EP2338223A2 - D.c. motor and method for operating said d.c. motor - Google Patents

D.c. motor and method for operating said d.c. motor

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Publication number
EP2338223A2
EP2338223A2 EP09736594A EP09736594A EP2338223A2 EP 2338223 A2 EP2338223 A2 EP 2338223A2 EP 09736594 A EP09736594 A EP 09736594A EP 09736594 A EP09736594 A EP 09736594A EP 2338223 A2 EP2338223 A2 EP 2338223A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
rotational position
rotor
stator coils
current
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09736594A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
David Fricker
Gerhard Knecht
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 EP2338223A2 publication Critical patent/EP2338223A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/185Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using inductance sensing, e.g. pulse excitation

Definitions

  • the present invention relates to a DC motor according to the preamble of claim 1 and a method for operating the DC motor according to the preamble of claim 2.
  • Such a so-called brushless sensorless DC motor comprises a rotor having at least one permanent magnet, and a stator having at least three stator coils, wherein a control device is provided, which is adapted to determine a rotational position of the rotor and an energization of the stator coils from the rotational position of the rotor, and wherein the control means is arranged to determine the rotational position in a high speed range based on a voltage induced in one of the stator coils.
  • a disadvantage is that at low speeds no sufficient voltages are induced in the stator coils. Therefore, the rotational position of the rotor can not be determined.
  • the stator coils are therefore switched blind during startup of the engine in the low speed range. This can lead to the fact that the energization of the stator coils does not lead to an acceleration of the motor, but to a deceleration of the rotor. The rotor then reaches the high speed range only after a long time or not at all.
  • the present invention has for its object to provide a DC motor of the type mentioned and a method for operating the DC motor, wherein the DC motor is controlled by the method in a low speed range depending on a rotational position of the rotor.
  • the object underlying the invention is achieved by a DC motor having the features of the characterizing part of patent claim 1 and a method for operating the DC motor having the features of the characterizing part of patent claim 2.
  • the present invention relates to a DC motor, wherein the control means is arranged to determine the rotational position in a low speed range based on a current when a voltage is applied to one of the stator coils.
  • a low speed range is generally a speed range that is below a high speed range in which sufficient voltages are not induced in the stator coils to determine the rotational position, and in which the rotor speed is typically less than 500 rpm, while in the high Speed range the
  • Rotor speed is typically more than 500 U / min.
  • no further sensor is required to determine the speed in the low speed range.
  • the DC motor is a follow-up pole motor (English: consequent pole motor).
  • the present invention further relates to a method of operating the DC motor with the following steps in a low speed range: applying a voltage to one of the stator coils; Determining a current at the one of the stator coils; Determining the rotor position based on the course of the current; and energizing the stator coils in dependence on the detected rotational position.
  • the determination of the current in connection with the invention does not mean that the current is determined numerically exactly. It can also be determined only a size that is proportional to the current.
  • a voltage is applied to the at least one further stator coil, a further current is determined at the at least one further stator coil, and the rotational position is determined based on the course of the further current. This makes it possible to determine if the rotor is in one of several different rotational positions.
  • the applied voltages are voltage pulses. These voltage pulses typically have a duration of several 100 ⁇ s. This allows the rotational position of the
  • the voltage pulses are applied repeatedly, and the time interval between the repeated application of the voltage pulses decreases.
  • the time interval between the repeated application of the voltage pulses is adapted to the increasing speed of the rotor.
  • the applied voltages are reversed, currents are determined on the stator coils for the polarity reversed voltages, and the rotational position is determined based on the course of the currents for the polarity reversed voltages.
  • the reversed voltages are preferably also voltage pulses and have the same duration as the aforementioned voltage pulses. By two opposite voltage pulses, the speed of the rotor is hardly affected.
  • the amounts of current increases at each voltage and reverse voltage stator coil are added together to form a summed current increase, the maximum summed current increase is compared to the other current increases to determine the rotational position. Offset errors of the streams can thus be extracted.
  • an angular range can be set, in which the rotational position of the rotor.
  • Voltage values of the voltage induced in one of the stator coils are determined to be a multiple (at least twice) of the electrical angle of 360 °. These are voltage values for the same rotor position. This ensures that deviations between the poles of the rotor do not affect the determination of the rotational position.
  • FIG. 1 is a schematic view of a DC motor with an associated power supply
  • FIG. 2 is a detail view of the DC motor and its associated
  • FIG. 3 is a view of the voltage comparator circuit of FIG. 1 ;
  • FIG. 4 is a view of the voltage amplifier of FIG. 1 ;
  • FIG. 1 shows a schematic view of a DC motor 1 with an associated energizing device 2.
  • a DC motor is used, for example, for a coolant pump of a motor vehicle.
  • the energizing device 2 provides a current to the DC motor 1 via the power lines 3, 4 and 5.
  • the energizing device 2 comprises a control circuit 6, a driver circuit 7 with a charge pump, a switching device 8 with a plurality of switching transistors, a voltage comparator circuit 9 and a voltage amplifier circuit 10.
  • a voltage regulation circuit 1 1 a polarity reversal protection circuit 12, an overvoltage protection circuit 13, a capacitor 14 and a resistor 15 are provided.
  • the capacitor 14 buffers the recovered energy due to the inductive load of the stator coils (see FIG.2).
  • the resistor 15 has a low value and ensures that the current flowing through the resistor 15 to the ground terminal can be amplified by the voltage amplifier circuit 10.
  • the polarity reversal protection circuit 12 ensures that an incorrectly polarized supply voltage Vref does not damage the lighting device 2.
  • the voltage regulation circuit 1 1 controls the voltage applied to the control circuit 6 to a certain value.
  • Overvoltage protection circuit 13 ensures that the driver circuit 7 is not damaged by overvoltages.
  • the control circuit 6 controls the driver circuit 7 depending on the signals from the voltage comparator circuit 9 or the voltage amplifier circuit 10.
  • the driver circuit 7 applies voltages to the switching transistors of the switching device 9 to open or close the switching transistors.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the DC motor 1 and the associated switching device 8 from FIG. 1.
  • the DC motor includes an iron core
  • the two stator coils of a stator coil pair uu ', vv' and ww ' are each offset by 180 °.
  • each stator coil pair uu ', vv' and ww ' is connected to two switching transistors T1 and T2, T3 and T4 and T5 and T6, respectively, which are closed or opened by the driver circuit 7.
  • the switching transistors T1, T3 and T5 respectively connect or disconnect the stator coil pairs uu ', vv' and ww 'with a high voltage potential Vref.
  • the switching transistors T2, T4 and T6 respectively connect or disconnect the stator coil pairs uu ', vv' and ww 'with a low voltage potential at a node 25.
  • the other ends of each stator coil pair uu ', vv' and ww ' are connected to each other.
  • Permanent magnet 27 is formed. Such a DC motor is known by the name "consequent pole motor.”
  • Transistors are turned on, so that the current flows through two pairs of stator coils.
  • FIG. 3 shows a view of the voltage comparator circuit 9 of FIG. 1.
  • the voltage comparator circuit 9 comprises three identically formed
  • Each of the comparator circuits comprises a plurality of resistors R1, R2, R3, R4 and R5, a plurality of capacitors C1, C2 and C3 and an operational amplifier OP1. As already noted, in normal operation only two pairs of stator coils are alternately energized.
  • Operational amplifier OP1 which belongs to the third non-energized coil.
  • the Voltages at the nodes 22, 23 and 24 are supplied to the control circuit 6.
  • FIG. 4 shows a view of the voltage amplifier circuit 10 of FIG. 1 .
  • the voltage amplifier circuit 10 comprises a plurality of resistors R6, R7, R8,
  • the resistors R8 and R1 1 and R10 and R9 are each the same size. Nodes 25, 28 and 29 are also shown in FIG. 1 drawn.
  • the resistors R6 and R7 are also the same size, so that at the non-inverting input of the operational amplifier OP2 and at the output of the
  • Operational amplifier OP2 voltage Vref / 2 (internal voltage of 0 V) is applied.
  • Vref / 2 internal voltage of 0 V
  • the operational amplifier OP3 is connected as an inverting amplifier, so that at the output of the operational amplifier OP3 (node 28) a proportional voltage corresponding to the current direction across R15 is applied, as is necessary for the operation of the control circuit 6.
  • the normal operation of the DC motor 1 is interrupted at a low speed by test pauses.
  • two opposite voltage pulses are applied to each of the pairs of stator coils uu ', vv' and ww 'shortly after one another.
  • the voltage pulses are all the same length and have the same amplitude. By applying two opposite voltage pulses possible offset errors are compensated.
  • the movement of the rotor 26 is hardly affected.
  • the transistors T1, T4 and T6 are turned on during the first voltage pulse and the transistors T2, T3 and T5 are switched on during the second voltage pulse.
  • Each of the voltage pulses has a duration of a few 100 ⁇ s.
  • the rotor 26 is therefore almost in the same rotational position during the entire test break.
  • the transistors T3, T2 and T6 are turned on during the first voltage pulse and the transistors T4, T1 and T5 are turned on during the second voltage pulse.
  • the stator coil pair ww 'during the first voltage pulse the stator coil pair ww 'during the first voltage pulse
  • the magnetic field lines penetrate the permanent magnets 27 more or less.
  • the inductance of the stator coil pair uu ' changes.
  • the current increases in the
  • a voltage value proportional to the current value is supplied to the control circuit 6.
  • the control circuit 6 calculates when the rotor 26 is at a rotational position at which one of the transistors T1 to T6 is to be turned on or off. The control circuit 6 now causes the driver circuit 7, the
  • Transistors T1 to T6 turn on or off as desired at certain rotational positions off.
  • the test pauses are repeated continuously in the low speed range.
  • the time interval of the test pauses is thereby continuously reduced in order to adapt the determination of the rotational position to the increased rotational speed.
  • the DC motor 2 After a certain time, the DC motor 2 has reached a high speed (> 500 rpm).
  • Rotor 26 can now induce a measurable voltage in the stator coil pairs uu ⁇ vv 'or ww'.
  • the zero crossings of these induced voltages are recognized by control circuit 6 as changing the sign of the voltages at outputs 22, 23, and 24, respectively. Interrupting the normal operation of the DC motor to detect the rotational position of the rotor is not required. These zero crossings each correspond to a certain electrical angle ⁇ el.
  • FIG. 6 shows the amplitude of the induced voltage as a function of the electrical angle.
  • the control circuit 6 calculates the rotational speed and concludes from the rotational speed and the determined electrical angles ⁇ el when the rotor 26 is at a rotational position at which one of the transistors T1 to T6 is to be turned on or off.
  • the control circuit 6 uses only sharply defined magnetic poles as formed in front of the permanent magnets 27 (poles S in FIG.2) but not between the permanent magnets 27 (poles N in FIG.2).
  • the control circuit 6 also preferably compares zero crossings, each corresponding to a complete rotation of the rotor 26 by 360 ° and thus belong to a particular magnetic pole.
  • control circuit analyzes the zero crossings, which belong to both sharply defined magnetic poles, to determine from as many data as possible a functional dependence of the rotational position of the rotor 26 on time. These two sharply defined magnetic poles are offset by one turn of the rotor by 180 °.
  • the control circuit 6 now causes the driver circuit to turn on or off the transistors T1 to T6 as desired at certain rotational positions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

The invention relates to a D.C. motor (1) comprising a rotor (26) having at least one permanent magnet (27), and a stator (16) having at least three stator coils (u, u', v, v', w, w'). The D.C. motor also comprises a control device which is adapted to determine a rotational position of the rotor (26) and to initiate the supply of power to the stator coils (u, u', v, v', w, w') depending on the rotational position of the rotor (26). The control device is also adapted to determine the rotational position in a high speed range based on a voltage which is induced in one of the stator coils (u, u', v, v', w, w'). In order for the D.C. motor (1) to be controllable in a low speed range depending on the rotational position of the rotor, the control device (6) is adapted to determine the rotational position in a low speed range based on a current which flows when a voltage is applied to one of the stator coils (u, u', v, v', w, w').

Description

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart
GLEICHSTROMMOTOR UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN DES GLEICHSTROMMOTORSDC MOTOR AND METHOD OF OPERATING THE DC CURRENT MOTOR
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben des Gleichstrommotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.The present invention relates to a DC motor according to the preamble of claim 1 and a method for operating the DC motor according to the preamble of claim 2.
Ein solcher sogenannter bürstenloser sensorloser Gleichstrommotor umfasst einen Rotor, der mindestens einen Permanentmagneten aufweist, und einem Stator, der mindestens drei Statorspulen aufweist, wobei eine Steuerungsein- richtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist, eine Drehposition des Rotors zu bestimmen und eine Bestromung der Statorspulen abhängig von der Drehposition des Rotors zu veranlassen, und wobei die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist, die Drehposition in einem hohen Drehzahlbereich anhand einer Spannung zu bestimmen, die in einer der Statorspulen induziert wird.Such a so-called brushless sensorless DC motor comprises a rotor having at least one permanent magnet, and a stator having at least three stator coils, wherein a control device is provided, which is adapted to determine a rotational position of the rotor and an energization of the stator coils from the rotational position of the rotor, and wherein the control means is arranged to determine the rotational position in a high speed range based on a voltage induced in one of the stator coils.
Ein Nachteil liegt jedoch darin, dass bei niedrigen Drehzahlen keine ausreichenden Spannungen in den Statorspulen induziert werden. Die Drehposition des Rotors kann daher nicht bestimmt werden. Die Statorspulen werden daher beim Hochfahren des Motors im niedrigen Drehzahlbereich blind geschaltet. Dies kann dazuführen, dass die Bestromung der Statorspulen nicht zu einer Beschleunigung des Motors, sondern zu einer Abbremsung des Rotors führt. Der Rotor erreicht dann den hohen Drehzahlbereich erst nach einer langen Zeit oder überhaupt nicht.A disadvantage, however, is that at low speeds no sufficient voltages are induced in the stator coils. Therefore, the rotational position of the rotor can not be determined. The stator coils are therefore switched blind during startup of the engine in the low speed range. This can lead to the fact that the energization of the stator coils does not lead to an acceleration of the motor, but to a deceleration of the rotor. The rotor then reaches the high speed range only after a long time or not at all.
Offenbarung der Erfindung Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum Betreiben des Gleichstrommotors zu schaffen, wobei der Gleichstrommotor durch das Verfahren in einem niedrigen Drehzahlbereich abhängig von einer Drehposition des Rotors steuerbar ist.Disclosure of the invention The present invention has for its object to provide a DC motor of the type mentioned and a method for operating the DC motor, wherein the DC motor is controlled by the method in a low speed range depending on a rotational position of the rotor.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen Gleichstrommotor mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Pa- tentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben des Gleichstrommotors mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 2 gelöst.The object underlying the invention is achieved by a DC motor having the features of the characterizing part of patent claim 1 and a method for operating the DC motor having the features of the characterizing part of patent claim 2.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor, wobei die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist, die Drehposition in einem niedrigen Drehzahlbereich anhand eines Stroms beim Anlegen einer Spannung an einer der Statorspulen zu bestimmen. Ein niedriger Drehzahlbereich ist allgemein ein Drehzahlbereich, der unter einem hohen Drehzahlbereich liegt, in dem keine ausreichenden Spannungen in den Statorspulen induziert werden, um die Drehposition zu bestimmen, und in dem die Rotordrehzahl typischerweise weniger als 500 U/min beträgt, während in dem hohen Drehzahlbereich dieThe present invention relates to a DC motor, wherein the control means is arranged to determine the rotational position in a low speed range based on a current when a voltage is applied to one of the stator coils. A low speed range is generally a speed range that is below a high speed range in which sufficient voltages are not induced in the stator coils to determine the rotational position, and in which the rotor speed is typically less than 500 rpm, while in the high Speed range the
Rotordrehzahl typischerweise mehr als 500 U/min beträgt. Vorteilhafterweise ist kein weiterer Sensor erforderlich, um die Drehzahl in dem niedrigen Drehzahlbereich zu bestimmen. Bei dem Gleichstrommotor handelt es sich im Idealfall um einen Folgepolmotor (engl, consequent pole motor).Rotor speed is typically more than 500 U / min. Advantageously, no further sensor is required to determine the speed in the low speed range. In the ideal case, the DC motor is a follow-up pole motor (English: consequent pole motor).
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben des Gleichstrommotors mit den folgenden Schritten in einem niedrigen Drehzahlbereich: Anlegen einer Spannung an eine der Statorspulen; Ermitteln eines Stroms an der einen der Statorspulen; Bestimmen der Rotorposition anhand des Verlaufs des Stroms; und Bestromen der Statorspulen in Abhängigkeit von der erfassten Drehposition. Das Ermitteln des Stroms bedeutet im Zusammenhang mit der Erfindung nicht, dass der Strom numerisch exakt bestimmt wird. Es kann auch lediglich eine Größe bestimmt werden, die zu dem Strom proportional ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird an die mindestens eine weitere Statorspule eine Spannung angelegt, wird ein weiterer Strom an der mindestens einen weiteren Statorspule ermittelt, und wird die Drehposition anhand des Verlaufs des weiteren Stroms bestimmt. Dadurch ist es möglich, zu bestimmen, ob sich der Rotor bei einer von mehreren unterschiedlichen Drehpositionen befindet.The present invention further relates to a method of operating the DC motor with the following steps in a low speed range: applying a voltage to one of the stator coils; Determining a current at the one of the stator coils; Determining the rotor position based on the course of the current; and energizing the stator coils in dependence on the detected rotational position. The determination of the current in connection with the invention does not mean that the current is determined numerically exactly. It can also be determined only a size that is proportional to the current. In a preferred embodiment, a voltage is applied to the at least one further stator coil, a further current is determined at the at least one further stator coil, and the rotational position is determined based on the course of the further current. This makes it possible to determine if the rotor is in one of several different rotational positions.
In einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform sind die angelegten Spannungen Spannungspulse. Diese Spannungspulse haben typischerweise eine Dauer von mehreren 100 μs. Dies ermöglicht es, die Drehposition desIn a development of the preferred embodiment, the applied voltages are voltage pulses. These voltage pulses typically have a duration of several 100 μs. This allows the rotational position of the
Rotors genau zu bestimmen. Außerdem ist zur Bestimmung der Drehposition nur ein kurzes Zeitintervall erforderlich, in dem der normale Betrieb des Gleichstrommotors unterbrochen werden muss.Accurately determine the rotor. In addition, only a short time interval is required to determine the rotational position in which the normal operation of the DC motor must be interrupted.
In noch einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform werden die Spannungspulse wiederholt angelegt, und nimmt der zeitliche Abstand zwischen dem wiederholten Anlegen der Spannungspulse ab. Somit ist der zeitliche Abstand zwischen dem wiederholten Anlegen der Spannungspulse an die zunehmende Drehzahl des Rotors angepasst.In a further development of the preferred embodiment, the voltage pulses are applied repeatedly, and the time interval between the repeated application of the voltage pulses decreases. Thus, the time interval between the repeated application of the voltage pulses is adapted to the increasing speed of the rotor.
In noch einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform werden die angelegten Spannungen umgepolt, werden Ströme an den Statorspulen für die umgepolten Spannungen ermittelt, und wird die Drehposition anhand des Verlaufs der Ströme für die umgepolten Spannungen bestimmt. Die umgepolten Spannungen sind bevorzugt ebenfalls Spannungspulse und haben die gleiche Zeitdauer wie die vorher genannten Spannungspulse. Durch jeweils zwei entgegen gesetzte Spannungspulse wird die Drehzahl des Rotors kaum beeinflusst.In a further development of the preferred embodiment, the applied voltages are reversed, currents are determined on the stator coils for the polarity reversed voltages, and the rotational position is determined based on the course of the currents for the polarity reversed voltages. The reversed voltages are preferably also voltage pulses and have the same duration as the aforementioned voltage pulses. By two opposite voltage pulses, the speed of the rotor is hardly affected.
In noch einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform werden die Beträge der Stromanstiege an einer jeden Statorspule für die Spannung und für die umgepolte Spannung jeweils zu einem summierten Stromanstieg addiert, wird der maximale summierte Stromanstieg mit den anderen Stromanstiegen verglichen, um die Drehposition zu bestimmen. Versatzfehler der Ströme können somit extrahiert werden. Durch eine geeignete Toleranz bei der Festlegung des Vergleichskriteriums kann ein Winkelbereich festgelegt werden, in dem die Drehposition des Rotors ist.In yet another embodiment of the preferred embodiment, the amounts of current increases at each voltage and reverse voltage stator coil are added together to form a summed current increase, the maximum summed current increase is compared to the other current increases to determine the rotational position. Offset errors of the streams can thus be extracted. By a suitable Tolerance in the determination of the comparison criterion, an angular range can be set, in which the rotational position of the rotor.
In noch einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform werden in dem hohen Drehzahlbereich zum Bestimmen der Drehzahl identischeIn a further development of the preferred embodiment, in the high speed range to determine the speed identical
Spannungswerte der Spannung, die in der einen der Statorspulen induziert wird, für ein Vielfaches (mindestens Zweifaches) des elektrischen Winkels von 360° ermittelt. Dabei handelt es sich um Spannungswerte für die gleiche Rotorposition. Dadurch wird sichergestellt, dass Abweichungen zwischen den Polen des Rotors die Bestimmung der Drehposition nicht beeinflussen.Voltage values of the voltage induced in one of the stator coils are determined to be a multiple (at least twice) of the electrical angle of 360 °. These are voltage values for the same rotor position. This ensures that deviations between the poles of the rotor do not affect the determination of the rotational position.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to the drawings. Show it:
FIG. 1 eine schematische Ansicht eines Gleichstrommotors mit einer zugehörigen Bestromungseinrichtung;FIG. 1 is a schematic view of a DC motor with an associated power supply;
FIG. 2 eine Detailansicht des Gleichstrommotors und der zugehörigenFIG. 2 is a detail view of the DC motor and its associated
Schalteinrichtung aus FIG. 1 ; FIG. 3 eine Ansicht der Spannungskomparatorschaltung aus FIG. 1 ;Switching device of FIG. 1 ; FIG. 3 is a view of the voltage comparator circuit of FIG. 1 ;
FIG. 4 eine Ansicht des Spannungsverstärkers aus FIG. 1 ;FIG. 4 is a view of the voltage amplifier of FIG. 1 ;
FIG. 5A eine Ansicht des Motors für den elektrischen Winkel αel=0°;FIG. Fig. 5A is a view of the electric angle motor αel = 0 °;
FIG. 5B eine Ansicht des Motors für den elektrischen Winkel αel=120°;FIG. Fig. 5B is a view of the electric angle motor αel = 120 °;
FIG. 5C eine Ansicht des Motors für den elektrischen Winkel αel=240°; und FIG. 6 die Amplitude der induzierten Spannung abhängig von dem elektrischenFIG. 5C is a view of the electric angle motor αel = 240 °; and FIG. 6 shows the amplitude of the induced voltage as a function of the electrical
Winkel.Angle.
FIG. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Gleichstrommotors 1 mit einer zugehörigen Bestromungseinrichtung 2. Ein solcher Gleichstrommotor wird beispielsweise für eine Kühlmittelpumpe eines Kraftfahrzeugs eingesetzt.FIG. 1 shows a schematic view of a DC motor 1 with an associated energizing device 2. Such a DC motor is used, for example, for a coolant pump of a motor vehicle.
Die Bestromungseinrichtung 2 sorgt für eine Bestromung des Gleichstrommotors 1 über die Stromleitungen 3, 4 und 5. Die Bestromungseinrichtung 2 umfasst eine Steuerungsschaltung 6, eine Treiberschaltung 7 mit einer Ladungspumpe, eine Schalteinrichtung 8 mit mehreren Schaltransistoren, eine Spannungskomparatorschaltung 9 und eine Spannungsverstärkerschaltung 10. Zusätzlich sind eine Spannungsreglungsschaltung 1 1 , eine Verpolschutzschaltung 12, eine Überspannungsschutzschaltung 13, ein Kondensator 14 und ein Widerstand 15 vorgesehen. Der Kondensator 14 puffert die rückgespeiste Energie aufgrund der induktiven Last der Statorspulen (siehe FIG. 2). Der Wider-stand 15 hat einen geringen Wert und stellt sicher, dass der Strom, der durch den Widerstand 15 zu dem Massenanschluss fließt, durch die Spannungsverstärkerschaltung 10 verstärkt werden kann. Die Verpolschutzschaltung 12 sorgt dafür, dass eine falsch gepolte Versorgungsspannung Vref die Bestromungs-einrichtung 2 nicht beschädigt. Die Spannungsregelungsschaltung 1 1 regelt die Spannung, die an Steuerungsschaltung 6 angelegt wird, auf einen bestimmten Wert. DieThe energizing device 2 provides a current to the DC motor 1 via the power lines 3, 4 and 5. The energizing device 2 comprises a control circuit 6, a driver circuit 7 with a charge pump, a switching device 8 with a plurality of switching transistors, a voltage comparator circuit 9 and a voltage amplifier circuit 10. In addition For example, a voltage regulation circuit 1 1, a polarity reversal protection circuit 12, an overvoltage protection circuit 13, a capacitor 14 and a resistor 15 are provided. The capacitor 14 buffers the recovered energy due to the inductive load of the stator coils (see FIG.2). The resistor 15 has a low value and ensures that the current flowing through the resistor 15 to the ground terminal can be amplified by the voltage amplifier circuit 10. The polarity reversal protection circuit 12 ensures that an incorrectly polarized supply voltage Vref does not damage the lighting device 2. The voltage regulation circuit 1 1 controls the voltage applied to the control circuit 6 to a certain value. The
Überspannungsschutzschaltung 13 sorgt dafür, dass die Treiberschaltung 7 durch Überspannungen nicht beschädigt wird. Die Steuerungsschaltung 6 steuert die Treiberschaltung 7 abhängig von den Signalen von der Spannungskomparatorschaltung 9 oder der Spannungsverstärkerschaltung 10. Die Treiberschaltung 7 legt an die Schalttransistoren der Schalteinrichtung 9 geeignete Spannungen an, um die Schalttransistoren zu öffnen oder zu schließen.Overvoltage protection circuit 13 ensures that the driver circuit 7 is not damaged by overvoltages. The control circuit 6 controls the driver circuit 7 depending on the signals from the voltage comparator circuit 9 or the voltage amplifier circuit 10. The driver circuit 7 applies voltages to the switching transistors of the switching device 9 to open or close the switching transistors.
