DE4321334A1 - Schaltung zum Betreiben eines Elektromotors - Google Patents
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Description
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.
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.
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.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |