DE4129495C1 - Adjusting short-circuit torque of electric servo motor - storing short circuit current required for desired torque in electronic motor controller after comparison with actual torque - Google Patents

Adjusting short-circuit torque of electric servo motor - storing short circuit current required for desired torque in electronic motor controller after comparison with actual torque

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Kurzschlußmoments bei Elektromotoren, insbesondere Stellmotoren.
Bei Elektromotoren, insbesondere bei Stellmotoren, wird üblicherweise gefordert, daß der Toleranzbereich der Stell­ kräfte bzw. Motorkräfte in einem sehr engen Rahmen liegt. Das Kurzschlußmoment (vgl. z. B. Nürnberg "Die Prüfung elektrischer Maschinen", 5. Aufl. S. 82, 83) also das Drehmoment bei festgehaltener Antriebswelle des Motors, ist proportional zu den Betätigungs­ kräften eines mit dem Motor ausgerüsteten Systems. In der Praxis existiert jedoch eine große Anzahl von leistungs­ beeinflussenden Toleranzen der Einzelkomponenten eines Elektromotors, so daß sich bei den üblichen Fertigungs- und Montageverfahren ein großer Streubereich des Kurzschluß­ moments ergibt, der unerwünscht und für viele Anwendungs­ zwecke auch nicht zulässig ist.
Um Elektromotoren mit einem eingeengten Toleranzband zu erhalten, wurden bisher nach einem entsprechenden Test Motoren mit Werten außerhalb des Toleranzbands aussortiert. Dies ist jedoch ein sehr teures Verfahren, und darüber hinaus kann das Toleranzband nicht beliebig klein gemacht werden, sofern die Kosten in wirtschaftlich vertretbarem Rahmen gehalten werden sollen. Eine weitere bekannte Möglich­ keit, zu einem engen Toleranzband des Kurzschlußmoments zu gelangen, ist die Verwendung sehr hochwertiger und präzi­ ser Teile. Auch diese Möglichkeit führt jedoch zu hohen Kosten.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß ein sehr enges Toleranzband für das Kurzschlußmoment auf einfache Weise erzielt werden kann, wobei die Einzelkomponenten des Elektromotors bzw. Stellmotors kostengünstige Massen­ artikel sein dürfen. Das Toleranzband kann gegenüber den bisherigen Möglichkeiten wesentlich verengt und der Ausschuß reduziert werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind keine zusätzlichen Einzelkomponenten und keine Veränderungen vorhandener Einzelkomponenten erforderlich, sondern lediglich eine Veränderung bzw. Anpassung eines Speicherwerts. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Anspruchs 5 weist die entsprechenden Vorteile auf.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens bzw. der in Fig. 5 angegebenen Vorrichtung möglich.
Die Berechnung des Soll-Kurzschlußstroms Iks kann in ein­ facher Weise nach der Beziehung
Mks = c * IKs - Mv
erfolgen, wobei c ein konstanter Faktor und Mv das Verlust­ moment des Elektromotors darstellt. Zweckmäßigerweise wird dabei der Ist-Kurzschlußstrom Iki gemessen.
In Abhängigkeit der gespeicherten Vorgabe des Soll-Kurz­ schlußstroms Iks kann dann in einfacher Weise der maximale Motorstrom begrenzt oder eingeregelt werden, ohne daß irgend­ welche konstruktiven Änderungen oder Ergänzungen erforder­ lich wären.
In Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einstel­ lung des Kurzschlußmoments bei Elektromotoren kann der Speicher in einfacher Weise als abgleichbare oder einstell­ bare Widerstandsanordnung ausgebildet sein. Dies kann durch ein Potentiometer oder eine Vielzahl von Einzelwiderständen realisiert werden, wobei im zweiten Fall zum Abgleich Mittel zum Ausbrennen solcher Einzelwiderstände in an sich bekann­ ter Weise vorgesehen sind. Zur Vereinfachung und Verbilli­ gung der Herstellung und um eine möglichst geringe Baugröße zu erreichen, können die Widerstände als integrierte Wider­ stände oder Schichtwiderstände ausgebildet sein.
Der Speicher kann jedoch auch als elektronischer Speicher, z. B. als EPROM oder EEPROM, ausgebildet sein. Die elektro­ nische Speicherung des Speicherwerts ist besonders einfach und eignet sich für die Massenherstellung derartiger Elektro­ motoren bzw. Stellmotoren.