FIG. 2 zeigt eine Detailansicht des Gleichstrommotors 1 und der zugehörigen Schalteinrichtung 8 aus FIG. 1. Der Gleichstrommotor umfasst einen EisenkernFIG. 2 shows a detailed view of the DC motor 1 and the associated switching device 8 from FIG. 1. The DC motor includes an iron core
16 mit sechs Kernvorsprüngen 17, die jeweils um 60° versetzt sind und um die jeweils eine der Statorspulen u, v, w, u', v' oder w' gewickelt ist. Die Statorspulen u und u', v und v', w und w' bilden jeweils Statorspulenpaare uu', vv' und ww' aus zwei Statorspulen, die in Reihe geschaltet sind. Die beiden Statorspulen eines Statorspulenpaars uu', vv' und ww' liegen sich jeweils um 180° versetzt gegenüber. Das eine Ende eines jeden Statorspulenpaars uu', vv' und ww' ist mit zwei Schalttransistoren T1 und T2, T3 und T4 bzw. T5 und T6 verbunden, die jeweils durch die Treiberschaltung 7 geschlossen oder geöffnet werden. Die Schalttransistoren T1 , T3 und T5 verbinden die Statorspulenpaare uu', vv' und ww' jeweils mit einem hohen Spannungspotential Vref oder trennen sie von diesem. Die Schalttransistoren T2, T4 und T6 verbinden die Statorspulenpaare uu', vv' und ww' jeweils mit einem niedrigen Spannungspotential an einem Knotenpunkt 25 oder trennen sie von diesem. Die anderen Enden eines jeden Statorspulenpaars uu', vv' und ww' sind miteinander verbunden. Ein Rotor 26 mit zwei Permanentmagneten 27 befindet sich in der Drehposition αel= 0°. Bei dieser16 with six core projections 17, which are each offset by 60 ° and about each one of the stator coils u, v, w, u ', v' or w 'is wound. The stator coils u and u ', v and v', w and w 'respectively form stator coil pairs uu', vv 'and ww' of two stator coils connected in series. The two stator coils of a stator coil pair uu ', vv' and ww 'are each offset by 180 °. The one end of each stator coil pair uu ', vv' and ww 'is connected to two switching transistors T1 and T2, T3 and T4 and T5 and T6, respectively, which are closed or opened by the driver circuit 7. The switching transistors T1, T3 and T5 respectively connect or disconnect the stator coil pairs uu ', vv' and ww 'with a high voltage potential Vref. The switching transistors T2, T4 and T6 respectively connect or disconnect the stator coil pairs uu ', vv' and ww 'with a low voltage potential at a node 25. The other ends of each stator coil pair uu ', vv' and ww 'are connected to each other. A rotor 26 with two permanent magnets 27 is in the rotational position αel = 0 °. At this
Anordnung entspricht ein elektrischer Winkel αel= 360° einem mechanischen Winkel αmec= 180°, das heißt, jede der Statorspulen u, u\ v, v', w und w' liegt bei einer vollen Umdrehung des Rotors 26 Magnetpolen mit einer bestimmten Polarität genau zweimal gegenüber. Während die Magnetpole mit der einen Polarität S außen bei den Permanentmagneten 27 ausgebildet sind, sind die Magnetpole mit der entgegen gesetzten Polarität N zwischen denArrangement corresponds to an electrical angle αel = 360 ° mechanical Angle αmec = 180 °, that is, each of the stator coils u, u \ v, v ', w and w' is exactly twice twice magnetic poles with a certain polarity in a full rotation of the rotor 26. While the magnetic poles having the one polarity S are formed on the outside of the permanent magnets 27, the magnetic poles of the opposite polarity N are between them
Permanentmagneten 27 ausgebildet. Ein derartiger Gleichstrommotor ist unter der Bezeichnung „Folgepolmotor" (engl, consequent pole motor) bekannt. Der Schalttransistor T1 soll für einen elektrischen Winkel von αel= 30° bis 150° angeschaltet sein. Der Schalttransistor T2 soll für einen elektrischen Winkel von αel= 210° bis 330° angeschaltet sein. Der Schalttransistor T3 soll für einen elektrischen Winkel von αel= 150° bis 270° angeschaltet sein. Der Schalttransistor T4 soll für einen elektrischen Winkel von αel= 330° bis 90° angeschaltet sein. Der Schalttransistor T5 soll für einen elektrischen Winkel von αel= 270° bis 30° angeschaltet sein. Der Schalttransistor T6 soll für einen elektrischen Winkel von αel= 90° bis 210° angeschaltet sein. Es sollen also immer genau zweiPermanent magnet 27 is formed. Such a DC motor is known by the name "consequent pole motor." The switching transistor T1 is intended to be switched on for an electrical angle of αel = 30 ° to 150 ° C. The switching transistor T2 is intended for an electrical angle of αel = 210 The switching transistor T3 is intended to be switched on for an electrical angle of αel = 150 ° to 270 ° The switching transistor T4 is to be switched on for an electrical angle of αel = 330 ° to 90 ° The switching transistor T6 should be switched on for an electrical angle of αel = 90 ° to 210 °, so there should always be exactly two
Transistoren angeschaltet sein, so dass der Strom jeweils durch zwei Statorspulenpaare fließt.Transistors are turned on, so that the current flows through two pairs of stator coils.
FIG. 3 zeigt eine Ansicht der Spannungskomparatorschaltung 9 aus FIG. 1. Die Spannungskomparatorschaltung 9 umfasst drei identisch ausgebildeteFIG. 3 shows a view of the voltage comparator circuit 9 of FIG. 1. The voltage comparator circuit 9 comprises three identically formed
Komparatorschaltungen 18, 19 und 20, wobei jede der Komparatorschaltungen 18, 19 und 20 die Spannung, die an der Stromleitung 3, 4 bzw. 5 eines der Statorspulenpaare uu', vv' und ww' anliegt, mit einer Spannung vergleicht, die an einem Sternpunkt 21 anliegt und von allen Spannungen abhängt, die an den Stromleitungen 3, 4 bzw. 5 anliegen. Jede der Komparatorschaltungen umfasst mehrere Widerstände R1 , R2, R3, R4 und R5, mehrere Kondensatoren C1 , C2 und C3 und einen Operationsverstärkter OP1 . Wie bereits angemerkt, werden im normalen Betrieb nur immer zwei Statorspulenpaare abwechselnd bestromt. Die Spannung an den beiden bestromten Statorspulen sind entgegen gesetzt und vom Betrag her gleich groß, wenn die induzierte Spannung an der dritten nicht bestromten Statorspule ihren Nulldurchgang hat. Daher liegt bei einem Knotenpunkt 21 beim Nulldurchgang eine interne Spannung von 0 V an (die interne Spannung von 0 V ist hier als Vref/2 definiert). Bei ihrem Nulldurchgang wechselt die Spannung außerdem das Vorzeichen. Dementsprechend wechselt auch das Vorzeichen der Spannung am Ausgang 22, 23, bzw. 24 des jeweiligenComparator circuits 18, 19 and 20, wherein each of the comparator circuits 18, 19 and 20 compares the voltage applied to the power line 3, 4 and 5, respectively, of one of the stator coil pairs uu ', vv' and ww ', to a voltage applied to one Star point 21 is applied and depends on all voltages that are applied to the power lines 3, 4 and 5 respectively. Each of the comparator circuits comprises a plurality of resistors R1, R2, R3, R4 and R5, a plurality of capacitors C1, C2 and C3 and an operational amplifier OP1. As already noted, in normal operation only two pairs of stator coils are alternately energized. The voltage across the two energized stator coils are opposite and equal in magnitude, when the induced voltage at the third non-energized stator coil has its zero crossing. Therefore, at a node 21 at zero crossing, an internal voltage of 0 V is applied (the internal voltage of 0 V is here defined as Vref / 2). At zero crossing, the voltage also changes sign. Accordingly, the sign of the voltage at the output 22, 23, or 24 of the respective changes
Operationsverstärkers OP1 , der zu der dritten nicht bestromten Spule gehört. Die Spannungen an den Knotenpunkten 22, 23 und 24 werden zu der Steuerungsschaltung 6 zugeführt.Operational amplifier OP1, which belongs to the third non-energized coil. The Voltages at the nodes 22, 23 and 24 are supplied to the control circuit 6.
FIG. 4 zeigt eine Ansicht der Spannungsverstärkerschaltung 10 aus FIG. 1 . Die Spannungsverstärkerschaltung 10 umfasst mehrere Widerstände R6, R7, R8,FIG. 4 shows a view of the voltage amplifier circuit 10 of FIG. 1 . The voltage amplifier circuit 10 comprises a plurality of resistors R6, R7, R8,
R9, R10 und R1 1 , einen Kondensator C4 und zwei Operationsverstärker OP2 und OP3. Die Widerstände R8 und R1 1 bzw. R10 und R9 sind jeweils gleich groß. Knotenpunkte 25, 28 und 29 sind ebenfalls in FIG. 1 eingezeichnet. Die Widerstände R6 und R7 sind ebenfalls gleich groß, so dass am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 und am Ausgang desR9, R10 and R1 1, a capacitor C4 and two operational amplifiers OP2 and OP3. The resistors R8 and R1 1 and R10 and R9 are each the same size. Nodes 25, 28 and 29 are also shown in FIG. 1 drawn. The resistors R6 and R7 are also the same size, so that at the non-inverting input of the operational amplifier OP2 and at the output of the
Operationsverstärkers OP2 die Spannung Vref/2 (interne Spannung von 0 V) anliegt. Wenn am Knotenpunkt 25 und am Knotenpunkt eine identische Spannung anliegt, fließt kein Strom durch den Widerstand 15 (siehe FIG. 1 ), und es liegt am Knotenpunkt 28 ebenfalls eine inter-ne Spannung von 0 V an. Der Operationsverstärker OP3 ist als invertierender Verstärker beschaltet, so dass am Ausgang des Operationsverstärkers OP3 (Knotenpunkt 28) eine proportionale Spannung entsprechend der Stromrichtung über R15 anliegt, wie es für die Betriebsweise des Steuerungsschaltung 6 erforder-lich ist.Operational amplifier OP2 voltage Vref / 2 (internal voltage of 0 V) is applied. When an identical voltage is applied to the node 25 and the node, no current flows through the resistor 15 (see Fig. 1), and there is also an internal voltage of 0V at the node 28. The operational amplifier OP3 is connected as an inverting amplifier, so that at the output of the operational amplifier OP3 (node 28) a proportional voltage corresponding to the current direction across R15 is applied, as is necessary for the operation of the control circuit 6.
Beim Hochfahren wird der normale Betrieb des Gleichstrommotors 1 bei einer niedrigen Drehzahl durch Testpausen unterbrochen. In den Testpausen werden an jedes der Statorspulenpaare uu', vv' und ww' kurz hintereinander zwei entgegen gesetzte Spannungspulse angelegt. Die Spannungspulse sind alle gleich lang und haben die gleiche Amplitude. Durch das Anlegen von zwei entgegen gesetzten Spannungspulsen werden mögliche Versatzfehler ausgeglichen. Außerdem wird die Bewegung des Rotors 26 kaum beeinflusst. Für das Statorspulenpaar uu' werden während des ersten Spannungspulses die Transistoren T1 , T4 und T6 eingeschaltet und während des zweiten Spannungspulses die Transistoren T2, T3 und T5 angeschaltet. Jeder der Span- nungspulse hat eine Dauer von einigen 100 μs. Der Rotor 26 befindet sich während der gesamten Testpause daher nahezu in derselben Drehposition. Für das Statorspulenpaar vv' werden während des ersten Spannungspulses die Transistoren T3, T2 und T6 eingeschaltet und während des zweiten Spannungspulses die Transistoren T4, T1 und T5 angeschaltet. Für das Statorspulenpaar ww' werden während des ersten Spannungspulses dieDuring startup, the normal operation of the DC motor 1 is interrupted at a low speed by test pauses. In the test pauses, two opposite voltage pulses are applied to each of the pairs of stator coils uu ', vv' and ww 'shortly after one another. The voltage pulses are all the same length and have the same amplitude. By applying two opposite voltage pulses possible offset errors are compensated. In addition, the movement of the rotor 26 is hardly affected. For the stator coil pair uu ', the transistors T1, T4 and T6 are turned on during the first voltage pulse and the transistors T2, T3 and T5 are switched on during the second voltage pulse. Each of the voltage pulses has a duration of a few 100 μs. The rotor 26 is therefore almost in the same rotational position during the entire test break. For the stator coil pair vv ', the transistors T3, T2 and T6 are turned on during the first voltage pulse and the transistors T4, T1 and T5 are turned on during the second voltage pulse. For the stator coil pair ww 'during the first voltage pulse, the
Transistoren T5, T2 und T4 eingeschaltet und während des zweiten Span- nungspulses die Transistoren T6, T1 und T3 angeschaltet. Es fließt daher durch ein Statorspulenpaar jeweils der gesamte Strom, der sich dann auf die zwei anderen Statorspulenpaare aufteilt. FIG. 5A, FIG. 5B und FIG. 5C zeigen Ansichten des Gleichstrommotors 1 für den elektrischen Winkel αel=0°, für den elektrischen Winkel αel=120° bzw. für den elektrischen Winkel αel=240°, wobei die magnetische Feldlinienverlauf des Magnetfelds eingezeichnet ist, das von dem bestromten Statorspulenpaar uu' erzeugt wird. Abhängig von der Drehposition des Rotors 26 durchdringen die magnetischen Feldlinien die Permanentmagnete 27 mehr oder weniger. Dadurch ändert sich die Induktivität des Statorspulenpaars uu'. Für die Drehposition αel=0° steigt der Strom in demTransistors T5, T2 and T4 are switched on and during the second voltage pulses, the transistors T6, T1 and T3 turned on. It therefore flows through a Statorspulenpaar each of the entire current, which then splits to the two other Statorspulenpaare. FIG. 5A, FIG. 5B and FIG. 5C show views of the DC motor 1 for the electrical angle αel = 0 °, for the electrical angle αel = 120 ° and for the electrical angle αel = 240 °, the magnetic field line course of the magnetic field being drawn from the energized stator coil pair uu ' is produced. Depending on the rotational position of the rotor 26, the magnetic field lines penetrate the permanent magnets 27 more or less. As a result, the inductance of the stator coil pair uu 'changes. For the rotational position αel = 0 °, the current increases in the
Statorspulenpaar uu' für die Spannungspuls schnell an, während der Strom für die Drehpositionen αel=120° und αel=240° weniger schnell ansteigt. Ein Spannungswert, der proportional zu dem Stromwert ist, wird zu der Steuerungsschaltung 6 zugeführt. Die Steuerungsschaltung 6 bestimmt, ob sich der Rotor 26 bei der Drehposition αel=0° befindet oder nicht. Analog kann dieStatorspulenpaar uu 'for the voltage pulse quickly on, while the current for the rotational positions αel = 120 ° and αel = 240 ° less rapidly increases. A voltage value proportional to the current value is supplied to the control circuit 6. The control circuit 6 determines whether or not the rotor 26 is at the rotational position αel = 0 °. Analog can the
Steuerungsschaltung 6 auch bestimmen, ob sich der Rotor 26 bei der Drehposition αel=120° oder αel=240° befindet oder nicht. Zum Bestimmen der Drehposition ermittelt die Steuerungsschaltung 6 zunächst die Beträge der Stromanstiege für den ersten Spannungspuls und den zweiten Spannungspuls eines jeden Statorspulenpaars uu', vv' und ww'. Die Steuerungsschaltung 6 summiert dann die beiden Beträge für jedes Statorspulenpaar zu einem summieren Stromanstieg. Die Steuerungsschaltung 6 ermittelt dann den maximalen summierten Stromanstieg der drei summieren Stromanstiege und den Mittelwert der beiden anderen summierten Stromanstiege. Den Mittelwert der beiden anderen summierten Stromanstiege zieht die Steuerungsschaltung 6 von dem maximalen summierten Stromanstieg ab und vergleicht das Subtraktionsergebnis mit einem Schwellwert. Wenn das Subtraktionsergebnis größer als der Schwellwert ist, zeigt dies, dass sich der Rotor 26 in der Drehposition befindet, in welcher die Statorspulen angeordnet sind, durch welche die Ströme mit dem maximalen summierten Stromanstiegen fließen. Durch eine geeignete Auswahl des Schwellwerts kann der Winkelbereich dieser Drehposition eingeschränkt oder vergrößert werden. Aus der oder den erfassten Drehpositionen berechnet die Steuerschaltung 6, wann sich der Rotor 26 bei einer Drehposition befindet, bei welcher einer der Transistoren T1 bis T6 an- oder ausgeschaltet werden soll. Die Steuerungsschaltung 6 veranlasst nun die Treiberschaltung 7, dieControl circuit 6 also determine whether the rotor 26 is at the rotational position αel = 120 ° or αel = 240 ° or not. To determine the rotational position, the control circuit 6 first determines the magnitudes of the current increases for the first voltage pulse and the second voltage pulse of each stator coil pair uu ', vv' and ww '. The control circuit 6 then sums the two amounts for each stator coil pair to a summing current increase. The control circuit 6 then determines the maximum summed current increase of the three summed current increases and the average of the other two summed current increases. The control circuit 6 subtracts the average of the two other summed current increases from the maximum summed current increase and compares the subtraction result with a threshold value. If the subtraction result is greater than the threshold, this indicates that the rotor 26 is in the rotational position in which the stator coils through which the currents flow at the maximum summed current increase are located. By a suitable selection of the threshold value, the angular range of this rotational position can be restricted or increased. From the detected rotational position (s), the control circuit 6 calculates when the rotor 26 is at a rotational position at which one of the transistors T1 to T6 is to be turned on or off. The control circuit 6 now causes the driver circuit 7, the
Transistoren T1 bis T6 wie gewünscht bei bestimmten Drehpositionen an- oder auszuschalten. Die Testpausen werden in dem niedrigen Drehzahlbereich kontinuierlich wiederholt. Der zeitliche Abstand der Testpausen wird dabei kontinuierlich verringert, um die Bestimmung der Drehposition an die erhöhte Drehzahl anzupassen. Nach einer gewissen Zeit hat der Gleichstrommotor 2 eine hohe Drehzahl (> 500 U/min.) erreicht. Das schnell rotierende Magnetfeld desTransistors T1 to T6 turn on or off as desired at certain rotational positions off. The test pauses are repeated continuously in the low speed range. The time interval of the test pauses is thereby continuously reduced in order to adapt the determination of the rotational position to the increased rotational speed. After a certain time, the DC motor 2 has reached a high speed (> 500 rpm). The fast rotating magnetic field of the
Rotors 26 kann nun eine messbare Spannung in den Statorspulenpaare uu\ vv' bzw. ww' induzieren. Die Nulldurchgänge dieser induzierten Spannungen erkennt die Steuerungsschaltung 6 wie besprochen an dem Wechsel des Vorzeichens der Spannungen an den Ausgängen 22, 23, bzw. 24. Eine Unterbrechung des normalen Betriebs des Gleichstrommotors, um die Drehposition des Rotors zu erfassen, ist nicht weiter erforderlich. Diese Nulldurchgänge entsprechen jeweils einem bestimmten elektrischen Winkel αel. FIG. 6 zeigt die Amplitude der induzierten Spannung abhängig von dem elektrischen Winkel. Aus den kontinuierlich erfassten Nulldurchgängen berechnet die Steuerschaltung 6 die Drehzahl und schließt aus der Drehzahl und den bestimmten elektrischen Winkeln αel, wann sich der Rotor 26 bei einer Drehposition befindet, bei welcher, einer der Transistoren T1 bis T6 an- oder ausgeschaltet werden soll. Dabei verwendet die Steuerungsschaltung 6 nur scharf definierte Magnetpole, wie sie vor den Permanentmagneten 27 (Pole S in FIG. 2), aber nicht zwischen den Permanentmagneten 27 ausge-bildet sind (Pole N in FIG. 2). Zur Bestimmung der Drehzahl vergleicht die Steuerungsschaltung 6 außerdem bevorzugt Nulldurchgänge, die jeweils einer vollständigen Drehung des Ro-tors 26 um 360° entsprechen und somit zu einem bestimmten Magnetpol gehören. Dabei analysiert die Steuerungsschaltung die Nulldurchgänge, die zu beiden scharf definierten Magnet-polen gehören, um aus möglichst vielen Daten eine funktionale Abhängigkeit der Drehposition des Rotors 26 von der Zeit zu bestimmen. Diese beiden scharf definieren Magnetpole sind um eine Drehung des Rotors um 180° versetzt. Die Steuerungsschaltung 6 veranlasst nun die Treiberschaltung die Transistoren T1 bis T6 wie gewünscht bei bestimmten Drehpositionen an- oder auszuschalten. Rotor 26 can now induce a measurable voltage in the stator coil pairs uu \ vv 'or ww'. The zero crossings of these induced voltages are recognized by control circuit 6 as changing the sign of the voltages at outputs 22, 23, and 24, respectively. Interrupting the normal operation of the DC motor to detect the rotational position of the rotor is not required. These zero crossings each correspond to a certain electrical angle αel. FIG. 6 shows the amplitude of the induced voltage as a function of the electrical angle. From the continuously detected zero crossings, the control circuit 6 calculates the rotational speed and concludes from the rotational speed and the determined electrical angles αel when the rotor 26 is at a rotational position at which one of the transistors T1 to T6 is to be turned on or off. In this case, the control circuit 6 uses only sharply defined magnetic poles as formed in front of the permanent magnets 27 (poles S in FIG.2) but not between the permanent magnets 27 (poles N in FIG.2). To determine the speed, the control circuit 6 also preferably compares zero crossings, each corresponding to a complete rotation of the rotor 26 by 360 ° and thus belong to a particular magnetic pole. In this case, the control circuit analyzes the zero crossings, which belong to both sharply defined magnetic poles, to determine from as many data as possible a functional dependence of the rotational position of the rotor 26 on time. These two sharply defined magnetic poles are offset by one turn of the rotor by 180 °. The control circuit 6 now causes the driver circuit to turn on or off the transistors T1 to T6 as desired at certain rotational positions.

