characterizes the current flowing through an associated second semiconductor switch, at least in the first final state state. The provision of a current measuring device allows a very accurate control of the feedback.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, den Zeitpunkt des Einschaltens des zweiten Halbleiterschalters beim Wechsel vom ersten Endstufenzustand PSS1 zum zweiten Endstufenzustand PSS2 in Abhängigkeit von dem Strommessvorrichtung-Signal der mindestens einen Strommessvorrichtung zu bestimmen. Hierdurch kann die Rückspeisung sehr genau gesteuert werden. Es kann sogar ganz auf eine Auswertung des Rotorstellungssignals verzichtet werden, es sind aber auch Mischformen möglich. According to a preferred embodiment, the control device is designed to determine the time at which the second semiconductor switch is switched on when changing from the first end state PSS1 to the second end state PSS2 in dependence on the current measuring device signal of the at least one current measuring device. As a result, the feedback can be controlled very accurately. It can even be completely dispensed with an evaluation of the rotor position signal, but there are also mixed forms possible.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Elektromotor eine Rotorstellungs-Auswertevorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der Rotorstellung ein die Rotorstellung charakterisierendes Rotorstellungssignal zu erzeugen, und die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, das Rotorstellungssignal auszuwerten und erst dann denjenigen zweiten Halbleiterschalter, der beim Wechsel vom ersten Endstufen-Zustand in den zweiten Endstufen-Zustand als einziger nicht-leitend geschaltet wird, nicht-leitend zu schalten, wenn das Rotorstellungssignal einen vorgegebenen Wert hat. Auf diese Art kann vorteilhaft gesteuert werden, wann die Rückspeisung erfolgt. According to a preferred embodiment, the electric motor has a rotor position evaluation device which is designed to generate a rotor position signal characterizing the rotor position as a function of the rotor position, and the control device is designed to evaluate the rotor position signal and only then that second semiconductor switch, which when changing is switched from the first power amplifier state in the second power amplifier state as the only non-conductive, non-conductive to switch when the rotor position signal has a predetermined value. In this way can be controlled advantageous when the feed back.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, denjenigen zweiten Halbleiterschalter, welcher im zweiten Endstufen-Zustand als einziger der zweiten Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet ist, aus der Mehrzahl der zweiten Halbleiterschalter auszuwählen, so dass im Betrieb im zweiten Endstufen-Zustand PSS2 unterschiedliche zweite Halbleiterschalter als einzige zweite Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet werden. Diese Ansteuerung ermöglicht es, bei mehrfachen Wechseln in den zweiten Endstufen-Zustand die Rückspeisung über unterschiedliche Brückenzweige durchzuführen. Dies führt zu einer geringeren Belastung des einzelnen Brückenzweigs. According to a preferred embodiment, the control device is designed to select that second semiconductor switch, which is connected in the second output stage state as the only one of the second semiconductor switch non-conducting, from the plurality of second semiconductor switches, so that in operation in the second final state PSS2 different second semiconductor switches are switched as the only second semiconductor switch non-conductive. This control makes it possible to carry out the feedback via different bridge branches in the case of multiple changes in the second final stage state. This leads to a lower load on the individual bridge branch.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, den zweiten Halbleiterschalter, der als einziger nicht-leitend geschaltet ist, in Abhängigkeit von einem Rotorstellungssignal oder einer Strommessung in der Endstufe zu bestimmen. Hierdurch kann derjenige zweite Halbleiterschalter ausgewählt werden, bei dem als nächstes ein geeigneter Zustand für die Rückspeisung vorliegt. According to a preferred embodiment, the control device is designed to determine the second semiconductor switch, which is the only non-conducting, depending on a rotor position signal or a current measurement in the final stage. In this way, that second semiconductor switch can be selected in which a suitable state for the feedback is present next.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Zeitdauer, in der die Endstufe den ersten Endstufen-Zustand hat, zwischen 1 und 5 ms. According to a preferred embodiment, the period of time in which the output stage has the first output stage state is between 1 and 5 ms.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein einmal eingeleiteter Bremsvorgang auf jeden Fall zu Ende gebracht, er kann also vor der Beendigung nicht abgebrochen werden. So kann der Elektromotor beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel nach 10 s davon ausgehen, dass der Stillstand erreicht ist, und erst anschließend kann ein Neustartversuch eingeleitet werden, automatisch oder durch einen Befehl. Dies ermöglicht ein sicheres Abbremsen und einen Schutz vor Fehlbedienung. According to a preferred embodiment, once initiated braking process is brought to an end in any case, so it can not be canceled before the termination. Thus, for example, in one exemplary embodiment, the electric motor can assume after 10 s that the standstill has been reached, and only then can a restart attempt be initiated, automatically or by a command. This allows safe braking and protection against incorrect operation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor dazu ausgebildet, eine Versorgung der Logikspannungsversorgung für die Steuervorrichtung durch den Kondensator, welcher zwischen der ersten Leitung und zweiten Leitung angeordnet ist, zu ermöglichen. According to a preferred embodiment, the electric motor is designed to enable a supply of the logic voltage supply for the control device through the capacitor, which is arranged between the first line and the second line.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor ein elektronisch kommutierter Motor. According to a preferred embodiment, the electric motor is an electronically commutated motor.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den übrigen Unteransprüchen. Es zeigt: Further details and advantageous developments of the invention will become apparent from the following described and illustrated in the drawings, in no way as a limitation of the invention to be understood embodiments, and from the other dependent claims. It shows:
1 ein erstes Teilschaltbild mit einer Grundschaltung eines Elektromotors, 1 a first partial circuit diagram with a basic circuit of an electric motor,
2 ein zweites Teilschaltbild mit einer Steuervorrichtung des Elektromotors von 1, 2 a second partial circuit diagram with a control device of the electric motor of 1 .
3 ein drittes Teilschaltbild mit einer Rotorstellungsauswertevorrichtung des Elektromotors von 1, 3 a third partial circuit diagram with a rotor position of the electric motor of 1 .
4 ein viertes Teilschaltbild mit einer ersten Stromauswerteschaltung des Elektromotors von 1, 4 a fourth partial circuit diagram with a first current evaluation circuit of the electric motor of 1 .
5 ein fünftes Teilschaltbild mit einer zweiten Stromauswerteschaltung des Elektromotors von 1, 5 a fifth partial circuit diagram with a second current evaluation circuit of the electric motor of 1 .
6 eine schematische Darstellung eines ersten Endstufen-Zustands für eine Bremsung des Elektromotors von 1, 6 a schematic representation of a first power amplifier state for braking the electric motor of 1 .
7 eine schematische Darstellung eines dritten Endstufen-Zustands für eine harte Rückspeisung in den Gleichstrom-Zwischenkreis des Elektromotors von 1, 7 a schematic representation of a third power amplifier stage for a hard recovery in the DC link of the electric motor of 1 .
8 eine schematische Darstellung eines dritten Endstufen-Zustands für eine sanfte Rückspeisung in den Gleichstrom-Zwischenkreis des Elektromotors von 1, 8th a schematic representation of a third power stage state for a gentle feedback into the DC link of the electric motor of 1 .
9 eine Strommessung in der Endstufe und Signale der Rotorstellungsauswertevorrichtung des Elektromotors von 1, 9 a current measurement in the power amplifier and signals of the rotor position of the electric motor of 1 .
10 eine Messung der Zwischenkreisspannung des Elektromotors von 1 bei einem Bremsvorgang, 10 a measurement of the DC link voltage of the electric motor of 1 during a braking process,
11 ein Flussdiagramm mit zwei Betriebszuständen OS1 und OS2, 11 a flowchart with two operating states OS1 and OS2,
12 ein Flussdiagramm mit einem ersten Ausführungsbeispiel des Betriebszustands OS1 von 11, welcher einen ersten Endstufen-Zustand PSS1 und einen zweiten Endstufen-Zustand PSS2 aufweist, 12 a flowchart with a first embodiment of the operating state OS1 of 11 which has a first final state PSS1 and a second final state PSS2,
13 ein Flussdiagramm mit einem zweiten Ausführungsbeispiel des Betriebszustands OS1 von 11, 13 a flowchart with a second embodiment of the operating state OS1 of 11 .
14 ein Flussdiagramm mit einem Ausführungsbeispiel für den zweiten Endstufenzustand PSS2, und 14 a flowchart with an embodiment for the second final state PSS2, and
15 ein Flussdiagramm mit einem Ausführungsbeispiel für die Durchführung einer Rückspeisung. 15 a flowchart with an embodiment for carrying out a feed back.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Motor 10 mit einem Rotor 12 und einem Stator 14. Der Stator 14 hat eine Endstufe 30, die als Vollbrückenschaltung ausgebildet ist, und eine Wicklungsanordnung 20 mit einem ersten Strang 21, einem zweiten Strang 22 und einem dritten Strang 23, die in diesem Ausführungsbeispiel als Dreieck geschaltet sind (so genannte Δ-Schaltung), wobei z. B. auch eine Schaltung als Stern (Y-Schaltung) möglich ist. 1 shows an engine according to the invention 10 with a rotor 12 and a stator 14 , The stator 14 has a power amplifier 30 , which is designed as a full bridge circuit, and a winding arrangement 20 with a first strand 21 , a second strand 22 and a third strand 23 , which are connected in this embodiment as a triangle (so-called Δ-circuit), wherein z. As well as a circuit as a star (Y-circuit) is possible.
Die Endstufe 30 hat drei Brückenzweige 30A, 30B, 30C, die zwischen einer ersten Leitung 61 mit der Zwischenkreisspannung UZK und einer zweiten Leitung 66 mit dem Bezugspotential („Masse“) GND geschaltet sind, wobei die Leitung 66 über einen Fußpunkt-Widerstand R_FP 64 bzw. allgemeiner mit einem Strommessglied 64 mit einer Leitung 62 verbunden ist. The final stage 30 has three bridge branches 30A . 30B . 30C that between a first line 61 with the intermediate circuit voltage UZK and a second line 66 are connected to the reference potential ("ground") GND, wherein the line 66 via a foot-point resistor R_FP 64 or more generally with a current measuring element 64 with a line 62 connected is.
Ein erster Wicklungsanschluss 51 ist über einen ersten Halbleiterschalter 31 mit der ersten Leitung 61 und über einen zweiten Halbleiterschalter 32 mit der zweiten Leitung 62 verbunden. Ein zweiter Wicklungsanschluss 52 ist über einen ersten Halbleiterschalter 33 mit der ersten Leitung 61 und über einen zweiten Halbleiterschalter 34 mit der zweiten Leitung 62 verbunden. Ein dritter Wicklungsanschluss 53 ist über einen ersten Halbleiterschalter 35 mit der ersten Leitung 61 und über einen zweiten Halbleiterschalter 36 mit der zweiten Leitung 62 verbunden. Die ersten Halbleiterschalter 31, 33, 35 werden vom Fachmann auch als obere Halbleiterschalter bezeichnet, da die erste Leitung im Betrieb üblicherweise mit der Betriebsspannung mit dem höheren Potential verbunden sind, und die zweiten Halbleiterschalter 32, 34, 36 als untere Halbleiterschalter, da die zweite Leitung 62 üblicherweise mit Masse GND verbunden sind. Den Halbleiterschaltern 31 bis 36 ist jeweils eine Freilaufdiode 41 bis 46 antiparallel geschaltet, um einen Strom durch den entsprechenden Halbleiterschalter 31 bis 36 in umgekehrter Richtung zu verhindern bzw. zu begrenzen. Bei MOSFET-Halbleiterschaltern sind üblicherweise Freilaufdioden integriert, bei IGBT-Halbleiterschaltern müssen diese beispielsweise auch zusätzlich vorgesehen werden. A first winding connection 51 is via a first semiconductor switch 31 with the first line 61 and via a second semiconductor switch 32 with the second line 62 connected. A second winding connection 52 is via a first semiconductor switch 33 with the first line 61 and via a second semiconductor switch 34 with the second line 62 connected. A third winding connection 53 is via a first semiconductor switch 35 with the first line 61 and via a second semiconductor switch 36 with the second line 62 connected. The first semiconductor switches 31 . 33 . 35 are also referred to by the skilled person as upper semiconductor switch, since the first line are usually connected in operation with the operating voltage with the higher potential, and the second semiconductor switches 32 . 34 . 36 as the lower semiconductor switch, since the second line 62 usually connected to ground GND. The semiconductor switches 31 to 36 is each a freewheeling diode 41 to 46 connected in anti-parallel to a current through the corresponding semiconductor switch 31 to 36 in the opposite direction to prevent or limit. In the case of MOSFET semiconductor switches, free-wheeling diodes are usually integrated, with IGBT semiconductor switches, for example, these must also be provided additionally.
Der erste Wicklungsanschluss 51 ist mit den Strängen 20 und 21 verbunden, der zweite Wicklungsanschluss 52 mit den Strängen 21 und 22 und der dritte Wicklungsanschluss 53 mit den Strängen 22 und 23. The first winding connection 51 is with the strands 20 and 21 connected, the second winding connection 52 with the strands 21 and 22 and the third winding terminal 53 with the strands 22 and 23 ,
An der Leitung 62 ist beispielhaft eine Strommessvorrichtung 68 zum Messen des Stroms durch den Fußpunkt-Widerstand 64 vorgesehen. Die Strommessvorrichtung 68 hat einen Widerstand 71, der zwischen der Leitung 62 und einer Leitung 72 geschaltet ist. Die Leitung 72 ist über einen Widerstand 73 mit der Leitung 92 (ULB2), über einen Kondensator 74 mit GND 66 und über einen Widerstand 75 mit der Leitung 70 verbunden, um an der Leitung 70 das Signal I_Mess bereit zu stellen. Die Leitung 70 ist mit der Steuervorrichtung 123 verbunden. On the line 62 is an example of a current measuring device 68 for measuring the current through the base resistance 64 intended. The current measuring device 68 has a resistance 71 that between the line 62 and a line 72 is switched. The administration 72 is about a resistance 73 with the line 92 (ULB2), via a capacitor 74 with GND 66 and about a resistance 75 with the line 70 connected to the line 70 to provide the signal I_Mess. The administration 70 is with the control device 123 connected.
Ein erster Anschluss 81 (Ub+) und ein zweiter Anschluss 82 (Ub–) sind vorgesehen, um dem Motor 10 eine Betriebsspannung Ub von einer Versorgungsspannungsquelle (+UB, –UB) zuzuführen. Der Anschluss 81 ist über eine Verpolschutzdiode 83 mit der Leitung 61 (UZK) verbunden. Die Verpolschutzdiode 83 ist vorteilhaft, wenn das angeschlossene Netzteil im nicht bestromten Zustand sehr niederohmig ist, um ein schnelles Abfallen der Spannung UZK zu verhindern. A first connection 81 (Ub +) and a second port 82 (Ub) are provided to the engine 10 to supply an operating voltage Ub from a supply voltage source (+ UB, -UB). The connection 81 is via a polarity reversal protection diode 83 with the line 61 (UCC). The reverse polarity protection diode 83 is advantageous if the connected power supply in the non-energized state is very low impedance, to prevent a rapid drop in the voltage UZK.
Eine erste Vorrichtung 109 dient zur Erzeugung eines die Spannung UZK am Kondensator 98 charakterisierender ersten Ist-Signals UZK_MESS bzw. zur Messung der Zwischenkreisspannung UZK. Hierzu ist die Leitung 61 über eine Leitung 84 und einen Widerstand 110 mit einer Leitung 112 verbunden, und die Leitung 112 ist über einen Kondensator 114 mit GND 66 und über einen Widerstand 116 mit GND 66 verbunden. Die Leitung 112 ist über einen Widerstand 118 und eine Leitung 120 mit einer Steuervorrichtung 123, bspw. einem µC, einem IC oder einem ASIC verbunden, wobei das Signal an der Leitung 120 als UZK_MESS bezeichnet wird. A first device 109 used to generate a voltage UZK on the capacitor 98 Characterizing first actual signal UZK_MESS or for measuring the intermediate circuit voltage UZK. This is the line 61 over a line 84 and a resistance 110 with a line 112 connected, and the line 112 is over a capacitor 114 with GND 66 and about a resistance 116 with GND 66 connected. The administration 112 is about a resistance 118 and a line 120 with a control device 123 , For example, a .mu.C, an IC or an ASIC, wherein the signal on the line 120 is called UZK_MESS.
Die Leitung 61 (UZK) ist über eine Leitung 86 mit einem Spannungsregler U_LOGIC 88 verbunden, der über eine Leitung 90 ein Signal UL1 (z. B. 13 V) und über eine Leitung 92 ein Signal UL2 (z. B. 5 V) ausgibt. Diese Spannungen werden z. B. für Logik-Bausteine verwendet, und der Spannungsregler kann z. B. linear oder getaktet arbeiten. The administration 61 (UZK) is over a line 86 with a voltage regulator U_LOGIC 88 connected via a line 90 a signal UL1 (eg 13 V) and via a line 92 outputs a signal UL2 (eg 5 V). These voltages are z. B. used for logic devices, and the voltage regulator can, for. B. linear or clocked work.
Die Leitung 61 (UZK) ist über eine Leitung 96 und einen Zwischenkreiskondensator C_ZK 98 mit einer Leitung 100 verbunden, und die Leitung 100 ist über einen Widerstand 102 mit GND 66 und über einen steuerbaren Halbleiterschalter 104 mit GND 66 verbunden, wobei der Halbleiterschalter 104 über eine Leitung 106 G(VCL) steuerbar ist. The administration 61 (UZK) is over a line 96 and a DC link capacitor C_ZK 98 with a line 100 connected, and the line 100 is about a resistance 102 with GND 66 and via a controllable semiconductor switch 104 with GND 66 connected, wherein the semiconductor switch 104 over a line 106 G (VCL) is controllable.
2 zeigt die Steuervorrichtung 123 und eine Treiberschaltung DRV 125. Die Steuervorrichtung 123 ist über Leitungen 124 mit einer Treiberschaltung DRV 125 verbunden, und die Treiberschaltung 125 ist über die Leitungen 131 bis 136 mit den Halbleiterschaltern 31 bis 36 verbunden, um eine Steuerung der Halbleiterschalter 31 bis 36 durch die Steuervorrichtung 123 zu ermöglichen. 2 shows the control device 123 and a driver circuit DRV 125 , The control device 123 is via lines 124 with a driver circuit DRV 125 connected, and the driver circuit 125 is over the wires 131 to 136 with the semiconductor switches 31 to 36 connected to a controller of the semiconductor switch 31 to 36 through the control device 123 to enable.
Eine bevorzugt vorgesehene Temperaturauswertevorrichtung 195 hat eine Widerstandsbrücke 196, 198, wobei der Widerstand 196 einerseits mit der Leitung 92 (UL2) und andererseits mit einer Leitung 197 verbunden ist. Die Leitung 197 ist über einen temperaturabhängigen Widerstand 198 mit GND 66 verbunden, wobei der temperaturabhängige Widerstand 198 beispielhaft als NTC-Widerstand ausgebildet ist. Die Leitung 197 ist über einen Widerstand 199 mit einer Leitung 200 verbunden, und die Leitung 200 ist über einen Kondensator 201 mit GND 66 verbunden, um an der Leitung 200 ein temperaturabhängiges Signal Temp_LHL bereit zu stellen. Alternativ können die Widerstände 196, 198 vertauscht und/oder ein PTC-Widerstand 198 oder ein anderes Temperaturmessglied verwendet werden. Die Leitung 200 ist mit der Steuervorrichtung 123 verbunden. Der temperaturabhängige Widerstand 198 ist bevorzugt im Bereich der zweiten Halbleiterschalter 32, 34, 36 angeordnet, um deren Temperatur zu messen. A preferred temperature evaluation device 195 has a resistance bridge 196 . 198 , where the resistance 196 on the one hand with the line 92 (UL2) and on the other hand with a line 197 connected is. The administration 197 is about a temperature-dependent resistor 198 with GND 66 connected, the temperature-dependent resistance 198 is designed as an example NTC resistor. The administration 197 is about a resistance 199 with a line 200 connected, and the line 200 is over a capacitor 201 with GND 66 connected to the line 200 to provide a temperature-dependent signal Temp_LHL. Alternatively, the resistors 196 . 198 swapped and / or a PTC resistor 198 or another temperature measuring element can be used. The administration 200 is with the control device 123 connected. The temperature-dependent resistance 198 is preferred in the range of the second semiconductor switch 32 . 34 . 36 arranged to measure their temperature.
3 zeigt eine Rotorstellungsauswertungsschaltung 140 zur Auswertung der Rotorstellung. Die Auswertung erfolgt anhand von Spannungen in der Endstufe 30, und man spricht bei einer solchen Auswertung von einer Sensorless-Schaltung, da sie ohne zusätzliche Hall-Sensoren bzw. Rotorstellungssensoren ein Rotorstellungssignal erzeugt. Der erste Wicklungsanschluss 51 ist über einen Widerstand 141 mit einer Leitung 147 verbunden, und die Leitung 147 über einen Widerstand 142 mit GND 66. Der zweite Wicklungsanschluss 52 ist über einen Widerstand 143 mit einer Leitung 148 verbunden, und die Leitung 148 über einen Widerstand 144 mit GND 66. Der dritte Wicklungsanschluss 53 ist über einen Widerstand 145 mit einer Leitung 149 verbunden, und die Leitung 149 über einen Widerstand 146 mit GND 66. Drei Komparatoren 155, 156 und 157 haben jeweils einen +-Eingang, einen –-Eingang und einen Ausgang. Die Leitung 147 ist einerseits über einen Widerstand 151 mit einer Leitung 154 und andererseits mit dem +-Eingang des Komparators 155 verbunden. Die Leitung 148 ist einerseits über einen Widerstand 152 mit der Leitung 154 und andererseits mit dem +-Eingang des Komparators 156 verbunden. Die Leitung 149 ist einerseits über einen Widerstand 153 mit der Leitung 154 und andererseits mit dem +-Eingang des Komparators 157 verbunden. Die Leitung 154 ist mit den –-Eingängen der Komparatoren 155, 156 und 157 verbunden. 3 shows a rotor position evaluation circuit 140 for evaluating the rotor position. The evaluation is based on voltages in the final stage 30 , and one speaks in such an evaluation of a sensorless circuit, since it generates a rotor position signal without additional Hall sensors or rotor position sensors. The first winding connection 51 is about a resistance 141 with a line 147 connected, and the line 147 about a resistance 142 with GND 66 , The second winding connection 52 is about a resistance 143 with a line 148 connected, and the line 148 about a resistance 144 with GND 66 , The third winding connection 53 is about a resistance 145 with a line 149 connected, and the line 149 about a resistance 146 with GND 66 , Three comparators 155 . 156 and 157 each have a + input, an - input and an output. The administration 147 is on the one hand about a resistance 151 with a line 154 and on the other hand with the + input of the comparator 155 connected. The administration 148 is on the one hand about a resistance 152 with the line 154 and on the other hand with the + input of the comparator 156 connected. The administration 149 is on the one hand about a resistance 153 with the line 154 and on the other hand with the + input of the comparator 157 connected. The administration 154 is with the --inputs of the comparators 155 . 156 and 157 connected.
Der Ausgang des Komparators 155 ist mit einer Leitung 161 zur Ausgabe eines Signals XA verbunden, und die Leitung 161 ist über einen Widerstand 158 mit der Leitung 92 (UL2) verbunden. Der Ausgang des Komparators 156 ist mit einer Leitung 162 zur Ausgabe eines Signals XB verbunden, und die Leitung 162 ist über einen Widerstand 159 mit der Leitung 92 (UL2) verbunden. Der Ausgang des Komparators 157 ist mit einer Leitung 163 zur Ausgabe eines Signals XC verbunden, und die Leitung 163 ist über einen Widerstand 160 mit der Leitung 92 (UL2) verbunden. The output of the comparator 155 is with a lead 161 connected to the output of a signal XA, and the line 161 is about a resistance 158 with the line 92 (UL2) connected. The output of the comparator 156 is with a lead 162 connected to the output of a signal XB, and the line 162 is about a resistance 159 with the line 92 (UL2) connected. The output of the comparator 157 is with a lead 163 connected to the output of a signal XC, and the line 163 is about a resistance 160 with the line 92 (UL2) connected.
Es können alternativ Rotorstellungssensoren verwendet werden, beispielsweise Hall-Sensoren oder ein vollständiger Drehstellungsgeber (Encoder), sofern dieser verfügbar ist. Bei der Messung der magnetischen Flussdichte und auch ggf. bei Drehstellungsgebern muss eine Zuordnung zwischen dem Rotorstellungssignal und der Stellung der Rotormagneten zum Stator gegeben sein, falls man eine Rückspeisung zu einem bestimmten Zeitpunkt starten möchte, an dem eine gewünschte Rückspeisung erfolgt. Diese Zuordnung wird üblicherweise auch für die Kommutierung der Endstufe benötigt. Die Zuordnung kann beispielsweise bei Hall-Sensoren durch eine entsprechende Platzierung relativ zum Stator erfolgen, oder sie kann bei allgemeinen Rotorstellungssensoren durch eine Probemessung oder im Betrieb generiert werden. Rotor position sensors can alternatively be used, for example Hall sensors or a complete rotary position encoder (encoder), if available. When measuring the magnetic flux density and possibly also with rotary position encoders, an assignment between the rotor position signal and the position of the rotor magnet must be given to the stator, if you want to start a backfeed at a specific time at which a desired recovery occurs. This assignment is usually also required for the commutation of the power amplifier. The assignment can be made for example in Hall sensors by a corresponding placement relative to the stator, or it can be generated in a general rotor position sensors by a trial measurement or during operation.
Die Verwendung der Rotorstellungsauswertungsschaltung 140 ist vorteilhaft, da es beispielsweise bei der Verwendung von Hall-Sensoren durch den Rückspeisestrom zu Störungen des Rotorstellungssignals kommen kann. The use of the rotor position evaluation circuit 140 is advantageous because, for example, when using Hall sensors by the regenerative current can lead to disturbances of the rotor position signal.
Eine Stromauswerteschaltung 171 ist in 4 gezeigt und zur Erzeugung eines Signals I_LC vorgesehen, das den Strom durch den Halbleiterschalter 36 charakterisiert, und eine Stromauswerteschaltung 172 ist in 5 gezeigt und zur Erzeugung eines Signals I_LB vorgesehen, das den Strom durch den Halbleiterschalter 34 charakterisiert. Die Stromauswertevorrichtungen 171, 172 sind gleich aufgebaut, und im Folgenden wird nur die Stromauswertevorrichtung 171 beschrieben. In gleicher Weise kann auch eine entsprechende Stromauswerteschaltung zur Erzeugung eines Signals I_LA vorgesehen werden, das den Strom durch den Halbleiterschalter 32 charakterisiert. A current evaluation circuit 171 is in 4 shown and provided for generating a signal I_LC, which is the current through the semiconductor switch 36 characterized and a Stromauswerteschaltung 172 is in 5 shown and provided for generating a signal I_LB, the current through the semiconductor switch 34 characterized. The current evaluation devices 171 . 172 are the same, and hereinafter only the current evaluation device 171 described. In the same way, a corresponding current evaluation circuit for generating a signal I_LA can be provided, which is the current through the semiconductor switch 32 characterized.
Der dritte Wicklungsanschluss 53 ist über zwei in Reihe geschaltete Dioden 174, 176 mit einer Leitung 178 verbunden, wobei die Kathoden der Dioden 174, 176 jeweils in Richtung zum dritten Wicklungsanschluss 53 hin geschaltet sind. Die Leitung 178 ist über einen Widerstand 180 mit der Leitung 92 (UL2), über einen Kondensator 182 mit GND 66 bzw. der Leitung 62 und über einen Widerstand 184 mit einer Leitung 186 verbunden, wobei an der Leitung 186 das Signal I_LC erzeugt wird. Der Kondensator 182 ist optional. The third winding connection 53 is via two diodes connected in series 174 . 176 with a line 178 connected, wherein the cathodes of the diodes 174 . 176 in each case in the direction of the third winding connection 53 are switched. The administration 178 is about a resistance 180 with the line 92 (UL2), via a capacitor 182 with GND 66 or the line 62 and about a resistance 184 with a line 186 connected, being on the line 186 the signal I_LC is generated. The capacitor 182 is optional.
Die identisch aufgebaute Strommessvorrichtung 172 ist eingangsseitig mit dem zweiten Wicklungsanschluss 52 und ausgangsseitig mit einer Leitung 188 zur Ausgabe des Signals I_LB verbunden. Die Leitungen 186, 188 werden der Steuervorrichtung 123 zugeführt. The identically constructed current measuring device 172 is on the input side with the second winding connection 52 and on the output side with a line 188 connected to the output of the signal I_LB. The wires 186 . 188 become the control device 123 fed.
Durch die Dioden 174, 176 wird das Signal angehoben, und so können auch mit einem einfache A/D-Wandler für positive Spannungen negative Ströme gemessen werden. Through the diodes 174 . 176 If the signal is raised, negative currents can be measured even with a simple A / D converter for positive voltages.
Die Strommessung basiert darauf, dass die zweiten (und ersten) Halbleiterschalter im leitenden Zustand einen vorgegebenen Widerstand haben. So hat beispielsweise ein FET einen inneren Widerstand in der Größenordnung von R = 0,01 Ω. Hieraus ergibt sich beispielsweise bei einem Strom von I = 40 A eine am Widerstand des zweiten Halbleiterschalters abfallende Spannung U = R·I = 0,4 V. Da der innere Widerstand der Halbleiterschalter temperaturabhängig ist, kann mit Hilfe der Temperaturmessvorrichtung 195 von 2 eine Temperatur-Kompensation durchgeführt werden, sofern diese Genauigkeit erforderlich ist. Hierzu kann beispielsweise der Widerstand des zweiten Halbleiterschalters als Funktion der Temperatur vorgegeben werden. The current measurement is based on the fact that the second (and first) semiconductor switches in the conducting state have a given resistance. For example, an FET has an internal resistance of the order of R = 0.01 Ω. This results, for example, at a current of I = 40 A, a voltage drop across the resistor of the second semiconductor switch voltage U = R · I = 0.4 V. Since the internal resistance of the semiconductor switches is temperature-dependent, can with the help of the temperature measuring device 195 from 2 a temperature compensation can be performed, if this accuracy is required. For this purpose, for example, the resistance of the second semiconductor switch can be specified as a function of the temperature.
Mit den Strommessvorrichtungen von 4 und 5 kann also jeweils der Strom durch einen der zweiten Halbleiterschalter 32, 34, 36 gemessen werden. Dies ermöglicht eine Strommessung in der Endstufe auch dann, wenn alle zweiten Halbleiterschalter 32, 34, 36 leitend geschaltet sind, um eine Bremsung durchzuführen. Da in diesem Zustand kein Strom durch den Fußpunktwiderstand 64 von 1 fließt, kann der Strom durch die Endstufe 30 nicht über den Fußpunktwiderstand 64 gemessen werden. With the current measuring devices of 4 and 5 Thus, in each case the current through one of the second semiconductor switch 32 . 34 . 36 be measured. This allows current measurement in the output stage even if all second semiconductor switches 32 . 34 . 36 are turned on to perform a braking. Because in this state no current through the Fußpunktwiderstand 64 from 1 flows, the current through the power amplifier 30 not over the base point resistance 64 be measured.
Die gezeigten Strommessvorrichtungen sind beispielhaft. Es sind beispielsweise auch Strommessvorrichtungen möglich, die nur die positive Halbwelle detektieren können, oder Strommessvorrichtungen mit Operationsverstärkern, um niedrige Signale besser detektieren zu können. The current measuring devices shown are exemplary. It is also possible, for example, current measuring devices that can detect only the positive half-wave, or current measuring devices with operational amplifiers to better detect low signals can.
Allgemeine Funktionsweise General operation
Über die Rotorstellungsauswertevorrichtung 140 (3) wird die aktuelle Rotorstellung des Rotors 12 festgestellt und der Steuervorrichtung 123 zugeführt. Die Steuervorrichtung 123 steuert im normalen Betrieb über die Ausgänge 124 und die Treiberschaltung 125 die Eingänge 131 bis 136 der Halbleiterschalter 31 bis 36, um ein Antreiben des Drehmoments durch die Bestromung der Wicklungsanordnung 20 zu erzielen. About the rotor position evaluation device 140 ( 3 ) becomes the current rotor position of the rotor 12 detected and the control device 123 fed. The control device 123 controls the outputs in normal operation 124 and the driver circuit 125 the entrances 131 to 136 the semiconductor switch 31 to 36 to drive the torque by the energization of the winding assembly 20 to achieve.
Hierzu sind verschiedene Bestromungsmuster möglich. So kann z. B. jeweils einer der ersten Halbleiterschalter 31, 33, 35 und einer der zweiten Halbleiterschalter 32, 34, 36 aus einem anderen Brückenzweig leitend geschaltet werden, um einen Strom durch die Wicklungsanordnung 20 zu bewirken. Es sind jedoch auch Bestromungsmuster bekannt, bei denen der erste oder der zweite eingeschaltete Halbleiterschalter getaktet angesteuert wird, um einen besseren Einfluss auf den Motorstrom durch die Wicklungsanordnung 20 zu haben. Bei der getakteten Ansteuerung kann auch entweder bei den ersten oder bei den zweiten Schaltern zwischen zwei Schaltern hin und her gewechselt werden. For this purpose different energizing patterns are possible. So z. B. each one of the first semiconductor switch 31 . 33 . 35 and one of the second semiconductor switches 32 . 34 . 36 be turned on from another bridge branch to a current through the winding assembly 20 to effect. However, there are also Bestromungsmuster known in which the first or the second switched-semiconductor switch is clocked driven to better influence on the motor current through the winding assembly 20 to have. In the clocked control can be switched back and forth between two switches either at the first or at the second switches.
Bremsung des Motors Braking of the engine
Es werden im Folgenden unterschiedliche Endstufen-Zustände beschrieben, welche bei der Bremsung verwendet werden können. In the following, different output stage states are described, which can be used during braking.
Erster Endstufen-Zustand PSS1 (Bremsung) First power stage PSS1 (braking)
6 zeigt eine schematische Darstellung der Endstufe 30 und der Wicklungsanordnung 20 in einem ersten Endstufen-Zustand PSS1 (Power Stage State 1), in dem eine Bremsung des Motors erfolgt. Hierzu sind die zweiten Halbleiterschalter 32, 34 und 36 leitend geschaltet, und die ersten Halbleiterschalter 31, 33 und 35 sind nicht-leitend geschaltet. Hierdurch werden die Stränge 21, 22 und 23 im Kurzschluss betrieben, und der rotierende permanentmagnetische Rotor 12 bewirkt in den Strängen 21, 22 und 23 einen Kurzschlussstrom, der zu einer Bremsung des Rotors 12 bzw. des Motors 10 führt. Die Bauteile bzw. Leitungen, über die in diesem ersten Endstufen-Zustand ein Strom fließt, sind dicker dargestellt. Um einen Kurzschluss zu vermeiden, können in einem ersten Schritt alle Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet werden und anschließend die zweiten Hableiterschalter leitend geschaltet werden. 6 shows a schematic representation of the final stage 30 and the winding arrangement 20 in a first final state PSS1 (Power Stage State 1), in which a braking of the engine takes place. For this purpose, the second semiconductor switches 32 . 34 and 36 turned on, and the first semiconductor switches 31 . 33 and 35 are switched non-conductive. This will be the strands 21 . 22 and 23 operated in short circuit, and the rotating permanent magnetic rotor 12 effected in the strands 21 . 22 and 23 a short-circuit current, leading to a braking of the rotor 12 or the engine 10 leads. The components or lines through which a current flows in this first power stage state are shown thicker. In order to avoid a short circuit, all semiconductor switches can be switched non-conductive in a first step and then the second Hableiterschalter be turned on.
Da bei der Kurzschlussbremsung kein Strom in bzw. aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 61, 66 fließt, fällt die Spannung am Gleichstrom-Zwischenkreis 61, 66 ab, wenn dieser nicht mehr mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist. Da die Steuerschaltung 123 zur Ansteuerung der Endstufe 30 auch über den Gleichstrom-Zwischenkreis 61, 66 gespeist wird, funktioniert die Steuerschaltung 123 nicht mehr bzw. nicht mehr zuverlässig, sobald die Spannung UZK am Gleichstrom-Zwischenkreis 61, 66 unter einen vorgegebenen Wert fällt. Die Steuerschaltung 123 kann an eine eigene Stromversorgung angeschlossen werden, und hierdurch kann im ersten Endstufen-Zustand eine vollständige Bremsung des Motors 10 erfolgen. Eine solche zusätzliche Spannungsquelle ist jedoch mit Zusatzkosten verbunden, und daher wird versucht, die Spannung UZK am Gleichstrom-Zwischenkreis 61, 66 über die Wicklungsanordnung und den sich drehenden Rotor 12 zu erhöhen, wie dies im Folgenden gezeigt wird. As in the short-circuit braking no current in or out of the DC link 61 . 66 flows, the voltage drops at the DC link 61 . 66 when it is no longer connected to a DC voltage source. Because the control circuit 123 for controlling the power amplifier 30 also via the DC link 61 . 66 is fed, the control circuit works 123 no longer or no longer reliable as soon as the voltage UZK at the DC link 61 . 66 falls below a predetermined value. The control circuit 123 can be connected to its own power supply, and thereby in the first power stage state, a complete braking of the engine 10 respectively. However, such an additional voltage source is associated with additional costs, and therefore it is tried, the voltage UZK on the DC link 61 . 66 via the winding arrangement and the rotating rotor 12 increase, as shown below.
Dritter Endstufen-Zustand PSS3 (Rückspeisung hart) Third power stage PSS3 (recovery hard)
7 zeigt eine schematische Darstellung der Endstufe 30 und Wicklungsanordnung 20, bei der alle Halbleiterschalter 31, 32, 33, 34, 35 und 36 nicht-leitend geschaltet sind. 7 shows a schematic representation of the final stage 30 and winding arrangement 20 in which all semiconductor switches 31 . 32 . 33 . 34 . 35 and 36 are switched non-conductive.
Im dritten Endstufen-Zustand PSS3 (Power Stage State 3) wird die in der Wicklungsinduktivität der Wicklungsanordnung 20 gespeicherte Energie in den Gleichstrom-Zwischenkreis 61, 66 bzw. in den Zwischenkreiskondensator 98 (vgl. 1) übertragen, und die Spannung am Gleichstrom-Zwischenkreis 61, 66 steigt an. Sofern die Logik-Spannungsversorgung am Gleichstrom-Zwischenkreis 61, 66 angebunden ist, ist die Generierung der Logikspannung gewährleistet. In the third final stage state PSS3 (Power Stage State 3), the in the winding inductance of the winding arrangement 20 stored energy in the DC link 61 . 66 or in the DC link capacitor 98 (see. 1 ), and the voltage at the DC link 61 . 66 rises. Provided the logic power supply to the DC link 61 . 66 is connected, the generation of the logic voltage is ensured.
Der in 2 gezeigte Mikrocontroller 123 kann bspw. über die Leitung 120 die Spannung UZK am Gleichstrom-Zwischenkreis 61, 66 überwachen und immer dann, wenn eine vorgegebene Schwelle unterschritten wird, die Bremsung gemäß dem ersten Endstufen-Zustand für kurze Zeit (z. B. 80 μs) unterbrechen. Der Fachmann kennt eine solche Rückspeisung bspw. aus dem Dokument DE 195 18 991 A1 . Die Rückspeisung kann dabei bspw. während einer vorgegebenen Zeit (z. B. 80 μs) erfolgen oder aber solange, bis eine vorgegebene Spannung UZK am Gleichstrom-Zwischenkreis 61, 66 vorliegt. The in 2 shown microcontroller 123 can, for example, over the line 120 the voltage UZK on the DC link 61 . 66 monitor and interrupt the braking for a short time (eg 80 μs) according to the first power stage state whenever a predetermined threshold is undershot. The person skilled in the art knows such a feedback feed, for example from the document DE 195 18 991 A1 , The feedback can take place, for example, during a predetermined time (eg 80 μs) or else until a predetermined voltage UZK at the DC intermediate circuit 61 . 66 is present.
Anschließend kann wieder in den ersten Endstufe-Zustand (Bremsung) umgeschaltet werden, und es kann zwischen dem ersten Endstufen-Zustand und dem dritten Endstufen-Zustand hin und her gewechselt werden. Subsequently, it is possible to switch back to the first final stage state (braking), and it is possible to switch back and forth between the first final state state and the third final state state.
Diese Art der Rückspeisung funktioniert grundsätzlich gut, es hat sich jedoch gezeigt, dass sie auch Nachteile hat. Der rückgespeiste Strom entspricht betragsmäßig dem maximalen Strom durch die Wicklungsanordnung 20, so dass insbesondere bei leistungsstarken Motoren bzw. hohen Drehzahlen ein großer Strom zurückgespeist wird. Dies führt zu einer Belastung des Messwiderstands 64 und auch des Zwischenkreis-Kondensators 98, der bspw. als Elektrolytkondensator ausgebildet ist. This type of recovery works basically well, but it has been shown that it also has disadvantages. The amount of current fed back corresponds to the maximum current through the winding arrangement 20 , so that in particular with high-performance engines or high speeds, a large current is fed back. This leads to a load on the measuring resistor 64 and also the DC link capacitor 98 , which is formed, for example, as an electrolytic capacitor.
Zweiter Endstufen-Zustand PSS2 (Rückspeisung sanft) Second power stage PSS2 (soft recovery)
8 zeigt eine schematische Darstellung der Endstufe 30 und der Wicklungsanordnung 20 in einem zweiten Endstufen-Zustand PSS2 (Power Stage State 2), bei dem die ersten Halbleiterschalter 31, 33 und 35 nicht-leitend sind, und einer der zweiten Halbleiterschalter 32, 34, 36 nicht-leitend geschaltet ist, die anderen beiden Halbleiterschalter leitend geschaltet sind. 8th shows a schematic representation of the final stage 30 and the winding arrangement 20 in a second final state PSS2 (Power Stage State 2), in which the first semiconductor switch 31 . 33 and 35 are non-conductive, and one of the second semiconductor switches 32 . 34 . 36 is switched non-conductive, the other two semiconductor switches are turned on.
Im vorliegenden Fall ist der Halbleiterschalter 34 nicht-leitend geschaltet, und die Halbleiterschalter 32, 36 sind leitend geschaltet. Diejenigen Bauteile bzw. Leitungen, über die im ersten Endstufen-Zustand ein Strom fließt, sind wieder dick dargestellt. Durch die gewählte Ansteuerung der Endstufe 30 ist der Wicklungsanschluss 51 mit dem Wicklungsanschluss 53 kurzgeschlossen, der Wicklungsanschluss 52 ist jedoch an einem bezüglich der Halbleiterschalter 33, 34 nicht-leitenden Zweig der Endstufe 30. Dies führt dazu, dass ein Strom vom Wicklungsanschluss 52 über die Freilauf-Diode 43 zur Leitung 61 fließt, wenn das Potenzial am Wicklungsanschluss 52 positiver als das Potenzial an der Leitung 61 ist. Der Strom, der vom Wicklungsanschluss 52 über die Freilauf-Diode 43 zur Leitung 61 fließt, ist geringer als im dritten Endstufen-Zustand (Rückspeisung hart), da nur eine Rückspeisung von einem der Wicklungsanschlüsse aus erfolgt. Zudem ist die Höhe des rückgespeisten Stroms I_RS abhängig vom Zeitpunkt, zu dem der zweite Halbleiterschalter 34 nicht-leitend geschaltet wird, da keine Rückspeisung erfolgt, wenn das Potenzial am Wicklungsanschluss 52 geringer ist als an der Leitung 61. Anders ausgedrückt erfolgt eine Rückspeisung nur während der positiven Halbwelle des Stroms vom Wicklungsanschluss 52 zur Wicklungsanordnung 20, vgl. 9. Es kann auch gesagt werden, dass die positive Halbwelle der Spannung am Wicklungsanschluss vorliegt, wenn entweder alle drei zweiten Halbleiterschalter leitend geschaltet oder alle Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet sind. In the present case, the semiconductor switch 34 switched non-conductive, and the semiconductor switch 32 . 36 are switched on. Those components or lines over which a current flows in the first final stage state are shown thick again. Due to the selected control of the power amplifier 30 is the winding connection 51 with the winding connection 53 shorted, the winding connection 52 is, however, at one with respect to the semiconductor switch 33 . 34 non-conductive branch of the power amplifier 30 , This causes a current from the winding terminal 52 over the freewheeling diode 43 to the line 61 flows when the potential at the winding terminal 52 more positive than the potential on the line 61 is. The current coming from the winding terminal 52 over the freewheeling diode 43 to the line 61 flows, is lower than in the third power stage state (recovery hard), since there is only a return from one of the winding terminals. In addition, the amount of the recirculated current I_RS is dependent on the time at which the second semiconductor switch 34 is switched non-conductive, since there is no feedback if the potential at the winding connection 52 less than on the line 61 , In other words, regeneration takes place only during the positive half-wave of the current from the winding connection 52 to the winding arrangement 20 , see. 9 , It can also be said that the positive half wave of the voltage at the winding connection is present when either all three second semiconductor switches are turned on or all the semiconductor switches are switched off.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Zeitdauer, während der genau ein unterer Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet ist, zwischen 40 µs und 110 µs. Hierdurch wird ausreichend und gleichzeitig nicht zu viel Strom zurück gespeist. According to a preferred embodiment, the time duration during which precisely one lower semiconductor switch is switched non-conducting is between 40 μs and 110 μs. As a result, sufficient and at the same time not too much power is fed back.
In einem Versuchsaufbau wurden bspw. bei der Abbremsung aus der Nenndrehzahl im dritten Endstufen-Zustand (Rückspeisung hart) ein Rückspeisestrom I_RS von 40 A gemessen, mit dem zweiten Endstufen-Zustand (Rückspeisung soft) dagegen nur ein Rückspeisestrom i. H. v. 5 bis 8 A. Dies führt zu einer geringeren Belastung der gesamten Steuerschaltung, insbesondere des Fußpunkt-Widerstands 64 und des Zwischenkreis-Kondensators 98 (vgl. 1). In a test setup, for example, during deceleration from the rated speed in the third final stage state (regenerative hard), a regenerative current I_RS of 40 A was measured, whereas with the second final state state (regenerative soft) only one regenerative current i. H. v. 5 to 8 amps. This results in less stress on the entire control circuit, especially the base resistance 64 and the DC link capacitor 98 (see. 1 ).
Der zweite Endstufen-Zustand PSS2 wird bspw. für eine vorgegebene Zeit (z. B. 80 μs) gewählt, und anschließend wird wieder in den ersten Endstufen-Zustand (Bremsung) gewechselt, indem der nicht-leitend geschaltete Halbleiterschalter 34 wieder leitend geschaltet wird. The second final stage state PSS2 is selected, for example, for a predetermined time (eg 80 μs), and then the first final stage state (braking) is changed again by switching the non-switched semiconductor switch 34 switched back on.
Nach dem Übergang in den ersten Endstufen-Zustand PSS1 kann wieder in den zweiten Endstufen-Zustand PSS2 gewechselt werden, um erneut zurückzuspeisen. After the transition to the first final state PSS1 can be changed back to the second final state PSS2 to feed back again.
Der erneute Wechsel kann beispielsweise nach einer vorgegebenen Zeit oder beim Abfall der Spannung UZK unter einen vorgegebenen Grenzwert erfolgen, und so kann bei der Bremsung zwischen dem ersten Endstufen-Zustand und dem zweiten Endstufen-Zustand hin und her gewechselt werden, bis der Motor 10 sehr langsam ist oder steht. The renewed change, for example, after a predetermined time or when the voltage UZK drops below a predetermined limit, and so can be changed during braking between the first power amplifier state and the second power amplifier state back and forth until the engine 10 is very slow or stands.
Darstellung der Bremsung mit Rückspeisung Representation of braking with regeneration
9 zeigt als Signal 301 den Strom zwischen dem Wicklungsanschluss 51 (MA) und der Wicklungsanordnung 20, vgl. 1. 9 shows as a signal 301 the current between the winding connection 51 (MA) and the winding arrangement 20 , see. 1 ,
Eine Rückspeisung ist nur während der positiven Halbwellen möglich, wenn die Kurve 301 also im positiven Bereich ist. Beispielhaft findet an der Stelle 303 eine Rückspeisung statt, und dies ist an dem Abfall des Stroms zu erkennen. Ebenso findet an der Stelle 305 eine Rückspeisung statt, und auch hier fällt der gemessene Strom zwischen dem Wicklungsanschluss 51 (MA) und der Wicklungsanordnung 20 ab. Regenerating is possible only during the positive half-waves when the curve 301 So in the positive area. Exemplary finds in the place 303 a return feed, and this can be seen from the drop in the current. Likewise takes place at the place 305 a backfeed instead, and also here the measured current falls between the winding connection 51 (MA) and the winding arrangement 20 from.
Im unteren Bereich sind die Rotorstellungssignale XA, XB, XC dargestellt, die durch die Rotorstellungsauswertevorrichtung 140 von 3 erzeugt werden. Wie oben geschrieben können auch Rotorstellungssensoren zur Erzeugung der Signale XA, XB, XC erzeugt werden. Das Signal XA ist immer dann High, wenn der Strom 301 eine positive Halbwelle aufweist, und entsprechend Low, wenn eine negative Halbwelle vorliegt. Mit Hilfe der Rotorstellungssignale XA, XB, XC kann somit bestimmt werden, wann ein geeigneter zweiter Halbleiterschalter 32, 34 oder 36 nicht-leitend geschaltet werden kann, um hierdurch eine Rückspeisung zu bewirken. So kann beispielsweise am Wicklungsanschluss 51 zurück gespeist werden, wenn XA = High ist, vgl. 9. The lower part shows the rotor position signals XA, XB, XC generated by the rotor position evaluation device 140 from 3 be generated. As described above, rotor position sensors can also be generated to generate the signals XA, XB, XC. The signal XA is always high when the current 301 has a positive half-wave, and correspondingly low, when there is a negative half-wave. With the help of the rotor position signals XA, XB, XC can thus be determined when a suitable second semiconductor switch 32 . 34 or 36 can be switched non-conductive, thereby causing a backfeed. For example, at the winding connection 51 fed back when XA = high, cf. 9 ,
Bei der sanften Rückspeisung, wenn also genau einer der zweiten Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet ist, ist das Rotorstellungssignal in dem entsprechenden Brückenzweig nicht direkt zur Bestimmung der Rotorposition geeignet, wie in 9 zu sehen ist. Dies ist aber unkritisch, da zu diesem Zeitpunkt der Rückspeisung nicht die Rotorstellung detektiert werden muss. Die Rotorstellungsauswertungsschaltung 140 funktioniert gut im Bremsbetrieb, wenn also alle zweiten Halbleiterschalter leitend geschaltet sind, und auch dann, wenn alle zweiten und ersten Halbleiterschalter nicht-leitend geschaltet sind. In the case of soft feedback, that is to say if exactly one of the second semiconductor switches is switched to non-conducting, the rotor position signal in the corresponding bridge branch is not directly suitable for determining the rotor position, as in FIG 9 you can see. However, this is not critical, because at this time the feedback does not have the rotor position must be detected. The rotor position evaluation circuit 140 works well in braking mode, so if all the second semiconductor switches are turned on, and even if all the second and first semiconductor switches are switched non-conductive.
In einer einfachen Ausführungsform kann bspw. überprüft werden, wann das Rotorstellungssignal auf High wechselt, und anschließend kann der entsprechende Halbleiterschalter 32 nicht-leitend geschaltet werden. Der Zeitpunkt, zu dem der entsprechende Halbleiterschalter 32 wieder leitend geschaltet wird, kann durch Angabe einer Zeitdauer fest vorgegeben werden, oder es kann bspw. gewartet werden, bis die Zwischenkreisspannung UZK einen vorgegebenen Wert erreicht. In a simple embodiment, for example, it can be checked when the rotor position signal changes to high, and then the corresponding semiconductor switch can be used 32 be switched non-conductive. The timing at which the corresponding semiconductor switch 32 can be switched back on, can be fixed by specifying a period of time, or it can, for example, be maintained until the intermediate circuit voltage UZK reaches a predetermined value.
Der Wechsel in den zweiten Endstufen-Zustand (Rückspeisung soft) kann auch „feinfühliger“ erfolgen, indem genauer bestimmt wird, zu welchem Zeitpunkt eine Rückspeisung erfolgt. In 5 sind bei jedem Wechsel eines der Rotorstellungssignale XA, XB, XC Striche beim Signal 301 eingezeichnet, und durch diese Striche werden die positiven Halbwellen des gemessenen Stroms 301 in ein ansteigendes Drittel 311, ein mittleres Drittel 312 und ein absteigendes Drittel 313 aufgeteilt. Versuche haben ergeben, dass bei einer Rückspeisung im ansteigenden Drittel 311 stark ansteigende Rückspeiseströme I_RS entstehen. Im absteigenden Bereich 313, in dem der Strom bereits absteigt, ist der Rückspeisestrom I_RS besser festlegbar und definierter. Bei höheren und mittleren Drehzahlen ist es daher vorteilhaft, diesen Bereich 313 zur Rückspeisung zu verwenden. The change to the second power stage state (soft recovery) can also be done "more sensitively" by determining more accurately, at which time a feedback takes place. In 5 are each time you change one of the rotor position signals XA, XB, XC dashes at the signal 301 drawn, and by these lines are the positive half-waves of the measured current 301 in a rising third 311 , a middle third 312 and a descending third 313 divided up. Experiments have shown that when regenerating in the rising third 311 strongly increasing regenerative currents I_RS arise. In the descending area 313 , in which the power is already decreasing, the regenerative current I_RS is easier to define and defined. At higher and medium speeds, it is therefore advantageous to this area 313 to use for feedback.
Im mittleren Bereich 312 ist der Strom 301 und damit auch der Rückspeisestrom I_RS maximal und daher kann dann, wenn der zurückgespeiste Strom I_RS im abfallenden Bereich 313 zu gering wird, auf den mittleren Bereich 312 gewechselt werden. In the middle area 312 is the electricity 301 and thus also the recovery current I_RS maximum and therefore, when the fed-back current I_RS in the falling range 313 too low, in the middle range 312 change.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann bspw. ein Wechsel in den zweiten Endstufen-Zustand (Rückspeisung sanft) erfolgen, wenn die Spannung UZK am Gleichstromzwischenkreis 61, 66 unter einen vorgegebenen Wert fällt, und die eigentliche Rückspeisung kann bspw. im vorliegenden Ausführungsbeispiel beginnen, wenn das folgende Muster der Rotorstellungssignale vorliegt:
XA = High bzw. 1; XB = Low bzw. 0; XC = High.
Die Rückspeisung wird also im abfallenden Bereich 313 der positiven Halbwelle begonnen. In the present embodiment, for example, a change in the second output stage state (regenerative gentle) take place when the voltage UZK the DC intermediate circuit 61 . 66 falls below a predetermined value, and the actual feedback can, for example, in the present embodiment begin when the following pattern of the rotor position signals is present:
XA = high or 1; XB = low or 0; XC = high.
The return feed is therefore in the sloping area 313 started the positive half wave.
Wenn die Rückspeisung im abfallenden Bereich 313 der positiven Halbwelle nicht mehr ausreicht, um die Spannung UZK über einen vorgegebenen Wert anzuheben, kann dann, wenn die Spannung UZK unter den vorgegebenen Wert fällt, eine Rückspeisung im mittleren Bereich 312 beginnen. If the feed back in the sloping area 313 the positive half cycle is no longer sufficient to raise the voltage UZK above a predetermined value, then, when the voltage UZK falls below the predetermined value, a feedback in the central region 312 kick off.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Rückspeisung in einer einfachen Ausführung grundsätzlich zu jedem Zeitpunkt gestartet werden kann, also auch bei einer negativen Halbwelle. In diesem Fall findet während der negativen Halbwelle keine Rückspeisung statt, sondern der Rückspeisestrom fließt erst in der positiven Halbwelle. It should be noted that regenerative feedback in a simple version can always be started at any time, ie even with a negative half-wave. In this case, no feedback takes place during the negative half-wave, but the recovery current flows only in the positive half-wave.
10 zeigt ein Messdiagramm, in dem die Kurve 321 die Spannung UZK am Zwischenkreis darstellt, die Kurve 323 den Strom vom Wicklungsanschluss 51 zur Wicklungsanordnung 20 (vgl. 1) und die Linie 325 den Spannungsabfall am Widerstand R_FP 64. Die Kurve 321 ist im dunklen Bereich der Kurve 323 mit weißen Punkten versehen worden, um den Verlauf besser sichtbar zu machen. 10 shows a measurement diagram in which the curve 321 the voltage UZK represents the DC link, the curve 323 the current from the winding connection 51 to the winding arrangement 20 (see. 1 ) and the line 325 the voltage drop across resistor R_FP 64 , The curve 321 is in the dark area of the curve 323 with white dots to make the course more visible.
Bis zum Zeitpunkt 331 wird der Elektromotor normal an einer Gleichspannungsquelle betrieben, und die Spannung UZK beträgt 48 V. Der Strom 323 zwischen dem Wicklungsanschluss 51 und der Wicklungsanordnung 20 nimmt Werte im Bereich zwischen ca. +5 A und –5 A an. Until the time 331 the electric motor is operated normally at a DC voltage source, and the voltage UZK is 48 V. The current 323 between the winding connection 51 and the winding arrangement 20 takes values in the range between approx. +5 A and -5 A.
Zum Zeitpunkt 331 wurde der Elektromotor 10 ausgesteckt, und daher sinkt die Spannung UZK am Zwischenkreis 61, 66 ab. Die Spannung UZK 321 sinkt von 48 V auf unter 30 V ab, und beim Unterschreiten von 30 V wird in diesem Ausführungsbeispiel zum Zeitpunkt 333 die Bremsung und die Rückspeisung aktiviert. In diesem Ausführungsbeispiel wird mit einem Bremsvorgang (erster Endstufen-Zustand PSS1) begonnen, und zum Zeitpunkt 335 findet eine Rückspeisung durch Wechsel in den zweiten Endstufen-Zustand statt. Durch die Rückspeisung steigt die Spannung UZK wieder auf über 40 V an und sinkt anschließend wieder ab. Zu den Zeitpunkten 337, 339 und 341 findet ebenfalls eine Rückspeisung statt, und der Effekt des Abbremsens ist dadurch erkennbar, dass der Strom 323, der sich zu Beginn der Bremsung zwischen +30 A und –30 A bewegt, zum Zeitpunkt 343 Werte im Bereich zwischen +12 A und –12 A annimmt. Zum Zeitpunkt 345 ist der Strom 323 auf Werte nahe bei 0 A abgesunken, der Motor steht also vollständig oder fast vollständig, so dass die Verletzungsgefahr zumindest stark reduziert ist. In diesem Zustand kann keine ausreichende Rückspeisung mehr erfolgen, und die Spannung UZK 321 sinkt zum Zeitpunkt 347 auf 20 V ab. Der Spannungsabfall 325 am Messwiderstand 64 ist ohne Skala eingezeichnet. Bis zum Ausstecken des Lüfters zum Zeitpunkt 331 fließt der übliche Strom beim Antrieb des Motors durch den Messwiderstand 64. Nach dem Ausstecken der Versorgungsspannung fließt nur noch ein geringer Strom durch den Widerstand 64. Bei der Bremsung ab dem Zeitpunkt 333 wird die Wicklungsanordnung 20 kurzgeschlossen, und daher fließt kein Strom durch den Widerstand 64. Nur zu den jeweiligen Zeitpunkten 335, 337, 339, 341, 343 der Rückspeisung fließt ein Strom durch den Widerstand 64, die Höhe dieses Stroms ist jedoch geringer als bei einer Rückspeisung gemäß dem dritten Endstufen-Zustand. At the time 331 became the electric motor 10 unplugged, and therefore the voltage UZK drops at the DC link 61 . 66 from. The voltage UZK 321 decreases from 48 V to less than 30 V, and falls below 30 V in this embodiment at the time 333 the braking and the feedback are activated. In this embodiment, a braking operation (first final state PSS1) is started, and at the time 335 finds a return feed by change in the second final stage state instead. Due to the feedback, the voltage UZK rises again to over 40 V and then drops again. At the times 337 . 339 and 341 There is also a feedback, and the effect of deceleration is recognizable by the fact that the current 323 , which moves at the beginning of braking between +30 A and -30 A, at the time 343 Takes values between +12 A and -12 A. At the time 345 is the electricity 323 dropped to values close to 0 A, so the engine is completely or almost completely, so that the risk of injury is at least greatly reduced. In this state, no sufficient feedback can be done, and the voltage UZK 321 is falling at the time 347 down to 20V. The voltage drop 325 at the measuring resistor 64 is drawn without scale. Until unplugging the fan at the time 331 The usual current flows through the measuring resistor when the motor is driven 64 , After unplugging the supply voltage only a small current flows through the resistor 64 , When braking from the time 333 becomes the winding arrangement 20 shorted, and therefore no current flows through the resistor 64 , Only at the respective times 335 . 337 . 339 . 341 . 343 the regenerative current flows through the resistor 64 However, the amount of this current is lower than in a recovery according to the third power amplifier state.
11 zeigt ein Flussdiagramm für den Betrieb des Motors 10. Im Schritt S400 befindet sich der Elektromotor in einem zweiten Betriebszustand OS2, in dem der Elektromotor 10 normal angetrieben wird. Vom Schritt S400 erfolgt ein Sprung zu S402, und dort wird überprüft, ob eine dritte Bedingung COND3 vorliegt. Falls NEIN, erfolgt ein Sprung zurück zu S400. Falls Ja, erfolgt ein Sprung nach S404, und der Elektromotor wechselt in den ersten Betriebszustand OS1, in dem eine Bremsung des Elektromotors 10 erfolgt. 11 shows a flowchart for the operation of the engine 10 , In step S400, the electric motor is in a second operating state OS2, in which the electric motor 10 is driven normally. From step S400, a jump is made to S402, where it is checked whether a third condition COND3 exists. If NO, a jump back to S400 occurs. If yes, a jump to S404 occurs, and the electric motor changes to the first operating state OS1, in which braking of the electric motor 10 he follows.
Ob die dritte Bedingung COND3 vorliegt, kann in Abhängigkeit vom Elektromotor anhand unterschiedlicher Kriterien bestimmt werden. Ein mögliches Kriterium ist, dass die Spannung am Kondensator 98 kleiner als ein vorgegebener Wert UZK_min1 ist, also bspw. kleiner als 30 V im Ausführungsbeispiel von 10. Ein anderes Kriterium ist, dass dem Elektromotor 10 ein Steuersignal 192 zugeführt wird, vgl. 2, und wenn dieses Steuersignal 192 einen vorgegebenen Wert hat, wird der Bremsvorgang eingeleitet. Whether the third condition COND3 is present can be determined on the basis of different criteria depending on the electric motor. One possible criterion is that the voltage across the capacitor 98 is smaller than a predetermined value UZK_min1, that is, for example, less than 30 V in the embodiment of 10 , Another criterion is that the electric motor 10 a control signal 192 is supplied, see. 2 , and if that control signal 192 has a predetermined value, the braking operation is initiated.
Diese Kriterien können auf verschiedene Arten berücksichtigt werden, und so kann bspw. zur Erfüllung der dritten Bedingung COND3 vorausgesetzt werden, dass eines der Kriterien erfüllt ist (z.B. UZK < UZK_min1), oder aber, dass alle oder ein Teil der Kriterien erfüllt sein müssen. These criteria can be taken into account in various ways, and so, for example, to satisfy the third condition COND3, it can be assumed that one of the criteria is fulfilled (for example UZK <UZK_min1) or that all or part of the criteria must be met.
12 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für den ersten Betriebszustand OS1 (Schritt S404), in dem der Elektromotor 10 bei möglichst langer Aufrechterhaltung der Spannung UZK gebremst werden soll. Es folgt ein Sprung nach S410, und dort wird der erste Endstufen-Zustand PSS1 (Endstufen-Zustand Bremsung) eingestellt, indem alle ersten Halbleiterschalter 31, 33, 35 nicht-leitend und alle zweiten Halbleiterschalter 32, 34, 36 leitend geschaltet werden, so dass der Elektromotor gebremst und ein Strom durch die Wicklungsanordnung 12 aufgebaut wird, vgl. 1. 12 FIG. 12 shows a schematic flowchart for the first operating state OS1 (step S404) in which the electric motor 10 should be braked for as long as possible maintenance of the voltage UZK. This is followed by a jump to S410, and there the first output stage state PSS1 (final state state braking) is set by all the first semiconductor switches 31 . 33 . 35 non-conductive and all second semiconductor switches 32 . 34 . 36 are turned on, so that the electric motor is braked and a current through the winding assembly 12 is built up, cf. 1 ,
Es erfolgt ein Sprung nach S412, und dort wird überprüft, ob eine erste Bedingung COND1 erfüllt ist. Falls NEIN, erfolgt ein Sprung zurück nach S410. Falls JA, erfolgt ein Sprung nach S414, und dort wird der zweite Endstufen-Zustand PSS2 mit der sanften Rückspeisung eingestellt, bei dem ein einziger der zweiten Halbleiterschalter leitend geschaltet wird. There is a jump to S412, and there it is checked whether a first condition COND1 is met. If NO, a jump back to S410 occurs. If YES, a jump to S414 is made, and there is set the second final stage state PSS2 with the soft recovery, in which a single one of the second semiconductor switch is turned on.
Von S414 erfolgt ein Sprung nach S416, und dort wird überprüft, ob eine zweite Bedingung COND2 erfüllt ist. Falls NEIN, erfolgt ein Sprung zurück nach S414. Falls JA, erfolgt ein Sprung nach S410, und es wird wieder der erste Endstufen-Zustand PSS1 eingestellt. From S414 there is a jump to S416, where it is checked whether a second condition COND2 is fulfilled. If NO, a jump back to S414 occurs. If YES, a jump is made to S410, and the first power-stage state PSS1 is set again.
Als erste Bedingung COND1 für den Wechsel vom Endstufen-Zustand PSS1 (Bremsen) in S410 zur Rückspeisung (PSS2) in S414 können ebenfalls unterschiedliche Kriterien als notwendige oder hinreichende Kriterien vorgesehen werden. Ein mögliches Kriterium ist, dass die Spannung UZK am Kondensator 98 kleiner als ein vorgegebener Wert UZK_min ist, dass also die Spannung so stark gesunken ist, dass eine Rückspeisung erforderlich ist. Ein weiteres mögliches Kriterium ist, dass die Zeitdauer T_PSS1 seit dem Wechsel in den ersten Endstufen-Zustand PSS1 größer ist als eine vorgegebene Mindestzeitdauer T_PSS1_min. Dieses Kriterium ist vorteilhaft, da sich der Strom durch die Endstufe nach dem Einschalten der Bremsung erst aufbauen muss, um eine gute Rückspeisung zu ermöglichen. In der Praxis hat sich bei den getesteten Elektromotoren eine Mindestzeitdauer im Bereich von 1 ms bis 5 ms als vorteilhaft erwiesen, da der Bremsstrom dann einen stationären Zustand erreichen kann. Dieser Wertebereich ist vorteilhaft, er kann jedoch abhängig vom Motortyp und von der aktuellen Drehzahl auch anders gewählt werden. Ein weiteres mögliches Kriterium ist, dass die Drehzahl n größer als eine Mindestdrehzahl n_min_KB ist, dass der Motor also noch schnell genug für die sanfte Rückspeisung ist. As the first condition COND1 for the change from the final state PSS1 (braking) to S410 to the regenerative (PSS2) in S414, different criteria may also be provided as necessary or sufficient criteria. One possible criterion is that the voltage UZK on the capacitor 98 is smaller than a predetermined value UZK_min, so that the voltage has fallen so much that a feedback is required. Another possible criterion is that the time period T_PSS1 since the change to the first power amplifier state PSS1 is greater than a predetermined minimum time T_PSS1_min. This criterion is advantageous, since the current through the output stage after switching on the braking must first build up to allow a good recovery. In practice, a minimum period of time in the range of 1 ms to 5 ms has proven to be advantageous in the tested electric motors, since the braking current can then reach a stationary state. This value range is advantageous, but it can also be chosen differently depending on the type of engine and the current speed. Another possible criterion is that the speed n is greater than a minimum speed n_min_KB, so that the engine is still fast enough for the gentle feedback.
