DE4040847C2 - Verfahren zur Überwachung und Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors.

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.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 23 447 A1 ist bekannt, einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor zu verwenden, um einen Lüfter anzutreiben, der einen Innenraumtemperaturfühler eines Kraftfahrzeuginnenraum-Temperaturregelsystems belüftet. Hierbei ist jedoch nicht bekannt, den elektronisch kommutierten Gleichstrommotor auf Fehlfunktionen zu überprüfen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 34 18 276 A1 ist eine Schutzschaltung zum Blockierschutz bei kollektorlosen Gleichstrommotoren bekannt, bei der das Blockieren des Motors über einen Meßwiderstand elektrisch erfaßbar ist. Als nachteilig erweist sich hierbei, daß der Motor, um ein Anlaufen zu erreichen, nicht wiederholt abgeschaltet und wiedereingeschaltet wird.

Aus der deutschen Patentschrift DE 30 22 836 C1 ist eine Schaltungsanordnung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor bekannt, durch die der Motor nach einer Blockierung kurzzeitig aus- und wiedereingeschaltet wird, um den Motor wieder in Gang zu setzen. Hierbei erweist sich als nachteilig, daß bei Blockieren des Gleichstrommotors kein Fehlersignal erzeugt wird, z. B. durch eine Messung einer Frequenz oder einer Spannung des Motors und somit der Motor nicht automatisch, um ein Anlaufen zu erreichen, und auch nicht wiederholt ab- und wieder angeschaltet wird.

Aus der deutschen Patentschrift DE 34 05 942 C2 ist eine Blockierschutzanordnung für elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren bekannt, bei der der Lauf des Motors überwacht wird, indem eine Frequenz und eine Spannung gemessen wird, die der Frequenz entspricht und bei der ein Fehlersignal erzeugt wird, das anzeigt, daß der Motor blockiert oder nicht ordnungsgemäß läuft, wenn die gemessene Frequenz oder Spannung vorgegebene Grenzwerte unterschreitet. Bei Vorliegen eines Fehlersignals wird der Motor abgeschaltet. Bei der bekannten Ausführungsform erweist sich jedoch als besonders nachteilig, daß der Motor erst nach Beendigung der Blockierung durch erneutes Einschalten der Betriebsspannung eingeschaltet wird. Das Einschalten dient somit nicht dazu, das Blockieren des Motors aufzuheben. Zudem erweist sich als besonders nachteilig, daß dieser Vorgang nicht automatisiert abläuft.

Aus der JP 62-185585 A ist bekannt, einen bürstenlosen Gleichstrommotor mehrfach bis zu einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen zu starten, wenn der jeweilige Startversuch mißlingt. Hierbei erweist sich als nachteilig, daß nach Ablauf der Startversuche keine Notlauffunktion für eine Regelung eingeschaltet wird, insbesondere keine Notlauffunktion für die Regelung der Innenraumtemperatur eines Kraftfahrzeuges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren 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 die Funktionsfähigkeit einer Innenraumtemperatureinstellung erhalten bleibt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

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 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 von Vorteil, daß nach der vorgegebenen Anzahl Einschalt- und Abschaltvorgänge ein Schaltsignal erzeugt wird, das eine Notlauffunktion in Betrieb setzt, weil somit sichergestellt wird, daß bei Geräten, die mit dem ordnungsgemäßen Funktionieren des Motors verbunden sind und deren Funktionen unverzichtbar sind, Notlauffunktionen in Betrieb gesetzt werden, um einen komfortablen Betrieb auch bei nicht funktionierendem Motor zu gewährleisten.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß 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 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.

Vorteilhaft ist die Verwendung des Verfahrens bei der Überwachung und Ansteuerung von elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren, die Lüfter zur Belüftung von Innenraumtemperaturfühlern 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 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 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 bei dem Betrieb in Kraftfahrzeugen oder komfortbeeinflussende Funktionen erhalten bleiben.

Läuft 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 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 Notlauffunktion deaktiviert.

Bezugszeichenliste

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

Claims (5)

1. Verfahren zur Überwachung und Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, der einen Lüfter zur Belüftung eines Innenraumtemperaturfühlers in Kraftfahrzeuginnenraum-Temperaturregelsystemen antreibt, 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 bei Vorliegen eines Fehlersignals der Motor, um ein Anlaufen des Motors zu erreichen, wiederholt abgeschaltet und wieder eingeschaltet wird, wobei nach einer vorgegebenen Anzahl Einschalt- und Abschaltvorgängen ein Schaltsignal erzeugt wird, das eine Notlauffunktion für die Innenraumtemperaturregelung einschaltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei Einschalten der Notlauffunktion die Regelparameter der Innenraumtemperaturregelung geändert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei Einschalten der Notlauffunktion die Innenraumtemperaturregelung auf eine Innenraumtemperatursteuerung umgeschaltet wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in vorgegebenen Zeitabständen bei Vorliegen eines Fehlersignals Einschaltsignale für den Motor erzeugt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Notlauffunktion abgeschaltet wird, wenn der Motor wieder anläuft.