WO2017013184A1 - Verfahren zur steuerung eines bürstenlosen motors - Google Patents

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WO2017013184A1
WO2017013184A1 PCT/EP2016/067330 EP2016067330W WO2017013184A1 WO 2017013184 A1 WO2017013184 A1 WO 2017013184A1 EP 2016067330 W EP2016067330 W EP 2016067330W WO 2017013184 A1 WO2017013184 A1 WO 2017013184A1
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WO
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signal
angle
rotor
stator coils
bemf
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Application number
PCT/EP2016/067330
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Inventor
Horst-Günter SEELIG
Torsten Haase
Original Assignee
Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/181—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using different methods depending on the speed

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a brushless motor based on a corrected angle measurement signal representing the current rotor position of the rotor, wherein the angle measuring system is calibrated on the basis of the measured BEMF of the motor and thus corrected.
  • a brushless motor has a typically permanently energized rotor on a motor axis around which it can make a turn.
  • three stator coils, but at least two stator coils, produce a rotating magnetic field, which is then followed by the permanently magnetized rotor.
  • One or more electronic or electromagnetic angle measuring devices for example one or more potentiometers, and / or an optical angle measuring device such as an optical polarization angle measuring device and / or a coding disc, or an electromechanical angle measuring device provide an analog and / or quasi-analog angle reading for the rotor position, which is then used for controlling the motor current.
  • Quasianalog here means that the grading of a quantized angle measuring device is so small that it is of no importance for the application.
  • Figure 1 shows schematically such a system from the prior art based on a continuously measuring angle measuring device (W).
  • the exemplary motor has three stator coils, a first stator coil (LI), a second stator coil (L2) and a third stator coil (L3).
  • the three stator Coils are each mounted in a first and second angle of, for example, in the case of three stator coils preferably 120 ° to each other in the motor (M).
  • M motor
  • other angles, especially in motors with two stator ⁇ coils or more than three stator coils are conceivable.
  • GS speed setpoint signal
  • a first humming ierer SO is the Diffe ⁇ ence from the velocity command signal (GS) and the speed actual-value signal (Eq) for speed difference signal (GD).
  • a (main) controller supplies the speed control variable (GSG).
  • a first controller (RG 1) generates from the speed control variable (GSG) a first control signal (S l) for a first driver (Drl), which transmits the first stator coil (LI) via a first drive signal (Al_l) and via At a second ⁇ control signal (Al_2) w ith electrical energy, in particular by means of a PWM modulated clamping nu ngsan horrung supplied.
  • the PWM parameters are generated by the first controller (RG1).
  • a second controller generates from the speed control variable (GSG) a second control signal (S2) for a second driver (Dr2), the second stator coil (L2) via a first drive signal (A2_l) and a second drive signal (A2_2 ) supplied with electrical energy, in particular by means of a PWM-modulated voltage control.
  • the PWM parameters are generated by the second controller (RG2).
  • a third controller generates from the speed control variable (GSG) a third control signal (S3) for a third driver (Dr3), which supplies the third stator coil (L3) via a third drive signal (A3_l) and via a second drive signal ( A3_2) with electrical energy, in particular by means of a
  • the PWM parameters are generated by the third controller (RG3).
  • RG3 the third controller
  • a sinusoidal commutation here in particular a block commutation, but also a sinusoidal commutation comes into question.
  • the three stator coils Due to the voltage control via the drivers (DR1, DR2, DR3), the three stator coils (L1, L2, L3) are energized.
  • the first, second and third stator coil (L1, L2, L3) sinusoidal and / or sinusoidal alternating currents flow, which are offset by an angle, which preferably corresponds to the angle at which the coils are offset from each other, with respect to each other.
  • they are based on three stator coils mounted at an angle of 120 °.
  • the first stator coil (LI) is driven by way of example with a sine signal and the second stator coil (L2) with a time offset by 120 °.
  • the third stator coil (L3) is controlled by a 240 ° offset signal. This produces a rotating field which is mechanically followed by the typically permanent-magnet rotor (M).
  • M typically permanent-magnet rotor
  • the rotation of the rotor or other device operatively connected to the rotor is detected by an angle measuring device.
  • angle measuring devices are known, for example, from EP 2 700 911 A1, EP 1 452 836 B1 and DE 10 2012 015 792 A1.
  • the application of these angle measurement methods is part of this disclosure.
  • the result of the angle measurement by the angle measuring device (W) is the angle signal (a), which may be analog and / or digital.
  • the angle measuring device (W) delivers a continuous measuring signal, namely the said angle signal (a).
  • a conditioning and differentiating circuit (aG) generates the actual speed signal (G1) from the angle signal (a).
  • the problem to be solved according to the invention arises from the fact that the angle signal of the angle measuring device, the installation position of the angle measuring device (W) relative to the stator coils (L1, L2, L3) and the relative angular positions of the stator coils (L1, L2, L3) to each other can not be accurately reproduced in reality, but subject to manufacturing variations from engine to engine and thus are subject to a scattering error.
  • the mechanics kinematics are subject to temperature-dependent changes. Other influences such as mechanical vibrations of the engine can disturb the arrangement as well.
  • the angle measurement of the rotor position angle ⁇ with an angle measuring device (M) for determining an optimal commutation of a particular stator coil is always occupied with an angle error. This leads to commutation errors for the individual stator coils.
  • the at least two stator coils (L1, L2, L3) are energized for a Erctionu ng Mag ⁇ netwindfelds each having a coil current
  • the angle measuring device (W) using the BEM F signal (BEM F1, BEM F2, BEM F3) for the at least one stator coil (L1, L2, L3) or for at least one of the stator coils (L1, L2, L3) is calibrated and the energization of at least two stator coils (L1, L2, L3) is controlled on the basis of the angle measuring signal (am) of the calibrated angle measuring device (W).
  • the angle measuring device (W) is calibrated to its angle measurement signal (am) given at the time of generation of the induced BEM F voltage.
  • the angle measuring device (W) provides a win ⁇ kelmesssignal (am) representing the moment of the generation of the induced BEM F voltage rotor position, that from this measured Wi nkelsignal (am ) and the or a BEM F signal (BEM F1, BEM F2, BEM F3) is a Rotorlagewinelmessfeh lersignal (Fa) is determined and that the corrected Winkeimessignal (am) from the Rotorlagewinkelmess contemplatsignal (Fa) and the Angle measurement signal (am) is calculated, in particular by a summation or subtraction of both signals.
  • a win ⁇ kelmesssignal (am) representing the moment of the generation of the induced BEM F voltage rotor position
  • the energization of the at least two stator coils (L1, L2, L3) can be controlled on the basis of a time derivative, in particular based on the first or second time derivative of the angle measurement signal of the calibrated angle measuring device (W).
  • the BEMF at the time of zero crossing of the current through one of the stator coils (L1, L2, L3) or each of the stator coils (L1, L2, L3) is measured.
  • the correction of the angle measurement signal is performed during a time interval at the beginning of the rotation of the rotor or that the correction of the angle measurement signal is performed from time to time during the operation of the motor.
  • the angle measuring device (W) can supply the angle measurement signal (am) by means of at least one electrically, electromechanically, optically, capacitively and / or inductively operating sensor.
  • measurement of the electromotive force induced respectively by the rotor into the first stator coil (LI), the second stator coil (L2) and the third stator coil (L3) is performed with a first BEMF signal (BEMF1) and preferably a second one BEMF signal (BEMF2) and preferably a third BEMF signal (BEMF3).
  • An angle detector (Bot) generates the measured angle signal (am) from the angle signal (a) detected by the angle measuring device (W) after gain and offset correction. If appropriate, the correction of the angle signal (a) can also take place by means of a more complicated, bijective polynomial in the angle-finding device (bot) instead of using this simple linear affine mapping.
  • An error calculation device now calculates from the measured angle signal (am) and from at least one BEMF signal, better from the first BEMF signal (BEMFl) and the second BEMF signal (BEMF2) and the third BEMF signal (BEMF3) as well if appropriate, further BEMF signals, in particular in the case of more than three stator coils, the rotor position angle measurement error signal (Fa).
  • An angle correction device (Ca) calculates, in particular by summation, a corrected rotor position angle signal ( ⁇ ') from the rotor position angle measurement error signal (Fa) and the angle signal (am). This corrected rotor position angle signal ( ⁇ ') is now used to generate the actual speed signal (G1) in the conditioning and differentiating circuit (aG).
  • the electromotive force in the form of the BEMF signals (BEMF1, BEMF2, BEMF3) is measured here, as usual in the prior art, during the zero passage of the respective coil current.
  • the first driver (Drl) generates a first output current signal (II)
  • the second driver (Dr2) a second output current signal (12)
  • the third driver (Dr3) a third output current signal (13).
  • the error calculation device (CV) is signaled when the time profile of the current flowing through the respective stator coil has a zero crossing.
  • the error calculator (CV) determines, when the output current of the first driver (Drl) has a zero crossing, a first BEMF value based on the first BEMF signal (BEMF1).
  • the error calculator (CV) also preferably determines a second BEMF value based on the second BEMF signal (BEMF2) whenever the output current of the second driver (Dr2) has a zero crossing.
  • the error calculator (CV) also preferably determines the third BEMF value based on the third BEMF signal (BEMF3) whenever the output current of the third driver (Dr3) has a zero crossing.
  • the error calculation device (CV) can thus determine the commutation angle correctly at zero crossings of the stator or coil currents on the basis of the back- acting ⁇ electromotive force.
  • a calibration of the continuous angle measurement by the angle measuring device can take place.
  • This principle can in principle be applied to all continuous and / or quasi-continuous angle measuring device principles. examples For example, the measurement of the angle a, as already mentioned, is measured by means of coding discs or the like, can be recalibrated.
  • FIG. 2 differs from FIG. 2 in that a rotor position angle measurement error signal is determined for each stator coil and separate regulation of the commutations of each stator coil takes place independently of one another.
  • BEMF1 first BEMF signal
  • BEMF2 second BEMF signal
  • BEMF3 third BEMF signal
  • An angle detection device (Bot) generates from the angle signal (a), which has determined the angle measuring device (W), after amplification and offset correction the measured angle signal (am) common to all three control channels.
  • the correction of the angle signal (a) instead of means of this simple linear affine mapping can also be done again by means of a more complicated, bijective polynomial in the angle detection device (Bot).
  • An error calculation device now calculates from the measured angle signal (am) and from at least the first BEMF signal (BEMF1), better from the first BEMF signal (BEMF1) and the second BEMF signal (BEMF2) and the third BEMF signal (BEMF3) and possibly further BEMF signals for the first stator coil (LI) of the three stator coils, the rotor position angle measurement error signal (Fai) of the first channel.
  • the error calculation device (CV) additionally calculates from the measured angle signal (am) and from at least the second BEMF signal (BEMF2), better from the first BEMF signal (BEMF1) and the second BEMF signal (BEMF2) and the third BEMF signal (BEMF3) and optionally further BEMF signals for the second stator coil (L2) of the three stator coils, the rotor position angle measurement error signal ( Fa 2 ) of the second channel.
  • the error calculator (CV) additionally calculates from the measured angle signal (am) and from at least the third BEMF signal (BEMF3), better from the first BEMF signal (BEMF1) and the second BEMF signal (BEMF2) and the third BEMF signal (BEMF3) and, if appropriate, further BEMF signals for the third stator coil (L3) of the three stator coils, the rotor position angle measurement error signal (Fa 3 ) of the third channel.
  • An angle correction device (Coti) of the first channel calculates, in particular by summation, a corrected rotor position angle signal ( ⁇ 1) of the first channel from the rotor position angle measurement error signal (Foti) of the first channel and the angle signal (a) or the measured angle signal (am).
  • An angle correction device (Ca 2 ) of the second channel calculates, in particular by summation, a corrected rotor position angle signal ( ⁇ 2 ⁇ ) of the second channel from the rotor position angle measurement error signal (Fa 2 ) of the second channel and the angle signal (a) or the measured angle signal (am).
  • An angle correction device (Ca 3 ) of the third channel calculates, in particular by summation, a corrected rotor position angle signal ( ⁇ 3 ⁇ ) of the third channel from the rotor position angle measurement error signal (Fa 3 ) of the third channel and the angle signal (a) or the measured angle signal (am).
  • the electromotive force in the form of the BEM F signals (BEM F1, BEM F2, BEM F3) is measured here, as usual in the prior art, during the zero passage of the respective coil current.
  • the first driver (Drl) generates a first output current signal (II)
  • the second driver (Dr2) a second output current signal (12)
  • the third driver (Dr3) a third output current signal (13).
  • the error calculation device (CV) is signaled when the respective output current, which energizes the respective stator coil, has a zero crossing.
  • the error calculator (CV) determines, when the output current of the first driver (Drl) of the first stator coil (LI) has a zero crossing, a first BEM F value from the first BEM F signal (BEM F1).
  • the error calculation device (CV) preferably determines, whenever the output current of the second driver (Dr2) of the second stator coil (L2) has a zero crossing, a second BEMF value based on the second BEM F signal (BEM F2).
  • the error calculator (CV) preferably determines the third BEM F value based on the third BEM F signal (BEM F3) whenever the output current of the third driver (Dr3) of the third stator coil (L3) has a zero crossing.
  • the error calculation device can thus determine the commutation angle correctly based on the retroactive electromotive force only at zero crossings of the stator currents. This is also possible in the case of Figure 3 with three stator coils only at three angular positions during one revolution. In between, the system must interpolate the current rotor position angle using some method. According to the invention it has now been recognized that a permanent, but erroneous angle measurement, as known from the prior art, can cooperate with such a discrete-time measurement of the angle suitable.
  • a calibration of the continuous angle measurement by the angle measuring device can take place.
  • This principle can basically be used for all continuous and / or quasi-continuous angle measuring device principles.
  • the measurement of the angle a can be recalibrated by means of coding discs or the like.
  • mechanical misalignments of the stator coils with one another and / or asymmetrical magnetizations of the motor rotor are automatically compensated for.
  • the invention can also be described alternatively by one of the following feature groups, wherein the feature groups can be combined with one another and also individual features of a feature group can be combined with one or more features of one or more other feature groups and / or one or more of the previously described embodiments are.
  • the brushless motor comprises at least two stator coils which are offset from each other with respect to the axis of rotation of the rotor by a first angle
  • the brushless motor comprises at least one angular position measuring system (W) for the rotor position measurement
  • stator coils L1, L2, L3
  • stator coils L1, L2, L3
  • first stator coil offset relative to the second stator coil current
  • at least the first and second stator coil have an alternating current component
  • BEMF1, BEMF2, BEMF3 measuring the BEMF (BEMF1, BEMF2, BEMF3) on at least one stator coil by means of an error calculation device (CV) at least on a periodic basis;
  • a rotor position angle measurement error (Fa) from the rotor position angle (a) and at least one measurement result of the BEMF measurement (BEMF1, BEMF2, BEMF3) by the error calculation device (CV) at least in sections.
  • the brushless motor comprises at least two stator coils which are offset by a first angle relative to each other with respect to the axis of rotation of the rotor, and
  • the brushless motor comprises at least one angular position measuring system (W) for the rotor position measurement
  • stator coils L1, L2, L3
  • stator coils L1, L2, L3
  • stator coil current offset relative to the second stator coil current
  • stator coil current offset relative to the second stator coil current
  • at least the first and second stator coil have an alternating current component
  • Method for controlling a brushless electric motor comprising a rotor rotatable about a rotor axis, a stator having at least two, preferably three staggered stator coils (L1, L2, L3) and an angle measuring device (W) for BEMF-free determination of the ak- Torsional rotational position of the rotor during its rotation, wherein in the method
  • the current rotational position of the rotor is continuously measured by the angle measuring device (W) which delivers an angle measuring signal,
  • the at least two stator coils (L1, L2, L3) are energized with a respective coil current for generating a magnetic rotary field, for at least one of the stator coils (L1, L2, L3) a BEMF signal representing the induced BEMF voltage
  • the angle measuring signal of the angle measuring device (W) is corrected for the at least one stator coil (L1, L2, L3) using the BEMF signal (BEMF1, BEMF2, BEMF3) and
  • the energization of the at least two stator coils (L1, L2, L3) is controlled on the basis of the corrected angle measuring signal of the angle measuring device (W).
  • Method according to one of the numbers 1 to 3, wherein by controlling the energization of the at least two stator coils (L1, L2, L3) on the basis of a time derivative, in particular based on the first or second time derivative of the corrected angle measurement signal of the angle measuring device (W).
  • Method according to one of the numbers 1 to 5 wherein the correction of the angle measurement signal per revolution of the rotor takes place as often as stator coils (L1, L2, L3) are present.
  • Method according to one of the numbers 1 to 6 wherein the correction of the angle measurement signal during a time interval is performed at the beginning of the rotation of the rotor.
  • Angle signal (a) which optionally includes digitization and optionally filtering.
  • Angle signal (a) which optionally includes digitization and optionally filtering.
  • Angle signal (a) which optionally includes digitization and optionally filtering.

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Abstract

Bei dem Verfahren zur Steuerung eines bürstenlosen Elektromotors, der einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor, einen Stator mit mindestens zwei, vorzugsweise drei zueinander versetzt angeordneten Statorspulen (L1, L2, L3) und eine Winkelmessvorrichtung (W) zur Ermittlung der aktuellen Verdrehposition des Rotors bei dessen Drehung aufweist, wird zumindest zeitweise kontinuierlich die aktuelle Verdrehposition des Rotors durch die ein Winkelmesssignal liefernde Winkelmessvorrichtung (W) gemessen. Die mindestens zwei Statorspulen (L1, L2, L3) zur Erzeugung eines Magnetdrehfelds werden mit jeweils einem Spulenstrom bestromt. Für zumindest eine der Statorspulen (L1, L2, L3) wird ein die induzierte BEMF-Spannung repräsentierendes BEMF-Signal (BEMF1, BEMF2, BEMF3) generiert. Das Winkelmesssignal der Winkelmessvorrichtung (W) wird anhand des BEMF-Signals (BEMF1, BEMF2, BEMF3) für die mindestens eine Statorspule (L1, L2, L3) korrigiert. Die Bestromung der mindestens zwei Statorspulen (L1, L2, L3) wird anhand des korrigierten Winkelmesssignals der Winkelmessvorrichtung (W) gesteuert.

Description

Verfahren zur Steuerung eines bürstenlosen Motors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines bürstenlosen Motors anhand eines korrigierten Winkelmesssignals, das die aktuelle Rotorlage des Rotors repräsentiert, wobei das Winkelmesssystem auf Basis der gemessenen BEMF des Motors kalibriert und somit korrigiert wird.
Beschreibung des Stands der Technik
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Regelung der Rotorlage bürstenloser Motoren bekannt (siehe z. B. in DE-A-10 2009 030 954, DE-A-10 2005 045 323 und US-A-2004/0257027). Ein bürstenloser Motor verfügt über einen typischerweise permanent erregten Rotor auf einer Motorachse, um die dieser eine Drehung ausführen kann. Typischerweise drei Statorspulen, mindestens jedoch zwei Statorspulen, erzeugen ein magnetisches Drehfeld, dem der permanent magnetisierte Rotor dann folgt. Ein oder mehrere elektronische oder elektromagnetische Winkelmessvorrichtungen, beispielsweise ein oder mehrere Potentiometer, und/oder eine optische Winkelmessvorrichtungen wie beispielsweise eine optische Polarisationswinkel- messvorrichtung und/oder eine Kodier-Scheibe, oder eine elektromechanische Winkelmessvorrichtung liefern einen analogen und/oder quasianlogen Winkel- messwert für die Rotorlage, der dann für die Regelung der Motorbestromung verwendet wird. Hierbei bedeutet quasianalog, dass die Stufung einer quanti- sierten Winkelmessvorrichtung so klein ist, dass diese für die Anwendung nicht ins Gewicht fällt. Figur 1 zeigt schematisch ein solches System aus dem Stand der Technik auf Basis einer kontinuierlich messenden Winkelmessvorrichtung (W). Der beispielhafte Motor verfüge über drei Statorspulen, eine erste Statorspule (LI), eine zweite Statorspule (L2) und eine dritte Statorspule (L3). Die drei Stator- spulen sind jeweils in einem ersten und zweiten Winkel von beispielsweise im Falle von drei Statorspulen bevorzugt 120° zueinander im Motor (M) montiert. Natürlich sind auch andere Winkel, insbesondere bei Motoren mit zwei Stator¬ spulen oder mehr als drei Statorspulen denkbar.
Soll sich nun der Motor mit einer gewünschten Geschwindigkeit drehen, so wird diese über ei n Geschwindigkeits-Sollsignal (GS) von außen vorgegeben . Zur Regelung der Geschwindigkeit bildet ein erster Summ ierer (SO) die Diffe¬ renz aus dem Geschwindigkeits-Sollsignal (GS) und dem Geschwindigkeits- Istsignal (Gl) zum Geschwindigkeits- Differenzsignal (GD) . Ein (Haupt-) Regler liefert die Geschwindigkeits-Stellgröße (GSG) .
Ein erster Regler (RG 1) erzeugt aus der Geschwindigkeits-Stellgröße (GSG) ein erstes Steuersignal (S l) für einen ersten Treiber (Drl), der die erste Stator- spule (LI) über ei n erstes Ansteuersignal (Al_l) und über ein zweites An¬ steuersignal (Al_2) m it elektrischer Energie, insbesondere mittels einer PWM- modulierten Span nu ngsansteuerung, versorgt. Die PWM- Parameter werden hierbei durch den ersten Regler (RG1) erzeugt. Ein zweiter Regler (RG2) erzeugt aus der Geschwindigkeits-Stellgröße (GSG) ein zweites Steuersignal (S2) für einen zweiten Treiber (Dr2), der die zweite Statorspule (L2) über ein erstes Ansteuersignal (A2_l) und über ein zweites Ansteuersignal (A2_2) mit elektrischer Energie, insbesondere mittels einer PWM-modulierten Spannungsansteuerung, versorgt. Die PWM- Parameter wer- den hierbei durch den zweiten Regler (RG2) erzeugt.
Ein dritter Regler (RG3) erzeugt aus der Geschwindigkeits-Stellgröße (GSG) ein drittes Steuersignal (S3) für einen dritten Treiber (Dr3), der die dritte Statorspule (L3) ü ber ein drittes Ansteuersignal (A3_l) und über ein zweites Ansteuersignal (A3_2) mit elektrischer Energie, insbesondere mittels einer
PWM-modulierten Spannungsansteuerung, versorgt. Die PWM- Parameter werden hierbei durch den dritten Regler (RG3) erzeugt. Als Kommutierung kommt hierbei insbesondere eine Blockkommutierung, aber auch eine Sinuskommutierung in Frage. Bei einer Sinus-Kommutierung sind die Signale zueinander um die Winkel entsprechend der Anordnung der Statorspulen (L1,L2,L3) zueinander zeitlich gleichmäßig versetzt, also bei drei Statorspulen um 120°.
Durch die Spannungsansteuerung über die Treiber (DR1, DR2, DR3) werden die drei Statorspulen (L1,L2,L3) bestromt. Vorzugsweise fließen durch die erste, zweite und dritte Statorspule (L1,L2,L3) sinusförmige und/oder sinusähnliche Wechselströme, die um einen Winkel, der vorzugsweise dem Winkel entspricht, in dem die Spulen versetzt zueinander montiert sind, gegeneinander zeitlich versetzt sind. Zum besseren Verständnis sie hier und im Folgenden von drei Statorspulen ausgegangen, die in einem Winkel von 120° montiert sind. Die erste Statorspule (LI) wird dabei beispielhaft mit einem Sinus-Signal und die zweite Statorspule (L2) mit einem um 120° zeitlich versetzen angesteuert. Die dritte Statorspule (L3) werde mit einem um 240° zeitlich versetzen Signal angesteuert. Hierdurch wird ein Drehfeld erzeugt, dem der typi- scherweise permanenterregte Rotor (M) mechanisch folgt. Die Drehung des Rotors oder eines anderen Bauelements, das mit dem Rotor in Wirkverbindung steht, wird durch eine Winkelmessvorrichtung erfasst.
Eine solche Winkelmessvorrichtungen sind beispielsweise aus EP 2 700 911 AI, EP 1 452 836 Bl und DE 10 2012 015 792 AI bekannt. Im Stand der Technik finden sich mannigfache Methoden zur Bestimmung des Drehwinkels α der Welle eines Motors (M). Die Anwendung dieser Winkelmessmethoden ist Teil dieser Offenbarung. Das Ergebnis der Winkelmessung durch die Winkelmessvorrichtung (W) ist das Winkelsignal (a), das analog und/oder digital vorliegen kann. Vorzugsweise liefert die Winkelmessvorrichtung (W) ein kontinuierliches Messsignal, nämlich das besagte Winkelsignal (a) .
Eine Aufbereitungs- und Differenzierschaltung (aG) erzeugt aus dem Winkelsignal (a) das Geschwindigkeits-Istsignal (Gl) .
Hierdurch wird der Regelkreis geschlossen. Verstärkungen, Vorzeichen, Regel- und Filtereigenschaften sind so gewählt, dass sich Stabilität im Regelkreis ergibt. Beschreibung des erfindungsgemäßen technischen Problems
Das erfindungsgemäß zu lösende Problem entsteht nun dadurch, dass die das Winkelsignal der Winkelmessvorrichtung, die Einbauposition der Winkelmessvorrichtung (W) relativ zu den Statorspulen (L1,L2,L3) und die relativen Win- kelpositionen der Statorspulen (L1,L2,L3) zueinander in der Realität nicht genau reproduziert werden können, sondern von Motor zu Motor Fertigungsschwankungen unterworfen und damit mit einem streuenden Fehler behaftet sind. Außerdem ist die Mechanikkinematik mit temperaturabhängigen Veränderungen behaftet. Weitere Einflüsse wie beispielsweise mechanische Schwingungen des Motors können die Anordnung ebenso stören. Somit ist die Winkelmessung des Rotorlagewinkels α mit einer Winkelmessvorrichtung (M) zur Bestimmung eines optimalen Kommutierungszeitpunktes einer bestimmten Statorspule immer mit einem Winkelfehler belegt. Dies führt zu Kommutierungsfehlern für die einzelnen Statorspulen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kalibration einer kontinuierlichen bzw. quasikontinuierlichen Winkelmessung während des Betriebes zu ermöglichen.
Beschreibung der Erfindung Zur Lösung dieser Aufgabe wird m it der Erfindung ei n Verfahren zur Steuerung eines bürstenlosen Elektromotors, der einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor, einen Stator mit mindestens zwei, vorzugsweise drei zueinander ver¬ setzt angeordneten Statorspulen (L1, L2, L3) und eine Winkelmessvorrichtung (W) zur Ermittlu ng der aktuellen Verdrehposition des Rotors bei dessen Drehung aufweist, vorgesch lagen, wobei bei dem Verfah ren
zumindest zeitweise kontinuierlich , d . h . BEM F-frei, die aktuelle Verdreh¬ position des Rotors durch die ein Winkelmesssignal (am) liefernde Win¬ kelmessvorrichtung (W) gemessen wird,
- die mindestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) zur Erzeugu ng eines Mag¬ netdrehfelds mit jeweils einem Spulenstrom bestromt werden,
für zumindest eine der Statorspulen (L1,L2,L3) ein die induzierte BEM F- Spannung repräsentierendes BEM F-Signal (BEM F1, BEM F2,BEM F3) gene¬ riert wird,
- die Winkel messvorrichtung (W) anhand des BEM F-Signals (BEM F1,BEM F2,BEM F3) für die mindestens eine Statorspule (L1, L2, L3) oder für mindestens eine der Statorspulen (L1,L2,L3) kalibriert wird und die Bestrom ung der m indestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) anhand des Winkel messsignals (am) der kalibrierten Winkelmessvorrichtung (W) ge- steuert wird ..
Vorteilhafterweise wird zu r Kalibrierung der Winkelmessvorrichtung (W) deren zum Zeitpunkt der Generierung der induzierten BEM F-Spannung gegebenes Winkelmesssignal (am) korrigiert.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kan n vorgesehen sein, dass die Winkel messvorrichtung (W) ein die zu m Zeitpunkt der Generierung der induzierten BEM F-Spannung gegebene Rotorlage repräsentierendes Win¬ kelmesssignal (am) liefert, dass aus diesem gemessenen Wi nkelsignal (am) und dem oder einem BEM F-Signal (BEM F1, BEM F2,BEM F3) ein Rotorlagewin- kelmessfeh lersignal (Fa) ermittel wird und dass das korrigierte Winkeimessignal (am) aus dem Rotorlagewinkelmessfehlersignal (Fa) und dem Winkelmesssignal (am) berechnet wird, und zwar insbesondere durch eine Summation oder Subtraktion beider Signale.
Vorteilhafterweise kann die Bestromung der mindestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) anhand einer zeitlichen Ableitung, insbesondere anhand der ersten oder zweiten zeitlichen Ableitung des Winkelmesssignals der kalibrierten Winkelmessvorrichtung (W) gesteuert werden.
Mit Vorteil kann ferner vorgesehen sein, dass die BEMF zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stroms durch eine der Statorspulen (L1,L2,L3) oder jede der Statorspulen (L1,L2,L3) gemessen wird.
Schließlich kann es vorteilhaft sein, dass die Kalibrierung der Winkelmessvorrichtung (W) pro Umdrehung des Rotors so oft erfolgt, wie Statorspulen (L1,L2,L3) vorhanden sind.
Ferner ist es möglich, dass die Korrektur des Winkelmesssignals während eines Zeitintervalls zu Beginn der Rotation des Rotors durchgeführt wird oder dass die Korrektur des Winkelmesssignals während des Betriebs des Motors von Zeit zu Zeit durchgeführt wird.
Die Winkelmessvorrichtung (W) kann das Winkelmesssignal (am) mittels mindestens eines elektrisch, elektromechanisch, optisch, kapazitiv und/oder induktiv arbeitenden Sensors liefern.
Die Erfindung wird anhand der Figur 2 erläutert:
Zusätzlich zum Stand der Technik wird eine Messung der jeweils durch den Rotor in die erste Statorspule (LI), die zweite Statorspule (L2) und die dritte Statorspule (L3) induzierten elektromotorischen Kraft mit einem ersten BEMF- Signal (BEMF1) und vorzugsweise einem zweiten BEMF-Signal (BEMF2) und vorzugsweise einem dritten BEMF-Signal (BEMF3) ausgeführt. Eine Winkelermittlungsvorrichtung (Bot) erzeugt aus dem Winkelsignal (a), das die Winkelmessvorrichtung (W) ermittelt hat, nach Verstärkungs- und Offset- Korrektur das gemessene Winkelsignal (am) . Gegebenenfalls kann die Kor- rektur des Winkelsignals (a) statt mittel dieser einfachen linearen affinen Abbildung auch mittels eines komplizierteren, bijektiven Polynoms in der Winkelermittlungsvorrichtung (Bot) erfolgen.
Eine Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) berechnet nun aus dem gemessenen Winkelsignal (am) und aus mindestens einem BEMF-Signal, besser aus dem ersten BEMF Signal (BEMFl) und dem zweiten BEMF-Signal (BEMF2) und dem dritten BEMF-Signal (BEMF3) sowie gegebenenfalls weiteren BEMF-Signalen insbesondere im Falle von mehr als drei Statorspulen das Rotorlagewinkel- messfehlersignal (Fa) .
Eine Winkelkorrekturvorrichtung (Ca) berechnet insbesondere durch Summa- tion einen korrigierten Rotorlagewinkelsignal (α') aus dem Rotorlagewinkel- messfehlersignal (Fa) und dem Winkelsignal (am) . Dieses korrigierte Rotorlagewinkelsignal (α') wird nun benutzt, um in der Auf- bereitungs- und Differenzierschaltung (aG) das Geschwindigkeits-Istsignal (Gl) zu erzeugen.
Die elektromotorische Kraft in Form der BEMF-Signale (BEMFl, BEMF2, BEMF3) wird hierbei, wie im Stand der Technik üblich, während des Null- Durchgangs des jeweiligen Spulenstroms gemessen. Hierzu erzeugen beispielsweise der erste Treiber (Drl) ein erstes Ausgangsstromsignal (II), der zweite Treiber (Dr2) ein zweites Ausgangsstromsignal (12) und der dritte Treiber (Dr3) ein drittes Ausgangsstromsignal (13). Hierdurch wird der Fehlerbe- rechnungsvorrichtung (CV) signalisiert, wann der zeitliche Verlauf des die jeweilige Statorspule durchfließenden Stroms einen Nulldurchgang hat. Die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) bestimmt immer dann, wenn der Ausgangsstrom des ersten Treibers (Drl) einen Nulldurchgang hat, einen ersten BEMF-Wert anhand des ersten BEMF-Signals (BEMF1). Die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) bestimmt vorzugsweise auch immer dann, wenn der Ausgangsstrom des zweiten Treibers (Dr2) einen Nulldurchgang hat, einen zweiten BEMF-Wert anhand des zweiten BEMF-Signals (BEMF2). Die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) bestimmt ferner bevorzugt auch immer dann, wenn der Ausgangsstrom des dritten Treibers (Dr3) einen Nulldurchgang hat, den dritten BEMF-Wert anhand des dritten BEMF-Signals (BEMF3). Die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) kann somit bei Nulldurchgängen der Stator- bzw. Spulenströme den Kommutierungswinkel anhand der rückwirken¬ den elektromotorischen Kraft korrekt bestimmen.
Dies ist bei drei Statorspulen an drei Winkelpositionen pro Umdrehung des Ro- tors möglich. Dazwischen muss das System mit Hilfe irgendeines Verfahrens den aktuellen Rotorpositionswinkel interpolieren.
Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass eine permanente, gegebenenfalls jedoch fehlerbehaftete Winkelmessung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, mit einer derartigen zeitdiskreten Messung des Winkels geeignet zusammenwirken kann.
Bei jedem Nulldurchgang eines Statorspulenstroms kann somit eine Kalibration der kontinuierlichen Winkelmessung durch die Winkelmessvorrichtung erfol- gen. Dieses Prinzip kann im Prinzip für alle kontinuierlichen und/oder quasikontinuierlichen Winkelmessvorrichtungsprinzipien angewendet werden. Bei- spielsweise kann die Messung des Winkels a, wie bereits erwähnt, mittels Kodierscheiben oder ähnlichem gemessen wird, rekalibriert werden.
Die Erfindung wird in einer weiteren Ausprägung anhand der Figur 3 erläutert. Diese unterscheidet sich von der Figur 2 dadurch, dass für jede Statorspule ein Rotorlagewinkelmessfehlersignal ermittelt wird und eine separate Regelung der Kommutierungen jeder Statorspule unabhängig voneinander erfolgt.
Wie zuvor bereits beschrieben, wird wieder zusätzlich zum Stand der Technik je eine Messung der durch den Rotor in die erste Statorspule (LI) und die zweite Statorspule (L2) und die dritte Statorspule (L3) induzierten elektromotorischen Kraft mit einem ersten BEMF-Signal (BEMFl) und vorzugsweise einem zweiten BEMF-Signal (BEMF2) und vorzugsweise einem dritten BEMF- Signal (BEMF3) ausgeführt.
Eine Winkelermittlungsvorrichtung (Bot) erzeugt aus dem Winkelsignal (a), das die Winkelmessvorrichtung (W) ermittelt hat, nach Verstärkungs- und Offset- Korrektur das allen drei Regelkanälen gemeinsame gemessene Winkelsignal (am) . Gegebenenfalls kann die Korrektur des Winkelsignals (a) statt mittel dieser einfachen linearen affinen Abbildung auch wieder mittels eine komplizierteren, bijektiven Polynoms in der Winkelermittlungsvorrichtung (Bot) erfolgen.
Eine Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) berechnet nun aus dem gemessenen Winkelsignal (am) und aus mindestens dem ersten BEMF-Signal (BEMFl), besser aus dem ersten BEMF Signal (BEMFl) und dem zweiten BEMF-Signal (BEMF2) und dem dritten BEMF-Signal (BEMF3) sowie gegebenenfalls weiteren BEMF-Signalen für die erste Statorspule (LI) der drei Statorspulen das Rotor- lagewinkelmessfehlersignal (Fai) des ersten Kanals.
Die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) berechnet zusätzlich aus dem gemessenen Winkelsignal (am) und aus mindestens dem zweiten BEMF-Signal (BEMF2), besser aus dem ersten BEMF Signal (BEMFl) und dem zweiten BEMF-Signal (BEMF2) und dem dritten BEMF-Signal (BEMF3) sowie gegebenenfalls weiteren BEMF-Signalen für die zweite Statorspule (L2) der drei Statorspulen das Rotorlagewinkelmessfehlersignal (Fa2) des zweiten Kanals.
Die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) berechnet zusätzlich aus dem gemessenen Winkelsignal (am) und aus mindestens dem dritten BEMF-Signal (BEMF3), besser aus dem ersten BEMF Signal (BEMFl) und dem zweiten BEMF-Signal (BEMF2) und dem dritten BEMF-Signal (BEMF3) sowie gegebe- nenfalls weiteren BEMF-Signalen für die dritte Statorspule (L3) der drei Statorspulen das Rotorlagewinkelmessfehlersignal (Fa3) des dritten Kanals.
Eine Winkelkorrekturvorrichtung (Coti) des ersten Kanals berechnet insbesondere durch Summation ein korrigiertes Rotorlagewinkelsignal (α^) des ersten Kanals aus dem Rotorlagewinkelmessfehlersignal (Foti) des ersten Kanals und dem Winkelsignal (a) bzw. dem gemessenen Winkelsignal (am) .
Eine Winkelkorrekturvorrichtung (Ca2) des zweiten Kanals berechnet insbesondere durch Summation ein korrigiertes Rotorlagewinkelsignal (α2 Λ) des zweiten Kanals aus dem Rotorlagewinkelmessfehlersignal (Fa2) des zweiten Kanals und dem Winkelsignal (a) bzw. dem gemessenen Winkelsignal (am) .
Eine Winkelkorrekturvorrichtung (Ca3) des dritten Kanals berechnet insbesondere durch Summation ein korrigiertes Rotorlagewinkelsignal (α3 Λ) des dritten Kanals aus dem Rotorlagewinkelmessfehlersignal (Fa3) des dritten Kanals und dem Winkelsignal (a) bzw. dem gemessenen Winkelsignal (am) .
Diese korrigierten Rotorlagewinkelsignale (αι',α^,α^) werden nun benutzt, um in jeweils einer dem jeweiligen Kanal zugehörigen Aufbereitungs- und Diffe- renzierschaltung (aGi,aG2,aG3) nun für das jeweilige Rotorlagewinkelsignal
(αι',α^,α^) des jeweiligen Kanals ein dem jeweiligen Kanal zugehöriges Ge- schwindigkeits-Istsignal (GIi,GI2,GI3,) zu erzeugen. Die elektromotorische Kraft in Form der BEM F-Signale (BEM F1,BEM F2,BEM F3) wird hierbei, wie im Stand der Technik üblich, während des Null-Durchgangs des jeweiligen Spulenstroms gemessen . Hierzu erzeugen beispielsweise der erste Treiber (Drl) ein erstes Ausgangsstromsignal (I I), der zweite Treiber (Dr2) ein zweites Ausgangsstromsignal (12) und der dritte Treiber (Dr3) ein drittes Ausgangsstromsignal (13) . Hierdurch wird der Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) signalisiert, wann der jeweilige Ausgangsstrom, der die jeweilige Statorspule bestromt, einen Nulldurchgang hat.
Die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) bestimmt immer dann, wenn der Ausgangsstrom des ersten Treibers (Drl) der ersten Statorspule (LI) einen Nulldurchgang hat, einen ersten BEM F-Wert anhand des ersten BEM F-Signals (BEM F1) .
Die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) bevorzugt bestimmt immer dann, wenn der Ausgangsstrom des zweiten Treibers (Dr2) der zweiten Statorspule (L2) einen Nulldurchgang hat, einen zweiten BEMF-Wert anhand des zweiten BEM F-Signals (BEM F2) .
Die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) bestimmt bevorzugt immer dann, wenn der Ausgangsstrom des dritten Treibers (Dr3) der dritten Statorspule (L3) einen Nulldurchgang hat, den dritten BEM F-Wert anhand des dritten BEM F-Signals (BEM F3) .
Die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) kann somit nur bei Nulldurchgängen der Statorströme den Kommutierungswinkel anhand der rückwirkenden elektromotorischen Kraft korrekt bestimmen . Dies ist auch im Falle der Figur 3 bei drei Statorspulen nur an drei Winkelpositionen währen einer Umdrehung möglich . Dazwischen muss das System mit Hilfe irgendeines Verfahrens den aktuellen Rotorpositionswinkel interpolieren . Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass eine permanente, jedoch fehlerbehaftete Winkelmessung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, mit einer derartigen zeitdiskreten Messung des Winkels geeignet zusammenwirken kann.
Bei jedem Nulldurchgang eines Statorspulenstroms der jeweiligen Statorspule eines Kanals kann somit eine Kalibration der kontinuierlichen Winkelmessung durch die Winkelmessvorrichtung erfolgen . Dieses Prinzip kann grundsätzlich für alle kontinuierlichen und/oder quasikontinuierlichen Winkelmessvorrich- tungsprinzipien angewendet werden. Beispielsweise kann die Messung des Winkels a, wie bereits erwähnt, mittels Kodierscheiben oder ähnlichem rekalibriert werden. Im Gegensatz zur Figur 2 werden nun aber mechanische Fehljustierungen der Statorspulen untereinander und/oder asymmetrische Mag- netisierungen des Motorläufers automatisch ausgeglichen.
Die Erfindung lässt sich ferner alternativ durch eine der nachfolgend genannten Merkmalsgruppen umschreiben, wobei die Merkmalsgruppen beliebig miteinander kombinierbar sind und auch einzelne Merkmale einer Merkmals- gruppe mit ein oder mehreren Merkmalen einer oder mehrerer anderer Merkmalsgruppen und/oder einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind.
Verfahren zur Regelung der Versorgung eines bürstenlosen Motors mit elektrischer Energie
wobei der bürstenlose Motor mindestens zwei Statorspulen, die, bezogen auf die Rotationsachse des Rotors, um einen ersten Winkel gegeneinander versetzt sind, umfasst und
wobei der bürstenlose Motor mindestens ein Winkelmesssystem (W) für die Rotorlagemessung umfasst und
umfassend die Schritte zumindest zeitabschnittsweises Bestromen der mindestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) mit mindestens einem ersten und einem zweiten Statorspulenstrom, wobei der erste Statorspulenstrom gegenüber dem zweiten Statorspulenstrom zeitlich versetzt ist, und wobei zumindest der erste und zweite Statorspulenstrom einen Wechselstromanteil aufweisen und
zumindest zeitabschnittsweise fortlaufende Messung einer ersten Winkelposition (a) des Rotors mittels des besagten Winkelmesssystems (W);
gegebenenfalls zumindest zeitabschnittsweise Messung weiterer Winkelpositionen des Rotors mittels gegebenenfalls weiterer Winkelmesssysteme;
zumindest zeitabschnittsweise Messung der BEMF (BEMF1,BEMF2,BEMF3) an zumindest einer Stator-Spule durch eine Fehlerberechnungsvorrichtung (CV);
zumindest zeitabschnittsweise fortlaufende Berechnung gemessenen Winkelsignals (am) aus den Messwerten des Winkelmesssystems (W) und/oder der Winkelmesssysteme durch eine Winkelermittlungsvorrichtung (Bot) ;
zumindest zeitabschnittsweise Berechnung eines Rotorlagewinkel- messfehlers (Fa) aus dem Rotorlagewinkel (a) und mindestens einem Messergebnis der BEMF Messung (BEMF1,BEMF2,BEMF3) durch die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV);
zumindest zeitabschnittsweise fortlaufende Berechnung eines korrigierten Rotorlagewinkels (a ) aus dem Rotorlagewinkel (a) und dem Rotorlagewinkelmessfehler (Fa) durch eine Winkelkorrekturvorrich- tung(Ca);
Regelung (S0,GD,RG0,RGl,RG2,RG3,Sl,S2,S3,Drl,Dr2,Dr3) des zumindest zeitabschnittsweisen Bestromens der mindestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) in Abhängigkeit von diesem korrigierten Rotorlagewinkel (α') oder einem einfachen oder mehrfachen zeitlichen Ableitung desselben. Verfahren zur Regelung der Versorgung eines bürstenlosen Motors mit elektrischer Energie
wobei der bürstenlose Motor mindestens zwei Statorspulen, die um einen ersten Winkel gegeneinander bezogen auf die Rotationsachse des Rotors versetzt sind, umfasst und
wobei der bürstenlose Motor mindestens ein Winkelmesssystem (W) für die Rotorlagemessung umfasst und
umfassend die Schritte
zumindest zeitabschnittsweises Bestromen der mindestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) mit mindestens einem ersten und einem zweiten Statorspulenstrom, wobei der erste Statorspulenstrom gegenüber dem zweiten Statorspulenstrom zeitlich versetzt ist, und wobei zumindest der erste und zweite Statorspulenstrom einen Wechselstromanteil aufweisen und
zumindest zeitabschnittsweise fortlaufende Messung einer ersten Winkelposition (a) des Rotors mittels des besagten Winkelmesssystems (W);
gegebenenfalls zumindest zeitabschnittsweise Messung weiterer Winkelpositionen des Rotors mittels gegebenenfalls weiterer Winkelmesssysteme;
zumindest zeitabschnittsweise Messung der BEMF (BEMF1,BEMF2,BEMF3) an den zumindest zwei Stator-Spulen durch eine Fehlerberechnungsvorrichtung (CV);
zumindest zeitabschnittsweise fortlaufende Berechnung gemessenen Winkelsignals (am) aus den Messwerten des Winkelmesssystems (W) und/oder der Winkelmesssysteme durch eine Winkelermittlungsvorrichtung (Bot);
zumindest zeitabschnittsweise Berechnung eines Rotorlagewinkel- messfehlers (Foti) für die erste Statorspule (LI) aus dem Rotorlagewinkel (a) und mindestens dem Messergebnis der BEMF Messung der ersten Statorspule (BEMF1) durch die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) ;
zumindest zeitabschnittsweise Berechnung eines Rotorlagewinkel- messfehlers (Fa2) für die zweite Statorspule (L2) aus dem Rotorlagewinkel (a) und mindestens dem Messergebnis der BEMF Messung der zweiten Statorspule (BEMF2) durch die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) ;
gegebenenfalls zumindest zeitabschnittsweise Berechnung eines Ro- torlagewinkelmessfehlers (Fa3) für die dritte Statorspule (L3) aus dem Rotorlagewinkel (a) und mindestens dem Messergebnis der BEMF Messung der dritten Statorspule (BEMF3) durch die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) ;
gegebenenfalls zumindest zeitabschnittsweise Berechnung weiterer Rotorlagewinkelmessfehler (Fa) für die weiteren Statorspulen (L3) aus dem Rotorlagewinkel (a) und mindestens dem jeweiligen Messergebnis der BEMF Messung der jeweiligen Statorspule durch die Fehlerberechnungsvorrichtung (CV) ;
zumindest zeitabschnittsweise fortlaufende Berechnung eines der ersten Statorspule (LI) zugeordneten korrigierten Rotorlagewinkels (α^) aus dem Rotorlagewinkel (a) und dem zugehörigen Rotorlagewinkelmessfehler (Foti) durch eine der ersten Statorspule (LI) zugeordneten Winkel korrekturvorrichtung(Cai) ;
zumindest zeitabschnittsweise fortlaufende Berechnung eines der zweiten Statorspule (L2) zugeordneten korrigierten Rotorlagewinkels (α2 Λ) aus dem Rotorlagewinkel (a) und dem zugehörigen Rotorlagewinkelmessfehler (Fa2) durch eine der zweiten Statorspule (L2) zugeordneten Winkelkorrekturvorrichtung(Ca2) ;
gegebenenfalls zumindest zeitabschnittsweise fortlaufende Berechnung eines der dritten Statorspule (L3) zugeordneten korrigierten Rotorlagewinkels (α3 Λ) aus dem Rotorlagewinkel (a) und dem zugehörigen Rotorlagewinkelmessfehler (Fa3) durch eine der dritten Statorspule (L3) zugeordneten Winkelkorrekturvorrichtung(Ca3) ; gegebenenfalls zumindest zeitabschnittsweise fortlaufende Berechnung eines der jeweiligen weiteren Statorspule zugeordneten korrigierten Rotorlagewinkels (α') aus dem der jeweiligen weiteren Statorspule zugeordneten Rotorlagewinkel (a) und dem zugehörigen Ro- torlagewinkelmessfehler (Fa) durch eine der jeweiligen weiteren Statorspule zugeordneten Winkelkorrekturvorrichtung(Ca);
Regelung (S0i,GDi,RG0i,RGl,Sl,Drl) des zumindest zeitabschnittsweisen Bestromens der ersten Statorspule (LI) in Abhängigkeit von diesem korrigierten, der ersten Statorspule (LI) zugeordneten Rotorlagewinkel (αιΛ) oder einem einfachen oder mehrfachen zeitlichen Ableitung desselben;
Regelung (S02,GD2,RG02,RG2,S2,Dr2) des zumindest zeitabschnittsweisen Bestromens der zweiten Statorspule (L2) in Abhängigkeit von diesem korrigierten, der zweiten Statorspule (L2) zugeordneten Rotorlagewinkel (α2 Λ) oder einem einfachen oder mehrfachen zeitlichen Ableitung desselben.
gegebenenfalls Regelung (S03,GD3,RG03,RG3,S3,Dr3) des zumindest zeitabschnittsweisen Bestromens der dritten Statorspule (L3) in Abhängigkeit von diesem korrigierten, der dritten Statorspule (L3) zugeordneten Rotorlagewinkel (α3 Λ) oder einem einfachen oder mehrfachen zeitlichen Ableitung desselben;
gegebenenfalls Regelung (S0n,GDn,RG0n,RGn,Sn,Drn) des zumindest zeitabschnittsweisen Bestromens einer weiteren Statorspule in Abhängigkeit von diesem korrigierten, der jeweiligen weiteren Statorspule zugeordneten weiteren Rotorlagewinkels (a ) oder einem einfachen oder mehrfachen zeitlichen Ableitung desselben.
Verfahren zur Steuerung eines bürstenlosen Elektromotors, der einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor, einen Stator mit mindestens zwei, vorzugsweise drei zueinander versetzt angeordneten Statorspulen (L1,L2,L3) und eine Winkelmessvorrichtung (W) zur BEMF-freien Ermittlung der ak- tuellen Verdrehposition des Rotors bei dessen Drehung aufweist, wobei bei dem Verfahren
zumindest zeitweise kontinuierlich die aktuelle Verdrehposition des Rotors durch die ein Winkelmesssignal liefernde Winkelmessvorrichtung (W) gemessen wird,
die mindestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) zur Erzeugung eines Magnetdrehfelds mit jeweils einem Spulenstrom bestromt werden, für zumindest eine der Statorspulen (L1,L2,L3) ein die induzierte BEMF-Spannung repräsentierendes BEMF-Signal
(BEMF1,BEMF2,BEMF3) generiert wird,
das Winkelmesssignal der Winkelmessvorrichtung (W) anhand des BEMF-Signals (BEMF1,BEMF2,BEMF3) für die mindestens eine Statorspule (L1,L2,L3) korrigiert wird und
die Bestromung der mindestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) anhand des korrigierten Winkelmesssignals der Winkelmessvorrichtung (W) gesteuert wird.
Verfahren nach einer der Ziffern 1 bis 3, wobei durch Steuern der Bestromung der mindestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) anhand einer zeitlichen Ableitung, insbesondere anhand der ersten oder zweiten zeitlichen Ableitung des korrigierten Winkelmesssignals der Winkelmessvorrichtung (W).
Verfahren nach einer der Ziffern 1 bis 4, wobei die BEMF zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stroms durch eine der Statorspulen (L1,L2,L3) oder jede der Statorspulen (L1,L2,L3) gemessen wird.
Verfahren nach einer der Ziffern 1 bis 5, wobei die Korrektur des Winkelmesssignals pro Umdrehung des Rotors so oft erfolgt, wie Statorspulen (L1,L2,L3) vorhanden sind. Verfahren nach einer der Ziffern 1 bis 6, wobei die Korrektur des Winkelmesssignals während eines Zeitintervalls zu Beginn der Rotation des Rotors durchgeführt wird. Verfahren nach einer der Ziffern 1 bis 7, wobei die Korrektur des Winkelmesssignals während des Betriebs des Motors von Zeit zu Zeit durchgeführt wird.