Mögliche Ausführungen der ersten Bedingung könnten somit beispielsweise sein:
COND1 = (T_PSS1 > T_PSS1_min) oder
COND1 = (T_PSS1 > T_PSS1_min) AND (UZK < UZK_min) oder
COND1 = (T_PSS1 > T_PSS1_min) OR (UZK < UZK_min) oder
COND1 = (T_PSS1 > T_PSS1_min) AND (n > n_min_KB) Possible embodiments of the first condition could thus be, for example:
COND1 = (T_PSS1> T_PSS1_min) or
COND1 = (T_PSS1> T_PSS1_min) AND (UZK <UZK_min) or
COND1 = (T_PSS1> T_PSS1_min) OR (UZK <UZK_min) or
COND1 = (T_PSS1> T_PSS1_min) AND (n> n_min_KB)
Bei der ersten Variante wird nach der vorgegebenen Mindest-Bremszeit T_PSS1_min ein Wechsel vollzogen. Bei der zweiten Variante muss (logisches AND) zusätzlich die Spannung UZK unter den vorgegebenen Mindestwert UZK_min gefallen sein, und bei der dritten Variante ist es ausreichend, wenn eines der Kriterien erfüllt ist (logisches OR). Bei der vierten Variante muss der Motor eine Mindestdrehzahl haben, und die Bremsung muss eine vorgegebene Mindestzeit stattgefunden haben. In the first variant, a change is made after the predetermined minimum braking time T_PSS1_min. In the second variant (logical AND) additionally the voltage UZK must have fallen below the predetermined minimum value UZK_min, and in the third variant it is sufficient if one of the criteria is fulfilled (logical OR). In the fourth variant, the engine must have a minimum speed, and the braking must have taken place for a predetermined minimum time.
Als zweite Bedingung COND2 für den Wechsel von S414 (Rückspeisung) zu S410 (Bremsung) kann bspw. vorgesehen werden, dass die Zeitdauer T_PSS2 seit dem Wechsel vom ersten Endstufen-Zustand PSS1 in den zweiten Endstufen-Zustand PSS2 größer ist als eine vorgegebene Mindest-Zeitdauer T_PSS2_min, z.B. T_PSS2_min = 80 µs. Dies ermöglicht ausreichend Zeit für die Rückspeisung in den Zwischenkreis. Als Kriterium kann auch vorgegeben werden, dass die Spannung UZK sich um einen vorgegebenen Mindestbetrag UZK_delta_min erhöht hat. Diese Kriterien können auch einzeln oder gemeinsam (notwendig oder hinreichend) verwendet werden. As the second condition COND2 for the change from S414 (feedback) to S410 (braking) it can be provided, for example, that the time duration T_PSS2 since the change from the first output stage state PSS1 to the second final state state PSS2 is greater than a predetermined minimum value. Duration T_PSS2_min, eg T_PSS2_min = 80 μs. This allows sufficient time for the feedback into the DC link. As a criterion can also be specified that the voltage UZK has increased by a predetermined minimum amount UZK_delta_min. These criteria can also be used individually or jointly (necessary or sufficient).
13 zeigt eine weitere Variante für den ersten Betriebszustand OS1 (Bremsen mit Aufrechterhaltung der Spannung). Das Flussdiagramm von 13 zeigt die Schritte S404 bis S416, die auch in 12 vorhanden sind, und diese Schritte werden nicht noch einmal beschrieben. Zusätzlich wird im Schritt S410 überprüft, ob eine vierte Bedingung COND4 erfüllt ist, indem von S410 auch nach S422 gesprungen wird (beispielsweise kann von S410 abwechselnd nach S412 bzw. S422 gesprungen werden). Falls NEIN, erfolgt ein Sprung zurück nach S410. Falls JA, erfolgt ein Sprung nach S424, und dort wird der dritter Endstufen-Zustand PSS3 eingestellt, in dem eine harte Rückspeisung erfolgt. Von S424 erfolgt ein Sprung nach S426, und es wird überprüft, ob eine fünfte Bedingung COND5 vorliegt. Falls NEIN, erfolgt ein Sprung zurück nach S424. Falls JA, erfolgt ein Sprung zurück nach S410, und es wird wieder eine Bremsung eingeleitet. 13 shows a further variant for the first operating state OS1 (braking with maintenance of the voltage). The flowchart of 13 shows the steps S404 to S416, which also in 12 are present and these steps will not be described again. In addition, it is checked in step S410 whether a fourth condition COND4 is satisfied by also jumping from S410 to S422 (for example, it is possible to jump alternately from S410 to S412 and S422, respectively). If NO, a jump back to S410 occurs. If YES, a jump is made to S424, and there, the third output stage state PSS3 is set in which a hard return is performed. From S424, a jump to S426 is made, and it is checked whether there is a fifth condition COND5. If NO, a jump back to S424 occurs. If YES, a jump back to S410 and braking is initiated again.
Auch die vierte Bedingung COND4 kann verschiedene notwendige und/oder hinreichende Kriterien aufweisen. Ein mögliches Kriterium ist, dass die Drehzahl n_i des Elektromotors geringer als eine vorgegebene Mindestdrehzahl n_min ist, bspw. geringer als 1.000 U/min. Die Bremsung generiert bei geringen Drehzahlen nur noch einen geringeren Strom durch die Wicklungsanordnung 20, und damit wird auch die mögliche Rückspeisung geringer. Wie oben ausgeführt, erfolgt eine stärkere Rückspeisung im Endstufen-Zustand PSS3 (harte Rückspeisung), und daher ist dieser bei niedrigen Drehzahlen vorteilhaft, um die Spannung am Kondensator 98 stärker anzuheben. Ein weiteres mögliches Kriterium ist wie bei der ersten Bedingung COND1, dass die Zeitdauer seit dem Start der Bremsung mit dem Endstufen-Zustand in S410 größer ist als eine vorgegebene Mindestzeitdauer, um einen ausreichenden Bremsstrom zu bewirken. The fourth condition COND4 can also have various necessary and / or sufficient criteria. One possible criterion is that the speed n_i of the electric motor is less than a predetermined minimum speed n_min, for example less than 1,000 rpm. The braking only generates a lower current through the winding arrangement at low speeds 20 , and thus also the possible feedback is reduced. As stated above, there is a stronger regeneration in the final stage state PSS3 (hard recovery), and therefore it is advantageous at low speeds to the voltage across the capacitor 98 raise more. Another possible criterion, as with the first condition COND1, is that the time since the start of braking with the final stage condition in S410 is greater than a predetermined minimum period of time to effect a sufficient braking current.
Mögliche Ausführungen der vierten Bedingung können somit beispielsweise sein:
COND4 = (T_PSS1 > T_PSS1_min) AND (n <= n_min_KB), oder
COND4 = (n <= n_min_KB) Possible embodiments of the fourth condition can thus be, for example:
COND4 = (T_PSS1> T_PSS1_min) AND (n <= n_min_KB), or
COND4 = (n <= n_min_KB)
14 zeigt ein Flussdiagramm zum zweiten Endstufen-Zustand PSS2 (sanfte Rückspeisung). Von S414 erfolgt ein Sprung nach S440, und dort wird überprüft, ob eine sechste Bedingung COND6 erfüllt ist. Falls JA, erfolgt ein Sprung nach S442, und der zweite Endstufen-Zustand PSS2 wird zu einem Zeitpunkt eingestellt, in dem die positive Halbwelle am Wicklungsanschluss desjenigen zweiten Halbleiterschalters, der nicht-leitend geschaltet werden soll, eine abfallende Flanke (FF = falling flank) hat, also im absteigenden Drittel 313 von 9. Nach dem Einstellen des zweiten Endstufen-Zustands PSS2 im Schritt S442 erfolgt ein Sprung nach S444, und es wird eine vorgegebene Zeit T_KB für die Rückspeisung (kick back) gewartet und anschließend nach S410 gesprungen, so dass wieder eine Bremsung erfolgt, bei der alle zweiten Halbleiterschalter leitend geschaltet sind. Falls in S440 die sechste Bedingung COND6 nicht erfüllt war, erfolgt ein Sprung nach S452, und es wird eine Rückspeisung im mittleren Drittel (MF = middle flank) der positiven Halbwelle begonnen. Anschließend erfolgt ein Sprung nach S454, und es wird eine vorgegebene Zeit T_KB gewartet, bis die Rückspeisung beendet ist. Anschließend erfolgt ein Sprung nach S410. 14 shows a flowchart for the second power stage PSS2 (soft recovery). From S414 there is a jump to S440, where it is checked whether a sixth condition COND6 is fulfilled. If YES, a jump is made to S442, and the second final stage state PSS2 is set at a time point when the positive half cycle at the winding terminal of the second semiconductor switch to be rendered nonconductive has a falling flank (FF). has, so in the descending third 313 from 9 , After setting the second output stage state PSS2 in step S442, a jump to S444 takes place, and a predetermined time T_KB for the back-feeding (kick back) is waited for and then jumped to S410, so that a braking takes place, in which all second Semiconductor switches are turned on. If the sixth condition COND6 was not fulfilled in S440, a jump to S452 takes place, and a return in the middle third (MF) of the positive half-cycle is started. Subsequently, a jump to S454, and it is a predetermined time T_KB waits until the recovery is completed. Subsequently, a jump to S410 takes place.
