WO2002031958A2 - Method for determining the actual rotation speed of dc motors with no sensor - Google Patents
Method for determining the actual rotation speed of dc motors with no sensor Download PDFInfo
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- WO2002031958A2 WO2002031958A2 PCT/DE2001/003856 DE0103856W WO0231958A2 WO 2002031958 A2 WO2002031958 A2 WO 2002031958A2 DE 0103856 W DE0103856 W DE 0103856W WO 0231958 A2 WO0231958 A2 WO 0231958A2
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- H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
Definitions
- the time switch (also called a capture timer) is upstream of an actual speed detection 15.
- the actual speed detection the determination of the actual actual Speed of the electrical machine from the measurement of the flanks of the already existing commutation pulse 11 by means of the capture timer 13, so that the time between two successive commutation pulses 11 can be determined in the simplest manner in the case of drives controlled by microcontrollers.
- the number of commutation pulses 11, which lead to a full mechanical revolution, depends on the number of strands and pole pairs of the electrical machine. In the present case of a brushless, sensorless DC motor, no actual speed feedback is required for the pure motor functionality (with speed control 17).
Abstract
The invention relate to a method for determining the actual rotation speed (16) of brushless DC motors (1) with no sensor, comprising a commutation recognition (10), by means of which the correct commutation timepoint for generation of a rotating field in the required rotational direction is generated from the induced voltage in a non-current phase (24). By measuring the flanks of a commutation impulse (11) using a time switch (15), the time duration between two commutation impulses (11) is determined, by an actual rotation speed determiner (15).
Description
Verfahren zur Bestimmung der Ist-Drehzahl bei sensorlosen GleichstrommotorenProcedure for determining the actual speed in sensorless DC motors
Technisches GebietTechnical field
Bei bürstenlosen, sensorlosen Gleichstrommotoren ist eine Ermittlung der Drehzahl notwendig, sei es, um eine Drehzahlbegrenzung zu realisieren oder sei es, um aus der Drehzahl andere Motorparameter indirekt abzuleiten. Kleinbauende, bürstenlose Gleichstrommotoren werden ohne Sensoren zur Drehzahlerfassung hergestellt, um die bauraumsparende und gewichtssparende Konstruktion solcher elektrischer Maschinen nicht zu beeinträchtigen. Auch bei solchen elektrischen Maschinen ist eine korrekte Erfassung der tatsächlichen Drehzahl erforderlich, die beispielsweise über eine Drehzahlregelung mit Hilfe der bestimmten Ist-Drehzahl erfolgen kann.In the case of brushless, sensorless DC motors, it is necessary to determine the speed, either to implement a speed limitation or to derive other motor parameters indirectly from the speed. Small, brushless DC motors are manufactured without sensors for speed detection in order not to impair the space-saving and weight-saving design of such electrical machines. Correct detection of the actual speed is also required in such electrical machines, which can be done, for example, by speed control using the determined actual speed.
Stand der TechnikState of the art
Bei elektrischen Maschinen, wie Drehstromgeneratoren, synchron und asynchron betriebene Elektromotoren, erfolgt die Ermittlung der tatsächlichen Ist-Drehzahl des Elektromotors oder Generators durch Auswerten von Inkrementalgeberimpulsen. Dazu ist an diesen elektrischen Maschinen zusätzlichen Bauraum beanspruchender Aufwand zu betreiben; neben der Ermittlung der Ist-Drehzahl aus der Auswertung von Inkrementalgeberimpulsen kann die Drehzahl solcher elektrischer Maschinen auch durch Auswertung von Absolutwinkel-Encodern erfolgen. Dabei werden auch Tachogeneratoren eingesetzt, um die Ist-Drehzahl einer elektrischen Maschine zu bestimmen.In electrical machines such as three-phase generators, synchronous and asynchronously operated electric motors, the actual actual speed of the electric motor or generator is determined by evaluating incremental encoder pulses. For this purpose, additional installation space is required on these electrical machines; In addition to determining the actual speed from the evaluation of incremental encoder pulses, the speed of such electrical machines can also be determined by evaluating absolute angle encoders. Tachogenerators are also used to determine the actual speed of an electrical machine.
