DE102019127051A1

DE102019127051A1 - Verfahren zur geräuschlosen, messpulsfreien Regelung der Kommutierung eines BLDC-Motors im Haltebetrieb

Info

Publication number: DE102019127051A1
Application number: DE102019127051.0A
Authority: DE
Inventors: Jörg Krupar
Original assignee: Elmos Semiconductor SE
Current assignee: Elmos Semiconductor SE
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2020-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur testpulsfreien Regelung der Bestromung eines Motors mit drei Motoranschlüssen (u,v,w). Der Motor wird in bipolarer Blockkommutierung mittels eines PWM-Signals angesteuert, wobei zeitweise nur zwei der mindestens drei Motoranschlüsse (u,v,w) bestromt sind, von denen einer im Folgenden als Referenzknoten bezeichnet wird, und der dritte ein unbestromter Motoranschluss ist. Die PWM-Periode des PWM-Signals kann in PWM-Teilabschnitte unterteilt werden. Das Verfahren umfasst die Schritte a) des Anlegens einer ersten elektrischen Spannung an die zwei bestromten Motoranschlüsse in einem ersten PWM-Teilabschnitt, b) des Erfassens eines ersten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Referenzknoten in der zweiten PWM-Periode, c) des Anlegens einer zweiten elektrischen Spannung an die zwei bestromten Motoranschlüsse in einem zweiten PWM-Teilabschnitt, wobei der zweite PWM-Abschnitt auf den ersten PWM-Abschnitt folgt und von dem ersten PWM-Abschnitt verschieden ist und wobei die zweite Spannung gleich der ersten Spannung ist, d) des Erfassens eines zweiten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Referenzknoten in der zweiten PWM-Periode, e) der Subtraktion des zweiten Messwertes vom ersten Messwert und Bildung eines Differenzwertes, f) der Verwendung des Differenzwertes zur Regelung des elektrischen Stromes für die Bestromung der mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse oder der Verwendung des Differenzwertes zur Regelung der Kommutierung des PWM-Signals.

Description

Oberbegriff
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Regelung der Bestromung eines Motors, insbesondere im Haltebetrieb.
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 Verfahren aus dem Stand der Technik basieren auf der Positions- und Stromabhängigkeit der Statorinduktivitäten. Diese Verfahren lassen sich grob in drei Gruppen einteilen:

1. Gruppe 1: Vermessung der Induktivitäten durch Stromanstiegsmessungen während der Einprägung von Spannungstestimpulsen, (Schrödl, Sensorless Control of A.C. Machines, 1992), AT 406 722 B , US 5 028 852 A , 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 / 004 455 A1 , US 8 400 086 B2 , DE 103 11 028 B4 , DE 10 2004 055 156 A1 , EP 0 536 113 B1 u.A. Die technischen Lehren dieser Schriften unterscheiden sich letztendlich nur in der Art, wie der Stromanstieg gemessen wird. Der Stromanstieg kann beispielsweise durch eine Erfassung einer Stromdifferenz bei Vorgabe einer Zeitdifferenz (Δi-Messung) oder durch die Erfassung einer Zeitdifferenz bei Vorgabe einer Stromdifferenz (Δt-Messung) sowie durch eine Kombination dieser beiden Methoden erfolgen.
2. Gruppe 2: Vermessung des induktiven Spannungsteilers durch Spannungsmessung an einer unbestromten Phase oder am Sternpunkt, während an zwei anderen Phasen eine Spannung eingeprägt wird. Beispielhaft wären hier die US 6 441 572 B2 , AT 508 854 B1 , US 9 197 144 B2 , DE 10 2012 008 882 A1 , DE 10 2016 102 329 A1 , US 2007 / 0 031 131 A1 , DE 10 2006 032 491 A1 und die DE 10 2007 063 386 A1 zu nennen.
3. Gruppe 3: Einspeisung eines HF-Kleinsignals und Impedanzmessung, wie z.B. in der US 8 941 339 B2 offenbart. In diese Gruppe kann auch die DE 10 2013 204 382 A1 eingeordnet werden.

Alle Verfahren zur Positionsdetektion der Gruppen 1 und 2 haben die Einspeisung von Testpulsen als Gemeinsamkeit, die zwangsläufig zu einer Geräuschbildung durch den Motor führt und damit in akustisch sensiblen Anwendungen inakzeptabel ist.
Gruppe 3 hat wegen der hochfrequenten Einspeisung das Potential zum geräuschlosen Betrieb. Der dafür nötige Hardwareaufwand ist jedoch so hoch, dass diese Gruppe in preissensitiven Produkten keinerlei Bedeutung hat. Typischerweise sind sogar sensorbehaftete Lösungen noch kostengünstiger als die Produkte dieser Gruppe 3.
Weiterhin ist noch der ein oder andere Sonderfall der Positionsdetektion zu nennen, der jedoch aus Gründen von teilweise erheblichen zusätzlichen Realisierungs- und Kostenaufwänden in der Regel nicht praktikabel ist, z.B. ( US 5 028 852 A ), wo zur Positionsmessung Konstantströme eingespeist werden.
Zu bemerken ist noch, dass es unzählige Varianten EMK-basierter Verfahren gibt, die dem hier Vorgeschlagenen auf den ersten Blick sehr ähneln, jedoch allesamt den wesentlichen Unterschied haben, dass sie alle bei Stillstand nicht funktionieren, da bei Stillstand keine EMK existiert. Als Stellvertreter für diese Verfahren seien die DE 100 64 486 A1 , die DE 103 08 859 A1 und die DE 10 2005 020 737 A1 genannt.
Aus der DE 10 2012 222 315 A1 ist die Bestimmung des Rotorwinkels bekannt, bei der die Pulsbreitenmodulationsfrequenz variiert wird.
Aus der DE 43 17 044 A1 ist eine Lösungsmöglichkeit zur Anpassung der Stromwelligkeit bei verschiedenen Arbeitspunkten einer bestehenden Stromregelung bekannt.
Alle diese Lösungen benutzen Testpulse und sind damit nicht messpulsfrei. Für die Vermeidung von Geräuschen ist jedoch eine solche Freiheit von Testpulsen notwendig. Im Sinne dieser Offenlegung wird unter Testpulsen die Veränderung der Kommutierung durch Modulation oder gezielte Änderung der Kommutierungszeitpunkte oder eine Einspeisung zusätzlicher Ströme oder das Anlegen zusätzlicher Spannungen verstanden, die sich nicht aus der Regelung für die Aufrechterhaltung der eigentlichen mechanischen Funktion des Motors, also der Kraft- oder Drehmomenterzeugung, ergeben, sondern einzig und allein für die Ermittlung von Betriebsparametern zusätzlich vorgenommen werden. Messpulsfreiheit im Sinne dieser Offenlegung bedeutet daher, dass keine zusätzlichen Veränderungen der Kommutierung durch eine zusätzliche Modulation oder gezielte zusätzliche Änderung der Kommutierungszeitpunkte oder eine zusätzliche Einspeisung zusätzlicher Ströme oder das zusätzliche Anlegen zusätzlicher Spannungen vorgenommen werden, die sich nicht aus der Regelung für die Aufrechterhaltung der eigentlichen mechanischen Funktion des Motors, also der Kraft- oder Drehmomenterzeugung, ergeben, sondern einzig und allein für die Ermittlung von Betriebsparametern zusätzlich vorgenommen werden.
Es bedarf somit einer preisgünstigen Lösung für eine messpulsfreie sensorlose Positionsdetektion inklusive der Ansteuerung zur Generierung eines gewünschten Drehmoments bei Motorstillstand und niedriger Motordrehzahl.
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. Bestehende Verfahren zur sensorlosen Aktuatoransteuerung sind dabei so zu verbessern, dass die sensorlose Positionsmessung keine Geräusche verursacht. Der primäre Fokus liegt dabei auf der geräuschlosen sensorlosen Ansteuerung von Kleinaktuatoren im Haltebetrieb.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Lösung der Aufgabe
Bei Blockkommutierung wird die rückgemessene Spannung am induktiven Spannungsteiler genutzt, um den Kommutierungspunkt zu bestimmen bzw. bei Haltebestromung den Haltestrom zu messen. Bei dieser Spannung handelt es sich nicht um die elektromotorische Kraftrückwirkung (Englisch: back electro magnetic force = BEMF)!
Das Verfahren nutzt einen Teil der Messungen der Verfahren nach Gruppe 2 aus. Es wird wie in dieser Gruppe 2 die Vermessung des induktiven Spannungsteilers, der durch die bestromten Motorinduktivitäten gebildet wird, zur Positionsbestimmung und auch zur Stromregelung oder Kommutierung genutzt. Im Gegensatz zum Stand der Technik werden zur Vermessung jedoch keine Testpulse eingespeist, sondern der Motor wird in Blockkommutierung betrieben.
Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich also dadurch aus, dass die Blockkommutierungspulse gleichzeitig als Messpulse genutzt werden.
Anstelle der Einspeisung von Testimpulsen wird hier innerhalb der normalen PWM-Ansteuerung die zur Positionsbestimmung notwendigen Information an einer Phase abgenommen.
Wie aus vielen Veröffentlichungen zu den Verfahren der Gruppe 1 und der Gruppe 2 hervorgeht, ist es sehr vorteilhaft, die Spannung in zwei aufeinanderfolgenden Messpulsen umzukehren und die Differenzspannung aus den entsprechenden Messwerten weiterzuverarbeiten. Bei der PWM-Ansteuerung ist für das hier beschriebene Verfahren demzufolge eine sogenannte bipolare PWM-Ansteuerung zu bevorzugen. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die Spannung an den bestromten Motoranschlüssen in aufeinanderfolgenden PWM-Teilabschnitten negiert ist, so wie dies auch bei den entsprechenden Testpulsen der Verfahren nach Gruppe 2 der Fall wäre.
Dadurch, dass im Gegensatz zum Stand der Technik keine separaten Testpulse eingespeist werden, sondern stets die PWM zur Messung der Position genutzt wird, findet eine ständige geringe Ummagnetisierung der Induktivitäten statt. Dadurch treten die in der parallelen deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 127 412.2 , die ein Verfahren zurzur Verbesserung der Signalqualität der Positionsmessung offenbart, beschriebenen Nachteile der Messungen nach Gruppe 2 bei ausschließlicher Verwendung der PWM selbst nicht auf. Der Offenbarungsgehalt der parallelen deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 127 412.2 ist vollumfänglich Inhalt dieser Offenbarung.
Das zu lösende Hauptproblem liegt nun darin, dass nur eine geringe Teilinformation verglichen mit den Verfahren zur Positionsdetektion nach den o.g. Gruppen 1 bis 3 gewonnen werden kann. Das Besondere, das das hier vorgestellte Verfahren von den Verfahren aus dem Stand der Technik unterscheidet, liegt also im Wesentlichen in der geeigneten Verarbeitung der Information.
Das hier bisher vorgestellte Verfahren selbst ist nicht in der Lage, nur aus dieser Messung die Rotorposition vollständig zu ermitteln. Für eine erste initiale Inbetriebnahme muss daher bei solchen Aktuatoren entweder einmalig ein sensorloses Verfahren zur initialen Positionsdetektion verwendet werden oder der Motor muss einmal blind beschleunigt werden, um eine BEMF messen zu können und darüber die Position erstmalig zu erkennen. Speziell bei Kleinaktuatoren im Klimaklappenbereich ist letzteres beim Einschalten der Zündung meist gegeben, da diese dann zunächst in eine bestimmte bekannte Ruhestellung fahren.
Nach der Initialisierung arbeitet das Verfahren mit einem Speicher und der im folgenden beschriebenen Positionsbestimmung.
Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der Figuren.
Figur 1
1 zeigt für den lastfreien Fall der Ansteuerung des Motors an zwei Phasen sowie der Spannungsmessung an der dritten, unbestromten Phase den Drehmomentenverlauf (M1(φ)) sowie den Verlauf der ermittelten Spannungsdifferenz (U1(φ)) aus zwei Bestromungen unterschiedlicher Vorzeichen in Abhängigkeit vom Winkel φ. Die Bestromungen unterschiedlichen Vorzeichens werden hier nicht mit Testpulsen generiert, sondern sind bei einer geeigneten PWM-Ansteuerung des Leistungsteils bereits vorhanden. Eine solche geeignete PWM-Ansteuerung ist in der Literatur als die sogenannte bipolare PWM zu finden. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass innerhalb eines PWM-Takts in (aufeinanderfolgenden) Teilphasen die an den Motor angelegte Spannung ihr Vorzeichen umkehrt. Einfache Erweiterungen um sogenannte Nullvektoren, in denen effektiv keine äußere Spannung an den Motor angelegt wird, bzw. die Motoranschlüsse kurzgeschlossen werden, sind ebenfalls denkbar.
Die Spannung zeigt die doppelte Frequenz des Drehmoments. Das höchste Drehmoment erzielt man in den beiden Ansteuerpunkten 90° und 270°, an denen die Spannungsdifferenz jeweils einen Nulldurchgang hat. Für die richtungsrichtige Ansteuerung ist von den beiden Ansteuerpunkten 90° und 270° bevorzugt der Ansteuerpunkt 90° zu wählen. Im Folgenden wird diese Wahl vorausgesetzt. Der Fachmann kann natürlich auch 270° wählen. Die anderen beiden Nulldurchgänge der Spannungsdifferenz bei 0° und 180° sind wegen der dortigen Drehmomentennulldurchgänge keine sinnvollen Ansteuerungspunkte.
Erweitert man die Darstellung auf alle drei Phasen (u,v,w), so erhält man 2. Im nächsten Schritt werden als sinnvoll erscheinende Kommutierungspunkte für eine Blockkommutierung basierend auf diesem Prinzip gewählt.
Ein anzustrebendes Ansteuerungsverfahren wählt zweckmäßigerweise die Kommutierungsintervalle so aus, dass der Aktuator damit das jeweils maximal mögliche Drehmoment (M1(φ), M2(φ), M3(φ)) liefern kann. Drehmomentverlauf und rückgemessene Spannung sind für diese Intervalle in 3 dargestellt. Die optimale Umschaltgrenze zwischen den Intervallen würde bei einer rückgemessenen Spannungsdifferenz liegen, die $\pm \sqrt \frac{3}{4}$
der Amplitude der Spannungsdifferenz entspricht. In welche Kommutierung von einer alten Kommutierung aus umgeschaltet wird, hängt davon ab, ob in der alten Kommutierung die positive Grenze oder die negative Grenze erreicht bzw. überschritten wurde.
Es ist davon auszugehen, dass bei dieser Ausführung aufgrund von Toleranzen im Motoraufbau und auch wegen magnetischer Effekte bei einer solchen einfachen Umschaltung an den Umschaltgrenzen Probleme der Form zu erwarten sind, dass im unmittelbaren Bereich um die Umschaltgrenze herum mehrfache Hin- und Herschaltvorgänge initiiert werden, die zwar dem Drehmoment nicht abträglich sind, jedoch zu erheblicher Geräuschbildung führen können. Deshalb sind weitere Modifikationen / Erweiterungen zu der o.g. ersten zweckmäßigen Ansteuerung sinnvoll. Diese werden im Folgenden benannt.
Die einfachste Erweiterung besteht darin, dass die o.g. Umschaltgrenzen richtungsabhängig geringfügig erhöht bzw. erniedrigt werden. Dadurch erreicht man eine Hysterese, die dem häufigen Hin- und Herschalten entgegenwirkt. Die Erhöhung ist mit Bedacht zu wählen, da eine zu hoch gewählte Grenze u.U. nicht mehr erreicht werden kann, so dass die Weiterschaltung dann nicht mehr stattfindet.
Eine weitere sinnvolle Erweiterung kann darin bestehen, dass die Ansteuerung nach Erreichen einer der o.g. Umschaltgrenzen $\pm \sqrt \frac{3}{4}$
zunächst in einen Zwischenzustand geht, in dem die alte Kommutierung solange beibehalten wird, bis die rückgemessene Spannung wieder sinkt, also deren Ableitung einen Nulldurchgang hat. Erst danach wird die Kommutierung weitergeschaltet und anschließend wieder beibehalten, bis wieder eine Grenze überschritten wurde, und anschließend die Ableitung der Spannung wieder einen Nulldurchgang hat usw.. Diese Art der Ansteuerung ist eine robuste Möglichkeit.
Ermittlung der Schaltschwellen
Die im vorherigen Abschnitt benannten Schaltschwellen müssen zur korrekten Funktion der Ansteuerung ermittelt werden, um die Ansteuerung korrekt ausführen zu können. Die vorher genannte Amplitude der rückgemessenen Spannungsdifferenz am induktiven Spannungsteiler ist abhängig vom verwendeten Motor und unterliegt weiterhin aufgrund von Fertigungstoleranzen einer gewissen Exemplarstreuung. Deshalb ist es sinnvoll, die Amplitude vor Inbetriebnahme zu messen und entsprechende Kennwerte in der Ansteuerung abzuspeichern. Die Vermessung kann z.B. am Bandende in der Produktion erfolgen, oder bei einer ersten Initialisierung durch die Applikation selbst vorgenommen werden. Es ist auch denkbar, dass bei jedem Einschalten der Spannungsversorgung die Ansteuerung eine kurze Drehbewegung beim Motor verursacht, oder ihn in eine Referenzposition fährt und während der Bewegung die Amplitude bestimmt.
Lastabhängigkeit
Die Amplitude der rückgemessenen Spannungsdifferenz besitzt auch je nach Motor eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Last- bzw. Stromabhängigkeit. 4 veranschaulicht diesen Effekt. Dort ist die winkelabhängige rückgemessene Differenz der Spannung am unbestromten Motoranschluß für verschiedene Lastströme dargestellt. In der Regel nimmt die Amplitude bei korrekter Ansteuerung mit zunehmendem Strom ab. Ist bei einem Motor eine solche Lastabhängigkeit vorhanden, so ist es sinnvoll, diese in der Ansteuerung zu berücksichtigen. Dies kann durch eine entsprechende Korrekturfunktion erfolgen, bei der die Umschaltgrenzen in Abhängigkeit vom Motorstrom modifiziert werden. Auch die Ermittlung dieser Abhängigkeit am Bandende oder durch gezieltes Anfahren eines Hindernisses beim Einschalten des Stroms ist denkbar.
Die Lastabhängigkeit selbst kann innerhalb eines Kommutierungsintervalls auch asymmetrisch sein, da an einer Intervallgrenze geringfügig in d-Richtung bestromt wird, während an der anderen Intervallgrenze geringfügig gegen d-Richtung bestromt wird. Auch eine solche lastabhängige Asymmetrie kann durch eine Korrekturfunktion berücksichtigt werden.
Unterdrückung von Magnetisierungseffekten bei Umschalten der Kommutierung
In der parallen deutschen Anmeldung DE 10 2018 127 412.2 sind Ursachen und Abhilfen zu magnetischen Effekten beschrieben, die auch nach jeder Umschaltung der Kommutierung zu erwarten sind. Die einfachste Art der Beseitigung der ungewünschten Effekte bei der Ummagnetisierung besteht darin, nach jeder Kommutierung die erste rückgemessene Spannung oder besser Spannungsdifferenz oder eine gewisse Anzahl von Zyklen vom Ansteuerverfahren zu ignorieren.
Durch das permanente Umkehren des Spannungsvorzeichens ist ein korrekt auswertbares Signal zu erwarten, sobald der mittlere Ansteuerstrom eingeschwungen ist. Während der Änderung des Ansteuerstroms ist mit einer gewissen Abweichung zu rechnen. Dieser Abweichung kann mit einer Verlagerung der Abtastzeitpunkte der Spannung entgegnet werden. 4 zeigt zwei solcher Fälle. Typischerweise wird kurz vor dem Umschalten der angelegten Spannung, die Spannung an der unbestromten Phase zurückgemessen, um eine maximale Einschwingzeit für die rückgemessene Spannung abzusichern. Bei steigendem mittleren Strom ist hier mit größeren Fehlern an den Messungen am Ende der Intervalle, in denen der Strom ansteigt, zu erwarten. Gleiches gilt bei fallendem Strom für die Messungen am Ende der Intervalle, in denen der Strom sinkt. Diese Messungen sollten „nach vorn“ verlagert werden (gestrichelte Pfeile), in ein Intervall, in dem der Strom noch innerhalb der nominalen Welligkeit liegt, soweit dies das Einschwingverhalten am unbestromten Motoranschluss zulässt. Die Verlagerung selbst kann abhängig vom Betrag und Vorzeichen des Anstiegs des mittleren Stroms gestaltet werden. Da nach einer Kommutierung ein bestimmtes Stromverhalten erwartet werden kann, kann die Verlagerung auch mit der vorhandenen Kenntnis und ohne Feststellung des mittleren Stromanstiegs erfolgen. Auch eine generelle Verlagerung der Messung nach vorn kann hier einen Vorteil bei der Verbesserung der Signalqualität bringen.
Für die Intervalle, in denen sich der mittlere Strom ändert, ist es auch denkbar, dass z.B. zu jedem zweiten PWM-Zyklus ein modifizierter Zyklus eingefügt wird, in dem sich der mittlere Motorstrom nicht ändert. Dies geht jedoch eher wieder in Richtung der im Stand der Technik benannten Verfahren mit Messpulsen und entfernt sich von der eigentlichen Intention dieser Anmeldung, da es Geräusche mit der halben PWM-Frequenz verursacht.
Verfahrensumschaltung bei drehendem Motor
Bei ausreichend hoher Drehzahl ist eine Verfahrensumschaltung auf EMK-basierte Verfahren sinnvoll, da diese bei hoher Drehzahl in der Regel eine zuverlässigere Rotorwinkelbestimmung erlauben als jene Verfahren, die zur Positionsmessung bei Rotorstillstand geeignet sind. Die Erkennung, wann diese Umschaltung sinnvoll ist, ist mit dem hier beschriebenen Verfahren relativ einfach möglich. Da hier eine Spannungsdifferenz aus zwei Teilspannungen ausgewertet wird, kann man zusätzlich eine oder beide Teilspannungen (oder die Summe davon) separat überwachen. Übersteigt diese einen typischerweise vordefinierten Schwellwert, so ist die EMK ausreichend hoch und es kann auf EMK-basierte Verfahren umgeschaltet werden. Bei Blockkommutierung ist auf die gleiche Weise eine Rückschaltung auf das hier beschriebene Verfahren bei Unterschreitung einer Mindest-EMK denkbar. Andere Varianten, die auf einer äquivalenten Drehzahl als Kriterium beruhen, sind ebenfalls anwendbar. Würde der Motor bei ausreichend hoher Drehzahl mittels FOC betrieben, so wäre die im Beobachter ermittelte EMK ein mögliches Umschaltkriterium.
Sonderfall Haltebestromung bei Motorstillstand
Ein wichtiger Fall, der hier ebenfalls abgedeckt werden soll, sind Aktuatoren mit variabler Haltebestromung und evtl. „blindem“ Start und auch abbremsen. Eine Reihe von Aktuatoren verbringen einen Großteil ihrer Lebensdauer im Stillstand, müssen jedoch genau im Stillstand ein Haltemoment erzeugen, um den sicheren Verbleib in einer gewünschten Position zu garantieren. Für diese Aktuatoren ist es aus energetischer Sich sinnvoll, den Haltestrom an die Notwendigkeiten anzupassen, während eine Optimierung von Startstrom oder Stromaufnahme am laufenden Motor in der Gesamtenergiebilanz kaum sichtbar ist. Für diese Aktuatoren kann im Haltebetrieb eine vereinfachte Form der Ansteuerung verwendet werden, bei der der Motor im Haltezustand in einem der Intervalle aus 3 betrieben wird und mittels Stromregelung dort gehalten wird. 7 zeigt eine solche Implementierung. Der Strom wird in Abhängigkeit von der rückgemessenen Spannungsdifferenz geregelt. Der Regler kann in einer nach dem Stand der Technik üblichen Struktur ausgeführt sein, z.B. als P-, PI-, PID-Regler oder auch als digitaler Regler.
Überschreitet die rückgemessene Spannungsdifferenz eine der Intervallgrenzen, die durch die Komparatoren (CMP1, CMP2) und das oder-Gatter (OR) überwacht werden, so hat die Kraft des Aktuators nicht ausgereicht, um der äußeren Last entgegenzuwirken. In diesem Fall kann entweder kommutiert werden, um die Kraft aufrechtzuerhalten, oder mit dem Überschreiten der Intervallgrenzen wird von der Aktuatoransteuerung ein Fehlersignal generiert, welches der übergeordneten Ansteuerung die Überlastung meldet. Das Fehlersignal kann auch dazu genutzt werden, bei Überlastung die PWM-Generierung und damit den Leistungsteil abzuschalten, um Motor und Leistungsteil zu schützen.
Soll der Aktuator vom Haltebetrieb in den Bewegungsbetrieb wechseln, so ist nahezu jede Kombination von Verfahren zum Starten und Bewegen des Motors nach dem Stand der Technik zur Kombination mit der Haltebestromung denkbar. Dies gilt von der einfachen Blockkommutierung mit blindem Start mit Maximalstrom beginnend von der Halteposition aus, über FOC mit blindem Start ausgehend von der Halteposition bis hin zu Verfahren mit permanenter Positionsmessung.
Dabei hat insbesondere die Kombination mit der FOC mit blindem Start ausgehend von der Halteposition den Vorteil, dass dabei weder beim Haltebetrieb noch bei den Übergängen zum laufenden Betrieb noch im laufenden Betrieb Geräusche durch Testpulse, Kommutierungsübergänge oder Ähnliches entstehen. Nach dem Abbremsen auf eine der Haltepositionen kann wieder in den Betrieb der Haltebestromung gewechselt werden.
Merkmale der Erfindung
Kern der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Regelung der Bestromung eines Motors, insbesondere im Haltebetrieb. Der Motor weist wenigstens drei Motoranschlüssen (u,v,w) auf. Bevorzugt ist die Verschaltung der Induktivitäten des Motors in Sternschaltung ausgeführt. Der Motor wird vorschlagsgemäß in bipolarer Blockkommutierung mittels eines PWM-Signals mit einer PWM-Periode angesteuert. Dabei werden zwei der mindestens drei Motornschlüsse bestromt. Im Folgenden wird hier einer dieser zwei bestromten Motoranschlüsse als Referenzknoten bezeichnet. Ein Motorannschluss - im Folgenden als unbestromter Motoranschluss benannt - ist dabei nicht bestromt. Bei der Sternschaltung bilden dann die zwei Induktivitäten, die mit dem Sternpunkt und mit jeweils einem der beiden bestromten Motoranschlüsse verbunden sind, einen induktiven Spannungsteiler. Somit kann dann an dem dritten unbestromten Motoranschluss die Sternpunktspannung mittels der unbestromten Induktivität zwischen Sternpunkt und unbestromten Motoranschluss stromfrei abgenommen werden. Da eine Sternschaltung durch Berechnung jederzeit in eine Dreiecksschaltung umgewandelt werden kann, funktioniert das Verfahren auch für eine Dreiecksschaltung. In dem Fall muss die Stern-Dreiecksumwandlung durch einen analogen oder digitalen Rechner vorgenommen werden. Die PWM-Periode des PWM-Signals kann dabei in PWM-Teilabschnitte unterteilt werden. Das Verfahren zur messpulsfreien Regelung der Bestromung eines Motors im Haltebetrieb umfasst dann mindestens die Schritte:

- Anlegen einer ersten elektrischen Spannung mit einem ersten Spannungswert an die mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse (u,v,w) in einem ersten PWM-Teilabschnitt einer PWM-Periode daraus folgende Bestromung dieser zwei bestromten Motoranschlüsse der Motorenanschlüsse (u,v,w) mit einem Motorstrom und

- Erfassen eines ersten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode;
- Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung mit einem zweiten Spannungswert an die mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse (u,v,w) in einem zweiten PWM-Teilabschnitt der PWM-Periode,
- ◯ wobei der zweite PWM-Abschnitt auf den ersten PWM-Abschnitt folgt und
- ◯ wobei der zweite PWM-Abschnitt von dem ersten PWM-Abschnitt verschieden ist und
- ◯ wobei der zweite Spannungswert gleich dem negativen ersten Spannungswert ist, und
- Erfassen eines zweiten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode;
- Subtraktion des zweiten Messwertes vom ersten Messwert und Bildung eines Differenzwertes, der mit einem Vorzeichen behaftet ist;
- Verwendung des Differenzwertes zur Regelung des elektrischen Stromes für die Bestromung der mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse
- wobei im Falle eines steigenden Differenzwertes eine Erhöhung des Motorstroms erfolgt und im Falle eines sinkenden Differenzwertes eine Erniedrigung des Motorstroms erfolgt oder
- wobei im Falle eines steigenden Differenzwertes eine Erniedrigung des Motorstroms erfolgt und im Falle eines sinkenden Differenzwertes eine Erhöhung des Motorstroms erfolgt.

