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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schwingungsreduzierten Betreiben eines bürstenlosen Gleichstrommotors, nachfolgend als BLDC-Motor oder Brushless Direct Current Motor bezeichnet.
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Aus dem Stand der Technik sind BLDC-Motoren als solche bekannt. BLDC-Motoren weisen einen feststehenden Stator mit Statorspulen sowie einen beweglichen Rotor, der in der Regel permanentmagetisch ausgebildet ist, auf. Die Statorspulen werden von einer elektronischen Schaltung zeitversetzt angesteuert und bilden so ein magnetisches Drehfeld aus, welches mit dem Rotor wechselwirkt und so die Rotation des Rotors herbeiführt.
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Es sind ferner Steuerungsverfahren bekannt, welche die Kommutierung des an die Spulen angelegten Phasenstroms betreffen um einen möglichst zuverlässigen und gleichmäßigen Motorlauf zu ermöglichen. Hinsichtlich der Kommutierung wird zwischen einer sensorgesteuerten und einer sensorlosen Kommutierung unterschieden. Bei einer sensorgesteuerten Kommutierung wird mittels eines Sensors eine Rotorposition detektiert und davon abgeleitet die Kommutierung gesteuert. Beispielsweise beschreibt
DE 197 43 314 A1 einen BLDC-Motor mit einem permanentmagnetischen Rotor und einer Regelschaltung, welche die Position des Rotors erfasst und in Abhängigkeit der detektierten Rotorposition die Strombeaufschlagung der Statorspulen steuert.
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DE 103 08 859 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines BLDC-Motors, bei dem Kommutierungszeitpunkte anhand der Detektion des zeitlichen Abstands von Nulldurchgängen der induzierten Spannung in der jeweils nicht strombeaufschlagten Motorspule bestimmt werden.
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Nachteilig an diesen Lösungen ist, dass die Laufruhe und das Schwingungsverhalten nur bedingt optimiert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung für ein Verfahren zum Betreiben eines BLDC-Motors anzugeben, welches einen schwingungsarmen und gleichmäßigen Motorlauf ermöglicht mit geringem Aufwand bei unterschiedlichenBauformen und Baugrößen von BLDC Motoren anwendbar ist und die Schallemissionen wirksam verringert.
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Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum schwingungsreduzierten Betreiben eines geschalteten BLDC-Motors wird mittels einer BLDC-Motoranordnung durchgeführt, welche die nachfolgend beschriebenen Merkmale aufweist.
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Die BLDC-Motoranordnung umfasst zum einen den BLDC-Motor. Ferner weist die BLDC-Motoranordnung eine Steuerungs- und Auswertungsinheit, einen Datenspeicher, einen Stromregler, einen Rotorwinkelsensor und einen Drehmomenterfasser auf.
Der Datenspeicher, der Stromregler, der Rotorwinkelsensor und der Drehmomenterfasser sind jeweils mit der Steuerungs- und Auswertungseinheit verbunden. Der Rotorwinkelsensor ist so ausgebildet, vorzugsweise durch ein Erfassen des Rotormagnetfeldes die Winkelstellung des Rotors zu bestimmen. Dies kann auch durch eine Spannungs- oder Strommessung in einer nicht geschalteten Statorspule erfolgen, so dass der Rotorwinkelsensor nicht zwingend als eigenständige bauliche Komponente ausgebildet sein muss.
Die Steuerungs- und Auswertungseinheit ist ausgebildet, Daten vom Rotorwinkelsensor und Drehmomenterfasser zu empfangen sowie diese zu verarbeiten. Weiterhin ist die Steuerungs- und Auswertungseinheit ausgebildet, den Stromregler zu steuern und Daten vom Datenspeicher zu lesen und auch in den Datenspeicher zu schreiben. Bei der Steuerungs- und Auswertungseinheit handelt es sich vorzugsweise um eine elektronische Schaltung wie einen Rechner oder einen Controller. Insbesondere der Datenspeicher, der Drehmomenterfasser und der Stromregler können zusammen mit der Steuerungs- und Auswertungseinheit eine integrierte Baueinheit bilden.
