DE102018127412A1 - Verfahren zur sensorlosen Positionsdetektion eines Motors mittels Löschung der magnetischen Vorgeschichte - Google Patents

Verfahren zur sensorlosen Positionsdetektion eines Motors mittels Löschung der magnetischen Vorgeschichte Download PDF

Info

Publication number
DE102018127412A1
DE102018127412A1 DE102018127412.2A DE102018127412A DE102018127412A1 DE 102018127412 A1 DE102018127412 A1 DE 102018127412A1 DE 102018127412 A DE102018127412 A DE 102018127412A DE 102018127412 A1 DE102018127412 A1 DE 102018127412A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pulse
motor
connection
measurement
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018127412.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Jörg Krupar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elmos Semiconductor SE
Original Assignee
Elmos Semiconductor SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elmos Semiconductor SE filed Critical Elmos Semiconductor SE
Priority to DE102018127412.2A priority Critical patent/DE102018127412A1/de
Publication of DE102018127412A1 publication Critical patent/DE102018127412A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sensorlosen Positionsdetektion eines Motors (M) mit einem magnetischen Kreis mit einer ersten, zweiten und dritten Motorwicklung (L, L, L) und einem ersten, zweiten und dritten Anschluss (u,v,w). Die Motorenwicklungen (L, L, L) sind in Stern- oder Dreiecksschaltung zwischen diesen drei Anschlüssen (u, v, w) verschaltet. In Sternschaltung weisen sie einen gemeinsamen Sternpunkt (Sp) auf. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bestromens des ersten, zweiten und dritten Anschlusses (u,v,w) mit jeweils einem ersten, zweiten und dritten Phasenstrom (I, I, I). Dabei hat der erste Phasenstrom (I) einen von OA verschiedenen ersten Stromwert (i) hat und der zweite Phasenstrom (I) einen zweiten Stromwert (i), der dem ersten Stromwert (i) betragsgleich ist und ein zu diesem verschiedenes Vorzeichen hat. Der dritte Stromwert (i) des dritten Phasenstromes (I) hat zu zumindest einem Messzeitpunkt (t) einen Wert i=0A. Es erfolgt eine Messung der zeitlichen Ableitung dl/dt des dritten Phasenstromes (I) eines Phasenstromes Izu dem Messzeitpunkt (t) und/oder der dritten Phasenspannung (U) am Abgriff eines induktiven Spannungsteiles, insbesondere dritten Anschluss (w) oder an einem ggf. im Falle einer Sternschaltung vorhandenen Sternpunkt (Sp). Das Verfahren zeichnet sich durch die gezielte Löschung der im Material des magnetischen Kreises des Motors gespeicherten Information der magnetischen Vorgeschichte vor Durchführung der Messung aus.

Description

  • Oberbegriff
  • Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur sensorlosen Positionsdetektion eines Motors (M).
  • Allgemeine Einleitung und Stand der Technik
  • In der Literatur ist inzwischen eine Mannigfaltigkeit an Verfahren zur Detektion der Rotorposition bei Motorstillstand oder bei niedrigen Drehzahlen zu finden. Alle basieren auf der Positions- und Stromabhängigkeit der Statorinduktivitäten. Diese Verfahren lassen sich grob in drei Gruppen einteilen:
    1. 1. Vermessung der Induktivitäten durch Stromanstiegsmessungen während der Einprägung von Spannungstestimpulsen(z.B. Schrödl, M. (1992). Sensorless Control of A.C. Machines. VDI, AT 408 591 B , AT 406 722 B , US 5028852 , US 5254914 , US 5 903 128 A , US 5 998 946 A , US 6 172 498 B1 , US 8 970 150 B2 , US 7 466 094 B2 , US 6 531 843 B2 , US 2012 / 0 181 963 A1 , US 2004 / 0 004 455 A1 , US 8 400 086 B2 , DE 103 11 028 B4 , u.A. basieren auf dieser Methode).Speziell die verschiedenen Patente unterscheiden sich letztendlich nur in der Art, wie der Stromanstieg gemessen wird (z.B. durch Δi-Messung, Δt-Messung und weitere Kombinationen davon).
    2. 2. Vermessung des induktiven Spannungsteilers durch Spannungsmessung an einer unbestromten Phase oder am Sternpunkt während an zwei anderen Phasen eine Spannung eingeprägt wird, US 6 441 572 , AT 508 854 , US 9197144 , DE 10 2012 008 882 , DE 10 2016 102 32 , US 2007 / 0 031 131 , DE 10 2007 063 386 .
    3. 3. Einspeisung eines HF-Kleinsignals und Impedanzmessung (Zhang, 2013). Hier gibt es noch weitere Veröffentlichungen.
  • Die bisherigen Untersuchungen wurden an Gruppe 2 durchgeführt. Es ist davon auszugehen, dass die Ergebnisse auch auf die Gruppe 1 in entsprechender Form zutreffen. Gruppe 3 liegt wegen des mit der HF-Einspeisung erhöhten Analogaufwands nicht im Fokus dieses Vorschlags. Aus Gründen, die im nächsten Abschnitt in der Ursachenerklärung folgen, wird davon ausgegangen, dass diese Gruppe unempfindlich gegenüber der magnetischen Vorgeschichte ist.
  • Bei den Untersuchungen im Rahmen der Ausarbeitung der vorliegenden Erfindung wurde beobachtet, dass bei den Messungen an 2 Spannungspulsen mit entgegengesetzter Polarität der erste Puls oft größere Abweichungen hatte. Das führte dazu, dass die ausgewertete Spannungsdifferenz bei manchen Motoren an verschiedenen Phasen einen Offset hatte, siehe hierzu auch 1.
  • Figur 1
  • In der 1 ist der Verlauf der Spannungsdifferenzenmessung entsprechend der Schrift AT 508 854 gemessen über eine elektrische Feldumdrehung an einem Motor dargestellt. Die Phasen (=Anschlüsse) des Motors sind mit den kleinen Buchstaben u, v und w bezeichnet. Die gemessene Spannungsdifferenz an der W-Phase zwischen dem Potenzial bei positiver Ansteuerung der U-Phase und negativer Ansteuerung der V-Phase Uw(Uu=+,Uv=-) einerseits und dem Potenzial bei negativer Ansteuerung der U-Phase und positiver Ansteuerung der V-Phase Uw(Uu=-,Uv=+) andererseits ist mit „uv difference“ englisch bezeichnet. Usw. Die gemessene Spannungsdifferenz an der V-Phase zwischen dem Potenzial bei positiver Ansteuerung der U-Phase und negativer Ansteuerung der W-Phase Uv(Uu=+,Uw=-) einerseits und dem Potenzial bei negativer Ansteuerung der U-Phase und positiver Ansteuerung der W-Phase Uv(Uu=-,Uw=+) andererseits ist mit „uw difference“ englisch bezeichnet. Die gemessene Spannungsdifferenz an der U-Phase zwischen dem Potenzial bei positiver Ansteuerung der W-Phase und negativer Ansteuerung der V-Phase Uu(Uw=+,Uv=-) einerseits und dem Potenzial bei negativer Ansteuerung der W-Phase und positiver Ansteuerung der V-Phase Uu(Uw=-,Uv=+) andererseits ist mit „vw difference“ englisch bezeichnet. Die x-Achse wird durch den elektrischen Winkel φ dargestellt. Es ist klar erkennbar, dass die Maxima der Spannungsdifferenzen nicht auf gleicher Höhe liegen. Sie sind um mehr oder weniger konstante Spannungswerte (Offset) zueinander verschoben. Der Offset führt zu Abweichungen in der Winkelberechnung, die im Aktuatorbetrieb zu Drehmomentfehlern und damit zu einer unruhigen Positionierung und Geräuschen führen können.
  • Weiterhin kommt es zu Abweichungen bei der Spannungsanstiegsmessung, die zur Nord-Süd-Detektion benötigt wird.
  • Figuren 2 und 3
  • Die oben angesprochenen Abweichungen sind in 2 und 3 dargestellt. In der Regel ist dort ebenfalls ein Offset zu beobachten. Es wurden jedoch auch schon qualitativ unterschiedliches Verhalten, wie teilweise entgegengesetzte Anstiege beobachtet. Die Nord-Süd-Detektion wird benötigt, um das Drehmoment in die korrekte Richtung aufbauen zu können.
  • Da sowohl die Verfahren nach Gruppe 1 als auch diejenigen nach Gruppe 2 auf der Messung von Induktivitäten bei Einspeisung von Spannungstestpulsen basieren, wird davon ausgegangen, dass auch die Verfahren nach Gruppe 1 ein derartiges Problem bei bestimmten Motoren haben.
  • Figur 4
  • 4 zeigt die bekannte Grenzschleife eines geeigneten Werkstoffs für den Wicklungskern des Motors (M). Die Ableitung dB/dH=µ ist proportional zur gemessenen Induktivität, wenn mit diesem Material eine Spule gebaut wird. Wird das Material magnetisch ausgesteuert, wie dies in einer PMSM einerseits durch den Magneten und andererseits durch den Motorstrom geschieht, so bewegt sich der magnetische Arbeitspunkt irgendwo im Inneren einer solchen Grenzschleife. Interessant ist an dieser Stelle auch die gestrichelt eingezeichnete Neukurve.
  • Bereits an dieser 4 ist erkennbar, dass das Differential dB/dH keine eindeutige Funktion von B oder H ist. Das gleiche gilt somit auch für die am Motor gemessenen Induktivitäten. Sie sind nicht nur abhängig vom momentanen Arbeitspunkt, sondern auch vom Weg zu diesem Arbeitspunkt und damit von der magnetischen Vorgeschichte.
  • In der Literatur sind verschiedene magnetische Effekte beschrieben, die entlang einer solchen magnetischen Kennlinie abhängig vom Kennlinienabschnitt dominant sind.
  • Figur 5
  • 5 stellt oben schematisch eine Blochwandverschiebung zwischen Weißschen Bezirken dar. Unten ist ein Energieschema dargestellt, an dem sich verschiedene Effekte entlang der B-H-Kurve erklären lassen. Startet man z.B. an einer Neukurve im Punkt H=0, liegt man im Energieschema in einem Minimum, z.B. im Minimum 3.
  • Eine geringe Aussteuerung um dieses Minimum herum führt dazu, dass man sich nach dem Verschwinden der Aussteuerung wieder in diesem Minimum befindet. Innerhalb dieses Bereiches spricht (Heck, 1975) von einer reversiblen Blochwandverschiebung. In diesem Intervall wird eine relativ große Energie für eine relativ geringe Ummagnetisierung benötigt. Um dieses Gebiet herum ist µ demzufolge gering.
  • Steuert man das Material etwas weiter aus, so überschreitet man das nächste lokale Maximum, z.B. Punkt 2. Nach dem Verschwinden der Aussteuerung liegt man im benachbarten lokalen Minimum, 1. Hier spricht (Heck, 1975) von einer irreversiblen Blochwandverschiebung. Bei einer solchen Aussteuerung ist µ und damit die gemessene Induktivität größer als im Fall der reversiblen Blochwandverschiebung.
  • Eine noch größere Aussteuerung führt dazu, dass ein oder mehrere Weißsche Bezirke kippen. In der Literatur wird dieser Effekt auch als Barkhausensprung bezeichnet. Im Energieschema entspricht dies dem Verlassen des dargestellten Bereichs. Bei diesem Effekt ist µ und damit die Induktivität am größten.
  • Je nachdem, ob man einen bestimmten magnetischen Arbeitspunkt vom Bereich niedriger oder hoher magnetischer Feldstärken aus erreicht hat, wird man also ein unterschiedliches µ und bezogen auf den Motor eine unterschiedliche Induktivität feststellen können. Bezogen auf den Motor bedeutet dies weiterhin, dass es bei der herkömmlichen Stillstandspositionsdetektion nach einer der Gruppen 1 oder 2 einen Unterschied in der gemessenen Induktivität macht, ob man einen bestimmten Rotorwinkel aus der einen oder der anderen Richtung aus erreicht hat. Dadurch macht es einen Unterschied in der gemessenen Induktivität, ob der eingespeiste Testimpuls den Motorstrom „weiter in Richtung seiner bisherigen Veränderung verschiebt“ oder dieser entgegenwirkt.
  • Figur 6
  • Übersetzt in die B-H-Kennlinie ist dieser Effekt in 6 dargestellt. Das Blech einer Phase des Motors sei durch seine Bewegung und anwendungsbezogene Bestromung entlang der Grenzkurve bis zum Berührungspunkt mit der Teilkurve 2 gekommen. Misst man nun mit einem oder mehreren sehr kurzen Pulsen mittels eines sehr kleinen ΔH, so hat das Vorzeichen einen erheblichen Einfluss auf die gemessene Induktivität.
  • Figur 7
  • 7 zeigt zum besseren Verständnis nochmals eine Ausschnittvergrößerung in dem Bereich um den genannten Arbeitspunkt aus 6. In 6 ist die relevante Teilkurve besonders fett eingezeichnet. Verursacht ein erster Messpuls ΔB1 eine geringe negative Aussteuerung ΔH1 , so wird eine sehr große Induktivität gemessen. Verursacht ein zweiter Messpuls ΔB2 eine geringe positive Aussteuerung ΔH2 , so wird eine deutlich geringere Induktivität gemessen. Der zweite Messpuls ΔB2 verursacht genau eine Richtungsumkehrung der Magnetisierung. Beim ersten Messpuls ΔB1 sind Barkhausensprünge dominant, beim zweiten Messpuls ΔB2 sind die reversiblen Blochwandverschiebungen dominant.
  • Mit einer Testpulsfolge
    1. a) erster Messpuls ΔB1
    2. b) gefolgt vom zweiten Messpuls ΔB2
    würde man also mit dem ersten Messpuls ΔB1 eine große relative Induktivität feststellen und mit dem zweiten Messpuls ΔB2 eine kleine relative Induktivität feststellen.
  • Mit einer Testpulsfolge
    1. a) zweiter Messpuls ΔB2
    2. b) gefolgt vom ersten Messpuls ΔB1
    würde hingegen bei beiden Messpulsen (ΔB1 ;ΔB2 ) etwa die gleiche, kleine Induktivität gemessen.
  • Die Messung verursacht eine zweimalige Richtungsumkehr der Magnetisierung. Jede Richtungsumkehr ist damit verbunden, dass eine geringe magnetische Aussteuerung nach der Richtungsumkehr zunächst nur reversible Blochwandverschiebungen verursacht.
