DE4321334A1 - Schaltung zum Betreiben eines Elektromotors - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zum Betreiben eines Elektromotors nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der US-PS 5 162 709 ist eine Schaltung zum Betreiben eines in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage angeordneten Gebläses bekannt, die eine signalverarbeitende Anordnung, eine Leistungsvorgabe und eine Dreh­ zahlermittlung enthält. Die Leistungsvorgabe und die Drehzahler­ mittlung sind in der signalverarbeitenden Anordnung enthalten, die als Mikrocomputer realisiert ist. Eine Eingabe stellt einen Sollwert für die Drehzahl des Gebläses bereit. Das Gebläse enthält einen elektronisch kommutierten Elektromotor, dessen Position mit drei Positionssensoren, denen der Hall-Effekt zugrundeliegt, erfaßt wird. In der signalverarbeitenden Anordnung wird aus den von den Posi­ tionssensoren abgegebenen Signalen die Drehzahl des Gebläses er­ mittelt und mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen. Eine als Computerprogramm realisierte Leistungsvorgabe ermittelt aus den vorliegenden Signalen Steuersignale zum Beeinflussen der Leistung des Elektromotors. Die Steuersignale werden an Ausgängen des Mikro­ computers bereitgestellt, die jeweils zu Endstufentransistoren führen.

In einem Ausführungsbeispiel der bekannten Schaltung ist vorgesehen, daß zumindest eines von drei Steuersignalen eine vorgegebene Modu­ lation oder Veränderung gegenüber den anderen aufweist, um Resonanz­ erscheinungen vorzubeugen, die in den Motorwicklungen durch elektro­ magnetische Kräfte auftreten könnten.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der bekannten Schaltung werden sowohl die Einschaltdauer wenigstens eines Steuersignals im Ver­ gleich zu den anderen beiden Signalen geändert als auch eine Ver­ änderung der Flankensteilheit oder der Kurvenform vorgenommen. Diese Maßnahme hat ebenfalls das Ziel, störende Geräusche, die durch elektromagnetische Wirkungen im Elektromotor entstehen, zu redu­ zieren.

Aus einem Beitrag von H. SAX, "Gleichstrommotoren richtig an­ steuern", veröffentlicht in der Fachzeitschrift ELEKTRONIK 18, 1989, Seiten 53-60, sind Schaltungen zum Steuern oder Regeln der Dreh­ zahl von Elektromotoren angegeben. Der Istwert der Drehzahl wird beispielsweise von Tachogeneratoren erfaßt. Derartige Tachogenera­ toren sind Beispiele für separate Sensoren zum Erfassen der Dreh­ zahl. Beschrieben sind weiterhin Drehzahlermittlungen, die ohne derartige Sensoren auskommen. Ein Beispiel ist die Ermittlung der elektromotorischen Gegenkraft, die in kurzzeitigen Betriebspausen des Elektromotors erfaßt wird. Eine indirekte Methode zum Ermitteln der Drehzahl ist die Innenwiderstands-Kompensation, die auf dem Prinzip beruht, den mit steigendem Lastmoment immer größer werdenden Spannungsabfall am Motorinnenwiderstand durch eine Erhöhung der Motorspannung auszugleichen. Bei dieser Methode ist die Drehzahl als bekannt anzunehmen. In einer anderen Ausgestaltung wird die Drehzahl des Elektromotors aus Störsignalanteilen des Stroms oder der Spannung ermittelt, die bei Kommutierungsvorgängen im Elektromotor auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum Be­ treiben eines Elektromotors anzugeben, die eine Reduzierung von störenden Geräuschentwicklungen in unterschiedlichen Betriebs­ situationen ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltung zum Betreiben eines Elektromotors verhindert das Auftreten von störenden Geräuschen, die beispiels­ weise experimentell innerhalb von bestimmten Drehzahlbereichen fest­ gestellt wurden. Derartige Geräuschbelästigungen können beispiels­ weise durch Resonanzerscheinungen auftreten, die den Elektromotor, dessen Montagevorrichtung oder auch die weitere Umgebung umfassen können.

Die in einer Tabelle hinterlegten Drehzahlbereiche werden dadurch ausgeblendet, daß die Leistungsvorgabe die Motorleistung erhöht oder absenkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsge­ mäßen Schaltung ergeben sich aus Unteransprüchen.

Anstelle einer kontinuierlichen Steuerung oder Regelung der Motordrehzahl kann die Vorgabe eines bestimmten Leistungs­ änderungswerts vorgesehen sein.

Der vorzugebende Wert für die Änderung ist experimentell festlegbar. Er muß ausreichend bemessen sein, damit der Elektromotor den in der Tabelle hinterlegten Drehzahlbereich nach oben oder nach unten ver­ lassen kann.