BEZUGSZEICHENLISTE α Winkelsignal
korrigierten Rotorlagewinkelsignal / korrigierter Rotorlagewinkel αιΛ korrigierten Rotorlagewinkelsignal / korrigierter Rotorlagewinkel des ersten Kanals
α2 Λ korrigierten Rotorlagewinkelsignal / korrigierter Rotorlagewinkel des zweiten Kanals
α3 Λ korrigierten Rotorlagewinkelsignal / korrigierter Rotorlagewinkel des dritten Kanals
am gemessenes Winkelsignal nach Verstärkungs- und Offset- Korrektur aG Aufbereitungs- und Differenzierschaltung für das Winkelsignal (a), das gegebenenfalls Digitalisierung und gegebenenfalls Filterung umfasst. aGi Aufbereitungs- und Differenzierschaltung des ersten Kanals für das
Winkelsignal (a), das gegebenenfalls Digitalisierung und gegebenenfalls Filterung umfasst.
aG2 Aufbereitungs- und Differenzierschaltung des zweiten Kanals für das
Winkelsignal (a), das gegebenenfalls Digitalisierung und gegebenenfalls Filterung umfasst.
aG3 Aufbereitungs- und Differenzierschaltung des dritten Kanals für das
Winkelsignal (a), das gegebenenfalls Digitalisierung und gegebenenfalls Filterung umfasst.
Al_l erstes Ansteuersignal für die erste Statorspule LI
Al_2 zweites Ansteuersignal für die erste Statorspule LI
A2_l erstes Ansteuersignal für die zweite Statorspule L2
A2_2 zweites Ansteuersignal für die zweite Statorspule L2
A3_l erstes Ansteuersignal für die dritte Statorspule L3
A3_2 zweites Ansteuersignal für die dritte Statorspule L3
Ba Winkelermittlungsvorrichtung
BEMF1 erstes BEMF Signal
BEMF2 zweites BEMF Signal
BEMF3 drittes BEMF Signal
Ca Winkelkorrekturvorrichtung Coti Winkelkorrekturvorrichtung des ersten Kanals
Ca2 Winkelkorrekturvorrichtung des zweiten Kanals
Ca3 Winkelkorrekturvorrichtung des dritten Kanals
CV Fehlerberechnungsvorrichtung
11 erstes Ausgangsstromsignal
12 zweites Ausgangsstromsignal
13 drittes Ausgangsstromsignal
DR1 erster Treiber
DR2 zweiter Treiber
DR3 dritter Treiber
Fa Rotorlagewinkelmessfehlersignal / Rotorlagewinkelmessfehler
Foti Rotorlagewinkelmessfehlersignal / Rotorlagewinkelmessfehler des ersten Kanals
Fa2 Rotorlagewinkelmessfehlersignal / Rotorlagewinkelmessfehler des zweiten Kanals
Fa3 Rotorlagewinkelmessfehlersignal / Rotorlagewinkelmessfehler des dritten Kanals
GD Geschwindigkeits- Differenzsignal
GDi Geschwindigkeits-Differenzsignal des ersten Kanals
GD2 Geschwindigkeits-Differenzsignal des zweiten Kanals
GD3 Geschwindigkeits-Differenzsignal des dritten Kanals
GS Geschwindigkeits-Sollsignal
GSG Geschwindigkeits-Stellgröße
GSGi Geschwindigkeits-Stellgröße des ersten Kanals
GSG2 Geschwindigkeits-Stellgröße des zweiten Kanals
GSG3 Geschwindigkeits-Stellgröße des dritten Kanals
Gl Geschwindigkeits-Istsignal
GIi Geschwindigkeits-Istsignal des ersten Kanals
GI2 Geschwindigkeits-Istsignal des zweiten Kanals
GI3 Geschwindigkeits-Istsignal des dritten Kanals
LI erste Statorspule
L2 zweite Statorspule L3 dritte Statorspule
M Rotor
RGO nullter Regler
RGOi nullter Regler des ersten Kanals
RG02 nullter Regler des zweiten Kanals
RGO3 nullter Regler des dritten Kanals
RG1 erster Regler
RG2 zweiter Regler
RG3 dritter Regler
SO erster Summierer
SOi erster Summierer des ersten Kanals
S02 erster Summierer des zweiten Kanals
S03 erster Summierer des dritten Kanals
Sl erstes Steuersignal für den ersten Treiber (Drl)
S2 zweites Steuersignal für den zweiten Treiber (Dr2)
S3 drittes Steuersignal für den dritten Treiber (Dr3)
W Winkel messvorrichtung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Steuerung eines bürstenlosen Elektromotors, der einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor, einen Stator mit mindestens zwei, vorzugsweise drei zueinander versetzt angeordneten Statorspulen (L1,L2,L3) und eine Winkelmessvorrichtung (W) zur Ermittlung der aktuellen Verdrehposition des Rotors bei dessen Drehung aufweist, wobei bei dem Verfahren
zumindest zeitweise kontinuierlich die aktuelle Verdrehposition des Rotors durch die ein Winkelmesssignal (am) liefernde Winkelmessvorrichtung (W) gemessen wird,
die mindestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) zur Erzeugung eines Magnetdrehfelds mit jeweils einem Spulenstrom bestromt werden, für zumindest eine der Statorspulen (L1,L2,L3) ein die induzierte BEMF-Spannung repräsentierendes BEMF-Signal
(BEMF1,BEMF2,BEMF3) generiert wird,
die Winkelmessvorrichtung (W) anhand des BEMF-Signals (BEMF1,BEMF2,BEMF3) für die mindestens eine Statorspule (L1,L2,L3) oder für mindestens eine der Statorspulen (L1,L2,L3) kalibriert wird und
die Bestromung der mindestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) anhand des Winkelmesssignals (am) der kalibrierten Winkelmessvorrichtung (W) gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung der Winkelmessvorrichtung (W) deren zum Zeitpunkt der Generierung der induzierten BEMF-Spannung gegebenes Winkelmesssignal (am) korrigiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmessvorrichtung (W) ein die zum Zeitpunkt der Generierung der induzierten BEMF-Spannung gegebene Rotorlage repräsentierendes Winkelmess- Signal (am) liefert, dass aus diesem gemessenen Winkelsignal (am) und dem oder einem BEMF-Signal (BEMF1,BEMF2,BEMF3) ein Rotorlagewin- kelmessfehlersignal (Fa) ermittel wird und dass das korrigierte Winkeimessignal (am) aus dem Rotorlagewinkelmessfehlersignal (Fa) und dem Winkelmesssignal (am) berechnet wird, und zwar insbesondere durch eine Summation oder Subtraktion beider Signale.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Steuern der Bestromung der mindestens zwei Statorspulen (L1,L2,L3) anhand einer zeitlichen Ableitung, insbesondere anhand der ersten oder zweiten zeitlichen Ableitung des Winkelmesssignals der kalibrierten Winkelmessvorrichtung (W).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die BEMF zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stroms durch eine der Statorspulen (L1,L2,L3) oder jede der Statorspulen (L1,L2,L3) gemessen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung der Winkelmessvorrichtung (W) pro Umdrehung des Rotors so oft erfolgt, wie Statorspulen (L1,L2,L3) vorhanden sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Winkelmesssignals während eines Zeitintervalls zu Beginn der Rotation des Rotors durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Winkelmesssignals während des Betriebs des Motors von Zeit zu Zeit durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmessvorrichtung (W) das Winkelmesssignal (am) mittels mindestens eines elektrisch, elektromechanisch, optisch, kapazitiv und/oder induktiv arbeitenden Sensors liefert.
PCT/EP2016/067330 2015-07-23 2016-07-20 Verfahren zur steuerung eines bürstenlosen motors WO2017013184A1 (de)

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Citations (4)

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