Diesen aus dem Stande der Technik bekannt Lösungen zur Ermittlung der Ist-Drehzahl ist gemeinsam, daß sie neben zusätzlichem Nerkabelungsaufwand an der elektrischen Maschine durch den Einsatz der Auswertungskomponenten mit zusätzlichem Kostenaufwand einhergehen. Bei kleinbauenden, bürstenlosen Gleichstrommotoren, die in Großserie hergestellt werden, kann zur Drehzahlerfassung erforderlicher zusätzlicher Kostenaufwand nur schwer toleriert werden. Eine Beanspruchung von Bauraum durch zusätzlich vorzusehende Bauteile schränkt die Einsatzvielfalt von bürsten- und sensorlosen Gleichstrommotoren sowie die bisherigen Kostenvorteile gegenüber anderen Bauformen von Elektromotoren erheblich ein.
Darstellung der ErfindungThese solutions known from the prior art for determining the actual rotational speed have in common that, in addition to additional wiring work on the electrical machine, the evaluation components also involve additional costs. In the case of small-scale, brushless DC motors which are mass-produced, it is difficult to tolerate the additional cost required for speed detection. A use of space by additional components to be provided considerably limits the versatility of brushless and sensorless DC motors and the previous cost advantages compared to other types of electric motors. Presentation of the invention
Mit der erfϊndungsgemäß vorgeschlagenen Lösung läßt sich eine ohnehin an bürstenlosen, sensorlosen Gleichstrommotoren vorhandene Kommutierungserkennung zur Ermittlung der Ist-Drehzahl des Gleichstrommotors einsetzen. Damit kann auf extern am bürstenlosen Gleichstrommotor vorzusehende Drehwinkelgeber oder Tachogeneratoren verzichtet werden, so daß die Kompaktbauweise solcher Elektromotoren nicht durch Zusatzeinrichtungen zu deren Drehzahlerfassung beeinträchtigt wird.With the solution proposed according to the invention, a commutation detection which is already present on brushless, sensorless DC motors can be used to determine the actual speed of the DC motor. This means that there is no need for rotary angle sensors or tacho generators to be provided externally on the brushless DC motor, so that the compact design of such electric motors is not impaired by additional devices for detecting their speed.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann zusätzlicher Elektronikaufwand am bürsten- und sensorlosen Gleichstormmotor vermieden werden, da auf ohnehin zum Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors vorhandene Funktionsblöcke zurückgegriffen werden kann. Dies spart Kosten ein und erlaubt den Verzicht auf für die Anordnung von Zusatzkomponenten vorzuhaltenden Bauraum am Gleichstrommotor. Die in einer Kommutierungserkennungsschaltung erzeugten Kommutierungsimpulse, die kontinuierlich in enger zeitlicher Abfolge nacheinander erzeugt werden, können neben der Ist-Drehzahl- Ermittlung an einem bürstenlosen Gleichstrommotor auch zur Drehzahlbegrenzung herangezogen werden. Mittels einer Überlastbegrenzung bei Überschreiten einer zulässigen Höchstdrehzahl beispielsweise, oder einer Mindestdrehzahl abhängig vom anliegenden Lastmoment, kann in Weiterentwicklung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens das Leistungsteil des bürster-losen, sensorlosen Gleichstrommotors gesperrt werden.With the solution according to the invention, additional electronic outlay on the brushless and sensorless DC motor can be avoided, since it is possible to use function blocks that are already available for operating the brushless DC motor. This saves costs and allows the installation space on the DC motor to be reserved for the arrangement of additional components. The commutation pulses generated in a commutation detection circuit, which are continuously generated in rapid succession, can be used in addition to the actual speed determination on a brushless DC motor to limit the speed. By means of an overload limitation when a permissible maximum speed is exceeded, for example, or a minimum speed depending on the applied load torque, the power section of the brushless, sensorless DC motor can be blocked in a further development of the method proposed according to the invention.
Neben der Überlastbegrenzung kann über die Auswertung von Flanken von zeitlich aufeinanderfolgender Kommutierungsimpulsen die Drehzahlregelung in Abstimmung auf eine vorgegebene Soll-Drehzahl erfolgen, ohne daß hierfür zusätzücher Hardwareaufwand an bürstemlosen Gleichstrommotor vorzuhalten wäre.In addition to the overload limitation, the speed control can be carried out in coordination with a predetermined target speed by evaluating the edges of successive commutation pulses, without additional hardware expenditure being required on the brushless DC motor.
Zeichnungdrawing
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend detaillierter erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of the drawing.
Die einzige Figur zeigt die Komponenten der Kommutierungserkennungslogik sowie der Phasenselektion am einem Gleichstrommotor mit einem sechs Einzelstränge umfassenden Phasenstrang.
AusfuhrungsvariantenThe single figure shows the components of the commutation detection logic and of the phase selection on a DC motor with a phase strand comprising six individual strands. design variants
Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht eine in ihrer Einzelkomponente aufgezeigte Kommutierungsanordnung für eine elektrische Maschine 1 hervor, die beispielsweise als bürstenloser, sensorloser Gleichstrommotor ausgeführt sein kann.1 shows a commutation arrangement for an electrical machine 1 shown in its individual component, which can be designed, for example, as a brushless, sensorless DC motor.
Der sensorlose, bürstenlose Gleichstrommotor 1 in Kompaktbauweise umfaßt einen Phasenstrang 2, der in der Konfiguration gemäß Figur 1 in sechs Einzelphasenstränge unterteilbar ist, was durch den die Leitungen kreuzenden, geneigt zu den Leitungsverläufen angebrachten Querstrich dargestellt ist. An einer ersten Verzweigung im sechsfachen Phasenstrang verzweigt sich dieser zu einem Leistungsteil 3 sowie über eine VerzweigungThe sensorless, brushless DC motor 1 in a compact design comprises a phase strand 2 which, in the configuration according to FIG. 1, can be divided into six individual phase strands, which is represented by the cross line crossing the lines and inclined to the line profiles. At a first branch in the six-fold phase phase, this branches to a power unit 3 and via a branch
5 zu einem der elektrischen Maschine 1 nachgeordneten Phasenselektor.5 to a phase selector arranged downstream of the electrical machine 1.
Der Phasenselektor 6, enthält sechs Eingänge, hier gekennzeichnet durch die Einzelphaseneingänge 9, an denen die sechs Einzelphasenstränge des Phasenstranges 2 separat anliegen. Innerhalb des Phasenselektors 6 ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, mit der die jeweils zu selektierende Phase ansteuerbar ist. Am PhasenselektorThe phase selector 6 contains six inputs, here characterized by the individual phase inputs 9, at which the six individual phase strands of the phase strand 2 are applied separately. A circuit arrangement is provided within the phase selector 6, with which the respective phase to be selected can be controlled. At the phase selector
6 ist ein Freigabeport 8 vorgesehen, welcher die Weiterschaltung zwischen den Einzelphaseneingängen 9 entsprechend der Selektion der zu kommutierenden Einzelphasenstränge vornimmt. Über den Phasenselektor 6 ist sichergestellt, daß jeweils nur eine Einzelphase des sechsfachen Phasenstranges 2 mit der Kommutierungserkennung 10, die dem Phasenselektor 6 nachgeordnet ist, verbunden ist.6, a release port 8 is provided, which carries out the switching between the individual phase inputs 9 in accordance with the selection of the individual phase strings to be commutated. The phase selector 6 ensures that only a single phase of the six-fold phase strand 2 is connected to the commutation detection 10, which is arranged downstream of the phase selector 6.
Dem Phasenselektor 6 ist die Kommutierungserkennung 10 nachgeordnet, wobei sichergestellt ist, daß jeweils zu einer Zeit nur ein Einzelphasenstrang mit der Kommutierungserkennung 10 verbunden ist. Die Kommutierungserkennung 10 umfaßt eingangsseitig einen Eingang 12, an dem das Ist-Drehzahl-Signal 16 anliegt. Abhängig vom anliegenden Ist-Drehzahl-Signal 16 wird eine Referenzspannung innerhalb der Kommutierunslogik 10 erzeugt. Ausgangsseitig liefert die Kommutierungserkennung 10 in Blockform vorliegende Kommutierungsimpulse 11, die jeweils eine ansteigende Flanke, ein parallel verlaufendes Plateau sowie eine abfallende Flanke umfassen. Die von der Kommutierungserkennung 10 erzeugten Kommutierungsimpulse 11 werden parallel an den Eingang eines Phasendis-mminators 24 angelegt und liegen gleichzeitig am Eingang 14 eines Zeitschalters 13 an.The commutation detection 10 is arranged downstream of the phase selector 6, it being ensured that only one single-phase strand is connected to the commutation detection 10 at a time. On the input side, the commutation detection 10 comprises an input 12 at which the actual speed signal 16 is present. Depending on the actual speed signal 16 present, a reference voltage is generated within the commutation logic 10. On the output side, the commutation detector 10 supplies commutation pulses 11 in block form, each of which comprises a rising edge, a parallel plateau and a falling edge. The commutation pulses 11 generated by the commutation detection 10 are applied in parallel to the input of a phase disiniminator 24 and are simultaneously applied to the input 14 of a timer 13.
Der Zeitschalter (auch als Capture-Timer bezeichnet) ist einer Ist-Drehzahl-Erkennung 15 vorgelagert. In der Ist-Drehzahl-Erkennung wird die Ermittlung der tatsächlichen Ist-
Drehzahl der elektrischen Maschine aus dem Ausmessen der Flanken des bereits vorhandenen Kommutierungsimpulses 11 mittels des Capture-Timers 13, so daß bei MikroController gesteuerten Antrieben auf einfachste Art und Weise die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kommutierungsimpulsen 11 bestimmt werden kann. Die Anzahl der Kommutierungsimpulse 11, welche zu einer vollen mechanischen Umdrehung führen, hängt dabei von der Strang- und Polpaarzahl der elektrischen Maschine ab. Im vorliegenden Fall eines bürstenlosen, sensorlosen Gleichstrommotors ist für die reine Motorfunktionalität (mit Drehzahlsteuerung 17) keine Ist-Drehzahl- Rückmeldung erforderlich. Die mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung gegebene Möglichkeit auf einfachste Weise die Ist-Drehzahl eines bürstenlosen, sensorlosen Gleichstrommotors zu erfassen, geht mit dem enormen Vorteil einher, daß auf bereits zur Funktion des bürstenlosen Gleichstrommotors 1 notwendige Funktionsblöcke zurückgegriffen werden kann und daher kein zusätzlicher Hardwarekomponentenaufwand zu betreiben ist. Dies tangiert einerseits die kompakte Bauform von bürstenlosen, sensorlosen Gleichstrommotoren nicht, andererseits lassen sich an den bereits vorhandenen Funktionsblöcken weitere Zusatzfunktionen implementieren.The time switch (also called a capture timer) is upstream of an actual speed detection 15. In the actual speed detection, the determination of the actual actual Speed of the electrical machine from the measurement of the flanks of the already existing commutation pulse 11 by means of the capture timer 13, so that the time between two successive commutation pulses 11 can be determined in the simplest manner in the case of drives controlled by microcontrollers. The number of commutation pulses 11, which lead to a full mechanical revolution, depends on the number of strands and pole pairs of the electrical machine. In the present case of a brushless, sensorless DC motor, no actual speed feedback is required for the pure motor functionality (with speed control 17). The possibility given in the simplest way with the solution proposed according to the invention to detect the actual speed of a brushless, sensorless DC motor goes hand in hand with the enormous advantage that function blocks which are already necessary for the function of the brushless DC motor 1 can be used and therefore no additional hardware component expenditure is required operate. On the one hand, this does not affect the compact design of brushless, sensorless DC motors, on the other hand, additional functions can be implemented on the existing function blocks.
Daß am Ausgang 20 der Ist-Drehzahl-Erkennung 15 anliegende Ist-Drehzahl-Signal 16 wird parallel als Eingangssignal sowohl der Kommutierungserkennung 10, als auch einer als Zusatzfunktion zu implementierenden Überlastregelung 18, sowie ebenfalls einer eine Zusatzfunktion darstellenden Drehzahlregelung 17 aufgeschaltet. Neben dem tatsächlichen Ist-Drehzahl-Signal 16, welches eingangsseitig am Drehzahlregelungsbaustein 17 anliegt, ist dieser ebenfalls eingangsseitig mit einem Soll-Drehzahl-Signal 21 beaufschlagt, welches parallel zur Drehzahlregelung 17 auch der Überlasterkennung 18 aufgegeben werden kann. Die Überlastregelung 18 sowie die Drehzahlregelung 17 lassen sich parallel sowohl durch das Soll-Drehzahl-Signal 22, als auch durch das Ist-Drehzahl-Signal 16 nj.st beaufschlagen.The fact that the actual speed signal 16 present at the output 20 of the actual speed detection 15 is applied in parallel as an input signal both to the commutation detection 10 and to an overload control 18 to be implemented as an additional function, and also to a speed control 17 representing an additional function. In addition to the actual actual speed signal 16, which is present on the input side of the speed control module 17, this is also acted upon on the input side with a target speed signal 21, which can also be applied to the overload detection 18 in parallel with the speed control 17. The overload control 18 and the speed control 17 can be carried out in parallel both by the target speed signal 22 and by the actual speed signal 16 nj. st apply.
Über ein Freigabesignal 23, welches ausgangsseitig am Überlastbaustein 18 anliegt und mit dem Freigabeport 4 des Leistungsteiles 3 der elektrischen Maschine 1 verbunden ist, kann abhängig vom Vergleich der Soll-Drehzahl-Signale 22 und dem Ist-Drehzahl-Signal 16, bzw. abhängig von deren Differenz die Freigabe oder Sperrung des Leistungsteiles 3 erfolgen.Via a release signal 23, which is present on the output side of the overload module 18 and is connected to the release port 4 of the power section 3 of the electrical machine 1, depending on the comparison of the target speed signals 22 and the actual speed signal 16, or depending on the difference between the release or blocking of the power section 3.
Neben der Beaufschlagung des Eingangs 14 des Zeitschalters 13 durch Kommutierungssignal bzw. durch schneller Folge aufeinanderfolgendeIn addition to the input 14 of the time switch 13 being acted upon by a commutation signal or by rapid succession
Kommutierungssignale 11, liegt das Kommutierungssignal 11 auch am Eingang 25 desCommutation signals 11, the commutation signal 11 is also at the input 25 of the
Phasendiskriminators 24 an. Im Phasendiskriminator 24 wird der sechs Einzelstränge
führende Phasenstrang 2 in seine Einzelphasen 24.1, 24.2, 24.3, 24.4, 24.5 sowie 24.6 unterteilt. Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht hervor, daß die Einzelphasen 24.1 - 24.6 zueinander um exakt einen Kommutierungsimpuls 11 verschoben sind. Ausgangsseitig steht der Phasendiskriminator 24 mit dem Eingang einer Kommutierungslogik 26 in Verbindung, die wiederum ausgangsseitig mit dem Eingang des Leistungsteiles 3 für die elektrische Maschine 1 verbunden ist. Die Kommutierungslogik 26 enthält in analoger Weise zum vorgeschalteten Phasendiskriminator 24 sechs Einzelphasenverläufe 26.1, 26.2, 26,3, 26.4, 26.5 sowie 26.6. Die Kommutierungslogik 24 steuert das Leistungsteil 3 entsprechend der Vorgabe durch den Phasendiskriminator 24 und den dort niedergelegten Einzelkommutierungszeitpunkten derart an, daß durch die digitalen Impulse die Phasenkommutierung in ein Drehfeld an der elektrischen Maschine 1 resultiert, welches in die gewünschte Drehrichtung weist. Dabei ist sichergestellt, daß dieser Vorgang kontinuierlich erfolgt, so daß eine kontinuierliche Erzeugung eines Drehfeldes am bürstenlosen, sensorlosen Gleichstrommotor 1 gewährleistet ist.Phase discriminator 24. In phase discriminator 24 there are six individual strands leading phase strand 2 divided into its individual phases 24.1, 24.2, 24.3, 24.4, 24.5 and 24.6. 1 shows that the individual phases 24.1-24.6 are shifted from one another by exactly one commutation pulse 11. On the output side, the phase discriminator 24 is connected to the input of a commutation logic 26, which in turn is connected on the output side to the input of the power unit 3 for the electrical machine 1. The commutation logic 26 contains six individual phase profiles 26.1, 26.2, 26.3, 26.4, 26.5 and 26.6 in an analogous manner to the upstream phase discriminator 24. The commutation logic 24 controls the power section 3 in accordance with the specification by the phase discriminator 24 and the individual commutation times stored there in such a way that the phase commutation results in a rotating field on the electrical machine 1 which points in the desired direction of rotation due to the digital pulses. This ensures that this process takes place continuously, so that a continuous generation of a rotating field on the brushless, sensorless DC motor 1 is ensured.