Der Speicher bildet zweckmäßigerweise einen Bestandteil einer Strombegrenzungsvorrichtung in der elektronischen Steuerung, wobei der im Speicher enthaltene Wert für den Soll-Kurzschlußstrom den Strombegrenzungswert vorgibt. Bei Elektromotoren mit bereits vorhandener elektronischer Steuervorrichtung und/oder bereits vorhandener Strombegren­ zungsvorrichtung wird der Aufwand zur Einstellung des Kurz­ schlußmoments nochmals deutlich reduziert.
Entsprechendes gilt für den Fall, daß der Speicher Bestand­ teil einer Stromregelvorrichtung in der elektronischen Steuervorrichtung ist, wobei der im Speicher enthaltene Wert für den Soll-Kurzschlußstrom den Sollwert in der Strom­ regelvorrichtung vorgibt. Auch hier wird ein nur sehr ge­ ringer Aufwand erforderlich, wenn bereits eine Stromregel­ vorrichtung vorhanden ist.
Zur Erzielung einer geringen Baugröße kann die elektrische bzw. elektronische Steuervorrichtung auch im Elektromotor integriert sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einstellung des Kurzschlußmoments bei Elektromotoren.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine elektronische Steuervorrichtung 10 in Reihe zu einem elektrischen Stellmotor 11 geschaltet, wobei diese Reihen­ schaltung mit einer Versorgungsgleichspannung über zwei Versorgungsklemmen 12, 13 beaufschlagt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Stellmotoren beschränkt, vielmehr können auch andere Elektromotoren, z. B. auch Wechselstrom- oder Drehstrommotoren, mit einer Vorrichtung zur Einstellung des Kurzschlußmoments versehen werden. Weiterhin kann die elektronische Steuervorrichtung 10 auch in anderer Weise auf den Stellmotor 11 bzw. Elektromotor eingreifen, z. B. kann auch eine Parallelschaltung vorliegen.
Die elektronische Steuervorrichtung 10 weist ein in Reihe zum Stellmotor 11 geschaltetes elektronisches Schaltelement 14 auf, das beispielsweise als Transistor, Thyristor, TriaC od. dgl. ausgebildet sein kann. Dieses elektronische Schalt­ element 14 wird von einer Strombegrenzungsvorrichtung 15 gesteuert, wobei der Strombegrenzungswert über einen Speicher 16 vorgegeben wird. Der Speicher 16 kann als elektronischer Speicher ausgebildet sein, z. B. als EPROM oder als EEPROM, wodurch ein einfaches Einspeichern des Strombegrenzungswerts über eine reine Software-Steuerung erfolgen kann. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Speicher 16 als Widerstandsnetzwerk auszubilden, wobei eine Vielzahl von in diesem Netzwerk geschalteten Widerständen als integrierte Widerstände oder Schichtwiderstände ausgebildet sind. Das Einspeichern des Strombegrenzungswerts erfolgt dabei in an sich bekannter Weise durch Ausbrennen einzelner Wider­ stände, um auf diese Weise einen gewünschten Widerstands­ wert zu erhalten, der den Strombegrenzungswert bestimmt. Eine herkömmliche Lösung stellt beispielsweise auch die Verwendung eines Potentiometers dar.
Der Zweck der beschriebenen Anordnung besteht darin, ein bestimmtes Kurzschlußmoment für den Stellmotor 11 vorzu­ geben, das in einem engen Toleranzband liegen soll. Da das Kurzschlußmoment in Abhängigkeit eines entsprechenden Kurzschlußstroms steht, wird der Wert für den entsprechenden Kurzschlußstrom bestimmt und im Speicher 16 eingespeichert. Hierdurch wird indirekt das gewünschte Kurzschlußmoment vorgegeben.
Eine alternative Möglichkeit besteht darin, anstelle der Strombegrenzungsvorrichtung 15 eine Stromregelvorrichtung vorzusehen, die ebenfalls auf das elektrische Schaltelement 14 einwirkt. Der Soll-Kurzschlußstrom wird dabei ebenfalls als Sollwert über den Speicher 16 vorgegeben.
Das Verfahren zur Einstellung des gewünschten Kurzschluß­ moments besteht darin, daß zunächst das Kurzschlußmoment Mki des Stellmotors 11 ohne Einwirkung einer Strombegren­ zung oder Stromregelung gemessen wird. Das Kurzschlußmoment ist dabei dasjenige Drehmoment, das der Stellmotor 11 bei festgehaltener Antriebswelle ausübt. Zwischen dem Kurzschluß­ moment Mki und dem Kurzschlußstrom Iki besteht der folgende Zusammenhang:
Mki = c * Iki - Mv
c ist dabei ein konstanter Faktor und Mv das Verlustmoment des Motors, das bei einer bestimmten Bauausführung eines Elektromotors im wesentlichen immer gleich ist. Entsprechend hängt auch das Soll-Kurzschlußmoment Mks mit dem Soll-Kurz­ schlußstrom Iks zusammen:
Mks = c * IKs - Mv.