Alternativ umfasst das Verfahren die Schritte:

- Erfassen eines ersten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode;
- Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung mit einem zweiten Spannungswert an die mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse (u,v,w) in einem zweiten PWM-Teilabschnitt der PWM-Periode,
- ◯ wobei der zweite PWM-Abschnitt auf den ersten PWM-Abschnitt folgt und
- ◯ wobei der zweite PWM-Abschnitt von dem ersten PWM-Abschnitt verschieden ist und
- ◯ wobei der zweite Spannungswert gleich dem negativen ersten Spannungswert ist, und
- Erfassen eines zweiten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode;
- Subtraktion des zweiten Messwertes vom ersten Messwert und Bildung eines Differenzwertes, der mit einem Vorzeichen behaftet ist;
- Verwendung des Differenzwertes zur Regelung der Kommutierung des PWM-Signals und
- Weiterschalten der Kommutierung bei Überschreiten eines vorbestimmten positiven Schwellwerts durch den Differenzwert um ein Kommutierungsintervall in das zeitlich nachfolgende Kommutierungsintervall und
- Zurückschalten der Kommutierung bei Unterschreiten eines vorbestimmten negativen Schwellwerts durch den Differenzwert um ein Kommutierungsintervall in das zeitlich vorausgehende Kommutierungsintervall.

Alternativ umfasst das Verfahren die Schritte:

- Erfassen eines ersten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode;
- Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung mit einem zweiten Spannungswert an die mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse (u,v,w) in einem zweiten PWM-Teilabschnitt der PWM-Periode,
- ◯ wobei der zweite PWM-Abschnitt auf den ersten PWM-Abschnitt folgt und
- ◯ wobei der zweite PWM-Abschnitt von dem ersten PWM-Abschnitt verschieden ist und
- ◯ wobei der zweite Spannungswert gleich dem negativen ersten Spannungswert ist, und
- Erfassen eines zweiten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode;
- Subtraktion des zweiten Messwertes vom ersten Messwert und Bildung eines Differenzwertes, der mit einem Vorzeichen behaftet ist;
- Weiterschalten der Kommutierung bei Unterschreiten eines vorbestimmten negativen Schwellwerts durch den Differenzwert um ein Kommutierungsintervall in das zeitlich nachfolgende Kommutierungsintervall und
- Zurückschalten der Kommutierung bei Überschreiten eines vorbestimmten positiven Schwellwerts durch den Differenzwert um ein Kommutierungsintervall in das zeitlich vorausgehende Kommutierungsintervall.

