EP1576721A1 - Circuit arrangement and method for operation of an electric motor in a dc supply network - Google Patents

Circuit arrangement and method for operation of an electric motor in a dc supply network

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Publication number
EP1576721A1
EP1576721A1 EP03813520A EP03813520A EP1576721A1 EP 1576721 A1 EP1576721 A1 EP 1576721A1 EP 03813520 A EP03813520 A EP 03813520A EP 03813520 A EP03813520 A EP 03813520A EP 1576721 A1 EP1576721 A1 EP 1576721A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor
commutation
rotary position
circuit arrangement
rotor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03813520A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Koch
Peter Buerk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1576721A1 publication Critical patent/EP1576721A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/15—Controlling commutation time

Definitions

  • the invention is based on a circuit arrangement for operating an electric motor on a DC voltage network, in particular for operating a permanently magnetically excited DC motor on the DC voltage network of a motor vehicle, as has become known from DE 101 17 252 A.
  • This publication shows an electronically commutated two-phase electric motor with a rotor excited by permanent magnets and two windings in the stator alternately energized by control electronics via circuit breakers, with individual control periods per unit time being suppressed by the control electronics for regulating the electric motor.
  • the speed of the motor is specified by the control electronics from the comparison between an actual speed and a target speed, the publication making no information about the determination of the actual speed.
  • the use of Hall sensors is basically known for this.
  • electric motors with electronic commutation are also known for use in motor vehicles, which have a rotor equipped with permanent magnets and a stator carrying the windings.
  • motor vehicles the areas of application of such motors are in particular in the area of ventilation, pumps and adjustment drives.
  • the current fed in and the magnitude of the load torque determine the speed
  • the rotary movement results from the alternating energization of the stator windings from a DC voltage network, which is controlled on the basis of the rotor position.
  • the Control electronics are usually formed by a microcontroller ( ⁇ C) or a digital signal processor (DSP), whereby the commutation is controlled by a rotary position transmitter, the exact positioning of which is essential for maintaining the commutation time of the motor during operation.
  • ⁇ C microcontroller
  • DSP digital signal processor
  • the invention has for its object to enable the setting of the commutation time without mechanical adjustment, that is to say without changing the position of the rotary position sensor, taking into account existing tolerances of the individual motor.
  • This is achieved by the characteristic features of the higher-level circuit or method claims, which make it possible to compensate for the overall tolerances of mechanical, magnetic and electronic components after the motor has been assembled, and thus to optimize the efficiency of the motor.
  • this optimization means setting the highest possible delivery capacity of the motor for a given drive torque.
  • the electronic commutation control is formed by a microcontroller with a time delay in the output signals, which is preferably achieved by waiting cycles of the microcontroller after detection of the signal change of a rotary position transmitter.
  • the armature winding phases are expediently energized via electronic power output stages such as, for example, MOSFETs, to which the delayed output signals of the microcontroller are supplied as control signals.
  • the delay correction is preferably speed-dependent, in order to maintain the optimum commutation time according to the respective speed.
  • Bipolar Hall ICs are particularly suitable as rotary position encoders, which due to their small size and their insensitivity to elevated temperatures for installation in electric motors, are particularly suitable for the installation of the electric motors used in motor vehicles.
  • the circuit arrangement according to the invention and the method according to the invention can be used particularly advantageously in electric motors used in large numbers, in particular in the electric motors frequently used in motor vehicles with two armature strands wound in opposite directions, which are alternately energized via two electronic switches.
  • the electronic commutation correction of the signal of the rotary position transmitter which is set to an early commutation time during assembly, is possible in a particularly simple manner by the correct setting for the individual motor being determined once by an external measuring device and in a permanent memory of a microcontroller used as commutation control or in a external memory is saved. If the commutation control additionally receives the respective speed of the motor, determined, for example, from the distance between the signal edges of the rotary position transmitter, then the activation of the armature strands of the motor can also take place with a variable time delay.
  • 10 denotes a permanently magnetically excited, electrically double-stranded DC motor which is magnetically single-phase and is designed, for example, as a claw-pole motor.
  • the stator 12 there are two coils 14, 16 wound in opposite directions on a magnetic core 18.
  • One designated 20, two-pole or with one number of poles corresponding to an integral multiple of two trained rotor 20 of the motor 10 is designed as an inner rotor.
  • An embodiment of such a DC motor 10 has an inductance of 5-6 mH and a resistance of 1-3 ohms per coil.
  • the motor 10 is connected via two electronic switches 22, 24 to a DC voltage network with a positive pole 26 and a ground pole 28.
  • MOSFETs are preferably used as switches 22, 24.
  • the switches are electronic
  • Commutation control controlled by a microcontroller 30, which has two time delay elements T1, T2, which output the control signals to the switches 22, 24 with a delay.
  • a bipolar Hall IC 32 which is connected to the direct voltage source 26, 28 and which supplies the information about the position of the rotor 20 in accordance with the direction of flow N / S or S / N to the microcontroller 30, serves as the rotary position transmitter.
  • This also contains a permanent, non-volatile memory T, which serves as a long-term memory for the optimal commutation time measured by an external measuring device 34 for the individual motor, including all tolerances.
  • the value stored in the read-only memory T determines the correction of the speed sensor 30 adjusted during assembly to a premature commutation time.
  • an external memory can also be used instead of the internal memory T of the microcontroller.
  • the Hall IC 32 used as a rotary position transmitter is attached and adjusted to the stator 12 of the motor 10 so that it determines a premature position determined by the position of the rotor 20
  • Commutation time signals in accordance with the signal edge of the triggered by the variable magnetic field of the rotor Hall IC s 32.
  • the measure of the delay between the signal edge of the Hall IC s 32 and the signal output of the microcontroller 30 via the timing elements T1, T2 is determined by the measuring device 34 connected once to each motor and stored in the read-only memory T as a delay value ,
  • This is preferably in the form of a FLASH, an EPROM or an EEPROM, so that, in principle, a later correction of the delay value is also possible, for example due to tolerance changes that occurred during operation.
  • the position of the rotor 20 determines the coil 14, 16 to be energized, only one coil being energized in the magnetically single-phase motor shown. For example, when a signal from Hall IC 32 is received, only left motor coil 14 receives current. The switch 24 assigned to the right motor coil 16 remains open until an alternating edge of the signal of the Hall IC 32 corresponding to a change in the direction of flow of the rotor 20 reaches the microcontroller 30. At this time, the left coil 14 is switched off via the left switch 22 and the right coil 16 is energized with a delay. This delay is preferably variable in accordance with the speed of the rotor 20, since the ideal commutation time of the motor also changes with a variable speed.
  • the rotational speed of the rotor 20 is determined from the time interval between two signal edge changes of the Hall IC 32, which correspond to a change in the field direction of the rotor 20.
  • the measuring device 34 is not part of the individual motor 10, but rather belongs to the production devices for assembling the motors.
  • the microcontroller 30 receives in addition to the input signal of the Hall IC 32 via a further control input 36 a signal for the target speed of the motor 10, which is compared with the actual signal of the Hall IC 32 and switches the electronic switches 22, 24 on.
  • the essence of the invention is therefore the delay in the commutation time by waiting cycles within the microcontroller 30 after detection of a signal change supplied by the Hall IC 32.
  • the delay time is programmed once using the measuring device 34, taking into account the fundamentally constant overall tolerances of mechanical, magnetic and electronic components after the motor has been assembled, in order to optimize the efficiency of the motor, for example to optimize the delivery capacity of a pump motor.
  • the application of the invention is not limited to such a motor; rather, it can also be used in the same way for other electronically commutated motors, in particular for other brushless DC motors, and preferably when their commutation is detected by means of a Hall IC.

Abstract

The invention relates to a circuit arrangement and a method for operation of an electric motor in a DC supply network, in particular for the operation of a DC motor with a permanent magnet magnetisation in the DC network on a motor vehicle, which comprises a rotational position sensor (32), for recording the rotational position of the rotor (20) and an electronic commutation controller (30), for switching the current in the armature winding of the stator (12), depending on the position of the rotor (20). According to the invention, the rotational position sensor (32) is positioned relative to the stator, corresponding to an early commutation and the actual commutation point is determined by a delay correction, determined by separate measurement for each motor (10), which is adjustable in the electronic commutation controller (30).

Description

Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors an einem GleichspannungsnetzCircuit arrangement and method for operating an electric motor on a DC voltage network
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Elektromotors an einem Gleichspannungsnetz, insbesondere zum Betreiben eines permanentmagnetisch erregten Gleichstrommotors am Gleichspannungsnetz eines Kraftfahrzeuges, wie sie aus der DE 101 17 252 A bekannt geworden ist. Diese Druckschrift zeigt .einen elektronisch kommutierten zweiphasigen Elektromotor mit einem durch Dauermagnete erregten Rotor und zwei wechselweise durch eine Steuerelektronik über Leistungsschalter bestromten Wicklungen im Stator, wobei zur Regelung des Elektromotors von der Steuerelektronik einzelne Bestro ungsperioden je Zeiteinheit unterdrückt werden. Die Drehzahl des Motors wird durch die Steuerelektronik aus dem Vergleich zwischen einer Istdrehzahl und einer Solldrehzahl vorgegeben, wobei die Druckschrift keine Angaben über die Bestimmung der Istdrehzahl macht. Die Verwendung von Hall-Gebern ist hierzu jedoch grundsätzlich bekannt.The invention is based on a circuit arrangement for operating an electric motor on a DC voltage network, in particular for operating a permanently magnetically excited DC motor on the DC voltage network of a motor vehicle, as has become known from DE 101 17 252 A. This publication shows an electronically commutated two-phase electric motor with a rotor excited by permanent magnets and two windings in the stator alternately energized by control electronics via circuit breakers, with individual control periods per unit time being suppressed by the control electronics for regulating the electric motor. The speed of the motor is specified by the control electronics from the comparison between an actual speed and a target speed, the publication making no information about the determination of the actual speed. The use of Hall sensors is basically known for this.
Weiterhin sind auch für die Verwendung in Kraftfahrzeugen Elektromotoren mit elektronischer Kommutierung bekannt, welche einen mit Permanentmagneten bestückten Rotor und eine die Wicklungen tragenden Stator aufweisen. Im Kraftfahrzeug liegen die Einsatzgebiete derartiger Motoren insbesondere im Bereich der Lüftung, der Pumpen und der Verstellantriebe . Hierbei bestimmen der eingespeiste Strom und die Größe des Lastmomentes die Drehzahl, die Drehbewegung ergibt sich durch die auf Grund der Rotorstellung gesteuerte abwechselnde Bestromung der Statorwicklungen aus einem Gleichspannungsnetz. Die Steuerelektronik wird dabei in der Regel von einem Mikrocontroller (μC) oder einem digitalen Signalprozessor (DSP) gebildet, wobei die Kommutierung durch einen Drehstellungsgeber gesteuert wird, dessen exakte Positionierung für die Einhaltung des KommutierungsZeitpunktes des Motors im Betrieb wesentlich ist.Furthermore, electric motors with electronic commutation are also known for use in motor vehicles, which have a rotor equipped with permanent magnets and a stator carrying the windings. In motor vehicles, the areas of application of such motors are in particular in the area of ventilation, pumps and adjustment drives. Here, the current fed in and the magnitude of the load torque determine the speed, the rotary movement results from the alternating energization of the stator windings from a DC voltage network, which is controlled on the basis of the rotor position. The Control electronics are usually formed by a microcontroller (μC) or a digital signal processor (DSP), whereby the commutation is controlled by a rotary position transmitter, the exact positioning of which is essential for maintaining the commutation time of the motor during operation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einstellung des KommutierungsZeitpunktes ohne mechanische Justierung, dass heißt ohne eine Veränderung der Position des Drehstellungsgebers unter Berücksichtigung vorhandener Toleranzen des einzelnen Motors zu ermöglichen. Dies wird erreicht durch die kennzeichnenden Merkmale der übergeordneten Schaltungs- beziehungsweise Verfahrensansprüche, welche es ermöglichen, die Gesamt- Toleranzen von mechanischen, magnetischen und elektronischen Komponenten nach dem Zusammenbau des Motors auszugleichen und damit den Wirkungsgrad des Motors zu optimieren. Beispielsweise bei einem Pumpenmotor bedeutet diese Optimierung die Einstellung der höchstmöglichen Förderleistung des Motors bei gegebenem Antriebsmoment .The invention has for its object to enable the setting of the commutation time without mechanical adjustment, that is to say without changing the position of the rotary position sensor, taking into account existing tolerances of the individual motor. This is achieved by the characteristic features of the higher-level circuit or method claims, which make it possible to compensate for the overall tolerances of mechanical, magnetic and electronic components after the motor has been assembled, and thus to optimize the efficiency of the motor. For example, in the case of a pump motor, this optimization means setting the highest possible delivery capacity of the motor for a given drive torque.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die elektronische Kommutierungssteuerung von einem Mikrocontroller mit einer Zeitverzögerung der Ausgangssignale gebildet wird, welche man vorzugsweise durch Wartezyklen des Mikrocontrollers nach Erkennung des Signalwechsels eines Drehstellungsgebers erreicht. Zweckmäßigerweise erfolgt hierbei die Bestromung der Ankerwicklungsstränge über elektronische Leistungsendstufen wie zum Beispiel MOSFETs, welchen die verzögerten Ausgangssignale des Mikrocontrollers als Steuersignale zugeführt werden. Die Verzögerungskorrektur erfolgt vorzugsweise drehzahlabhängig, um entsprechend der jeweiligen Drehzahl den optimalen KommutierungsZeitpunkt einzuhalten. Als Drehstellungsgeber eignen sich insbesondere bipolare Hall-ICs, welche aufgrund ihrer geringen Baugröße und ihrer Unempfindlichkeit gegenüber erhöhten Temperaturen für den Einbau in Elektromotoren, insbesondere für den Einbau der in Kraftfahrzeugen verwendeten Elektromotoren besonders geeignet sind.It has proven to be advantageous if the electronic commutation control is formed by a microcontroller with a time delay in the output signals, which is preferably achieved by waiting cycles of the microcontroller after detection of the signal change of a rotary position transmitter. In this case, the armature winding phases are expediently energized via electronic power output stages such as, for example, MOSFETs, to which the delayed output signals of the microcontroller are supplied as control signals. The delay correction is preferably speed-dependent, in order to maintain the optimum commutation time according to the respective speed. Bipolar Hall ICs are particularly suitable as rotary position encoders, which due to their small size and their insensitivity to elevated temperatures for installation in electric motors, are particularly suitable for the installation of the electric motors used in motor vehicles.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren sind wegen ihrer einfachen und preiswerten Gestaltung besonders vorteilhaft einsetzbar bei in großen Stückziahlen verwendeten Elektromotoren, insbesondere bei den in Kraftfahrzeugen häufig benutzten Elektromotoren mit zwei gegensinnig gewickelten Ankersträngen, welche über zwei elektronische Schalter abwechselnd bestromt werden. Hierbei ist die elektronische Kommutierungskorrektur des bei der Montage auf einen frühen KommutierungsZeitpunkt eingestellten Signals des Drehstellungsgebers in besonders einfacher Weise möglich, indem die korrekte Einstellung für den einzelnen Motor einmalig durch eine äußere Messeinrichtung ermittelt und in einem permanenten Speicher eines als Kommutierungssteuerung verwendeten Mikrocontrollers oder in einem externen Speicher abgespeichert wird. Wenn die KommutierungsSteuerung zusätzlich die jeweilige Drehzahl des Motors, ermittelt beispielsweise aus dem Abstand der Signalflanken des Drehstellungsgebers, erhält, so kann die Ansteuerung der Ankerstränge des Motors zusätzlich zeitlich variabel verzögert erfolgen.Because of their simple and inexpensive design, the circuit arrangement according to the invention and the method according to the invention can be used particularly advantageously in electric motors used in large numbers, in particular in the electric motors frequently used in motor vehicles with two armature strands wound in opposite directions, which are alternately energized via two electronic switches. Here, the electronic commutation correction of the signal of the rotary position transmitter, which is set to an early commutation time during assembly, is possible in a particularly simple manner by the correct setting for the individual motor being determined once by an external measuring device and in a permanent memory of a microcontroller used as commutation control or in a external memory is saved. If the commutation control additionally receives the respective speed of the motor, determined, for example, from the distance between the signal edges of the rotary position transmitter, then the activation of the armature strands of the motor can also take place with a variable time delay.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung des Ausführungsbeispieles der Erfindung.Further details and advantageous developments of the invention result from the subclaims and the description of the exemplary embodiment of the invention.
Die Zeichnungen zeigt eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.The drawings show a schematic diagram of the circuit arrangement according to the invention.
In der Figur ist mit 10 ein permanentmagnetisch erregter, elektrisch zweisträngiger Gleichstrommotor bezeichnet, welcher magnetisch einphasig ausgebildet und beispielsweise als Klauenpol-Motor gestaltet ist. Im Stator 12 sitzen dabei zwei gegensinnig gewickelte Spulen 14, 16 auf einem Magnetkern 18. Ein mit 20 bezeichneter, zweipolig oder mit einer Polzahl entsprechend einem ganzzahligen Vielfachen von zwei ausgebildeter Rotor 20 des Motors 10 ist als Innenläufer gestaltet. Eine Ausführung eines derartigen Gleichstrommotors 10 hat je Spule eine Induktivität von 5-6 mH und einen Widerstand von 1-3 Ohm.In the figure, 10 denotes a permanently magnetically excited, electrically double-stranded DC motor which is magnetically single-phase and is designed, for example, as a claw-pole motor. In the stator 12 there are two coils 14, 16 wound in opposite directions on a magnetic core 18. One designated 20, two-pole or with one number of poles corresponding to an integral multiple of two trained rotor 20 of the motor 10 is designed as an inner rotor. An embodiment of such a DC motor 10 has an inductance of 5-6 mH and a resistance of 1-3 ohms per coil.
Der Motor 10 ist über zwei elektronische Schalter 22, 24 an ein Gleichspannungsnetz mit einem Pluspol 26 und einem Massepol 28 angeschlossen. Als Schalter 22, 24 dienen vorzugsweise MOSFETs. Die Schalter werden über eine elektronischeThe motor 10 is connected via two electronic switches 22, 24 to a DC voltage network with a positive pole 26 and a ground pole 28. MOSFETs are preferably used as switches 22, 24. The switches are electronic
KommutierungsSteuerung angesteuert mit einem Mikrocontroller 30, der zwei Zeitverzögerungsglieder Tl, T2 aufweist, welche die Ansteuersignale an die Schalter 22, 24 verzögert abgeben. Als Drehstellungsgeber dient ein bipolarer Hall-IC 32, welcher an die Gleichspannungsquelle 26, 28 angeschlossen ist und die Information über die Position des Rotors 20 entsprechend der Durchflutungsrichtung N/S oder S/N an den Mikrocontroller 30 liefert. Dieser enthält weiterhin einen permanenten, nicht flüchtigen Speicher T, welcher als Langzeitspeicher für den von einer äußeren Messeinrichtung 34 für den einzelnen Motor unter Einbeziehung aller Toleranzen gemessenen optimalen Kommutierungszeitpunkt dient. Der in dem Festwertspeicher T gespeicherte Wert bestimmt die Korrektur des bei der Montage auf einen vorzeitigen Kommutierungszeitpunkt justierten Drehzahlgebers 30. Anstelle des internen Speichers T des Mikrocontrollers kann jedoch auch ein externer Speicher verwendet werden.Commutation control controlled by a microcontroller 30, which has two time delay elements T1, T2, which output the control signals to the switches 22, 24 with a delay. A bipolar Hall IC 32, which is connected to the direct voltage source 26, 28 and which supplies the information about the position of the rotor 20 in accordance with the direction of flow N / S or S / N to the microcontroller 30, serves as the rotary position transmitter. This also contains a permanent, non-volatile memory T, which serves as a long-term memory for the optimal commutation time measured by an external measuring device 34 for the individual motor, including all tolerances. The value stored in the read-only memory T determines the correction of the speed sensor 30 adjusted during assembly to a premature commutation time. However, an external memory can also be used instead of the internal memory T of the microcontroller.
Die dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen:The circuit arrangement shown works as follows:
Wie zuvor bereits erwähnt wird beim Zusammenbau des Motors 10 der als Drehstellungsgeber verwendete Hall-IC 32 so am Stator 12 des Motors 10 befestigt und justiert, dass er einen vorzeitigen, durch die Stellung des Rotors 20 bestimmtenAs previously mentioned, when assembling the motor 10, the Hall IC 32 used as a rotary position transmitter is attached and adjusted to the stator 12 of the motor 10 so that it determines a premature position determined by the position of the rotor 20
Kommutierungszeitpunkt signalisiert entsprechend der durch das veränderliche Magnetfeld des Rotors ausgelösten Signalflanke des Hall-IC s 32. Das Maß der Verzögerung zwischen der Signalflanke des Hall-IC s 32 und der Signalausgabe des Mikrocontrollers 30 über die Zeitglieder Tl, T2 wird durch die einmalig an jeden Motor angeschlossene Messeinrichtung 34 ermittelt und als Verzögerungswert in dem Festwertspeicher T abgelegt. Dieser ist vorzugsweise als FLASH, als EPROM oder als EEPROM ausgebildet, so dass grundsätzlich auch eine spätere Korrektur des Verzögerungswertes, beispielsweise durch im Betrieb aufgetretene Toleranzänderungen, möglich ist.Commutation time signals in accordance with the signal edge of the triggered by the variable magnetic field of the rotor Hall IC s 32. The measure of the delay between the signal edge of the Hall IC s 32 and the signal output of the microcontroller 30 via the timing elements T1, T2 is determined by the measuring device 34 connected once to each motor and stored in the read-only memory T as a delay value , This is preferably in the form of a FLASH, an EPROM or an EEPROM, so that, in principle, a later correction of the delay value is also possible, for example due to tolerance changes that occurred during operation.
Durch die Stellung des Rotors 20 ist die jeweils zu bestromende Spule 14, 16 bestimmt, wobei in dem dargestellten, magnetisch einphasigen Motor jeweils nur eine Spule bestromt wird. So erhält beispielsweise beim Eingang eines Signals des Hall-IC 32 nur die linke Motorspule 14 Strom. Der der rechten Motorspule 16 zugeordnete Schalter 24 bleibt geöffnet, bis eine wechselnde Flanke des Signals des Hall-IC s 32 entsprechend einem Wechsel der Flussrichtung des Rotors 20 an den Mikrocontroller 30 gelangt. In diesem Zeitpunkt wird die linke Spule 14 über den linken Schalter 22 abgeschaltet und die rechte Spule 16 verzögert bestromt. Diese Verzögerung ist vorzugsweise variabel entsprechend der Drehzahl des Rotors 20, da sich mit veränderlicher Drehzahl auch der ideale KommutierungsZeitpunkt des Motors ändert. Die Drehgeschwindigkeit des Rotors 20 wird aus dem Zeitintervall zwischen zwei Signalflankenwechseln des Hall-IC s 32 bestimmt, welche einer Feldrichtungsänderung des Rotors 20 entsprechen. Die Messeinrichtung 34 ist nicht Teil des einzelnen Motors 10 sondern sie gehört zu den Fertigungseinrichtungen für den Zusammenbau der Motoren.The position of the rotor 20 determines the coil 14, 16 to be energized, only one coil being energized in the magnetically single-phase motor shown. For example, when a signal from Hall IC 32 is received, only left motor coil 14 receives current. The switch 24 assigned to the right motor coil 16 remains open until an alternating edge of the signal of the Hall IC 32 corresponding to a change in the direction of flow of the rotor 20 reaches the microcontroller 30. At this time, the left coil 14 is switched off via the left switch 22 and the right coil 16 is energized with a delay. This delay is preferably variable in accordance with the speed of the rotor 20, since the ideal commutation time of the motor also changes with a variable speed. The rotational speed of the rotor 20 is determined from the time interval between two signal edge changes of the Hall IC 32, which correspond to a change in the field direction of the rotor 20. The measuring device 34 is not part of the individual motor 10, but rather belongs to the production devices for assembling the motors.
Im Betrieb erhält der Mikrocontroller 30 zusätzlich zu dem Eingangssignal des Hall-IC 32 über einen weiteren Steuereingang 36 ein Signal für die Solldrehzahl des Motors 10, welches mit dem Istsignal des Hall-IC 32 verglichen wird und die elektronischen Schalter 22, 24 leitend schaltet. Kern der Erfindung ist somit die Verzögerung des Kommutierungszeitpunktes durch Wartezyklen innerhalb des Mikrocontrollers 30 nach Erkennen eines von dem Hall-IC 32 gelieferten Signalwechsels. Die Verzögerungszeit wird einmalig mit Hilfe der Messeinrichtung 34 unter Berücksichtigung der grundsätzlich gleich bleibenden Gesamttoleranzen von mechanischen, magnetischen und elektronischen Komponenten nach dem Zusammenbau des Motors programmiert um eine Optimierung des Wirkungsgrades des Motors, beispielsweise die Optimierung der Förderleistung eines Pumpenmotors zu erreichen. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf einen derartigen Motor begrenzt, vielmehr ist sie auch für andere elektronisch kommutierte Motoren, insbesondere für andere bürstenlose Gleichstrommotoren, in gleicher Weise anwendbar, und zwar vorzugsweise dann, wenn deren Kommutierungserkennung mittels eines Hall-IC erfolgt. In operation, the microcontroller 30 receives in addition to the input signal of the Hall IC 32 via a further control input 36 a signal for the target speed of the motor 10, which is compared with the actual signal of the Hall IC 32 and switches the electronic switches 22, 24 on. The essence of the invention is therefore the delay in the commutation time by waiting cycles within the microcontroller 30 after detection of a signal change supplied by the Hall IC 32. The delay time is programmed once using the measuring device 34, taking into account the fundamentally constant overall tolerances of mechanical, magnetic and electronic components after the motor has been assembled, in order to optimize the efficiency of the motor, for example to optimize the delivery capacity of a pump motor. However, the application of the invention is not limited to such a motor; rather, it can also be used in the same way for other electronically commutated motors, in particular for other brushless DC motors, and preferably when their commutation is detected by means of a Hall IC.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Elektromotors an einer Gleichspannungsquelle, insbesondere zum Betreiben eines permanentmagnetisch erregten Gleichstrommotors am Gleichspannungsnetz eines Kraftfahrzeuges, mit einem Drehstellungsgeber zur Erfassung der Drehstellung des Rotors und mit einer elektronischen KommutierungsSteuerung zum Umschalten des Stromes in der Ankerwicklung des Stators in Abhängigkeit von der Stellung des Rotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstellungsgeber (32) in Bezug zum Stator (12) im Sinne einer frühen Kommutierung positioniert ist und dass der tatsächliche KommutierungsZeitpunkt durch eine messtechnisch für den Motor ermittelte Verzögerungskorrektur in der elektronischen Kommutierungssteuerung (30) einstellbar ist.1.Circuit arrangement for operating an electric motor on a DC voltage source, in particular for operating a permanently magnetically excited DC motor on the DC voltage network of a motor vehicle, with a rotary position transmitter for detecting the rotary position of the rotor and with an electronic commutation control for switching over the current in the armature winding of the stator depending on the Position of the rotor, characterized in that the rotary position transmitter (32) is positioned in relation to the stator (12) in the sense of early commutation and that the actual commutation time can be set in the electronic commutation control (30) by a deceleration correction determined for the motor by measurement technology.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kommutierungssteuerung einen digitalen Signalprozessor oder einen Mikrocontroller (30) mit einer Zeitverzögerungsanordnung (T, Tl, T2) aufweist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the electronic commutation control has a digital signal processor or a microcontroller (30) with a time delay arrangement (T, Tl, T2).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitverzögerungsanordnung Zeitglieder3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the time delay arrangement timing elements
(Tl, T2) enthält, welche die Leistungsendstufen (22, 24) der Ankerwicklungsstränge (14, 16) steuern.(Tl, T2), which control the power output stages (22, 24) of the armature winding strands (14, 16).
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehstellungsgeber ein bipolarer Hall-IC (32) vorgesehen ist. 4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a bipolar Hall IC (32) is provided as the rotary position transmitter.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der Verzögerung zwischen dem Signal des Drehstellungsgebers (32) und der Signalausgabe der Kommutierungssteuerung (30) durch eine Messeinrichtung (34) ermittelt und in einem permanenten Speicher (T) der Kommutierungssteuerung (30) abgespeichert wird.5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the measure of the delay between the signal of the rotary position transmitter (32) and the signal output of the commutation control (30) is determined by a measuring device (34) and in a permanent memory (T) of the commutation control (30) is saved.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwicklung des Motors (10) zwei gegensinnig gewickelte Spulen (14, 16) aufweist, welche über zwei elektronische Schalter (22, 24) abwechselnd und zeitlich variabel verzögert durch die KommutierungsSteuerung (30) mit der Gleichspannungsquelle (26, 28) verbindbar sind.6. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the armature winding of the motor (10) has two coils (14, 16) wound in opposite directions, which are alternately and temporally variable delayed by the commutation control (2) via two electronic switches (22, 24). 30) can be connected to the direct voltage source (26, 28).
7. Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors an einer Gleichspannungsquelle, insbesondere zum Betreiben eines permanentmagnetisch erregten Gleichstrommotors am Gleichspannungsnetz eines Kraftfahrzeuges, mit einem Drehstellungsgeber zur Erfassung der Drehstellung des Rotors und mit einer elektronischen Kommutierungssteuerung zum Umschalten des Stromes in der Ankerwicklung des Stators in Abhängigkeit von der Stellung des Rotors, dadurch gekennzeichnet, dass durch die mechanische Positionierung des Drehstellungsgebers (32) ein früher KommutierungsZeitpunkt eingestellt wird, welcher danach durch eine messtechnische, für jeden Motor (10) ermittelte Korrektur in der elektronischen Kommutierungssteuerung (30) auf den unter Berücksichtigung von mechanischen, magnetischen und/oder elektrischen Toleranzen optimalen7. Method for operating an electric motor on a DC voltage source, in particular for operating a permanent magnet excited DC motor on the DC voltage network of a motor vehicle, with a rotary position sensor for detecting the rotary position of the rotor and with an electronic commutation control for switching over the current in the armature winding of the stator depending on the Position of the rotor, characterized in that an early commutation time is set by the mechanical positioning of the rotary position transmitter (32), which is then determined by a measurement-related correction in the electronic commutation control (30) for each motor (10), taking into account mechanical ones , magnetic and / or electrical tolerances optimal
KommutierungsZeitpunkt des Motors (10) verzögert wird.Commutation time of the motor (10) is delayed.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung der AusgangsSignale der elektronischen Kommutierungssteuerung (30) drehzahlabhängig erfolgt.8. The method according to claim 7, characterized in that the delay of the output signals of the electronic commutation control (30) is speed-dependent.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale für den KommutierungsZeitpunkt von einem Drehstellungsgeber (32) an eine Kommutierungssteuerung (30) geliefert, von dieser gespeichert und durch von einer externen Messeinrichtung (34) bestimmte Wartezyklen nach Erkennung der Signalwechsel des Drehstellungsgebers (32) verzögert werden.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the signals for the commutation time of one Rotary position transmitter (32) is delivered to a commutation controller (30), stored by the latter and delayed by waiting cycles determined by an external measuring device (34) after detection of the signal changes of the rotary position transmitter (32).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegensinnig gewickelte Ankerstränge (14, 16) des Motors (10) über zwei elektronische Schalter (22, 24) abwechselnd und zeitlich variabel verzögert bestromt werden 10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that two oppositely wound armature strands (14, 16) of the motor (10) via two electronic switches (22, 24) are energized alternately and with a time delay
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