Claims

Ansprüche claims
1. Gleichstrommotor mit einem Rotor (26), der mindestens einen Permanentmagneten (27) aufweist, und einem Stator (16), der mindestens drei Statorspulen (u, u', v, v', w, w') aufweist, wobei eine Steuerungseinrichtung (6) vorgesehen ist, die eingerichtet ist, eine Drehposition des Rotors (26) zu bestimmen und eine Bestromung der Statorspulen (u, u', v, v', w, w') abhängig von der Drehposition des Rotors (26) zu veranlassen, und wobei die Steuerungseinrichtung (6) eingerichtet ist, die Drehposition in einem hohen Drehzahlbereich anhand einer Spannung zu bestimmen, die in einer derA DC motor having a rotor (26) having at least one permanent magnet (27) and a stator (16) having at least three stator coils (u, u ', v, v', w, w '), wherein a Control device (6) is provided, which is adapted to determine a rotational position of the rotor (26) and an energization of the stator coils (u, u ', v, v', w, w ') depending on the rotational position of the rotor (26) and wherein the control device (6) is arranged to determine the rotational position in a high speed range based on a voltage in one of the
Statorspulen (u, u', v, v', w, w') induziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) eingerichtet ist, die Drehposition in einem niedrigen Drehzahlbereich anhand eines Stroms beim Anlegen einer Spannung an einer der Statorspulen (u, u', v, v', w, w') zu bestimmen.Stators (u, u ', v, v', w, w ') is induced, characterized in that the control device (6) is arranged, the rotational position in a low speed range based on a current when applying a voltage to one of the stator coils ( u, u ', v, v', w, w ').
2. Verfahren zum Betreiben eines Gleichstrommotors mit einem Rotor (26), der mindestens einen Permanentmagnet (27) aufweist, und einem Stator (16), der mindestens drei Statorspulen (u, u', v, v', w, w')aufweist, wobei die Bestromung der Statorspulen (u, u', v, v', w, w') abhängig von einer Drehposition des Rotors (26) geschaltet wird, um den Rotor (26) anzutreiben, wobei der Gleichstrommotor von einem niedrigen Drehzahlbereich zu einem hohen Drehzahlbereich übergeht, wobei die Drehposition des Rotors (26) in dem hohen Drehzahlbereich anhand einer Spannung bestimmt wird, die in einer der Statorspulen (u, u', v, v', w, w') induziert wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte in einem niedrigen Drehzahlbereich:2. A method of operating a DC motor having a rotor (26) having at least one permanent magnet (27), and a stator (16) having at least three stator coils (u, u ', v, v', w, w ') wherein the energization of the stator coils (u, u ', v, v', w, w ') is switched in response to a rotational position of the rotor (26) to drive the rotor (26), the DC motor being of a low speed range goes to a high speed range, wherein the rotational position of the rotor (26) is determined in the high speed range by means of a voltage which is induced in one of the stator coils (u, u ', v, v', w, w '), characterized by the following steps in a low speed range:
- Anlegen einer Spannung an eine der Statorspulen (u, u', v, v', w, w');- applying a voltage to one of the stator coils (u, u ', v, v', w, w ');
- Ermitteln eines Stroms an der einen der Statorspulen (u, u', v, v', w, w');Determining a current at the one of the stator coils (u, u ', v, v', w, w ');
- Bestimmen der Rotorposition anhand des Verlaufs des Stroms; und- Determining the rotor position based on the course of the current; and
- Bestromen der Statorspulen (u, u', v, v', w, w')in Abhängigkeit von der erfassten Drehposition.- energizing the stator coils (u, u ', v, v', w, w ') as a function of the detected rotational position.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die mindestens eine weitere Statorspule (u, u', v, v', w, w') eine Spannung angelegt wird, dass ein weiterer Strom an der mindestens einen weiteren Statorspule (u, u', v, v', w, w') ermittelt wird, und dass die Drehposition anhand des Verlaufs des weiteren Stroms bestimmt wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that at the at least one further stator coil (u, u ', v, v', w, w '), a voltage is applied, that a further current to the at least one further stator coil (u , u ', v, v', w, w ') is determined, and that the rotational position is determined by the course of the further current.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die angelegten Spannungen Spannungspulse sind.4. The method according to claim 3, characterized in that the applied voltages are voltage pulses.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, dadurch gekennzeichnet, dass die5. The method according to any one of claims 4, characterized in that the
Spannungspulse wiederholt angelegt werden, und dass das der zeitliche Abstand zwischen dem wiederholten Anlegen der Spannungspulse abnimmt.Voltage pulses are applied repeatedly, and that the time interval between the repeated application of the voltage pulses decreases.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die angelegten Spannungen umgepolt werden, dass Ströme an den Statorspulen6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the applied voltages are reversed, that currents at the stator coils
(u, u', v, v', w, w') für die umgepolten Spannungen ermittelt werden, und dass die Drehposition anhand des Verlaufs der Ströme für die umgepolten Spannungen bestimmt.(u, u ', v, v', w, w ') are determined for the polarity reversed voltages, and that determines the rotational position based on the course of the currents for the polarity reversed voltages.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beträge der Stromanstiege an einer jeden Statorspule (u, u', v, v', w, w') für die Spannung und für die umgepolte Spannung jeweils zu einem summierten Stromanstieg addiert werden, dass der maximale summierte Stromanstieg mit den anderen Stromanstiegen verglichen wird, um die Drehposition zu bestimmen.7. The method according to any one of claims 3 to 6, characterized in that the amounts of the current increases at each stator coil (u, u ', v, v', w, w ') for the voltage and for the polarized voltage in each case to a summed current increase, the maximum summed current increase is compared with the other current rises to determine the rotational position.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hohen Drehzahlbereich zum Bestimmen der Drehzahl identische Spannungswerte der Spannung, die in der einen der Statorspulen (u, u', v, v', w, w') induziert wird, für ein Vielfaches des elektrischen Winkels von 360° ermittelt werden. 8. The method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that in the high speed range for determining the speed identical voltage values of the voltage in the one of the stator coils (u, u ', v, v', w, w ') can be determined for a multiple of the electrical angle of 360 °.
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