DE102017201272A1

DE102017201272A1 - Brushless DC motor and method of operating a brushless DC motor

Info

Publication number: DE102017201272A1
Application number: DE102017201272.2A
Authority: DE
Inventors: Olaf Hatko
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2018-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors (4) mit zumindest einer Phasenwicklung (202a, 202b, 202c) und einem Rotor (100). Das Verfahren umfasst ein Bestromen der zumindest einen Phasenwicklung (202a, 202b, 202c) mit einer Phasenstromstärke, wobei das Bestromen mit einem ersten Phasenwinkel erfolgt und die Phasenstromstärke derart gewählt wird, dass der Rotor (100) mit einer vorgegebenen Drehzahl rotiert. Ferner umfasst das Verfahren ein Variieren des Bestromen der zumindest einen Phasenwicklung (202a, 202b, 202c) derart, dass das Bestromen mit zumindest einem vom ersten Phasenwinkel abweichenden Phasenwinkel erfolgt. Zudem erfolgt ein Anpassen der Phasenstromstärke derart, dass beim Bestromen mit dem zumindest einen abweichenden Phasenwinkel der Rotor (100) mit der vorgegebenen Drehzahl rotiert, und ein Vergleichen der Phasenstromstärke beim Bestromen mit dem ersten Phasenwinkel mit der Phasenstromstärke beim Bestromen mit dem zumindest einen abweichenden Phasenwinkel. Darüber hinaus erfolgt ein Festlegen des Bestromen auf den ersten Phasenwinkel bzw. den zumindest einen abweichenden Phasenwinkel, bei dem die Phasenstromstärke am geringsten ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Recheneinheit und ein Computerprogramm, welche ausgelegt sind, das erfindungsgemäße Verfahren Durchzuführen, sowie einen bürstenlosen Gleichstrommotor (4).The invention relates to a method for operating a brushless DC motor (4) having at least one phase winding (202a, 202b, 202c) and a rotor (100). The method comprises energizing the at least one phase winding (202a, 202b, 202c) with a phase current intensity, wherein the energizing takes place with a first phase angle and the phase current intensity is selected such that the rotor (100) rotates at a predetermined speed. Furthermore, the method comprises varying the energizing of the at least one phase winding (202a, 202b, 202c) in such a way that the energizing takes place with at least one phase angle deviating from the first phase angle. In addition, the phase current intensity is adjusted such that during energization with the at least one deviating phase angle, the rotor (100) rotates at the predetermined rotational speed, and comparing the phase current intensity during energization with the first phase angle with the phase current intensity during energization with the at least one deviating phase angle , In addition, the current is set to the first phase angle or the at least one deviating phase angle at which the phase current intensity is lowest. The invention further relates to a computing unit and a computer program, which are designed to perform the method according to the invention, as well as a brushless DC motor (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens, sowie einen bürstenloser Gleichstrommotor.The present invention relates to a method of operating a brushless DC motor, a computing unit and a computer program for performing the method, and a brushless DC motor.

Stand der TechnikState of the art

Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor bzw. BLDC-Motor (engl.: brushless direct current) wird die Kommutierung typischerweise elektronisch erzeugt, ohne dass zum Betrieb des Motors ein mechanisches Umpolen, etwa mittels Schleifringen, erforderlich ist. Dazu weisen herkömmliche, bürstenlose Gleichstrommotoren häufig eine Mehrzahl von Phasenwicklungen bzw. Phasenspulen auf, welche in bestimmten Phasenabständen periodisch bestromt werden, um durch die dadurch entstehenden Magnetfelder einen Rotor in Bewegung zu versetzen. Typischerweise weist der Rotor dazu einen oder mehrere Permanentmagneten auf, welche durch die von den Phasenwicklungen erzeugten Magnetfelder in Bewegung versetzt werden.In a brushless direct current (BLDC) motor, the commutation is typically generated electronically without the need for mechanical reversing, such as slip rings, to operate the motor. For this purpose, conventional brushless DC motors often have a plurality of phase windings or phase coils which are periodically energized at certain phase intervals in order to set a rotor in motion by the magnetic fields resulting therefrom. Typically, the rotor has one or more permanent magnets, which are set in motion by the magnetic fields generated by the phase windings.

Für einen störungsfreien und/oder effizienten Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors ist es von großer Bedeutung, jede der Phasenwicklungen zu einem geeigneten Zeitpunkt zu bestromen, wobei der geeignete Zeitpunkt hauptsächlich vom Drehwinkel bzw. der Winkellage des rotierenden Rotors abhängt. Aus diesem Grund ist für einen zuverlässigen Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors eine Kenntnis des aktuellen Drehwinkels des Rotors (sog. Rotorlage) erforderlich.For a trouble-free and / or efficient operation of the brushless DC motor, it is of great importance to energize each of the phase windings at an appropriate time, the appropriate time depends mainly on the rotational angle or the angular position of the rotating rotor. For this reason, knowledge of the current rotational angle of the rotor (so-called rotor position) is required for reliable operation of a brushless DC motor.

Der aktuelle Drehwinkel des Rotors kann in sensorlosen, bürstenlosen Gleichstrommotoren mittels einer rückwirkenden elektrodynamischen Kraft ermittelt werden, wobei ein aufgrund des mit dem Rotor rotierenden Magneten auf eine oder mehrere Phasenwicklungen rückwirkende elektrodynamische Kraft bestimmt wird und/oder daraus der Drehwinkel des Rotors ermittelt wird. In bürstenlosen Gleichstrommotoren, welche Sensoren aufweisen, können beispielsweise Hall-Sensoren ausgebildet sein, mittels welcher der Drehwinkel des Rotors anhand eines sich aufgrund des mit dem Rotor rotierenden Magneten ändernden magnetischen Feldes bestimmt werden kann. Auf Basis des sodann bekannten Drehwinkels des Rotors kann ein geeigneter Phasenwinkel geschätzt bzw. berechnet werden, bei welchem die Bestromung der einen oder mehreren Phasenwicklungen erfolgen soll.The current angle of rotation of the rotor can be determined in sensorless, brushless DC motors by means of a retroactive electrodynamic force, wherein a due to the rotating rotor with the magnet on one or more phase windings retroactive electrodynamic force is determined and / or from the rotational angle of the rotor is determined. In brushless DC motors, which have sensors, it is possible, for example, to form Hall sensors, by means of which the angle of rotation of the rotor can be determined on the basis of a magnetic field changing as a result of the magnet rotating with the rotor. On the basis of the then known rotational angle of the rotor, a suitable phase angle can be estimated or calculated at which the current supply of the one or more phase windings is to take place.

Bei der Bestimmung des Drehwinkels und bei der darauf basierenden Schätzung des Phasenwinkels kann es Toleranzen geben, welche häufig zu Ungenauigkeiten bei der Kommutierung und somit zu Ungenauigkeiten beim Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors führen können.When determining the angle of rotation and the phase angle estimation based thereon, there may be tolerances, which can often lead to inaccuracies in the commutation and thus inaccuracies in the operation of the brushless DC motor.

Insbesondere kann es erforderlich sein, bei einer Schätzung des Phasenwinkels eine Vielzahl von Parametern zu berücksichtigen, welche wiederum mit Fehlern, Toleranzen und/oder Ungenauigkeiten behaftet sein können. Beispielsweise kann es erforderlich sein, bei der Schätzung des Phasenwinkels eine Drehzahl, eine Last, eine Temperatur und/oder momentan vorliegende Zustände bzw. Eigenschaften von elektronischen Komponenten zu berücksichtigen, um eine Genauigkeit bei der Bestimmung des Phasenwinkels zu erzielen, welche den gewünschten Anforderungen genügt.In particular, it may be necessary to take into account a large number of parameters when estimating the phase angle, which in turn may be subject to errors, tolerances and / or inaccuracies. For example, in estimating the phase angle, it may be necessary to consider a speed, a load, a temperature, and / or current conditions or characteristics of electronic components to achieve accuracy in determining the phase angle that meets the desired requirements ,

Aus der EP 1 588 481 B1 ist bekannt, dass der Phasenwinkel einen Einfluss auf einen Phasenstrom hat, welcher durch eine Phasenwicklung fließt bzw. für eine Phasenwicklung bereitgestellt werden muss.From the EP 1 588 481 B1 It is known that the phase angle has an influence on a phase current which must flow through a phase winding or be provided for a phase winding.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung, sowie ein bürstenloser Gleichstrommotor mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention a method for operating a brushless DC motor, a computing unit and a computer program for its implementation, and a brushless DC motor with the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Die Erfindung basiert auf der Maßnahme, einen Phasenwinkel, d.h. Drehwinkel, zu dem die Bestromung einer Phase bei der Kommutierung beginnt, zu variieren und dabei denjenigen Phasenwinkel zu ermitteln, bei dem die geringste Phasenstromstärke zum Aufrechterhalten einer erwünschten bzw. vorgegebenen Drehzahl notwendig ist. Wird dann dieser Phasenwinkel verwendet, führt dies zu einem energiesparenden Betrieb und Erhöhung der Effizienz des BLDC-Motors gegenüber einer einfachen Schätzung des Phasenwinkels aus der Rotorlage.The invention is based on the measure, a phase angle, i. Rotation angle at which the energization of a phase begins at the commutation to vary and thereby to determine the phase angle at which the lowest phase current to maintain a desired or predetermined speed is necessary. Using this phase angle results in energy efficient operation and increases the efficiency of the BLDC motor over a simple estimate of the phase angle from the rotor position.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Genauigkeit, mit welcher ein optimaler Phasenwinkel bestimmt bzw. ermittelt bzw. eingestellt werden kann, verbessert wird. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein geeigneter Phasenwinkel experimentell bzw. empirisch ermittelt werden kann, indem zumindest zwei (vorzugsweise mehrere) verschiedene Phasenwinkel eingestellt werden und deren jeweilige Auswirkungen auf eine Phasenstromstärke ermittelt werden, welche nötig ist um den Rotor bei der gegebenen Last mit der vorgegebenen Drehzahl zu betreiben. Etwaige Ungenauigkeiten, welche sich herkömmlicherweise bei einer Schätzung des Phasenwinkels daraus ergeben, dass manche der zu berücksichtigenden Parameter nicht oder nicht genau bekannt sind, werden somit erfindungsgemäß vermieden. Insbesondere kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der Phasenwinkel schnell an sich ändernde Parameter angepasst werden, wie etwa eine sich ändernde Last, welche an dem bürstenlosen Gleichstrommotor anliegt. Mit anderen Worten bietet die Erfindung den Vorteil, dass ein geeigneter Phasenwinkel nicht notwendigerweise möglichst genau berechnet oder geschätzt werden muss, sondern vorzugsweise durch ein zeitlich serielles Variieren der Bestromung hinsichtlich des Phasenwinkels experimentell ermittelt werden kann. Mit anderen Worten kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Genauigkeit beim Finden bzw. Bestimmen eines geeigneten Phasenwinkels durch ein „Ausprobieren“ verschiedener Phasenwinkeln erreicht werden. Jedoch muss bei einem erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendigerweise auf eine Schätzung und/oder Berechnung des Phasenwinkels anhand von Parametern verzichtet werden. Vielmehr kann das erfindungsmäße Verfahren nicht nur alternativ zu einer Schätzung, sondern auch in Kombination mit einer Schätzung, insbesondere nach einer Schätzung, des Phasenwinkels erfolgen, um die Genauigkeit des Bestimmens bzw. Festlegen des Phasenwinkels zu erhöhen.The invention offers the advantage that an accuracy with which an optimum phase angle can be determined or determined or adjusted can be improved. This is achieved in particular by the method according to the invention being able to determine a suitable phase angle experimentally or empirically by setting at least two (preferably several) different phase angles and determining their respective effects on a phase current intensity which is necessary around the rotor to operate the given load at the given speed. Any inaccuracies that conventionally arise in estimating the phase angle from some of the ones to be considered Parameters are not or not known exactly, are thus avoided according to the invention. In particular, according to the method of the invention, the phase angle can be quickly adapted to changing parameters, such as a changing load applied to the brushless DC motor. In other words, the invention offers the advantage that a suitable phase angle does not necessarily have to be calculated or estimated as accurately as possible, but can preferably be determined experimentally by temporally serial variation of the current with respect to the phase angle. In other words, according to the method according to the invention, the accuracy in finding or determining a suitable phase angle can be achieved by "trying out" different phase angles. However, in a method according to the invention, it is not necessary to dispense with an estimate and / or calculation of the phase angle on the basis of parameters. Rather, the method according to the invention can be carried out not only as an alternative to an estimation, but also in combination with an estimation, in particular after an estimation, of the phase angle in order to increase the accuracy of the determination or definition of the phase angle.

Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass durch die genauere Einstellung eines optimalen Phasenwinkels auch eine Genauigkeit bei der Bestimmung des Drehwinkels, insbesondere wenn dieser elektrodynamisch bestimmt wird, erhöht wird.Furthermore, the invention offers the advantage that an accuracy in the determination of the angle of rotation, in particular if it is determined electrodynamically, is increased by the more accurate setting of an optimum phase angle.

Die Erfindung bietet zudem den Vorteil, dass die beim Schätzen des Phasenwinkels üblicherweise zu berücksichtigenden Parameter bzw. Betriebspunkte, wie etwa eine Drehzahl, eine Last, eine Temperatur und/oder momentan vorliegende Zustände bzw. Eigenschaften von elektronischen Komponenten, bei dem Festlegen des Phasenwinkels automatisch berücksichtigt werden und die Phasenstromstärke bedarfsgerecht angepasst wird.The invention also has the advantage that the parameters or operating points usually to be considered when estimating the phase angle, such as a rotational speed, a load, a temperature and / or currently present states or properties of electronic components, automatically determine the phase angle be taken into account and the phase current is adjusted as needed.

Die Erfindung bietet zudem den Vorteil, dass gegebenenfalls ein Vorliegen eines regelmäßigen und/oder musterhaften Verhaltens des bürstenlosen Gleichstrommotors ermittelt bzw. erkannt werden kann, welches beispielsweise dazu verwendet werden kann, um eine Vorsteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors zu erlernen. Darüber hinaus kann die Erfindung beispielsweise auch ermöglichen, eine Adaption der Ansteuerung der Phasenwicklungen im Lauf der Lebensdauer des bürstenlosen Gleichstrommotors durchzuführen, etwa um Alterungseffekte zumindest teilweise zu kompensieren.The invention also has the advantage that, if appropriate, a presence of a regular and / or patterned behavior of the brushless DC motor can be detected or detected, which can be used, for example, to learn a pilot control of the brushless DC motor. In addition, the invention can, for example, also make it possible to carry out an adaptation of the control of the phase windings during the life of the brushless DC motor, for example in order to at least partially compensate for aging effects.

Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Fehlertoleranz bzw. Ergebnistoleranz für die effektive Leistungsabgabe des bürstenlosen Gleichstrommotors reduziert werden kann, da eine genauere Bestimmung des Phasenwinkels und/oder der Phasenstromstärke eine genauere Bestimmung der effektiven Leistungsabgabe ermöglichen können. Dies kann ferner dazu beitragen, dass eine Reproduzierbarkeit und/oder Vergleichbarkeit von Messergebnissen bzw. Leistungsabgaben erhöht werden können, da die Erfindung einen stetigen Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors bei optimalem Phasenwinkel und/oder optimaler Phasenstromstärke ermöglicht. Somit kann stets auf einen optimierten Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors abgestellt werden.Furthermore, the invention offers the advantage that the fault tolerance for the effective power output of the brushless DC motor can be reduced, since a more accurate determination of the phase angle and / or the phase current intensity can allow a more accurate determination of the effective power output. This may further contribute to the increase of reproducibility and / or comparability of measurement results, since the invention enables a continuous operation of the brushless DC motor with optimum phase angle and / or optimum phase current intensity. Thus, can always be turned off on an optimized operation of the brushless DC motor.

Vorzugsweise erfolgt die Bestromung der zumindest einen Phasenspule periodisch mit einer Kommutierungsfrequenz. Die Kommutierungsfrequenz kann dabei vorzugsweise derart gewählt bzw. festgelegt werden, dass ein Rotieren des Rotors mit der vorgegebenen Drehzahl angestrebt und/oder erreicht wird. Vorzugsweise bleibt beim Variieren des Bestromens die Kommutierungsfrequenz unverändert. Unverändert bedeutet dabei, dass bei der Kommutierungsfrequenz auf einer Zeitskala, die wesentlich größer als eine Periode der Kommutierungsfrequenz ist, keine Änderung der Kommutierungsfrequenz aufgrund einer Änderung des Phasenwinkels auftritt bzw. eintritt. Wenngleich eine Änderung des Phasenwinkels einen Eingriff in die Periodizität der Bestromung darstellt, welche mit der Kommutierungsfrequenz oszilliert, werden die Änderungen bzw. das Variieren des Phasenwinkels bzw. der Bestromung gemäß der Erfindung bevorzugt derart vorgenommen, dass sich dadurch keine langfristige bzw. langanhaltende Änderung der Kommutierungsfrequenz ergibt. Dies bietet den Vorteil, dass eine Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors auch dann aufrechterhalten bzw. beibehalten werden kann, wenn der Phasenwinkel variiert bzw. geändert wird.The energization of the at least one phase coil preferably takes place periodically with a commutation frequency. In this case, the commutation frequency can preferably be selected or set in such a way that rotation of the rotor at the predetermined rotational speed is sought and / or achieved. Preferably, when varying the current, the commutation frequency remains unchanged. Unchanged here means that at the commutation frequency on a time scale which is substantially greater than one period of the commutation frequency, no change in the commutation frequency due to a change in the phase angle occurs or occurs. Although a change of the phase angle represents an intervention in the periodicity of the current, which oscillates with the commutation, the changes or the variation of the phase angle or the energization according to the invention are preferably made such that thereby no long-term or long-lasting change of Commutation frequency results. This offers the advantage that a rotational speed of the brushless DC motor can be maintained or maintained even when the phase angle is varied or changed.

Vorzugsweise umfasst das Variieren des Bestromens ein stufenweises und/oder kontinuierliches Variieren des Phasenwinkels. Beispielsweise kann der Phasenwinkel mittels eines „Sweeps“ kontinuierlich verändert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Phasenwinkel schrittweise verändert werden. Eine schrittweise Änderung bietet den Vorteil, dass zwischen den einzelnen Änderungen beispielsweise die Phasenstromstärke ermittelt bzw. gemessen werden kann, und dabei etwaige, störende Einflüsse der Phasenwinkeländerungen auf die Messung vermieden werden können. Beispielsweise können die einzelnen Änderungen des Phasenwinkels derart zeitlich voneinander beabstandet sein, dass der bürstenlose Gleichstrommotor ein neues Gleichgewicht in seinem Betrieb einnimmt, bevor ein Ermitteln bzw. Messen und/oder Anpassen der Phasenstromstärke erfolgt und/oder bevor der Phasenwinkel erneut geändert wird. Ein Gleichgewicht kann beispielsweise dann vorliegen, wenn die Drehbewegung des Rotors relativ zur Kommutierung der Phasenwicklungen ein festes bzw. stationäres Verhältnis eingenommen hat.Preferably, the varying of the energizing comprises a stepwise and / or continuous variation of the phase angle. For example, the phase angle can be changed continuously by means of a sweep. Alternatively or additionally, the phase angle can be changed stepwise. A gradual change offers the advantage that between the individual changes, for example, the phase current intensity can be determined or measured, and any disturbing influences of the phase angle changes on the measurement can be avoided. For example, the individual changes in the phase angle may be spaced in time such that the DC brushless motor rebalances in operation before determining and / or adjusting the phase current magnitude and / or before the phase angle is changed again. A balance may be present, for example, when the rotational movement of the rotor has taken a fixed or stationary relationship relative to the commutation of the phase windings.

Besonders bevorzugt erfolgt beim Variieren des Bestromens der zumindest einen Phasenspule das Bestromen mit einer Mehrzahl von vom ersten Phasenwinkel abweichenden Phasenwinkeln. Mit anderen Worten wird eine Mehrzahl unterschiedlicher Phasenwinkel eingenommen bzw. angelegt bzw. getestet bzw. „ausprobiert“. Beispielsweise können die unterschiedlichen Phasenwinkel unterschiedliche Abstände bzw. Phasenwinkeldifferenzen aufweisen und/oder gleichmäßig bzw. regelmäßig beabstandet sein. Beispielsweise kann der Phasenwinkel auch in mehreren Intervallen geändert werden. Zum Beispiel kann der Phasenwinkel zunächst in großen Abständen bzw. Schritten bzw. Phasenwinkeldifferenzen geändert werden, und anschließend in einem zusätzlichen Intervall noch in kleineren Abständen geändert werden. So kann etwa um einen bestimmten Phasenwinkel herum, welcher im Rahmen eines Durchlaufs mit großen Abständen als vorteilhaft erkannt wurde, noch ein weiterer Scan mit kleineren Abständen durchgeführt werden, um etwaige weitere Verbesserungen gegenüber dem Phasenwinkel aus dem Durchlauf mit großen Abständen zu erzielen. Beispielsweise kann das Variieren des Bestromens in einem oder in mehreren Intervallen mit jeweils unterschiedlichen Phasenwinkelabständen erfolgen.Particularly preferably, when the current of the at least one phase coil is varied, the energizing takes place with a plurality of phase angles deviating from the first phase angle. In other words, a plurality of different phase angles are taken or applied or tested or "tried out". For example, the different phase angles may have different distances or phase angle differences and / or be evenly spaced. For example, the phase angle can also be changed in several intervals. For example, the phase angle may first be changed at large intervals or phase angle differences, and then changed at smaller intervals in an additional interval. For example, around a certain phase angle, which was recognized to be advantageous in the context of a passage with large distances, another scan with smaller distances can be carried out in order to achieve any further improvements with respect to the phase angle from the passage with large distances. By way of example, the varying of the energizing can take place in one or more intervals, each with different phase angle spacings.

Besonders bevorzugt weist die Mehrzahl von abweichenden Phasenwinkeln zumindest einen dem ersten Phasenwinkel voreilenden und/oder zumindest einen dem ersten Phasenwinkel nacheilenden Phasenwinkel auf. Mit anderen Worten wird die Bestromung bzw. der Phasenwinkel bevorzugt derart geändert, dass Phasenwinkeländerungen in beide Richtungen, d.h. zeitlich beschleunigt und zeitlich verzögert, vorgenommen werden. Dies hat den Vorteil, dass auch nah beim ersten Phasenwinkel liegende geänderte Phasenwinkel, welche für den Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotor vorteilhaft sind, schnell erkannt und eingenommen werden können.The plurality of deviating phase angles particularly preferably has at least one phase angle leading the first phase angle and / or at least one phase angle following the first phase angle. In other words, the energization or phase angle is preferably changed so that phase angle changes in both directions, i. accelerated in time and delayed. This has the advantage that even with the first phase angle lying changed phase angles, which are advantageous for the operation of the brushless DC motor, can be quickly detected and taken.

Vorzugsweise erfolgt das Anpassen der Phasenstromstärke derart, dass die Phasenstromstärke bei dem ersten Phasenwinkel und/oder bei dem zumindest einen abweichenden Phasenwinkel jeweils auf den geringsten Wert gesetzt wird, bei welchem der Rotor mindestens mit der vorgegebenen Drehzahl rotiert. Mit anderen Worten erflogt das Anpassen der Phasenstromstärke derart, dass die Phasenstromstärke den momentanen Anforderungen an den bürstenlosen Gleichstrommotor gerecht wird, d.h. dass die vorgegebene Drehzahl bei der anliegenden Last gehalten werden kann, aber dennoch eine möglichst niedrige Phasenstromstärke bereitgestellt werden muss. Dies ermöglicht einen effizienten und energiesparenden Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors.The phase current intensity is preferably adjusted such that the phase current intensity at the first phase angle and / or at the at least one deviating phase angle is respectively set to the lowest value at which the rotor rotates at least at the predetermined rotational speed. In other words, adjusting the phase current intensity such that the phase current magnitude meets the current requirements for the brushless DC motor, i. that the predetermined speed can be maintained at the applied load, but still the lowest possible phase current strength must be provided. This allows efficient and energy-saving operation of the brushless DC motor.