Für die sechste Bedingung COND6 sind wieder mehrere Kriterien als notwendige oder hinreichende Kriterien möglich. Ein mögliches Kriterium ist, dass die Zwischenkreisspannung UZK für eine Rückspeisung im absteigenden Bereich 313 größer als ein vorgegebener Mindestwert UZK_min_FF ist, da dann eine Rückspeisung im absteigenden dritten Bereich 313 (FF) eine ausreichende Erhöhung der Spannung am Kondensator 98 bewirkt. Ein weiteres mögliches Kriterium ist, dass bei jeder Rückspeisung die Erhöhung der Spannung UZK am Kondensator 98 gemessen wird, und dass dann, wenn die Erhöhung der Spannung UZK größer als ein vorgegebener Wert ist, der abfallende Bereich 313 genutzt wird. Noch ein mögliches Kriterium ist, dass die Drehzahl n größer als eine vorgegebene Mindestdrehzahl n_min_FF ist, da der bei der Bremsung entstehende Strom durch die Wicklungsanordnung mit steigender Drehzahl steigt. Ist die sechste Bedingung COND6 dagegen nicht erfüllt, kann der mittlere Bereich 312 in S452 zur Rückspeisung verwendet werden, da im mittleren Bereich eine stärkere Rückspeisung möglich ist. Dass die sechste Bedingung COND6 nicht erfüllt ist, kann auch als siebte Bedingung COND7 bezeichnet werden, es kann aber auch eine andere siebte Bedingung mit anderen Grenzwerten verwendet werden. For the sixth condition COND6 several criteria are again possible as necessary or sufficient criteria. A possible criterion is that the DC link voltage UZK for a feedback in the descending range 313 is greater than a predetermined minimum value UZK_min_FF, since then a feedback in the descending third range 313 (FF) a sufficient increase in the voltage across the capacitor 98 causes. Another possible criterion is that at each feedback the increase of the voltage UZK on the capacitor 98 is measured, and that if the increase of the voltage UZK is greater than a predetermined value, the sloping region 313 is being used. Another possible criterion is that the speed n is greater than a predetermined minimum speed n_min_FF, since the resulting current during braking through the winding assembly increases with increasing speed. If the sixth condition COND6 is not met, the middle range 312 to be used in S452 for backfeeding, since in the middle range a stronger feedback is possible. That the sixth condition COND6 is not satisfied can also be referred to as the seventh condition COND7, but another seventh condition with other limit values can also be used.
15 zeigt ein Flussdiagramm für die Routine USE FF S442, bei der eine Rückspeisung im letzten Drittel der positiven Halbwelle mit abfallender Flanke erfolgt. 15 shows a flowchart for the routine USE FF S442, in which a feed back in the last third of the positive half wave with falling edge occurs.
Von S442 erfolgt ein Sprung nach S460, und dort wird überprüft, ob am ersten Brückenzweig 30A (1) das dritte Drittel der positiven Halbwelle anliegt. Diese Überprüfung erfolgt anhand der Rotorstellungssignale XA, XB und XC, und wenn diese Rotorstellungssignale die Werte 1, 0, 1 haben, befindet sich die positive Halbwelle im letzten Drittel, und der zweite Halbleiterschalter 32 wird durch Setzen des Signals HLS32 auf Null nicht-leitend geschaltet, so dass eine Rückspeisung über diesen Zweig erfolgen kann. Anschließend erfolgt ein Sprung von S462 nach S472, und die Routine wird verlassen. Falls in S460 kein entsprechendes Rotorstellungssignal vorgelegen hat, erfolgt ein Sprung nach S464, und es wird in gleicher Weise untersucht, ob das dritte Drittel der positiven Halbwelle im zweiten Brückenzweig 30B vorliegt. Falls JA, erfolgt ein Sprung nach S466, und der zweite Halbleiterschalter 34 wird nicht-leitend geschaltet. Falls NEIN, erfolgt ein Sprung nach S468, und dort wird anhand der Rotorstellungssignale überprüft, ob im dritten Brückenzweig 30C das dritte Drittel der positiven Halbwelle vorliegt. Falls JA, wird im Schritt 470 der zweite Halbleiterschalter 36 nicht-leitend geschaltet. Falls NEIN, erfolgt ein Sprung zurück nach S460. From S442, a jump is made to S460, where it is checked whether at the first bridge branch 30A ( 1 ) the third third of the positive half wave is applied. This check is based on the rotor position signals XA, XB and XC, and if these rotor position signals have the values 1, 0, 1, the positive half-wave is in the last third, and the second semiconductor switch 32 is switched to non-conductive by setting the signal HLS32 to zero, so that a return can be made via this branch. Subsequently, a jump is made from S462 to S472, and the routine is exited. If there was no corresponding rotor position signal in S460, a jump to S464 occurs, and it is examined in the same way whether the third third of the positive half-wave in the second bridge branch 30B is present. If YES, a jump to S466 occurs, and the second semiconductor switch 34 is switched non-conductive. If NO, a jump to S468 occurs, where it is checked on the rotor position signals whether in the third bridge branch 30C the third third of the positive half-wave is present. If YES, in step 470 the second semiconductor switch 36 switched non-conductive. If NO, a jump back to S460 occurs.
Es ist zu erkennen, dass die Steuerschaltung 123 (vgl. 2) dazu ausgebildet ist, erst einmal denjenigen zweiten Halbleiterschalter 32, 34, 36 auszuwählen, an dem ein entsprechendes geeignetes Signal für die Rückspeisung vorliegt. Diese Methode kann naturgemäß verfeinert werden, indem bspw. nur dann einer der zweiten Halbleiterschalter 32, 34, 36 nicht-leitend geschaltet wird, wenn gerade ein Wechsel zu einem der geeigneten Zustände der Rotorstellungssignale erfolgt ist. Hierdurch ist genauer definiert, zu welchem Zeitpunkt der zweite Halbleiterschalter 32, 34 bzw. 36 nicht-leitend geschaltet wird, da der Aufruf der Routine S442 bspw. zu einem Zeitpunkt erfolgen kann, zu dem bereits ein entsprechendes Muster der Rotorstellungssignale seit einer gewissen Zeit vorliegt. Es kann auch auf einen geeigneten Wechsel der Rotorstellungssignals gewartet werden und anschließend noch einmal eine vorgegebene Zeitdauer gewartet werden, um eine niedrigere Rückspeisung zu erzielen. Dass es bei dem Start des Rückspeisens ggf. zu Verzögerungen kommt, ist nicht kritisch, da der Bremsvorgang viel länger dauert als das Rückspeisen, und eine weitere Verzögerung beim Umschalten zu keiner großen Änderung der Gesamtdauer des Bremsens führt. Es ist wichtiger, für das Rückspeisen einen gut geeigneten Zeitpunkt auszuwählen. It can be seen that the control circuit 123 (see. 2 ) is formed, once the second semiconductor switch 32 . 34 . 36 to select on which there is a corresponding suitable signal for the return feed. This method can of course be refined by, for example, only one of the second semiconductor switches 32 . 34 . 36 is switched non-conducting when just a change to one of the appropriate states of the rotor position signals has occurred. This defines in more detail, at which time the second semiconductor switch 32 . 34 respectively. 36 is switched non-conductive, since the call of the routine S442, for example, can be done at a time to which already exists a corresponding pattern of the rotor position signals for a certain time. It can also be waited for a suitable change of the rotor position signal and then again waited a predetermined period of time to achieve a lower recovery. It may not be critical that delays occur at the start of regenerative power since the braking process takes much longer than the regeneration, and further delay in the shift does not result in a large change in the overall duration of braking. It is more important to choose a good time for the return.
Mit der gezeigten Lösung kann – sofern dies notwendig ist – ziemlich genau gesteuert werden, wie groß die Rückspeisung sein soll. Bei einer harten Rückspeisung ist dies dagegen nicht möglich, da immer der maximale Strom aller drei Brückenzweige zurück gespeist wird. With the solution shown can - if necessary - be controlled quite accurately, how large the backfeed should be. On the other hand, this is not possible with a hard return feed since the maximum current of all three bridge branches is always fed back.
Die Auswahl desjenigen zweiten Halbleiterschalters 32, 34, 36, welcher nicht-leitend geschaltet wird, hat den Vorteil, dass die Rückspeisung über unterschiedliche Brückenzweige 30A, 30B bzw. 30C erfolgen kann und hierdurch die Halbleiterschalter bzw. Freilaufdioden gleichmäßig belastet werden. The selection of that second semiconductor switch 32 . 34 . 36 , which is switched non-conductive, has the advantage that the feedback via different bridge arms 30A . 30B respectively. 30C can take place and thereby the semiconductor switch or freewheeling diodes are uniformly loaded.
In einer einfachen Ausführungsform kann jedoch vom Schritt S460 direkt zum Schritt S460 zurück gesprungen werden, wenn die Werte der Rotorstellungssignale nicht dem vorgegebenen Wert entsprechen. Dann würde im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Rückspeisung immer über den ersten Brückenzweig 30A erfolgen. However, in a simple embodiment, it is possible to jump back from step S460 directly to step S460 if the values of the rotor position signals do not correspond to the predetermined value. Then in the present embodiment, a feedback would always over the first bridge branch 30A respectively.
Der Zeitpunkt, in dem die sanfte Rückspeisung eingeschaltet wird, kann auch unter Berücksichtigung der Strommessvorrichtung-Signale I_LA, I_LB und/oder I_LC der Strommessvorrichtungen 171, 172 erfolgen, vgl. 4, 5 und Beschreibung. Wenn beispielsweise über den zweiten Halbleiterschalter 32 im ersten Endstufen-Zustand PSS1 (Bremsung) ein Strom von 4 A fließt, so fließt dieser Strom von 4A nach dem Schalten des zweiten Halbleiterschalters 32 in den nicht-leitenden Zustand in den Kondensator 98. Daher kann für eine sehr fein steuerbare Rückspeisung der Zeitpunkt des Öffnens des entsprechenden zweiten Halbleiterschalters in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom im entsprechenden zweiten Halbleiterschalter gewählt werden. Dadurch, dass die Steuervorrichtung 123 den Zeitpunkt des Wechsels in den zweiten Endstufen-Zustand PSS2 bestimmt, also beispielsweise in Abhängigkeit von der Rotorstellung und/oder dem Strom durch mindestens einen der zweiten Halbleiterschalter während des Bremsens, kann die Höhe des Rückspeisestroms von Null bis zum Maximalwert eingestellt werden. The timing at which the soft backfeed is turned on may also be in consideration of the current measuring device signals I_LA, I_LB and / or I_LC of the current measuring devices 171 . 172 take place, cf. 4 . 5 and description. If, for example, via the second semiconductor switch 32 in the first final stage state PSS1 (braking), a current of 4 A flows, this current flows from 4A after the switching of the second semiconductor switch 32 in the non-conductive state in the capacitor 98 , Therefore, for a very finely controllable feedback, the time of opening the corresponding second semiconductor switch in dependence on the measured current in the corresponding second semiconductor switch can be selected. Thereby, that the control device 123 determines the time of change to the second final stage state PSS2, that is, for example, depending on the rotor position and / or the current through at least one of the second semiconductor switch during braking, the height of the regenerative current can be set from zero to the maximum value.
Die Ausführungen zu 15 haben das abfallende Drittel FF der positiven Halbwelle betroffen. Eine entsprechende Ansteuerung ist jedoch auch im mittleren Drittel MF oder im ansteigenden Drittel RF möglich. Bei einer Messung des Stroms durch die zweiten Halbleiterschalter ist es sogar möglich, den Zeitpunkt des Ausschaltens des dann nicht-leitenden zweiten Halbleiterschalters allein auf Grundlage des gemessenen Stroms festzulegen. The remarks to 15 have affected the falling third FF of the positive half wave. However, a corresponding control is also possible in the middle third MF or in the rising third RF. In a measurement of the current through the second semiconductor switches, it is even possible to determine the time of turning off the then non-conductive second semiconductor switch solely on the basis of the measured current.
Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung vielfache Abwandlungen möglich. Naturally, many modifications are possible within the scope of the invention.
So kann die Erfindung beispielsweise auch bei einem einphasigen, zweisträngigen Elektromotor eingesetzt werden. Thus, the invention can be used, for example, in a single-phase, double-stranded electric motor.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 19518991 A1 [0081] DE 19518991 A1 [0081]