Eine zuverlässige und präzise Drehzahlmessung ist mit wenigstens einem Drehzahlsensor möglich, der entweder die Motordrehzahl un­ mittelbar oder eine Drehzahl in einem Getriebe oder die Drehzahl des angetriebenen Teils erfaßt. Eine kostengünstige Ermittlung der Dreh­ zahl des Elektromotors ist möglich durch die Erfassung der im Motor erzeugten elektromotorischen Gegenkraft, die in einer kurzzeitigen Abschaltphase der Energieversorgung gemessen wird. Eine andere kostengünstige Ermittlung der Motordrehzahl ermöglicht die Aus­ wertung eines dem Motorstrom oder der am Motor liegenden Spannung überlagerten Wechselspannungsanteils, der von Kommutierungsvorgängen im Elektromotor verursacht ist.

Die erfindungsgemäße Schaltung zum Betreiben eines Elektromotors ist insbesondere geeignet zur Verwendung bei einem Lüfter. Störende Betriebsgeräusche, die innerhalb von bestimmten Drehzahlbereichen auftreten, können unterdrückt werden. Der Lüfter kann vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der er­ findungsgemäßen Schaltung zum Betreiben eines Elektromotors ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung.

Zeichnung

In der Figur ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Betreiben eines Elektromotors gezeigt.

Die Figur zeigt einen Elektromotor 10, der ein bewegbares Teil 11 antreibt. Ein erster Anschluß 12 des Elektromotors 10 ist mit einem ersten Anschluß 13 einer nicht näher dargestellten Energiequelle verbunden. Ein zweiter Anschluß 14 des Elektromotors 10 ist über eine Endstufe 15 mit einem zweiten Anschluß 16 der Energiequelle verbindbar.

Die Endstufe 15 erhält ein Steuersignal 17 zugeführt, das eine signalverarbeitende Anordnung 18 abgibt. Das Steuersignal 17 wird von einer Leistungsvorgabe 19 festgelegt in Abhängigkeit von einem Leistungsanforderungssignal 20, das eine Leistungsanforderung 21 abgibt, und in Abhängigkeit von einem Ergebnissignal 22, das ein Vergleicher 23 bereitstellt. Die Vergleicher 23 gibt das Ergebnis­ signal 22 aus in Abhängigkeit von in einer Tabelle 24 hinterlegten Werten und in Abhängigkeit von einem Drehzahlsignal 25, das eine Drehzahlermittlung 26 bereitstellt.

Die Drehzahlermittlung erhält drei Eingangssignale 27, 28, 29 zuge­ führt. Das erste Eingangssignal 27 wird von einem Drehzahlsensor 30 abgegeben, der die Drehzahl des Elektromotors 10 oder einen dieser Drehzahl entsprechenden Wert ermittelt. Das zweite Eingangssignal 28 wird am zweiten Anschluß 14 des Elektromotors 10 abgegriffen. Das dritte Eingangssignal 29 wird von einem Stromsensor 31 bereitge­ stellt, der den durch den Elektromotor 10 fließenden Strom erfaßt.

Die erfindungsgemäße Schaltung zum Betreiben des Elektromotors 10 arbeitet folgendermaßen:

Der Elektromotor 10, der das bewegbare Teil 11 über einen nicht näher gezeigten Antriebsmechanismus antreibt, kann Drehzahlbereiche aufweisen, in denen störende Geräusche auftreten, die beispielsweise durch Resonanzerscheinungen verursacht sind. Resonanzen entstehen durch mechanische Schwingungen innerhalb des Motors oder beispiels­ weise aus Wechselwirkungen des Motors mit umgebenden Teilen oder mit der Umgebungsluft. Für den Menschen störende Geräuschbelästigungen treten beispielsweise bei Lüftern auf, die die Umgebungsluft zu Schwingungen anregen können. Erfindungsgemäß ist die Ausblendung von wenigstens einem Drehzahlbereich vorgesehen, innerhalb dem eine derartige Geräuschbelästigung auftritt. Der Drehzahlbereich wird beispielsweise experimentell oder mit einem Meßmikrofon erfaßt. Der wenigstens eine Bereich wird in der Tabelle 24 hinterlegt. Die Tabelle 24 ist vorzugsweise ein Speicherbauelement, das in der signalverarbeitenden Anordnung 18 enthalten ist. Der Vergleicher 23 überprüft ständig, ob das Drehzahlsignal 25 mit einem in der Tabelle 24 abgelegten Drehzahlbereich übereinstimmt. Falls eine Überein­ stimmung vorliegt, veranlaßt das ausgegebene Ergebnissignal 22 die Leistungsvorgabe 19 zur Änderung der Motorleistung. In einer ersten Ausgestaltung, die dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht, ist eine kontinuierliche Änderung der Motorleistung vorgesehen, die innerhalb eines Regelkreises stattfindet. Das Steuersignal 17 für die Endstufe 15 wird so lange geändert, bis das Ergebnissignal 22 anzeigt, daß der in der Tabelle 24 hinterlegte Drehzahlbereich verlassen ist.

In einer anderen Ausgestaltung ist eine Änderung der Motorleistung um einen bestimmten, beispielsweise experimentell festlegbaren Wert vorgesehen, der ausreicht, den in der Tabelle 24 hinterlegten Dreh­ zahlbereich nach oben oder nach unten zu verlassen.

Die Drehzahlermittlung 26 benötigt zum Bereitstellen des Drehzahl­ signals 25 wenigstens eines der Eingangssignale 27, 28, 29. Eine erste Möglichkeit, die Drehzahl des Elektromotors oder eines anderen, der Drehzahl entsprechenden Werts zu erfassen, sieht den Einsatz eines separaten Drehzahlsensors 30 vor. Der Drehzahlsensor 30 ist beispielsweise ein mit dem Elektromotor 10 gekoppelter Tachogenerator. Eine andere Realisierungsmöglichkeit ist mit einem Magnetfeldsensor gegeben. Dem Drehzahlsensor 30 kann beispielsweise der Hall-Effekt zugrundeliegen. Eine andere Ausgestaltung sieht einen induktiven Drehzahlsensor 30 vor. Geeignet ist weiterhin ein optoelektronischer Drehzahlsensor 30.

Eine andere Möglichkeit, die Drehzahl zu ermitteln, ist durch Messung der im Elektromotor 10 erzeugten elektromotorischen Gegen­ kraft möglich. Die elektromotorische Gegenkraft kann mit dem zweiten Eingangssignal 28 gemessen werden, das vom zweiten Anschluß 14 des Elektromotors 10 abgegriffen wird. Die elektromotorische Gegenkraft tritt in einer Arbeitspause auf, in der die Endstufe 15 kurzzeitig eine Abschaltung des Elektromotors 10 vornimmt.

Eine andere Möglichkeit, aus dem zweiten Eingangssignal 28 die Drehzahl abzuleiten, ist durch Auswertung eines am zweiten Anschluß 14 des Elektromotors 10 auftretenden Wechselspannungsanteils gege­ ben, der durch Kommutierungsvorgänge entsteht. Ein solcher Wechsel­ spannungsanteil ist auch von dem Stromsensor 31 erfaßbar, der das dritte Eingangssignal 29 der Drehzahlermittlung 26 gegebenenfalls bereitstellt. Der Stromsensor 31 kann beispielsweise als berührungs­ los arbeitende Strommeßzange ausgebildet sein.

Die Leistungsvorgabe 19 gibt über das Steuersignal 17 die Leistung für den Elektromotor 10 vorzugsweise nicht nur in Abhängigkeit von dem in der Figur gezeigten Ergebnissignal 22 und dem Leistungsan­ forderungssignal 20 vor, sondern berücksichtigt bei der Ermittlung des Steuersignals 17 sowohl die am ersten Anschluß 13 des Elektro­ motors 10 abgreifbare Betriebsspannung und/oder den vom Stromsensor 31 erfaßten Motorstrom. Neben einer getakteten Energieversorgung des Elektromotors 10, bei der die Endstufe 15 mit einer vorgegebenen Impulsdauer- und/oder Frequenzmodulation betrieben wird, ist mit dieser Maßnahme auch eine analoge Steuerung oder Regelung der Motor­ leistung möglich. Die Leistungsanforderung 21 ist beispielsweise eine Eingabe, die von einer Person bedient wird oder die einer von einem Temperaturregler abgegebenen Anforderung entspricht.

Claims (7)

1. Schaltung zum Betreiben eines Elektromotors, mit einer signalver­ arbeitenden Anordnung, einer Leistungsvorgabe und einer Drehzahler­ mittlung, dadurch gekennzeichnet, daß die signalverarbeitende An­ ordnung (18) eine Tabelle (24) mit wenigstens einem vorgegebenen Bereich für die Drehzahl des Elektromotors (10) oder eines ange­ triebenen Teils enthält, daß ein Vergleicher (23) vorgesehen ist, der das von der Drehzahlermittlung (26) abgegebene Drehzahlsignal (25) mit dem in der Tabelle (24) hinterlegten Bereich vergleicht und daß bei einer Übereinstimmung die Leistungsvorgabe (19) die Motor­ leistung erhöht oder absenkt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Übereinstimmung die Leistungsvorgabe (19) die Motorleistung um einen vorgegebenen Wert erhöht oder absenkt.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er­ mittlung der Drehzahl des Elektromotors (10) oder eines der Drehzahl entsprechenden Wertes wenigstens ein Drehzahlsensor (30) vorgesehen ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er­ mittlung der Drehzahl die elektromotorische Gegenkraft des Elektro­ motors (10) erfaßt wird.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er­ mittlung der Drehzahl ein Wechselspannungsanteil auf der Motor­ spannung oder im Motorstrom ausgewertet wird.

6. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einem elektromotorisch angetriebenen Lüfter.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist.