DE102018119721A1

DE102018119721A1 - Elektromotor und Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102018119721A1
Application number: DE102018119721.7A
Authority: DE
Inventors: Fabian Armbruster; Markus Weh; Klaus Moosmann
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2020-02-20

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors sowie ein entsprechender Elektromotor vorgeschlagen, wobei der Elektromotor (3) zum Verstellen eines Stellgliedes (1) ausgebildet ist und wenigstens eine Phasenwicklung, sowie eine Steuerschaltung umfasst, das Verfahren umfassend: Erfassen einer in der Phasenwicklung induzierten Spannung und/oder eines Phasenstroms; Erkennen einer Bewegung oder Bewegungsänderung des Stellgliedes (1) aufgrund einer externen mechanischen Kraft auf Basis der erfassten Spannung und/oder des erfassten Phasenstroms; und Ansteuern des Elektromotors (3) zum Verstellen des Stellgliedes (1), wenn eine Bewegung oder Bewegungsänderung des Stellgliedes (1) erkannt wurde.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, sowie auf ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors eines Stellantriebes. Stellantriebe werden in unterschiedlichen Anwendungen, wie in Klappenstellern eines Kraftfahrzeugs oder in industriellen oder gebäudetechnischen Automatisierungssystemen verwendet. In vielen Fällen ist ein Stellglied nicht genügend gegen Einwirkungen durch äußere Kräfte geschützt, sodass der Stellantrieb durch eine auf das Stellglied wirkende äußere Kraft beschädigt oder unkontrolliert verstellt werden kann.
Eine Anwendung eines Stellantriebes betrifft einen Klappensteller in einem Kraftfahrzeug, der zum Verschließen eines Stellgliedes in Form einer Tankklappe oder einer Ladeklappe zum Laden einer Batterie eines Elektro-Fahrzeugs ausgebildet ist. Solche Klappen sind beispielsweise um eine Drehachse verschwenkbar ausgebildet. Alternativ sind auch Ausgestaltungen denkbar, welche in der Art eines Rollos parallel zu der zu verschließenden Öffnung verfahren werden können. Bei solchen Systemen kann eine Krafteinwirkung auf das Stellglied, beispielsweise durch eine Unachtsamkeit eines Benutzers, nicht ausgeschlossen werden, wobei es zu einer Beschädigung des Stellantriebes, insbesondere der mechanischen Komponenten kommen kann. Ferner ist bei derartigen Stellantrieben eine Auslösemechanismus zum Verstellen des Stellgliedes notwendig, wobei Schalter oft nicht gewünscht sind. Im Beispiel der Tank- oder Ladeklappe ist beispielsweise aus Designgründen ein Schalter zum Öffnen und Schließen der Klappe an der Außenseite unerwünscht. Ebenso kann ein Schalter im Innenraum des Fahrzeugs unerwünscht sein.
Es ist bekannt, derartige Stellantriebe mit Hilfe von Rutschkupplungen gegen Beschädigungen zu schützen. Dazu sind jedoch zusätzliche Bauteile nötig, weshalb derartige Lösungen zusätzliche Kosten verursachen und zusätzlichen Bauraum einnehmen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektromotor und ein Verfahren zum Betrieben eines Elektromotors bereitzustellen, welche eine auf ein Stellglied wirkende äußere Kraft erfassen und daraufhin eine Bewegung des Stellgliedes durchführen können, so dass das Stellglied kontrolliert verstellt oder vor Beschädigungen geschützt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und einen Elektromotor bereitzustellen, die das Initiieren einer Stellbewegung mittels einer auf das Stellglied wirkenden äußeren Kraft ermöglichen.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors, wobei der Elektromotor zum Verstellen eines Stellgliedes ausgebildet ist und wenigstens eine Phasenwicklung, sowie eine Steuerschaltung zum Ansteuern des Elektromotors umfasst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:

- Erfassen einer in der Phasenwicklung induzierten Spannung oder eines Phasenstroms;
- Erkennen einer durch eine externe mechanische Kraft hervorgerufene Bewegungsänderung des Stellgliedes auf Basis der erfassten Spannung oder des erfassten Phasenstroms;
- Ansteuern des Elektromotors zum Verstellen des Stellgliedes, wenn eine Bewegungsänderung des Stellgliedes erkannt wurde.

Das Stellglied kann beispielsweise direkt oder über Getriebestufen mit dem Abtrieb des Elektromotors gekoppelt sein. Eine auf das Stellglied wirkende äußere Kraft kann dann zu einer Beschleunigung, beziehungsweise Bewegungsänderung oder zu einer Bewegung des Stellgliedes führen. Insbesondere kann der Rotor des Elektromotors in Drehung versetzt werden. Bei Rotoren, welche einen Permanentmagneten aufweisen, wird aufgrund des sich zeitlich verändernden elektromagnetischen Feldes des sich drehenden Rotormagneten folglich eine Spannung in den Phasenwicklungen des Elektromotors induziert. Diese induzierte Spannung wird auch gegenelektromotorische Kraft (engl. back electromotive force, BEMF) genannt. Diese Spannung bewirkt ferner einen Phasenstrom in den Phasenwicklungen. Sowohl die induzierte Spannung als auch der aufgeprägte Phasenstrom können zum Erkennen der auf das Stellglied wirkenden äußeren mechanischen Kraft verwendet werden. Dafür können die induzierte Spannung und/oder der Phasenstrom durch eine Steuerschaltung erfasst und ausgewertet werden.
Desweiteren kann die Steuerschaltung den Elektromotor auf Basis der detektierten Signale ansteuern. Insbesondere kann es vorgesehene sein, dass die Steuerschaltung einen entsprechenden Verstellvorgang initiiert. Der Vorstellvorgang kann beispielsweise eine „push to run“- oder „push to open“-Funktion eines Stellantriebes betreffen. Insbesondere kann es in beiden Fällen auch vorgesehen sein, dass das Stellglied zu einer Zielposition verfahren wird, beispielsweise zu einer Endposition entlang eines Verstellweges.
In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist es beispielsweise vorgesehen, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Verfahren des Stellgliedes zu einer Ruheposition, und Stoppen des Stellgliedes bei der Ruheposition. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren in derartigen Ausgestaltungen ausgehend von einem in Ruhe befindlichen und in einer bekannten Position stehenden Stellglied ausgeführt werden.
Vorzugsweise wir das Verfahren zum Betreiben eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors verwendet, wobei das Ansteuern des Elektromotors zum Verstellen des Stellgliedes ferner die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

- Festlegen eines ersten Kommutierungszeitpunktes relativ zu einem idealen Kommutierungszeitpunkt auf Basis der erfassten Nulldurchgänge der induzierten Spannung, wobei der ideale Kommutierungszeitpunkt exakt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen der induzierten Spannung liegt; und
- Bestromen von zwei der drei Phasenwicklungen des Elektromotors in einem ersten Kommutierungsschritt derart, dass der erste Kommutierungsschritt eine Vorkommutierung darstellt, welche vor dem idealen Kommutierungszeitpunkt erfolgt.

In manchen Ausgestaltungen des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Vorkommutierung 5° bis 30° Grad elektrisch vor dem idealen Kommutierungszeitpunkt erfolgt. Beispielsweise kann die Vorkommutierung auf Basis von zuvor erfassten Nulldurchgängen der induzierten Spannung bestimmt werden. Insbesondere kann der Zeitpunkt der Vorkommutierung proportional zu einem zeitlichen Abstand Δt_ZC zwischen zwei zuvor detektierten, aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen bestimmt werden. So kann es vorgesehen sein, dass der Kommutierungszeitpunkt um einen Bruchteil des zeitlichen Abstandes Δt_ZC vor dem idealen Kommutierungszeitpunkt erfolgt. Beispielsweise kann der Kommutierungszeitpunkt des ersten Kommutierungsschrittes um 0,03 Δt_ZC bis 0,25 Δt_ZC , insbesondere circa 0,125 Δt_ZC vor dem idealen Kommutierungszeitpunkt liegen. Dadurch können die elektromagnetischen Felder des Stators und des Rotors des Elektromotors mittels der Vorkommutierung relativ zueinander ausgerichtet und der Elektromotor effizient und zuverlässig betrieben werden.
In weiteren Ausgestaltungen des Verfahrens ist es vorgesehen, dass auf den ersten Kommutierungsschritt folgende zweite Kommutierungsschritte derart durch die Steuerschaltung bestimmt werden, dass diese eine kürzere Vorkommutierungszeit aufweisen, als der erste Kommutierungsschritt. Beispielsweise kann der Zeitpunkt der Vorkommutierung wiederum proportional zu einem zeitlichen Abstand Δt_ZC2 zwischen zwei zuvor detektierten, aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen bestimmt werden. Beispielsweise können die Kommutierungszeitpunkte der zweiten Kommutierungsschritte um 0,0125 Δt_ZC2 bis 0,15 Δt_ZC2 , insbesondere circa 0,0625 Δt_ZC2 vor dem idealen Kommutierungszeitpunkt liegen.
Der Elektromotor kann zum Antreiben des Stellgliedes beispielsweise mit einer sogenannten Blockkommutierung betrieben werden. In solchen Ausgestaltungen ist das Verfahren derart ausgebildet, dass die Phasenwicklungen mit einer konstanten Spannung bestromt werden, wobei die konstante Spannung von einer Pulsweitenmodulation (PWM) überlagert sein kann. Typischerweise wird für die PWM eine Frequenz im Bereich 1 bis 100 kHz, insbesondere im Bereich 10 bis 25 kHz gewählt. Die Kommutierungsschritte können dann jeweils in einem Abstand von circa 60° elektrisch erfolgen. Der ideale Kommutierungszeitpunkt liegt dann jeweils 30° elektrisch entfernt in der Mitte zwischen zwei Nulldurchgängen der BEMF. Folglich kann die Vorkommutierung des ersten Kommutierungsschrittes beispielsweise derart gewählt werden, dass dieser 15° bis 30° elektrisch vor dem idealen Kommutierungszeitpunkt liegt. Die zweiten Kommutierungsschritte können entsprechend derart gewählt werden, dass die Vorkommutierung jeweils circa 3° bis 15° elektrisch vor dem idealen Kommutierungszeitpunkt liegt.
In manchen Ausgestaltungen des Verfahrens kann es ferner vorgesehen sein, dass die Vorkommutierung der zweiten Kommutierungsschritte dabei sukzessive reduziert, der Kommutierungszeitpunkt also sukzessive dem idealen Kommutierungszeitpunkt angenähert wird.
In manchen Ausgestaltungen betrifft das Verfahren einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor oder einen Schrittmotor, wobei die Steuerschaltung Brückenschalter zum Bestromen der Phasenwicklungen umfasst. In solchen Ausgestaltungen kann das Verfahren ferner den folgenden Verfahrensschritt umfassen: Öffnen aller Brückenschalter nach dem Stoppen des Stellgliedes in der Zielposition. Dadurch kann, unabhängig von einer Versorgungsspannung, sichergestellt werden, dass alle Phasenwicklungen des Elektromotors stromfrei sind. Dadurch kann eine aufgrund einer auf das Stellglied wirkenden äußeren Kraft in den Phasenwicklungen induzierte Spannung oder ein durch die äußere Kraft resultierender Phasenstrom sicher erkannt und der Energiebedarf des Stellantriebes minimiert werden. Zum Halten des Stellgliedes in der Zielposition kann beispielsweise ein Rast-Mechanismus und/oder eine Selbsthemmung eines Getriebes und/oder ein genügend hohes Rastmoment zwischen dem Rotormagneten und dem Stator und/oder ein anderer mechanischer Widerstand, durch welchen das Stellglied an einer Drehbewegung gehindert wird, vorgesehen sein.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren zum Bestimmen der Bewegungsrichtung ferner die folgenden Schritte:

- Auswerten durch die Steuerschaltung, ob aufeinanderfolgende Nulldurchgänge derselben Bewegungsrichtung des Stellgliedes zuzuordnen sind;
- Bestimmen der Bewegungsrichtung des Stellgliedes auf Basis der erfassten Nulldurchgänge durch die Steuerschaltung, wenn wenigstens 3 oder wenigstens 20 Nulldurchgänge derselben Bewegungsrichtung zuzuordnen sind.

Zum Erkennen, dass eine Bewegung vorliegt, genügt prinzipiell das Erkennen eines einzigen Nulldurchgangs der BEMF. Es kann jedoch vorteilhaft sein, dass eine Bewegung nur dann als erkannt betrachtet wird, wenn wenigstens 2 oder 3 Nulldurchgänge erkannt wurden. Soll jedoch auch die Bewegungsrichtung erkannt werden, so sind wenigstens zwei Nulldurchgänge notwendig. Indem die Steuerschaltung die Reihenfolge der Phasenwicklungen, in welchen aktuell eine Nulldurchgang registriert wird, analysiert, kann die Drehrichtung des Rotors von der Steuerschaltung ermittelt werden. Da es jedoch unerwünscht sein kann, dass die Bewegungserkennung und/oder die Erkennung der Drehrichtung zu schnell anspricht, ist es vorteilhaft, die Anzahl der erfassten Nulldurchgänge mit einem Schwellwert zu vergleichen. Beim Überschreiten des Schwellwertes kann dann eine Aktion in Form des Ansteuerns des Elektromotors und Verstellen des Stellgliedes gestartet werden. Die Nulldurchgänge können dabei dahingehend ausgewertet werden, dass nach jedem neu registrierten Nulldurchgang der BEMF verglichen wird, ob der Nulldurchgang einer auf Basis der zuvor ermittelten Nulldurchgänge bestimmten Bewegungsrichtung entspricht. Das Verfahren kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass ein durch die äußere Last ausgelöster Stellvorgang nur dann gestartet wird, wenn eine Mindestanzahl an Nulldurchgänge der BEMF, welche derselben Drehrichtung zuzuordnen sind, erfasst wurden. Analog kann die Auswertung auf Basis des Phasenstroms erfolgen, wobei hier beispielsweise Maxima und/oder Minima des Phasenstromverlaufes, Polaritätsänderungen des Phasenstroms, oder allgemein der zeitliche Verlauf des Phasenstroms betrachtet und hinsichtlich der Drehrichtung des Rotors analysiert werden können.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen umfasst das Verfahren den Schritt:

- Ansteuern des Elektromotors durch die Steuerschaltung, so dass das Stellglied in Richtung der erkannten Bewegung des Stellgliedes angetrieben wird.

In anderen vorteilhaften Ausgestaltungen umfasst das Verfahren den Schritt:

- Ansteuern des Elektromotors durch die Steuerschaltung, so dass das Stellglied entgegen der Richtung der erkannten Bewegung des Stellgliedes angetrieben wird.

Insbesondere kann es in beiden Fällen (antreiben des Stellgliedes in oder entgegen der Richtung der erkannten Bewegung) auch vorgesehen sein, dass das Stellglied zu einer vorherbestimmten Zielposition verfahren wird, nachdem eine Bewegung des Stellgliedes erkannt wurde.
Dadurch kann bei derartigen eine oben genannte „push to open“ Funktion Stellantrieben implementiert werden. Beispielsweise kann ein in einer ersten Endposition des Verstellweges befindliches Stellglied eine erste Richtung (beispielsweise eine Schließrichtung) angestoßen werden, wobei die Steuerschaltung des Elektromotors diese von außen bewirkte Bewegung des Stellgliedes erkennt. Daraufhin kann die Steuerschaltung den Elektromotor derart ansteuern, dass das Stellglied zu einer Zielposition, beispielsweise zu einer zweiten Endposition des Verstellweges verstellt wird.
In manchen Ausgestaltungen betrifft das Verfahren einen Klappensteller, mit einem Elektromotor und einer Steuerschaltung. Ist die Klappe nun in der ersten Endposition, welche einer geschlossenen Klappe entspricht, kann eine durch eine äußere Kraft bewirkte Bewegung der Klappe in die schließende Richtung durch die Steuerschaltung erkannt werden. Die äußere Kraft kann beispielsweise durch ein Anstoßen oder Antippen der Klappe gegeben sein. Daraufhin kann der Elektromotor derart angesteuert werden, dass die Klappe zu einer Zielposition, beispielsweise eine Offen-Stellung der Klappe, verstellt wird.
In anderen Ausgestaltungen eines solchen Klappenstellers kann eine sogenannte „push to run“-Funktion implementiert sein. Beispielsweise kann ein in einer zweiten Endposition des Verstellweges befindliches Stellglied die erste Richtung (beispielsweise eine Schließrichtung) angestoßen werden, wobei die Steuerschaltung des Elektromotors diese von außen bewirkte Bewegung des Stellgliedes erkennt. Daraufhin kann die Steuerschaltung den Elektromotor derart ansteuern, dass das Stellglied zu einer Zielposition, beispielsweise zu der ersten Endposition des Verstellweges verstellt wird.
Im Falle des zuvor genannten Klappenstellers kann die zweite Endposition beispielsweise einer geöffneten Klappe entsprechen. Wird die Klappe nun durch eine äußere Kraft in die schließende Richtung bewegt, kann diese Bewegung durch die Steuerschaltung erkannt werden. Die äußere Kraft kann beispielsweise durch ein Anstoßen oder Antippen der Klappe gegeben sein. Daraufhin kann der Elektromotor derart angesteuert werden, dass die Klappe zu einer Zielposition, beispielsweise in eine Schieß-Stellung der Klappe, verstellt wird.
Ferner kann das Verfahren zum Verstellen des Stellgliedes in die Zielposition derart ausgestaltet sein, dass der Elektromotor drehzahlgeregelt beschleunigt wird, bis eine Solldrehzahl erreicht ist. Ferner kann eine Strombegrenzung vorgesehen sein. Sobald die Solldrehzahl erreicht ist, kann der Elektromotor weiter drehzahlgeregelt angesteuert werden. Insbesondere können sowohl in der Beschleunigungsphase als auch in der stationären Betriebsphase weiterhin die in den Phasenwicklungen induzierte Spannung und/oder der Phasenstrom erfasst und ausgewertet werden. Dadurch kann auch in diesen Betriebsphasen eine sensorlose Regelung implementiert werden. Insbesondere kann dadurch auch die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors, beziehungsweise die Verstellgeschwindigkeit des Stellgliedes, bestimmt und zur Regelung verwendet werden. Ferner können auf Basis der erfassten Werte die Kommutierungszeitpunkte bestimmt werden. Dabei kann auch weiterhin eine Vorkommutierung umgesetzt werden, so dass der Elektromotor besonders effizient betrieben werden kann. Die Vorkommutierung kann beispielsweise in Abhängigkeit der am Stellglied anliegenden Last, der Drehgeschwindigkeit der Rotors, der Beschleunigung, und/oder der Form der Flyback-Pulse, welche aufgrund der Induktivitäten der Phasenwicklungen beim Abschalten einer Phase auftreten, bestimmt werden.
In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Elektromotor mit wenigstens einer Phasenwicklung, sowie mit einer Steuerschaltung zum Antreiben eines Stellgliedes. Die Steuerschaltung ist dazu eingerichtet ist, eine in den Phasenwicklungen induzierte Spannung oder einen Phasenstrom zu erfassen und aus der erfassten Spannung oder aus dem erfassten Phasenstrom eine Bewegung des Stellgliedes aufgrund einer auf das Stellglied wirkenden externen Kraft zu erkennen. Der Elektromotor kann beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, insbesondere ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor, oder ein Schrittmotor sein.
In bevorzugten Ausgestaltungen umfasst die Steuerschaltung des Elektromotors wenigstens einen Spannungskomparator zum Detektieren von Nulldurchgängen der induzierten Spannung, wobei die Steuerschaltung die Bewegung des Stellgliedes auf Basis der detektierten Nulldurchgänge erkennt.
Zum Detektieren der Nulldurchgänge der induzierten Spannung in den Phasenwicklungen können beispielsweise drei Spannungskomparatoren verschaltet sein. Die beiden Eingänge der Spannungskomparatoren können beispielsweise jeweils mit zwei verschiedenen Phasenwicklungen gekoppelt oder mit einer Phasenwicklung und einem Sternpunkt, beziehungsweise virtuellen Sternpunkt der Phasenwicklungen, verschaltet sein. Ein Ausgang der Spannungskomparatoren kann jeweils mit einem IO-Eingang eines Mikrocontrollers der Steuerschaltung gekoppelt sein. Somit können die Komparatorsignale von der Steuerschaltung ausgewertet und beispielsweise einem Steuer- oder Regelalgorithmus zugeführt werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerschaltung einen Analog-Digital-Wandler zum Detektieren der induzierten Spannung oder eines Phasenstroms umfassen, wobei die Steuerschaltung die Bewegung des Stellgliedes auf Basis der detektierten Spannung oder auf Basis des Phasenstroms erkennt. In anderen Ausgestaltungen kann der Phasenstrom auch mittels einer in der Brückenschaltung realisierten Strom-Spiegelschaltung erfasst werden.
In vorteilhaften Ausgestaltungen ist der Elektromotor zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Das Verfahren kann als Teil eines Computerprogramms, beispielsweise eines Betriebsprogramms/einer Firmware der Steuerschaltung ausgeführt werden. Insbesondere kann solch ein Programm in einem nichtflüchtigen Speicher eines Mikrocontrollers der Steuerschaltung gespeichert und von dem Mikrocontroller aufgerufen werden. Zum Ansteuern des Elektromotors kann der Mikrocontrollers über Steuerausgänge mit Halbleiterschaltern einer oder mehrerer Brückenschaltungen gekoppelt sein. Im Falle eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors kann beispielsweise eine B6-Brückenschaltung mit insgesamt sechs Halbleiterschalter vorgesehen sein. Wird das Verfahren hingegen zum Betrieben eines zweiphasigen Schrittmotors verwendet, können beispielsweise zwei Brückenschaltungen mit jeweils vier Halbleiterschalter vorgesehen sein.
Schließlich betrifft die Erfindung auch einen Stellantrieb, insbesondere einen Klappensteller, mit einem Elektromotor gemäß der Erfindung. Stellantriebe, welche beispielsweise zum Verstellen einer Klappe, einer Jalousie, oder eines linear verstellbares Stellglied ausgebildet sind, sind in unterschiedlichen Anwendungen zu finden. Beispielsweise können derartige Stellantriebe zum Verstellen einer Klappe oder einer Jalousie an einem Kraftfahrzeug oder in einer Industrieanwendung oder in gebäudetechnischen Verstellsystemen verwendet werden. Typischerweise umfassen solche Stellantriebe Elektromotoren, welche ein Drehmoment im Bereich von 0,1 Nm bis 20 Nm bereitstellen können. Ein Klappensteller eines Kraftfahrzeugs kann beispielsweise ein Nenndrehmoment im Bereich von 0,4 Nm bis 4 Nm bereitstellen. Der Stellantrieb kann dabei auch Teilnehmer eines Feldbusses sein, beispielsweise Teil eines LIN-Busses (Local Interconnect Network). Es kann daher auch vorgesehen sein, dass die Steuerschaltung Befehle oder Informationen des Bus-Systems empfangen und in der Ausführung des Verfahrens berücksichtigen kann.
Der Stellantrieb kann insbesondere auch ein Untersetzungsgetriebe umfassen. Ein derartiges Getriebe kann mehrere Getriebestufen umfassen und zum Beispiel eine Untersetzungsverhältnis zwischen dem Abtrieb des Elektromotors und dem Abtrieb des Stellantriebes im Bereich von 1:20 bis 1:2000, insbesondere im Bereich von 1:100 bis 1:1000, aufweisen. Der Elektromotor kann beispielsweise mit Drehzahlen Bereich von 500 s^-1 bis 20.000 s^-1 betrieben werden. Das Stellglied kann beispielsweise auf eine Drehzahl des Abtriebes des Stellantriebes im Bereich von 1 min^-1 bis 100 min^-1, insbesondere im Bereich von 2 min^-1 bis 30 min^-1, ausgelegt sein. Zum Erkennen der induzierten Spannungen kann beispielsweise eine Drehzahl des Elektromotors im Bereich von 200 min^-1 bis 800 min^-1 notwendig sein. Anderenfalls ist die Amplitude der induzierten Spannung zu gering, so dass diese, oder der entsprechende Phasenstrom, nicht sicher detektiert werden kann. Daher kann das Verfahren insbesondere bei Stellantrieben, deren Stellglied über ein Untersetzungsgetriebe von dem Elektromotor angetrieben wird, gut angewendet werden. Durch das Getriebe wird die äußere Kraft schnell eine hohe Drehzahl des Rotormagneten bewirken, wodurch relativ schnell die zur Erfassung der induzierten Spannung und/oder des Phasenstroms notwendigen Drehzahlen erreicht sind.
Figurenliste
Die Erfindung ist im Folgenden anhand verschiedener Beispiele mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei:

1 eine schematische Darstellung eines elektromotorisch angetriebenen Stellgliedes in Form einer Klappe zeigt, wobei der Elektromotor mit einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird;
2a und 2b jeweils eine weitere schematische Darstellung des elektromotorisch angetriebenen Stellgliedes aus 1, wobei der Elektromotor mittels einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird,
3 eine schematische Darstellung einer Steuerschaltung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der Erfindung; sowie
4 eine schematische Darstellung von Signalen von Spannungskomparatoren, welche entsprechend einem Verfahren gemäß der Erfindung zum Erkennen einer Bewegung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, Beispiele und Zeichnungen soll nur dazu dienen, die Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu veranschaulichen, und soll nicht so verstanden werden, dass sie den Schutzbereich einschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung soll vielmehr ausschließlich anhand der beigefügten Ansprüche ermittelt werden.
In der 1 ist ein Stellantrieb mit einem Stellglied 1 in Form einer Klappe dargestellt. Das Stellglied 1 wird von einem Elektromotor 3 angetrieben und kann um eine Drehachse 5 bewegt werden. Der Elektromotor wird nun zum Verstellen des Stellglieds 1 mit Hilfe eines Verfahrens gemäß der Erfindung betrieben. Im Beispiel der 1 ist eine sogenannt „push to run“-Funktion implementiert. Die Klappe 1 weist einen Öffnungswinkel α auf. In geschlossenem Zustand gilt somit α = 0°. Befindet sich die Klappe 1 nun einem geöffneten Zustand mit α > 0°, beispielsweise in einer vollständig geöffneten Position, kann es in manchen Anwendung vorkommen, dass eine äußere Kraft auf die Klappe 1 wirkt. Die vollständig geöffnete Position kann eine erste Endposition des Stellweges beschreiben, während die geschlossene Position mit α = 0° eine zweite Endposition des Verstellweges beschreiben kann. Das in der 1 gezeigte Stellglied 1 kann beispielsweise eine vollständig geöffnete Position im Bereich 90° ≤ α < 180° aufweisen. Wenn nun auf eine in der vollständig geöffneten Position, beispielsweise mit α = 90°, stehende Klappe 1 eine äußere Kraft in Richtung der Schließrichtung wirkt, kann diese Kraft zu einer Bewegung der Klappe 1 führen. Dadurch wird ein Rotormagnet des Elektromotors in Rotation versetzt und folglich eine Spannung in der oder den Phasenwicklungen des Elektromotors 3 induziert, welche einen Strom in den Phasenwicklungen bewirkt. Der Elektromotor 3 kann insbesondere auch ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor sein. Ferner kann der Elektromotor 2 eine Steuerschaltung 11 umfassen, wobei die Steuerschaltung 11 eine B6-Brückenschaltung mit sechs Halbleiterschaltern zum Bestromen der drei Phasenwicklungen aufweist. Befindet sich das Stellglied 1 in einer Ruheposition, beispielsweise in einer der Endpositionen, kann es vorgesehen sein, dass alle Halbleiterschalter geöffnet, also nicht-leitend geschaltet sind. Wird das Stellglied 1 nun durch die äußere Kraft in Schließrichtung bewegt, wird die Steuerschaltung 11 in einem ersten Verfahrensschritt die induzierte Spannung oder den daraus resultierend Strom erfassen. Dies kann beispielsweise mittels Spannungskomparatoren zum Erfassen der Nulldurchgänge der induzierten Spannung erfolgen. In einem weiteren Verfahrensschritt kann die Steuerschaltung 11 auf Basis der erfassten Spannung und/oder dem erfassten Phasenstrom eine Bewegung, beziehungsweise eine Bewegungsänderung, erkennen. Beispielsweise kann ein erfasster Nulldurchgang mit dem aktuellen Betriebszustand abgeglichen werden. Wird nun aufgrund des Betriebszustandes kein Nulldurchgang erwartet, kann daraus auf eine Bewegung des Stellgliedes 1 aufgrund einer äußeren Kraft geschlossen werden. Ebenso kann zur Erkennung der Bewegung/Bewegungsänderung der erfasste Phasenstrom mit dem Betriebszustand des Elektromotors 3 oder des Stellantriebes und/oder mit einem Erkennungs-Schwellwert verglichen werden. Wenn nun eine durch die äußere Kraft hervorgerufene Bewegung des Stellgliedes 1 erkannt wurde, wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Elektromotor 3 zum Verstellen des Stellgliedes 1 angesteuert. Vor dem Verstellen des Stellgliedes 1 kann nach dem Erkennen der Bewegung ein weiterer Verfahrensschritt zum Erkennen der Bewegungsrichtung ausgeführt werden. Ist zum Erkennen der Bewegung beispielsweise ein Erfassung der Nulldurchgänge der induzierten Spannung vorgesehen, kann die Abfolge der Nulldurchgänge ausgewertet werden und daraus die Bewegungsrichtung ermittelt werden. Somit kann der Elektromotor 1 in Abhängigkeit der zuvor ermittelten Bewegungsrichtung angesteuert werden. Im Beispiel der 1 kann dies insbesondere eine Bewegung der Klappe 1 in Schließrichtung sein. Die Stellbewegung kann beispielsweise nur solange ausgeführt werden, wie die äußere Kraft anliegt. Ebenso kann eine Verstellbewegung zu einer Zielposition, insbesondere zu einer Endposition des Verstellweges erfolgen. Beispielsweise kann das Anfahren der geschlossenen Position von einem Benutzer durch das Drücken der Klappe 1 in die Schließrichtung initiiert werden. Desweiteren kann dadurch eine Sicherheitsfunktion implementiert sein, welche den Stellantrieb, insbesondere die Anordnung aus Klappe 1, Elektromotor 3 und einem optionalen Getriebe, vor Beschädigungen schützt. Durch das Verfahren der Klappe 1 in Richtung der äußeren Kraft, wird die mechanische Beanspruchung minimiert. Alternativ oder zusätzlich zu dem erläuterten Beispiel kann auch eine Verstellbewegung entgegen der Schließrichtung initiiert werden, wenn eine äußere Kraft in diese Richtung, und folglich eine Bewegung des Stellgliedes 1 in diese Richtung, erkannt wird. In solchen Ausgestaltungen kann das Stellglied 1 beispielsweise von einer teilweise geöffneten Position der Klappe 1 in die vollständig geöffnete Endposition verstellt werden. Ebenso kann zum Schutz vor Beschädigungen, eine in der vollständig geöffneten Position stehende Klappe 1 über diese Endposition hinaus verfahren werden, so dass die auf die Klappe 1 wirkende Kraft reduziert wird.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist in den 2a und 2b gezeigt. Im Beispiel der 2a und 2b ist mit Hilfe des Verfahrens eine sogenannte „push to open“-Funktion in dem schematisch dargestellten Stellantrieb implementiert. Im gezeigten Beispiel ist es vorgesehen, dass ein Anwender eine in der 2a dargestellte geschlossene Klappe 1 in Schließrichtung, also über ihre vollständig geschlossene Position hinaus, drückt. Die durch das Drücken auf die Klappe 1 wirkende Kraft wird dies zu einer Bewegung der Klappe 1 führen und wiederum den Rotormagnet in Drehung versetzten. In einem ersten Verfahrensschritt kann nun wieder die dadurch induzierte Spannung und/oder der daraus resultierend Phasenstrom erfasst werden und in einem weiteren Verfahrensschritt zum Erkennen der Bewegung durch die Steuerschaltung 11 ausgewertet werden. Wiederum kann es vorgesehen sein, dass auch die Bewegungsrichtung der Bewegung bestimmt wird, beispielsweise über die Polarität des bewirkten Phasenstroms oder durch die Abfolge von Nulldurchgängen der induzierten Spannung. Wird eine Bewegung in Schließrichtung detektiert, kann die Steuerschaltung 11 einen Verfahrensschritt zum Anfahren einer Zielposition, beispielsweise einer vollständig geöffneten Stellung des Stellgliedes 1, ausführen. Das Anfahren der Zielposition ist in 2b dargestellt. Das Stellglied 1 wird dort von seiner hinter der Endposition des geschlossenen Zustands liegenden Stellung in Richtung der vollständig geöffneten Position verfahren. Der Verfahrwinkel β kann also größer, als der durch die beiden Endpositionen beschriebene nominelle, maximale Verfahrwinkel sein. Ebenso kann im Beispiel der 2a und 2b eine Bewegung entgegen der Schließrichtung erkannt werden. Solche eine Bewegung kann, ausgehend vom vollständig geschlossenen Zustand mit α = 0°, beispielsweise dann durch eine äußere Kraft bewirkt werden, wenn ein Anwender die Klappe 1 aufzieht. Wie im Beispiel der 1 kann dann Verstellen des Stellgliedes 1 in Richtung der erkannten Bewegung vorgenommen werden.
Der in den 1, sowie 2a und 2b gezeigte Stellantrieb sowie das Verfahren zum Betreiben des Stellantriebes kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug in Form einer Tankklappe oder in Form einer Ladeklappe zum Laden der Batterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs verwendet werden.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuerschaltung 11 zum Ansteuern eines als dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildeten Elektromotors 3. Die Steuerschaltung 11 ist insbesondere dazu ausgebildet, ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Betreiben eines Stellantriebes auszuführen und kann beispielsweise zum Betreiben eines in den 1 und 2a, 2b gezeigten Stellantriebes verwendet werden. Die Steuerschaltung 11 umfasst eine B6-Brückenschaltung mit insgesamt sechs Halbleiterschalter B1 bis B6, die beispielsweise als MOSFET-Schalter ausgebildet sein können. Die Halbleiterschalter B1 bis B6 werden durch einen Mikrocontroller 14 der Steuerschaltung 11 angesteuert. Durch Schließen (leitend-schalten) und öffnen (nichtleitendschalten) jeweils eines oberen Brückenschalter B1, B3, B5 und eines unteren Brückenschalter B2, B4, B6 können Phasenwicklungen U, V, W des von der Steuerschaltung 11 angesteuerten Elektromotors 3 bestromt, beziehungsweise von der Stromquelle getrennt, und der Elektromotor entsprechend kommutiert werden. Beispielsweise kann eine Sechs-Schritt-Kommutierung umgesetzt sein, in welcher jeweils zwei der drei Phasenwicklungen U, V, W bestromt sind. Die Halbleiterschalter B1 bis B6 können zusätzlich mit einer überlagerten Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert werden. Über den Tastgrad der PWM kann folglich das von dem Elektromotor 3 bewirkte Drehmoment und/oder eine Drehgeschwindigkeit des Rotors, beziehungsweise die Stellgeschwindigkeit eines damit gekoppelten Stellgliedes 1, eingestellt werden. In anderen Ausgestaltungen kann auch eine 12-Schritt-Kommutierung, in welcher abwechselnd jeweils zwei oder drei Phasen U, V, W des Elektromotors bestromt werden, vorgesehen sein. Die B6-Brückenschaltung wird über einen Pufferkondensator C aus einer Spannungsquelle mit einer Eingansspannung VBAT versorgt. Ferner ist die B6-Brückenschaltung über einen Widerstand R mit Masse GND verbunden. In der Figur ist auch eine beispielhafte Verschaltung eines Spannungskomparators 17 gezeigt, welcher drei Eingänge zum Verbinden mit jeweils einer Phasenwicklung, sowie einen Eingang zum Verbinden mit einem Fußpunkt der Brückenschaltung aufweist. Ein Ausgang des Spannungskomparators 17 ist mit einem Eingang des Mikrocontrollers 14 der Steuerschaltung 11 verbunden. Anstelle eines Spannungskomparators können ebenso drei separate Spannungskomparatoren 17 mit jeweils zwei Eingängen vorgesehen sein, wobei jeweils ein Eingang mit einer Phasenwicklung U. V. W gekoppelt ist. Prinzipiell können die Phasenwicklungen U, V, W des dreiphasigen BLDC-Motors in einer Sternschaltung oder einer Dreicksschaltung miteinander verschaltet sein. Der zweite Eingang der Spannungskomparatoren 17 kann somit prinzipiell, wie dargestellt, mit dem Fußpunkt, oder auch mit einer zweiten Phasenwicklung, oder mit einem Sternpunkt, beziehungsweise einem virtuellen Sternpunkt der Phasenwicklungen, gekoppelt sein.
In der 4 ist ein beispielhafter Ablauf des Verfahrens anhand der Auswertung von Nulldurchgangssignalen der BEMF durch Spannungskomparatoren 17 illustriert. Die Ausgangssignale der Spannungskomparatoren 17 werden beispielsweise über IO-Eingänge des Mikrocontrollers 14, der zum Ausführen des Verfahrens eingerichtet ist, zugeführt. Der Mikrocontroller 14 kann aus den Komparatorsignalen entsprechende Interrupts generieren, welche zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors 3 verwendet werden können. Die 2 zeigt nun die Komparatorsignale, deren Amplitude U_comp ein hohes oder ein niedriges Spannungsniveau annehmen kann. Wird ein Nulldurchgang durch einen Spannungskomparator 17 erfasst, kann über die steigende Flanke des Komparatorsignals ein Zeitpunkt tzc eines Nulldurchgang erfasst werden. In der 4 soll der Fall dargestellt werden, dass zuerst zwei Nulldurchgänge, ein erster Nulldurchgang ZC1 und ein zweiter Nulldurchgang ZC2, von dem Spannungskomparator 17 detektiert und folglich von der Steuerschaltung 11 erfasst werden. Somit kann die Steuerschaltung 11 eine Drehrichtung bestimmen. Im Beispiel wird daraufhin ferner ein dritter Nulldurchgang ZC3 erfasst, wobei die Steuerschaltung 11 überprüft, ob der dritte Nulldurchgang ZC3 der gleichen Drehrichtung zuzuordnen ist. Im Beispiel ist das Verfahren nun so ausgestaltet, dass nach dem Erkennen, dass alle drei Nulldurchgänge ZC1 bis ZC3 der gleichen Drehrichtung zuzuordnen sind, die durch die äußere Kraft bedingte Bewegung des Stellgliedes und die dadurch bewirkte Bewegungsrichtung des Stellgliedes als erkannt angesehen werden. Ferner kann die Steuerschaltung 11 jeweils einen zeitlichen Abstand Δt_ZC zwischen den erfassten Nulldurchgängen bestimmen. Aus den zeitlichen Abständen Δt_ZC kann auch auf eine Drehgeschwindigkeit des Rotors geschlossen werden. Ferner kann aus dem zeitlichen Abstand Δt_ZC der Nulldurchgänge ein Zeitpunkt zum Ausführen eines ersten Kommutierungsschrittes bestimmt werden.
Der Kommutierungsschritt kann beispielsweise zu einem sogenannten idealen Kommutierungzeitpunkt t_IC erfolgen, welcher exakt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen der BEMF liegt. Beispielsweise kann ausgehend von dem letzten erfassten Nulldurchgang ZC3 ein halber zeitliche Abstand Δt_ZC2,3/2 zwischen den Nulldurchgängen ZC2 und ZC3 zu dem Zeitpunkt des dritten Nulldurchgangs ZC3 hinzu addiert werden und somit ein erster Kommutierungszeitpunkt als idealer Kommutierungszeitpunkt t_IC bestimmt werden. Zusätzlich kann eine Vorkommutierung berücksichtigt werden, die beispielsweise in einem zeitlichen Bereich von 0 s bis Δt_ZC/2 liegen kann. Solche einer Vorkommutierung findet also vor dem idealen Kommutierungszeitpunkt t_IC statt. Im Beispiel ist eine Vorkommutierung der Größenordnung Δt_ZC2,3/8 gewählt, woraus sich ein Vorkommutierungszeitpunkt tpc ergibt.
Analog kann nun in einem zweiten Kommutierungsschritt ein zweiter Kommutierungszeitpunkt auf Grundlage eines zeitlichen Abstandes Δt_ZC3,4 zwischen den Nulldurchgängen ZC3 und ZC4 ermittelt werden. Ausgehend von dem Zeitpunkt tzc des vierten Nulldurchgangs ZC4 wird nun ein zweiter idealer Kommutierungszeitpunkt t_IC2 bestimmt. Zusätzlich kann wiederum eine Vorkommutierung berücksichtigt werden. Die Vorkommutierung des zweiten Kommutierungsschrittes kann insbesondere kleiner als die Vorkommutierung des ersten Kommutierungsschrittes gewählt werden. Im Beispiel der 4 wurde für den zweiten Kommutierungsschritt eine Vorkommutierung der Größenordnung Δt_ZC3,4/32 gewählt, woraus ein auf den vierten Nulldurchgang ZC4 folgender Vorkommutierungszeitpunkt t_PC2 festgelegt wird.
Der Elektromotor kann diesem Prinzip folgend weiter gemäß den folgenden Kommutierungsschritten ZC5, etc., beschleunigt werden, bis eine Solldrehzahl und/oder eine Zielposition des Stellgliedes 1 erreicht wurde. Insbesondere kann der Elektromotor 3 während der Beschleunigungsphase drehzahlgeregelt betrieben werden. Zusätzlich kann eine Strombegrenzung vorgesehen sein. Die Drehzahlregelung kann beispielsweise mittels der Modulation eines Tastgrades einer PWM erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Stellglied
3: Elektromotor
5: Drehachse
11: Steuerschaltung
14: Mikrocontroller
17: Spannungskomparator
B1 bis B6: Brückenschalter
C: Kondensator
FP: Fußpunkt
R: Widerstand
U, V, W: Phasenwicklungen
ZC1 bis ZC5: Nulldurchgänge der induzierten Spannung
α: Öffnungswinkel
β: Öffnungswinkel

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors (3), wobei der Elektromotor (3) zum Verstellen eines Stellgliedes 1 ausgebildet ist und wenigstens eine Phasenwicklung, sowie eine Steuerschaltung 11 umfasst, das Verfahren umfassend: - Erfassen einer in der Phasenwicklung induzierten Spannung und/oder eines Phasenstroms; - Erkennen einer Bewegung oder Bewegungsänderung des Stellgliedes (1) aufgrund einer externen mechanischen Kraft auf Basis der erfassten Spannung und/oder des erfassten Phasenstroms; - Ansteuern des Elektromotors (3) zum Verstellen des Stellgliedes (1), wenn eine Bewegung oder Bewegungsänderung des Stellgliedes (1) erkannt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung (11) wenigstens einen Spannungskomparator (17) zum Erfassen von Nulldurchgängen der induzierten Spannung umfasst, das Verfahren ferner umfassend: - Erfassen wenigstens zweier Nulldurchgänge der induzierten Spannung; - Bestimmen einer Bewegungsrichtung des Stellgliedes (1) auf Basis der erfassten Nulldurchgänge durch die Steuerschaltung (11); und - Ansteuern des Elektromotors (3), so dass das Stellglied (1) in der zuvor bestimmten Bewegungsrichtung verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung (11) wenigstens einen Spannungskomparator (17) zum Erfassen von Nulldurchgängen der induzierten Spannung umfasst, das Verfahren ferner umfassend: - Erfassen wenigstens zweier Nulldurchgänge der induzierten Spannung; - Bestimmen einer Bewegungsrichtung des Stellgliedes (1) auf Basis der erfassten Nulldurchgänge durch die Steuerschaltung (11); und - Ansteuern des Elektromotors (3), so dass das Stellglied (1) entgegen der zuvor bestimmten Bewegungsrichtung verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren vor dem Erfassen der in der Phasenwicklung induzierten Spannung und/oder des Phasenstroms folgende Verfahrensschritte umfasst: - Verfahren des Stellgliedes (1) zu einer Zielposition; und - Stoppen des Stellgliedes (1) bei der Zielposition.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Elektromotor (3) ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor ist, und wobei das Ansteuern des Elektromotors (3) zum Verstellen des Stellgliedes (1) die folgenden Verfahrensschritte umfasst: - Festlegen eines ersten Kommutierungszeitpunktes relativ zu einem idealen Kommutierungszeitpunkt auf Basis der erfassten Nulldurchgänge der induzierten Spannung, wobei der ideale Kommutierungszeitpunkt exakt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen der induzierten Spannung liegt; und - Bestromen von zwei der drei Phasenwicklungen des Elektromotors (3) in einem ersten Kommutierungsschritt derart, dass der erste Kommutierungsschritt eine Vorkommutierung darstellt, welche vor dem idealen Kommutierungszeitpunkt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Vorkommutierung 5° bis 30° Grad elektrisch vor dem idealen Kommutierungszeitpunkt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei für wenigstens zwei auf den ersten Kommutierungsschritt folgende Kommutierungsschritte der jeweilige Kommutierungszeitpunkt auf Basis der erfassten Nulldurchgänge der induzierten Spannung bestimmt wird, wobei die beiden auf den ersten Kommutierungsschritt folgenden Kommutierungsschritte eine kleinere Vorkommutierung als der erste Kommutierungsschritt aufweisen und/oder wobei der Kommutierungszeitpunkt sukzessive dem idealen Kommutierungszeitpunkt angenähert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Elektromotor (3) ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor oder ein zweiphasiger Schrittmotor ist und wobei die Steuerschaltung (11) Brückenschalter zum Bestromen der Phasenwicklungen umfasst, das Verfahren ferner umfassend: Öffnen aller Brückenschalter nach dem Stoppen des Stellgliedes (1) in der Zielposition.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das Verfahren zum Bestimmen der Bewegungsrichtung ferner umfasst: - Auswerten durch die Steuerschaltung (11), ob aufeinanderfolgende Nulldurchgänge derselben Bewegungsrichtung des Stellgliedes (1) zuzuordnen sind; - Bestimmen der Bewegungsrichtung des Stellgliedes (1) auf Basis der erfassten Nulldurchgänge durch die Steuerschaltung (11), wenn wenigstens 3 oder wenigstens 20 Nulldurchgänge derselben Bewegungsrichtung zuzuordnen sind.
Elektromotor mit wenigstens einer Phasenwicklung und einer Steuerschaltung 11 zum Antreiben eines Stellgliedes (1), wobei die Steuerschaltung (11) dazu eingerichtet ist, eine in den Phasenwicklungen induzierte Spannung oder einen Phasenstrom zu erfassen und aus der erfassten Spannung oder aus dem erfassten Phasenstrom eine Bewegung des Stellgliedes (1) aufgrund einer auf das Stellglied (1) wirkenden externen Kraft zu erkennen.
Elektromotor nach Anspruch 10, wobei die Steuerschaltung (11) wenigstens einen Spannungskomparator (17) zum Detektieren von Nulldurchgängen der induzierten Spannung umfasst, und wobei die Steuerschaltung (11) die Bewegung des Stellgliedes (1) auf Basis der detektierten Nulldurchgänge erkennt; und/oder wobei die Steuerschaltung 11 einen Analog-Digital-Wandler zum Detektieren der induzierten Spannung umfasst, und wobei die Steuerschaltung (11) die Bewegung des Stellgliedes (1) auf Basis der detektierten Spannung erkennt.
Elektromotor nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuerschaltung (11) dazu eingerichtet ist, eine durch die externe Kraft bewirkte Bewegungsrichtung des Stellgliedes (1) auf Basis der detektieren Nulldurchgänge der induzierten Spannung zu erkennen und den Elektromotor (3) derart anzusteuern, sodass das Stellglied (1) in Richtung der durch die externe Kraft bewirkten Bewegung verstellt wird.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Elektromotor (3) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
Stellantrieb mit einem Elektromotor (3) nach einem der Ansprüche 10 bis 13.
Stellantrieb nach Anspruch 14, wobei der Stellantrieb (1) ein Untersetzungsgetriebe umfasst, welches ein Untersetzungsverhältnis zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Untersetzgetriebes im Bereich von 1:100 bis 1:1000 aufweist.