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Der BLDC-Motor weist erfindungsgemäß einen Stator mit Statorspulen und einen Rotor auf. Der Rotor befindet sich vorzugsweise im Inneren eines rotationssymmetrischen Stators und ist um eine Rotationsachse drehbar gelagert.
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Der Stator weist weichmagnetisches Material in einer Zahnstruktur auf. Diese werden nachfolgend auch als Statorzähne bezeichnet. Den Statorzähnen sind die Statorspulen zugeordnet, welche mit einem Strom beaufschlagbar sind.
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Der Rotor ist vorzugsweise permanentmagnetisch ausgebildet. Hierbei sind Permanentmagneten vorzugsweise rotationssymmetrisch um die Rotationsachse angeordnet. Die Permanentmagneten können in unterschiedlichen Anordnungsvarianten angeordnet sein. Eine Anordnungsvariante ist die Ausbildung des Rotors als Zylinder, in welchem die permanentmagnetischen Pole alternierend in Kreissektoren angeordnet sind. Es wechseln sich Nordpol- und Südpol-Kreissektoren ab. In einer anderen Variante weist der Rotor eine Zahnstruktur mit permanentmagnetischen Zähnen mit abwechselnder magnetischer Polarität auf.
Die Zähne der Zahnstruktur des Rotors werden nachfolgend auch als Rotorzähne oder als Rotorarme bezeichnet.
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Der BLDC-Motor ist so ausgebildet, dass durch das Beaufschlagen der Statorspulen mit einem elektrischen Strom ein magnetisches Feld des Stators, auch als Statormagnetfeld oder Statorfeld bezeichnet, erzeugt wird. Durch die Wechselwirkung des Statorfeldes mit dem Magnetfeld des Rotors wirkt auf den Rotor ein Drehmoment. Durch die geometrische Anordnung der Rotorzähne und Statorzähne zueinander wird somit eine Rotation des Rotors hervorgerufen. Durch das Zuschalten und Abschalten der Statorspulen an unterschiedlichen Statorzähnen wird das magnetische Feld des Stators in seiner Lage verändert, so dass sich der Rotor entsprechend dem wirkenden Drehmoment immer wieder erneut durch Rotation ausrichtet. Der BLDC-Motor wird nachfolgend auch teilweise verkürzt lediglich als Motor bezeichnet.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich die Rotorzähne und die Statorzähne infolge der Kraft durch die Wechselwirkung von Rotormagnetfeld und Statormagnetfeld insbesondere quer zu deren Längsachsen verformen. Diese Verformung ist durch die Veränderlichkeit der Wechselwirkung von Rotormagnetfeld und Statormagnetfeld nicht konstant und führt zu Schwingungen der Rotorzähne und der Statorzähne sowie teilweise auch weiterer mechanisch verbundener Bauteile des BLDC-Motors oder einer angetriebenen Einheit. Diese Schwingungen führen zu nachteiligen dynamischen Belastungen und werden zudem in einem hörbaren Frequenzbereich als Geräusch wahrgenommen. Zur Reduzierung solcher Schwingungen und damit zur Geräuschreduzierung zeigt das Verfahren eine Lösung auf, nach der die Kraft auf die Rotorzähne und Statorzähne so gesteuert wird, dass deren Schwingung reduziert wird. Hierzu wird das Drehmoment möglichst in allen Winkelstellungen des Rotors konstant gehalten. Damit wirken auch auf die Rotorzähne und Statorzähne im Wesentlichen konstante Kräfte quer zu deren Längsachsen. Das Verfahren stellt dabei eine Lösung bereit, welche nicht an eine bestimmte Geometrie und sonstige bauliche Ausbildung der Rotorzähne und Statorzähne gebunden ist.