Durch die parallele Beaufschlagung durch das Kommutierungssignal 11, welches ausgangsseitig an der Kommutierungserkennung 10 anliegt, sind sowohl der Phasendiskriminator 24 mit den Kommutierungszeitpuhkten der Einzelphasen 24.1 - 24.6, als auch die Ist-Drehzahl-Erkennung 15 mit vorgeschaltetem Zeitschalter 13 mit den digitalen Ausgangssignalen der Kommutierungserkennung 10 beaufschlagt. Parallel zur Aufgabe der Kommutierungssignale 11 auf den Eingang 25 des Phasendiskriminators 24 und die damit festliegende Reihenfolge der Kommutierungszeitpunkte der Einzelphasen 24.1 - 24.6 des sechsfachen Phasenstranges 2, wird das Kommutierungssignal 11 bzw. dessen absteigende bzw. aufsteigende Flanken zur Bestimmung der jeweils aktuellen Drehzahl 16 der elektrischen Maschine 1 ausgewertet, ohne daß die Phasenkommutierung in der Kommutierungslogik 26 negativ beeinflußt würde. Neben der parallel zu der Phasenkommutierung und der damit verbundenen Erzeugung des Drehfeldes an der elektrischen Maschine 1 erfolgenden Bestimmung der Ist-Drehzahl mst (Bezugszeichen 16) können die zum Betrieb des bürstenlosen, sensorlosen Gleichstrommotors 1 bereits vorhandenen Elemente die Leistungsteil 3 oder die Kommutierungserkennung 10 zur Ermittlung der tatsächlichen Ist-Drehzahl 16 der elektrischen Maschine 1 herangezogen werden. Neben der tatsächlichen Drehzahl-Erkennung der elektrischen Maschine 1 kann aus den Kommutierungsimpulsen 11 und des daraus gewonnenen Ausgangssignales 16 der Ist-Drehzahl-Erkennung 15 auf einfache Art und Weise eine Überlastsicherung 18, die das Leistungsteil 3 am Freigabeport 4 über das Freigabesignal 23 steuert, geschaffen werden. Ferner ist die leichte Implementierung einer Drehzahlregelung 17 möglich, welche die Ist-
Drehzahl-Signale 16 bzw. das Soll-Drehzahl-Signal 21 berücksichtigt. Daneben kann über die bereits an der bürstenlosen Gleichstrommaschine 1 vorgesehenen Hardwarekomponenten auch eine Schwergängigkeitserkennung durchgeführt werden, wozu in einfacher Weise die Differenz zwischen der tatsächlich sich einstellenden Ist- Drehzahl der elektrischen Maschine mst. die vorgegebene Soll-Drehzahl 22 verglichen werden. Wird die Differenz zwischen diesen beiden Größen zu groß, so liegt eine Schwergängigkeit der elektrischen Maschine 1 vor, welche zu einer zu starken Erwärmung der elektrischen Maschine fuhren kann, so daß eine Abschaltung derselben angezeigt sein kann.Due to the parallel action by the commutation signal 11, which is present on the output side of the commutation detection 10, both the phase discriminator 24 with the commutation times of the individual phases 24.1 to 24.6 and the actual speed detection 15 with an upstream time switch 13 with the digital output signals of the commutation detection 10 acted upon. Parallel to the application of the commutation signals 11 to the input 25 of the phase discriminator 24 and the thus determined sequence of the commutation times of the individual phases 24.1-24.6 of the six-fold phase strand 2, the commutation signal 11 or its rising or falling edges for determining the current speed 16 in each case electrical machine 1 evaluated without the phase commutation in the commutation logic 26 being negatively influenced. In addition to the determination of the actual speed m st (reference numeral 16) in parallel to the phase commutation and the associated generation of the rotating field on the electrical machine 1, the elements already present for operating the brushless, sensorless DC motor 1 can be the power section 3 or the commutation detection 10 can be used to determine the actual actual speed 16 of the electrical machine 1. In addition to the actual speed detection of the electrical machine 1, an overload safety device 18 that controls the power unit 3 at the release port 4 via the release signal 23 can be obtained in a simple manner from the commutation pulses 11 and the output signal 16 obtained therefrom. be created. Furthermore, the easy implementation of a speed control 17 is possible, which the actual Speed signals 16 or the target speed signal 21 are taken into account. In addition, stiffness detection can also be carried out via the hardware components already provided on the brushless DC machine 1, for which purpose the difference between the actual speed of rotation of the electric machine m s t that is actually established . the predetermined target speed 22 are compared. If the difference between these two quantities becomes too large, the electrical machine 1 is stiff, which can lead to excessive heating of the electrical machine, so that it can be indicated that the electrical machine is switched off.
