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DE202016008166U1 - Device for current-controlled start-up of permanently excited electric motors - Google Patents

Device for current-controlled start-up of permanently excited electric motors Download PDF

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DE202016008166U1
DE202016008166U1 DE202016008166.8U DE202016008166U DE202016008166U1 DE 202016008166 U1 DE202016008166 U1 DE 202016008166U1 DE 202016008166 U DE202016008166 U DE 202016008166U DE 202016008166 U1 DE202016008166 U1 DE 202016008166U1
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Abstract

Vorrichtung zur modulierten Spannungsansteuerung eines bürstenlosen Motors mit einer Spannungsamplitude mittels einer Einrichtung zum Messen der Phasenströme (i1, i2) des bürstenlosen Motors, die eine mittlere gemeinsame Motorstromamplitude (isum, IA) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, a. dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Schätzung oder Berechnung des Betrags (Iamp) der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) als Betrag (Iamp) der Summe (|Iamp| = 3|i1| + 3|i2|) mindestens zweier, den jeweiligen Beträgen (|i1|, |i2|) der gemessenen Phasenströme (i1, i2) jeweils proportionalen Größen (3|i1|, 3|i2|) aufweist und b. dass eine Einrichtung zur Regelung der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) in der Vorrichtung vorhanden ist, die bei Aktivierung der Regelung auf Basis der der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) mittels der Einrichtung zum Messen der Phasenströme (i1, i2) und des Betrags (Iamp) der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) und eines Stromregelkreises (S, SG, PWM, LT, M, LT, SM, AM, AR) die Spannungsamplitude der modulierten Spannungsansteuerung des Motors (M) so regelt, dass die mittlere Motorstromamplitude (isum, IA) einen vorgebbaren Zielwert (Istart) erreicht.A device for modulated voltage driving of a brushless motor with a voltage amplitude by means of a device for measuring the phase currents (i1, i2) of the brushless motor having a mean common motor current amplitude (isum, IA), characterized a. in that the device comprises means for estimating or calculating the magnitude (Iamp) of the average motor current amplitude (isum, IA) as the magnitude (Iamp) of the sum (| Iamp | = 3 | i1 | + 3 | i2 |) of at least two, the respective amounts (| i1 |, | i2 |) of the measured phase currents (i1, i2) respectively have proportional quantities (3 | i1 |, 3 | i2 |) and b. in that there is a device for controlling the average motor current amplitude (isum, IA) in the device, which, upon activation of the control, is based on the mean motor current amplitude (isum, IA) by the means for measuring the phase currents (i1, i2) and the amount (Iamp) the average motor current amplitude (isum, IA) and a current control loop (S, SG, PWM, LT, M, LT, SM, AM, AR), the voltage amplitude of the modulated voltage drive of the motor (M) so controls that the average motor current amplitude (isum, IA) reaches a predefinable target value (actual type).

Description

Einleitungintroduction

Beim stromgeregelten Anlauf bürstenloser permanenterregter Elektromotoren, im Folgenden BLDC-Motoren genannt, stellt sich das Problem, dass bei sehr geringen Drehzahlen die Induktion in die Statorspulen sehr gering ist. Soll nun die Rotorposition bestimmt werden, so sind die in die Statorspulen induzierten Spannungen, im Folgenden Back-EMF oder BEMF genannt, sehr gering. Dementsprechend führt das unvermeidliche Systemrauschen des Motorreglersystems zu Mess- und damit zu Regelfehlern.The current-controlled start-up of brushless permanent-magnet electric motors, hereinafter referred to as BLDC motors, poses the problem that at very low speeds the induction into the stator coils is very small. If the rotor position is to be determined, the voltages induced in the stator coils, referred to below as back-EMF or BEMF, are very small. Accordingly, the inevitable system noise of the engine control system leads to measurement and thus control errors.

Beim Start/Anlauf von PMSM- und BLDC-Motoren wird eine Spannung in den Motor eingeprägt. Diese bewirkt einen Stromfluss im Motor. Die Höhe des Stromflusses ist dabei u. a. abhängig von:

  • • der Versorgungsspannung,
  • • der Drehzahl,
  • • der Temperatur,
  • • dem Innenwiderstand des Motors
When starting / starting PMSM and BLDC motors, a voltage is impressed into the motor. This causes a current flow in the motor. The amount of current flow depends on:
  • The supply voltage,
  • The speed,
  • The temperature,
  • • the internal resistance of the motor

Diese Abhängigkeiten können zu großen Schwankungen/Streuungen während des Starts führen. Das eigentliche Ziel des Startvorgangs ist es, ein Drehmoment zu erzeugen, das den Rotor mit einer Winkelbeschleunigung versieht. Um dieses zu erreichen, wäre eine definierte Stromamplitude wünschenswert. Im Stand der Technik wird häufig ein endliches Polynom implementiert, das die Soll-Stromvorgabe in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung modelliert. Aufgrund der Fertigungsschwankungen bei der Herstellung der Motoren, ist es notwendig, die Polynomkoeffizienten für jeden Motor im Rahmen der Systemfertigung am Bandende, also am Ende der Produktion, zu bestimmen und im System abzulegen. Die Nachteile der Polynomnäherung sind offensichtlich: Zum einen müssen die Polynomkoeffizienten aufwendig in der Fertigung und/oder im Labor bestimmt und berechnet werden. Zum anderen wird die Temperaturabhängigkeit durch eine solche eindimensional, nämlich von der Versorgungsspannung, abhängige Modellierung nicht kompensiert. Die Berücksichtigung der Temperatur als weiteren Parameter in Form eines zweidimensionalen Polynoms würde zu massiv erhöhten Aufwendungen bei der Kalibrierung führen, die nur in Ausnahmefällen sinnvoll sind. Geschieht diese Berücksichtigung der Temperatur nicht, was typischerweise der Fall ist, so erhöht sich der Strom um einen Faktor von bis zu zwei. Die Polynomkoeffizienten sind also motorspezifisch und verursachen somit zusätzliche Kalibrierkosten in der Produktion.These dependencies can lead to large fluctuations / scatters during the start. The actual goal of the starting process is to generate a torque that provides the rotor with an angular acceleration. To achieve this, a defined current amplitude would be desirable. The prior art often implements a finite polynomial that models the desired current command as a function of the supply voltage. Due to manufacturing variations in the production of the motors, it is necessary to determine the polynomial coefficients for each motor as part of the system production at the end of the tape, ie at the end of production, and store it in the system. The disadvantages of the polynomial approximation are obvious: First, the polynomial coefficients must be elaborately determined and calculated in the production and / or in the laboratory. On the other hand, the temperature dependence is not compensated by such a one-dimensional, namely by the supply voltage, dependent modeling. The consideration of the temperature as a further parameter in the form of a two-dimensional polynomial would lead to massively increased expenses in the calibration, which are only useful in exceptional cases. If this consideration of temperature does not occur, which is typically the case, then the current increases by a factor of up to two. The polynomial coefficients are therefore engine-specific and thus cause additional calibration costs in production.

Da zur Beschleunigung des Motors beim Start/Anlauf ein Mindestdrehmoment benötigt wird, wird die Untergrenze des Anlaufstromes immer auf einen erforderlichen Mindestwert gelegt. Im realen Betrieb ist daher der Strom während des Starts meist zu hoch. Dies führt u. a. auch zu unerwünschten, z. T. hohen Geräuschentwicklungen, die insbesondere bei Anwendungen, die auf Consumer-Märkte zielen nicht erwünscht sind.Since a minimum torque is required to accelerate the motor during start / start, the lower limit of the starting current is always set to a required minimum value. In real operation, therefore, the current during startup is usually too high. This leads u. a. also to unwanted, z. T. high noise levels, especially in applications that target consumer markets are not desirable.

1 zeigt einen Ausschnitt eines typischen Ansteuersystems für PMSM oder BLDC-Motoren aus dem Stand der Technik. 1 shows a section of a typical drive system for PMSM or BLDC motors from the prior art.

Ein Amplituden-/Tastverhältnis wird in Form eines Amplituden-/Tastverhältnissignals (ATS) von außen dem Regler vorgegeben. Aus diesem und dem später näher erläuterten Korrektursignal (KS) erzeugt die Spannungsformgenerierung (SG) das Spannungsformsignal (SF). Das Korrektursignal (KS) enthält dabei die Frequenz- oder Winkelinformation, die als Ergebnis aus einer Rotorlageregelung (RLR) kommt. Diese Spannungsformgenerierung (SG) generiert die zeitabhängigen Informationen über die zu erzeugenden Ausgangsspannungen auf den Anschlussleitungen (U, V, W) des Motors (M). Das kann z. B. bei PMSM-Motoren ein sinusförmiger Verlauf (siehe 2) oder bei BLDC-Motoren eine Blockkommutierung (siehe auch 3) sein. Das Ausgangssignal der Spannungsformgenerierung (SG) wird an eine PWM-Generierung (PWM) weitergegeben, die die Informationen der drei mittleren Phasensollspannungen in üblicherweise PWM-modulierte Signale, die Steuersignale (STS) für den Leistungsteil (LT), umwandeln. Die PWM-Generierung (PWM) erzeugt somit aus dem Spannungsformsignal (SF) die Steuersignale (STS) für den Leistungsteil (LT), der mittels seiner Treiber, typischerweise mehrere Halbbrücken, den Motor (M) über typischerweise drei oder zwei Motoranschlussleitungen (U, V, W) ansteuert. Die Amplitude der Ausgangsspannungen bei PMSM-Motoren bzw. das Tastverhältnis bei Blockkommutierung bei BLDC-Motoren wird durch das bereits erwähnte Amplituden-/Tastverhältnissignals (ATS) als ein Eingangssignal der Spannungsformgenerierung (SG) vorgegeben. Der Leistungsteil (LT) liefert ein Strommesswertsignal (SMW) aus dem eine Strommessvorrichtung (SM) synchronisierte Strommesswertsignale (SSMW) erzeugt. Dabei erzeugt eine Synchronisiervorrichtung (SY) aus Signalen der PWM-Generierung (PWM) die notwendigen Synchronisiersignale für die Strommessvorrichtung (SM) und die im Folgenden noch beschriebene Rotorlagedetektion (RD). Diese Rotorlagedetektion (RD), die entweder separate Positionssensoren besitzt oder die Rotorlage aus elektrischen Größen ermittelt, die am Leistungsteil (LT) zurückgemessen werden, ermittelt die momentane Rotorlage in Form eines das Rotorlagesignals (α). Die Rotorlagedetektion (RD) erzeugt somit aus Rotorlagesignalen (RLS) aus dem Leistungsteil (LT) und den synchronisierten Strommesswertsignalen (SSMW) das Rotorlagesignal (α), das typischerweise einen Rotorlagewinkel symbolisiert, also quasi ein Rotorlagewinkelsignal ist. Dieses Rotorlagesignal (α) ist wiederum die Eingangsgröße für die Rotorlageregelung (RLR). Die Rotorlageregelung (RLR). leitet aus der gewünschten Rotorlage und der Information über die tatsächliche Rotorlage in Form des Rotorlagesignals (α) ein Frequenz- oder Winkelsignal in Form des besagten Korrektursignals (KS) für die Spannungsformgenerierung (SG) ab. Eine Rotorlageregelung (RLR) erzeugt somit aus dem Rotorlagesignal (α) das besagte Korrektursignal (KS).An amplitude / duty cycle is specified in the form of an amplitude / duty cycle signal (ATS) from outside the controller. From this and the correction signal (KS) explained in more detail below, the voltage form generation (SG) generates the voltage shaping signal (SF). The correction signal (KS) contains the frequency or angle information that comes as a result of a rotor position control (RLR). This voltage generation (SG) generates the time-dependent information about the output voltages to be generated on the connection lines (U, V, W) of the motor (M). This can z. B. in PMSM motors sinusoidal course (see 2 ) or block commutation with BLDC motors (see also 3 ) be. The output of the voltage waveform generator (SG) is passed to a PWM generator (PWM), which converts the information of the three mean phase reference voltages into usually PWM modulated signals, the control signals (STS) for the power unit (LT). The PWM generation (PWM) thus generates from the voltage shaping signal (SF) the control signals (STS) for the power unit (LT) which, by means of its drivers, typically several half-bridges, connect the motor (M) via typically three or two motor connection lines (U, V, W). The amplitude of the output voltages in PMSM motors and the duty cycle in block commutation in BLDC motors is given by the already mentioned amplitude / duty cycle signal (ATS) as an input signal of voltage waveform generation (SG). The power unit (LT) supplies a current measurement signal (SMW) from which a current measuring device (SM) generates synchronized current measurement signals (SSMW). In this case, a synchronizing device (SY) generates from signals of the PWM generation (PWM) the necessary synchronizing signals for the current measuring device (SM) and the rotor position detection (RD) which will be described below. This rotor position detection (RD), which either has separate position sensors or determines the rotor position from electrical variables which are measured back on the power unit (LT), determines the instantaneous rotor position in the form of a rotor position signal (α). The rotor position detection (RD) thus generates from rotor position signals (RLS) from the power unit (LT) and the synchronized current measurement signals (SSMW), the rotor position signal (α), which typically one Rotor position angle symbolizes, so is virtually a rotor position angle signal. This rotor position signal (α) is again the input variable for the rotor position control (RLR). The rotor position control (RLR). derives from the desired rotor position and the information about the actual rotor position in the form of the rotor position signal (α) from a frequency or angle signal in the form of said correction signal (KS) for the voltage waveform generation (SG). A rotor position control (RLR) thus generates from the rotor position signal (α) the said correction signal (KS).

Typischerweise besitzt ein solches System die bereits erwähnte Strommessvorrichtung (SM) zur Messung des momentanen Motorstroms in den Motorphasen. Dieser wird teilweise als Information für die Rotorlagedetektion (RD) verwendet. Gleichzeitig wird er ebenso teilweise auch als Information in übergeordneten Abschnitten des Systems verwendet. Da die Signale im Leistungsteil (LT) PWM-modulierte Signale sind, ist die Synchronisiervorrichtung (SY) zur Messung des Motorstroms nötig.Typically, such a system has the aforementioned current measuring device (SM) for measuring the instantaneous motor current in the motor phases. This is partly used as information for the rotor position detection (RD). At the same time, it is also partly used as information in higher-level sections of the system. Since the signals in the power section (LT) are PWM modulated signals, the synchronizing device (SY) is required to measure the motor current.

Für die Strommessung selbst haben sich im Stand der Technik zwei Prinzipien durchgesetzt:
4 zeigt eine beispielhafte Summenstrommessung aus dem Stand der Technik. Der Leistungsteil (LT) besteht aus drei beispielhaften Halbbrücken mit je zwei Transistoren, also insgesamt sechs Transistoren (T1 bis T6). Ein Meßwiderstand (Rsh) ermöglicht die Messung des Summenstroms des Leistungsteils (LT). Dieser Summenstrom sowie dessen Information über den Zustand des Motors (M) ändert sich zeitlich. So kann je nach Zustand der 6 Transistoren (T1 bis T6) ein bestimmter Phasenstrom des Motors (M) gemessen werden. Anstelle des Meßwiderstands (Rsh) können auch andere Bauteile wie beispielsweise LEM-Sensoren, Hall-Sensoren oder magnetoresistive Stromsensoren etc. zum Einsatz kommen.
For the current measurement itself, two principles have prevailed in the prior art:
4 shows an exemplary summation current measurement from the prior art. The power unit (LT) consists of three exemplary half-bridges with two transistors each, so a total of six transistors (T1 to T6). A measuring resistor (R sh ) enables the measurement of the total current of the power unit (LT). This total current and its information about the state of the motor (M) changes in time. Thus, depending on the state of the 6 transistors (T1 to T6), a specific phase current of the motor (M) can be measured. Instead of the measuring resistor (R sh ), other components such as LEM sensors, Hall sensors or magnetoresistive current sensors, etc. may be used.

5 zeigt eine Variante zur Messung von 2 Phasenströmen mit einem ersten Messwiderstand (Rsh1) und einem zweiten Messwiderstand (Rsh2). 5 shows a variant for measuring 2 phase currents with a first measuring resistor (R sh1 ) and a second measuring resistor (R sh2 ).

Verwendet man anstelle der Messwiderstände (Rsh, Rsh1, Rsh2) Sensoren, so können die Phasenströme auch direkt in den Motorphasen gemessen werden und die Strommessung vereinfacht sich erheblich.If sensors are used instead of the measuring resistors (R sh , R sh1 , R sh2 ), the phase currents can also be measured directly in the motor phases and the current measurement is simplified considerably.

Während des Motorstarts ist jedoch oft keine Positionsinformation vorhanden, die für die Rotorlageregelung verwendet werden kann, da die Ströme entweder Null oder für eine fehlerarme Messung zu klein sind. Deshalb wird beim Start mittels der Spannungsformgenerierung (SG) ein Zwangsfeld unabhängig vom Wert des Korrektursignals (KS) erzeugt und dem Motor (M) aufgeprägt. Dadurch kann er in der Startphase im Stand der Technik keinen stromarmen Arbeitspunkt erreichen. Der Motorstrom hängt davon ab, wie Motordrehzahl, Spannungsamplitude, Innenwiderstand des Motors (M) und weitere Parameter zusammenpassen. Dabei kommt es typischerweise zu sehr hohen Startströmen verbunden mit der besagten starken Geräuschbildung.However, during engine startup there is often no position information that can be used for the rotor position control because the currents are either zero or too small for a low-error measurement. Therefore, at the start by means of the voltage waveform generation (SG), a forced field is generated independently of the value of the correction signal (KS) and impressed on the motor (M). As a result, in the starting phase in the prior art, he can not reach a low-current operating point. The motor current depends on how motor speed, voltage amplitude, motor internal resistance (M) and other parameters match. This typically leads to very high starting currents associated with said strong noise.

