DE102020105550A1

DE102020105550A1 - Method and device for commutating an electric motor

Info

Publication number: DE102020105550A1
Application number: DE102020105550.1A
Authority: DE
Inventors: Johannes Eisenring; Fabian Armbruster
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2021-09-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors, ein Verfahren zur Bestimmung der Dämpfung eines bürstenlosen Gleichstrommotors sowie eine Vorrichtung mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors umfasst das Anlegen einer Spannung an eine Phasenwicklung des bürstenlosen Gleichstrommotors sowie das Bestimmen eines Stroms durch ein induktives Element des bürstenlosen Gleichstrommotors während eines Messzeitraums. Weiterhin wird eine erste Oszillationsamplitude des Stroms zu einem ersten Zeitpunkt während des Messzeitraums bestimmt. Anschließend wird ein Kommutierungsparameter für die Kommutierung eines elektrischen Antriebssignals für den bürstenlosen Gleichstrommotors basierend auf der ersten Oszillationsamplitude angepasst.The invention relates to a method for commutating a brushless direct current motor, a method for determining the damping of a brushless direct current motor and a device with a brushless direct current motor. The inventive method for commutating a brushless DC motor comprises applying a voltage to a phase winding of the brushless DC motor and determining a current through an inductive element of the brushless DC motor during a measurement period. Furthermore, a first oscillation amplitude of the current is determined at a first point in time during the measurement period. A commutation parameter for the commutation of an electrical drive signal for the brushless DC motor is then adapted based on the first oscillation amplitude.

Description

GEBIETAREA

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Elektrotechnik und betrifft ein Verfahren zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors, ein Verfahren zur Bestimmung der Dämpfung eines bürstenlosen Gleichstrommotors sowie eine Vorrichtung mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor.The present invention lies in the field of electrical engineering and relates to a method for commutating a brushless DC motor, a method for determining the damping of a brushless DC motor and a device with a brushless DC motor.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Elektrische Kleinmotoren wie beispielsweise bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) kommen unter anderem im Automobilbereich und in der Automatisierungstechnik zur Anwendung, zum Beispiel als Servomotor, Lüftermotor oder Antrieb für Klappensteller oder Ventile, beispielsweise Nadelventile. Zur Steuerung und Überwachung können solche bürstenlosen Gleichstrommotoren mit Sensoren wie beispielsweise Hall-Sensoren ausgestattet sein, um Motorparameter wie die Rotorstellung oder die Rotordrehzahl zu bestimmen. Aus Kosten- oder Platzgründen kommt der Einbau von Sensoren für viele Anwendungen allerdings nicht in Frage. In diesen Fällen kommen daher sensorlose bürstenlose Gleichstrommotoren zum Einsatz, die sich aufgrund ihrer kompakten Bauweise und ihrer hohen Effizienz gerade für derartige Anwendungen eignen.Small electric motors such as brushless direct current motors (BLDC motors) are used in the automotive sector and in automation technology, for example as a servo motor, fan motor or drive for flap actuators or valves, such as needle valves. For control and monitoring, such brushless DC motors can be equipped with sensors such as Hall sensors, for example, in order to determine motor parameters such as the rotor position or the rotor speed. For reasons of cost or space, however, the installation of sensors is out of the question for many applications. In these cases, sensorless brushless DC motors are used, which are particularly suitable for such applications due to their compact design and high efficiency.

Jedoch ist bei BLDC-Motoren ein sensorloser Betrieb nicht ohne weiteres zu realisieren, da diese Motoren eine auf die Rotorlage abgestimmte Kommutierung elektrischer Antriebsignale erfordern. Daher werden Verfahren benötigt, die indirekte Rückschlüsse auf die Rotorlage erlauben. Ein solches Verfahren basiert auf der Messung der Spannung, die durch die Rotorbewegung in einer Phasenwicklung des Motors im unbestromten Zustand induziert wird und häufig als back electromotive force (BEMF)/elektromotorische Kraft (EMK) bzw. BEMF-Spannung bezeichnet wird. Abhängig von der Motorgeometrie weist die BEMF-Spannung einen oder mehrere charakteristische Nulldurchgänge auf, wobei ein Nulldurchgang auftritt, wenn der Rotor eine bestimmte Stellung durchläuft. Anhand eines solchen Nulldurchgangs kann somit der Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem sich ein bewegter Rotor in dieser Stellung befindet. Dies ermöglicht es, die Antriebssignale der Rotorlage entsprechend zu kommutieren.However, with BLDC motors, sensorless operation cannot easily be implemented, since these motors require electrical drive signals to be commutated to suit the rotor position. Therefore, methods are required that allow indirect conclusions to be drawn about the rotor position. Such a method is based on the measurement of the voltage that is induced by the rotor movement in a phase winding of the motor in the de-energized state and is often referred to as back electromotive force (BEMF) or BEMF voltage. Depending on the motor geometry, the BEMF voltage has one or more characteristic zero crossings, a zero crossing occurring when the rotor passes through a certain position. The point in time at which a moving rotor is in this position can thus be determined on the basis of such a zero crossing. This makes it possible to commutate the drive signals according to the rotor position.

Dieses Verfahren ist allerdings nur für Motoren mit hohen Drehzahlen geeignet, da die induzierte Spannung mit abnehmender Drehzahl kleiner wird. Es kann daher in der Regel unterhalb einer Drehzahl von etwa 800 1/min nicht mehr eingesetzt werden. Dies ist bei der Beschleunigung des Rotors aus dem Stillstand der Fall, aber auch im Regelbetrieb von niedrig drehenden bürstenlosen Gleichstrommotoren. Solche Motoren kommen häufig zum Einsatz, wenn eine präzise Bewegung eines Stellglieds, gegebenenfalls in Kombination mit einer großen Kraft, erforderlich ist, beispielsweise zur Steuerung von Nadelventilen. In diesen Situationen wird nach dem Stand der Technik die Kommutierung blind, d.h. unabhängig von der Rotorlage, durchgeführt. Die fehlende Synchronisation solcher Zwangskommutierungen führt zu einer niedrigeren Effizienz des Motors und kann Vibrationen verursachen, die einen höheren Verschleiß nach sich ziehen und sensorlose BLDC-Motoren für bestimmte Anwendungen ungeeignet machen können.However, this method is only suitable for motors with high speeds, since the induced voltage decreases with decreasing speed. It can therefore generally no longer be used below a speed of approx. 800 rpm. This is the case when the rotor is accelerating from standstill, but also in normal operation of low-speed brushless DC motors. Such motors are often used when a precise movement of an actuator, possibly in combination with a large force, is required, for example to control needle valves. In these situations, according to the state of the art, the commutation is carried out blind, i.e. independently of the rotor position. The lack of synchronization of such forced commutations leads to a lower efficiency of the motor and can cause vibrations, which lead to higher wear and tear and can make sensorless BLDC motors unsuitable for certain applications.

Die Bewegung des Motors und damit der ideale Kommutierungszeitpunkt können zudem von einer Dämpfung bzw. Last des Motors abhängen. Diese kann beispielsweise vor dem Anlaufen des Motors durch Messung der Stillstandslage des Rotors vor und nach einem Lastabschätzungs-Antriebspuls bestimmt werden. Bei sensorlosen BLDC-Motoren kann die Stillstandslage zum Beispiel anhand der Induktivität einer Phasenwicklung des Motors ermittelt werden. Die Dämpfung kann mit der Zeit variieren, was bei einem sensorlosen Betrieb zu einer Kommutierung zu nicht-idealen Zeitpunkten und damit ebenfalls zu einer niedrigeren Effizienz des Motors und stärkeren Vibrationen führen kann.The movement of the motor and thus the ideal commutation time can also depend on the damping or load of the motor. This can be determined, for example, before the motor starts up by measuring the standstill position of the rotor before and after a load estimation drive pulse. In the case of sensorless BLDC motors, the standstill position can be determined, for example, using the inductance of a phase winding of the motor. The damping can vary over time, which in sensorless operation can lead to commutation at non-ideal times and thus also to a lower efficiency of the motor and stronger vibrations.

ÜBERBLICKOVERVIEW

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors, ein Verfahren zur Bestimmung der Dämpfung eines bürstenlosen Gleichstrommotors und eine Vorrichtung mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor und einer Steuereinheit anzugeben, welche eine gezielte Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors über einen weiten Drehzahlbereich ermöglichen.It is therefore an object of the invention to specify a method for commutating a brushless direct current motor, a method for determining the damping of a brushless direct current motor and a device with a brushless direct current motor and a control unit which enable the brushless direct current motor to be controlled in a targeted manner over a wide speed range.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 13 bzw. 17 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved by a method and a device having the features of claims 1, 13 and 17, respectively. Refinements of the invention are given in the dependent claims.

Es wird ein Verfahren zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors vorgesehen, welches folgende Schritte umfasst: (1) Anlegen einer Spannung an eine Phasenwicklung des bürstenlosen Gleichstrommotors; (2) Bestimmen eines Stroms durch ein induktives Element des bürstenlosen Gleichstrommotors während eines Messzeitraums; (3) Bestimmen einer ersten Oszillationsamplitude des Stroms zu einem ersten Zeitpunkt während des Messzeitraums; und (4) Anpassen eines Kommutierungsparameters für die Kommutierung eines elektrischen Antriebssignals für den bürstenlosen Gleichstrommotors basierend auf der ers-2 ten Oszillationsamplitude. Die Nummerierung der Schritte dient ausschließlich der Klarheit und impliziert keinesfalls eine bestimmte Abfolge, in der die Schritte ausgeführt werden. Soweit technisch möglich, können Schritte vertauscht werden und das Verfahren und sämtliche weiteren Ausgestaltungen in einer beliebigen Abfolge ausgeführt werden. Insbesondere können einige Schritte zumindest zum Teil gleichzeitig ausgeführt werden. Der bürstenlose Gleichstrommotor kann beispielsweise als dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor oder als zweiphasiger bürstenloser Schrittmotor ausgebildet sein.A method for commutating a brushless DC motor is provided which comprises the following steps: (1) applying a voltage to a phase winding of the brushless DC motor; (2) determining a current through an inductive element of the brushless DC motor during a measurement period; (3) determining a first oscillation amplitude of the current at a first point in time during the measurement period; and (4) adjusting a commutation parameter for the commutation of an electrical drive signal for the brushless DC motor based on the first Oscillation amplitude. The numbering of the steps is for clarity only and in no way implies a specific sequence in which the steps are carried out. As far as technically possible, steps can be exchanged and the method and all further configurations can be carried out in any sequence. In particular, some steps can be carried out at least partially at the same time. The brushless direct current motor can be designed, for example, as a three-phase brushless direct current motor or as a two-phase brushless stepper motor.

Die Phasenwicklung kann beispielsweise eine Antriebsspule oder eine Reihen- und/oder Parallelschaltung mehrerer Antriebsspulen umfassen. Die angelegte Spannung kann zum Beispiel eine Gleichspannung oder eine pulsweitenmodulierte Spannung sein. In manchen Ausgestaltungen ist die Spannung während des Messzeitraums konstant oder ist eine pulsweitenmodulierte Spannung mit einer konstanten Amplitude während des Messzeitraums. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die angelegte Spannung eine Antriebsspannung für die Phasenwicklung, die dazu dient, den bürstenlosen Gleichstrommotor anzutreiben. Die Antriebsspannung kann dem Antriebssignal oder einem Teil davon entsprechen. Das Antriebssignal kann beispielsweise eine Vielzahl von Antriebsspannung für jeweils eine Phasenwicklung umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebsspannung von dem Antriebssignal abgeleitet sein, z.B. mittels eines Spannungsteilers oder einer Reihenschaltung von Phasenwicklungen.The phase winding can comprise, for example, a drive coil or a series and / or parallel connection of several drive coils. The applied voltage can be, for example, a DC voltage or a pulse-width modulated voltage. In some configurations, the voltage is constant during the measurement period or is a pulse-width-modulated voltage with a constant amplitude during the measurement period. In a preferred embodiment, the applied voltage is a drive voltage for the phase winding, which is used to drive the brushless DC motor. The drive voltage can correspond to the drive signal or a part thereof. The drive signal can, for example, comprise a multiplicity of drive voltages for each phase winding. Alternatively or additionally, the drive voltage can be derived from the drive signal, e.g. by means of a voltage divider or a series connection of phase windings.

Das induktive Element kann beispielsweise eine oder mehrere Spulen umfassen, insbesondere eine oder mehrere Antriebsspulen. In einer Ausführungsform kann die Phasenwicklung, an die die Spannung angelegt wird, oder eine andere Phasenwicklung des bürstenlosen Gleichstrommotors das induktive Element sein. Der Strom kann zum Beispiel durch eine direkte Messung in dem induktiven Element selbst oder in einer zugehörigen Zuleitung bestimmt werden. In anderen Fällen kann eine zum Strom proportionale Größe bestimmt werden, etwa ein durch den Strom erzeugtes Magnetfeld oder ein Spannungsabfall über einen bekannten Widerstand. In manchen Ausführungsformen kann der gemessene Strom der Strom durch mehrere in Reihe geschaltete Phasenwicklungen des bürstenlosen Gleichstrommotors und insbesondere der Gesamtstrom durch den bürstenlosen Gleichstrommotor sein. Der Strom kann kontinuierlich während des gesamten Messzeitraums bestimmt werden oder zu einer Vielzahl von diskreten Messzeitpunkten während des Messzeitraums. Die Bestimmung des Stroms kann das Erzeugen eines analogen oder digitalen Messsignals umfassen, welches die Amplitude des Stroms als Funktion der Zeit charakterisiert. In manchen Ausführungsformen kann das Bestimmen des Stroms eine zeitliche Mittelwertbildung umfassen, beispielsweise um Fluktuationen zu glätten, und/oder eine Inter- oder Extrapolation zwischen diskreten Datenpunkten.The inductive element can for example comprise one or more coils, in particular one or more drive coils. In one embodiment, the phase winding to which the voltage is applied or another phase winding of the brushless DC motor can be the inductive element. The current can be determined, for example, by a direct measurement in the inductive element itself or in an associated supply line. In other cases, a variable proportional to the current can be determined, for example a magnetic field generated by the current or a voltage drop across a known resistor. In some embodiments, the measured current can be the current through a plurality of series-connected phase windings of the brushless DC motor and, in particular, the total current through the brushless DC motor. The current can be determined continuously during the entire measurement period or at a large number of discrete measurement times during the measurement period. The determination of the current can include the generation of an analog or digital measurement signal which characterizes the amplitude of the current as a function of time. In some embodiments, the determination of the current can include a temporal averaging, for example in order to smooth fluctuations, and / or an inter- or extrapolation between discrete data points.

Der Messzeitraum kann einen vordefinierten Start- und/oder Endpunkt haben. Der Start- und/oder Endpunkt kann insbesondere abhängig von der Kommutierung des elektrischen Antriebssignals gewählt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt der Messzeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kommutierungen. Der Messzeitraum kann beispielsweise unmittelbar im Anschluss an eine erste Kommutierung beginnen und unmittelbar vor einer zweiten Kommutierung enden. Alternativ kann der Start- und/oder Endpunkt um ein vordefiniertes Zeitintervall gegenüber der ersten Kommutierung bzw. zweiten Kommutierung verschoben sein, beispielsweise so, dass ein durch eine Kommutierung hervorgerufener Einbruch des Stroms ganz oder teilweise außerhalb des Messzeitraums liegt.The measurement period can have a predefined start and / or end point. The start and / or end point can in particular be selected as a function of the commutation of the electrical drive signal. In a preferred embodiment, the measurement period lies between two successive commutations. The measurement period can, for example, begin immediately after a first commutation and end immediately before a second commutation. Alternatively, the start and / or end point can be shifted by a predefined time interval compared to the first commutation or second commutation, for example so that a break in the current caused by a commutation is wholly or partially outside the measurement period.

Aus dem gemessenen Stromverlauf wird die erste Oszillationsamplitude bestimmt, d.h. die Oszillationsamplitude des Stroms zum ersten Zeitpunkt während des Messzeitraums. Der erste Zeitpunkt kann ein vordefinierter Zeitpunkt innerhalb des Messzeitraums sein. Alternativ kann der erste Zeitpunkt abhängig vom Stromverlauf bestimmt werden, beispielsweise anhand der Lage eines oder mehrerer Extrema im Stromverlauf, z.B. wie untenstehend beschrieben. Die erste Oszillationsamplitude charakterisiert eine Schwankungsbreite des Stroms zum ersten Zeitpunkt, d.h. einen Bereich, innerhalb dessen der Strom in der Umgebung des ersten Zeitpunkts, z.B. innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls, variiert. Die Oszillationsamplitude kann beispielsweise anhand von Extrema im Stromverlauf bestimmt werden wie im Folgenden genauer ausgeführt. Alternativ kann die Oszillationsamplitude zum Beispiel durch Fitten einer Fitfunktion, z.B. einer sinusförmigen Fitfunktion, an den gemessenen Stromverlauf bestimmt werden oder anhand einer mittleren Streuung um einen Mittelwert.The first oscillation amplitude is determined from the measured current curve, i.e. the oscillation amplitude of the current at the first point in time during the measurement period. The first point in time can be a predefined point in time within the measurement period. Alternatively, the first point in time can be determined depending on the course of the current, for example based on the position of one or more extremes in the course of the current, e.g. as described below. The first oscillation amplitude characterizes a fluctuation range of the current at the first point in time, i.e. a range within which the current varies in the vicinity of the first point in time, e.g. within a specific time interval. The oscillation amplitude can be determined, for example, on the basis of extremes in the course of the current, as explained in more detail below. Alternatively, the oscillation amplitude can be determined, for example, by fitting a fit function, e.g. a sinusoidal fit function, to the measured current curve, or on the basis of an average scatter around a mean value.

Anschließend wird der Kommutierungsparameter für die Kommutierung des elektrischen Antriebssignals für den bürstenlosen Gleichstrommotor basierend auf der ersten Oszillationsamplitude angepasst. Der Kommutierungsparameter kann beispielsweise ein Parameter sein, der zur Bestimmung von Kommutierungszeitpunkten verwendet wird, zu denen das Antriebsignal kommutiert wird. Eine Kommutierung umfasst dabei ein Umschalten des elektrischen Antriebssignals, beispielsweise einen Vorzeichenwechsel einer Antriebsspannung oder das Anlegen einer Antriebsspannung an eine Phasenwicklung und/oder das Trennen einer Antriebsspannung von einer Phasenwicklung.The commutation parameter for the commutation of the electrical drive signal for the brushless DC motor is then adapted based on the first oscillation amplitude. The commutation parameter can, for example, be a parameter that is used to determine commutation times at which the drive signal is commutated. Commutation here comprises switching over the electrical drive signal, for example changing the sign of a drive voltage or applying a drive voltage to a phase winding and / or separating a drive voltage from a phase winding.

Das Anlegen der Spannung an die Phasenwicklung kann die Gleichgewichtslage eines Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors verändern. Der Rotor wird dann in Richtung der neuen Gleichgewichtslage beschleunigt und kann nach Erreichen der neuen Gleichgewichtslage um diese schwingen. Der Zeitpunkt, zu dem der Rotor die Gleichgewichtslage erreicht, sowie das Schwingverhalten können von der Dämpfung des bürstenlosen Gleichstrommo-4 tors, beispielsweise aufgrund einer daran gekoppelten Last, abhängen. Die Bewegung des Rotors kann eine oszillierende Spannung in dem induktiven Element induzieren und damit den Strom durch das induktive Element verändern oder hervorrufen. Die Bestimmung der ersten Oszillationsamplitude ermöglicht somit eine Abschätzung der Dämpfung des bürstenlosen Gleichstrommotors, die insbesondere auch im Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors, beispielsweise während einer Zwangskommutierungsphase, durchgeführt werden kann.Applying the voltage to the phase winding can change the equilibrium position of a rotor of the brushless DC motor. The rotor is then accelerated in the direction of the new equilibrium position and can swing around it after the new equilibrium position has been reached. The point in time at which the rotor reaches the equilibrium position and the oscillation behavior can depend on the damping of the brushless DC motor, for example due to a load coupled to it. The movement of the rotor can induce an oscillating voltage in the inductive element and thus change or cause the current through the inductive element. The determination of the first oscillation amplitude thus enables the damping of the brushless DC motor to be estimated, which can also be carried out in particular when the brushless DC motor is in operation, for example during a forced commutation phase.

Damit stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine einfach zu implementierende und kostengünstige Lösung dar, Kommutierungszeitpunkte für einen bürstenlosen Gleichstrommotor, insbesondere für einen bürstenlosen Gleichstrommotor ohne Sensoren zur Messung der Motorlage, an die Dämpfung des bürstenlosen Gleichstrommotors anzupassen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die oben beschriebenen Anwendungen mit strikten Anforderungen an Kosten, Komplexität und Größe des Motors wünschenswert. Viele Gleichstrommotoren sind bereits dazu eingerichtet, etwa den Strom durch eine Phasenwicklung zu bestimmen, beispielsweise über eine Spannungsmessung an einem Shunt-Widerstand. Zudem kann die Bestimmung der ersten Oszillationsamplitude mit Hilfe eines Mikrocontrollers implementiert werden und erfordert nur eine geringe Rechenleistung. Ein Mikrocontroller ist bei vielen Motoren bereits in der zugehörigen Steuereinheit verbaut, so dass für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vielfach nur eine entsprechende Modifikation der Steuereinheit nötig ist.The method according to the invention thus represents an easy to implement and inexpensive solution to adapt commutation times for a brushless DC motor, in particular for a brushless DC motor without sensors for measuring the motor position, to the damping of the brushless DC motor. This is particularly desirable in view of the applications described above with strict requirements in terms of cost, complexity and size of the motor. Many DC motors are already set up to determine the current through a phase winding, for example by measuring the voltage on a shunt resistor. In addition, the determination of the first oscillation amplitude can be implemented with the aid of a microcontroller and requires only little computing power. A microcontroller is already built into the associated control unit in many motors, so that in many cases only a corresponding modification of the control unit is necessary for carrying out the method according to the invention.

In einigen Ausführungsformen kann die erste Oszillationsamplitude anhand von Extrema, d.h. Minima und Maxima, des Stroms während des Messzeitraums bestimmt werden. Die erste Oszillationsamplitude kann insbesondere ermittelt werden, indem die Stromdifferenz zwischen zwei aufeinander folgenden Extrema bestimmt wird. In diesem Fall liegt der erste Zeitpunkt entsprechend zwischen den beiden Extrema. Alternativ kann die erste Oszillationsamplitude auch anhand einer Vielzahl aufeinander folgender Extrema bestimmt werden, beispielsweise als Mittelwert der Differenz zwischen einem ersten Extremum und einem zweiten Extremum sowie der Differenz zwischen einem dritten Extremum und dem zweiten Extremum.In some embodiments, the first oscillation amplitude can be determined on the basis of extremes, i.e. minima and maxima, of the current during the measurement period. The first oscillation amplitude can in particular be determined by determining the current difference between two successive extremes. In this case, the first point in time lies between the two extremes. Alternatively, the first oscillation amplitude can also be determined on the basis of a large number of consecutive extremes, for example as the mean value of the difference between a first extremum and a second extremum and the difference between a third extremum and the second extremum.

Wie bereits erwähnt kann die erste Oszillationsamplitude von der Dämpfung des bürstenlosen Gleichstrommotors abhängen und ermöglicht somit eine Abschätzung der Dämpfung. Eine geringe Dämpfung kann beispielsweise zu einer größeren Oszillationsamplitude führen als eine starke Dämpfung. In einigen Ausgestaltungen kann das Verfahren daher das Berechnen eines Dämpfungsparameters des bürstenlosen Gleichstrommotors umfassen, wobei der Dämpfungsparameter die Dämpfung des bürstenlosen Gleichstrommotors 5 charakterisiert. Die Berechnung des Dämpfungsparameters kann beispielsweise mittels einer im Voraus bestimmten Kalibrierungsfunktion erfolgen, die einen Wert der ersten Oszillationsamplitude mit einem Wert des Dämpfungsparameters verknüpft. Alternativ kann dem Dämpfungsparameter ein Wert basierend auf vordefinierten Schwellenwerten oder Intervallen für die erste Oszillationsamplitude zugewiesen werden, z.B. wie untenstehend für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Dämpfung eines bürstenlosen Gleichstrommotors beschrieben.As already mentioned, the first oscillation amplitude can depend on the damping of the brushless direct current motor and thus enables the damping to be estimated. A low damping can, for example, lead to a larger oscillation amplitude than a strong damping. In some configurations, the method can therefore include calculating a damping parameter of the brushless direct current motor, the damping parameter characterizing the damping of the brushless direct current motor 5. The damping parameter can be calculated, for example, by means of a calibration function determined in advance, which links a value of the first oscillation amplitude with a value of the damping parameter. Alternatively, the damping parameter can be assigned a value based on predefined threshold values or intervals for the first oscillation amplitude, for example as described below for the method according to the invention for determining the damping of a brushless DC motor.

Der Kommutierungsparameter kann ebenfalls zum Beispiel mittels einer im Voraus bestimmten Kalibrierungsfunktion angepasst werden, wobei die Kalibrierungsfunktion einen Wert der ersten Oszillationsamplitude mit einem Wert des Kommutierungsparameters verknüpft. Alternativ kann dem Kommutierungsparameter ein Wert basierend auf vordefinierten Schwellenwerten oder Intervallen für die erste Oszillationsamplitude zugewiesen werden. Beispielsweise kann ein Wert für den Kommutierungsparameter mit einem bestimmten Intervall der ersten Oszillationsamplitude verknüpft sein, d. h. dem Kommutierungsparameter wird dieser Wert zugewiesen, wenn sich die erste Oszillationsamplitude im entsprechenden Intervall befindet. In einigen Ausgestaltungen können zum Beispiel zwischen 2 und 20 Werte für den Kommutierungsparameter mit zugehörigen Intervallen für die erste Oszillationsamplitude definiert werden.The commutation parameter can also be adapted, for example, by means of a calibration function determined in advance, the calibration function linking a value of the first oscillation amplitude with a value of the commutation parameter. Alternatively, the commutation parameter can be assigned a value based on predefined threshold values or intervals for the first oscillation amplitude. For example, a value for the commutation parameter can be linked to a specific interval of the first oscillation amplitude, i. H. this value is assigned to the commutation parameter when the first oscillation amplitude is in the corresponding interval. In some configurations, for example, between 2 and 20 values for the commutation parameter with associated intervals can be defined for the first oscillation amplitude.

In einigen Ausführungsformen kann für den Kommutierungsparameter beispielsweise ein erster Wert gewählt werden, wenn die Oszillationsamplitude kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist. Der erste Wert kann zum Beispiel ein Wert für eine starke Dämpfung sein, z.B. ein Wert des Kommutierungsparameters, der zu einer besseren Kommutierung bei einer starken Dämpfung führt. Der Wert für starke Dämpfung und/oder der Schwellenwert kann beispielsweise im Voraus empirisch optimiert worden sein oder anhand eines physikalischen Modells für die jeweilige Motorengeometrie berechnet worden sein, z.B. um die Effizienz und/oder das Laufverhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors zu verbessern.In some embodiments, a first value can be selected for the commutation parameter, for example, if the oscillation amplitude is less than a predefined threshold value. The first value can, for example, be a value for strong damping, e.g. a value of the commutation parameter that leads to better commutation in the case of strong damping. The value for strong damping and / or the threshold value can, for example, have been optimized empirically in advance or calculated using a physical model for the respective motor geometry, e.g. in order to improve the efficiency and / or the running behavior of the brushless DC motor.

In ähnlicher Weise kann für den Kommutierungsparameter ein zweiter Wert, beispielsweise ein Wert für eine schwache Dämpfung, gewählt werden, wenn die Oszillationsamplitude größer als der vordefinierte Schwellenwert ist. In manchen Ausgestaltungen können weitere Bedingungen mit dem Wert für schwache Dämpfung oder mit dem Wert für starke Dämpfung verknüpft sein, beispielsweise Bedingungen für weitere Oszillationsamplitude wie im Folgenden beschrieben. Die Bedingung, dass die erste Oszillationsamplitude größer oder kleiner als der vordefinierte Schwellenwert ist, kann entsprechend jeweils eine notwendige oder hinreichende Bedingung dafür sein, dass für den Kommutierungsparameter 6 der zweite Wert für eine schwache Dämpfung bzw. der erste Werte für eine starke Dämpfung gewählt wird.In a similar way, a second value, for example a value for weak damping, can be selected for the commutation parameter if the oscillation amplitude is greater than the predefined threshold value. In some configurations, further conditions can be linked to the value for weak damping or to the value for strong damping, for example conditions for further oscillation amplitudes as described below. The condition that the first oscillation amplitude is greater or less than the predefined threshold value can accordingly be a necessary or sufficient condition for the second value for weak damping or the first value for strong damping to be selected for commutation parameter 6 .

In einigen Ausführungsformen kann das erfindungsgemäße Verfahren ferner das Bestimmen weiterer Oszillationsamplituden des Stroms zu weiteren Zeitpunkten während des Messzeitraums umfassen, beispielsweise das Bestimmen einer zweiten Oszillationsamplitude zu einem zweiten Zeitpunkt. In anderen Beispielen können drei oder mehr Oszillationsamplituden zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt werden. Die weiteren Oszillationsamplituden können bestimmt werden wie oben für die erste Oszillationsamplitude beschrieben.In some embodiments, the method according to the invention can furthermore comprise determining further oscillation amplitudes of the current at further points in time during the measurement period, for example determining a second oscillation amplitude at a second point in time. In other examples, three or more oscillation amplitudes can be determined at different times. The further oscillation amplitudes can be determined as described above for the first oscillation amplitude.

Entsprechend kann auch der Kommutierungsparameter basierend auf mehreren Oszillationsamplituden bestimmt werden, zum Beispiel basierend auf der ersten und der zweiten Oszillationsamplitude. Hierzu kann beispielsweise eine im Voraus bestimmte Kalibrierungsfunktion verwendet werden, wobei die Kalibrierungsfunktion Werte der entsprechenden Oszillationsamplituden, d.h. Wertkombinationen aus mehreren Oszillationsamplituden, mit einem Wert des Kommutierungsparameters verknüpft. Alternativ kann dem Kommutierungsparameter ein Wert basierend auf vordefinierten Schwellenwerten oder Intervallen für die jeweiligen Oszillationsamplituden zugewiesen werden. In einem Beispiel wird dem Kommutierungsparameter der erste Wert für eine starke Dämpfung zugewiesen, wenn mindestens eine Oszillationsamplitude kleiner als ein jeweiliger Schwellenwert ist, wobei der Schwellenwert für die verschiedenen Oszillationsamplituden unterschiedlich sein kann. Der zweite Wert für eine schwache Dämpfung kann dem Kommutierungsparameter z.B. zugewiesen werden, wenn alle Oszillationsamplituden größer als der jeweilige Schwellenwert sind. In einem anderen Beispiel wird dem Kommutierungsparameter der erste Wert zugewiesen, wenn alle Oszillationsamplituden kleiner als der jeweilige Schwellenwert sind, und ein dritter Wert für eine mittlere Dämpfung, wenn mindestens eine, aber nicht alle Oszillationsamplitude größer als der jeweilige Schwellenwert sind.Correspondingly, the commutation parameter can also be determined based on a plurality of oscillation amplitudes, for example based on the first and second oscillation amplitudes. For this purpose, for example, a calibration function determined in advance can be used, the calibration function linking values of the corresponding oscillation amplitudes, i.e. value combinations from several oscillation amplitudes, with a value of the commutation parameter. Alternatively, the commutation parameter can be assigned a value based on predefined threshold values or intervals for the respective oscillation amplitudes. In one example, the first value for strong damping is assigned to the commutation parameter if at least one oscillation amplitude is smaller than a respective threshold value, it being possible for the threshold value to be different for the different oscillation amplitudes. The second value for weak damping can be assigned to the commutation parameter, for example, if all oscillation amplitudes are greater than the respective threshold value. In another example, the first value is assigned to the commutation parameter if all oscillation amplitudes are smaller than the respective threshold value, and a third value for average damping if at least one but not all oscillation amplitudes are greater than the respective threshold value.

In manchen Ausführungsformen werden die Oszillationsamplituden bestimmt, indem jeweils die Stromdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Extrema bestimmt wird. In einem Beispiel wird die erste Oszillationsamplitude ermittelt, indem die Stromdifferenz zwischen dem zweiten Maximum und dem ersten Minimum des Stroms nach dem Anlegen der Spannung bestimmt wird, und die zweite Oszillationsamplitude, indem die Stromdifferenz zwischen dem zweiten Maximum und dem zweiten Minimum des Stroms nach dem Anlegen der Spannung bestimmt wird. In einem weiteren Beispiel wird zusätzlich eine dritte Oszillationsamplitude bestimmt, indem die Stromdifferenz zwischen einem dritten Maximum und dem zweiten Minimum des Stroms nach dem Anlegen der Spannung bestimmt wird.In some embodiments, the oscillation amplitudes are determined in that the current difference between two successive extremes is determined in each case. In one example, the first oscillation amplitude is determined by determining the current difference between the second maximum and the first minimum of the current after the voltage is applied, and the second oscillation amplitude is determined by the current difference between the second maximum and the second minimum of the current after the Application of the voltage is determined. In a further example, a third oscillation amplitude is additionally determined by determining the current difference between a third maximum and the second minimum of the current after the voltage has been applied.

Der Kommutierungsparameter kann einen oder mehrere Parameter umfassen, die für die Bestimmung der Kommutierungszeitpunkte herangezogen werden. Der Kommutierungsparameter kann beispielsweise eine Kommutierungs-Zeitgrenze umfassen, die eine maximale Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kommutierungen definiert, d. h. einen „Timeout“ festlegt, nach dem spätestens kommutiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Kommutierungsparameter eine Vorkommutierungszeit umfassen, die eine relative oder absolute Zeitdifferenz zwischen einem ermittelten Kommutierungszeitpunkt und einem zu verwendenden Kommutierungszeitpunkt bestimmt, d.h. eine Zeitdifferenz, um die der tatsächliche Kommutierungszeitpunkt gegenüber einem vorgegebenen oder mittels eines anderen Verfahrens ermittelten Kommutierungszeitpunkt verschoben ist.The commutation parameter can include one or more parameters that are used to determine the commutation times. The commutation parameter can include, for example, a commutation time limit which defines a maximum time between two successive commutations, i. H. defines a "timeout" after which commutation takes place at the latest. Alternatively or additionally, the commutation parameter can include a pre-commutation time which determines a relative or absolute time difference between a determined commutation time and a commutation time to be used, i.e. a time difference by which the actual commutation time is shifted from a specified commutation time or determined by another method.

Die Vorkommutierungszeit wird in vorteilhaften Ausgestaltungen so gewählt, dass der Motor zu jedem Zeitpunkt im optimalen Arbeitspunkt betrieben wird. Dies kann generell dazu führen, dass die Vorkommutierungszeit während einer Beschleunigungsphase des BLDC-Motors im Wesentlichen konstant bleibt, oder vergrößert oder auch verringert wird.In advantageous refinements, the pre-commutation time is selected in such a way that the motor is operated at the optimum operating point at all times. This can generally lead to the pre-commutation time remaining essentially constant during an acceleration phase of the BLDC motor, or being increased or also reduced.

In anderen Ausführungsformen kann der Kommutierungsparameter beispielsweise auch einen Schwellenwert für einen Strom durch eine Phasenwicklung und/oder durch den bürstenlosen Gleichstrommotor umfassen, bei dessen Erreichen eine Kommutierung durchgeführt oder ein Kommutierungszeitpunkt ermittelt wird. In einigen Ausführungsformen kann der Kommutierungsparameter einen Parameter für eine Zwangskommutierung umfassen, zum Beispiel die Dauer einer Zwangskommutierungsphase, d.h. die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Zwangskommutierungen, und/oder eine Anzahl von Zwangskommutierungen in einer Startphase des bürstenlosen Gleichstrommotors umfassen, in der der bürstenlose Gleichstrommotor mittels Zwangskommutierung aus dem Stillstand beschleunigt wird.In other embodiments, the commutation parameter can also include, for example, a threshold value for a current through a phase winding and / or through the brushless direct current motor, upon reaching which commutation is carried out or a commutation time is determined. In some embodiments, the commutation parameter can include a parameter for a forced commutation, for example the duration of a forced commutation phase, ie the time between two consecutive forced commutations, and / or a number of forced commutations in a starting phase of the brushless DC motor, in which the brushless DC motor is accelerated from standstill by means of forced commutation.

In einigen Ausgestaltungen können weitere Parameter für den bürstenlosen Gleichstrommotor basierend auf der ersten und/oder weiteren Oszillationsamplituden bestimmt werden, insbesondere Antriebsparameter für das Antriebssignal. Beispielsweise kann das Verfahren weiterhin das Bestimmen eines Sollstromwertes, einer Antriebsspannung und/oder eines Pulsweitenmodulations-Tastverhältnisses basierend auf der ersten und/oder weiteren Oszillationsamplituden umfassen.In some configurations, further parameters for the brushless DC motor can be determined based on the first and / or further oscillation amplitudes, in particular drive parameters for the drive signal. For example, the method can further include determining a setpoint current value, a drive voltage and / or a pulse width modulation duty cycle based on the first and / or further oscillation amplitudes.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das induktive Element eine Phasenwicklung des bürstenlosen Gleichstrommotors, beispielsweise die Phasenwicklung, an die die Spannung angelegt wird. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne ein zusätzliches induktives Element durchgeführt werden und somit ohne Modifikation an dem bürstenlosen 8 Gleichstrommotor. Entsprechend kann auch die angelegte Spannung eine Antriebsspannung für die Phasenwicklung sein, so dass das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, während der bürstenlose Gleichstrommotor in Betrieb ist. Die angelegte Spannung kann insbesondere eine Antriebsspannung während einer Zwangskommutierungsphase des bürstenlosen Gleichstrommotors sein, d.h. zwischen zwei aufeinander folgenden Zwangskommutierungen. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise in der Startphase durchgeführt werden, in der der bürstenlose Gleichstrommotor mittels Zwangskommutierung aus dem Stillstand beschleunigt wird.In a preferred embodiment, the inductive element is a phase winding of the brushless DC motor, for example the phase winding to which the voltage is applied. The method according to the invention can thus be carried out without an additional inductive element and thus without modification to the brushless DC motor. Correspondingly, the applied voltage can also be a drive voltage for the phase winding, so that the method according to the invention can be carried out while the brushless DC motor is in operation. The applied voltage can in particular be a drive voltage during a forced commutation phase of the brushless DC motor, i.e. between two successive forced commutations. The method according to the invention can thus be carried out, for example, in the starting phase in which the brushless direct current motor is accelerated from standstill by means of forced commutation.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere dazu verwendet werden, Kommutierungszeitpunkte in einer auf die Startphase folgenden Anlaufphase und/oder in einer Dauerbetriebsphase zu bestimmen oder anzupassen. In der Anlaufphase kann der bürstenlose Gleichstrommotor beispielsweise auf eine Solldrehzahl beschleunigt werden und in der daran anschließenden Dauerbetriebsphase auf der Solldrehzahl gehalten werden. In diesen Phasen können die Kommutierungszeitpunkte dynamisch beispielsweise anhand der BEMF-Spannung in einer unbestromten Phasenwicklung oder anhand eines Stroms durch ein induktives Element, z.B. eine Phasenwicklung, bestimmt werden. Der Strom durch das induktive Element kann beispielsweise charakteristische Kurvenpunkte wie Extrema, Sattelpunkte und/oder Wendepunkte aufweisen, die mit bestimmten Rotorstellungen verknüpft sein können und somit eine an die Rotorstellung angepasste Kommutierung ermöglichen. Ein anhand der BEMF-Spannung und/oder anhand eines charakteristischen Kurvenpunkts bestimmter Kommutierungszeitpunkt kann beispielsweise basierend auf dem Kommutierungsparameter angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Kommutierungsparameter bereits zur Bestimmung der Kommutierungszeitpunkte anhand der BEMF-Spannung und/oder anhand des charakteristischen Kurvenpunkts herangezogen werden.The method according to the invention can in particular be used to determine or adapt commutation times in a start-up phase following the start phase and / or in a continuous operating phase. In the start-up phase, the brushless direct current motor can be accelerated to a target speed, for example, and can be maintained at the target speed in the subsequent continuous operating phase. In these phases, the commutation times can be determined dynamically, for example on the basis of the BEMF voltage in a de-energized phase winding or on the basis of a current through an inductive element, e.g. a phase winding. The current through the inductive element can, for example, have characteristic curve points such as extrema, saddle points and / or turning points, which can be linked to specific rotor positions and thus enable commutation adapted to the rotor position. A commutation time determined on the basis of the BEMF voltage and / or on the basis of a characteristic curve point can, for example, be adapted based on the commutation parameter. Alternatively or additionally, the commutation parameter can already be used to determine the commutation times on the basis of the BEMF voltage and / or on the basis of the characteristic curve point.

Hierzu kann die Bestimmung des Stroms für das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise während einer der letzten Zwangskommutierungsphasen der Startphase durchgeführt werden, zum Beispiel in der letzten Zwangskommutierungsphase vor Umschalten auf eine dynamische Bestimmung der Kommutierungszeitpunkte. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der bürstenlose Gleichstrommotor mit einem Stellglied, beispielsweise einem Nadelventil, gekoppelt ist. Die Last und damit die Dämpfung des bürstenlosen Gleichstrommotors kann in diesem Fall von der Stellung des Stellglieds abhängig sein und sich somit während des Betriebs des bürstenlosen Gleichstrommotors ändern.For this purpose, the determination of the current for the method according to the invention can be carried out, for example, during one of the last forced commutation phases of the start phase, for example in the last forced commutation phase before switching to a dynamic determination of the commutation times. This can be particularly advantageous when the brushless direct current motor is coupled to an actuator, for example a needle valve. The load and thus the damping of the brushless DC motor can in this case be dependent on the position of the actuator and thus change during the operation of the brushless DC motor.

In manchen Ausgestaltungen umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner das Kommutieren des Antriebsignals für den bürstenlosen Gleichstrommotor zu einem ersten vordefinierten Kommutierungszeitpunkt am Ende einer Zwangskommutierungsphase, be-9 vorzugt am Ende der Zwangskommutierungsphase, während der der Strom durch die Phasenwicklung bestimmt wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner das Bestimmen eines zweiten Kommutierungszeitpunkts basierend auf dem Kommutierungsparameter umfassen. Für die Bestimmung des zweiten Kommutierungszeitpunkts kann wie oben beschrieben zusätzlich die BEMF-Spannung und/oder ein charakteristischer Kurvenpunkts herangezogen werden. In einigen Ausführungsformen kann das erfindungsgemäße Verfahren zudem das Kommutieren des Antriebsignals zu dem zweiten Kommutierungszeitpunkts umfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann außerdem das Bestimmen weiterer Kommutierungszeitpunkte basierend auf dem Kommutierungsparameter sowie das Kommutieren des Antriebsignals zu diesen Kommutierungszeitpunkten umfassen.In some embodiments, the method according to the invention also includes commutating the drive signal for the brushless DC motor at a first predefined commutation time at the end of a forced commutation phase, preferably at the end of the forced commutation phase, during which the current was determined through the phase winding. The method according to the invention can furthermore include determining a second commutation time based on the commutation parameter. As described above, the BEMF voltage and / or a characteristic curve point can also be used to determine the second commutation time. In some embodiments, the method according to the invention can also include commutating the drive signal at the second commutation time. The method according to the invention can also include the determination of further commutation times based on the commutation parameters and commutation of the drive signal at these commutation times.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung der Dämpfung eines bürstenlosen Gleichstrommotors. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: (1) Anlegen einer Spannung an eine Antriebsspule des bürstenlosen Gleichstrommotors, wobei die Spannung konstant ist oder eine pulsweitenmodulierte Spannung mit konstanter Amplitude ist; (2) Bestimmen eines Stroms durch ein induktives Element des bürstenlosen Gleichstrommotors während eines Messzeitraums; (3) Bestimmen einer ersten Stromdifferenz zwischen dem zweiten und dem dritten Extremum des Stroms nach dem Anlegen der Spannung und einer zweiten Stromdifferenz zwischen dem dritten und dem vierten Extremum des Stroms nach dem Anlegen der Spannung; und (4) Berechnen eines Dämpfungsparameters des bürstenlosen Gleichstrommotors basierend auf der ersten und der zweiten Stromdifferenz, wobei der Dämpfungsparameter die Dämpfung des bürstenlosen Gleichstrommotors charakterisiert. Die Nummerierung der Schritte dient ausschließlich der Klarheit und impliziert keinesfalls eine bestimmte Abfolge, in der die Schritte ausgeführt werden. Soweit technisch möglich, können Schritte vertauscht werden und das Verfahren und sämtliche weiteren Ausgestaltungen in einer beliebigen Abfolge ausgeführt werden. Insbesondere können einige Schritte zumindest zum Teil gleichzeitig ausgeführt werden.The invention also relates to a method for determining the damping of a brushless DC motor. The method comprises the following steps: (1) applying a voltage to a drive coil of the brushless DC motor, the voltage being constant or being a pulse-width modulated voltage with constant amplitude; (2) determining a current through an inductive element of the brushless DC motor during a measurement period; (3) determining a first current difference between the second and third extremum of the current after application of the voltage and a second current difference between the third and fourth extremum of the current after application of the voltage; and (4) Calculating a damping parameter of the brushless DC motor based on the first and the second current difference, the damping parameter characterizing the damping of the brushless DC motor. The numbering of the steps is for clarity only and in no way implies a specific sequence in which the steps are carried out. As far as technically possible, steps can be exchanged and the method and all further configurations can be carried out in any sequence. In particular, some steps can be carried out at least partially at the same time.

Die Spannung kann z.B. an eine Phasenwicklung des bürstenlosen Gleichstrommotors angelegt werden, wobei die Phasenwicklung eine oder mehrere Antriebsspulen umfassen kann. Die Spannung kann beispielsweise wie oben in Bezug auf das Verfahren zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors beschrieben angelegt werden.For example, the voltage can be applied to a phase winding of the brushless DC motor, which phase winding can comprise one or more drive coils. The voltage can be applied, for example, as described above in relation to the method for commutating a brushless DC motor.

Gleiches gilt für die Bestimmung des Stroms durch das induktive Element. Bevorzugt wird der Messzeitraum so gewählt, dass bereits das erste Extremum des Stroms nach dem Anlegen der Spannung innerhalb des Messzeitraums liegt, d.h. dass z.B. das zweite Extremum nach Anlegen der Spannung auch das zweite Extremum nach Beginn des Messzeitraums ist. In einem Beispiel ist das zweite und das dritte Extremum des Stroms nach dem 10 Anlegen der Spannung ein erstes Minimum bzw. ein zweites Maximum nach dem Anlegen der Spannung. Folglich kann das vierte Extremum des Stroms einem zweiten Maximum nach dem Anlegen der Spannung entsprechen. In manchen Ausführungsformen können neben der ersten und der zweiten Stromdifferenz noch weitere Stromdifferenzen bestimmt werden und zur Berechnung des Dämpfungsparameters verwendet werden, beispielsweise eine dritte Stromdifferenz zwischen dem vierten und einem fünften Extremum des Stroms nach dem Anlegen der Spannung.The same applies to the determination of the current through the inductive element. The measurement period is preferably chosen so that the first extreme of the current is already within the measurement period after the voltage is applied, i.e. that e.g. the second extreme after the voltage is applied is also the second extreme after the start of the measurement period. In one example, the second and the third extremum of the current after the voltage is applied is a first minimum and a second maximum after the voltage is applied, respectively. Consequently, the fourth extreme of the current can correspond to a second maximum after the voltage has been applied. In some embodiments, in addition to the first and second current differences, further current differences can be determined and used to calculate the damping parameter, for example a third current difference between the fourth and a fifth extreme of the current after the voltage has been applied.

Der Dämpfungsparameter des bürstenlosen Gleichstrommotors kann ähnlich wie oben für den Kommutierungsparameter beschrieben berechnet werden. Insbesondere kann hierzu beispielsweise eine im Voraus bestimmte Kalibrierungsfunktion verwendet werden, wobei die Kalibrierungsfunktion Werte der entsprechenden Oszillationsamplituden, d.h. Wertkombinationen aus zwei oder mehr Oszillationsamplituden, mit einem Wert des Kommutierungsparameters verknüpft. Alternativ kann dem Kommutierungsparameter ein Wert basierend auf vordefinierten Schwellenwerten oder Intervallen für die jeweiligen Oszillationsamplituden zugewiesen werden.The damping parameter of the brushless DC motor can be calculated in a similar way to that described above for the commutation parameter. In particular, a calibration function determined in advance can be used for this purpose, the calibration function linking values of the corresponding oscillation amplitudes, i.e. value combinations of two or more oscillation amplitudes, with a value of the commutation parameter. Alternatively, the commutation parameter can be assigned a value based on predefined threshold values or intervals for the respective oscillation amplitudes.

In einem Beispiel wird dem Dämpfungsparameter ein erster Wert für eine starke Dämpfung zugewiesen, wenn mindestens eine Stromdifferenz kleiner als ein jeweiliger vordefinierter Schwellenwert ist, wobei sich die jeweiligen Schwellenwerte für die Stromdifferenzen unterscheiden können. Sind die erste und die zweite Stromdifferenz, in manchen Ausgestaltungen sämtliche Stromdifferenzen, größer als der jeweilige Schwellenwert, so kann dem Dämpfungsparameter ein zweiter Wert für eine schwache Dämpfung zugewiesen werden. In manchen Ausgestaltungen kann dem Dämpfungsparameter der erste Wert für eine starke Dämpfung nur zugewiesen werden, wenn die erste und die zweite Stromdifferenz kleiner als der jeweilige Schwellenwert sind, während dem Dämpfungsparameter ein dritter Wert für eine mittlere Dämpfung zugewiesen wird, wenn eine, aber nicht beide Stromdifferenzen größer als der jeweilige Schwellenwert sind. In anderen Ausgestaltungen kann dem Dämpfungsparameter der erste Wert für eine starke Dämpfung nur zugewiesen werden, wenn sämtliche Stromdifferenzen kleiner als der jeweilige Schwellenwert sind, während dem Dämpfungsparameter der dritter Wert für eine mittlere Dämpfung zugewiesen wird, wenn mindestens eine, aber nicht alle Stromdifferenzen größer als der jeweilige Schwellenwert sind.In one example, the damping parameter is assigned a first value for strong damping if at least one current difference is smaller than a respective predefined threshold value, it being possible for the respective threshold values for the current differences to differ. If the first and second current differences, in some configurations all current differences, are greater than the respective threshold value, a second value for weak damping can be assigned to the damping parameter. In some configurations, the first value for strong damping can only be assigned to the damping parameter if the first and the second current difference are smaller than the respective threshold value, while the damping parameter is assigned a third value for medium damping if one, but not both Current differences are greater than the respective threshold value. In other configurations, the first value for strong damping can only be assigned to the damping parameter if all current differences are less than the respective threshold value, while the third value for medium damping is assigned to the damping parameter if at least one, but not all current differences are greater than are the respective threshold.

Der bürstenlose Gleichstrommotor kann mit einem Stellglied gekoppelt sein, zum Beispiel mit einem Ventil, insbesondere einem Nadelventil.The brushless DC motor can be coupled to an actuator, for example to a valve, in particular a needle valve.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin das Anpassen eines Antriebsparameters für ein elektrisches Antriebsignal für den bürstenlosen Gleichstrommotor umfassen, wobei der Antriebsparameter basierend auf dem Dämpfungsparameter angepasst wird. Beispielsweise kann ein Sollstromwert, eine Antriebsspannung oder ein Pulsweitenmodulations-Tastverhältnis erhöht oder erniedrigt werden, wenn der Wert des Dämpfungsparameters mit einer starken bzw. schwachen Dämpfung assoziiert ist. Die Anpassung des Antriebsparameters kann ähnlich wie oben für den Kommutierungsparameter beschrieben mithilfe einer Kalibrierungsfunktion und/oder vordefinierten Schwellenwerten oder Intervallen für den Dämpfungsparameter durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren auch das Anpassen eines Kommutierungsparameters für die Kommutierung eines elektrischen Antriebssignals für einen bürstenlosen Gleichstrommotor basierend auf dem Dämpfungsparameter umfassen. In einem Beispiel kann die Dauer einer Zwangskommutierungsphase und/oder eine Anzahl von Zwangskommutierungen in einer Startphase des bürstenlosen Gleichstrommotors erhöht oder erniedrigt werden, wenn der Wert des Dämpfungsparameters mit einer starken bzw. schwachen Dämpfung assoziiert ist.The method according to the invention can furthermore comprise the adaptation of a drive parameter for an electrical drive signal for the brushless direct current motor, the drive parameter being adapted based on the damping parameter. For example, a setpoint current value, a drive voltage or a pulse width modulation duty cycle can be increased or decreased if the value of the damping parameter is associated with strong or weak damping. The adaptation of the drive parameter can be carried out in a manner similar to that described above for the commutation parameter with the aid of a calibration function and / or predefined threshold values or intervals for the damping parameter. In some embodiments, the method can also include adapting a commutation parameter for the commutation of an electrical drive signal for a brushless DC motor based on the damping parameter. In one example, the duration of a forced commutation phase and / or a number of forced commutations in a starting phase of the brushless DC motor can be increased or decreased if the value of the damping parameter is associated with strong or weak damping.

Die Erfindung umfasst weiterhin eine Vorrichtung mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor, der mindestens eine Phasenwicklung aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuereinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zur Kommutierung des bürstenlosen Gleichstrommotors wie oben beschrieben auszuführen, um einen Kommutierungsparameter zu bestimmen. Die Steuereinheit ist weiterhin dazu eingerichtet, eine Kommutierung eines elektrischen Antriebsignals für den bürstenlosen Gleichstrommotor unter Verwendung des Kommutierungsparameters durchzuführen.The invention further comprises a device with a brushless direct current motor which has at least one phase winding. the The device according to the invention is characterized in that the device comprises a control unit which is set up to carry out a method for commutating the brushless direct current motor as described above in order to determine a commutation parameter. The control unit is also set up to carry out a commutation of an electrical drive signal for the brushless direct current motor using the commutation parameter.

In einigen Ausgestaltungen ist die Phasenwicklung das induktive Element. In anderen Ausführungsformen kann die Vorrichtung zusätzlich zu der Phasenwicklung ein separates induktives Element umfassen, beispielsweise eine zusätzliche Spule, die innerhalb des bürstenlosen Gleichstrommotors angeordnet ist, z.B. in der Nähe eines Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors.In some configurations, the phase winding is the inductive element. In other embodiments, in addition to the phase winding, the device may comprise a separate inductive element, for example an additional coil, which is arranged within the brushless DC motor, e.g. in the vicinity of a rotor of the brushless DC motor.

Die Vorrichtung kann eine Spannungsquelle umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine Spannung an die Phasenwicklung anzulegen. Bevorzugt ist die Spannungsquelle zudem dazu eingerichtet, eine Antriebsspannung als Antriebssignal für den bürstenlosen Gleichstrommotor bereitzustellen. In manchen Ausführungsformen kann die Spannungsquelle eine pulsweitenmodulierte (PWM) Spannung ausgeben. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die Spannungsquelle zu steuern, insbesondere eine Amplitude und/oder ein PWM-Tastverhältnis der angelegten Spannung und/oder der Antriebsspannung. Die Vorrichtung 12 kann weiterhin eine Kommutierungsschaltung wie beispielsweise eine Brückenschaltung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Antriebsspannung zu kommutieren, z.B. auf Basis eines von der Steuereinheit generierten Trigger- oder Steuersignals.The device can comprise a voltage source which is configured to apply a voltage to the phase winding. The voltage source is preferably also set up to provide a drive voltage as a drive signal for the brushless direct current motor. In some embodiments, the voltage source can output a pulse width modulated (PWM) voltage. The control unit can be set up to control the voltage source, in particular an amplitude and / or a PWM duty cycle of the applied voltage and / or the drive voltage. The device 12 can furthermore have a commutation circuit, such as a bridge circuit, which is set up to commutate the drive voltage, for example on the basis of a trigger or control signal generated by the control unit.

In manchen Ausführungsformen kann die Vorrichtung einen Shunt-Widerstand umfassen, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Strom durch das induktive Element durch Messung eines Stroms über den Shunt-Widerstand zu bestimmen. Der Shunt-Widerstand kann sich beispielsweise in einer Zuleitung für das induktive Element, insbesondere in einer Zuleitung für den bürstenlosen Gleichstrommotor und/oder für die Phasenwicklung oder innerhalb der Brückenschaltung befinden. Der Shunt-Widerstand kann insbesondere zwischen der Phasenwicklung und einem Erdungskontakt angeordnet sein. Die Steuereinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine am Shunt-Widerstand abfallende Spannung zu messen und anhand eines bekannten Widerstands des Shunt-Widerstands den Strom über den Shunt-Widerstand zu berechnen. In manchen Ausgestaltungen kann die Vorrichtung mehrere Shunt-Widerstände aufweisen, zum Beispiel je einen Shunt-Widerstand in der Zuleitung jeder Phasenwicklung beziehungsweise jeweils zwischen einer Phasenwicklung und Masse. Entsprechend kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, den Strom durch jeden dieser Shunt-Widerstände zu messen. In anderen Ausgestaltungen kann die Strommessung auch mittels einer in der Brückenschaltung angeordneten Stromspiegelschaltung erfolgen.In some embodiments, the device can comprise a shunt resistor, the control unit being configured to determine the current through the inductive element by measuring a current through the shunt resistor. The shunt resistor can be located, for example, in a supply line for the inductive element, in particular in a supply line for the brushless direct current motor and / or for the phase winding or within the bridge circuit. The shunt resistor can in particular be arranged between the phase winding and a ground contact. The control unit can be set up, for example, to measure a voltage drop across the shunt resistor and to calculate the current through the shunt resistor on the basis of a known resistance of the shunt resistor. In some configurations, the device can have a plurality of shunt resistors, for example one shunt resistor each in the supply line of each phase winding or between a phase winding and ground. Accordingly, the control unit can be set up to measure the current through each of these shunt resistors. In other configurations, the current measurement can also take place by means of a current mirror circuit arranged in the bridge circuit.

Die Steuereinheit kann als Hardware und/oder Software implementiert sein. Die Steuereinheit kann beispielsweise einen Mikrocontroller aufweisen, der einen Prozessor und ein Speichermedium umfasst, wobei das Speichermedium Programmbefehle enthält, die von dem Prozessor ausgeführt werden können, um das erfindungsgemäße Verfahren zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors auszuführen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit analoge und/oder digitale elektronische Schaltungen umfassen.The control unit can be implemented as hardware and / or software. The control unit can, for example, have a microcontroller which comprises a processor and a storage medium, the storage medium containing program instructions which can be executed by the processor in order to execute the inventive method for commutating a brushless DC motor. Alternatively or additionally, the control unit can comprise analog and / or digital electronic circuits.

In manchen Ausführungsformen weist die Steuereinheit einen Analog-Digital-Wandler auf, der dazu eingerichtet ist, ein analoges Signal des Verlaufs des Stroms in ein digitales Signal umzuwandeln. Der Analog-Digital-Wandler kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine elektrische Spannung, die die Amplitude des Stroms charakterisiert, in ein digitales Signal umzuwandeln. Der Mikrocontroller kann dazu eingerichtet sein, anhand des digitalen Signals die erste Oszillationsamplitude sowie gegebenenfalls weitere Oszillationsamplituden zu bestimmen, z.B. wie oben beschrieben. In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinheit eine analoge oder digitale Schaltung umfassen, die dazu eingerichtet ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches ein Minimum, ein Maximum und/oder eine Oszillationsamplitude des Stroms charakterisiert.In some embodiments, the control unit has an analog-to-digital converter which is set up to convert an analog signal of the course of the current into a digital signal. The analog-digital converter can be set up, for example, to convert an electrical voltage, which characterizes the amplitude of the current, into a digital signal. The microcontroller can be set up to use the digital signal to determine the first oscillation amplitude and, if necessary, further oscillation amplitudes, e.g. as described above. In other embodiments, the control unit can comprise an analog or digital circuit which is configured to generate an output signal which characterizes a minimum, a maximum and / or an oscillation amplitude of the current.

In einigen Ausgestaltungen ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, in einer Startphase eine Zwangskommutierung des Antriebssignals für den bürstenlosen Gleichstrommotor durchzuführen, um den bürstenlosen Gleichstrommotor aus dem Stillstand anzufahren. Die Zwangskommutierung erfolgt zu vordefinierten Kommutierungszeitpunkten, d.h. unabhängig von der Rotorlage. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die Dauer der Zwangskommutierungsphasen und/oder die Anzahl der Zwangskommutierungsphase in der Startphase an die Stellung eines mit dem bürstenlosen Gleichstrommotor gekoppelten Stellglieds und/oder an eine Dämpfung oder Last des bürstenlosen Gleichstrommotors anzupassen.In some refinements, the control unit is set up to carry out forced commutation of the drive signal for the brushless DC motor in a start phase in order to start the brushless DC motor from standstill. Forced commutation takes place at predefined commutation times, i.e. regardless of the rotor position. The control unit can be set up to adapt the duration of the forced commutation phases and / or the number of forced commutation phases in the start phase to the position of an actuator coupled to the brushless DC motor and / or to a damping or load of the brushless DC motor.

Bevorzugt ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors während der Startphase durchzuführen, um den Kommutierungsparameter zu bestimmen, beispielsweise in der letzten oder einer der letzten Kommutierungsphasen der Startphase. Die Steuereinheit ist ferner bevorzugt dazu eingerichtet, in einer zweiten Phase, z.B. der Anlauf- und/oder Dauerbetriebsphase, Kommutierungszeitpunkte basierend auf dem Kommutierungsparameter zu bestimmen und das Antriebssignal zu diesen Kommutierungszeitpunkten zu kommutieren. Die Steuereinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die Kommutierungszeitpunkte unter Verwendung des Kommutierungsparameters dynamisch zu bestimmen, z.B. wie im Folgenden beschrieben. In einigen Ausgestaltungen kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, anhand der ersten und/oder weiterer Oszillationsamplituden zu entscheiden, ob in der zweiten Phase eine dynamische Kommutierung erfolgen soll oder die Zwangskommutierung fortgeführt werden soll. Bei sehr hoher Dämpfung kann die Bewegung des Motors beispielsweise so langsam sein, dass keine zuverlässige Bestimmung der Kommutierungszeitpunkte anhand der BEMF-Spannung oder anhand charakteristischer Punkte möglich ist. Die Steuereinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Zwangskommutierung in der zweiten Phase fortzuführen, wenn die erste Oszillationsamplitude kleiner als ein vordefinierter Grenzwert ist und/oder wenn der Strom durch das induktive Element keine Minima und/oder Maxima aufweist. In anderen Beispielen kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die Zwangskommutierung fortzuführen, wenn alle bestimmen Oszillationsamplituden oder ein bestimmter Anteil der bestimmen Oszillationsamplituden kleiner als ein jeweiliger Grenzwert sind.The control unit is preferably set up to carry out the method according to the invention for commutating a brushless DC motor during the starting phase in order to determine the commutation parameter, for example in the last or one of the last commutation phases of the starting phase. The control unit is furthermore preferably set up to determine commutation times based on the commutation parameters in a second phase, for example the start-up and / or continuous operation phase, and to commutate the drive signal at these commutation times. The control unit can in particular be set up to dynamically determine the commutation times using the commutation parameter, for example as described below. In some configurations, the control unit can be set up to use the first and / or further oscillation amplitudes to decide whether dynamic commutation should take place in the second phase or whether the forced commutation should be continued. With very high damping, the movement of the motor can be so slow, for example, that it is not possible to reliably determine the commutation times using the BEMF voltage or using characteristic points. The control unit can, for example, be set up to continue the forced commutation in the second phase if the first oscillation amplitude is less than a predefined limit value and / or if the current through the inductive element has no minima and / or maxima. In other examples, the control unit can be set up to continue the forced commutation if all of the determined oscillation amplitudes or a certain proportion of the determined oscillation amplitudes are less than a respective limit value.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, Kommutierungszeitpunkte basierend auf der Lage eines Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors und dem Kommutierungsparameter zu bestimmen, insbesondere in der zweiten Phase. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die Rotorlage z.B. anhand der BEMF-Spannung oder anhand charakteristischer Punkte im Stromverlauf durch ein induktives Element wie oben beschrieben zu ermitteln.In a preferred embodiment, the control unit is set up to determine commutation times based on the position of a rotor of the brushless direct current motor and the commutation parameter, in particular in the second phase. The control unit can be set up to determine the rotor position e.g. on the basis of the BEMF voltage or on the basis of characteristic points in the current curve through an inductive element as described above.