Neben einer Schwergängigkeitserkennung einem bürstenlosen, sensorlosen Gleichstrommotor kann über die Bestimmung der tatsächlichen Drehzahl nιst, Bezugszeichen 16 aus den Kommutierungsimpulsen 11 eine drehzahlabhängige Kommutierungsverschiebung abgeleitet werden. Diese spielt insbesondere bei bürstenlosen, sensorlosen Gleichstrommotoren eine Rolle, die mit höheren und höchsten Drehzahlen betrieben werden. Zur Erzeugung höchster Drehzahlen an bürstenlosen, sensorlosen Gleichstrommotoren 1 ist eine Drehfelderzeugung in die gewünschte Drehrichtung erforderlich. Die Drehfelderzeugung erfolgt durch die Kommutierungslogik 26 durch Kommutierung der Einzelphasen 26.1 - 26.6 eines Mehrfachphasenstranges 2 einer elektrischen Maschine 1. Neben den in der Darstellung gemäß Figur 1 lediglich als sechs Einzelphasen umfassenden Phasenstrang 2 der elektrischen Maschine 1, können im Phasenstrang 2 durchaus auch mehrere Einzelphasenstränge untergebracht sein, deren Kommutierung durch Kommutierungslogik 16 bei entsprechend erhöhtem Aufwand ebenfalls für die Erzeugung eines in der gewünschten Drehrichtung drehenden Drehfeldes an der Gleichstrommaschine 1 sorgt. Die Kommutierungslogik 26 ist bei höheren Drehzahlen so anzusteuern, daß eine Kommutierungsverschiebung in Abhängigkeit von der tatsächlichen Drehzahl nιst (Bezugszeichen 16) der elektrischen Maschine 1 erfolgen kann, so daß bei höheren Drehzahlen sich einstellende Magnetisierungs- bzw. Hystereseeffekte an einer Gleichstrommaschine Rechnung getragen werden kann und dies bei den Kommutierungszeitpunkten und den Kommutierungszeitspannen Berücksichtigung finden kann.
BezueszeichenlisteIn addition to a stiffness detection of a brushless, sensorless DC motor, a speed-dependent commutation shift can be derived from the commutation pulses 11 by determining the actual speed nι s t, reference numeral 16. This is particularly important for brushless, sensorless DC motors that are operated at higher and higher speeds. To generate the highest speeds on brushless, sensorless DC motors 1, a rotating field generation in the desired direction of rotation is required. The rotating field is generated by the commutation logic 26 by commutation of the individual phases 26.1-26.6 of a multiple-phase string 2 of an electrical machine 1. In addition to the phase string 2 of the electrical machine 1 which comprises only six single phases in the illustration, several single-phase strands can also be used in the phase string 2 Be housed, the commutation by commutation logic 16 also provides for the generation of a rotating field rotating in the desired direction of rotation on the DC machine 1 with a correspondingly increased effort. The commutation logic 26 is to be controlled at higher speeds so that a commutation shift as a function of the actual speed nι st (reference number 16) of the electrical machine 1 can take place, so that magnetizing or hysteresis effects which occur at higher speeds are taken into account in a DC machine can and this can be taken into account in the commutation times and the commutation time periods. Bezueszeichenliste
1 elektrische Maschine1 electric machine
2 Phasenstrang sechsfach2 phase string sixfold
3 Leistungsteil3 power section
4 Freigabeport4 release port
5 Verzweigung Phasenselektor5 Phase selector branch
6 Phasenselektor6 phase selector
7 Phasenwähler7 phase selector
8 Freigabeport8 release port
9 Einzelphase9 single phase
10 Kommutierungserkennung10 commutation detection
11 Kommutierungsimpuls11 commutation pulse
12 Referenzspannung Uref=f (nιst)12 reference voltage U re f = f (nι st )
13 Zeitschalter13 timers
14 Eingang14 entrance
15 Ist-Drehzahl-Erkennung15 Actual speed detection
16 nist16 nest
17 Drehzahlregelung17 speed control
18 Überlastschaltung18 overload circuit
19 Verzweigung Drehzahlregelung19 Speed control branch
20 Ist-Drehzahlausgang20 Actual speed output
21 S oll-Drehzahleingang21 Target speed input
22 Soll-Drehzahl22 Target speed
23 Freigabesignal Leistungsteil23 Enable signal power section
24 Diagnoseflag zur Auslösung einer Schutzfunktion für Leistungsteile24 Diagnostic flag for triggering a protective function for power units
24.1 Phase 124.1 phase 1
24.2 Phase 224.2 Phase 2
24.3 Phase 324.3 phase 3
24.4 Phase 424.4 phase 4
24.5 Phase 524.5 phase 5
24.6 Phase 624.6 phase 6
25 Eingang25 entrance
26 Kommutierungslogik
26 commutation logic
Claims
1. Verfahren zur Bestimmung der Ist-Drehzahl 16 bei sensorlosen Gleichslxommotoren (1), die eine Kommutierungserkennung (10) aufweisen, mit der aus der induzierten Spannung einer unbestromten Phase (24) der korrekte1. Method for determining the actual speed 16 in sensorless DC motors (1) which have a commutation detection (10) with which the correct voltage from the induced voltage of a de-energized phase (24)
Kommutierungszeitpunkt zur Erzeugung eines Drehfeldes in gewünschter Drehrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ausmessen der Flanken des Kommutierungsimpulses (12), über einen Zeitschalter (15) in einer Ist- Drehzahl-Erkennung (15) die Zeitdauer zwischen zwei Kommutierungsimpulsen (11) bestimmt wir d.Commutation time for generating a rotating field is generated in the desired direction of rotation, characterized in that by measuring the edges of the commutation pulse (12), using a timer (15) in an actual speed detection (15) determines the time between two commutation pulses (11) becomes.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Kommutierungserkennung (10) erzeugten Kommutierungsimpulse (11) einem der Ist-Drehzahl-Erkennung (15) n = k/T vorgelagerten Zeitschalter (13) zugeführt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the commutation pulses (11) generated in the commutation detection (10) are supplied to the actual speed detection (15) n = k / T upstream timer (13).
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ist-Drehzahl- Signal nj.st (16) parallel der Kommutierungseinrichtung (10), einer Überlastschaltung (18) sowie einer Drehzahlregelung (17) zugeführt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the actual speed signal nj. st (16) is fed in parallel to the commutation device (10), an overload circuit (18) and a speed control (17).
Verfahren gemäß der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist- Drehzahl (16) sowie die Solldrehzahl (22) Eingangsgrößen der Überlastschaltung (18) sind, die ein Diagnoseflag (23) zur Auflösung einer Schutzfunktion für das Leistungsteil (3) der elektrischen Maschine (1) generiert.Method according to claims 1 and 3, characterized in that the actual speed (16) and the target speed (22) are input variables of the overload circuit (18), which are a diagnostic flag (23) for resolving a protective function for the power unit (3) electrical machine (1) generated.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsimpulse (11) parallel der Ist-Drehzahl-Erkennung (15) mit vorgeschaltetem Zeitschalter (13) und einem Phasendiskriminator (24) zugeführt werden.5. The method according to claim 1, characterized in that the commutation pulses (11) in parallel with the actual speed detection (15) with an upstream timer (13) and a phase discriminator (24) are supplied.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der elektrischen Maschine (1) und Kommutierungserkennung (10) ein Phasenselektor (6) vorgesehen ist, welche die zu kommutierende Einzelphase (24. 1 - 24.6) des Phasenstranges (2) zur Kommutierung selektiert. 6. The method according to claim 1, characterized in that between the electrical machine (1) and commutation detection (10), a phase selector (6) is provided, which the individual phase to be commutated (24. 1 - 24.6) of the phase strand (2) for commutation selected.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, mittels einer Kommutierungslogik (26) die Kommutierung der Einzelphasen (24. 1 - 24.6) zur Erzeugung eines Drehfeldes kontinuierlich weitergeschaltet wird.7. The method according to claim 5, characterized in that the commutation of the individual phases (24. 1 - 24.6) is continuously switched on by means of a commutation logic (26) to generate a rotating field.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ist-Drehzahl- Signal (16) Ωjst der Kommutierungserkennung (10) eingangsseitig aufgeschaltet ist und dort eine Ist-Drehzahl abhängige Spannung Uref erzeugt.8. The method according to claim 1, characterized in that the actual speed signal (16) Ωj st of the commutation detection (10) is applied on the input side and there generates an actual speed-dependent voltage U ref .
9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ist-Drehzahl- Signal (16) nj.st zur Schwergängigkeitsdetekion an der elektrischen Maschine (1) ausgewertet wird.9. The method according to claim 1, characterized in that the actual speed signal (16) nj .st for stiffness detection on the electrical machine (1) is evaluated.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ist-Drehzahl- Signal (16) nιst zur drehzahlabhängigen Kommutierungsverschiebung herangezogen wird.10. The method according to claim 1, characterized in that the actual speed signal (16) nι st is used for speed-dependent commutation shift.
11. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Ist- Drehzahl-Erkennung (15) ermittelte Ist-Drehzahl zur Drehzahlregelung herangezogen wird. 11. The method according to claim 1, characterized in that the actual speed determined from the actual speed detection (15) is used for speed control.
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