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Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit und ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors, insbesondere für ein Haushaltgerät, gemäß den Hauptansprüchen.
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Wenn bei dem Betrieb eines Switched Reluctance Motors (SRM) bzw. Reluktanz-Motors ein Fehler auftritt wie z. B. Schwergängigkeit, falsche Ansteuerung etc. kann dies zu einer thermischen Überlast des Motors und letztendlich zur Beschädigung des Motors oder anderer Komponenten in der Umgebung des Motors kommen.
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Eine Variante, eine solche Problematik zu vermeiden, ist die Messung der Temperatur der Leistungshalbleiter auf der Elektronik, die den Motorstrom führen. Eine thermische Überlast des Motors bedingt in der Regel auch eine thermische Überlast der Leistungshalbleiter. Somit ist die Temperatur der Leistungshalbleiter ein guter Indikator für eine Motorüberlast.
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Man verwendet auch den Mikrocontroller, der zur Ansteuerung des SRM auf der Elektronik ist, um fehlerhafte Betriebszustände des Motors zu erkennen und den Motor dann abzuschalten bzw. in einen sicheren Zustand zu versetzten.
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Die Messung der Temperatur der Leistungshalbleiter ist jedoch sehr aufwendig, weil man das Thermoelement thermisch gut mit dem Leistungshalbleiter koppeln aber potenzialmäßig davon trennen sollte.
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Die Erkennung der Überlastfälle durch den Mikrokontroller ist an vielen Stellen nicht sicher genug, weil die Software des Mikrokontrollers an sich eine bekannte Fehlerquelle ist.
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Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Möglichkeit für eine einfache und zugleich sichere Erkennung von Fehlerzuständen im Elektromotor zu schaffen und den Elektromotor entsprechend anzusteuern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Steuereinheit zur Steuerung eines Elektromotors und ein Verfahren zur Steuerung des Elektromotors mit den Merkmalen bzw. Schritten der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Vorliegend wird eine Steuereinheit zur Steuerung eines Elektromotors vorgestellt, wobei die Steuereinheit die folgenden Merkmale aufweist:
- – eine Basisschaltung, die zumindest einen ersten Zweig und einen zum ersten Zweig parallel geschalteten zweiten Zweig umfasst, wobei der erste Zweig eine Reihenschaltung aus einem ersten Schaltelement und einer ersten Diode und der zweite Zweig eine Reihenschaltung aus einer zweiten Diode und einem zweiten Schaltelement aufweist, wobei die Basisschaltung ausgebildet ist, um zumindest eine Spule des Elektromotors zwischen einem ersten Abgriffspunkt des ersten Zweigs zwischen dem ersten Schaltelement und der ersten Diode und einem zweiten Abgriffspunkt des zweite Zweigs zwischen dem zweiten Schaltelement und der zweite Diode zu verschalten;
- – ein Widerstandselement, das in einen Strompfad durch die erste und/oder zweite Diode geschaltet ist;
- – eine Steuerschaltung, die ausgebildet ist, um den Elektromotor abzuschalten, wenn ein am Messelement auftretender bzw. durch das Messelement fließender Strom oder ein davon abgeleiteter Wert größer als ein Referenzwert ist.
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Erfindungsgemäß ist unter „abschalten“ ebenfalls zu verstehen, dass der Motor anstelle einer vollständigen Abschaltung in einen sicheren Zustand versetzt wird, um eine thermische Überlastung zu verhindern. Zur Messung des Diodenstroms können alle an sich bekannten Stromsensoren verwendet werden, die direkt oder indirekt messen, etwa über das Magnetfeld einer stromführenden Leitung. Im Folgenden wird beispielhaft ein Widerstandselement bzw. Shunt und die darüber abfallende Spannung als eine Möglichkeit eines solchen Stromsensors beschrieben werden.
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Unter einer Basisschaltung kann vorliegend ein Teil einer Brückenschaltung verstanden werden, speziell bei dem der Brückenzweig fehlt. Dieser Zweig kann bei einem verbauten Zustand der Steuereinheit im Elektromotor durch eine Spule des Elektromotors gebildet werden. Die Basisschaltung kann derart aufgebaut sein, dass bei gesperrtem ersten und zweiten Schaltelement ein Stromfluss durch die erste und zweite Diode möglich ist, beispielsweise sodass die in der Spule gespeicherte Energie abgebaut werden kann. Das Messelement, beispielsweise ein Widerstand, kann elektrisch leitfähig direkt mit der ersten oder zweiten Diode verbunden sein. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Stromfluss erfasst werden kann, der bei geschlossenem ersten und zweiten Schaltelement durch die Dioden bzw. die Spule fließt. Auf diese Weise kann der Stromfluss durch die Spule bei geschlossenem ersten und zweiten Schaltelement erfasst werden, der dann auch einen Hinweis auf die Betriebsweise des Elektromotors im „Normalbetrieb“ oder im „Überlastbetrieb“ gibt. Im „Überlastbetrieb“ wird nämlich ein erhöhter Stromfluss bei gesperrten Schaltelementen durch die erste und zweite Diode sowie die Spule resultieren, was in einer beispielhafte Ausführung anhand der Auswertung des Spannungsabfalls über ein Widerstandselement erfasst werden kann, wobei auch andere Ausführungen möglich sind, die eine Messung des Stroms direkt oder indirekt gestatten. Auf diese Weise kann vorteilhaft vermieden werden, dass eine Temperatur von Komponenten des Elektromotors (zusammen mit den hiermit verbundenen Kontaktierungsproblemen) erfasst zu werden braucht, um den „Überlastbetrieb“ des Elektromotors zu erkennen.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem die Steuereinheit ausgebildet ist, um den Elektromotor abzuschalten, wenn der am Messelement auftretende Strom, z.B. repräsentiert durch die am Widerstandselement abfallende Spannung, oder der davon abgeleitete Wert über eine vordefinierte Zeitspanne größer als der Referenz(spannungs)wert ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass nicht eine zu schnelle Abschaltung des Elektromotors durch die Steuereinheit erfolgt, sondern eine zeitlich länger andauernde Überschreitung der durch den Referenzspannungswert repräsentierten Schwelle erfasst werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerschaltung eine RC-Filtereinheit zum Filtern bzw. Wandeln des am Messelement auftretenden Stroms, z.B. einer am Widerstandselement abfallenden Spannung, aufweisen. Unter einer RC-Filtereinheit kann ein schaltungstechnisches Bauelement verstanden werden, bei dem beispielsweise dem Widerstandselement eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Kapazität parallel geschaltet ist. Dabei ist zwischen dem Widerstand und der Kapazität ein Abgriffspunkt vorgesehen, an dem der abgeleitete Spannungswert abgreifbar ist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass mit technisch einfachen Mitteln eine zeitliche Integration von Spannungswerten bzw. zugeordneten Stromwerten möglich ist, sodass eine Überhitzung der Spule des Elektromotors einfach erkannt werden kann, ohne dass hierzu eine thermische Messung erforderlich wäre.
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Weiterhin kann auch gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes die Basisschaltung zumindest zum ersten und zweiten Zweig parallel geschalteten einen dritten Zweig und einen zum dritten Zweig parallel geschalteten vierten Zweig umfassen. Dabei weist der dritte Zweig eine Reihenschaltung aus einem dritten Schaltelement und einer dritten Diode und der vierte Zweig eine Reihenschaltung aus einer vierten Diode und einem vierten Schaltelement auf, wobei die Basisschaltung ausgebildet ist, um zumindest eine zweite Spule des Elektromotors zwischen einem dritten Abgriffspunkt des dritten Zweigs zwischen dem dritten Schaltelement und der dritten Diode und einem vierten Abgriffspunkt des vierten Zweigs zwischen dem vierten Schaltelement und der vierten Diode zu verschalten, wobei das Widerstandselement in einen Strompfad durch die dritte und/oder vierte Diode geschaltet ist.
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Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass mit einer Steuerschaltung der Stromfluss durch mehrere Spulen des Elektromotors erfasst bzw. überwacht werden kann, sodass eine Ersparnis von Komponenten zur Überwachung der Zustände des Elektromotors zu einer Kostenreduktion führt.
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Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes die Steuerschaltung einen Komparator aufweisen, der ausgebildet ist, um den am Messelement auftretenden Strom oder beispielsweise die am Widerstandselement abfallende Spannung oder einen davon abgeleiteten (Spannungs-)Wert mit einem Referenz(spannungs)wert zu vergleichen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil einer technisch einfachen und zuverlässig arbeitenden Lösung für einen Vergleich mit dem Referenzwert.
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Ferner wird gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Elektromotor, insbesondere Gebläsemotor, vorgestellt, der eine Steuereinheit gemäß einer hier beschriebenen Variante aufweist, wobei der Elektromotor zumindest eine Spule aufweist, die zwischen den ersten und zweiten Abgriffspunkt der Basisschaltung geschaltet ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil eines besonders zuverlässig arbeitenden Elektromotors. Insbesondere kann ein solcher Elektromotor in der Form eines Reluktanz-Motors ausgebildet sein.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird hier ein Haushaltgerät, insbesondere Staubsauger, vorgestellt, der einen Elektromotor entsprechend einer hier beschriebenen Variante aufweist.
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Günstig ist ferner ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors mit einer Steuereinheit gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Einlesen einer am Messelement auftretenden Stroms;
- – Vergleichen des eingelesenen Stroms oder eines davon abgeleiteten Werts mit einem Referenzwert; und
- – Abschalten des Elektromotors, wenn der eingelesene Strom oder der davon abgeleitete Wert den Referenzwert überschreitet.
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Auch durch ein solches Verfahren lassen sich die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes effizient und technisch einfach realisieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der abgeleitete Wert die Stromzeitfläche oder das arithmetische Mittel sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ganz allgemein eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Die Vorrichtung kann ausgebildet sein, um Eingangssignale einzulesen und unter Verwendung der Eingangssignale Ausgangssignale zu bestimmen und bereitzustellen. Ein Eingangssignal kann beispielsweise ein über eine Eingangsschnittstelle der Vorrichtung einlesbares Sensorsignal darstellen. Ein Ausgangssignal kann ein Steuersignal oder ein Datensignal darstellen, das an einer Ausgangsschnittstelle der Vorrichtung bereitgestellt werden kann. Die Vorrichtung kann ausgebildet sein, um die Ausgangssignale unter Verwendung einer in Hardware oder Software umgesetzten Verarbeitungsvorschrift zu bestimmen. Beispielsweise kann die Vorrichtung dazu eine Logikschaltung, einen integrierten Schaltkreis oder ein Softwaremodul umfassen und beispielsweise als ein diskretes Bauelement realisiert sein oder von einem diskreten Bauelement umfasst sein.
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Von Vorteil ist auch ein Computer-Programmprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann. Wird das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt, so kann das Programmprodukt oder Programm zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
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1 eine schematische Blockschaltbilddarstellung eines Haushaltgerätes;
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2 eine schematische Schnittdarstellung durch einen solchen Reluktanz-Motor;
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3 einen Schaltplan einer Basisschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 einen Schaltplan der mit der Spule bzw. Induktivität komplettierten Basisschaltung samt Stromfluss durch die Schaltelemente;
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5 Schaltplan der mit der Spule bzw. Induktivität komplettierten Basisschaltung samt Stromfluss durch die Dioden;
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6 ein Diagramm eines Stromflusses bzw. einer Spannung an einer der Spulen des Elektromotors;
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7 ein Diagramm, in der eine Darstellung des Stromflusses durch die Spule erkennbar ist;
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8 ein Diagramm, in dem ein Stromverlauf durch eine Spule im Fehlerfall des Elektromotors abgebildet ist;
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9 einen schematischen Schaltplan einer um ein Widerstandselement ergänzten Basisschaltung;
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10 einen schematischen Schaltplan eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Basisschaltung;
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11 einen schematischen Schaltplan einer Steuerschaltung für ein Ausführungsbeispiel einer hier vorgestellten Steuereinheit, wobei diese Steuerschaltung mit dem Widerstandselement verschaltet ist; und
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12 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren zum Steuern eines Elektromotors.
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1 zeigt eine schematische Blockschaltbilddarstellung eines Haushaltgerätes 100, hier in der Form eines Staubsaugers, wobei die hier beschriebene Erfindung auch in anderen Geräten, speziell Haushaltgeräten eingesetzt werden kann. Das Haushaltgerät 100 umfasst einen Korpus 110, in dem ein Elektromotor 115 angeordnet ist, der wiederum ein Gebläse 120 antreibt. Über den von dem Gebläse 120 erzeugten Luftstrom können durch einen Schlauch 125 und eine Bodendüse 130 Schmutzpartikel eingesaugt werden.
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Um nun zu verhindern, dass der Elektromotor 115 des Haushaltgerätes 100 überhitzt, ist eine Steuereinheit 135 vorgesehen, die wiederum eine nachfolgend noch näher beschriebene Basisschaltung 140 aufweist, die mit einer Spule 145 bzw. Induktivität des Elektromotors 115 verschaltet ist. Ferner umfasst die Steuereinheit 135 ein Widerstandselement 150, welches in zumindest einen Strompfad einer Diode der Basisschaltung geschaltet ist. Mit dem Widerstandselement 150 ist, wie es nachfolgend noch näher erläutert wird, eine Steuerschaltung 155 verschaltet, die einen Schalter 160 ansteuert, um bei einem Vorliegen einer ebenfalls noch näher erläuterten Bedingung den Elektromotor 115 von einer Stromzufuhr durch einen Stecker 165 vom Versorgungsnetz zu trennen.
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Für den Einsatz in Haushaltgeräten 100 wie den in der 1 dargestellten Staubsauger werden oftmals Reluktanz-Motoren als Elektromotoren 115 verwendet. Der Aufbau und die Ansteuerung eines Switched Reluctance Motors (SRM) ist sehr einfach. Da es viele unterschiedliche Motorauslegungen gibt, sollen anhand eines 4/2 Motors der prinzipielle Aufbau, die Ansteuerung und der Schutz des Motors beschrieben werden.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen solchen Reluktanz-Motor 115. Der Reluktanz-Motor als Elektromotor 115 weist einen Stator 200 auf, der aus insgesamt vier Polen 210 besteht. Jeder einzelne Pol 210 ist von einer Wicklung oder Spule 145 bzw. 220 umgeben. Die gegenüberliegenden Pole 210 ergeben eine Phase und werden immer gleichzeitig angesteuert. Somit besteht der Stator 200 aus zwei einzelnen Phasen. Weiterhin weist der Reluktanz-Motor als Elektromotor 115 einen Rotor 230 auf, der aus gestanzten Blechen besteht. Der Rotor 230 hat zwei Pole 240 und somit ein Polpaar.
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Wird eine Phase bestromt, so zieht sich der Rotor 230 durch die magnetischen Kräfte in das entsprechende Joch bzw. den entsprechenden Pol 210 des Stators 200.
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Zur Ansteuerung der einzelnen Phasen ist eine Elektronik notwendig, wobei hier beispielsweise eine H-Brücke zum Einsatz kommt, die als Grundidee für die Basisschaltung der vorgestellten Steuereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel betrachtet werden kann.
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3 zeigt einen Schaltplan einer Basisschaltung 140 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Basisschaltung 140 umfasst einen ersten Zweig 400 und einen zum ersten Zweig 400 parallel geschalteten zweiten Zweig 410. Der erste Zweig 400 umfasst das erste Schaltelement T1 sowie die erste Diode D1, wobei die Kathode der ersten Diode D1 über einen ersten Abgriffspunkt A1 mit dem ersten Schaltelement T1 verbunden ist. Der zweite Zweig 410 umfasst die zweite Diode D2 und das zweite Schaltelement T2, wobei die Anode der zweiten Diode D2 über einen zweiten Abgriffspunkt A2 mit dem zweiten Schaltelement T2 verbunden ist. Zwischen den ersten Abgriffspunkt A1 und den zweiten Abgriffspunkt A2 ist die Spule 145 bzw. eine Induktivität L1 des Elektromotors 115 geschaltet, sodass diese Spule 145 als Brückenzweig einer zu einer H-Brückenschaltung komplettierten Basisschaltung 140 verstanden werden kann.
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Die beiden Zweige 400 und 410 umfassen dabei die beiden Schaltelemente T1 und T2, die beispielsweise in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel aus zwei Leistungshalbleitern bestehen und die ein/ausgeschaltet werden können. Sind die beiden Leistungshalbleiter T1 und T2 eingeschaltet, so fließt ein Strom durch die Wicklung 145 bzw. Induktivität L1. Werden die beiden Leistungshalbleiter T1 und T2 ausgeschaltet, so kann der Strom in der Wicklung 145 nicht sofort auf Null absinken, sondern er baut sich über die beiden Dioden D1 und D2 ab.
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4 zeigt einen Schaltplan der mit der Spule 145 bzw. Induktivität L1 komplettierten Basisschaltung 140 entsprechend der Darstellung aus 3, wobei der Stromfluss durch die beiden Schaltelemente T1 und T2 und die Spule 145 bzw. die Induktivität L1 gestrichelt dargestellt ist, wenn diese beiden Schaltelemente T1 und T2 eingeschaltet sind.
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5 zeigt einen Schaltplan der mit der Spule 145 bzw. Induktivität L1 komplettierten Basisschaltung 140 entsprechend der Darstellung aus 3, wobei der Stromfluss durch die beiden Dioden D1 und D2 und die Spule 145 bzw. die Induktivität L1 gestrichelt dargestellt ist, wenn beiden Schaltelemente T1 und T2 ausgeschaltet sind.
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Hierbei wird ersichtlich, dass Richtung des Stromes durch die Motorwicklung bzw. Spule 145 immer die gleiche Richtung hat. Wenn der Phasenstrom in einer Wicklung bzw. Spule 145 gemessen würde, so ergibt sich ein zeitlicher Verlauf, der in der 6 dargestellt ist:
6 zeigt ein Diagramm eines Stromflusses bzw. einer Spannung an einer der Spulen 140 bzw. 220. Die gestrichelte Kurve 700 bildet den Verlauf der Spannung an der Wicklung bzw. Spule 145 oder Induktivität L1 während der Phase 1 ab. Die durchgezogene Linie 710 bildet den Stromverlauf durch die Spule 145 während und nach einer Bestromung der Phase 1 ab. Sobald die Spannung durch das Einschalten der beiden Leistungshalbleiter T1 und T2 an der Wicklung 145 anliegt, beginnt der Strom zu steigen. Durch die Rotation des Rotors 230 steigt der Strom auf ein Maximum und fällt dann wieder leicht ab. Dann wird die Spannung abgeschaltet, d. h., die beiden Leistungshalbleiter T1 und T2 werden ausgeschaltet. Das geschieht zum Zeitpunkt, an dem ein Knick in dem Stromverlauf 710 zu erkennen ist. Jetzt baut sich der Strom über die beiden Dioden D1 und D2 ab. Dann wird die nächste Phase in der Form der Wicklung 220 bestromt, was hier durch ein Anlegen einer Spannung 720 an die Spule 220 des Elektromotors 115 erfolgt, woraus sich der Stromverlauf 730 ergibt, wobei diese abwechselnde Bestromung im immer wiederkehrenden Rhythmus zyklisch erfolgt. Wird der Stromverlauf 710 und 730 genauer betrachtet, so ist erkennbar, dass diese beiden Stromverläufe aus zwei wesentlichen Teilen bestehen.