Bevorzugt findet das erfindungsgemäße Verfahren bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor Anwendung, der eine Mehrzahl von Phasenwicklungen aufweist, wobei das Bestromen der mehreren Phasenwicklungen mit einer festen Phasenwinkeldifferenz zueinander erfolgt. Besonders bevorzugt bleibt die Phasenwinkeldifferenz beim Variieren des Bestromen der Mehrzahl von Phasenwicklungen erhalten. Dies hat den Vorteil, dass auch bürstenlose Gleichstrommotoren mit einer Mehrzahl von Phasenwicklungen, welche in zeitlich festgelegten Abständen bzw. mit einer Phasendifferenz mit der Kommutierungsfrequenz bestromt werden hinsichtlich des Phasenwinkels optimiert werden können und der Phasenwinkel genau bestimmt werden kann.The method according to the invention preferably applies to a brushless DC motor which has a plurality of phase windings, the current being supplied to the several phase windings with a fixed phase angle difference relative to one another. Particularly preferably, the phase angle difference when varying the Bestromen the plurality of phase windings is maintained. This has the advantage that even brushless DC motors with a plurality of phase windings, which are energized at timed intervals or with a phase difference with the commutation frequency with respect to the phase angle can be optimized and the phase angle can be determined accurately.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines bürstenlosen Gleichstrommotors, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control unit of a brushless DC motor is, in particular programmatically, adapted to perform a method according to the invention.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Also, the implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executive controller is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as e.g. Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described below with reference to the drawing.

Figurenlistelist of figures

1 shows a three-phase, three-phase brushless DC motor according to a preferred embodiment.
2 shows a schematic representation of a method sequence according to a preferred embodiment.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention

1 zeigt eine Schaltungsanordnung 2 zur Ansteuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors bzw. eines BLDC-Motors 4 als angesteuerte Komponente, wobei die Schaltungsanordnung 2 von einer elektrischen Gleichspannungsquelle 6 gespeist wird. 1 shows a circuit arrangement 2 For controlling a brushless DC motor or a BLDC motor 4 as driven Component, the circuit arrangement 2 is fed by a DC electrical power source 6.

Der BLCD-Motor 4 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Rotor 100 mit einem oder mehreren Permanentmagneten und einen Stator 200 mit drei Phasenwicklungen 202a, 202b, 202c auf, die den drei Phasen u, v, w zugeordnet sind. Zur Beaufschlagung jeder der Phasenwicklungen 202a, 202b, 202c mit Spannung weist die Schaltungsanordnung 2 je eine, also insgesamt drei Ansteuerstufen 8a, 8b, 8c auf.The BLCD engine 4 has a rotor in the present embodiment 100 with one or more permanent magnets and a stator 200 with three phase windings 202a . 202b . 202c on, which are assigned to the three phases u, v, w. For charging each of the phase windings 202a . 202b . 202c with voltage, the circuit arrangement 2 one each, so a total of three control levels 8a . 8b . 8c on.

Somit ist die Schaltungsanordnung 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als B6-Brückenwechselrichter ausgebildet, wenngleich auch andere Wechselrichter zur Anwendung kommen können. Bevorzugte Anwendungen eines B6-Brückenwechselrichters zur Ansteuerung eines BLDC-Motors 4 in einem Kraftfahrzeug sind z.B. Start-Stopp Systeme, elektrische Turbolader und Starter, Lenksysteme und Getriebe sowie Klimakompressoren und Lüfter.Thus, the circuit arrangement 2 formed in the present embodiment as a B6 bridge inverter, although other inverters can be used. Preferred applications of a B6 bridge inverter for driving a BLDC motor 4 In a motor vehicle are eg start-stop systems, electric turbochargers and starters, steering systems and gearboxes and air conditioning compressors and fans.

Jede der drei Ansteuerstufen 8a, 8b, 8c weist je einen Highside-Schalter 10a, 10b, 10c und einen Lowside-Schalter 12a, 12b, 12c auf. Ferner ist jedem Highside-Schalter 10a, 10b, 10c und Lowside-Schalter 12a, 12b, 12c je eine Freilaufdiode 22a, 22b, 22c, 24a, 24b, 24c zugeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Highside-Schalter 10a, 10b, 10c p-Kanal-Halbleiterschaltelemente, wie z.B. p-Kanal-Transistoren, und die Lowside-Schalter 12a, 12b, 12c sind n-Kanal-Halbleiterschaltelemente, wie z.B. n-Kanal-Transistoren. Anstelle von Transistoren können auch p- bzw. n-Kanal-Leistungs-MOSFETs oder Thyristoren, wie z.B. GTOs, eingesetzt werden.Each of the three control levels 8a . 8b . 8c Each has a highside switch 10a , 10b, 10c and a lowside switch 12a . 12b . 12c on. Furthermore, every highside counter 10a . 10b . 10c and lowside switches 12a . 12b . 12c one freewheeling diode each 22a . 22b . 22c . 24a . 24b . 24c assigned. In the present embodiment, the highside switches 10a . 10b . 10c p-channel semiconductor switching elements, such as p-channel transistors, and the lowside switches 12a . 12b . 12c are n-channel semiconductor switching elements, such as n-channel transistors. Instead of transistors also p- or n-channel power MOSFETs or thyristors, such as GTOs, can be used.

Über Steuerleitungen ist jeder der Highside-Schalter 10a, 10b, 10c und jeder der Lowside-Schalter 12a, 12b, 12c mit einem Steuergerät 14 der Schaltungsanordnung 2 verbunden, um die Highside-Schalter 10a, 10b, 10c und die Lowside-Schalter 12a, 12b, 12c in einen elektrisch leitenden Zustand und in einen elektrisch nicht-leitenden Zustand zu bringen. Hierzu werden von dem Steuergerät 14 pulsweitenmodulierte Ansteuersignale erzeugt, die einen Wechsel von dem elektrisch leitenden in den nicht-leitenden Zustand und umgekehrt der Highside-Schalter 10a, 10b, 10c und der Lowside-Schalter 12a, 12b, 12c bewirken. Das Steuergerät 14 kann Teil einer Recheneinheit, z.B. eines Steuergeräts eines Kraftfahrzeugs, sein. Das Steuergerät 14 kann Hard- und/oder Softwarekomponenten aufweisen.Over control lines, everyone is the highside switch 10a . 10b . 10c and each of the lowside switches 12a . 12b . 12c with a control unit 14 the circuit arrangement 2 connected to the highside switch 10a . 10b . 10c and the lowside switches 12a . 12b . 12c to bring into an electrically conductive state and in an electrically non-conductive state. This is done by the control unit 14 generates pulse-width modulated drive signals, the change from the electrically conductive to the non-conductive state and vice versa, the high-side switch 10a . 10b . 10c and the lowside switch 12a . 12b . 12c cause. The control unit 14 can be part of a computing unit, eg a control unit of a motor vehicle. The control unit 14 may include hardware and / or software components.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Verfahrensablauf 1000 zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors 4 bzw. BLDC-Motors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere erläutert der beispielhaft dargestellte Verfahrensablauf 1000 eine Optimierung des Phasenwinkels für die Bestromung der Phasenwicklungen 202a, 202b, 202c. 2 shows a schematic representation of a procedure 1000 to operate a brushless DC motor 4 or BLDC motor according to a preferred embodiment of the invention. In particular, the method sequence illustrated by way of example explains 1000 an optimization of the phase angle for the energization of the phase windings 202a . 202b . 202c ,

Zunächst werden die Phasenwicklungen 202a, 202b, 202c in einem Schritt 1002 mit einer ersten Phasenstromstärke bestromt, wobei die Bestromung mit einer Kommutierungsfrequenz und einem ersten Phasenwinkel erfolgt, welcher einen Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 mit den vorgegebenen Bedingungen, insbesondere mit der vorgegebenen Drehzahl, zu ermöglichen versucht. Dazu kann optional ein herkömmliches Verfahren zur Bestimmung des Drehwinkels des Rotors 100 zur Anwendung kommen, beispielsweise über optional bereitgestellte Hall-Sensoren (nicht gezeigt) oder über eine in zumindest einer der Phasenwicklungen 202a, 202b, 202c rückwirkende elektrodynamische Kraft durch die Magnete in dem Rotor 100.First, the phase windings 202a . 202b . 202c in one step 1002 energized with a first phase current intensity, wherein the energization takes place with a commutation frequency and a first phase angle, which is an operation of the brushless DC motor 4 tried to allow with the given conditions, in particular with the predetermined speed. For this purpose, optionally, a conventional method for determining the rotational angle of the rotor 100 are used, for example via optionally provided Hall sensors (not shown) or via one in at least one of the phase windings 202a . 202b . 202c retroactive electrodynamic force through the magnets in the rotor 100 ,

Sofern der Rotor 100 rotiert, insbesondere mit der vorgegebenen Drehzahl, erfolgt in einem Schritt 1004 ein Variieren der Bestromung derart, dass der Phasenwinkel der Bestromung für zumindest eine der Phasenwicklungen 202a, 202b, 202c, vorzugsweise jedoch aller Phasenwicklungen 202a, 202b, 202c simultan bzw. gleichzeitig, geändert wird. Dabei kann ein anderer Phasenwinkel gewählt werden, welcher eine Phasendifferenz zu dem vorherigen Phasenwinkel aufweist.If the rotor 100 rotates, in particular with the predetermined speed, takes place in one step 1004 varying the energization such that the phase angle of the energization for at least one of the phase windings 202a , 202b, 202c, but preferably all phase windings 202a . 202b . 202c simultaneously or simultaneously, is changed. In this case, a different phase angle can be selected, which has a phase difference to the previous phase angle.