Da c und Mv nur einmal bestimmt werden müssen und dann immer gleich bleiben, kann über diese Beziehung jeweils einem gewünschten Soll-Kurzschlußmoment ein bestimmter Soll-Kurzschlußstrom zugeordnet werden bzw. dieser Soll- Kurzschlußstrom Iks kann durch diese Beziehung berechnet werden. Ein entsprechender Wert wird dann im Speicher 16 abgespeichert. Falls ein Vergleich zwischen Ist-Kurzschluß­ moment und Soll-Kurzschlußmoment ergibt, daß die Abweichung nur innerhalb des gewünschten Toleranzbereichs liegt, so ist die Vorgabe eines Soll-Kurzschlußstroms nicht erforder­ lich. Zur erstmaligen Berechnung der Konstanten wird zweck­ mäßigerweise auch der Ist-Kurzschlußstrom gemessen.
Insbesondere dann, wenn der Speicher 16 als elektronischer Speicher ausgebildet ist, kann die Vorgabe des erforder­ lichen Soll-Kurzschlußstroms in der Massenproduktion sehr schnell erfolgen.
Für die beschriebene elektronische Steuervorrichtung 10 können bei einer bereits vorhandenen Steuervorrichtung für den Stellmotor 11 vorhandene Komponenten, wie beispiels­ weise das elektronische Schaltelement 14 oder auch eine Strombegrenzungsvorrichtung oder Stromregelvorrichtung, verwendet werden. In vielen Fällen kann auch die elektro­ nische Steuervorrichtung 10 zur Verringerung der Baugröße und zur Erzielung einer kompakten Einheit im Stellmotor 11 integriert werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Einstellung des Kurzschlußmoments bei Elektromotoren, insbesondere Stellmotoren, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kurzschlußmoment (Mki) des Elektromotors (11) gemessen und mit einem vorgegebenen Sollmoment (Mks) verglichen wird, daß der zur Erzielung des Sollmoments (Mks) erforderliche Soll-Kurzschlußstrom (Iks) berechnet wird und daß in Abhängigkeit des berechneten Werts eine Vorgabe für den Soll-Kurzschlußstrom (Iks) in einer elektro­ nischen Steuervorrichtung (10) für den Elektromotor (11) gespeichert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Soll-Kurzschlußstroms (Iks) nach der Beziehung
Mks = c * Iks - Mv
erfolgt, wobei c ein konstanter Faktor und Mv das Verlust­ moment des Elektromotors darstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung des Soll-Kurzschlußstroms (Iks) der Ist-Kurzschlußstrom (Iki) gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit der gespeicherten Vor­ gabe des Soll-Kurzschlußstroms (Iks) der maximale Motorstrom begrenzt oder eingeregelt wird.
5. Vorrichtung zur Einstellung des Kurzschlußmoments bei Elektromotoren, insbesondere Stellmotoren, die mit einer elektrischen Steuervorrichtung versehen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuervorrichtung (10) einen Speicher (16) zur Vorgabe eines zuvor meßtechnisch und/oder rechne­ risch ermittelten Soll-Kurzschlußstroms (Iks) zur Einstel­ lung eines gewünschten Soll-Kurzschlußmoments (Mks) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (16) als abgleichbare oder einstellbare Widerstandsanordnung ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (16) ein Potentiometer ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (16) aus einer Vielzahl von Einzelwider­ ständen besteht, wobei zum Abgleich Mittel zum Ausbrennen solcher Einzelwiderstände vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände als integrierte Widerstände oder Schicht­ widerstände ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (16) als elektronischer Speicher ausge­ bildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (16) Bestandteil einer Strombegrenzungsvorrichtung (15) in der elektronischen Steuervorrichtung (10) ist, wobei der im Speicher (16) enthaltene Wert für den Soll-Kurzschlußstrom (Iks) den Strombegrenzungswert vorgibt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (16) Bestandteil einer Stromregelvorrichtung in der elektronischen Steuervorrich­ tung (10) ist, wobei der im Speicher (16) enthaltene Wert für den Soll-Kurzschlußstrom (Iks) den Sollwert in der Stromregelvorrichtung vorgibt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuervorrichtung (10) im Elektromotor (11) integriert ist.
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