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7 zeigt ein Diagramm, in der eine Darstellung des Stromflusses durch die Spule 145 erkennbar wird. Die längste Zeit führen die beiden Leistungshalbleiter T1 und T2 den Strom, was in der 7 durch den Bereich 800 repräsentiert wird. Nach der Kommutierung leiten die beiden Dioden D1 und D2 den Phasenstrom, was in der 7 durch den Bereich 810 repräsentiert wird. Im fehlerfreien Betrieb ist die Stromzeitfläche des Bereichs 810 sehr klein. Kommt der Motor 115 durch einen Fehler in den Überlastbetrieb, so nimmt die Stromzeitfläche im Bereich 810 stark zu. Dieser Sachverhalt bildet die Grundlage für die Erkennung des Überlastbetriebes gemäß dem hier vorgestellten Ansatz. Ein möglicher Fehlerfall könnte von der Stromform her gesehen beispielsweise entsprechend der Darstellung aus der 8 aussehen.
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8 zeigt ein Diagramm, in dem ein Stromverlauf durch eine Spule 145 im Fehlerfall des Elektromotors 115 abgebildet ist. Hierbei ist ersichtlich, dass der Bereich 810, der eine Stromführung über die Dioden D1 und D2 sowie die Spule 145 repräsentiert, deutlich größer ist als im in der 6 dargestellten Fall des Normalbetriebs des Elektromotors 115.
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9 zeigt einen schematischen Schaltplan einer um ein Widerstandselement R1 ergänzten Basisschaltung 140. Hierdurch kann die Stromzeitfläche durch die Dioden D1 und D2 gemessen werden, wobei somit eine durch die Spule 145 ergänzte Basisschaltung 140, die dann als H-Brücke wirkt, um einen Widerstand bzw. ein Widerstandselement R1 erweitert wird. Der Widerstand bzw. das Widerstandselement R1 misst beispielsweise die Stromzeitfläche durch die beiden Dioden D1 und D2. Dies ist die Basis für die Überlasterkennung.
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10 zeigt einen Schaltplan eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Basisschaltung 140. Ein solches Ausführungsbeispiel basiert auf der Grundlage, dass der Elektromotor 115, hier in der Form des SRM, in der Regel mehr als eine Phase hat, die gewöhnlich gleichartig aufgebaut sind, sodass die Diodenströme und Leistungshalbleiterströme auf die gleichen Shunts zusammengeführt werden können. Dies führt zu einer besonderen Ausgestaltung der Basisschaltung 140, in der neben dem ersten Zweig 400 und zweiten Zweig 410 ferner ein dritter Zweig 1100 und ein vierter Zweig 1110 vorgesehen sind. Der dritte Zweig 1100 ist analog zum ersten Zweig 400 aufgebaut und umfasst ein drittes Schaltelement T3 und eine dritte Diode D3, wobei der vierte Zweig 1110 analog zum zweiten Zweig 410 aufgebaut ist und eine vierte Diode D4 und ein viertes Schaltelement T4 umfasst. Zwischen den dritten Zweig 1100 und den vierten Zweig 1110 (genauer zwischen einen dritten Abgriffspunkt A3 zwischen dem dritten Schaltelement T3 und der dritten Diode D3 und einen vierten Abgriffspunkt A4 zwischen dem vierten Schaltelement T4 und der vierten Diode D4) ist dabei die zweite Spule 220 des Elektromotors 115 geschaltet. Dabei ist wiederum die Anode der dritten Diode D3 mit dem Widerstandselement R1 elektronisch leitfähig verbunden, sodass das Widerstandselement R1 als Shuntelement nur einmal vorgehalten werden braucht, was wiederum Herstellungskosten einspart.