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Das Verfahren beinhaltet erfindungsgemäß dabei folgende Verfahrensschritte:
- I. Definition einer Wertetabelle in dem Datenspeicher, welche mehrere Tabellenpunkte enthält, wobei die Tabellenpunkte als Wertetupel gebildet werden. Die Wertetupel beinhalten jeweils ein Wertepaar aus einem Soll-Drehmoment und einem Rotorwinkel sowie einem zugeordneten Soll-Strom.
- II. Durchführung eines Teilzyklus
- II.1 Vorgabe eines Soll-Drehmoments
- II.2 Detektion eines ersten Ist-Rotorwinkels mittels des Rotorwinkelsensors
- II.3 Auslesen des Soll-Stroms mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit, der dem ersten Wertepaar dem Soll-Drehmoment und dem ersten Ist-Rotorwinkel zugeordnet ist. Dabei werden die am nächstliegenden zwei Tabellenpunkte zu dem vorgegebenen Soll-Drehmoment und die nächstliegenden zwei Tabellenpunkte zu dem Ist-Rotorwinkel ermittelt und die Entfernung der realen Werte des Soll-Drehmoments und des ersten Ist-Rotorwinkels von den Tabellenpunkten berechnet. Der Soll-Strom wird durch bilineare Interpolation aus den jeweiligen Soll-Strömen der vier Tabellenpunkte ermittelt.
- II.4 Einstellen des Soll Stroms durch den Stromregler
- II.5 Strombeaufschlagung der Statorspulen
- II.6 Evaluation des Ist-Drehmoments mittel des Drehmomenterfassers
- 11.7 Ermittlung einer Drehmomentabweichung mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit durch einen Vergleich des Soll-Drehmoments und des Ist-Drehmoments
- II.8 Berechnung eines korrigierten Soll-Stroms mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit auf der Grundlage der Drehmomentabweichung. Die Berechnung erfolgt für alle vier zuletzt verwendeten Tabellenpunkte in Abhängigkeit des verwendeten Interpolationsabstands.
- II.9 Einschreiben der berechneten Werte des korrigierten Soll-Stroms in die vier betreffenden Wertetupel der Wertetabelle mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit und Löschung der bisherigen Werte des Soll-Stroms.
- III. wiederholte Durchführung des Teilzyklus bis zum Erreichen eines Rotorwinkels, der einem vollständigen Motorstate entspricht, und somit Ausbildung eines Gesamtzyklus.
- IV. Wiederholte Ausführung eines Gesamtzyklus
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Das Verfahren wird nachfolgend anhand der Verfahrensschritte im Detail beschrieben:
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Definition einer Wertetabelle
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Ein Beispiel für eine entstprechende Wertetabelle ist in Tabelle 1 dargestellt. Einem Rotorwinkel (Θ
ist) und dem Soll-Drehmoment sind jeweils Soll-Ströme für die jeweilige zu beaufschlagende Motorspule zugeordnet. Ein Tabellenpunkt bildet ein Wertetupel aus, welches den Rotorwinkel (Θ
ist), das Soll-Drehmoment (M
Soll) und mindestens einen Soll-Strom, oder vorzugsweise zwei Soll-Ströme, konkret je einen Sollstrom für zwei benachbarte Motorspulen (I
1, I
2), aufweist.
Die Tabelle 1 zeigt eine Wertetabelle für einen BLDC-Motor mit zwei Statorspulen. Bei einem BLDC-Motor mit mehr Spulen enthalten die Wertetupel zusätzliche Soll-Stromwerte für jede weitere Spule.
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Diese Wertetabelle wird im Datenspeicher gespeichert. Die Steuerungs- und Auswertungseinheit ist ausgebildet, auf den Datenspeicher und die Wertetabelle zuzugreifen.
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Durchführen eines Teilzyklus
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Vorgabe eines Soll-Drehmomentes
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Die Vorgabe eines Soll-Drehmoments wird durch die Last bestimmt, die von dem Motor aufgebracht werden soll. Die Vorgabe des Soll-Drehmoment erfolgt von der Steuerungs- und Auswertungseinheit beim Startvorgang des geschalteten BLDC-Motors
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Detektion eines ersten Ist-Rotorwinkels mittels des Rotorwinkelsensors
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Der Rotorwinkelsensor misst die mechanische Winkelposition des Rotors. Auf diese Weise ist bekannt, wie die Rotorzähne und die Statorzähne zueinander positioniert sind. Der Rotorwinkelsensor bestimmt damit zugleich die Stellung des Rotors innerhalb eines Motorstates.
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Auslesen des Soll-Stroms mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit
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Die Steuerungs- und Auswertungseinheit liest die Soll-Ströme zu den nächstliegenden Rotorwinkeln und dem Soll-Drehmoment aus der Wertetabelle des Datenspeichers aus.
Die Werte der ausgelesenen vier umliegenden Tabellenpunkte werden mit den realen Werten verrechnet und die Entfernung der realen Werte des Soll-Drehmoments und des ersten Ist-Rotorwinkels zu den Tabellenpunkten bestimmt. Ein Beispiel für vier ermittelte Punkte ist in der Wertetabelle durch einen Rahmen hervorgehoben.
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Durch eine bilineare Interpolation werden die Soll-Ströme aus den jeweiligen Soll-Strömen der vier Tabellenpunkte berechnet.
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Einstellen der Soll-Ströme durch den Stromregler
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Der Stromregler stellt die berechneten Soll-Ströme für die jeweiligen Motorspulen ein. Es kann sich hierbei um jegliche aus dem Stand der Technik bekannte Art von Stromreglern handeln, welche ausreichend schnelle Schaltzeiten aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich um einen digitalen Stromregler.
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Strombeaufschlagung der Motorspulen
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Der Stromregler leitet den Soll-Strom an die entsprechende Motorspule, wodurch ein magnetischer Fluss und in der Folge eine Kraft auf den Rotor erzeugt wird.
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Ermittlung des Ist-Drehmoments mittels des Drehmomenterfassers
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Der Drehmomenterfasser bestimmt das Ist-Drehmoment. Vorzugsweise wird das Ist-Drehmoment aus den verfügbaren Kenngrößen wie den Ist-Strömen und dem Rotorwinkel ermittelt.
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Ermittlung einer Drehmomentabweichung mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit
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Die Steuerungs- und Auswertungseinheit bestimmt eine Drehmomentabweichung durch einen Vergleich des Soll-Drehmoments mit dem Ist-Drehmoment.
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Berechnung eines korrigierten Soll-Stroms mittels der Steuerungs-und Auswertungseinheit auf Grundlage der Drehmomentabweichung
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Aus einer festgestellten Drehmomentabweichung ergibt sich, dass die Höhe des Soll-Stroms nicht vollständig geeignet war, das vorgegebene Soll-Drehmoment einzustellen. Zugleich ergibt sich aus der Höhe der festgestellten Drehmomentabweichung eine Aussage, in welchem Maß ein geänderter Soll-Strom voraussichtlich dazu führen würde, dass das Ist-Drehmoment dem Soll-Drehmoment entspricht.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Berechnung für alle vier zuletzt verwendeten Tabellenpunkte. Die Berechnung erfolgt in Abhängigkeit des verwendeten Interpolationsabstands (h, l) und der Drehmomentabweichung (Msoll-Mist). Ferner wird in die Berechnung eine Lernkonstante (KLern) einbezogen.
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Einschreiben der berechneten Werte des korrigierten Soll-Stroms in die vier betreffenden Wertetupel der Wertetabelle mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit und Löschung der bisherigen Werte des Soll-Stroms
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Die Steuerungs- und Auswertungseinheit schreibt die ermittelten Werte für die korrigierten Soll-Ströme in die Wertetupel der vier Tabellenpunkte.
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Wiederholte Durchführung des Teilzyklus bis zum Erreichen eines Motorwinkels, der einem vollständigen Motorstate entspricht
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Als Motorstate wird die Betriebsphase des BLDC-Motors von einer Kommutierung bis zur nächsten Kommutierung bezeichnet. Der Rotor durchläuft hierbei alle Winkelstellungen beginnend von der Winkelstellung der einen Kommutierung bis zur nächsten Kommutierung. Die Winkelstellung des Rotors am Ende eines Motorstates ist gleich der Winkelstellung am Anfang des nächsten Motorstates.
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Der Teilzyklus wird solange wiederholt, bis der Rotor des BLDC-Motors einen Rotationswinkel erreicht hat, welcher einen kongruenten Lage zu dem Rotationswinkel am Beginn eines nächsten Motorstates entspricht. Je nach Anzahl der Arme des Rotors erreicht dieser eine kongruente Lage für einen solchen Motorstate immer nach einem Winkel, der 360° dividiert durch die Anzahl der Motorstates entspricht. Dabei wird von einer rotationssymetrischen Ausbildung des Rotors ausgegangen.
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Entspricht ein Rotorarm in Stärke und Ausrichtung seines permanentmagnetischen Feldes einem anderen Rotorarm, werden diese Rotorarme als gleichwertig bezeichnet.
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Bei einem beispielsweise dreiarmigen Rotor (mit drei gleichwertigen Armen) tritt eine Beendigung des ersten Motorzustands alle 120° ein. Nach dem Durchlaufen von drei Motorstates wird eine vollständige Umdrehung des Rotors erreicht. Ein Gesamtzyklus bezeichnet also die Gesamtheit aller Teilzyklen, die vom Beginn eines Motorstates bis zum Abschluss eines Motorstates durchgeführt werden.
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Der Teilzyklus wird nach dem Erreichen des ersten Motorstates für den nächsten Motorstate durchgeführt und wiederholt, bis erneut ein Gesamtzyklus erreicht wird.
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Wiederholte Ausführung eines Gesamtzyklus
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Das Verfahren wird für alle folgenden Gesamtzyklen wiederholt.
Für eine vollständige Rotation des Rotors um 360° werden bei einem dreiarmigen Rotor drei Motorstates und damit drei Gesamtzyklen durchgeführt. Für jeden Motorstate wir jeweils immer wieder einTeilzyklus durchgeführt, bis wieder ein Gesamtzyklus erreicht wird.
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In dem Beispiel nach der Tabelle 1 wird ein erster Motorstate nach einer Rotation des Rotors um 60° erreicht. Für eine vollständige Rotordrehung um 360° werden sechs Motorstates durchlaufen.
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Dies wird für die Herbeiführung einer dauerhaften Rotation des Rotors fortlaufend wiederholt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere folgende besonderen Vorteile auf.
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Das Verfahren ist iterativ selbstlernend. Mit jedem Durchlauf eines Teilzyklus werden die Tabellenpunkte bezogen auf den Wert des Soll-Stroms optimiert. Mit fortgesetzter Durchführung des Verfahrens werden alle Tabellenpunkte von der Optimierung erfasst. Durch die wiederholte Durchführung nähert sich der Soll-Strom immer weiter dem optimalen Wert an, so dass sich die Drehmomentabweichung asymptotisch gegen Null einstellt.
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Aufgrund der sich immer verbessernden Einstellung des Drehmoments wird als Vorteil eine besonders wirksame Schwingungsreduzierung erreicht. Die Schwingungsreduzierung bewirkt eine besonders hohe Laufruhe sowie Geräuschreduzierung. Zudem werden die dynamischen Belastungen sowohl für den Motor selbst, als auch für angetriebene Komponenten und Haltestrukturen des Motors reduziert.
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Zudem besteht der Vorteil, dass das Verfahren ohne Anpassung oder mit lediglich geringem Anpassungsaufwand bei unterschiedlichen Motoren anwendbar ist. Es ist lediglich erforderlich, die Wertetabelle zunächst mit grob ermittelten Werten zu besetzen, die lediglich eine Lauffähigkeit des Motors ermöglichen müssen. Durch die Anwendung des Verfahrens wird mit jedem Durchlauf der Teilzyklen und des Gesamtzyklus selbsttätig eine Optimierung der Werte des Soll-Stroms in Anpassung an den jeweiligen Motor erreicht.
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Das Verfahren stellt vorteilhaft zudem eine selbsttätige Kompensierung etwaiger Fertigungstoleranzen bereit.
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Vorteilhaft ist es zudem, dass das Verfahren eine selbsttätige Anpassung an sich möglicherweise erst im Laufe eines Betriebs des Motors sukzessiv ergebende Veränderungen, wie beispielsweise Unwuchten oder ein unrunder Lauf durch Lagerverschleiß, bereitstellt. Das Verfahren bewirkt, dass die Soll-Ströme der jeweiligen physischen Beschaffenheit des Motors angepasst werden.
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Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Wertetabelle für einen vollständigen Rotorumlauf ausgebildet.
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Wird die Wertetabelle für einen vollen Rotorumlauf, also für eine Rotation um 360° ausgelegt, sind jeder physischen Lagebeziehung eines Rotorzahns zu einem Statorzahn Tabellenpunkte umkehrbar eindeutig zugeordnet. So können auch feinste Fertigungsunterschiede bei den einzelnen Rotor- oder Statorzähnen, Unwuchten oder Verschleißerscheinungen am Rotor durch das Verfahren ausgeglichen werden. Dadurch kann die Laufruhe des BLDC-Motors zusätzlich erhöht und selbst nach langen Laufzeiten gewährleistet werden.
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Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
- 1 BLDC-Motoranordnung
- 2 schematischer Ablaufplan des Verfahrens
- 3 Drehmomentverhalten des BLDC-Motors bei dem Verfahren
- 4 Werte, Interpolation und Berechnung der Korrekturen
näher erläutert.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau der BLDC-Motoranordnung.
Die BLDC-Motoranordnung weist eine Steuerungs- und Auswertungseinheit 2, einen Datenspeicher 3, einen Stromregler 4, einen Rotorwinkelsensor 5, einen Drehmomenterfasser 6 und einen BLDC-Motor 1 auf.
Der Stromregler 4, der Rotorwinkelsensor 5 und der Drehmomenterfasser 6 sind jeweils mit dem BLDC-Motor 1 und der Steuerungs- und Auswertungseinheit 2 verbunden.
In dieser Ausführung ist der Datenspeicher 3 mit der Wertetabelle in die Steuerungs- und Auswertungseinheit 2 integriert.
Der BLDC-Motor 1 weist einen Stator 7, einen Rotor 8 und mehrere Motorspulen 9 auf.
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Der Rotor ist in dieser Ausführung zylindrisch mit vier permanentmagnetischen Polen ausgebildet. Er ist drehbar um die Rotationsachse 10 gelagert.
Der Stromregler regelt die Soll-Ströme für die Statorspulen 9 auf die von der Steuerungs- und Auswertungseinheit 2 übermittelten Werte.
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Der Rotorwinkelsensor 5 ermittelt die Stellung des Rotors 8 und übermittelt diese an die Steuerungs- und Auswertungseinheit 2 und an den Drehmomenterfasser 6. Der Drehmomenterfasser 6 ermittelt aus den am BLDC-Motor 1 anliegenden Kenngrößen, im Ausführungsbeispiel insbesondere aus dem tatsächlichen Strom, bezogen auf einen konkreten Rotorwinkel, das Ist-Drehmoment und übermittelt dieses ebenfalls an die Steuerungs- und Auswertungseinheit 2. Hieraus errechnet die Steuerungs- und Auswertungseinheit 2 eine Drehmomentabweichung sowie auf dieser Grundlage optimierte Soll-Stromwerte und trägt diese an Stelle der bisherigen Soll-Stromwerte in die Wertetabelle des Datenspeichers 3 ein.
