DE4040847A1 - Verfahren zur ueberwachung und ansteuerung eines elektronisch kommutierten gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, bei dem der Lauf des Motors überwacht wird, indem eine Frequenz und/oder eine Spannung gemessen wird, die entweder dem von dem Motor aufgenommenen Strom oder der Frequenz entspricht und bei dem ein Fehlersignal erzeugt wird, das anzeigt, daß der Motor blockiert oder nicht ordnungsgemäß läuft, wenn die gemessene Frequenz oder Spannung vorgegebene Grenzwerte über- oder unterschreitet und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der europäischen Patentanmeldung 03 52 593 A2 ist eine Überwachungseinrichtung für einen Lüfter bekannt, bei dem der Lauf eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, der den Lüfter antreibt, überwacht wird, indem eine Spannung gemessen wird, die der Frequenz beim Lauf des Motors entspricht. Insbesondere wird durch eine Überwachungseinrichtung überwacht, ob der Motor des Lüfters oberhalb oder unterhalb einer vorgegebenen Mindestdrehzahl läuft. Wird die vorgegebene Mindestdrehzahl unterschritten, so wird ein Fehlersignal erzeugt, durch das in diesem Fall eine durch den Lüfter zu kühlende elektronische Baugruppe außer Betrieb gesetzt wird.

Hierbei erweist sich als nachteilig, daß bei blockierendem Motor oder nicht ordnungsgemäßem Lauf des Motors eine Abschaltung einer Funktion erfolgt, die mit dem Betrieb des Motors gekoppelt ist und kein Versuch unternommen wird, den blockierten oder nicht ordnungsgemäß laufenden Motor wieder in Betrieb zu setzen.

Durch das endgültige Abschalten wird somit nicht nur die Verwendbarkeit des Gerätes, das an die Funktion des Motors gebunden ist, unterbrochen, es ist sogar erforderlich, einen kostenintensiven Eingriff in das Gerät vorzunehmen, um den blockierten oder im Lauf gestörten Motor wieder in Betrieb zu setzen oder ganz auszuwechseln.

In diesem Zusammenhang erweist sich als besonders nachteilig, daß die Abschaltung auch dann erfolgt, wenn der Motor bei einem Einschaltsignal erst gar nicht anläuft, was bei elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren häufig vorkommen kann, wenn sich deren Rotor in einem möglichen prinzipbedingten kräftefreien Totbereich befindet und bei Ausschaltung nicht in die Soll-Ausgangsposition bewegt worden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, das der Überwachung und Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors dient, bei dem einfach und kostengünstig auch bei einer Blockierneigung oder bei Anlauffehlern des Motors ein Anlaufen des Motors mit hoher Sicherheit erreicht wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Vorliegen eines Fehlersignals der Motor wiederholt abgeschaltet und wieder eingeschaltet wird.

Es ist von Vorteil, daß bei Vorliegen eines Fehlersignals der Motor wiederholt abgeschaltet und wieder eingeschaltet wird, weil somit auf besonders einfache und kostengünstige Weise mit hoher Sicherheit ein Anlaufen des Motors auch dann erreicht wird, wenn dieser bei dem Einschalten erst gar nicht anläuft, z. B. weil der Rotor sich in einem häufig auftretenden prinzipbedingten, kräftefreien Totbereich befindet und nicht in seine Anfangs-Soll-Ausgangsposition bewegt wurde, z. B. weil die Lagerreibung mit zunehmender Lebensdauer des Motors angestiegen ist oder weil der Motor mangels fehlenden Drehimpulses für eine Rotationsbewegung lediglich um seine Ausgangsposition schwingt, weil durch das wiederholte Ein- und Ausschalten des Motors die genannten Störbedingungen und auch solche Störungen, die zu einer Allgemeinblockierung des Motors führen, mit hoher Sicherheit aufgehoben werden, da dem Motor zum einen mehrfach Impulse zum Neustart zugeführt werden und zum anderen bei abgeschaltetem Motor eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, daß dieser in seine definierte Ausgangsposition bewegt wird, wobei z. B. Erschütterungen des Gerätes, insbesondere bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen, helfen können.

Dadurch, daß eine vorgegebene Anzahl Einschalt- und Abschaltvorgänge durchgeführt werden, ergibt sich der Vorteil, daß auf einfache und kostengünstige Weise unterschieden werden kann, ob es sich um leicht behebbare Störungen bei dem Lauf des Motors handelt oder um Störungen, die durch eine Reparatur behoben werden müssen.

Es ist vorteilhaft, daß nach einer vorgegebenen Zeit nach jedem Einschalten des Motors eine Abfrage erfolgt, ob ein Fehlersignal vorliegt, weil durch entsprechende Wahl der vorgegebenen Zeit sichergestellt wird, daß dem Motor genug Zeit zur Verfügung steht, einen ordnungsgemäßen Betrieb aufzunehmen, so daß die nach der vorgegebenen Zeit nach jedem Einschalten des Motors gemessene Spannung ein sicheres Maß dafür angibt, daß der Motor ordnungsgemäß angelaufen ist.

Dadurch, daß bei Vorliegen eines Fehlersignals der Motor für eine vorgegebene Zeit abeschaltet wird, ergibt sich der Vorteil, daß auf einfache und kostengünstige Weise sichergestellt wird, daß der Motor eine Stillstandposition erreicht hat. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Motor mangels erforderlichen Drehimpulses für eine Rotationsbewegung bei einem vorherigen Einschalten lediglich um seine Ausgangsposition schwingt, so daß bei einem erneuten Einschalten mit hoher Sicherheit ein ordnungsgemäßer Lauf des Motors erreicht wird.

Es ist von Vorteil, daß nach der vorgegebenen Anzahl Einschalt- und Abschaltvorgänge ein Schaltsignal erzeugt wird, das eine Abschaltfunktion oder eine Notlauffunktion in Betrieb setzt, weil somit sichergestellt wird, daß je nach der Wichtigkeit der Funktion des Gerätes, das mit dem ordnungsgemäßen Funktionieren des Motors verbunden ist, entweder eine Abschaltung des Gerätes erfolgt, um zu vermeiden, daß Fehlfunktionen auftreten oder Bauteile des Gerätes zerstört werden oder aber bei Geräten, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die für die Sicherheit entscheidend sind oder deren Funktionen unverzichtbar sind, Notlauffunktionen in Betrieb gesetzt werden, um einen sicheren oder komfortablen Betrieb auch bei nicht funktionierendem Motor zu gewährleisten.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß die Abschaltfunktion oder die Notlauffunktion abgeschaltet wird, wenn der Motor wieder anläuft, weil somit sichergestellt wird, daß bei ordnungsgemäßem Lauf des Motors nach einer Störung der Betrieb des Gerätes, der von der Funktion des Motors abhängt, wieder in vollem Umfang aufgenommen wird.

Es ist vorteilhaft, daß in vorgegebenen Zeitabständen bei Vorliegen eines Fehlersignals Einschaltsignale für den Motor erzeugt werden, weil somit auch bei in Betrieb gesetzter Abschaltfunktion oder Notlauffunktion in sinnvollen, zeitlichen Abständen versucht wird, den Motor wieder in einen ordnungsgemäßen Betrieb zu überführen, was besonders bei elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren sinnvoll ist, da diese aufgrund der schon oben erwähnten Störungen häufig durch Erschütterungen oder erneute Einschaltsignale zum Anlaufen veranlaßt werden können.

Dadurch, daß ein Meßwiderstand in der Verbindung zwischen der Schalteinrichtung und dem negativen Spannungsanschluß angeordnet ist, daß die Überwachungseinrichtung zum einen mit der Verbindung zwischen der Schalteinrichtung und dem Meßwiderstand verbunden ist und zum anderen mit einer Anlaufsteuereinrichtung verbunden ist und daß die Anlaufsteuerung mit dem Steuereingang der Schalteinrichtung verbunden ist, ergibt sich eine einfache und kostengünstige Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die es ermöglicht, über die Schalteinrichtung bei einem vorliegenden Fehlersignal von der Überwachungseinrichtung den Motor wiederholt ein- und auszuschalten, um bei einer Blockierneigung des Motors oder einem nicht ordnungsgemäßen Lauf des Motors diesen wieder in einen ordnungsgemäßen Laufzustand zu überführen.

Es ist von Vorteil, daß die Anlaufsteuereinrichtung Zeitglieder und/oder programmierbare Speicher zur Erzeugung von Ansteuersignalen zur wiederholten zeitgesteuerten Ein- und Ausschaltung des Motors aufweist, weil somit auf einfache und kostengünstige Weise zeitabhängig und in Abhängigkeit von dem Vorliegen des Fehlersignals Ein- und Ausschaltsignale erzeugt werden können, die je nach den gewählten Zeiten geeignet sind, den Motor in einen ordnungsgemäßen Betriebszustand zu überführen. Zudem wird somit besonders einfach und kostengünstig eine Begrenzung der Startversuche für den Motor festlegbar.

Dadurch, daß die Anlaufsteuereinrichtung oder die Überwachungseinrichtung mit einem Regler verbunden ist, der einen Ablauf regelt, der in Abhängigkeit zu dem ordnungsgemäßen Betrieb des Motors steht und der eine Abschalt- oder Notlauffunktion aufweist, ergibt sich der Vorteil, daß nach einer vorgegebenen Anzahl von Versuchen, nach denen sichergestellt ist, daß der Motor nicht mehr ordnungsgemäß anlaufen kann, je nach der Funktion des Gerätes eine Abschaltfunktion für das Gerät, das von dem Funktionieren des Motors abhängig ist, eingeschaltet werden kann oder aber eine Notlauffunktion in Betrieb gesetzt werden kann.

Vorteilhaft ist die Verwendung des Verfahrens bei der Überwachung und Ansteuerung von elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren, die Lüfter in Kraftfahrzeuginnenraumtemperaturregelsystemen antreiben, insbesondere solche Lüfter antreiben, die Innenraumtemperaturfühler für Heizungsregelungen belüften, da sich hierbei eine besonders einfache, kostengünstige und sichere Überwachung und Ansteuerung des Motors ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Zeichnung in der Form eines Blockschaltbilds dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Der elektronisch kommutierte Gleichstrommotor (M) ist zum einen elektrisch leitend mit dem positiven Spannungsanschluß (SP) verbunden und zum anderen elektrisch leitend über eine Schalteinrichtung (S), die beispielhaft als ein Hallschalter oder ein Transistorschalter ausgebildet sein kann, mit dem negativen Spannungsanschluß (SM) verbindbar. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Schalteinrichtung (S) von einem Regler (R) angesteuert, der neben der Ansteuerung der Schalteinrichtung (S) auch weitere Regelfunktionen zum Betrieb eines komplexen Gerätes oder mehrerer Geräte übernehmen kann. In der Verbindung zwischen der Schalteinrichtung (S) und dem negativen Spannungsanschluß (SM) ist hier beispielhaft ein Meßwiderstand (W) eingefügt. Eine Überwachungseinrichtung (U) ist elektrisch leitend mit der Verbindung zwischen der Schalteinrichtung (S) und dem Meßwiderstand (W) verbunden. Die Überwachungseinrichtung (U) kann dabei je nach Auslegung eine Spannung messen, die dem Spannungsabfall am Meßwiderstand (W) entspricht und die entweder dem vom Motor (M) aufgenommenen Strom oder der Frequenz der sich am Meßwiderstand (W) ergebenden Spannungsimpulse, die ein direktes Maß für die Motordrehzahl sind, entspricht.

Um das Anlaufen des Motors (M) zu gewährleisten, wird der Rotor des Motors (M) durch einen kleinen Permanentmagneten auf dem Stator in eine definierte Ausgangsposition gezogen. In dieser Lage wird der beispielhaft verwendete Hallsensor durchgeschaltet, so daß bei Anlegen der Betriebsspannung (SP, SM) die Spule bestromt wird und der Rotor einen ausreichenden Anlaufimpuls erhält, der gewährleistet, daß der Motor einen ordnungsgemäßen Lauf aufnimmt.

Prinzipbedingt kann ein kräftefreier Totbereich des Rotors existieren, der hier beispielhaft in einem Bereich von etwa 90 Grad zur Soll-Ausgangsposition liegt, bei dem der Hallsensor nicht durchschaltet und der Motor (M) somit nicht anläuft. Dieser Totbereich wächst zudem mit zunehmender Lagerreibung.

Da für viele Anwendungen ein einwandfreies Laufen des Motors (M) erforderlich ist und ein Nichtanlaufen des Motors (M), z. B. durch mechanisches Blockieren, zumindestens erkannt werden sollte, wird der Lauf des Motors (M) überwacht und im Fehlerfall durch Aus- und wieder Einschalten der Betriebsspannung (SP, SM) dennoch ein Anlaufen ermöglicht.

Die Erkennung auf laufenden Motor (M) erfolgt hier beispielhaft, indem die Überwachungseinrichtung (U) eine Spannung mißt, die dem Spannungsabfall an dem Meßwiderstand (W) entspricht. Diese Spannung wird hier beispielhaft weiterverarbeitet, indem eine Tiefpaßfilterung und eine nachfolgende Analog/Digital-Wandlung durchgeführt wird und die erhaltene Spannung auf Einhaltung eines vorgegebenen Fensterbereichs, der abhängig von der verwendeten Betriebsspannung ist, überprüft wird.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das gemessene Spannungssignal, d. h. der Spannungsabfall an dem Meßwiderstand (W) zur Frequenzmessung aufbereitet werden und einem Frequenzzähler zugeführt werden.

Bei überschreiten einer oberen Schwelle, das heißt, der Motor (M) blockiert bei durchgeschaltetem Hallsensor oder Unterschreiten einer unteren Schwelle, das heißt, der Motor (M) blockiert bei nicht durchgeschaltetem Hallsensor oder bei Schwingen um die Anlaufposition, wird ein Fehlersignal erzeugt. Dieses Fehlersignal wird einer mit der Überwachungseinrichtung (U) elektrisch verbundenen Anlaufsteuereinrichtung (A) übermittelt, die auch Teil des Reglers (R) sein kann und die die Schalteinrichtung (S) derart bei vorliegendem Fehlersignal ansteuert, daß der Motor (M) abgeschaltet wird. Die Abschaltung des Motors (M) erfolgt hier über eine vorgegebene Zeit, um sicherzustellen, daß dieser einen Stillstand erreicht. Diese Zeit die durch Zeitglieder oder einen programmierbaren Speicher in der Anlaufsteuereinrichtung (A) vorgegeben werden kann, beträgt hier beispielhaft etwa 3 Sekunden. Bei anderen Anwendungen kann diese Zeit kürzer oder länger gewählt werden.

Nach Ablauf dieser Zeit erzeugt die Anlaufsteuereinrichtung (A) ein Einschaltsignal für den Motor (M), so daß die Schalteinrichtung (S) dem Motor (M) mit der Versorgungsspannung (SP, SM) in Verbindung setzt. Nach einer vorgegebenen Zeit nach jedem Einschalten des Motors erfolgt eine Abfrage durch die Anlaufsteuereinrichtung (A), ob ein Fehlersignal von der Überwachungseinrichtung (U) vorliegt. Die hierfür vorgesehene Zeit, die hier beispielhaft etwa 10 Sekunden beträgt und je nach Anwendung kürzer oder länger gewählt werden kann, stellt sicher, daß der Motor (M) innerhalb dieser Zeit mit großer Sicherheit bei Nichtvorliegen von Störungen ordnungsgemäß angelaufen ist.

Das Abschalten ermöglicht dem Rotor seinen Totbereich zu verlassen, z. B. ausgelöst durch Vibrationen, und seine durch den Permanentmagneten vorgegebene Ausgangsposition einzunehmen. Dies gilt auch für den Fall, in dem der Rotor nicht den erforderlichen Drehimpuls für eine Rotationsbewegung erhalten hat und lediglich um seine Ausgangsposition schwingt.

Je nach der gewählten Ausführungsform können die Signale von der Anlaufsteuereinrichtung (A) direkt der Schalteinrichtung (S) zugeführt werden oder aber die Signale werden dem Regler (R) zugeführt, der dann die Schalteinrichtung (S) ansteuert. Zudem kann die Überwachungseinrichtung (U) elektrisch leitend mit dem Regler (R) verbunden sein, um diesem ein vorliegendes Fehlersignals zuzuführen.

Nach einer vorgegebenen Anzahl Einschalt- und Abschaltvorgängen, wobei die Anzahl davon abhängt, ob sichergestellt werden kann, daß ein Anlaufen des Motors nicht mehr möglich ist, erzeugt hier beispielhaft der Regler (R) ein Schaltsignal, das eine Abschaltfunktion oder eine Notlauffunktion in Betrieb setzt. Die Anzahl der Einschalt- und Ausschaltvorgänge beträgt bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel etwa 5. Diese Anzahl kann je nach Anwendungsfall variieren. Die Abschaltfunktion oder die Notlauffunktion wird je nach den durch den Regler (R) neben der Ansteuerung des Motors (M) zu regelnden Funktionen in Betrieb gesetzt, wobei die Funktionen, die der Regler (R) ansteuert, in Abhängigkeit zu dem Funktionieren des Motors (M) stehen. Die Inbetriebnahme einer Notlauffunktion für die von dem Regler (R) zu steuernden Funktionen bewirkt, daß bei einem Ausfall des Motors (M) nicht das gesamte elektrische Gerät oder mehrere Geräte komplett ausgeschaltet werden müssen und z. B. bei dem Betrieb in Kraftfahrzeugen sicherheitsrelevante Funktionen oder komfortbeeinflussende Funktionen erhalten bleiben.

Das Verfahren und die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens finden z. B. vorteilhaft Verwendung bei der Überwachung und Ansteuerung von elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren (M), die Lüfter in Kraftfahrzeuginnenraumtemperaturregelsystemen antreiben und dabei insbesondere solche Lüfter antreiben, die Innenraumtemperaturfühler für Heizungsregelungen belüften. Läuft bei einer solchen Anwendung der Motor (M) nach einer vorgegebenen Anzahl von Startversuchen nicht an, kann die Innenraumtemperaturregelung durch entsprechende Änderung der Regelparameter oder durch Umschaltung auf Steuerung in eine Notlauffunktion versetzt werden.

Auch bei aktivierter Abschalt- oder Notlauffunktion können in vorgegebenen Zeitabständen Einschaltsignale für den Motor (M) erzeugt werden, um diesen in einen ordnungsgemäßen Betrieb zu versetzen.

Läuft der Motor (M) wieder ordnungsgemäß, wird die Abschalt- oder Notlauffunktion deaktiviert.

Bezugszeichenliste

A Anlaufsteuereinrichtung
M Gleichstrommotor
R Regler
S Schalteinrichtung
SM negativer Spannungsanschluß
SP positiver Spannungsanschluß
U Überwachungseinrichtung
W Meßwiderstand

Claims (11)

1. Verfahren zur Überwachung und Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, bei dem der Lauf des Motors überwacht wird, indem eine Frequenz und/oder eine Spannung gemessen wird, die entweder dem von dem Motor aufgenommenen Strom oder der Frequenz entspricht und bei dem ein Fehlersignal erzeugt wird, das anzeigt, daß der Motor blockiert oder nicht ordnungsgemäß läuft, wenn die gemessene Frequenz oder Spannung vorgegebene Grenzwerte über- oder unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen eines Fehlersignals der Motor wiederholt abgeschaltet und wieder eingeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgegebene Anzahl Einschalt- und Abschaltvorgänge durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer vorgegebenen Zeit nach jedem Einschalten des Motors eine Abfrage erfolgt, ob ein Fehlersignal vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen eines Fehlersignals der Motor für eine vorgegebene Zeit abgeschaltet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der vorgegebenen Anzahl Einschalt- und Abschaltvorgänge ein Schaltsignal erzeugt wird, das eine Abschaltfunktion oder eine Notlauffunktion in Betrieb setzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in vorgegebenen Zeitabständen bei Vorliegen eines Fehlersignals Einschaltsignale für den Motor erzeugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltfunktion oder die Notlauffunktion abgeschaltet wird, wenn der Motor wieder anläuft.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche mit einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor (M), der über eine Schalteinrichtung (S) mit einer Spannungsversorgung (SP, SM) verbindbar ist und mit einer Überwachungseinrichtung (U), dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßwiderstand (W) in der Verbindung zwischen der Schalteinrichtung (S) und dem negativen Spannungsanschluß (SM) angeordnet ist, daß die Überwachungseinrichtung (U) zum einen mit der Verbindung zwischen der Schalteinrichtung (S) und dem Meßwiderstand (W) verbunden ist und zum anderen mit einer Anlaufsteuereinrichtung (A) verbunden ist und daß die Anlaufsteuereinrichtung (A) mit dem Steuereingang der Schalteinrichtung (S) verbunden ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufsteuereinrichtung (A) Zeitglieder und/oder programmierbare Speicher zur Erzeugung von Ansteuersignalen zur wiederholten, zeitgesteuerten Ein- und Ausschaltung des Motors (M) aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufsteuereinrichtung (A) oder die Überwachungseinrichtung (U) mit einem Regler (R) verbunden ist, der einen Ablauf regelt, der in Abhängigkeit zu dem ordnungsgemäßen Betrieb des Motors steht und der eine Abschalt- oder Notlauffunktion aufweist.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung bei der Überwachung und Ansteuerung von elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren, die Lüfter in Kraftfahrzeuginnenraumtemperaturregelsystemen antreiben, insbesondere solche Lüfter antreiben, die Innenraumtemperaturfühler für Heizungsregelungen belüften.