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11 zeigt einen schematischen Schaltplan einer Steuerschaltung 155 für ein Ausführungsbeispiel einer hier vorgestellten Steuereinheit 135, wobei diese Steuerschaltung 155 mit dem Widerstandselement R1 verschaltet ist und durch welche somit der Strom durch den Shunt bzw. das Widerstandselement R1 dann ausgewertet wird. Die Steuerschaltung 155 umfasst ein zum Widerstandselement R1 parallel geschaltetes RC-Filter 1200, welches sich aus einer mit der Diode D1 verbundenen Widerstand R5 und einer mit dem Widerstand R5 in Reihe geschalteten Kapazität C5 zusammensetzt. Ein Zwischenabgriffspunkt A5 des RC-Filters 1200 zwischen dem Widerstand R5 und der Kapazität C5 ist mit einem positiven Eingang eines Komparators, beispielsweise umgesetzt mit einem Operationsverstärker, 1210 verbunden, wogegen ein invertierender Eingang des Komparators 1210 mit einer einen Referenzspannungswert U liefernden Referenzspannungsquelle 1220 verbunden ist. Hierdurch kann über den Komparator 1210 erfasst werden, ob und wann ein am Zwischenabgriffspunkt A5 anliegender Spannungswert (der von einer am Widerstandselement R1 abfallenden Spannung abhängig ist) größer oder kleiner als der Referenzspannungswert U ist. Der Ausgang des Komparators 1210 ist mit einem Zeitglied 1230 verbunden, indem beispielsweise eine Integration des am Ausgang des Komparators 1210 anliegenden Wert erfolgt. Überschreitet beispielsweise dann der von dem Zeitglied gelieferte Wert, der dem integrierten Wert des Ausgangs des Komparators 1210 entspricht einer Schwelle, wird entsprechend der Darstellung in der 1 der Schalter 160 betätigt, hier beispielsweise der Schalter 160 geöffnet, sodass der Elektromotor 115 von einer Energiezufuhr abgetrennt wird.
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Die Steuerschaltung 155 bildet somit beispielsweise als erstes von dem Diodenstrom den arithmetischen Mittelwert über das RC Filter 1200, bestehend aus dem Widerstand R5 und der Kapazität C5. Dieser Wert (der am Abgriffspunkt A5 vorliegt) wird mittels des Komparators 1210 mit einer Referenzspannung U verglichen. Sobald der arithmetische Mittelwert des Diodenstromes den Wert der Referenzspannung U übersteigt, wird der Motor über eine durch das Zeitglied 1230 bestimmte zeitliche Verzögerung mittels des Schalters 160 ausgeschaltet.
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Zusammenfassend lässt sich anmerken, dass ein wichtiger Aspekt des hier beschriebenen Ansatzes beispielsweise darin gesehen werden kann, dass die Stromzeitfläche der Dioden D1 und D2 als Maß für den Motorbetrieb d. h. „Normalbetrieb“ oder „Überlastbetrieb“ dienen kann. Die Auswertung des Zustands des Elektromotors 115 kann wie vorstehend beschrieben oder auch anders erfolgen. Der hier vorgestellte Ansatz basiert dabei auf einer mikrokontrollerunabhängigen Hardwarelösung. Zudem dient nicht die Temperatur der Leistungshalbleiter, sondern der Strom durch eine oder mehrere Spulen oder Wicklungen des Elektromotors 115 und die Dioden als Basis für den Schutz gegen thermische Überlast. Hierbei wird davon ausgegangen, dass eine thermische Überlast meist auf einem Überstrom im Motor basiert. Durch eine geeignete Messung und Auswertung des Motorstromes kann dann eine thermische Motorüberlast erkannt werden und der Motor rechtzeitig abgeschaltet bzw. in einen sicheren Zustand versetzt werden. Zur Messung des Motorstromes wird in einer beispielhaften Ausführungsform ein Shunt (Messwiderstand) verwendet. Die Auswertung erfolgt in dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel über einen Komparator. Ist eine Überlast erkannt worden, so wird der Motor beispielsweise stromlos geschaltet.
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12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren 1300 zum Steuern eines Elektromotors mit einer Variante einer hier vorgestellten Steuereinheit. Das Verfahren 1300 umfasst einen Schritt 1310 des Einlesens einer am Widerstandselement abfallenden Spannung und einen Schritt 1320 des Vergleichens der eingelesenen Spannung oder eines von der eingelesenen Spannung abgeleiteten Spannungswerts mit einem Referenzspannungswert. Schließlich umfasst das Verfahren 1300 einen Schritt 1330 des Abschaltens des Elektromotors, wenn die eingelesene Spannung oder der von der eingelesenen Spannung abgeleitete Spannungswert den Referenzspannungswert überschreitet.