Variante 1
Eine erste Variante deer obigen drei grundlegenden Verfahrensvatianten umfasst zusätzlich den Schritt der Verwendung eines sensorlosen Verfahrens zur Positionsbestimmung des Rotors während einer initialen Inbetriebnahme.
Variante 2
Eine zweite Variante der obigen drei grundlegenden Verfahrensvatianten umfasst zusätzlich den Schritt des Durchführens einer Beschleunigung des Motors während einer initialen Inbetriebnahme. Die Varianten 1 und 2 können natürlich miteinander kombiniert werden.
Variante 3
Bei einer dritten Variante der obigen drei grundlegenden Verfahrensvatianten wird als bevorzugter Arbeitspunkt ein Punkt von φ=90° oder φ=270° gewählt.
Variante 4
Eine vierte Variante der obigen drei grundlegenden Verfahrensvatianten umfasst zusätzlich den Schritt der Auswahl der Kommutierungsintervalle in der Art, dass der Motor damit das jeweils eine lokale Maximum des Drehmoments bezogen auf den Winkel φ (M1(φ), M2(φ), M3(φ)) liefert.
Variante 5
Eine fünfte Variante der obigen drei grundlegenden Verfahrensvatianten umfasst zusätzlich die Schritte des Erfassens der Amplitude des Differenzwertes und des Bestimmens der mittleren Umschaltgrenze zwischen den Intervallen mit einem Wert der mittleren Umschaltgrenze von ± √3/4 des Werts der Amplitude des Differenzwertes.
Variante 6
Die sechste Variante baut auf der fünften Variante auf. Die sechste Variante der obigen drei grundlegenden Verfahrensvatianten ist dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der Umschaltgrenzen richtungsabhängig um einen Betrag ΔU gegenüber dem Wert der mittleren Umschaltgrenze vermindert bzw. erhöht sind. Hierdurch wird eine Hysterese ermöglicht, die das zuvor bereits beschriebene Zittern und damit die Geräuschentwicklung verhindert.
Variante 7
Die siebte Variante baut auf der fünften und/oder sechsten Variante auf. Die siebte Variante der obigen drei grundlegenden Verfahrensvatianten umfasst zusätzlich die Schritte des Beibehaltens der Kommutierung nach dem Erreichen der Umschaltgrenze und der Kommutierung, in dem Moment, wenn die zeitliche Ableitung des Betrags des Differenzwerts negativ ist oder wenn die zeitliche Ableitung des Differenzwerts einen Nulldurchgang hat.
Zum vorgeschlagenen Verfahren gehört bevorzugt eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens entsprechend einem oder mehreren vorausgegangenen Verfahrensmerkmale. Diese Vorrichtung weist einen Motor mit drei Motoranschlüssen (u, v, w), eine PWM-Generierung zur Erzeugung von Ansteuersignalen für diese drei Motoranschlüsse (u,v,w), einen Spannungsdifferenzerzeuger zur zumindest zeitweiligen Erzeugung eines Spannungsdifferenzsignals, das den Differenzwert entsprechend den vorausgehenden Verfahrensmerkmalen signalisiert, in Abhängigkeit von Potenzialen an den Motoranschlüssen (u,v,w), einen Regler, der die PWM-Generierung in Abhängigkeit von dem Differenzwert steuert, einen ersten Komparator (CMP1), der den Differenzwert mit einer oberen Grenze vergleicht und ein erstes Koparatorausgangssignal in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches erzeugt, einen zweiten Komparator (CMP2), der den Differenzwert mit einer unteren Grenze vergleicht und ein zweite Koparatorausgangssignal in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches erzeugt, und eine Logik (OR) auf, die die PWM-Generierung abschaltet und/oder ein Fehlersignal erzeugt, wenn der Differenzwert oberhalb der oberen Grenze oder unterhalb der unteren Grenze liegt. Es ist denkbar einige dieser Komponenten zusammenzulegen, sodass funktionsäquivalente Vorrichtungen entstehen, die von den Ansprüchen miterfasst sind. Beispielsweise kann ein Signalprozessor die Funktionen der Regelung, der Komparatoren, der Logik und der Fehlersignalisierung vornehmen.
Literaturverzeichnis

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Vorteil
Ein solcher [Gattungsbegriff] ermöglicht zumindest in einigen Realisierungen [Vorteile nennen]. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt.
Erlaubt durch das Wegfallen der bisher nötigen zusätzlichen Messpulse den Einsatz in geräuschsensiblen Anwendungen und erhöht zusätzlich das maximale zur Verfügung stehende Drehmoment, z.B. ELA0686.
Einsatz erlaubt die Verwendung in geräuschsensiblen Umgebungen ohne Positionssensor und mit geregeltem Haltestrom (z.B. in Klimaklappen), was aus Preis- und zunehmend auch Energieeffizienzgründen in den Fokus der Automobilindustrie gelangt.
Figurenliste

1 zeigt den Drehmomentenverlauf (M1) und die an der nicht bestromten Motorphase rückgemessene Spannungsdifferenz (U1) (in willkürlichen Einheiten) über eine Feldumdrehung (in Grad des Winkels φ) entsprechen dem Stand der Technik.
2 zeigt die Drehmomentenverläufe (M1, M2, M3) und die rückgemessenen Spannungsdifferenzen (U1, U2, U3) (in willkürlichen Einheiten) über eine Feldumdrehung (in Grad des Winkels φ) für alle drei Phasen, wenn diese jeweils für sich alleine unbestromt sind während die jeweils anderen Phasen bestromt sind.
3 zeigt eine beispielhafte Intervalleinteilung für eine maximale Drehmomenterzeugung der Drehmomente (M1, M2, M3) (in willkürlichen Einheiten) und der rückgemessenen Spannungsdifferenzen (U1, U2, U3) (in willkürlichen Einheiten) über eine Feldumdrehung (in Grad des Winkels φ).
4 zeigt die jeweilige Stromabhängigkeit der jeweils rückgemessenen Spannungsdifferenz an einer für sich alleine unbestromten Motorphase an einem Motor (hier die Motorphase 2) während die anderen beiden Motorphasen (hier die Motorphasen 1 und 2) bestromt werden.
5 zeigt den beispielhaften steigenden (5a) und fallenden (5b) mittleren Strom nach einer Kommutierung.
6 zeigt das Einfügen von Zusatzpulsen an den mit Pfeilen markierten Positionen bei sich veränderndem mittleren Strom.
7 zeigt eine beispielhafte Haltestromregelung und Fehlersignalgenerierung zur Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Claims

Verfahren zur messpulsfreien Regelung der Bestromung eines Motors, insbesondere im Haltebetrieb, - wobei der Motor wenigstens drei Motoranschlüsse (u,v,w) aufweist und - wobei der Motor in bipolarer Blockkommutierung mittels eines PWM-Signals mit einer PWM-Periode messpulsfrei angesteuert wird und - wobei zwei der mindestens drei Motoranschlüsse (u,v,w) bestromt sind und - wobei im Folgenden einer dieser zwei bestromten Motoranschlüsse (M1, M2, M3) als Referenzknoten bezeichnet wird und - wobei ein Motoranschluss - im Folgenden als unbestromter Motoranschluss benannt - nicht bestromt ist und - wobei die PWM-Periode des PWM-Signals in PWM-Teilabschnitte unterteilt werden kann, - mit folgenden Schritten: ◯ Anlegen einer ersten elektrischen Spannung mit einem ersten Spannungswert an die mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse der Motorenanschlüsse (u,v,w) in einem ersten PWM-Teilabschnitt einer PWM-Periode und daraus folgende Bestromung dieser zwei bestromten Motoranschlüsse der Motorenanschlüsse (u,v,w) mit einem Motorstrom; ◯ Erfassen eines ersten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode; ◯ Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung mit einem zweiten Spannungswert an die mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse der Motorenanschlüsse (u,v,w) in einem zweiten PWM-Teilabschnitt der PWM-Periode, ■ wobei der zweite PWM-Abschnitt auf den ersten PWM-Abschnitt folgt und ■ wobei der zweite PWM-Abschnitt von dem ersten PWM-Abschnitt verschieden ist und ■ wobei der zweite Spannungswert gleich dem negativen ersten Spannungswert ist, und ◯ Erfassen eines zweiten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode; ◯ Subtraktion des zweiten Messwertes vom ersten Messwert und Bildung eines Differenzwertes, der mit einem Vorzeichen behaftet ist; ◯ Verwendung des Differenzwertes zur Regelung des elektrischen Stromes für die Bestromung der mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse, ◯ wobei im Falle eines steigenden Differenzwertes eine Erhöhung des Motorstroms erfolgt und im Falle eines sinkenden Differenzwertes eine Erniedrigung des Motorstroms erfolgt oder ◯ wobei im Falle eines steigenden Differenzwertes eine Erniedrigung des Motorstroms erfolgt und im Falle eines sinkenden Differenzwertes eine Erhöhung des Motorstroms erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch - die Verwendung eines sensorlosen Verfahrens zur Positionsbestimmung des Rotors während der initialen Inbetriebnahme.
Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch - das Durchführen einer Beschleunigung des Motors während der initialen Inbetriebnahme.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass als Arbeitspunkt ein Punkt von 90° oder 270° gewählt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt - der Auswahl der Kommutierungsintervalle (3) in der Art, so dass der Motor damit das jeweils maximal mögliche Drehmoment (M1(φ), M2(φ), M3(φ)) liefert.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte: - Erfassen der Amplitude des Differenzwertes; - Bestimmen der mittleren Umschaltgrenze zwischen den Intervallen mit einem Wert der mittleren Umschaltgrenze von ± √3/4 des Werts der Amplitude des Differenzwertes.
Verfahren nach dem vorausgehenden Anspruch gekennzeichnet dadurch, - dass die Werte der Umschaltgrenzen richtungsabhängig um einen Betrag ΔU gegenüber dem Wert der mittleren Umschaltgrenze vermindert bzw. erhöht sind.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 6 gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte: - Beibehalten der Kommutierung nach dem Erreichen der Umschaltgrenze; - Kommutierung, - wenn die zeitliche Ableitung des Betrags des Differenzwerts negativ ist oder - wenn die zeitliche Ableitung des Differenzwerts einen Nulldurchgang hat.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 - mit einem Motor mit drei Motoranschlüssen (u, v, w), - mit einer PWM-Generierung zur Erzeugung von Ansteuersignalen für diese drei Motoranschlüsse (u,v,w), - mit einem Spannungsdifferenzerzeuger zur zumindest zeitweiligen Erzeugung eines Spannungsdifferenzsignals, dass den Differenzwert gemäß Anspruch 1 signalisiert, in Abhängigkeit von Potenzialen an den Motoranschlüssen (u,v,w), - mit einem Regler, der die PWM-Generierung in Abhängigkeit von dem Differenzwert steuert, - mit einem ersten Komparator (CMP1), der den Differenzwert mit einer oberen Grenze vergleicht und ein erstes Koparatorausgangssignal in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches erzeugt, - mit einem zweiten Komparator (CMP2), der den Differenzwert mit einer unteren Grenze vergleicht und ein zweite Koparatorausgangssignal in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches erzeugt, - mit einer Logik (OR), die die PWM-Generierung abschaltet und/oder ein Fehlersignal erzeugt, wenn der Differenzwert oberhalb der oberen Grenze oder unterhalb der unteren Grenze liegt.
Verfahren zur messpulsfreien Regelung der Bestromung eines Motors, insbesondere im Haltebetrieb, - wobei der Motor wenigstens drei Motoranschlüsse (u,v,w) aufweist und - wobei der Motor in bipolarer Blockkommutierung mittels eines PWM-Signals mit einer PWM-Periode messpulsfrei angesteuert wird und - wobei zwei der mindestens drei Motoranschlüsse (u,v,w) bestromt sind und - wobei im Folgenden einer dieser zwei bestromten Motoranschlüsse (M1, M2, M3) als Referenzknoten bezeichnet wird und - wobei ein Motoranschluss - im Folgenden als unbestromter Motoranschluss benannt - nicht bestromt ist und - wobei die PWM-Periode des PWM-Signals in PWM-Teilabschnitte unterteilt werden kann, - mit folgenden Schritten: ◯ Anlegen einer ersten elektrischen Spannung mit einem ersten Spannungswert an die mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse der Motorenanschlüsse (u,v,w) in einem ersten PWM-Teilabschnitt einer PWM-Periode und ◯ Erfassen eines ersten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode; ◯ Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung mit einem zweiten Spannungswert an die mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse der Motorenanschlüsse (u,v,w) in einem zweiten PWM-Teilabschnitt der PWM-Periode, ■ wobei der zweite PWM-Abschnitt auf den ersten PWM-Abschnitt folgt und ■ wobei der zweite PWM-Abschnitt von dem ersten PWM-Abschnitt verschieden ist und ■ wobei der zweite Spannungswert gleich dem negativen ersten Spannungswert ist, und ◯ Erfassen eines zweiten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode; ◯ Subtraktion des zweiten Messwertes vom ersten Messwert und Bildung eines Differenzwertes, der mit einem Vorzeichen behaftet ist; ◯ Verwendung des Differenzwertes zur Regelung der Kommutierung des PWM-Signals und ◯ Weiterschalten der Kommutierung bei Überschreiten eines vorbestimmten positiven Schwellwerts durch den Differenzwert um ein Kommutierungsintervall in das zeitlich nachfolgende Kommutierungsintervall und ◯ Zurückschalten der Kommutierung bei Unterschreiten eines vorbestimmten negativen Schwellwerts durch den Differenzwert um ein Kommutierungsintervall in das zeitlich vorausgehende Kommutierungsintervall.
Verfahren nach Anspruch 10 gekennzeichnet durch - die Verwendung eines sensorlosen Verfahrens zur Positionsbestimmung des Rotors während der initialen Inbetriebnahme.
Verfahren nach Anspruch 10 gekennzeichnet durch - das Durchführen einer Beschleunigung des Motors während der initialen Inbetriebnahme.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche 10 bis 12 gekennzeichnet dadurch, dass als Arbeitspunkt ein Punkt von 90° oder 270° gewählt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche 10 bis 13 gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt - der Auswahl der Kommutierungsintervalle (3) in der Art, so dass der Motor damit das jeweils maximal mögliche Drehmoment (M1(φ), M2(φ), M3(φ)) liefert.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche 10 bis 14 gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte: - Erfassen der Amplitude des Differenzwertes; - Bestimmen der mittleren Umschaltgrenze zwischen den Intervallen mit einem Wert der mittleren Umschaltgrenze von ± √3/4 des Werts der Amplitude des Differenzwertes.
Verfahren nach dem vorausgehenden Anspruch 15 gekennzeichnet dadurch, - dass die Werte der Umschaltgrenzen richtungsabhängig um einen Betrag ΔU gegenüber dem Wert der mittleren Umschaltgrenze vermindert bzw. erhöht sind.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16 gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte: - Beibehalten der Kommutierung nach dem Erreichen der Umschaltgrenze; - Kommutierung, - wenn die zeitliche Ableitung des Betrags des Differenzwerts negativ ist oder - wenn die zeitliche Ableitung des Differenzwerts einen Nulldurchgang hat.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 17 - mit einem Motor mit drei Motoranschlüssen (u, v, w), - mit einer PWM-Generierung zur Erzeugung von Ansteuersignalen für diese drei Motoranschlüsse (u,v,w), - mit einem Spannungsdifferenzerzeuger zur zumindest zeitweiligen Erzeugung eines Spannungsdifferenzsignals, dass den Differenzwert gemäß Anspruch 1 signalisiert, in Abhängigkeit von Potenzialen an den Motoranschlüssen (u,v,w), - mit einem Regler, der die PWM-Generierung in Abhängigkeit von dem Differenzwert steuert, - mit einem ersten Komparator (CMP1), der den Differenzwert mit einer oberen Grenze vergleicht und ein erstes Koparatorausgangssignal in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches erzeugt, - mit einem zweiten Komparator (CMP2), der den Differenzwert mit einer unteren Grenze vergleicht und ein zweite Koparatorausgangssignal in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches erzeugt, - mit einer Logik (OR), die die PWM-Generierung abschaltet und/oder ein Fehlersignal erzeugt, wenn der Differenzwert oberhalb der oberen Grenze oder unterhalb der unteren Grenze liegt.
Verfahren zur messpulsfreien Regelung der Bestromung eines Motors, insbesondere im Haltebetrieb, - wobei der Motor wenigstens drei Motoranschlüsse (u,v,w) aufweist und - wobei der Motor in bipolarer Blockkommutierung mittels eines PWM-Signals mit einer PWM-Periode messpulsfrei angesteuert wird und - wobei zwei der mindestens drei Motoranschlüsse (u,v,w) bestromt sind und - wobei im Folgenden einer dieser zwei bestromten Motoranschlüsse (M1, M2, M3) als Referenzknoten bezeichnet wird und - wobei ein Motoranschluss - im Folgenden als unbestromter Motoranschluss benannt - nicht bestromt ist und - wobei die PWM-Periode des PWM-Signals in PWM-Teilabschnitte unterteilt werden kann, - mit folgenden Schritten: ◯ Anlegen einer ersten elektrischen Spannung mit einem ersten Spannungswert an die mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse der Motorenanschlüsse (u,v,w) in einem ersten PWM-Teilabschnitt einer PWM-Periode und ◯ Erfassen eines ersten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode; ◯ Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung mit einem zweiten Spannungswert an die mindestens zwei bestromten Motoranschlüsse der Motorenanschlüsse (u,v,w) in einem zweiten PWM-Teilabschnitt der PWM-Periode, ■ wobei der zweite PWM-Abschnitt auf den ersten PWM-Abschnitt folgt und ■ wobei der zweite PWM-Abschnitt von dem ersten PWM-Abschnitt verschieden ist und ■ wobei der zweite Spannungswert gleich dem negativen ersten Spannungswert ist, und ◯ Erfassen eines zweiten Messwerts für die Spannung des unbestromten Motoranschlusses gegenüber dem Potenzial des Referenzknotens in der zweiten PWM-Periode; ◯ Subtraktion des zweiten Messwertes vom ersten Messwert und Bildung eines Differenzwertes; ◯ Verwendung des Differenzwertes zur Regelung der Kommutierung des PWM-Signals ◯ Weiterschalten der Kommutierung bei Unterschreiten eines vorbestimmten negativen Schwellwerts durch den Differenzwert um ein Kommutierungsintervall in das zeitlich nachfolgende Kommutierungsintervall und ◯ Zurückschalten der Kommutierung bei Überschreiten eines vorbestimmten positiven Schwellwerts durch den Differenzwert um ein Kommutierungsintervall in das zeitlich vorausgehende Kommutierungsintervall.
Verfahren nach Anspruch 19 gekennzeichnet durch - die Verwendung eines sensorlosen Verfahrens zur Positionsbestimmung des Rotors während der initialen Inbetriebnahme.
Verfahren nach Anspruch 19 gekennzeichnet durch - das Durchführen einer Beschleunigung des Motors während der initialen Inbetriebnahme.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche 19 bis 21 gekennzeichnet dadurch, dass als Arbeitspunkt ein Punkt von 90° oder 270° gewählt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche 19 bis 22 gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt - der Auswahl der Kommutierungsintervalle (3) in der Art, so dass der Motor damit das jeweils maximal mögliche Drehmoment (M1(φ), M2(φ), M3(φ)) liefert.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche 19 bis 23 gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte: - Erfassen der Amplitude des Differenzwertes; - Bestimmen der mittleren Umschaltgrenze zwischen den Intervallen mit einem Wert der mittleren Umschaltgrenze von ± √3/4 des Werts der Amplitude des Differenzwertes.
Verfahren nach dem vorausgehenden Anspruch 24 gekennzeichnet dadurch, - dass die Werte der Umschaltgrenzen richtungsabhängig um einen Betrag ΔU gegenüber dem Wert der mittleren Umschaltgrenze vermindert bzw. erhöht sind.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25 gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte: - Beibehalten der Kommutierung nach dem Erreichen der Umschaltgrenze; - Kommutierung, - wenn die zeitliche Ableitung des Betrags des Differenzwerts negativ ist oder - wenn die zeitliche Ableitung des Differenzwerts einen Nulldurchgang hat.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 26 - mit einem Motor mit drei Motoranschlüssen (u, v, w), - mit einer PWM-Generierung zur Erzeugung von Ansteuersignalen für diese drei Motoranschlüsse (u,v,w), - mit einem Spannungsdifferenzerzeuger zur zumindest zeitweiligen Erzeugung eines Spannungsdifferenzsignals, dass den Differenzwert gemäß Anspruch 1 signalisiert, in Abhängigkeit von Potenzialen an den Motoranschlüssen (u,v,w), - mit einem Regler, der die PWM-Generierung in Abhängigkeit von dem Differenzwert steuert, - mit einem ersten Komparator (CMP1), der den Differenzwert mit einer oberen Grenze vergleicht und ein erstes Koparatorausgangssignal in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches erzeugt, - mit einem zweiten Komparator (CMP2), der den Differenzwert mit einer unteren Grenze vergleicht und ein zweite Koparatorausgangssignal in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches erzeugt, - mit einer Logik (OR), die die PWM-Generierung abschaltet und/oder ein Fehlersignal erzeugt, wenn der Differenzwert oberhalb der oberen Grenze oder unterhalb der unteren Grenze liegt.