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ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der chinesischen Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
CN 201120240806.x , eingereicht am 08. Juli 2011, deren Gesamtinhalt hier durch Rückbeziehung aufgenommen wird.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft die Technik zum Steuern eines Motors.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Im Allgemeinen sind die Positionsdaten eines Rotors notwendig, um bei unterschiedlichsten Arten von Motoren ein Steuerungssignal zum Steuern des Betriebs dieser Motoren, wie etwa eines Permanentmagnet-Synchronmotors oder eines bürstenlosen Gleichstrommotors, zu generieren.
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Die Positionen des Rotors werden durch Anbringen von Positionssensoren, wie etwa drei Hall-Positionssensoren, im Motor erfasst. In diesem Fall erhöhen sich die Kosten, da mehrere Positionssensoren erforderlich sind, während sich zudem die Komplexität der Anbringung der Positionssensoren erhöht, da die Sensoren auf eine bestimmte Weise am Motor befestigt werden müssen. Eine chinesische Patentanmeldung mit der Nr.
CN 200810181799.3 offenbart einen Motor mit drei Hall-Positionssensoren.
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Angesichts dieser Fragestellung wurde in den vergangenen Jahren der Schwerpunkt auf die Technologie der Nichtverwendung von Positionssensoren im Motor verlagert. Zum Beispiel im Artikel mit dem Titel „A method for controlling a permanent magnet motor without position sensors", in Power Electronics, Vol. 2, 2007. Dabei wird kein Positionssensor benötigt; jedoch sind Sensoren, wie etwa ein Stromfühler und ein Spannungsfühler, dennoch notwendig. Somit ist die Anbringung mehrerer Sensoren im Motor immer noch gegeben und die Kosten aufgrund dieser Sensoren können nicht verringert werden. Ferner können nicht alle Arten von Motoren ohne Positionssensoren gesteuert werden. Man hat ebenfalls festgestellt, dass die Leistung des Motorsystems ohne Positionssensoren weniger gut ist, weshalb es ausschließlich in einer Umgebung mit geringer Anforderung eingesetzt werden kann.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts des Vorangehenden ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein System zum Steuern des Motors bereitzustellen, so dass die oben genannten und sonstige Probleme gelöst werden können.
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Das System zum Steuern des Motors kann einen Sensor zum Erfassen der Positionsdaten eines Rotors des Motors, einen Prozessor zum Empfangen des erfassten Signals vom Sensor und zum Berechnen eines elektrischen Winkels basierend auf dem erfassten Signal sowie ein Steuerungssignal-Generatormodul zum Generieren eines Steuerungssignals umfassen, das verwendet wird, um den Betrieb des Motors basierend auf dem elektrischen Winkel zu steuern.
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Gemäß dem System zum Steuern des Motors kann der Prozessor vorzugsweise eine Sensorsignal-Empfangseinheit zum Empfangen des erfassten Signals vom Sensor, eine Drehzahl-Erfassungseinheit zum Erfassen der Drehzahldaten des Rotors des Motors sowie eine Recheneinheit zum Berechnen des elektrischen Winkels basierend auf dem erfassten Signal und den Drehzahldaten umfassen.
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Gemäß dem System zum Steuern des Motors kann der Prozessor vorzugsweise eine Fehlererfassungseinheit zum Erfassen von Fehlerparametern umfassen.
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Gemäß dem System zum Steuern des Motors kann das Steuerungssignal-Generatormodul eine Wellenform-Generatoreinheit zum Generieren eines Wellenform-Steuerungssignals basierend auf dem elektrischen Winkel sowie eine Antriebseinheit zum Generieren des Steuerungssignals basierend auf dem Signal, das von der Wellenform-Generatoreinheit generiert wird, umfassen.
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Vorzugsweise kann der eine Sensor zum Erfassen der Positionsdaten eines Rotors des Motors ein Positionssensor sein. Ferner ist der Positionssensor vorzugsweise ein Hall-Positionssensor.
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Das Steuerungssignal zum Steuern des Betriebs des Motors wird basierend auf den Positionsdaten des Rotors des Motors erhalten, die wiederum durch Verwendung von nur einem Sensor zum Erfassen des Nullpunktes der Rotorposition gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Nur ein Sensor wird gemäß der vorliegenden Erfindung zum Erfassen verwendet, um jene Leistungsfähigkeit zu erreichen, die durch Verwenden von drei Sensoren gemäß der herkömmlichen Technologie erzeugt werden kann. Somit ist die gewünschte technische Wirkung gegeben, während sich die Kosten ebenfalls verringern, da nur ein Sensor anstatt von drei benötigt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf ein Beispiel und die beigefügten Zeichnungen noch näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm eines Systems zum Steuern eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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2 ein Blockdiagramm eines Prozessors des Systems zum Steuern des Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen mehrere Ausführungsformen dargestellt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen anderen Formen ausgeführt werden und sollte nicht beschränkt auf die hierin dargelegten Ausführungsformen ausgebildet werden. Vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, so dass diese Offenbarung genau und vollständig ist und den Umfang der Erfindung dem Fachmann voll und ganz vermittelt.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich zum Beschreiben von bestimmten Ausführungsformen und soll die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Die hierin verwendeten Einzahlformen „ein”, „eine” und „der”, „die”, „das” sollen auch die Mehrzahlformen mit einschließen, es sei denn der Kontext verlangt es eindeutig anders. Ferner versteht sich, dass Ausdrücke, wie etwa „umfassen”, „einschließen” und Abwandlungen davon, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Elementen und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
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Kurz gesagt, die Positionsdaten eines Rotors eines Motors werden gemäß der vorliegenden Erfindung ausgehend von einer Nullpunktposition des Rotors bezogen, die mithilfe von nur einem Sensor bestimmt wird, anstatt sie direkt durch drei Sensoren entsprechend der herkömmlichen Technologie zu ermitteln.
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zum Steuern eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System zum Steuern des Motors umfasst einen Sensor 10, der zum Erfassen der Positionsdaten des Rotors des Motors eingesetzt wird, einen Prozessor 20, der eingesetzt wird zum Empfangen des Signals, das vom Sensor 10 erfasst wird, und zum anschließenden Berechnen des elektrischen Winkels basierend auf diesem Signal sowie ein Steuerungssignal-Generatormodul 30 zum Generieren eines Steuerungssignals ausgehend vom elektrischen Winkel, der vom Prozessor 20 ermittelt wurde, um den Motor zu steuern. Kurz gefasst, das System zum Steuern des Motors, das an den Motor gekoppelt ist, erfasst die Änderungen in der mechanischen Position des Rotors zum Generieren des Steuerungssignals, um den Betrieb des Motors ausgehend von den erfassten Änderungen in der mechanischen Position zu steuern. Es versteht sich, dass das hierin beschriebene System zum Steuern des Motors für die Steuerung unterschiedlichster Motoren verwendet werden kann.
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Der Sensor 10 ist im Motor zum Erfassen der Positionsdaten des Rotors vorgesehen. Der hierin verwendete Ausdruck „Positionsdaten” bezieht sich auf Änderungen des Rotors in seiner mechanischen Position, was auch als Rotordaten in Bezug auf den Nullpunkt bezeichnet werden kann, der vom Benutzer vorbestimmt werden kann. Der Sensor 10 kann jede Art von Sensor sein, der zum Erfassen der Position verwendet werden kann, wie etwa ein Hall-Positionssensor, ein faseroptischer Sensor und dergleichen. Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nur ein Sensor 10 zum Steuern des Motors erforderlich. Somit verringert sich die Komplexität der Anbringung des Sensors im Motor verglichen mit der herkömmlichen Technologie, bei der drei Sensoren im Motor anzubringen sind. Gleichzeitig verringern sich auch die Kosten mit nur einem erforderlichen Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung anstatt von drei. Es wird klargestellt, dass der Ausdruck „Rotordaten in Bezug auf den Nullpunkt” nachstehend als „Nullpunktdaten” bezeichnet wird.
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Der Prozessor 20 empfängt das Signal, das vom Sensor 10 erfasst wurde, d. h. die erfassten Positionsdaten. Ferner ermittelt der Prozessor 20 den elektrischen Winkel des Rotors ausgehend vom erfassten Signal. Vorzugsweise werden zudem sowohl eine vorherige Drehzahl des Rotors als auch eine angestrebte Drehzahl vom Prozessor 20 in die Berechnung des elektrischen Winkels des Rotors mit einbezogen. Besonders bevorzugt werden auch Fehlerparameter vom Prozessor 20 berücksichtigt. Der Prozessor 20 kann ferner eine Sensorsignal-Empfangseinheit 201, eine Drehzahl-Erfassungseinheit 202, eine Fehlerparameter-Erfassungeinheit 203 und eine Recheneinheit 204 umfassen, wobei die Sensorsignal-Empfangseinheit 201 das Signal vom Sensor 10 empfängt, die Drehzahl-Erfassungseinheit 202 die vorherige Drehzahl und die angestrebte Drehzahl erfasst und die Fehlerparameter-Bezugseinheit 203 die Fehlerparameter erfasst, d. h. die Fehlerhäufung. Die Fehlerhäufung kann hierin ein Fehlerkorrekturfaktor sein, der ausgehend von den Erfahrungsdaten und von der spezifischen Analyse des jeweiligen Motorsystems ermittelt wird. Zum Beispiel kann die vorherige Drehzahl folgendermaßen bezogen werden: Aufzeichnen einer Zeit T1, wenn der Rotor beim Rotieren im vorherigen Zyklus den vorbestimmten Nullpunkt passiert, Aufzeichnen einer Zeit T2, wenn der Rotor beim Rotieren im aktuellen Zyklus den vorbestimmten Nullpunkt passiert, und ungefähres Ermitteln der vorherigen Drehzahl des Rotors ausgehend vom Abstand des Zyklus, der bekannt ist, und von der Differenz der Zeiten T2 und T1, wobei die Zeiten T1 und T2 zum Beispiel von einem Zeitnehmer aufgezeichnet oder ausgehend von den Nullpunktdaten, die vom Sensor 10 erfasst werden, bezogen werden können. Zum Beispiel kann die angestrebte Drehzahl vom Benutzer vorbestimmt werden. Die Recheneinheit 204 berechnet den elektrischen Winkel des Rotors ausgehend von den Daten, die von der Sensorsignal-Bezugseinheit 201, der Drehzahl-Erfassungseinheit 202 und der Fehlerparameter-Bezugseinheit 203 bereitgestellt werden. Der Ausdruck „elektrischer Winkel” hat eine dem Fachmann bekannte, allgemeine Bedeutung, nämlich der mechanische Winkel, den der Rotor pro Magnetfeldänderung durchläuft.
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Das Steuerungssignal-Generatormodul 30 empfängt das den elektrischen Winkel betreffende Signal, das vom Prozessor 20 übertragen wird, und generiert schließlich basierend auf dem empfangenen Signal das Steuerungssignal zum Steuern des Betriebs des Motors. Zum Beispiel kann das Steuerungssignal-Generatormodul 30 eine Wellenform-Generatoreinheit 301 und eine Antriebseinheit 302 umfassen. Alternativ dazu kann das Steuerungssignal-Generatormodul 30 zusätzlich zum elektrischen Winkel die betreffenden Steuerungsdaten mit einbeziehen, die zum Beispiel vom Benutzer eingegeben werden. Die Wellenform-Generatoreinheit 301 generiert ein Wellenform-Steuerungssignal ausgehend vom elektrischen Winkel, zum Beispiel generiert die Wellenform-Generatoreinheit 301 ein Pulsweitenmodulations(PWM)-Signal. Nachdem es an die Antriebseinheit 302 gesendet wurde, wird das PWM-Signal verstärkt, um ein PWM-Antriebssignal zu erzeugen. Das PWM-Antriebssignal wird dann an den Motor zur Steuerung seines Betriebes übertragen.
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Die oben beschriebenen Module und Einheiten können in der Praxis in die Software, Hardware oder eine Kombination aus beidem implementiert werden.
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Wie oben beschrieben, kann das System zum Steuern des Motors gemäß der vorliegenden Erfindung die Positionsdaten des Rotors des Motors durch lediglich einen Sensor ermitteln. Das System kann dann den elektrischen Winkel des Rotors des Motors basierend auf den erfassten Positionsdaten ermitteln und dadurch das Steuerungssignal zum Steuern des Betriebs des Motors erzeugen. Mit nur einem eingesetzten Sensor wird die Anbringung des Sensors im Motor vereinfacht, verglichen mit der herkömmlichen Technologie, bei der mindestens drei Sensoren verwendet werden und somit angebracht werden müssen. Auch die Kosten verringern sich, verglichen mit der herkömmlichen Technologie, da nur ein Sensor anstatt von drei erforderlich ist. Ferner verlangt das System zum Steuern des Motors keine Erfassung der gegenelektromotorischen Kraft (Gegen-EMK) und dergleichen. Zudem ist das System auch für komplexere Algorithmen zur Steuerung geeignet. Ferner beschränkt sich das positionssensorfreie System zum Steuern des Motors auf Motoren des Typs Y, d. h. es kann nicht für Motoren des Typs Δ eingesetzt werden. Das positionssensorfreie System kann nur in einer Umgebung mit weniger hohen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit eingesetzt werden, da es komplexere Algorithmen zur Steuerung nicht bewältigen kann. Das System zum Steuern des Motors gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch ohne eine derartige Einschränkung bei unterschiedlichsten Motoren eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 201120240806 [0001]
- CN 200810181799 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „A method for controlling a permanent magnet motor without position sensors”, in Power Electronics, Vol. 2, 2007 [0005]