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2 stellt ein Schema des Verfahrens zum schwingungsreduzierten Betreiben eines geschalteten BLDC-Motors dar. Das Schema zeigt zusammengefasst alle Verfahrensschritte von I. bis IV., wobei der Verfahrensschritt II. mit allen Teilschritten dargestellt ist. Der Teilzyklus (Verfahrensschritt II.) wird bis zum Erreichen des Endes des ersten Motorstates wiederholt und nach Erreichen des ersten Motorstate erfolgt die Wiederholung bis zum Erreichen des Endes des nächsten Motorstates (Verfahrensschritt III.). Hierbei handelt es sich um einen Gesamtzyklus.
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Der Gesamtzyklus wird für alle Motorstates wiederholt, bis eine volle Umdrehung des Rotors um 360° erreicht wird (Verfahrensschritt IV.). Ist eine volle Rotordrehung abgeschlossen, kann der Ablauf in Gänze beliebig wiederholt werden, um eine dauerhafte Rotation zu bewirken.
Die Wertetabelle wird im Verfahrensschritt II.9 ständig aktualisiert.
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3 zeigt eine Zusammenstellung von Grafiken zum Drehmomentverhalten des BLDC-Motors bei der Anwendung des Verfahrens. Am Anfang (t=0 bzw. links) zeigt der geschaltete BLDC-Motor noch hohe Drehmomentspitzen, auch als Drehmomentrippel bezeichnet, welche durch eine nicht optimale Überlagerung der Teildrehmomente insbesondere beim Übergang von einem Motorstate zum Nächsten entstehen (unten links). Nach mehreren Gesamtzyklen sind die Drehmomentspitzen deutlich reduziert (unten rechts) und die Teildrehmomente überlagern sich vorteilhafter. Die Drehmomentspitzen sind verantwortlich für ein Schwingen der Rotorzähne und Statorzähne und damit für ein lautes Laufgeräusch des BLDC-Motors. Die Reduzierung der Drehmomentspitzen bewirkt damit auch eine Reduzierung des Motorgeräuschs.
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4 zeigt die Interpolation der Werte im Koordinatensystem a) und die Berechnung der Korrekturen für die Soll-Ströme in Tabelle b).
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Die Werteinterpolation gemäß dem Verfahrensschritt II.3 ist im Koordinatensystem a) grafisch dargestellt. Die Steuerungs- und Auswertungseinheit bekommt das Soll-Drehmoment vorgegeben und der Rotorwinkelsensor liefert den Ist-Rotorwinkel (Θist). Die Steuerungs- und Auswertungseinheit ermittelt die vier nächstgelegenen Tabellenpunkten (P11, P12, P21, P22) und interpoliert einen Soll-Strom (Isoll) durch bilineare Interpolation. Der so durch Interpolation erhaltene Wert für einen Soll-Strom (Isoll) wird in Verfahrensschritt II.4 und II.5 durch den Stromregler eingestellt und an die Motorspulen geleitet.
In Verfahrensschritt II.6 wird das anliegende Ist-Dremoment (Mist) mittels des Drehmomenterfassers ermittelt und in Verfahrensschritt II.7 durch die Steuerungs-und Auswertungseinheit mit dem Soll-Drehmoment (Msoll) zu einer Drehmomentabweichung (Msoll-Mist) verrechnet.
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4 zeigt in Tabelle II. die Berechnungsformeln für die Korrekturwerte (gemäß Verfahrensschritt II.8) mit der Drehmomentabweichung anhand der verwendeten Interpolationsabstände (h, l), einer Lernkonstante (KLern) und der Drehmomentabweichung (Msoll-Mist).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- BLDC-Motor
- 2
- Steuerungs-und Auswertungseinheit
- 3
- Datenspeicher
- 4
- Stromregler
- 5
- Rotorwinkelsensor
- 6
- Drehmomenterfasser
- 7
- Stator
- 8
- Rotor
- 9
- Statorspulen
- 10
- Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19743314 A1 [0003]
- DE 10308859 A1 [0004]