  • Wieder anders würde sich das Ergebnis darstellen, wenn man in 6 eine entgegengesetzte äußere Arbeitspunktverschiebung vor der Messung hätte.
  • Da bei der initialen Positionsdetektion vorerst nicht nur die Magnetisierung, sondern erst recht die Vorgeschichte der Magnetisierung unbekannt ist, lassen sich daraus auch keine Erkenntnisse über eine optimale Impulsfolge gewinnen und die Verfahren der Gruppen 1 und 2 leiden folglich an einer entsprechenden Ungenauigkeit, die stark vom Motoraufbau abhängt.
  • Gruppe 3 wird vom Autor als robuster angesehen, da die HF-Einspeisung eine ständige Ummagnetisierung bewirkt, so dass hier nach wenigen HF-Perioden für beide Halbperioden gleiche Induktivitäten zu erwarten sind. Wegen des aufwändigeren Aufbaus und der dort fehlenden Nord-/Süd-Detektion ist hier jedoch eine Lösung für die Gruppen 1 und 2 gesucht.
  • Aufgabe
  • Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen die die obigen Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Lösung der Aufgabe
  • Die erfindungsgemäße Lösung des Problems gestaltet sich in der Umsetzung recht einfach nachdem sie erst einmal erkannt wurde.
  • Als erfindungsgemäßes Grundprinzip wurde erkannt, dass dafür Sorge getragen werden muss, dass alle Teilmessungen stets nur Testimpulse verwenden, die wenigstens an ihrem Anfang ausschließlich reversible Blochwandverschiebungen erzeugen. Barkhausensprünge müssen vermieden werden, da diese zu den oben beschriebenen Nachteilen führen.
  • Dies wird erreicht, indem man sicherstellt, dass jeder einzelne Testpuls die Richtung der Magnetisierung umkehrt.
  • Basisverfahren
  • Dies erreicht man wiederum, indem man in den Verfahren nach Gruppe 2 statt den jeweils 2 Testpulsen pro Phase nun 3 Testpulse erzeugt, von denen man aber im Gegensatz zum Stand der Technik nur die jeweils letzten 2 Testpulse auswertet. Der erste Testpuls, der Initialisierungstestpuls, dient dabei zur Sicherstellung eines wohldefinierten Zustands vor Durchführung der eigentlichen Messung mittels der zwei letzten Testpulse, dem ersten Messtestpuls und dem zweiten Messtestpuls. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass bevorzugt der erste Messtestpuls dem nachfolgenden zweiten Messtestpuls entgegengerichtet ist. Der Initialisierungstestpuls ist bevorzugt dem nachfolgenden ersten Messtestpuls entgegengerichtet.
  • Beispiel
  • In diesem Beispiel geben die Zeichen „+“ und „-“ eine Richtung des jeweiligen Testpulses an.
  • D.h. aus einer bisherigen Testpulsfolge +- gemäß dem Stand der Technik wird nun erfindungsgemäß die beispielhafte Testpulsfolge -+- und aus einer bisherigen Testpulsfolge -+ wird die beispielhafte Testpulsfolge +-+. Vorzugsweise wählt man die Pulsdauer so aus, dass alle drei Messpulse zeitlich gleich lang sind, so dass letztlich ΔH für alle Messpulse den gleichen Betrag hat.
  • Drehmomentneutralisierung Variante 1)
  • Es ist typischerweise für die Anwendung von Bedeutung, dass die Testpulsfolge möglichst kein resultierendes Drehmoment erzeugt. Dies wäre aber bei alleiniger Anwendung des Basisverfahrens bezogen auf eine Testpulsfolge der Fall. Bei Anwendung des Basisverfahrens muss daher die auf eine Testpulsfolge folgende zweite Testpulsfolge invertiert beginnen, um das resultierende Drehmoment zu neutralisieren. Komplexere Neutralisierungsschemata sind denkbar. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es sinnvoll ist, dass man statt drei Testpulsen vier aufeinanderfolgende Testpulse generiert. Dann findet die Drehmomentneutralisierung bereits innerhalb einer Testpulsfolge statt. Dies kann z.B. mit der Testpulsfolge +-+- oder -+-+ erfolgen. Dabei ist wiederum der erste Testpuls der Initialisierungstestpuls und als solcher nicht zu vermessen. Welche der restlichen drei Testpulse dieser vierer Pulsfolge zur Messung auch als Messpulse genutzt werden bleibt dem Anwender überlassen. Der erste Messpuls sollte aber wieder dem zweiten Messpuls bevorzugt entgegengerichtet sein. Ein komplettes Auslöschen des resultierenden Drehmoments wird jedoch nie sicher gelingen, da der erste Puls der Folge dem Fall ΔH1 oder ΔH2 in 7 entsprechen kann, ohne dass dies vorher bekannt ist. Die Anzahl der Testpulse kann in einer Testpulsfolge um n*2 Testpulse, also n Testpulspaare, erhöht werden. Dabei sind die Testpulse eines Testpulspaares bevorzugt immer einander entgegengerichtet. Im einfachsten Fall umfasst die Testpulsfolge also vier Testpulse: Einen vorweggehenden Intialisierungstestpuls, und drei nachfolgende Testpulse, also den ersten Messpuls, den zweiten Messpuls und einen Drehmomentneutralisationspuls zur Neutralisierung des Drehmoments des Initialisierungstestpulses.
  • Angepasster Drehmomentneutralisationspuls
  • Für eine noch bessere Auslöschung des resultierenden Drehmoments könnte man den ersten Testpuls, also den Initialisierungstestpuls, vermessen, die Messergebnisse der Messpulse 2 und 3 zur Rotorpositionsdetektion nutzen und die Ergebnisse der Messungen 1 und 2 nutzen, um die Dauer des Drehmomentneutralisationspulses dann so zu berechnen, dass dieser die Wirkung des ersten Testpulses 1 möglichst vollständig aufhebt. Im vorliegenden Fall wurden experimentell an einem Prototypen Werte ermittelt und in einer Look-Up-Tabelle abgelegt und zur Nutzung durch die Motorsteuerung bereitgehalten. Diese wurden dann in der Fertigung eingesetzt. Natürlich sind auch algorithmische Berechnungen, beispielsweise durch Näherungsformeln denkbar.
  • Ergebnis
  • Die 8 bis 13 zeigen den Vergleich Stand der Technik (gerade Figurennummer) / erfindungsgemäß (ungerade Figurennummer) bei Anwendung der beschriebenen Erweiterung. Dem Leser wird empfohlen die entsprechenden 8 bis 13 nebeneinander paarweise anzuordnen, um den Unterschied erkennen zu können. Es ist davon auszugehen, dass bei den Verfahren nach Gruppe 1 eine ähnliche Verbesserung erreichbar ist, da auch dort die Induktivität gemessen wird. Die Messungen zu den 9, 11 und 13 mit einer Verfahrenserweiterung entsprechend dem hier vorgelegten Vorschlag wurden mit jeweils vier Pulsen durchgeführt.
  • Drehmomentneutralisierung Variante 2)
  • Anstelle einer Viererpulsfolge kann auch eine modifizierte Dreierpulsfolge verwendet werden, bei der der mittlere Puls die doppelte Länge der beiden äußeren Pulse hat. Die entsprechenden Messungen zur Positionsbestimmung werden dann im ersten Abschnitt des zweiten Pulses sowie am dritten Puls durchgeführt. Auch hier kann wie bei der Vierpulsfolge nur eine ungefähre Auslöschung des resultierenden Drehmoments erreicht werden. Rein messtechnisch ergibt sich bei Variante 2) der Vorteil, dass das Material während der Messungen in beide Richtungen um den ursprünglichen Arbeitspunkt herum ausgesteuert wird. Dadurch wird ein besserer Störsignalabstand bei der Nord-/Süd-Detektion erreicht.
  • Merkmale der Erfindung
  • Es wird hier also erfindungsgemäß ein Verfahren zur sensorlosen Positionsdetektion eines Motors (M) vorgeschlagen. Der Motor (M) weist dabei einen magnetischen Kreis mit einer ersten Motorwicklung (L1 ), einer zweiten Motorwicklung (L2 ) und einer dritten Motorwicklung (L3 ) auf. Der Motor (M) besitzt dabei einen ersten Anschluss (u), einen zweiten Anschluss (v) und einen dritten Anschluss (w). Die Motorenwicklungen (L1 , L2 , L3 ) sind bevorzugt in Stern- oder Dreiecksschaltung zwischen diesen drei Anschlüssen (u, v, w) verschaltet. Bei einer Verschaltung der Motorenwicklungen (L1 , L2 , L3 ) in Form einer Sternschaltung weist der Motor (M) einen gemeinsamen Sternpunkt (Sp) auf. Das erfindungsgemäße Verfahren für einen solchen Motor (M) umfasst die Schritte des Bestromens des ersten Anschlusses (u) mit einem ersten Phasenstrom (I1 ) und des Bestromens des zweiten Anschlusses (v) mit einem zweiten Phasenstrom (I2 ) und des Bestromens des dritten Anschlusses (w) mit einem dritten Phasenstrom (I3 ). Dabei hat der erste Phasenstrom (I1 ) einen von OA verschiedenen ersten Stromwert (i1 ). Der zweite Phasenstrom (I2 ) besitzt dabei einen zweiten Stromwert (i2 ), der dem ersten Stromwert (i1 ) betragsgleich ist und ein zu diesem entgegengesetztes Vorzeichen hat.
  • Das Bestromen des ersten Anschlusses (u) mit einem ersten Phasenstrom (I1 ) und das Bestromen des zweiten Anschlusses (v) mit einem zweiten Phasenstrom (I2 ) und das Bestromen des dritten Anschlusses (w) mit einem dritten Phasenstrom (I3 ) können ggf durch das Anlegen einer jeweils geeigneten Spannung an die entsprechenden Anschlüsse erzielt werden. Es kann sich also jeweils auch um die Beaufschlagung mit einer Spannung handeln, wodurch sich dann die betreffende Bestromung als Effekt ergibt.
  • Bevorzugt werden im Sinne dieser Offenlegung die Vorzeichen der Stromwerte so gewählt, dass in den jeweiligen Motoranschluss (u, v, w) hineinfließende und dem jeweiligen Motoranschluss (u,v,w) zugehörige Phasenströme (I1 , I2 , I3 ) einen jeweils zugehörigen positiven Stromwert (i1 , i2 , i3 ) besitzen, während aus dem jeweiligen Motoranschluss (u, v, w) herausfließende und dem jeweiligen Motoranschluss (u,v,w) zugehörige Phasenströme (I1 , I2 , I3 ) einen jeweils zugehörigen negativen Stromwert (i1 , i2 , i3 ) besitzen. Die Summe des ersten Stromwerts (i1 ) und des zweiten Stromwerts (i2 ) sind also zu dem Zeitpunkt der Messung bevorzugt Null oder nahe Null. Dabei sei mit nahe Null der Bereich um +/- 10% des Amplitudenwertes des jeweiligen Stromes gemeint. Die Messung findet nicht in dieser Form statt, wenn der dritte Stromwert (i3 ) des dritten Phasenstromes (I3 ) zu zumindest dem Messzeitpunkt (tm ) keinen Wert nahe i3=0A hat. Nahe heißt hier wieder +/-10% des Amplitudenwertes des dritten Phasenstromes I3 , besser +/-5% des Amplitudenwertes des dritten Phasenstromes I3 , besser +/-2% des Amplitudenwertes des dritten Phasenstromes I3 , besser +/-1% des Amplitudenwertes des dritten Phasenstromes I3 . Zu anderen Zeitpunkten kann eine analoge Messung für den ersten Motor-Anschluss (u) bzw. den zweiten Motoranschluss (v) ebenfalls durchgeführt werden. In diesen Fällen tauschen die Anschlüsse ihre Rollen so, dass der betreffende stromlose Anschluss die Rolle des dritten Anschlusses (w) übernimmt und die anderen beiden Anschlüsse die Rollen des ersten Anschlusses (u) und des zweiten Anschlusses (v) in analoger Weise übernehmen. Außerdem kann die Stromrichtung des ersten Phasenstromes gegenüber dem zweiten Phasenstrom gedreht werden. Die Ansprüche sollen daher auch Messungen mit anderen Konfigurationen umfassen, wenn diese nach Umbenennung der Anschlüsse während einer Umdrehung die Merkmale von einem oder mehreren der Ansprüche umfassen.
  • Das vorgeschlagene Verfahren umfasst darüber hinaus einen Schritt der Messung der zeitlichen Ableitung dl3/dt des dritten Phasenstromes (I3 ) eines Phasenstromes IP zu dem Messzeitpunkt (tm ) und/oder der dritten Phasenspannung (U3 ) am Abgriff eines induktiven Spannungsteiles, insbesondere dritten Anschluss (A3 ) oder an einem ggf. im Falle einer Sternschaltung vorhandenen Sternpunkt (Sp). Das Verfahren ist gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Schritt, der aus Teilschritten bestehen kann, bei dem eine Löschung der im Material des magnetischen Kreises des Motors gespeicherten Information der magnetischen Vorgeschichte vor Durchführung der Messung durchgeführt wird.
  • Diese Löschung hat den Vorteil, dass der gemessene Induktivitätswert, dann nicht mehr von der Vorgeschichte der Drehbewegung und Ansteuerung des Motors (M) abhängt und die Regelfehler dadurch reduziert werden.
  • Für eine solche Löschung kommen verschiedene Verfahren in Frage:
    • Als Erstes ist es möglich durch das Anlegen eines Löschpuls, der zur Voransteuerung entgegengesetzt mit einer ersten Polarisierung polarisiert ist, an einen oder mehrere der Anschlüsse (u,v,w) vor dem Anlegen eines zum Löschpuls entgegengesetzt mit einer zweiten Polarisierung polarisierten ersten Messpulses das magnetische Material in einen definierten Ausgangszustand zu bringen, also quasi einen Material-Reset durchzuführen und dadurch die Ausgangslage zu verbessern. Polarisierung meint hierbei das Vorzeichen des Stromwertes eines der Phasenströme, die während der Messung von OA verschieden sind. Eine erste Polarisierung entspricht dabei einem ersten Vorzeichen des Stromwertes und eine zweite Polarisierung entspricht dabei einem zweiten Vorzeichen des Stromwertes, das dem ersten Vorzeichen entgegengesetzt ist.
  • Als weitere Verfeinerung ist es möglich, den oben beschriebenen Neukurven-Effekt von Barkhausensprüngen durch das Anlegen eines zum ersten Messpuls entgegengesetzt polarisierten zweiten Messpulses mit erster Polarisation an den einen Anschluss oder die mehreren Anschlüsse (u,v,w) nach dem Anlegen des ersten Messpulses mit zweiter Polarisierung an den einen Anschluss oder die mehreren Anschlüsse (u,v,w) zu vermeiden. Der Löschpuls ist in seiner Polarisierung also bevorzugt immer zu der Vorbestromung entgegengesetzt, sofern sie denn bekannt ist. Der erste Messpuls ist in seiner Polarisierung also bevorzugt immer zu dem Löschpulses, entgegengesetzt. Der zweite Messpuls ist in seiner Polarisierung also bevorzugt immer zu dem ersten Messpuls entgegengesetzt. Ein ggf. noch zusätzlich verwendeter Drehmomentneutralisationspuls ist in seiner Polarisierung also bevorzugt immer zu dem Löschpuls entgegengesetzt.
  • Eine weitere Verfeinerung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass nach dem Anlegen eines Löschpulses mit einer ersten Polarisation an den Anschluss oder die mehreren Anschlüsse (A1 , A2 , A3 ) und nach dem darauffolgenden Anlegen eines ersten Messpulses mit einer zweiten Polarisation an diesen Anschluss oder diese mehreren Anschlüsse (A1 , A2 , A3 ) und nach dem darauffolgenden Anlegen eines zweiten Messpulses mit einer ersten Polarisation an diesen einen Anschluss oder diese mehreren Anschlüsse (A1 , A2 , A3 ) nun zusätzlich ein Drehmomentneutralisationspuls mit einer zweiten Polarisation an diesen Anschluss oder diese mehreren Anschlüsse (A1 , A2 , A3 ) angelegt wird, wobei die erste Polarisation der zweiten Polarisation entgegengesetzt ist.
  • In einer Variante des Verfahrens wird die Stärke des Drehmomentneutralisationspulses in Amplitude oder Dauer optimiert, um eine optimale Neutralisation der parasitären Messeffekte zu erzielen. In dem Fall hängt die Stärke und/oder Dauer des Drehmomentneutralisationspulses von Messwerten ab, die mit Hilfe des Löschpulses und/oder des ersten Messpulses und/oder des zweiten Messpulses oder mit Hilfe solcher Pulse, also von Löschpulsen und/oder von ersten Messpulsen und/oder von zweiten Messpulsen, zu anderen Messzeitpunkten gewonnen wurden. Es werden also ggf. nicht die unmittelbar zuvor ermittelten Messwerte genutzt. Vielmehr ist es beispielsweise sinnvoll, die ermittelten Messwerte über mehrere Messkampagnen hinweg zu filtern und beispielsweise aus Mittelwerten brauchbare Vorgaben für Amplitude und Dauer des Drehmomentneutralisationspulses zu ermitteln.
  • In einer anderen Variante wird der erste Messpuls zeitlich gegenüber der zeitlichen Länge des Löschpulses und/oder der zeitlichen Länge des zweiten Messpulses verlängert., um beispielsweise Asymmetrien auszugleichen.
  • In einer andere Variante erfolgt anstelle der Spannungsmessung eine Stromanstiegsmessung der jeweils bestromten Phasen.
  • In einer letzten Variante werden alle Phasen bestromt und währenddessen wird zumindest der Stromanstieg entweder des Gesamtstroms oder zumindest einer bestromten Phase gemessen.
  • Figurenliste
    • 1 1 zeigt die Differenz aus zwei Spannungspulsmessungen mit entgegengesetzter Polarität für die drei Motorphasen in ADC LSB des Analog-zu-Digitalwandlers (ADC) gemessen in Abhängigkeit von dem Winkel der elektrischen Umdrehung φ.
    • 2 2 zeigt den Anstieg der gemessenen Spannung an der nicht bestromten Phase.
    • 3 3 zeigt den Anstieg der gemessenen Spannung an der nicht bestromten Phase, wobei hier für diese Messung ein anderer Motor verwendet wurde.
    • 4 4 zeigt die Grenzschleife (d.h. die äußerste Hystereseschleife) eines magnetischen Materials gemäß (Heck 1975).
    • 5 5 zeigt eine Blochwandverschiebung und eine energetische Darstellung nach (Heck 1975).
    • 6 6 zeigt die Verhältnisse bei einer Teilmagnetisierung, (Boll 1990) entnommen.
    • 7 7 zeigt einen Zoom in den Übergang zwischen Grenzkennlinie und Teilkurve 2 aus 6.
    • 8 8 zeigt die Verhältnisse an einem induktiven Spannungsteiler entsprechend dem Stand der Technik.
    • 9 9 zeigt die Verhältnisse an einem induktiven Spannungsteiler entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren.
    • 10 10 zeigt gemessene Anstiege entsprechend dem Stand der Technik.
    • 11 11 zeigt gemessene Anstiege entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren.
    • 12 12 zeigt gemessene Anstiege des anderen Motors entsprechend dem Stand der Technik.
    • 13 13 zeigt gemessene Anstiege des anderen Motors entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren.
    • 14 14 zeigt einen beispielhaften Stromverlauf für die verschiedenen Pulse.
    • 15 15 zeigt einen beispielhaften Stromverlauf mit einem zeitlich verlängerten Puls.
  • Beschreibung der Figuren
  • Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele. Die konkreten Spannungs- und Stromverläufe können aufgrund von Parameterschwankungen der Motorparameter z.T. erheblich abweichen. Insofern sind die Figuren nur als Beispiele zu verstehen.
  • Figur 1
  • 1 zeigt die Differenz aus zwei Spannungspulsmessungen mit entgegengesetzter Polarität für die drei Motorphasen in ADC LSB des Analog-zu-Digitalwandlers (ADC) gemessen in Abhängigkeit von dem Winkel φ über eine elektrische Umdrehung. In der 1 wird ein beispielhafter gemessener Verlauf der Spannungsdifferenzenmessung entsprechend der AT 508 854 gemessen über eine elektrische Feldumdrehung an einem Motor in Abhängigkeit vom Drehwinkel φ dargestellt. Die Phasen (=Anschlüsse) des Motors sind mit den kleinen Buchstaben u, v und w bezeichnet.
  • Die gemessene Spannungsdifferenz an der W-Phase zwischen dem Potenzial bei positiver Ansteuerung der U-Phase und negativer Ansteuerung der V-Phase Uw(Uu=+,Uv=-) einerseits und dem Potenzial bei negativer Ansteuerung der U-Phase und positiver Ansteuerung der V-Phase Uw(Uu=-,Uv=+) andererseits ist mit „uv difference“ englisch bezeichnet. Usw. Die gemessene Spannungsdifferenz an der V-Phase zwischen dem Potenzial bei positiver Ansteuerung der U-Phase und negativer Ansteuerung der W-Phase Uv(Uu=+,Uw=-) einerseits und dem Potenzial bei negativer Ansteuerung der U-Phase und positiver Ansteuerung der W-Phase Uv(Uu=-,Uw=+) andererseits ist mit „uw difference“ englisch bezeichnet. Die gemessene Spannungsdifferenz an der U-Phase zwischen dem Potenzial bei positiver Ansteuerung der W-Phase und negativer Ansteuerung der V-Phase Uu(Uw=+,Uv=-) einerseits und dem Potenzial bei negativer Ansteuerung der W-Phase und positiver Ansteuerung der V-Phase Uu(Uw=-,Uv=+) andererseits ist mit „vw difference“ englisch bezeichnet. Die x-Achse wird durch den elektrischen Drehwinkel φ dargestellt. Es ist klar erkennbar, dass die Maxima der Spannungsdifferenzen nicht auf gleicher Höhe liegen. Sie sind um mehr oder weniger konstante Spannungswerte (Offset) zueinander verschoben. Der Offset führt zu Abweichungen in der Winkelberechnung, die im Aktuatorbetrieb zu Drehmomentenfehlern und damit zu einer unruhigen Positionierung und Geräuschen führen können.
  • Figur 2
  • 2 zeigt den Anstieg der gemessenen Spannung an der nicht bestromten Phase. Bei der Spannungsanstiegsmessung, die zur Nord-Süd-Detektion benötigt wird, kommt es zu Abweichungen. Diese Abweichungen sind in 2 dargestellt. In der Regel ist dort ebenfalls ein Offset beobachtbar. Es wurden jedoch auch schon qualitativ unterschiedliches Verhalten, wie teilweise entgegengesetzte Anstiege beobachtet. Die Nord-Süd-Detektion wird benötigt, um das Drehmoment in die korrekte Richtung aufbauen zu können. Da sowohl die Verfahren nach Gruppe 1 als auch diejenigen nach Gruppe 2 auf der Messung von Induktivitäten bei Einspeisung von Spannungstestpulsen basieren, wird davon ausgegangen, dass auch die Verfahren nach Gruppe 1 ein derartiges Problem bei bestimmten Motoren haben. In der einschlägigen Literatur waren bisher keine Hinweise auf einen solchen Effekt zu finden. Deshalb wurde eine Recherche in Nichtpatentliteratur durchgeführt.
  • Figur 3
  • 3 zeigt den Anstieg der gemessenen Spannung an der nicht bestromten Phase, wobei hier für diese Messung ein anderer Motor als in 2 verwendet wurde.
  • Figur 4
  • 4 zeigt die Grenzschleife (d.h. die äußerste Hystereseschleife) eines magnetischen Materials gemäß (Heck 1975). 4 zeigt die bekannte Grenzschleife eines geeigneten Werkstoffs für den Wicklungskern des Motors (M). Die Ableitung dB/dH=µ ist proportional zur gemessenen Induktivität, wenn mit diesem Material eine Spule gebaut wird. Wird das Material magnetisch ausgesteuert, wie dies in einer PMSM einerseits durch den Magneten und andererseits durch den Motorstrom geschieht, so bewegt sich der magnetische Arbeitspunkt irgendwo im Inneren einer solchen Grenzschleife. Interessant ist an dieser Stelle auch die gestrichelt eingezeichnete Neukurve. Bereits an diesem Bild ist erkennbar, dass dB/dH keine eindeutige Funktion von B oder H ist. Das gleiche gilt somit auch für die am Motor gemessenen Induktivitäten. Sie sind nicht nur abhängig vom momentanen Arbeitspunkt, sondern auch vom Weg zu diesem Arbeitspunkt und damit von der magnetischen Vorgeschichte. In der Literatur sind verschiedene magnetische Effekte beschrieben, die entlang einer solchen magnetischen Kennlinie abhängig vom Kennlinienabschnitt dominant sind.
  • Figur 5
  • 5 zeigt eine Blochwandverschiebung und eine energetische Darstellung nach (Heck 1975). 5 stellt oben schematisch eine Blochwandverschiebung zwischen Weißschen Bezirken dar. Unten ist ein Energieschema dargestellt, an dem sich verschiedene Effekte entlang der B-H-Kurve erklären lassen. Startet man z.B. an einer Neukurve im Punkt H=0, liegt man im Energieschema in einem Minimum, z.B. im Minimum 3.
  • Eine geringe Aussteuerung um dieses Minimum herum führt dazu, dass man sich nach dem Verschwinden der Aussteuerung wieder in diesem Minimum befindet. Innerhalb dieses Bereiches spricht (Heck, 1975) von einer reversiblen Blochwandverschiebung. In diesem Intervall wird eine relativ große Energie für eine relativ geringe Ummagnetisierung benötigt. Um dieses Gebiet herum ist µ demzufolge gering.
  • Steuert man das Material etwas weiter aus, so überschreitet man das nächste lokale Maximum, z.B. Punkt 2. Nach dem Verschwinden der Aussteuerung liegt man im benachbarten lokalen Minimum, 1. Hier spricht (Heck, 1975) von einer irreversiblen Blochwandverschiebung. Bei einer solchen Aussteuerung ist µ und damit die gemessene Induktivität größer als im Fall der reversiblen Blochwandverschiebung.
  • Eine noch größere Aussteuerung führt dazu, dass gesamte Weißsche Bezirke kippen. In der Literatur wird dieser Effekt auch als Barkhausensprung bezeichnet. Im Energieschema entspricht dies dem Verlassen des dargestellten Bereichs. Bei diesem Effekt ist µ und damit die Induktivität am größten.
  • Je nachdem, ob man einen bestimmten magnetischen Arbeitspunkt vom Bereich niedriger oder hoher magnetischer Feldstärken aus erreicht hat, wird man also ein unterschiedliches µ und bezogen auf den Motor eine unterschiedliche Induktivität feststellen können. Bezogen auf den Motor bedeutet dies weiterhin, dass es bei der herkömmlichen Stillstandspositionsdetektion nach einer der Gruppen 1 oder 2 einen Unterschied in der gemessenen Induktivität macht, ob man einen bestimmten Rotorwinkel aus der einen oder der anderen Richtung aus erreicht hat. Außerdem macht es einen Unterschied in der gemessenen Induktivität, ob der eingespeiste Testimpuls den Motorstrom „weiter in Richtung seiner bisherigen Veränderung verschiebt“ oder dieser entgegenwirkt.
  • Figur 6
  • 6 zeigt die Verhältnisse bei einer Teilmagnetisierung, (Boll 1990) entnommen. Übersetzt in die B-H-Kennlinie ist der Effekt, der in der Beschreibung zu 5 angesprochen wurde, in 6 dargestellt. Das Blech einer Phase des Motors sei durch seine Bewegung und applikative Bestromung entlang der Grenzkurve bis zum Berührungspunkt mit der Teilkurve 2 gekommen. Misst man nun mit einem oder mehreren sehr kurzen Pulsen mittels eines sehr kleinem ΔH, so hat das Vorzeichen des Testpulses einen erheblichen Einfluss auf die gemessene Induktivität.
  • Figur 7
  • 7 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung in den Übergang zwischen Grenzkennlinie und Teilkurve 2 aus 6. 7 zeigt zum besseren Verständnis nochmals eine Ausschnittvergrößerung in dem Bereich um den genannten Arbeitspunkt aus 6. Verursacht ein erster Messpuls ΔB1 eine geringe negative Aussteuerung ΔH1 , so wird eine sehr große Induktivität gemessen. Verursacht ein zweiter Messpuls ΔB2 eine geringe positive Aussteuerung ΔH2 , so wird eine deutlich geringere Induktivität gemessen. Der zweite Messpuls ΔB2 verursacht genau eine Richtungsumkehrung der Magnetisierung. Beim ersten Messpuls ΔB1 sind Barkhausensprünge dominant, beim zweiten Messpuls ΔB2 sind die reversiblen Blochwandverschiebungen dominant.
  • Mit einer Testpulsfolge erster Messpuls ΔB1 gefolgt vom zweiten Messpuls ΔB2 würde man also mit dem ersten Messpuls ΔB1 eine große relative Induktivität feststellen und mit dem zweiten Messpuls ΔB2 eine kleine relative Induktivität feststellen. Mit einer Testpulsfolge zweiter Messpuls ΔB2 gefolgt vom ersten Messpuls ΔB1 würde hingegen bei beiden Messpulsen (ΔB1 ;ΔB2 ) etwa die gleiche, kleine Induktivität gemessen. Die Messung verursacht eine zweimalige Richtungsumkehr der Magnetisierung. Jede Richtungsumkehr ist damit verbunden, dass eine geringe magnetische Aussteuerung nach der Richtungsumkehr zunächst nur reversible Blochwandverschiebungen verursacht.
  • Figur 8
  • 8 zeigt die Verhältnisse an einem induktiven Spannungsteiler entsprechend dem Stand der Technik.
  • Figur 9
  • 9 zeigt die Verhältnisse an einem induktiven Spannungsteiler entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren.
  • Figur 10
  • 10 zeigt gemessene Anstiege entsprechend dem Stand der Technik.
  • Figur 11
  • 11 zeigt gemessene Anstiege entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren.
  • Figur 12
  • 12 zeigt gemessene Anstiege des anderen Motors entsprechend dem Stand der Technik.
  • Figur 13
  • 13 zeigt gemessene Anstiege des anderen Motors entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren.
  • Figur 14
  • 14 zeigt einen beispielhaften Stromverlauf für die verschiedenen Pulse. Die beispielhaften Zeiträume der Messung sind fett markiert.
  • Figur 15
  • 15 zeigt einen beispielhaften Stromverlauf mit einem zeitlich verlängerten Puls. Die beispielhaften Zeiträume der Messung sind fett markiert.
  • Liste der zitierten Schriften
    • Batzel, T. (2000). Patentnr. US 6 441 572 . USA.
    • Boll, R. (1990). Weichmagnetische Werkstoffe.
    • Boscolo, M. B. (2011). Patentnr. US 8 970 150 B2 , USA
    • Cheng, K.-Y. (2009). Patentnr. US 8 400 086 B2 , USA
    • Dornhof, K. (2005). Patentnr. DE 10 2005 020 737 A1 . Deutschland.
    • Dunfield, J. (1990). Patentnr. US 5 028 852 . USA.
    • Dunfield, J. (1990). Patentnr. US 5 254 914 . USA.
    • Frenzke, T. (2003). Patentnr. DE 103 11 028 B4 . Deutschland.
    • Fujimoto, H. (2002). Patentnr. US 2004 / 0 004 455 A1 , USA.
    • GmbH, E. E. (1989). Patentnr. AT 408 591 B . Österreich.
    • Griffitts, J. (2005). Patentnr. US 2007/0031131 . USA.
    • Heck, C. (1975). Magnetische Werkstoffe und ihre technische Anwendung.
    • Heide, J. v. (1990). Patentnr. EP 0 536 113 B1 . Deutschland.
    • Heidrich, T. (2000). Patentnr. DE 100 64 486 A1 . Deutschland.
    • Iwaji, Y. (2000). Patentnr. US 6 531 843 B2 , USA.
    • Kallenbach. (1994). Elektromagnete.
    • Kim, H.-C. (1997). Patentnr. US 5 998 946 A , USA
    • Kim, T.-d. (2004). Patentnr. US 7 466 094 B2 , USA.
    • Krupar, J. (2007). Patentnr. DE 10 2007 063 386 . Deutschland.
    • Lin, S. (2013). Patentnr. US 9197144 . USA.
    • Lindemann, H. (2003). Patentnr. DE 103 08 859 A1 . Deutschland.
    • Sakakibara, H. (1996). Patentnr. US 5 903 128 A , USA.
    • Schikorra, D. (2015). Patentnr. DE 10 2016 102 329 . Deutschland.
    • Schmidt, P. (1998). Patentnr. US 6172498 B1 . USA.
    • Schrödl, M. (1992). Sensorless Control of A.C. Machines. VDI.
    • Schrödl, M. (1998). Patentnr. AT 406 722 B . Österreich.
    • Schrödl, M. (2007). Patentnr. AT 508 854 . Österreich.
    • Schwarzkopf, J. (2012). Patentnr. DE 10 2012 008 882 . Deutschland.
    • Wang, X. (2011). Patentnr. US 2012 / 0 181 963A1 . USA.
    • Zacher, W. (2004). Patentnr. DE 10 2004 055 156 A1 . Deutschland.
    • Zhang, J.-M. (2013). Patentnr. US 8 941 339 . USA.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • AT 408591 B [0002, 0070]
    • AT 406722 B [0002, 0070]
    • US 5028852 [0002, 0070]
    • US 5254914 [0002, 0070]
    • US 5903128 A [0002, 0070]
    • US 5998946 A [0002, 0070]
    • US 6172498 B1 [0002, 0070]
    • US 8970150 B2 [0002, 0070]
    • US 7466094 B2 [0002, 0070]
    • US 6531843 B2 [0002, 0070]
    • US 2012/0181963 A1 [0002, 0070]
    • US 2004/0004455 A1 [0002, 0070]
    • US 8400086 B2 [0002, 0070]
    • DE 10311028 B4 [0002, 0070]
    • US 6441572 [0002, 0070]
    • AT 508854 [0002, 0005, 0050, 0070]
    • US 9197144 [0002, 0070]
    • DE 102012008882 [0002, 0070]
    • DE 10201610232 [0002]
    • US 2007/0031131 [0002, 0070]
    • DE 102007063386 [0002, 0070]
    • DE 102005020737 A1 [0070]
    • EP 0536113 B1 [0070]
    • DE 10064486 A1 [0070]
    • DE 10308859 A1 [0070]
    • DE 102016102329 [0070]
    • DE 102004055156 A1 [0070]
    • US 8941339 [0070]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Schrödl, M. (1992). Sensorless Control of A.C. Machines. VDI [0070]

Claims (8)

  1. Verfahren zur sensorlosen Positionsdetektion eines Motors (M) - wobei der Motor (M) einen magnetischen Kreis aufweist und - wobei der magnetische Kreis des Motors (M) eine erste Motorwicklung (L1) aufweist und - wobei der magnetische Kreis des Motors (M) eine zweite Motorwicklung (L2) aufweist und - wobei der magnetische Kreis des Motors (M) eine dritte Motorwicklung (L3) aufweist und - wobei der Motor (M) einen ersten Anschluss (u) aufweist und - wobei der Motor (M) einen zweiten Anschluss (v) aufweist und - wobei der Motor (M) einen dritten Anschluss (w) aufweist und - wobei die Motorenwicklungen (L1, L2, L3) in Stern- oder Dreiecksschaltung zwischen diesen drei Anschlüssen (u, v, w) verschaltet sind und - wobei bei einer Verschaltung in Form einer Sternschaltung der Motor (M) einen gemeinsamen Sternpunkt (Sp) der Motorenwicklungen (L1, L2, L3) aufweist, umfassend die Schritte - Bestromen des ersten Anschlusses (u) mit einem ersten Phasenstrom (I1); - Bestromen des zweiten Anschlusses (v) mit einem zweiten Phasenstrom (I2); - Bestromen des dritten Anschlusses (w) mit einem dritten Phasenstrom (I3); - wobei der erste Phasenstrom (I1) einen von OA verschiedenen ersten Stromwert (i1) hat und - wobei der zweite Phasenstrom (I2) einen zweiten Stromwert (i2) hat, der dem ersten Stromwert (i1) betragsgleich ist und ein zu diesem verschiedenes Vorzeichen hat und - wobei der dritte Stromwert (i3) des dritten Phasenstromes (I3) zu zumindest einem Messzeitpunkt (tm) einen Wert i3=0A hat; - Messung - der zeitlichen Ableitung dl3/dt des dritten Phasenstromes (I3) eines Phasenstromes IP zu dem Messzeitpunkt (tm) und/oder - der dritten Phasenspannung (U3) am Abgriff eines induktiven Spannungsteiles, insbesondere dritten Anschluss (w) oder an einem ggf. im Falle einer Sternschaltung vorhandenen Sternpunkt (Sp);gekennzeichnet durch den Schritt der - Löschung der im Material des magnetischen Kreises des Motors gespeicherten Information der magnetischen Vorgeschichte vor Durchführung der Messung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt - Anlegen eines zur Polarisierung der Voransteuerung entgegengesetzt mit einer ersten Polarisierung polarisierten Löschpulses an einen oder mehreren der Anschlüsse (u,v,w) vor dem Anlegen eines ersten Messpulses.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt - des Anlegens eines zur Polarisierung des ersten Messpulses entgegengesetzt polarisierten zweiten Messpulses an den einen Anschluss oder die mehreren Anschlüsse (A1, A2, A3) vor dem Anlegen des ersten Messpulses an den einen Anschluss oder die mehreren Anschlüsse (A1, A2, A3).
  4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet - dass nach dem Anlegen eines Löschpulses mit einer ersten Polarisation an den Anschluss oder die mehreren Anschlüsse (A1, A2, A3). und - nach dem darauffolgenden Anlegen eines ersten Messpulses mit einer zweiten Polarisation an diesen Anschluss oder diese mehreren Anschlüsse (A1, A2, A3) und - nach dem darauffolgenden Anlegen eines zweiten Messpulses mit einer ersten Polarisation an diesen einen Anschluss oder diese mehreren Anschlüsse (A1, A2, A3) - ein Drehmomentneutralisationspuls mit einer zweiten Polarisation an diesen Anschluss oder diese mehreren Anschlüsse (A1, A2, A3) angelegt wird, - wobei die erste Polarisation der zweiten Polarisation entgegengesetzt ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, - dass die Stärke und/oder Dauer des Drehmomentneutralisationspulses von Messwerten abhängt, die mit Hilfe des Löschpulses und/oder des ersten Messpulses und/oder des zweiten Messpulses oder mit Hilfe solcher Pulse, also von Löschpulsen und/oder von ersten Messpulsen und/oder von zweiten Messpulsen, zu anderen Messzeitpunkten gewonnen wurden.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, - dass der erste Messpuls zeitlich gegenüber der zeitlichen Dauer des Löschpulses und/oder der zeitlichen Dauer des zweiten Messpulses verlängert ist.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, - -dass anstelle der Spannungsmessung eine Stromanstiegsmessung der jeweils bestromten Phasen erfolgt.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, - dass alle Phasen bestromt werden und währenddessen zumindest der Stromanstieg entweder des Gesamtstroms oder zumindest einer bestromten Phase gemessen wird.
DE102018127412.2A 2018-11-02 2018-11-02 Verfahren zur sensorlosen Positionsdetektion eines Motors mittels Löschung der magnetischen Vorgeschichte Pending DE102018127412A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018127412.2A DE102018127412A1 (de) 2018-11-02 2018-11-02 Verfahren zur sensorlosen Positionsdetektion eines Motors mittels Löschung der magnetischen Vorgeschichte

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018127412.2A DE102018127412A1 (de) 2018-11-02 2018-11-02 Verfahren zur sensorlosen Positionsdetektion eines Motors mittels Löschung der magnetischen Vorgeschichte

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018127412A1 true DE102018127412A1 (de) 2020-05-07

Family

ID=70469617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018127412.2A Pending DE102018127412A1 (de) 2018-11-02 2018-11-02 Verfahren zur sensorlosen Positionsdetektion eines Motors mittels Löschung der magnetischen Vorgeschichte

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018127412A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019127051A1 (de) 2018-11-06 2020-05-07 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Verfahren zur geräuschlosen, messpulsfreien Regelung der Kommutierung eines BLDC-Motors im Haltebetrieb

Citations (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5028852A (en) 1990-06-21 1991-07-02 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor without hall effect devices using a time differential method
US5254914A (en) 1990-06-29 1993-10-19 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor without Hall effect devices using a mutual inductance detection method
EP0536113B1 (de) 1989-06-01 1995-04-26 Papst Licensing GmbH Motor oder lagemelder
US5903128A (en) 1996-02-01 1999-05-11 Denso Corporation Sensorless control system and method of permanent magnet synchronous motor
US5998946A (en) 1997-10-08 1999-12-07 Daewoo Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for controlling a rotation of a sensorless and brushless DC motor
AT406722B (de) 1998-01-30 2000-08-25 Schroedl Manfred Dipl Ing Dr Verfahren zur feldorientierten regelung einer mechanisch drehgeberlosen drehstrommaschine
US6172498B1 (en) 1998-09-29 2001-01-09 Rockwell Technologies, Llc Method and apparatus for rotor angle detection
AT408591B (de) 1989-04-06 2002-01-25 Elin Ebg Traction Gmbh Verfahren zur sensorlosen drehwinkelerfassung von dämpferlosen, vorzugsweise permanentmagneterregten, synchronmaschinen
DE10064486A1 (de) 2000-12-22 2002-07-18 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Rotorposition eines Elektromotors mit mehreren Motorsträngen
US6441572B2 (en) 1999-12-14 2002-08-27 The Penn State Research Foundation Detection of rotor angle in a permanent magnet synchronous motor at zero speed
US6531843B2 (en) 2000-08-30 2003-03-11 Hitachi, Ltd. Driving system of AC motor
US20040004455A1 (en) 2002-07-05 2004-01-08 Nec Electronics Corporation Method and apparatus for detecting stationary rotor angle of sensorless brushless DC motor, and starting method and apparatus using the same
DE10308859A1 (de) 2003-02-27 2004-09-16 Melexis Gmbh Verfahren zur leistungsoptimalen Ansteuerung von BLDC-Motoren
DE10314426A1 (de) * 2003-03-31 2004-10-28 Junghans Uhren Gmbh Verfahren zur Dreherkennung eines wenigstens einen Zeiger einer Uhr antreibenden Schrittmotors
WO2005046043A1 (de) * 2003-11-06 2005-05-19 Continental Teves Ag & Co.Ohg Verfahren zur ermittlung der rotorlage einer synchronmaschine
DE102005020737A1 (de) 2004-05-12 2005-12-01 Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg Verfahren zum sensorlosen Betrieb eines elektronisch kommutierten Motors, und Motor zur Durchführung eines solchen Verfahrens
DE102004055156A1 (de) 2004-11-16 2006-05-24 Pierburg Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Drehstellung, zum Starten, zur weiteren Kommutierung und zur Überstromerkennung eines bürstenlosen Gleichstrommotos
US20070031131A1 (en) 2005-08-04 2007-02-08 Mountain Engineering Ii, Inc. System for measuring the position of an electric motor
DE10311028B4 (de) 2003-03-13 2008-06-19 Siemens Ag Verfahren zur Bestimmung einer Startrotorlage und Drehzahl bei Impulsfreigabe einer stromrichtergespeisten, permanenterregten Synchronmaschine ohne Lage-und Drehzahlgeber
US7466094B2 (en) 2004-08-24 2008-12-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Motor driving apparatus, and initial driving method for three-phase motor
DE102007063386A1 (de) 2007-12-18 2009-07-02 Trimos Gmbh Verfahren zur Bestimmung von elektrischen Rotorpositionen in elektrischen Maschinen mit Vorrichtungen zur Kommutierung und Positionserkennung
AT508854A2 (de) 2007-08-13 2011-04-15 Manfred Dipl Ing Dr Schroedl Verfahren zur mechanisch sensorlosen regelung einer drehstrommaschine
US20120181963A1 (en) 2011-01-19 2012-07-19 Texas Instruments Incorporated Initial position detection for a sensorless, brushless dc motor
US8400086B2 (en) 2009-01-22 2013-03-19 Richtek Technology Corp. Initial rotor position detection for permanent magnet synchronous motors
US8941339B2 (en) 2012-11-26 2015-01-27 Delta Electronics, Inc. Apparatus and method for measuring position deviation of rotor of permanent magnet synchronous motor
US8970150B2 (en) 2010-10-22 2015-03-03 Stmicroelectronics S.R.L. Apparatus for detecting the position of a rotor of an electric motor and related method
US9197144B2 (en) 2012-07-16 2015-11-24 Marvell International Ltd. Method and system for controlling a motor
DE102016102329A1 (de) 2015-02-10 2016-08-11 eonas IT-Beratung und Entwicklung GmbH Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen Gleichstrommotors

Patent Citations (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT408591B (de) 1989-04-06 2002-01-25 Elin Ebg Traction Gmbh Verfahren zur sensorlosen drehwinkelerfassung von dämpferlosen, vorzugsweise permanentmagneterregten, synchronmaschinen
EP0536113B1 (de) 1989-06-01 1995-04-26 Papst Licensing GmbH Motor oder lagemelder
US5028852A (en) 1990-06-21 1991-07-02 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor without hall effect devices using a time differential method
US5254914A (en) 1990-06-29 1993-10-19 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor without Hall effect devices using a mutual inductance detection method
US5903128A (en) 1996-02-01 1999-05-11 Denso Corporation Sensorless control system and method of permanent magnet synchronous motor
US5998946A (en) 1997-10-08 1999-12-07 Daewoo Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for controlling a rotation of a sensorless and brushless DC motor
AT406722B (de) 1998-01-30 2000-08-25 Schroedl Manfred Dipl Ing Dr Verfahren zur feldorientierten regelung einer mechanisch drehgeberlosen drehstrommaschine
US6172498B1 (en) 1998-09-29 2001-01-09 Rockwell Technologies, Llc Method and apparatus for rotor angle detection
US6441572B2 (en) 1999-12-14 2002-08-27 The Penn State Research Foundation Detection of rotor angle in a permanent magnet synchronous motor at zero speed
US6531843B2 (en) 2000-08-30 2003-03-11 Hitachi, Ltd. Driving system of AC motor
DE10064486A1 (de) 2000-12-22 2002-07-18 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Rotorposition eines Elektromotors mit mehreren Motorsträngen
US20040004455A1 (en) 2002-07-05 2004-01-08 Nec Electronics Corporation Method and apparatus for detecting stationary rotor angle of sensorless brushless DC motor, and starting method and apparatus using the same
DE10308859A1 (de) 2003-02-27 2004-09-16 Melexis Gmbh Verfahren zur leistungsoptimalen Ansteuerung von BLDC-Motoren
DE10311028B4 (de) 2003-03-13 2008-06-19 Siemens Ag Verfahren zur Bestimmung einer Startrotorlage und Drehzahl bei Impulsfreigabe einer stromrichtergespeisten, permanenterregten Synchronmaschine ohne Lage-und Drehzahlgeber
DE10314426A1 (de) * 2003-03-31 2004-10-28 Junghans Uhren Gmbh Verfahren zur Dreherkennung eines wenigstens einen Zeiger einer Uhr antreibenden Schrittmotors
WO2005046043A1 (de) * 2003-11-06 2005-05-19 Continental Teves Ag & Co.Ohg Verfahren zur ermittlung der rotorlage einer synchronmaschine
DE102005020737A1 (de) 2004-05-12 2005-12-01 Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg Verfahren zum sensorlosen Betrieb eines elektronisch kommutierten Motors, und Motor zur Durchführung eines solchen Verfahrens
US7466094B2 (en) 2004-08-24 2008-12-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Motor driving apparatus, and initial driving method for three-phase motor
DE102004055156A1 (de) 2004-11-16 2006-05-24 Pierburg Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Drehstellung, zum Starten, zur weiteren Kommutierung und zur Überstromerkennung eines bürstenlosen Gleichstrommotos
US20070031131A1 (en) 2005-08-04 2007-02-08 Mountain Engineering Ii, Inc. System for measuring the position of an electric motor
AT508854A2 (de) 2007-08-13 2011-04-15 Manfred Dipl Ing Dr Schroedl Verfahren zur mechanisch sensorlosen regelung einer drehstrommaschine
DE102007063386A1 (de) 2007-12-18 2009-07-02 Trimos Gmbh Verfahren zur Bestimmung von elektrischen Rotorpositionen in elektrischen Maschinen mit Vorrichtungen zur Kommutierung und Positionserkennung
US8400086B2 (en) 2009-01-22 2013-03-19 Richtek Technology Corp. Initial rotor position detection for permanent magnet synchronous motors
US8970150B2 (en) 2010-10-22 2015-03-03 Stmicroelectronics S.R.L. Apparatus for detecting the position of a rotor of an electric motor and related method
US20120181963A1 (en) 2011-01-19 2012-07-19 Texas Instruments Incorporated Initial position detection for a sensorless, brushless dc motor
US9197144B2 (en) 2012-07-16 2015-11-24 Marvell International Ltd. Method and system for controlling a motor
US8941339B2 (en) 2012-11-26 2015-01-27 Delta Electronics, Inc. Apparatus and method for measuring position deviation of rotor of permanent magnet synchronous motor
DE102016102329A1 (de) 2015-02-10 2016-08-11 eonas IT-Beratung und Entwicklung GmbH Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen Gleichstrommotors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Schrödl, M. (1992). Sensorless Control of A.C. Machines. VDI

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019127051A1 (de) 2018-11-06 2020-05-07 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Verfahren zur geräuschlosen, messpulsfreien Regelung der Kommutierung eines BLDC-Motors im Haltebetrieb

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3288179B1 (de) Verfahren zur sensorlosen bestimmung der orientierung des rotors eines eisenlosen pmsm motors
WO2009047217A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur eindeutigen bestimmung der rotorposition einer elektrischen maschine
DE3019903A1 (de) Ansteuersystem fuer einen kommutatorlosen gleichstrommotor
DE1763156B2 (de) Verfahren und Anordnung zur schrittweisen Steuerung eines einen mit Polen versehenen permanentmagnetisierten Rotor besitzenden Motors und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
WO2014012637A2 (de) Verfahren zur bestimmung der rotorlage eines elektronisch kommutierten mehrphasigen gleichstrommotors
DE102016102329A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen Gleichstrommotors
DE102013204194A1 (de) Regelungssystem für eine Synchronmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Synchronmaschine
EP1856792B2 (de) Rotorlagendetektion
DE2906795A1 (de) Impulsgeber
DE102018127412A1 (de) Verfahren zur sensorlosen Positionsdetektion eines Motors mittels Löschung der magnetischen Vorgeschichte
WO2011026681A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer rotorlage einer synchronmaschine
DE10311028A1 (de) Verfahren zur Bestimmung einer Startrotorlage und Drehzahl bei Impulsfreigabe einer stromrichtergespeisten, permanenterregten Synchronmaschine ohne Lage-und Drehzahlgeber
DE102015005675A1 (de) Automatische Kommutierungsvergleichswertermittlung für BLDC-Motoren mittels Vorzeichenermittlung der EMK
DE102012020652A1 (de) Verfahren zur Ansteuerung eines Stromrichters mit Totzeitkompensation, Stromrichteranordnung und zugehörige Recheneinheit
DE102021109779A1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Rotorlage für Elektromotoren
DE10247228B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Magnetisieren eines dauermagnetischen Ringmagneten mit gerader Polzahl
DE102017207296A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Lagewinkels eines Rotors einer elektrischen Synchronmaschine
DE102017127410A1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Stellung eines Rotors eines Elektromotors
EP3016267B1 (de) Verfahren zum Zuschalten eines Umrichters auf eine rotierende Reluktanzmaschine, Steuereinrichtung sowie Antriebsanordnung
EP3549254B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der rotorposition
EP3297153B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer läuferlage eines läufers einer elektronisch kommutierten elektrischen maschine
DE102015012480B4 (de) Verfahren zur automatischen Ermittlung eines Vergleichswertes für die Spannungskommutierung bei der Ansteuerung eines bürstenlosen Motors im Zeitmultiplex am Produktionsende
DE202016106678U1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung der Rotorposition
DE102015005678A1 (de) Allgemeine automatische Kommutierungsvergleichswertermittlung für BLDC-Motoren
CH718938A2 (de) Elektrische Rotationsmaschine mit steuerbarer Magnetisierung des Rotors und Verfahren zum Betreiben einer derartigen elektrischen Rotationsmaschine.

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ELMOS SEMICONDUCTOR SE, DE

Free format text: FORMER OWNER: ELMOS SEMICONDUCTOR AKTIENGESELLSCHAFT, 44227 DORTMUND, DE