In manchen Ausführungsformen kann der bürstenlose Gleichstrommotor mit einem Stellglied, beispielsweise einem Ventil, insbesondere einem Nadelventil, gekoppelt sein. In einigen Ausgestaltungen kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, ein Verfahren zur Bestimmung der Dämpfung eines bürstenlosen Gleichstrommotors durchzuführen. Die Steuereinheit kann zudem dazu eingerichtet sein, anhand des Dämpfungsparameters eine Stellung des Stellglieds zu ermitteln. In manchen Ausführungsformen kann eine Dämpfung des bürstenlosen Gleichstrommotors abhängig von der Stellung des Stellglieds sein und beispielsweise in der Nähe eines Endanschlages höher sein als in anderen Bereichen des Verfahrbereichs des Stellglieds. Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Anzahl der Zwangskommutierungen in der Startphase abhängig von einer Anfangsstellung des Stellglieds und/oder der Dämpfung des bürstenlosen Gleichstrommotors zu wählen.In some embodiments, the brushless DC motor can be coupled to an actuator, for example a valve, in particular a needle valve. In some configurations, the control unit can be set up to carry out a method for determining the damping of a brushless DC motor. The control unit can also be set up to determine a position of the actuator on the basis of the damping parameter. In some embodiments, damping of the brushless DC motor can be dependent on the position of the actuator and, for example, be higher in the vicinity of an end stop than in other areas of the travel range of the actuator. The control unit is preferably set up to select the number of forced commutations in the start phase as a function of an initial position of the actuator and / or the damping of the brushless DC motor.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen in schematischer Darstellung

1: eine Vorrichtung mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor gemäß einem Beispiel;
2: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einem Beispiel;
3a: ein Beispiel für einen Stromverlauf durch ein induktives Element eines kommutierenden bürstenlosen Gleichstrommotors mit schwacher Dämpfung;
3b: ein Beispiel für einen Stromverlauf durch ein induktives Element eines kommutierenden bürstenlosen Gleichstrommotors bei starker Dämpfung;
3c: ein Beispiel für einen Stromverlauf durch ein induktives Element eines kommutierenden bürstenlosen Gleichstrommotors bei sehr starker Dämpfung
4a: ein Beispiel für einen Verlauf des Stroms durch eine Phasenwicklung eines kommutierenden bürstenlosen Gleichstrommotors ohne Anpassung eines Kommutierungsparameters ;
4b: ein Beispiel für einen Verlauf des Stroms durch eine Phasenwicklung eines kommutierenden bürstenlosen Gleichstrommotors mit Anpassung eines Kommutierungsparameters; und
5: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Dämpfung eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einem Beispiel.

The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. In the figures show in a schematic representation

1 : an apparatus having a brushless DC motor according to an example;
2 : a flowchart of a method for commutating a brushless DC motor according to an example;
3a : an example of a current flow through an inductive element of a commutating brushless DC motor with weak damping;
3b : an example of a current flow through an inductive element of a commutating brushless direct current motor with strong damping;
3c : an example of a current flow through an inductive element of a commutating brushless DC motor with very strong damping
4a : an example of a course of the current through a phase winding of a commutating brushless DC motor without adaptation of a commutation parameter;
4b : an example of a course of the current through a phase winding of a commutating brushless direct current motor with adaptation of a commutation parameter; and
5 FIG. 12 is a flow diagram of a method for determining the damping of a brushless DC motor according to an example.

BESCHREIBUNG DER FIGURENDESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt eine Vorrichtung 100 gemäß einem Beispiel, mit der das erfindungsgemäße Verfahren zur Kommutierung eines elektrischen bürstenlosen Gleichstrommotors implementiert werden kann. Die Vorrichtung 100 umfasst einen bürstenlosen Gleichstrommotor 102. Der bürstenlose Gleichstrommotor kann zum Beispiel aus einem äußeren Stator 104 und einem beweglich gelagerten inneren Rotor 106 bestehen. Der Rotor 106 umfasst einen oder mehrere Permanentmagnete 108 und kann mit anderen beweglichen Elementen (nicht gezeigt) mechanisch gekoppelt sein, zum Beispiel mit einem Stellglied wie einem Kolben eines Nadelventils. Der Stator 104 weist mehrere Phasenwicklungen 110 auf, von denen jeweils ein Ende über einen Sternpunkt 112 mit den anderen Phasenwicklungen 110 verbunden ist. In anderen Ausgestaltungen der Vorrichtung 100 können die Phasenwicklungen 110 auch über eine Dreiecksschaltung verbunden sein oder einzeln ansteuerbar sein. 1 shows an apparatus 100 according to an example with which the inventive method for commutating an electric brushless DC motor can be implemented. The device 100 includes a brushless DC motor 102 . For example, the brushless DC motor can consist of an external stator 104 and a movably mounted inner rotor 106 exist. The rotor 106 includes one or more permanent magnets 108 and can be mechanically coupled to other movable elements (not shown), for example to an actuator such as a piston of a needle valve. The stator 104 has several phase windings 110 on, each of which has one end via a star point 112 with the other phase windings 110 connected is. In other configurations of the device 100 can the phase windings 110 also be connected via a delta connection or individually controllable.

Zur Steuerung des Motors umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit 114, eine Spannungsquelle 116 und eine Brückenschaltung 118. Die Steuereinheit 114 ist dazu eingerichtet, die Ströme durch die Phasenwicklungen 110 mittels der Spannungsquelle 116 und/oder der Brückenschaltung 118 so zu regeln, dass ein zeitabhängiges Magnetfeld erzeugt wird, welches den Rotor 106 in Bewegung versetzen kann. Durch Regelung der Ströme kann die Motorbewegung kontrolliert werden. Die Spannungsquelle kann dazu eingerichtet sein, mittels Pulsweitenmodulation (PWM) elektrische Spannungspulse mit einem variablen Tastverhältnis als Antriebsignale für die Phasenwicklungen zu erzeugen. In einem anderen Beispiel kann die Steuereinheit 114 eine regelbare Gleichspannungsquelle umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere variable Gleichspannungen als Antriebsignale bereitzustellen.To control the motor, the device comprises a control unit 114 , a voltage source 116 and a bridge circuit 118 . The control unit 114 is set up to direct the currents through the phase windings 110 by means of the voltage source 116 and / or the bridge circuit 118 to regulate so that a time-dependent magnetic field is generated, which the rotor 106 can set in motion. The motor movement can be controlled by regulating the currents. The voltage source can be set up to generate electrical voltage pulses with a variable duty cycle as drive signals for the phase windings by means of pulse width modulation (PWM). In another example, the control unit 114 comprise a controllable DC voltage source which is set up to provide one or more variable DC voltages as drive signals.

Die Spannungsquelle 116 ist über die Brückenschaltung 118 mit den Phasenwicklungen 110 verbunden, wobei die Brückenschaltung dazu eingerichtet ist, das von der Spannungsquelle 116 bereitgestellte elektrische Antriebsignal zu kommutieren, beispielsweise auf Basis eines von der Steuereinheit 114 erzeugten Trigger- oder Steuersignal. Ein Ausgang der Spannungsquelle 116 ist mit einem Eingang 120 der Brückenschaltung 118 verbunden, um eine Versorgungsspannung anzulegen, zum Beispiel PWM-Spannungspulse. Ein Ausgang 122
16 der Brückenschaltung 118 ist mit einem Erdungskontakt 124 verbunden. Über eine Reihe von Eingangsschaltern 126 kann der Eingang 120 jeweils mit demjenigen Ende einer Phasenwicklung 110 verbunden werden, welches nicht mit dem Sternpunkt 112 verbunden ist. In gleicher Weise kann das entsprechende Ende mittels einer Reihe von Ausgangsschaltern 128 an den Ausgang 122 gekoppelt werden. Die Steuereinheit 114 ist dazu eingerichtet sein, die Eingangsschalter 126 und die Ausgangsschalter 128 geeignet anzusteuern, um die am Eingang 120 anliegende Versorgungsspannung zu kommutieren. Dafür können zum Beispiel die Phasenwicklungen 110 sukzessive paarweise mit dem Eingang 120 bzw. Ausgang 122 verbunden werden, so dass jeweils ein Phasenwicklungspaar über den Sternpunkt 112 in Reihe zwischen den Eingang 120 und den Ausgang 122 geschaltet ist und bei jeder Kommutierung auf ein anderes Phasenwicklungspaar umgeschaltet wird.The voltage source 116 is across the bridge circuit 118 with the phase windings 110 connected, wherein the bridge circuit is set up to the of the voltage source 116 to commutate provided electrical drive signal, for example on the basis of one of the control unit 114 generated trigger or control signal. One output of the voltage source 116 is with an entrance 120 the bridge circuit 118 connected to apply a supply voltage, for example PWM voltage pulses. An exit 122
16 of the bridge circuit 118 is with a ground contact 124 tied together. Via a series of input switches 126 can the entrance 120 each with that end of a phase winding 110 which is not connected to the star point 112 connected is. In the same way, the corresponding end can be switched by means of a series of output switches 128 to the exit 122 be coupled. The control unit 114 is set up to use the input switch 126 and the output switches 128 suitable to head to the at the entrance 120 to commutate applied supply voltage. For example, the phase windings 110 successively in pairs with the entrance 120 or exit 122 are connected, so that each phase winding pair across the star point 112 in series between the entrance 120 and the exit 122 is switched and is switched to a different phase winding pair with each commutation.

Für die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors weist die Vorrichtung 100 einen Analog-Digital-Wandler 130 und einen Mikrocontroller 132 auf, welcher dazu eingerichtet ist, die im Folgenden in Bezug auf 2 beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen. Der Analog-Digital-Wandler 130 ist dazu eingerichtet, ein analoges Eingangssignal in ein digitales Signal umzuwandeln, zum Beispiel ein analoges Messsignal eines Messgeräts 136 oder eine Spannung, die proportional zu einer zu messenden Stromstärke ist. Hierzu kann der Analog-Digital-Wandler 130 eine Sample-and-Hold-Schaltung aufweisen. In einem Beispiel kann der Analog-Digital-Wandler 130 eine Auflösung von 12 Bit aufweisen. Die Steuereinheit 114 kann ferner eine Verstärkerschaltung (nicht gezeigt) umfassen, um das analoge Eingangssignal vor der Umwandlung zu verstärken. Der Mikrocontroller 132 ist dazu eingerichtet, das von dem Analog-Digital-Wandler 130 ausgegebene digitale Signal dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend zu verarbeiten. Der Mikrocontroller 132 kann ferner dazu eingerichtet sein, Steuersignale für die Spannungsquelle 114 und/oder die Brückenschaltung 118 zu erzeugen, beispielsweise um eine Kommutierung wie oben beschrieben durchzuführen.For the implementation of the method according to the invention for commutating a brushless DC motor, the device has 100 an analog-to-digital converter 130 and a microcontroller 132 which is set up for this purpose, which is described below in relation to 2 to carry out the process steps described. The analog-to-digital converter 130 is set up to convert an analog input signal into a digital signal, for example an analog measurement signal from a measuring device 136 or a voltage that is proportional to a current to be measured. The analog-to-digital converter 130 have a sample-and-hold circuit. In one example, the analog-to-digital converter 130 have a resolution of 12 bits. The control unit 114 may further include an amplifier circuit (not shown) to amplify the analog input signal prior to conversion. The microcontroller 132 is set up to do this by the analog-to-digital converter 130 to process output digital signal according to the method according to the invention. The microcontroller 132 can also be set up to provide control signals for the voltage source 114 and / or the bridge circuit 118 to generate, for example to carry out a commutation as described above.

Die Vorrichtung 100 weist zudem einen Shunt-Widerstand 134 auf, der sich zwischen dem Ausgang 122 der Brückenschaltung 118 und dem Erdungskontakt 124 befindet. Mittels eines Messgerätes 136 kann die über den Shunt-Widerstand 134 abfallende Spannung gemessen werden, um den zwischen Ausgang 122 und Erdungskontakt 124 fließenden Strom zu ermitteln („DC-link“-Messung). Ist der Ausgang 122 über die Ausgangsschalter 128 mit genau einer der Phasenwicklungen 110 verbunden, entspricht der über den Shunt-Widerstand 134 gemessene Strom dem durch die entsprechende Phasenwicklung 110 fließenden Strom. Die Steuereinheit 114 ist mit dem Messgerät 136 verbunden, um den über den Shunt-Widerstand 134 fließenden Strom zu bestimmen. In einem anderen Beispiel kann das Mess-17 gerät 136 ein Strommessgerät sein, welches sich direkt in der Leitung zwischen dem Ausgang 122 und dem Erdungskontakt 124 befindet.The device 100 also has a shunt resistance 134 on that is between the exit 122 the bridge circuit 118 and the ground contact 124 is located. Using a measuring device 136 can do that via the shunt resistor 134 falling voltage can be measured to the between output 122 and ground contact 124 to determine the flowing current ("DC-link" measurement). Is the exit 122 via the output switch 128 with exactly one of the phase windings 110 connected, corresponds to the one across the shunt resistor 134 measured current through the corresponding phase winding 110 flowing stream. The control unit 114 is with the meter 136 connected to the one across the shunt resistor 134 to determine the current flowing. In another example, the measuring device 136 can be an ammeter, which is located directly in the line between the output 122 and the ground contact 124 is located.

In anderen Ausführungsformen kann der Shunt-Widerstand 134 und/oder das Messgerät 136 an anderer Stelle angeordnet sein, beispielsweise zwischen der Spannungsquelle 116 und dem Eingang 120 der Brückenschaltung 118. In manchen Ausgestaltungen kann die Vorrichtung 100 auch mehrere Shunt-Widerstände aufweisen, die beispielsweise jeweils zwischen einem der Ausgangsschalter 128 und dem Ausgang 122 eingebracht sind („low-side“-Messung) oder zwischen dem Eingang 120 und einem der Eingangsschalter 126 („high-side“-Messung). Alternativ können die Shunt-Widerstände auch in den Zuleitungen zwischen der Brückenschaltung 118 und den Phasenwicklungen 112 angeordnet sein („in line“-Messung).In other embodiments, the shunt resistor 134 and / or the measuring device 136 be arranged elsewhere, for example between the voltage source 116 and the entrance 120 the bridge circuit 118 . In some configurations, the device can 100 also have several shunt resistors, for example each between one of the output switches 128 and the exit 122 are introduced ("low-side" measurement) or between the input 120 and one of the entrance switches 126 ("High-side" measurement). Alternatively, the shunt resistors can also be in the supply lines between the bridge circuit 118 and the phase windings 112 be arranged ("in line" measurement).

Neben dem in 1 dargestellten Beispiel 100 können zahlreiche weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert werden. Die Vorrichtung 100 kann beispielsweise ein induktives Element für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweisen, etwa eine Spule, die in der Nähe des Rotors 108 angeordnet ist, z.B. innerhalb des Stators 104. Die Steuereinheit 114 kann zum Beispiel mit der Spannungsquelle 116 und/oder dem Messgerät 136 in einer gemeinsamen Einheit zusammengefasst sein, welche die entsprechenden Aufgaben wahrnimmt. Des Weiteren kann die Steuereinheit 114 auch eine analoge oder digitale Schaltung umfassen, um eine Oszillationsamplitude, ein Minimum und/oder ein Maximum des vom Messgerät 136 gemessenen Stroms wie unten beschrieben zu bestimmen. In manchen Ausgestaltungen kann die Vorrichtung 100 das Messgerät 136 nicht aufweisen und der Analog-Digital-Wandler 130 dazu eingerichtet sein, die an dem Shunt-Widerstand 134 abfallende Spannung direkt in ein digitales Signal umzuwandeln, welches den durch die Phasenwicklungen 110 fließenden Strom charakterisiert. Daneben kann die Anzahl und/oder Verschaltung der Phasenwicklungen 110 variieren. Diese können beispielsweise nicht miteinander verbunden sein, sondern einzeln angesteuert werden. Zudem kann die Vorrichtung 100 dazu eingerichtet sein, den Strom durch jede der Phasenwicklungen 110 einzeln zu messen. Des Weiteren können andere Bauformen eines bürstenlosen Gleichstrommotors zu Einsatz kommen.In addition to the in 1 In the example 100 shown, numerous further configurations of the device according to the invention can be implemented. The device 100 can for example have an inductive element for carrying out the method according to the invention, such as a coil that is located in the vicinity of the rotor 108 is arranged, for example within the stator 104 . The control unit 114 can for example with the voltage source 116 and / or the measuring device 136 be combined in a common unit that performs the relevant tasks. Furthermore, the control unit 114 also include an analog or digital circuit to set an oscillation amplitude, a minimum and / or a maximum of the measuring device 136 measured current as described below. In some configurations, the device can 100 the meter 136 do not have and the analog-to-digital converter 130 to be set up on the shunt resistor 134 to convert the falling voltage directly into a digital signal, which is transmitted through the phase windings 110 characterizes flowing stream. In addition, the number and / or connection of the phase windings 110 vary. For example, these cannot be connected to one another, but rather controlled individually. In addition, the device 100 be arranged to pass the current through each of the phase windings 110 to measure individually. Furthermore, other types of brushless DC motor can be used.

In 2 ist ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 200 zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einem Beispiel dargestellt. Dieses Verfahren wird im Folgenden am Beispiel der Vorrichtung 100 beschrieben, deren Steuereinheit 114 in manchen Ausgestaltungen dazu eingerichtet sein kann, das Verfahren 200 wie beschrieben auszuführen.In 2 Figure 3 is a flow diagram of a method according to the invention 200 for commutation of a brushless DC motor shown according to an example. This method is described below using the device as an example 100 described, their control unit 114 can be set up in some embodiments, the method 200 to be carried out as described.

In Schritt 202 wird zunächst eine Spannung an eine Phasenwicklung 110 des bürstenlosen Gleichstrommotors 102 angelegt, z.B. eine Gleichspannung oder eine pulsweitenmodulierte Spannung mit konstanter Amplitude. Hierzu kann die Steuereinheit 114 dazu eingerichtet sein, ein entsprechendes Steuersignal an die Spannungsquelle 116 auszugeben, um eine Spannung am Eingang 120 der Brückenschaltung 118 bereitzustellen. Die Steuereinheit 114 kann ferner dazu eingerichtet sein, die Eingangs- und Ausgangsschalter 126, 128 geeignet anzusteuern, um den Eingang 120 über ein Phasenwicklungspaar mit dem Erdungskontakt 124 zu verbinden, so dass die Spannung über das Phasenwicklungspaar abfällt.In step 202 first a voltage is applied to a phase winding 110 of the brushless DC motor 102 applied, for example a direct voltage or a pulse width modulated voltage with constant amplitude. The control unit 114 be set up to send a corresponding control signal to the voltage source 116 output to a voltage at the input 120 the bridge circuit 118 provide. The control unit 114 can also be configured to use the input and output switches 126 , 128 suitable to head to the entrance 120 via a phase winding pair with the earth contact 124 to be connected so that the voltage drops across the phase winding pair.

Bevorzugt ist die angelegte Spannung eine Antriebsspannung für den bürstenlosen Gleichstrommotor 102. In diesem Fall kann das Anlegen der Spannung beispielsweise der Kommutierung der Antriebsspannung entsprechen. Die angelegte Spannung kann insbesondere die Antriebsspannung während einer Zwangskommutierungsphase, d.h. zwischen zwei aufeinander folgenden Zwangskommutierungen zu vordefinierten Zeitpunkten sein, beispielsweise in einer Startphase, in der der bürstenlose Gleichstrommotor 102 mittels Zwangskommutierungen aus dem Stillstand beschleunigt wird.The applied voltage is preferably a drive voltage for the brushless DC motor 102 . In this case, the application of the voltage can correspond to the commutation of the drive voltage, for example. The applied voltage can in particular be the drive voltage during a forced commutation phase, ie between two successive forced commutations at predefined times, for example in a starting phase in which the brushless DC motor 102 is accelerated from standstill by means of forced commutation.

In Schritt 204 wird der Strom durch ein induktives Element des bürstenlosen Gleichstrommotors 102, z.B. eine Phasenwicklung 110, während eines Messzeitraums bestimmt. Dies kann wie oben beschrieben zum Beispiel durch Messung des durch den Shunt-Widerstand 134 fließenden Stroms erfolgen, so dass bei paarweiser Kommutierung der Phasenwicklungen 110 der Strom durch das jeweils in Reihe geschalteten Phasenwicklungspaar gemessen wird. In einem anderen Beispiel können die Phasenwicklungen 110 einzeln angesteuert werden und entsprechend der Strom durch eine der Phasenwicklungen 110 bestimmt werden oder der Strom durch ein von den Phasenwicklungen 110 getrenntes induktives Element (nicht gezeigt) gemessen werden.In step 204 the current is passed through an inductive element of the brushless DC motor 102 , e.g. a phase winding 110 , determined during a measurement period. This can be done as described above, for example by measuring the resistance caused by the shunt 134 flowing current, so that with paired commutation of the phase windings 110 the current is measured through the phase winding pair connected in series. In another example, the phase windings 110 individually controlled and accordingly the current through one of the phase windings 110 or the current through one of the phase windings 110 separate inductive element (not shown) can be measured.

In 3a ist beispielhaft für einen wie in 1 gezeigten BLDC-Motor der durch den Shunt-Widerstand 134 fließende Strom I(t) 300A als Funktion der Zeit t dargestellt. Während des gezeigten Zeitraums wird das Antriebssignal für den bürstenlosen Gleichstrommotor 102 mittels der Brückenschaltung 118 kommutiert. Das Umschalten zwischen verschiedenen Konfigurationen der Phasenwicklungen 110 während der Kommutierungen führt zu kurzzeitigen Einbrüchen 302A-302C im Stromverlauf 300A. Innerhalb eines Kommutierungsschritts zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kommutierungen weist der Strom 300A einen kontinuierlichen Verlauf auf, der unter anderem von den Induktivitäten der Phasenwicklungen 110 und den durch die Bewegung des Rotors 106 in den Phasenwicklungen 110 induzierten Spannungen beeinflusst wird. Wird bei einer der Kommutierungen 302A-302C jeweils ein Phasenwicklungspaar in Reihe mit einer Versorgungsspannung geschaltet, ent-19 spricht der Stromverlauf 300A zwischen zwei Kommutierungen dem durch die beiden Phasenwicklungen fließenden Strom.In 3a is exemplary of one like in 1 BLDC motor shown by the shunt resistor 134 flowing current I (t) 300A shown as a function of time t. During the period shown, the drive signal for the brushless DC motor 102 by means of the bridge circuit 118 commutes. Switching between different configurations of the phase windings 110 during the commutation leads to brief dips 302A-302C in the course of the current 300A . Within a commutation step between two successive commutations, the current 300A a continuous curve, which, among other things, depends on the inductances of the phase windings 110 and that by the movement of the rotor 106 in the phase windings 110 induced voltages is influenced. Used for one of the commutations 302A-302C a pair of phase windings are connected in series with a supply voltage, the current curve corresponds 300A between two commutations the current flowing through the two phase windings.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Strom während eines Messzeitraums 304 bestimmt. Der Messzeitraum 304 liegt bevorzugt zwischen zwei aufeinander folgenden Kommutierungen, beispielsweise den Kommutierungen 302B und 302C, um eine direkte Beeinflussung der Strommessung durch die Kommutierungen zu vermeiden. Der Messzeitraum kann z.B. ein vordefiniertes Zeitintervall nach der Kommutierung 302B beginnen und ein vordefiniertes Zeitintervall vor der Kommutierung 302C enden, z.B. nach bzw. vor dem mit der Kommutierung verknüpften kurzzeitigen Einbruch des Stroms.In the context of the method according to the invention, the current is during a measurement period 304 certainly. The measurement period 304 is preferably between two successive commutations, for example the commutations 302B and 302C in order to avoid a direct influence on the current measurement by the commutations. The measurement period can, for example, be a predefined time interval after the commutation 302B begin and a predefined time interval before commutation 302C end, e.g. after or before the with the short-term drop in the current associated with the commutation.

In der Regel weist der Stromverlauf 300A kurzzeitige Fluktuationen auf, die beispielsweise durch eine fluktuierende Versorgungsspannung und/oder die Messung des Stroms hervorgerufen werden können. Um diese zu unterdrücken, kann die Steuereinheit 114 dazu eingerichtet sein, den Stromverlauf 300A geeignet zu mitteln, zum Beispiel durch Bilden eines gleitenden zeitlichen Mittelwerts oder durch Mitteln der Messwerte innerhalb gewisser Zeitintervalle. Wird die Versorgungsspannung durch Pulsweitenmodulation oder ähnliche Verfahren moduliert, kann die Strommessung geeignet angepasst werden, beispielsweise durch Synchronisierung mit der Modulation, um den Stromverlauf 300A zu glätten und eine Beeinflussung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch gegebenenfalls von einer solchen Modulation hervorgerufene Stromschwankungen zu vermeiden. Dies kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Messgerätes 136 oder durch eine nachgeschaltete Datenverarbeitung durch den Mikrocontroller 132 erfolgen. Die nachgeschaltete Datenverarbeitung kann zudem eine Interpolation und/oder Extrapolation diskreter Messwerte umfassen.As a rule, the current flow 300A Brief fluctuations that can be caused, for example, by a fluctuating supply voltage and / or the measurement of the current. To suppress this, the control unit can 114 be set up to track the current 300A suitable for averaging, for example by forming a sliding time average or by averaging the measured values within certain time intervals. If the supply voltage is modulated by pulse width modulation or similar methods, the current measurement can be suitably adapted, for example by synchronization with the modulation, around the current curve 300A to smooth and to avoid influencing the method according to the invention by current fluctuations possibly caused by such a modulation. This can be done by activating the measuring device accordingly 136 or by downstream data processing by the microcontroller 132 take place. The downstream data processing can also include interpolation and / or extrapolation of discrete measured values.

In Schritt 206 wird eine erste Oszillationsamplitude des Stroms 300A zu einem ersten Zeitpunkt t₁ während des Messzeitraums 304 bestimmt. Hierzu kann die Steuereinheit 114 dazu eingerichtet sein, Extrema im Stromverlauf 300A zu ermitteln, beispielsweise die in 3a hervorgehobenen Extrema I₁ , I₂ , I₃ , I₄ . Die Steuereinheit 114 kann weiterhin dazu eingerichtet sein, anhand der Extrema I₁-I₄ die erste Oszillationsamplitude zu bestimmen, z.B. durch Differenzbildung. Im gezeigten Beispiel kann die Steuereinheit beispielsweise dazu eingerichtet sein, die erste Oszillationsamplitude zu bestimmen, indem die Steuereinheit 114 die Differenz zwischen dem zweiten Maximum I₂ und dem ersten Minimum I₁ nach dem Anlegen der Spannung, d.h. nach der Kommutierung 302B, berechnet. In andere Beispielen kann die Steuereinheit 114 die erste Oszillationsamplitude durch Bilden des Mittelwerts von Differenzen zwischen aufeinander folgenden Extrema bestimmen, beispielsweise der Differenzen I₂ - I₁ , I₂ - I₃ und/oder I₄ - I₃ . In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 114 dazu eingerichtet sein, die erste Amplitude durch einen Fit an den Stromverlauf 300A zu 20 bestimmen, zum Beispiel durch Fitten einer sinusförmigen oder gedämpft sinusförmigen Fitfunktion.In step 206 becomes a first oscillation amplitude of the current 300A at a first point in time t ₁ during the measurement period 304 certainly. The control unit 114 to be set up, extremes in the course of the current 300A to determine, for example the in 3a highlighted extremes I ₁ , I ₂ , I ₃ , I ₄ . The control unit 114 can also be set up to use the extremes I ₁ -I ₄ to determine the first oscillation amplitude, for example by forming the difference. In the example shown, the control unit can be set up, for example, to determine the first oscillation amplitude by the control unit 114 the difference between the second maximum I ₂ and the first minimum I ₁ after applying the voltage, ie after commutation 302B , calculated. In other examples, the control unit 114 determine the first oscillation amplitude by averaging the differences between successive extremes, for example the differences I ₂ - I ₁ , I ₂ - I ₃ and or I ₄ - I ₃ . In other embodiments, the control unit 114 to be set up, the first amplitude by a fit to the current curve 300A to 20, for example by fitting a sinusoidal or damped sinusoidal fit function.

Der Schritt 206 kann ferner das Bestimmen weiterer Oszillationsamplituden des Stroms 300A umfassen, z.B. anhand von Extrema im Stromverlauf 300A und/oder durch Fitten des Stromverlaufs 300A. In einem Beispiels ist die Steuereinheit 114 dazu eingerichtet, eine zweite Oszillationsamplitude zum einem zweiten Zeitpunkt t₂ zu bestimmen, indem die Steuereinheit 114 die Differenz zwischen dem zweiten Maximum I₂ und dem zweiten Minimum 13 nach Anlegen der Spannung, d.h. nach der Kommutierung 302B, berechnet. Die Steuereinheit 114 kann zudem dazu eingerichtet sein, eine dritte Oszillationsamplitude zum einem dritten Zeitpunkt t₃ zu bestimmen, indem die Steuereinheit 114 die Differenz zwischen dem dritten Maximum I₄ und dem zweiten Minimum I₃ nach Anlegen der Spannung berechnet.The step 206 can furthermore determine further oscillation amplitudes of the current 300A include, for example, based on extremes in the course of the current 300A and / or by fitting the current curve 300A . In one example, the control unit is 114 set up to determine a second oscillation amplitude at a second point in time t ₂ by the control unit 114 the difference between the second maximum I ₂ and the second minimum 13 after the voltage has been applied, ie after commutation 302B , calculated. The control unit 114 can also be set up to have a third oscillation amplitude at a third point in time t ₃ to be determined by the control unit 114 the difference between the third maximum I ₄ and the second minimum I ₃ calculated after voltage has been applied.

Schließlich umfasst das Verfahren 200 in Schritt 208 das Anpassen eines Kommutierungsparameters für die Kommutierung eines elektrischen Antriebssignals für den bürstenlosen Gleichstrommotor 102 basierend auf der ersten Oszillationsamplitude. Hierzu kann die Steuereinheit 114 beispielsweise dazu eingerichtet sein, mittels einer Kalibrierungsfunktion den Kommutierungsparameter anhand der ersten Oszillationsamplitude zu berechnen. Die Kalibrierungsfunktion kann zum Beispiel im Voraus durch empirische Optimierung und/oder Berechnung mittels eines physikalischen Modells des bürstenlosen Gleichstrommotors 102 bestimmt worden sein und einem Wert der ersten Oszillationsamplitude jeweils einen Wert des Kommutierungsparameters zuordnen. Alternativ kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die erste Oszillationsamplitude mit einem vordefinierten Schwellenwert oder Intervall zu vergleichen, um den Kommutierungsparameter zu bestimmen. Die Steuereinheit 114 kann weiterhin dazu eingerichtet sein, weitere Oszillationsamplituden in ähnlicher Weise in die Bestimmung des Kommutierungsparameters einfließen zu lassen.Finally, the procedure includes 200 in step 208 the adjustment of a commutation parameter for the commutation of an electrical drive signal for the brushless DC motor 102 based on the first oscillation amplitude. The control unit 114 be set up, for example, to use a calibration function to calculate the commutation parameter on the basis of the first oscillation amplitude. The calibration function can, for example, in advance by empirical optimization and / or calculation using a physical model of the brushless DC motor 102 have been determined and each assign a value of the commutation parameter to a value of the first oscillation amplitude. Alternatively, the control unit can be set up to compare the first oscillation amplitude with a predefined threshold value or interval in order to determine the commutation parameter. The control unit 114 can furthermore be set up to allow further oscillation amplitudes to flow into the determination of the commutation parameter in a similar manner.

Das Anpassen des Kommutierungsparameters anhand der ersten Oszillationsamplitude ermöglicht beispielsweise eine Anpassung des Kommutierungsparameters an eine Dämpfung des bürstenlosen Gleichstrommotors wie im Folgenden anhand der 3a, 3b und 3c erläutert wird. 3a zeigt beispielhaft einen Stromverlauf 300A durch den Shunt-Widerstand 134 für den bürstenlosen Gleichstrommotor 102 bei schwacher Dämpfung. 3b und 3c zeigen ähnliche Stromverläufe 300B, 300C für den bürstenlosen Gleichstrommotor 102 bei starker bzw. sehr starker Dämpfung. Die Dämpfung des bürstenlosen Gleichstrommotors 102 kann insbesondere durch eine daran gekoppelte Last wie beispielsweise ein Stellglied bestimmt werden. In manchen Ausführungsformen kann die Dämpfung von einer Stellung des Stellglieds abhängen und beispielsweise in der Nähe eines Endanschlags höher 21 sein als in einer Mittelstellung zwischen zwei Endanschlägen. Eine sehr starke Dämpfung kann zudem auch einen Hinweis auf eine vollständige oder teilweise Blockade des Rotors 106 sein, beispielsweise durch Erreichen eines Endanschlags.The adaptation of the commutation parameter on the basis of the first oscillation amplitude enables, for example, an adaptation of the commutation parameter to a damping of the brushless DC motor as in the following on the basis of FIG 3a , 3b and 3c is explained. 3a shows an example of a current curve 300A through the shunt resistance 134 for the brushless DC motor 102 with weak damping. 3b and 3c show similar current curves 300B , 300C for the brushless DC motor 102 with strong or very strong damping. The damping of the brushless DC motor 102 can in particular be determined by a load coupled to it, such as an actuator. In some embodiments, the damping can depend on a position of the actuator and can, for example, be higher than 21 in the vicinity of an end stop than in a middle position between two end stops. A very strong damping can also indicate a complete or partial blockage of the rotor 106 be, for example by reaching an end stop.

Bei schwacher Dämpfung wie in 3a gezeigt weist der Stromverlauf 300A eine ausgeprägte Oszillation auf. Diese kann beispielsweise daraus resultieren, dass sich durch die Kommutierung 302B die Gleichgewichtslage des Rotors 106 verändert. Der Rotor 106 wird zur neuen Gleichgewichtslage hin beschleunigt und fängt an, um diese zu schwingen. Dadurch oszilliert auch die in den Phasenwicklungen 110 von dem Rotor 106 induzierte Spannung und damit der durch den Shunt-Widerstand 134 fließende Strom 300A. Durch die schwache Dämpfung klingt die Oszillation im Verlauf der Zeit langsam ab.With weak damping as in 3a shown shows the course of the current 300A one pronounced oscillation. This can result, for example, from the fact that the commutation 302B the equilibrium position of the rotor 106 changes. The rotor 106 is accelerated towards the new equilibrium position and begins to oscillate around it. As a result, the one in the phase windings also oscillates 110 from the rotor 106 induced voltage and thus the voltage caused by the shunt resistance 134 flowing stream 300A . Due to the weak damping, the oscillation slowly subsides over time.

Bei starker Dämpfung wie in 3b gezeigt wird schwingt der Rotor 106 weniger und wird schneller abgebremst, so dass zwar eine Oszillation im Stromverlauf 300B erkennbar ist, diese aber weniger ausgeprägt ist und schneller abklingt. Entsprechend sind beispielsweise die Differenzen zwischen den Extrema I₂ - I₁ , I₂ - I₃ und I₄ - I₃ beim Stromverlauf 300B kleiner als beim Stromverlauf 300A.With strong damping as in 3b the rotor is shown vibrating 106 less and is braked faster, so that although there is an oscillation in the course of the current 300B is recognizable, but this is less pronounced and subsides more quickly. The differences between the extremes, for example, are corresponding I ₂ - I ₁ , I ₂ - I ₃ and I ₄ - I ₃ in the course of the current 300B smaller than the current curve 300A .

Bei sehr starker Dämpfung wie in 3c gezeigt ist keine Oszillation im Stromverlauf 300C zu erkennen. Dies kann beispielsweise daraus resultieren, dass der Rotor 106 die neue Gleichgewichtslage zwar erreicht, sich aber aufgrund der sehr starken Dämpfung nicht über diese hinaus bewegt und entsprechend auch nicht schwingt. In anderen Beispielen erreicht der Rotor 106 die Gleichgewichtslage nicht, z.B. weil die Zeit zwischen den Kommutierungen 302B, 302C zu kurz ist oder weil der Rotor 106 vollständig blockiert ist.With very strong damping as in 3c no oscillation in the current curve is shown 300C to recognize. This can result, for example, from the fact that the rotor 106 the new equilibrium position is reached, but due to the very strong damping, it does not move beyond it and accordingly does not oscillate. In other examples, the rotor reaches 106 the equilibrium position is not, for example because of the time between commutations 302B , 302C is too short or because the rotor 106 is completely blocked.

Da die Bewegung des Rotors 106 dämpfungsabhängig ist, kann eine an die Dämpfung angepasste Kommutierung vorteilhaft sein, z.B. durch geeignete Anpassung eines Kommutierungsparameters. Dies ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren durch Anpassen des Kommutierungsparameters basierend auf der ersten Oszillationsamplitude. Der Kommutierungsparameter kann beispielsweise eine Kommutierungs-Zeitgrenze und/oder eine Vorkommutierungszeit sein. Die Kommutierungs-Zeitgrenze definiert eine maximale Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Kommutierungen, z.B. für den Fall, dass eine die Kommutierung auslösende Bedingung nicht eintritt. Die Vorkommutierungszeit bestimmt eine relative oder absolute Zeitdifferenz zwischen einem ermittelten Kommutierungszeitpunkt, z.B. basierend auf der BEMF-Spannung oder einem charakteristischen Kurvenpunkt, und einem zu verwendendem Kommutierungszeitpunkt.Because the movement of the rotor 106 Is damping-dependent, a commutation adapted to the damping can be advantageous, for example by suitable adaptation of a commutation parameter. This is made possible by the method according to the invention by adapting the commutation parameter based on the first oscillation amplitude. The commutation parameter can be, for example, a commutation time limit and / or a pre-commutation time. The commutation time limit defines a maximum time between two successive commutations, for example in the event that a condition that triggers the commutation does not occur. The pre-commutation time determines a relative or absolute time difference between a determined commutation time, for example based on the BEMF voltage or a characteristic curve point, and a commutation time to be used.

Bei starker Dämpfung entsprechend einer kleinen ersten Oszillationsamplitude kann es etwa vorteilhaft sein, eine kleinere Vorkommutierungszeit zu wählen. Die Vorkommutierungszeit kann beispielsweise zwischen 0% und 25% einer ermittelten Dauer eine Kommutierungsphase sein. In einem Beispiel kann bei einer hohen Dämpfung beispielsweise ein erster Wert für die Vorkommutierungszeit, z.B. zwischen 0% und 5% einer ermittelten Kommutierungsdauer, gewählt werden und für eine geringe Dämpfung ein zweiter Wert für die Vorkommutierungszeit, z.B. zwischen 5% und 25% der ermittelten Kommutierungsdauer. Die Steuereinheit 114 kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, den ersten Wert zu wählen, wenn die erste Oszillationsamplitude kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist, und andernfalls den zweiten Wert. Der Schwellenwert kann beispielsweise zwischen 2% und 20% eines Sollstromwerts betragen, in einem Beispiel zwischen 20 mA und 200 mA. In einem anderen Beispiel kann die Steuereinheit 114 den zweiten Wert für eine starke Dämpfung wählen, wenn die erste, die zweite und die dritte Oszillationsamplitude größer als ein jeweiliger vordefinierter Schwellenwert ist. Der Schwellenwert für die zweite Oszillationsamplitude kann dabei kleiner oder gleich dem für die erste Oszillationsamplitude und größer oder gleich dem für die dritte Oszillationsamplitude sein. In einem Beispiel beträgt der Schwellenwert für die erste und zweite Oszillationsamplitude zwischen 10% und 15% des Sollstromwerts und der Schwellenwert für die dritte Oszillationsamplitude zwischen 5% und 10% des Sollstromwerts.In the case of strong damping corresponding to a small first oscillation amplitude, it can be advantageous, for example, to select a shorter pre-commutation time. The pre-commutation time can, for example, be a commutation phase between 0% and 25% of a determined duration. In one example, a first value for the pre-commutation time, e.g. between 0% and 5% of a determined commutation time, can be selected for high damping, and a second value for the pre-commutation time, e.g. between 5% and 25% of the determined commutation time, can be selected for low damping Commutation time. The control unit 114 can for example be configured to select the first value if the first oscillation amplitude is smaller than a predefined threshold value, and otherwise the second value. The threshold value can for example be between 2% and 20% of a target current value, in one example between 20 mA and 200 mA. In another example, the control unit 114 select the second value for strong damping when the first, second and third oscillation amplitudes are greater than a respective predefined threshold value. The threshold value for the second oscillation amplitude can be less than or equal to that for the first oscillation amplitude and greater than or equal to that for the third oscillation amplitude. In one example, the threshold value for the first and second oscillation amplitudes is between 10% and 15% of the nominal current value and the threshold value for the third oscillation amplitude is between 5% and 10% of the nominal current value.

Der Effekt der Anpassung eines Kommutierungsparameters ist beispielhaft in den 4a und 4b gezeigt, die den Verlauf des Stroms 400 bzw. 402 durch eine der Phasenwicklungen 110 mit (4b) bzw. ohne Anpassung (4a) des Kommutierungsparameters nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen. Die Stromverläufe 400, 402 können beispielsweise durch Messung des Stroms in der jeweiligen Zuleitung zu einer Phasenwicklung 110 bestimmt werden. Für einen BLDC-Motor mit drei Phasenwicklungen wie dem in 1 dargestellten bürstenlosen Gleichstrommotors 102 müssen die Antriebsignale sechsmal pro Umdrehung des Rotors 106 kommutiert werden. An eine gegebene Phasenwicklung wird in zwei aufeinanderfolgenden Kommutierungsschritten eine positive Versorgungsspannung angelegt und in zwei weiteren aufeinanderfolgenden Kommutierungsschritten eine negative Versorgungsspannung. Dazwischen befindet sich jeweils ein Kommutierungsschritt, in dem die Phasenwicklung unbestromt bleibt. Daher weisen die Stromverläufe 400-404 für eine Phasenwicklung beispielsweise eine wiederholte Abfolge von zunächst zwei Kommutierungsschritte mit positiven Stromwerten auf, anschließend einem unbestromten Kommutierungsschritt, bevor das Vorzeichen des Stroms wechselt und zwei Kommutierungsschritte mit negativen Stromwerten folgen . Nach einem weiteren unbestromten Kommutierungsschritt hat der Rotor 106 eine Umdrehung abgeschlossen und der Zyklus beginnt von neuem.The effect of adapting a commutation parameter is exemplified in 4a and 4b shown showing the course of the current 400 respectively. 402 through one of the phase windings 110 with ( 4b) or without adjustment ( 4a) show the commutation parameter according to the method according to the invention. The current courses 400 , 402 can, for example, by measuring the current in the respective feed line to a phase winding 110 to be determined. For a BLDC motor with three phase windings like the one in 1 illustrated brushless DC motor 102 need the drive signals six times per revolution of the rotor 106 be commutated. A positive supply voltage is applied to a given phase winding in two successive commutation steps and a negative supply voltage is applied in two further successive commutation steps. In between there is a commutation step in which the phase winding remains de-energized. Therefore, the currents show 400-404 for a phase winding, for example, a repeated sequence of initially two commutation steps with positive current values, then a de-energized commutation step, before the sign of the current changes and two commutation steps with negative current values follow. After a further de-energized commutation step, the rotor has 106 one revolution is completed and the cycle starts again.

In gleicher Weise kann der Strom zusätzlich für eine zweite Phasenwicklung bestimmt werden (nicht dargestellt). Der Verlauf des Stroms durch die zweite Phasenwicklung ähnelt den Verläufen 400, 402, ist aber um zwei Kommutierungsschritte verschoben. Folglich fließt durch die zweite Phasenwicklung auch in den Kommutierungsschritten ein Strom, in denen die erste Phasenwicklung unbestromt bleibt. Somit kann das erfindungsgemäßen Verfahren während jedes Kommutierungsschritts durchgeführt werden. Wird das Verfahren für mehrere Phasenwicklungen in einem Kommutierungsschritt gleichzeitig durchgeführt, können die ermittelten Oszillationsamplituden und/oder Kommutierungsparameter z.B. kombiniert werden, um die Genauigkeit zu erhöhen.In the same way, the current can also be determined for a second phase winding (not shown). The course of the current through the second phase winding is similar to the courses 400 , 402 , but is shifted by two commutation steps. Consequently, a current also flows through the second phase winding in the commutation steps in which the first phase winding remains de-energized. The method according to the invention can thus be carried out during each commutation step. If the method is carried out simultaneously for several phase windings in one commutation step, the determined oscillation amplitudes and / or commutation parameters can be combined, for example, in order to increase the accuracy.

Die Stromverläufe 400, 402 zeigen einen Teil einer Startphase 400A bzw. 402A sowie einen Teil einer Anlaufphase 400B bzw. 402B des bürstenlosen Gleichstrommotors 102. Der Übergang zwischen den beiden Phasen ist in den 4a, 4b durch vertikale gestrichelte Linien angedeutet. In der Startphase 400A, 402A wird der Motor 102 durch Zwangskommutierungen zu vordefinierten Zeitpunkten aus dem Stillstand angefahren. Die Zwangskommutierungsphasen erfolgen unabhängig von der Rotorlage „blind“ zu den vordefinierten Kommutierungszeitpunkten, wobei jede Kommutierungsphase z.B. eine Dauer zwischen 10 ms und 50 ms, in einem Beispiel 30 ms, aufweist. Die Startphase kann eine feste Anzahl von Kommutierungsschritten umfassen, z.B. zwischen 2 und 50 Kommutierungsschritte.The current courses 400 , 402 show part of a startup phase 400A respectively. 402A as well as part of a start-up phase 400B respectively. 402B of the brushless DC motor 102 . The transition between the two phases is in the 4a , 4b indicated by vertical dashed lines. In the starting phase 400A , 402A becomes the engine 102 started from standstill by forced commutation at predefined times. The forced commutation phases take place “blind” at the predefined commutation times, regardless of the rotor position, each commutation phase having a duration between 10 ms and 50 ms, in one example 30 ms. The start phase can include a fixed number of commutation steps, for example between 2 and 50 commutation steps.

In der Anlaufphase 400B, 402B werden dynamische, von der Rotorlage abhängige Kommutierungen durchgeführt, beispielsweise anhand von charakteristischen Kurvenpunkten wie Wendepunkten in den Stromverläufen 400B, 402B. Diese können insbesondere bei niedrigen Drehzahlen am Anfang der Anlaufphase 400B, 402B schwer zu bestimmen sein. Dies führt im Beispiel der 4a zu zu frühen Kommutierungen, die sich in einem Einbruch des Stroms 400 am Anfang der Anlaufphase 400B manifestieren, d.h. die Kommutierungen erfolgen weit vor Erreichen eines Sollstromwerts. Dies kann zu einem ruckhaften Anlaufen des Motors 102 führen.In the start-up phase 400B , 402B dynamic commutations dependent on the rotor position are carried out, for example on the basis of characteristic curve points such as turning points in the current curves 400B , 402B . These can be especially at low speeds at the beginning of the start-up phase 400B , 402B hard to pinpoint. In the example of 4a too early commutations resulting in a dip in the current 400 at the beginning of the start-up phase 400B manifest, ie the commutations take place well before a target current value is reached. This can cause the motor to start jerkily 102 to lead.

Im Beispiel der 4b wird mittels des Verfahrens 200 während eines Messzeitraums 304 innerhalb der letzten Zwangskommutierungsphase der Startphase 402A der Strom durch die Phasenwicklung 110 bestimmt und basierend darauf einen Kommutierungsparameter für die dynamische Kommutierung in der Anlaufphase 402B bestimmt. Die Steuereinheit 114 ist dazu eingerichtet, zu einem Zeitpunkt t_A eine letzte Zwangskommutierung durchzuführen und anschließend umzuschalten auf eine dynamische Kommutierung anhand charakteristischer Kurvenpunkte unter Verwendung des angepassten Kommutierungsparameters. Der erste basierend auf dem Kommutierungsparameter und der Rotorlage dynamisch bestimmte Kommutierungszeitpunkt ist in 4b mit t_B bezeichnet. Anders als in 4a 24 weist der Stromverlauf 402 keinen ausgeprägten Einbruch am Anfang der Anlaufphase 402B auf und es stellt sich deutlich früher ein ruhiges Laufverhalten mit regelmäßigen Kommutierungen ein. Dadurch kann die Effizienz des Motors 102 gesteigert und Vibrationen verringert werden.In the example of the 4b is by means of the procedure 200 during a measurement period 304 within the last forced commutation phase of the start phase 402A the current through the phase winding 110 determines and based on it a commutation parameter for the dynamic commutation in the start-up phase 402B certainly. The control unit 114 is set up to do so at a time t _A perform a final forced commutation and then switch to dynamic commutation based on characteristic curve points using the adapted commutation parameter. The first commutation time determined dynamically based on the commutation parameter and the rotor position is in 4b with t _B designated. Unlike in 4a 24 shows the course of the current 402 no pronounced drop at the beginning of the start-up phase 402B and a smooth running behavior with regular commutations sets in much earlier. This can increase the efficiency of the engine 102 increased and vibrations reduced.

Bei sehr starker Dämpfung wie im Beispiel der 3c kann in einigen Fällen eine dynamische Kommutierung basierend auf der Rotorlage unzuverlässig oder nicht möglich sein. In diesen Fällen kann es vorteilhaft sein, den Motor 102 durch Zwangskommutierungen anzutreiben. Entsprechen kann die Steuereinheit 114 dazu eingerichtet sein, die Zwangskommutierung auch in der Anlaufphase 402B und/oder einer darauf folgenden Dauerbetriebsphase fortzusetzen, falls eine zu starke Dämpfung erkannt wird, beispielsweise wenn die erste Oszillationsamplitude oder alle Oszillationsamplituden kleiner als ein vordefinierter Grenzwert sind.With very strong damping as in the example of 3c In some cases, dynamic commutation based on the rotor position may be unreliable or not possible. In these cases it can be beneficial to use the engine 102 to be driven by forced commutations. The control unit can correspond 114 be set up for the forced commutation also in the start-up phase 402B and / or to continue a subsequent continuous operating phase if excessive damping is detected, for example if the first oscillation amplitude or all oscillation amplitudes are less than a predefined limit value.

5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zur Bestimmung der Dämpfung eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einem Beispiel. Dieses Verfahren wird im Folgenden am Beispiel der Vorrichtung 100 beschrieben, deren Steuereinheit 114 in manchen Ausgestaltungen dazu eingerichtet sein kann, das Verfahren 500 wie beschrieben auszuführen. 5 shows a flow diagram of a method 500 for determining the damping of a brushless DC motor according to an example. This method is described below using the device as an example 100 described, their control unit 114 can be set up in some embodiments, the method 500 to be carried out as described.

In Schritt 502 wird eine Spannung an eine Antriebsspule, z.B. eine der Phasenwicklungen 110, des Motors 102 angelegt, beispielsweise wie in Schritt 202 des Verfahrens 200. Die Spannung kann während eines Messzeitraums 304 konstant sein oder eine pulsweitenmodulierte Spannung mit konstanter Amplitude sein. Insbesondere kann die Spannung wie oben beschrieben eine Antriebsspannung sein, z.B. eine Antriebsspannung während einer Zwangskommutierungsphase zwischen den zwei Kommutierungen 302B, 302C.In step 502 a voltage is applied to a drive coil, e.g. one of the phase windings 110 , of the motor 102 created, for example as in step 202 of the procedure 200 . The voltage can be during a measurement period 304 be constant or be a pulse width modulated voltage with constant amplitude. In particular, as described above, the voltage can be a drive voltage, for example a drive voltage during a forced commutation phase between the two commutations 302B , 302C .

In Schritt 504 wird der Strom durch ein induktives Element des Motors 102 bestimmt, z.B. wie in Schritt 204 des Verfahrens 200. Anschließend wird in Schritt 506 eine erste Stromdifferenz zwischen dem zweiten und dem dritten Extremum des Stroms nach dem Anlegen der Spannung bestimmt, z.B. im Beispiel der 3a zwischen dem zweiten Maximum I₂ und dem ersten Minimum I₁ nach Anlegen der Spannung, d.h. nach der Kommutierung 302B. Zudem wird eine zweite Stromdifferenz zwischen dem dritten und dem vierten Extremum des Stroms nach dem Anlegen der Spannung bestimmt, z.B. in dem Beispiel der 3a zwischen dem zweiten Minimum I₃ und dem zweiten Maximum I₂ nach Anlegen der Spannung bestimmt. In einigen Ausführungsformen kann zudem eine dritte Stromdifferenz zwischen dem vierten und dem fünften Extremum des Stroms nach dem Anlegen der Span-25 nung bestimmt werden, z.B. in dem Beispiel der 3a zwischen dem dritten Maximum I₄ und dem zweiten Minimum I₃ .In step 504 the current passes through an inductive element of the motor 102 determined, e.g. as in step 204 of the procedure 200 . Then in step 506 a first current difference is determined between the second and the third extremum of the current after the voltage has been applied, for example in the example of FIG 3a between the second maximum I ₂ and the first minimum I ₁ after voltage has been applied, ie after commutation 302B . In addition, a second current difference between the third and the fourth extreme of the current is determined after the voltage has been applied, for example in the example of FIG 3a between the second minimum I ₃ and the second maximum I ₂ determined after voltage has been applied. In some embodiments, a third current difference between the fourth and the fifth extremum of the current after the Applying the voltage can be determined, e.g. in the example of 3a between the third maximum I ₄ and the second minimum I ₃ .

In Schritt 508 wird basierend auf der ersten und der zweiten Stromdifferenz sowie gegebenenfalls weiteren in Schritt 506 bestimmten Stromdifferenzen ein Dämpfungsparameter des Motors 102 berechnet, der die Dämpfung des Motors 102 charakterisiert. Die Berechnung des Dämpfungsparameters kann ähnlich dem Anpassen des Kommutierungsparameters in Schritt 208 des Verfahrens 200 erfolgen, z.B. mittels einer Kalibrierungsfunktion und/oder vordefinierten Schwellenwerten oder Intervallen. Der Dämpfungsparameter kann in einigen Beispielen die Dämpfung quantifizieren und z.B. eine Abklingkonstante der Oszillation des Stroms 300A während des Messzeitraums 304 sein oder eine auf den Motor 102 und/oder ein damit gekoppeltes Stellglied wirkende Reibungskraft. In anderen Beispielen kann der Dämpfungsparameter ein Intervall oder eine Kategorie angeben, in der die Dämpfung liegt. Der Dämpfungsparameter kann z.B. einen ersten Werte für eine starke Dämpfung, z.B. „1“, und einen zweiten Wert für eine schwache Dämpfung, z.B. „o“, annehmen. In einem anderen Beispiel kann der Dämpfungsparameter einen dritten Wert, z.B. „-i“, annehmen, wenn eine sehr starke Dämpfung oder eine Blockade vorliegt.In step 508 is based on the first and the second current difference and possibly others in step 506 certain current differences a damping parameter of the motor 102 which calculates the damping of the motor 102 characterized. The calculation of the damping parameter can be similar to the adjustment of the commutation parameter in step 208 of the procedure 200 take place, for example by means of a calibration function and / or predefined threshold values or intervals. In some examples, the damping parameter can quantify the damping and, for example, a decay constant of the oscillation of the current 300A during the measurement period 304 his or one on the engine 102 and / or an actuator coupled therewith acting frictional force. In other examples, the attenuation parameter can indicate an interval or category in which the attenuation lies. The damping parameter can, for example, assume a first value for strong damping, for example “1”, and a second value for weak damping, for example “o”. In another example, the damping parameter can assume a third value, for example “-i”, if there is very strong damping or a blockage.

Das Verfahren 500 umfasst bevorzugt zudem das Anpassen eines Antriebsparameters für ein Antriebssignal für den bürstenlosen Gleichstrommotor 102 basierend auf dem Dämpfungsparameter. In einem Beispiel kann die Steuereinheit 114 dazu eingerichtet sein, die Amplitude und/oder das Tastverhältnis der von der Spannungsversorgung 116 ausgegebenen Antriebsspannung zu erhöhen, wenn eine starke Dämpfung vorliegt, und zu verringern, wenn eine schwache Dämpfung vorliegt.The procedure 500 preferably also comprises the adaptation of a drive parameter for a drive signal for the brushless direct current motor 102 based on the damping parameter. In one example, the control unit 114 to be set up, the amplitude and / or the duty cycle of the voltage supply 116 to increase the output drive voltage if there is strong damping and to decrease it if there is weak damping.

Die beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen und die Figuren dienen nur zur rein beispielhaften Illustration. Die Erfindung kann in ihrer Gestalt variieren, ohne dass sich das zugrundeliegende Funktionsprinzip ändert. Der Schutzumfang des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich allein aus den folgenden Ansprüchen.The described embodiments according to the invention and the figures are only used for purely exemplary illustration. The invention can vary in shape without changing the underlying functional principle. The scope of protection of the method according to the invention and the device according to the invention results solely from the following claims.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100 -100 -: Vorrichtung mit bürstenlosem GleichstrommotorDevice with brushless direct current motor
102 -102 -: bürstenloser Gleichstrommotorbrushless DC motor
104 -104 -: Statorstator
106 -106 -: Rotorrotor
108 -108 -: PermanentmagnetPermanent magnet
110 -110 -: PhasenwicklungenPhase windings
112 -112 -: SternpunktStar point
114 -114 -: SteuereinheitControl unit
116 -116 -: SpannungsquelleVoltage source
118 -118 -: BrückenschaltungBridge circuit
120 -120 -: Eingang der BrückenschaltungBridge circuit input
122 -122 -: Ausgang der BrückenschaltungOutput of the bridge circuit
124 -124 -: ErdungskontaktGround contact
126 -126 -: EingangsschalterEntrance switch
128 -128 -: AusgangsschalterOutput switch
130 -130 -: Analog-Digital-WandlerAnalog-to-digital converter
132 -132 -: MikrocontrollerMicrocontroller
134 -134 -: Shunt-WiderstandShunt resistance
136 -136 -: Messgerät Measuring device
200200: - Verfahren zur Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors- Procedure for commutating a brushless DC motor
202202: - Anlegen einer Spannung an eine Phasenwicklung- Applying a voltage to a phase winding
204204: - Bestimmen des Stroms durch ein induktives Element- Determining the current through an inductive element
206206: - Bestimmen der ersten Oszillationsamplitude- Determining the first oscillation amplitude
208208: - Anpassen des Kommutierungsparameters - Adaptation of the commutation parameter
300A -300A -: Stromverlauf bei einem Motor mit schwacher DämpfungCurrent curve for a motor with weak damping
300B -300B -: Stromverlauf bei einem Motor mit starker DämpfungCurrent curve for a motor with strong damping
300C -300C -: Stromverlauf bei einem Motor mit sehr starker DämpfungCurrent curve in a motor with very strong damping
302A,302A,: 302B, 302C - Kommutierungen302B, 302C - commutations
304 -304 -: MesszeitraumMeasurement period
I1 -I1 -: erstes Minimum nach der Kommutierung 302Bfirst minimum after commutation 302B
I2 -I2 -: zweites Maximum nach der Kommutierung 302Bsecond maximum after commutation 302B
I3 -I3 -: zweites Minimum nach der Kommutierung 302Bsecond minimum after commutation 302B
I4 -I4 -: drittes Maximum nach der Kommutierung 302Bthird maximum after commutation 302B
t1 -t1 -: erster Zeitpunktfirst point in time
t2. -t2. -: zweiter Zeitpunktsecond point in time
t3 -t3 -: dritter Zeitpunkt third point in time
400 -400 -: Stromverlauf bei Kommutierung ohne Anpassen des KommutierungsparametersCurrent curve during commutation without adapting the commutation parameter
402 -402 -: Stromverlauf bei Kommutierung mit Anpassen des KommutierungsparametersCurrent curve during commutation with adaptation of the commutation parameter
400A, 402A -400A, 402A -: StartphaseStart phase
400B, 402B -400B, 402B -: AnlaufphaseStart-up phase
tA -tA -: erster Kommutierungszeitpunktfirst commutation time
tB -tB -: zweiter Kommutierungszeitpunkt second commutation time
500 -500 -: Verfahren zur Bestimmung der Dämpfung eines bürstenlosen GleichstrommotorsMethod for determining the damping of a brushless DC motor
502 -502 -: Anlegen einer Spannung an eine AntriebsspuleApplying a voltage to a drive coil
504 -504 -: Bestimmen des Stroms durch ein induktives ElementDetermining the current through an inductive element
506 -506 -: Bestimmen der ersten und der zweiten StromdifferenzDetermining the first and second current differences
508 -508 -: Berechnen des DämpfungsparametersCalculate the damping parameter

Claims

A method (200) for commutating a brushless DC motor (102), comprising the following steps: applying a voltage to a phase winding (110) of the brushless DC motor (102); Determining a current through an inductive element of the brushless DC motor (102) during a measurement period (304); Determining a first oscillation amplitude of the current at a first point in time t ₁ during the measurement period (304); and adapting a commutation parameter for the commutation of an electrical drive signal for the brushless DC motor (102) based on the first oscillation amplitude.

Method (200) according to Claim 1 , wherein the voltage is constant during the measurement period (304) or is a pulse width modulated voltage with constant amplitude.

Method (200) according to Claim 1 or 2 , wherein the first oscillation amplitude is determined by determining the current difference between two successive extremes of the current during the measurement period (304).

Method (200) according to one of the preceding claims, wherein a first value for strong damping is selected for the commutation parameter if the first oscillation amplitude is less than a predefined threshold value.

Method (200) according to Claim 4 , the condition that the first oscillation amplitude is greater than the predefined threshold value is a necessary condition for a second value for weak damping to be selected for the commutation parameter.

The method (200) according to any one of the preceding claims, further comprising: determining a second oscillation amplitude of the current at a second point in time t ₁ during the measurement period (304), the commutation parameter being determined based on the first and second oscillation amplitudes.

Method (200) according to Claim 6 wherein the first oscillation amplitude is determined by determining the current difference between the second maximum I ₂ and the first minimum I _{1 of} the current after the voltage is applied; and the second oscillation amplitude is determined by determining the current difference between the second maximum I ₂ and the second minimum I _{3 of} the current after the voltage has been applied.

Method (200) according to one of the preceding claims, wherein the commutation parameter is a commutation time limit that defines a maximum time between two successive commutations; and or is a pre-commutation time which determines a relative or absolute time difference between a determined commutation time and a commutation time to be used.

The method (200) according to any one of the preceding claims, further comprising: Determining a target current value for the brushless DC motor (102) based on the first oscillation amplitude.

Method according to one of the preceding claims, wherein the phase winding (110) is the inductive element.

Method (200) according to one of the preceding claims, wherein the applied voltage is a drive voltage for the phase winding (110) during a forced commutation phase of the brushless DC motor (102).

Method (200) according to Claim 11 , further comprising: commutating the drive signal for the brushless direct current motor (102) at a first predefined commutation time t _A at the end of the forced commutation phase; Determining a second commutation time t _B based on the commutation parameter; and commutating the drive signal at the second commutation time t _B.

A method (500) for determining the damping of a brushless DC motor (102), comprising the following steps: applying a voltage to a drive coil (110) of the brushless DC motor (102), the voltage being constant or a pulse-width modulated voltage with constant amplitude; Determining a current through an inductive element of the brushless DC motor (102) during a measurement period (304); Determining a first current difference between the second and the third extremum I ₂ , I _{3 of} the current after applying the voltage and a second current difference between the third and the fourth extremum I ₃ , I _{4 of} the current after applying the voltage; and calculating a damping parameter of the brushless DC motor (102) based on the first and second current differences, the damping parameter characterizing the damping of the brushless DC motor (102).

Method (500) according to Claim 13 wherein the damping parameter is assigned a first value for strong damping if the first and / or the second current difference is less than a predefined threshold value; and assigning a second value for weak attenuation if at least the first and second current differences are greater than a predefined threshold value.

Method (500) according to Claim 13 or 14th wherein the brushless DC motor (102) is coupled to an actuator.

Method (500) according to one of the Claims 13 until 15th further comprising: adjusting a drive parameter for an electrical drive signal for the brushless DC motor (102) based on the damping parameter.

Device (100) comprising a brushless DC motor (102) with at least one phase winding (110), characterized in that the device (110) comprises a control unit (114) which is set up to implement a method (200) for commutating the brushless DC motor (102) according to one of the Claims 1 until 12th execute to determine a commutation parameter; and perform a commutation of an electrical drive signal for the brushless direct current motor (102) using the commutation parameter.

Device (100) according to Claim 17 which comprises a shunt resistor (134), wherein the control unit (114) is configured to determine the current by measuring a current through the shunt resistor (134).

Device (100) according to Claim 10 or 11 , wherein the control unit (114) has an analog-to-digital converter (130) and a microcontroller (132), the analog-to-digital converter (130) being set up to convert an analog signal of the course of the current into a digital signal and wherein the microcontroller (132) is set up to determine the first oscillation amplitude on the basis of the digital signal.

Device (100) according to one of the Claims 17 until 19th wherein the control unit (114) is set up to carry out a forced commutation of the drive signal for the brushless direct current motor (102) at predefined commutation times in a start phase (402A); determine the commutation parameter during the startup phase (402A); and in a second phase (402B) to commutate the drive signal at commutation times that were determined based on the commutation parameter.

Device (100) according to Claim 20 wherein the control unit (114) is set up to determine the commutation parameter based on a current measurement during the last commutation phase of the start phase (402A).

Device (100) according to Claim 20 or 21 wherein the control unit (114) is set up to continue the forced commutation in the second phase (402B) if the first oscillation amplitude is less than a predefined limit value.

Device (100) according to one of the Claims 20 until 22nd , wherein the control unit (114) is set up to determine a position of a rotor (106) of the brushless DC motor (102) and to determine the commutation times in the second phase (402B) based on the position of the rotor (106) and the commutation parameter .

Device (100) according to one of the Claims 17 until 23 wherein the brushless DC motor (102) is coupled to an actuator.