-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der bürstenlosen Motorsteuerung und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors.
-
Stand der Technik
-
Für einige Elektrowerkzeuge gelten Sicherheitsanforderungen oder Anforderungen an das Benutzergefühl. Nachdem der Benutzer den Schalter losgelassen hat, muss der Motor zum schnellen Anhalten der Maschine abgebremst werden.
-
Derzeit gibt es einige Mängel und Unzulänglichkeiten bei mehreren bestehenden Motorbremstechnologien: (1) Motorbremsverfahren basierend auf der Leitung der dreiphasigen unteren Transistoren: Wie in 1 gezeigt, wird die Motorbremsung durch direkte Steuerung der zum Isolieren dienenden drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters und der zur Leitung dienenden drei unteren Transistoren realisiert. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass während des Bremsvorgangs der Phasenkurzschlussstrom hoch ist, wodurch es leicht zu Schäden an Schaltungsteilen kommen kann, der Schaltübergang des Bremsverfahrens instabil ist und dem Benutzer ein unangenehmes Gefühl vermittelt wird; (2) Motorbremsverfahren basierend auf der PWM-Modulation der dreiphasigen unteren Transistoren:
- Wie in 2 gezeigt, wird die Motorbremsung durch die PWM-Modulation der dreiphasigen unteren Transistoren realisiert. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass, wenn beim Bremsen die PWM von Ein auf Aus wechselt, der Phasenstrom in negativer Richtung durch die MOS-Body-Diode in das Leistungsmodul fließt. Bei auf dem Rücken getragenen Elektrowerkzeugen sind die Sammelschiene und der Batteriepack in der Regel nicht direkt miteinander verbunden, wobei eine Durchlassdiode zwischen dem Batteriepack und der Sammelschiene geschaltet ist, sodass der Strom der Sammelschienenschaltung nicht in den Batteriepack zurückgespeist werden kann und somit die Sammelschienenspannung weiter ansteigt. Wie in 3 gezeigt, können elektronische Bauteile und Schaltkreise leicht beschädigt werden, wenn der Spannungswert der Sammelschiene den Spannungsfestigkeitswert überschreitet.
-
Es ist daher notwendig, ein System und ein Verfahren zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors zu entwickeln, um die oben genannten technischen Probleme zu lösen.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile im Stand der Technik zu vermeiden und ein System und ein Verfahren zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors bereitzustellen, mit dem die Probleme, dass während des Bremsvorgangs der Spannungswert der Sammelschiene weiter ansteigt, was zu Schäden an elektronischen Bauteilen und Schaltkreisen führt, und gleichzeitig die Probleme, dass während des Bremsvorgangs der Phasenstrom hoch ist, der Schaltübergang des Werkzeugs instabil ist und dem Benutzer ein unangenehmes Gefühl vermittelt wird, gelöst werden können.
-
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung die folgenden technischen Lösungen bereit:
- Ein System zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors umfasst eine Gleichstromquelle, einen dreiphasigen Wechselrichter und eine Steuerung, wobei die Gleichstromquelle durch eine Sammelschienenschaltung elektrisch mit dem dreiphasigen Wechselrichter verbunden ist, der dreiphasige Wechselrichter elektrisch mit dem bürstenlosen Gleichstrommotor verbunden ist, die Steuerung elektrisch mit dem dreiphasigen Wechselrichter verbunden ist, um den Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors zu steuern, und ein Spannungsabtastmodul elektrisch mit den positiven und negativen Anschlüssen der Gleichstromquelle verbunden ist, um während des Bremsvorgangs des bürstenlosen Gleichstrommotors den Spannungswert der Sammelschiene der Sammelschienenschaltung zu erfassen.
-
Die Steuerung umfasst ein elektrisch mit dem Spannungsabtastmodul verbundenes Bremssteuermodul, in dem ein vorgegebener hoher Spannungsschwellenwert der Sammelschiene und ein vorgegebener niedriger Spannungsschwellenwert der Sammelschiene vorgesehen sind, wobei, wenn der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, das Bremssteuermodul alle zum Isolieren dienenden sechs Schalttransistoren des dreiphasigen Wechselrichters steuert, wobei, wenn der Spannungswert der Sammelschiene den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, das Bremssteuermodul die zum Isolieren dienenden drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters und die zur Leitung dienenden drei unteren Transistoren steuert.
-
Der Spannungswert der Sammelschiene wird durch das Bremssteuermodul so gesteuert, dass er zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt, um den bürstenlosen Gleichstrommotor so zu steuern, dass er langsam bis zum Stillstand gebremst wird.
-
Ferner umfasst das Bremssteuermodul ein Berechnungsmodul, eine Speichereinheit, eine Zeitmesseinheit und ein PWM-Modulationsmodul, wobei das Berechnungsmodul durch das ADU-Modul elektrisch mit dem Spannungsabtastmodul verbunden ist, sowohl die Speichereinheit als auch die Zeitmesseinheit elektrisch mit dem Berechnungsmodul verbunden sind, das Berechnungsmodul durch das PWM-Modulationsmodul elektrisch mit dem dreiphasigen Wechselrichter verbunden ist und ein vorgegebener hoher Spannungsschwellenwert der Sammelschiene und ein vorgegebener niedriger Spannungsschwellenwert der Sammelschiene in der Speichereinheit vorgesehen sind.
-
Ferner dient das ADU-Modul zum Umwandeln des durch das Spannungsabtastmodul erfassten analogen Spannungssignals in ein digitales Spannungssignal, wobei das digitale Spannungssignal den Spannungswert der Sammelschiene darstellt.
-
Das Berechnungsmodul dient zum Bestimmen, ob der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene oder den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, und zum Zählen, wie oft der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene oder den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht.
-
Die Zeitmesseinheit dient zum Steuern der Zeit, die das Berechnungsmodul benötigt, um zu bestimmen, ob der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene oder den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht.
-
Das PWM-Modulationsmodul erzeugt gemäß den verschiedenen Zuständen des durch das Berechnungsmodul erfassten Spannungswerts der Sammelschiene entsprechende PWM-modulierte Signale, um das Isolieren oder das Leiten der sechs Schalttransistoren des dreiphasigen Wechselrichters zu steuern und somit den bürstenlosen Gleichstrommotor so zu steuern, dass er langsam gebremst wird.
-
Wenn ferner während des langsamen Bremsvorgangs des bürstenlosen Gleichstrommotors der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T0 liegt und den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene N0-mal erreicht, steuert das Bremssteuermodul die drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters so, dass eine Senkung des PWM-Tastgrads bewirkt wird.
-
Wenn der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T0 liegt und den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene N0-mal erreicht, steuert das Bremssteuermodul die drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters so, dass eine Erhöhung des PWM-Tastgrads bewirkt wird.
-
Ferner ist während des Bremsvorgangs des bürstenlosen Gleichstrommotors der anfängliche PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters in der Speichereinheit voreingestellt, wobei der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters immer Null ist.
-
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors bereit, das auf dem obigen System zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors basiert und die folgenden Schritte umfasst:
- S1: Beim Bremsvorgang des bürstenlosen Gleichstrommotors ist der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters Null und stellt der anfängliche PWM-Tastgrad den PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren dar;
- S2: Während des Bremsvorgangs wandelt das ADU-Modul das durch das Spannungsabtastmodul erfasste analoge Spannungssignal in ein digitales Spannungssignal, das den Spannungswert der Sammelschiene darstellt, um;
- S3: Das Berechnungsmodul wird verwendet, um in Echtzeit zu bestimmen, ob der Spannungswert der Sammelschiene zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt;
- S4: Wenn der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad aller sechs Schalttransistoren des dreiphasigen Wechselrichters Null ist, aus;
- S5: Wenn der Spannungswert der Sammelschiene den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters Null ist und der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren der anfängliche PWM-Tastgrad ist, aus;
- S6: Wenn während des langsamen Bremsvorgangs des bürstenlosen Gleichstrommotors der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T0 liegt und den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene N0-mal erreicht, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters reduziert ist, aus;
- S7: Wenn der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T0 liegt und den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters erhöht ist, aus;
- S8: Durch das Bremssteuermodul wird der Spannungswert der Sammelschiene so gesteuert, dass er zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt, um den bürstenlosen Gleichstrommotor so zu steuern, dass er langsam bis zum Stillstand gebremst wird.
-
Ferner sind beim Erreichen des hohen Spannungsschwellenwerts der Sammelschiene durch den Spannungswert der Sammelschiene die Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 und die Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 in der Speichereinheit voreingestellt, wobei die Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 größer als die Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 ist.
-
Wenn der bürstenlose Gleichstrommotor langsam gebremst wird und die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, größer als die Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 ist, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters allmählich reduziert wird, bis die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, zwischen der Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 und der Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 liegt.
-
Wenn der bürstenlose Gleichstrommotor langsam gebremst wird und die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, kleiner als die Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 ist, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters allmählich erhöht wird, bis die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, zwischen der Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 und der Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 liegt.
-
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein weiteres Verfahren zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors bereit, das auf dem obigen System zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors basiert und die folgenden Schritte umfasst:
- S1: Beim Bremsvorgang des bürstenlosen Gleichstrommotors ist der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters Null und stellt der anfängliche PWM-Tastgrad den PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren dar;
- S2: Während des Bremsvorgangs wandelt das ADU-Modul das durch das Spannungsabtastmodul erfasste analoge Spannungssignal in ein digitales Spannungssignal, das den Spannungswert der Sammelschiene darstellt, um;
- S3: Das Berechnungsmodul wird verwendet, um in Echtzeit zu bestimmen, ob der Spannungswert der Sammelschiene zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt;
- S4: Wenn der Spannungswert der Sammelschiene auf den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene ansteigt, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad aller sechs Schalttransistoren des dreiphasigen Wechselrichters Null ist, aus;
- S5: Wenn der Spannungswert der Sammelschiene auf den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene abfällt, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters Null ist und der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren der anfängliche PWM-Tastgrad ist, aus;
- S6: Wenn die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, größer als die Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 ist, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters allmählich reduziert wird, bis die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, zwischen der Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 und der Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 liegt;
- S7: Wenn die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, kleiner als die Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 ist, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters allmählich erhöht wird, bis die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, zwischen der Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 und der Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 liegt;
- S8: Durch das Bremssteuermodul wird der Spannungswert der Sammelschiene so gesteuert, dass er zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt, um den bürstenlosen Gleichstrommotor so zu steuern, dass er langsam bis zum Stillstand gebremst wird.
-
Wenn ferner die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, größer als die Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 ist, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters Null ist und der Tastgrad der drei unteren Transistoren schrittweise um 5 % reduziert wird.
-
Wenn ferner die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, kleiner als die Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 ist, gibt das PWM-Modulationsmodul ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters Null ist und der Tastgrad der drei unteren Transistoren schrittweise um 5 % erhöht wird.
-
Im Vergleich zum Stand der Technik werden mit der vorliegenden Erfindung folgende vorteilhafte Effekte erzielt:
- In der vorliegenden Erfindung wird während des Bremsvorgangs des bürstenlosen Gleichstrommotors der Spannungswert der Sammelschiene durch das Bremssteuermodul so gesteuert, dass er immer zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt, wobei gemäß den verschiedenen Spannungszuständen der Sammelschiene unterschiedliche PWM-modulierte Signale verwendet werden, um den bürstenlosen Gleichstrommotor so zu steuern, dass er langsam bis zum Stillstand gebremst wird. Durch dieses Verfahren wird nicht nur sichergestellt, dass der Spannungswert der Sammelschiene kontinuierlich zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene gehalten wird, sondern auch elektronische Bauteile und Schaltkreise geschützt werden können und deren Lebensdauer verlängert werden kann. Ferner kann die aus dem Stand der Technik bekannte harte Bremsmethode, bei der bei den drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters eine elektrische Leitung direkt hergestellt wird, vermieden werden, wodurch beim bürstenlosen Gleichstrommotor ein deutlich besseres Bremsgefühl vermittelt wird.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ein konkretes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben.
- 1 zeigt ein Strukturdiagramm einer aus dem Stand der Technik bekannten Motorbremse, die auf der Leitung der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters basiert;
- 2 zeigt ein Strukturdiagramm einer aus dem Stand der Technik bekannten Motorbremse, die auf der PWM-Modulation der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters basiert, wobei der Richtungspfeil die Richtung des Stromflusses darstellt;
- 3 zeigt ein schematisches Diagramm der Sammelschienenspannung einer aus dem Stand der Technik bekannten Motorbremse, die auf der PWM-Modulation der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters basiert;
- 4 zeigt ein Strukturdiagramm des erfindungsgemäßen Systems zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors;
- 5 zeigt ein Wellenformdiagramm der Sammelschiene des erfindungsgemäßen Systems zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors während des Bremsvorgangs;
- 6 zeigt ein Wellenformdiagramm des durch das PWM-Modulationsmodul ausgegebenen PWM-modulierten Signals gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem bei den drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters eine elektrische Leitung hergestellt wird;
- 7 zeigt ein Wellenformdiagramm des durch das PWM-Modulationsmodul ausgegebenen PWM-modulierten Signals gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem die drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters isoliert sind;
- 8 zeigt ein Wellenformdiagramm der Sammelschienenspannung während des Bremsvorgangs des bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gleichstromquelle
- 2
- dreiphasiger Wechselrichter
- 3
- Steuerung
- 4
- bürstenloser Gleichstrommotor
- 5
- Sammelschienenschaltung
- 6
- Spannungsabtastmodul
- 7
- Bremssteuermodul
- 8
- Berechnungsmodul
- 9
- Speichereinheit
- 10
- Zeitmesseinheit
- 11
- PWM-Modulationsmodul
- 12
- ADU-Modul
-
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben.
-
Es wird auf die 4 bis 8 Bezug genommen, die ein System zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors zeigen. Es umfasst eine Gleichstromquelle 1, einen dreiphasigen Wechselrichter 2 und eine Steuerung 3, wobei die Gleichstromquelle 1 durch eine Sammelschienenschaltung 5 elektrisch mit dem dreiphasigen Wechselrichter 2 verbunden ist, der dreiphasige Wechselrichter 2 elektrisch mit dem bürstenlosen Gleichstrommotor 4 verbunden ist, die Steuerung 3 elektrisch mit dem dreiphasigen Wechselrichter 2 verbunden ist, um den Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 zu steuern, und ein Spannungsabtastmodul 6 elektrisch mit den positiven und negativen Anschlüssen der Gleichstromquelle 1 verbunden ist, um während des Bremsvorgangs des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 den Spannungswert der Sammelschiene der Sammelschienenschaltung 5 zu erfassen. Die Steuerung 3 umfasst ein elektrisch mit dem Spannungsabtastmodul 6 verbundenes Bremssteuermodul 7, in dem ein vorgegebener hoher Spannungsschwellenwert der Sammelschiene und ein vorgegebener niedriger Spannungsschwellenwert der Sammelschiene vorgesehen sind, wobei, wenn der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, das Bremssteuermodul 7 alle zum Isolieren dienenden sechs Schalttransistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 steuert, wobei, wenn der Spannungswert der Sammelschiene den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, das Bremssteuermodul 7 die zum Isolieren dienenden drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 und die zur Leitung dienenden drei unteren Transistoren steuert. Der Spannungswert der Sammelschiene wird durch das Bremssteuermodul 7 so gesteuert, dass er zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt, um den bürstenlosen Gleichstrommotor 4 so zu steuern, dass er langsam bis zum Stillstand gebremst wird. Hierbei stellt der hohe Spannungsschwellenwert der Sammelschiene den Spannungsfestigkeitswert der Sammelschienenschaltung dar. Wenn der Spannungsfestigkeitswert überschritten wird, können Schaltungsteile und Schaltkreise leicht beschädigt werden. Der niedrige Spannungsschwellenwert der Sammelschiene stellt den niedrigsten Schwellenwert dar, um eine hohe Bremseffizienz beim Bremsen des bürstenlosen Gleichstrommotors sicherzustellen.
-
Es wird auf 4 Bezug genommen. Das Bremssteuermodul 7 umfasst ein Berechnungsmodul 8, eine Speichereinheit 9, eine Zeitmesseinheit 10 und ein PWM-Modulationsmodul 11, wobei das Berechnungsmodul 8 durch das ADU-Modul 12 elektrisch mit dem Spannungsabtastmodul 6 verbunden ist, sowohl die Speichereinheit 9 als auch die Zeitmesseinheit 10 elektrisch mit dem Berechnungsmodul 8 verbunden sind, das Berechnungsmodul 8 durch das PWM-Modulationsmodul 11 elektrisch mit dem dreiphasigen Wechselrichter 2 verbunden ist und ein vorgegebener hoher Spannungsschwellenwert der Sammelschiene und ein vorgegebener niedriger Spannungsschwellenwert der Sammelschiene in der Speichereinheit 9 vorgesehen sind.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient das ADU-Modul 12 zum Umwandeln des durch das Spannungsabtastmodul 6 erfassten analogen Spannungssignals in ein digitales Spannungssignal, wobei das digitale Spannungssignal den Spannungswert der Sammelschiene darstellt. Das Berechnungsmodul 8 dient zum Bestimmen, ob der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene oder den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, und zum Zählen, wie oft der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene oder den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht. Die Zeitmesseinheit 10 dient zum Steuern der Zeit, die das Berechnungsmodul 8 benötigt, um zu bestimmen, ob der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene oder den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht. Das PWM-Modulationsmodul 11 erzeugt gemäß den verschiedenen Zuständen des durch das Berechnungsmodul 8 erfassten Spannungswerts der Sammelschiene entsprechende PWM-modulierte Signale, um das Isolieren oder das Leiten der sechs Schalttransistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 zu steuern und somit den bürstenlosen Gleichstrommotor 4 so zu steuern, dass er langsam gebremst wird.
-
Es wird auf die 5 bis 8 Bezug genommen. Wenn ferner während des langsamen Bremsvorgangs des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T0 liegt und den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene N0-mal erreicht, steuert das Bremssteuermodul 7 die drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 so, dass eine Senkung des PWM-Tastgrads bewirkt wird. Wenn der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T0 liegt und den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene N0-mal erreicht, steuert das Bremssteuermodul 7 die drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 so, dass eine Erhöhung des PWM-Tastgrads bewirkt wird.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist während des Bremsvorgangs des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 der anfängliche PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 in der Speichereinheit 9 voreingestellt, wobei der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 immer Null ist.
-
Es wird nun auf 4 Bezug genommen. Beim Erreichen des hohen Spannungsschwellenwerts der Sammelschiene durch den Spannungswert der Sammelschiene sind die Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 und die Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 in der Speichereinheit 9 voreingestellt, wobei die Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 größer als die Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 ist. Wenn der bürstenlose Gleichstrommotor 4 langsam gebremst wird und die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, größer als die Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 ist, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 allmählich reduziert wird, bis die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, zwischen der Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 und der Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 liegt.
- (1) Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors bereit, das die folgenden Schritte umfasst:
- S1: Beim Bremsvorgang des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 ist der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null und stellt der anfängliche PWM-Tastgrad den PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren dar;
- S2: Während des Bremsvorgangs wandelt das ADU-Modul 12 das durch das Spannungsabtastmodul 6 erfasste analoge Spannungssignal in ein digitales Spannungssignal, das den Spannungswert der Sammelschiene darstellt, um;
- S3: Das Berechnungsmodul 8 wird verwendet, um in Echtzeit zu bestimmen, ob der Spannungswert der Sammelschiene zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt;
- S4: Wenn der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad aller sechs Schalttransistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist, aus;
- S5: Wenn der Spannungswert der Sammelschiene den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist und der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren der anfängliche PWM-Tastgrad ist, aus;
- S6: Wenn während des langsamen Bremsvorgangs des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T0 liegt und den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene N0-mal erreicht, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 reduziert ist, aus;
- S7: Wenn der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T0 liegt und den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 erhöht ist, aus;
- S8: Durch das Bremssteuermodul 7 wird der Spannungswert der Sammelschiene so gesteuert, dass er zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt, um den bürstenlosen Gleichstrommotor 4 so zu steuern, dass er langsam bis zum Stillstand gebremst wird.
-
Hierbei beträgt der Wertebereich der Zeit T0 10 ms bis 100 ms und beträgt der Wertebereich von N0 fünf- bis zwanzigmal.
-
Im Folgenden wird das Betriebsprinzip des Bremsverfahrens des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 beschrieben:
- Es wird auf die 5 bis 8 Bezug genommen. Es sei angenommen, dass die Spannung des Batteriepacks 40 V beträgt, der Spannungswert der Sammelschiene als Udc bezeichnet wird, der hohe Spannungsschwellenwert der Sammelschiene 55 V beträgt, der niedrige Spannungsschwellenwert der Sammelschiene 50 V beträgt, die Zeit T0 50 ms beträgt, der Wert von N0 zehnmal ist und der anfängliche PWM-Tastgrad 50 % beträgt.
- S1: Beim Bremsvorgang des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 ist der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null und stellt der anfängliche PWM-Tastgrad den PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren dar;
- S2: Während des Bremsvorgangs wandelt das ADU-Modul 12 das durch das Spannungsabtastmodul 6 erfasste analoge Spannungssignal in ein digitales Spannungssignal, das den Spannungswert der Sammelschiene Udc darstellt, um;
- S3: Das Berechnungsmodul 8 wird verwendet, um in Echtzeit zu bestimmen, ob Udc zwischen 50 V und 55 V liegt;
- S4: Wenn Udc auf 55 V ansteigt, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad aller sechs Schalttransistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist, aus; Wenn Udc auf 50 V abfällt, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist und der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren 50 % beträgt, aus;
- S5: Während des Bremsvorgangs von S4 gibt das PWM-Modulationsmodul 11, wenn Udc innerhalb von 50 ms zehnmal auf 55 V ansteigt, ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 reduziert ist, aus, wobei die zehn Male aufeinanderfolgend oder nicht aufeinanderfolgend sein können;
- S6: Während des Bremsvorgangs von S4 gibt das PWM-Modulationsmodul 11, wenn Udc innerhalb von 50 ms zehnmal auf 50 V abfällt, ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 erhöht ist, aus;
- S7: Durch das Bremssteuermodul 7 wird Udc so gesteuert, dass Udc zwischen 50 V und 55 V liegt, um den bürstenlosen Gleichstrommotor 4 so zu steuern, dass er langsam bis zum Stillstand gebremst wird.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Spannungswert der Sammelschiene durch das Bremssteuermodul 7 so gesteuert, dass er immer zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt, wobei gemäß den verschiedenen Spannungszuständen der Sammelschiene unterschiedliche PWM-modulierte Signale verwendet werden, um den bürstenlosen Gleichstrommotor 4 so zu steuern, dass er langsam bis zum Stillstand gebremst wird. Durch dieses Verfahren wird nicht nur sichergestellt, dass der Spannungswert der Sammelschiene kontinuierlich zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene gehalten wird, sondern auch elektronische Bauteile und Schaltkreise geschützt werden können und deren Lebensdauer verlängert werden kann. Ferner kann die aus dem Stand der Technik bekannte harte Bremsmethode, bei der bei den drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 eine elektrische Leitung direkt hergestellt wird, vermieden werden, wodurch beim bürstenlosen Gleichstrommotor ein deutlich besseres Bremsgefühl vermittelt wird.
-
(2) Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein weiteres Verfahren zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors bereit, das die folgenden Schritte umfasst:
- S1: Beim Bremsvorgang des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 ist der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null und stellt der anfängliche PWM-Tastgrad den PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren dar;
- S2: Während des Bremsvorgangs wandelt das ADU-Modul 12 das durch das Spannungsabtastmodul 6 erfasste analoge Spannungssignal in ein digitales Spannungssignal, das den Spannungswert der Sammelschiene darstellt, um;
- S3: Das Berechnungsmodul 8 wird verwendet, um in Echtzeit zu bestimmen, ob der Spannungswert der Sammelschiene zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt;
- S4: Wenn der Spannungswert der Sammelschiene den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad aller sechs Schalttransistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist, aus;
- S5: Wenn der Spannungswert der Sammelschiene auf den niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene abfällt, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist und der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren der anfängliche PWM-Tastgrad ist, aus;
- S6: Wenn die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, größer als die Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 ist, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 allmählich reduziert wird, bis die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, zwischen der Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 und der Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 liegt;
- S7: Wenn die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, kleiner als die Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 ist, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 allmählich erhöht wird, bis die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, zwischen der Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 und der Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 liegt;
- S8: Durch das Bremssteuermodul 7 wird der Spannungswert der Sammelschiene so gesteuert, dass er zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt, um den bürstenlosen Gleichstrommotor 4 so zu steuern, dass er langsam bis zum Stillstand gebremst wird.
-
Hierbei beträgt der Wertebereich von N1 fünf- bis zehnmal, beträgt der Wertebereich von N2 zwanzig- bis fünfzigmal und beträgt der Wertebereich von T1 10 ms bis 100 ms.
-
Wenn ferner im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, größer als die Anzahl der Male des niedrigen Schwellenwerts N2 ist, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist und der Tastgrad der drei unteren Transistoren schrittweise um 5 % reduziert wird.
-
Wenn ferner die Anzahl der Male, bei denen der Spannungswert der Sammelschiene innerhalb der Zeit T1 den hohen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene erreicht, kleiner als die Anzahl der Male des hohen Schwellenwerts N1 ist, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist und der Tastgrad der drei unteren Transistoren schrittweise um 5 % erhöht wird.
-
Im Folgenden wird das Betriebsprinzip des Bremsverfahrens des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 beschrieben:
- Es wird auf die 5 bis 8 Bezug genommen. Es sei angenommen, dass die Spannung des Batteriepacks 40 V beträgt, der Spannungswert der Sammelschiene als Udc bezeichnet wird, der hohe Spannungsschwellenwert der Sammelschiene 55 V beträgt, der niedrige Spannungsschwellenwert der Sammelschiene 50 V beträgt, die Zeit T1 50 ms beträgt, der Wert von N1 fünfmal ist, der Wert von N2 zwanzigmal ist und der anfängliche PWM-Tastgrad 50 % beträgt.
- S1: Beim Bremsvorgang des bürstenlosen Gleichstrommotors 4 ist der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null und stellt der anfängliche PWM-Tastgrad den PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren dar;
- S2: Während des Bremsvorgangs wandelt das ADU-Modul 12 das durch das Spannungsabtastmodul 6 erfasste analoge Spannungssignal in ein digitales Spannungssignal, das den Spannungswert der Sammelschiene Udc darstellt, um;
- S3: Das Berechnungsmodul 8 wird verwendet, um in Echtzeit zu bestimmen, ob Udc zwischen 50 V und 55 V liegt;
- S4: Wenn Udc auf 55 V ansteigt, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad aller sechs Schalttransistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist, aus; Wenn Udc auf 50 V abfällt, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal, bei dem der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist und der PWM-Tastgrad der drei unteren Transistoren 50 % beträgt, aus;
- S5: Wenn Udc innerhalb von 50 ms mehr als zwanzigmal auf 55 V ansteigt, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist und der Tastgrad der drei unteren Transistoren um 5 % schrittweise reduziert wird, bis die Anzahl der Male, bei denen Udc innerhalb von 50 ms auf 55 V ansteigt, zwischen fünf- bis zwanzigmal liegt;
- S6: Wenn Udc innerhalb von 50 ms weniger als fünfmal auf 50 V abfällt, gibt das PWM-Modulationsmodul 11 ein PWM-moduliertes Signal aus, bei dem der PWM-Tastgrad der drei oberen Transistoren des dreiphasigen Wechselrichters 2 Null ist und der Tastgrad der drei unteren Transistoren um 5 % schrittweise erhöht wird, bis die Anzahl der Male, bei denen Udc innerhalb von 50 ms auf 50 V abfällt, zwischen fünf- und zwanzigmal liegt;
- S7: Durch das Bremssteuermodul 7 wird Udc so gesteuert, dass Udc zwischen 50 V und 55 V liegt, um den bürstenlosen Gleichstrommotor 4 so zu steuern, dass er langsam bis zum Stillstand gebremst wird.
-
Durch das Verfahren (2) wird das Verfahren (1) weiter optimiert. Während sichergestellt wird, dass der Spannungswert der Sammelschiene zwischen dem hohen und dem niedrigen Spannungsschwellenwert der Sammelschiene liegt, wird das PWM-modulierte Signal noch feiner gesteuert, um den bürstenlosen Gleichstrommotor 4 so zu steuern, dass er langsam bis zum Stillstand gebremst wird. Mit diesem Verfahren können nicht nur elektronische Bauteile und Schaltkreise geschützt und kann deren Lebensdauer verlängert werden, sondern kann gleichzeitig beim bürstenlosen Gleichstrommotor 4 das Bremsgefühl weiter verbessert werden, was das Benutzererlebnis erheblich verbessert.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das obige spezifische Ausführungsbeispiel beschränkt. Dem Fachmann erschließt sich, dass, ohne von den Prinzipien und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, es viele andere Alternativen zum erfindungsgemäßen System und Verfahren zum Bremsen eines bürstenlosen Gleichstrommotors gibt. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