Wenn der geänderte Phasenwinkel anliegt, bzw. die Phasenwinkeländerung erfolgt ist, erfolgt in einem Schritt 1006 ein Anpassen der Phasenstromstärke in zumindest einer, vorzugsweise jedoch in allen, der Phasenwicklungen 202a, 202b, 202c. Die Anpassung der Phasenstromstärke erfolgt dabei derart, dass eine Phasenstromstärke gewählt wird, welche den Rotor bei der momentan anliegenden Last nach wie vor bei der gewünschten Drehzahl rotieren lässt, aber dennoch so gering wie möglich ist. Optional können die Schritte 1004 und 1006, insbesondere alternierend, wiederholt werden, um eine Mehrzahl von verschiedenen Phasenwinkeln anzulegen und jeweils die Phasenstromstärke entsprechend anzupassen.If the changed phase angle is present, or the phase angle change has occurred, takes place in one step 1006 adjusting the phase current intensity in at least one, but preferably all, of the phase windings 202a , 202b, 202c. The adaptation of the phase current intensity takes place in such a way that a phase current intensity is selected, which keeps the rotor rotating at the momentarily applied load at the desired speed, but is nevertheless as low as possible. Optionally, the steps 1004 and 1006 , in particular alternately, are repeated in order to apply a plurality of different phase angles and respectively to adjust the phase current intensity accordingly.

Anschließend erfolgt gemäß der gezeigten Ausführungsform in einem Schritt 1008 ein Vergleich der (angepassten) Phasenstromstärken, welche bei den jeweiligen Phasenwinkeln angepasst wurden. Beispielsweise kann dazu jeweils eine Differenz der Phasenstromstärken bei den einzelnen Phasenwinkeln ermittelt werden.Subsequently, according to the embodiment shown, in a step 1008, a comparison is made of the (adjusted) phase current strengths, which were adapted at the respective phase angles. For example, a difference of the phase current strengths at the individual phase angles can be determined in each case.

Aus den Ergebnissen des Vergleichs 1008 kann sodann zum einen der (optimierte) Phasenwinkel festgelegt bzw. angelegt werden, d.h. der Phasenwinkel, welcher den gewünschten Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors 1 mit der geringsten Phasenstromstärke ermöglicht. Das Festlegen des anzulegenden Phasenwinkels auf diesen ermittelten Phasenwinkel ermöglicht nicht nur, die Bewegung des Rotors mittels der elektrischen Kommutierung in besonders effizienter Abstimmung aufrechtzuerhalten, sondern ermöglicht auch den Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors auf die energiesparendste Weise, da aus der Optimierung folgend der Zustand gewählt wurde, welcher die niedrigste Phasenstromstärke für den gewünschten Betrieb erfordert.From the results of the comparison 1008 On the one hand, the (optimized) phase angle can then be set or applied, ie the phase angle which determines the desired operation of the brushless DC motor 1 with the lowest phase current possible. The setting of the phase angle to be applied to this detected phase angle not only allows to maintain the movement of the rotor by means of the electric commutation in a particularly efficient vote, but also allows the operation of the brushless DC motor in the most energy efficient manner, since the state was chosen following the optimization, which is the lowest phase current required for the desired operation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1588481 B1 [0007]

Claims

A method of operating a brushless DC motor (4) having at least one phase winding (202a, 202b, 202c) and a rotor (100), comprising the steps of: - energizing the at least one phase winding (202a, 202b, 202c) with a phase current intensity, wherein the energizing takes place with a first phase angle and the phase current intensity is selected such that the rotor (100) rotates at a predetermined speed; - varying the energizing of the at least one phase winding (202a, 202b, 202c) in such a way that the energizing takes place with at least one phase angle deviating from the first phase angle; - Adjusting the phase current such that when energized with the at least one different phase angle of the rotor (100) rotates at the predetermined speed; Comparing the phase current intensity during energization with the first phase angle with the phase current intensity during energization with the at least one deviating phase angle; - Setting the Bestromens on the first phase angle or the at least one different phase angle at which the phase current is the lowest.

Method according to Claim 1 in which the energizing of the at least one phase winding (202a, 202b, 202c) takes place periodically with a commutation frequency, and wherein, when the current is varied, preferably the commutation frequency remains unchanged.

Method according to Claim 1 or 2 wherein varying the energizing comprises gradual and / or continuous varying the phase angle.

Method according to one of the preceding claims, wherein when varying the energizing of the at least one phase winding, the current is supplied at a plurality of phase angles deviating from the first phase angle.

Method according to Claim 4 wherein the plurality of deviating phase angles comprises at least one phase angle leading the first phase angle and / or at least one phase angle following the phase angle.

Method according to one of the preceding claims, wherein the adjustment of the phase current intensity takes place in such a way that the phase current intensity at the first phase angle and / or at the at least one deviating phase angle is respectively set to the lowest value at which the rotor (100) is at least predetermined Speed is rotating.

Method according to one of the preceding claims, wherein the varying of the energizing takes place in one or more intervals, each with different phase angle spacings.

Method according to one of the preceding claims, wherein the brushless DC motor (4) has a plurality of phase windings (202a, 202b, 202c) whose energization is effected with a fixed phase angle difference to each other, and wherein preferably the phase angle difference when varying the current of the plurality of phase windings ( 202a, 202b, 202c) is maintained.

Arithmetic unit which is adapted to carry out a method according to one of the preceding claims.

Brushless DC motor (4) with a rotor (100), at least one phase winding (202a, 202b, 202c) and a computing unit according to Claim 9 ,

Computer program that causes a computing unit, a method according to one of Claims 1 to 8th when executed on the computing unit.

Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon Claim 11 ,