Beispiele solcher Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 10 2009 037 913 A1 , der DE 11 2008 002 464 T5 , der DE 10 2009 000 927 A1 , der DE 10 2008 018 0075 A1 und der DE 100 37 972 A1 bekannt.Examples of such methods and devices are known for example from DE 10 2009 037 913 A1 , of the DE 11 2008 002 464 T5 , of the DE 10 2009 000 927 A1 , of the DE 10 2008 018 0075 A1 and the DE 100 37 972 A1 known.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, für eine definierte Stromamplitude während des Starts so zu sorgen, um eine erhöhte Stromaufnahme und eine unerwünschte Geräuschentwicklung im Gegensatz zum Stand der Technik zu vermeiden. Die Stromamplitude soll dabei unabhängig von der Versorgungsspannung, der Drehzahl, der Temperatur und dem Innenwiderstand des Motors erreicht werden. Des Weiteren soll die Stromamplitude möglichst einfach parametrisierbar sein, so dass der Labor- und/oder Fertigungsaufwand bei der Parametriesierung und/oder in der Fertigung reduziert werden kann.It is the object of the invention to provide for a defined current amplitude during startup so as to avoid an increased current consumption and an undesirable noise development in contrast to the prior art. The current amplitude should be achieved regardless of the supply voltage, the speed, the temperature and the internal resistance of the motor. Furthermore, the current amplitude should be as easy as possible to parametrisierbar, so that the laboratory and / or manufacturing costs can be reduced in the parametrization and / or in production.

Der Rechenaufwand für die Ermittlung der Stromamplitude soll gegenüber dem erwähnten Stand der Technik minimiert werden.The computational effort for the determination of the current amplitude should be minimized compared to the mentioned prior art.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 8.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Beschreibung erfolgt zunächst an Hand der Figuren.The description is first made on the basis of the figures.

Die Erfindung führt gegenüber dem Stand der Technik hier eine Erweiterung durch. Diese Erweiterung ist in 6 dargestellt. Eine Amplitudenermittlung (AM) bestimmt aus den Momentanwerten der rückgemessenen Motorströme (SW), die durch die Strommessung (SM) als entsprechende Momentanwertsignale (SW) an die Amplitudenermittlung (AM) ausgegeben werden, die Stromamplitude im Form eines Stromamplitudensignals (IA). Die Amplitudenregelung (AR) vergleicht die ermittelte Amplitude, also das Stromamplitudensignal (IA), mit dem Sollwert, der im Bild als Startstrom (Istart) dargestellt ist. Die Amplitudenregelung (AR) generiert aus der Abweichung des Sollwerts, also des Startstroms (Istart), vom Istwert, also von dem Stromamplitudensignal (IA), die Amplitude, die während des Starts als Eingangswert für die Spannungsformgenerierung dient. Dies ist das Startamplitudensignal (AS). Während des Starts wird dieses Startamplitudensignal (AS) beispielsweise durch einen Multiplexer und/oder einen Schalter (S) als Eingangssignal (ES) der Spannungsgenerierung (SG) verwendet.The invention performs an extension over the prior art here. This extension is in 6 shown. An amplitude determination (AM) determines the current amplitude in the form of a current amplitude signal (I A ) from the instantaneous values of the back-measured motor currents (SW) which are output by the current measurement (SM) as corresponding instantaneous value signals (SW) to the amplitude determination (AM). The amplitude control (AR) compares the determined amplitude, that is, the current amplitude signal (I A ), with the desired value, which is shown in the image as a starting current (I start ). The amplitude control (AR) generated from the deviation of the setpoint, so the starting current (I start ), from the actual value, ie from the current amplitude signal (I A ), the amplitude that serves as an input value for the generation of voltage during startup. This is the start amplitude signal (AS). During startup, this start amplitude signal (AS) for example, by a multiplexer and / or a switch (S) as an input signal (ES) of the voltage generation (SG) used.

Nach Ende des Starts wird das Eingangssignal (ES) mittels des Schalters (S) auf das Amplituden-/Tastverhältnissignal (ATS) umgeschaltet, das typischerweise von einer übergeordneten Einheit ausgegeben wird.After the start of the start, the input signal (ES) is switched by means of the switch (S) to the amplitude / duty cycle signal (ATS), which is typically output from a higher-level unit.

Eine Möglichkeit zur Ermittlung der Stromamplitude für das Stromamplitudensignal (IA) besteht in einer geeigneten Vektoraddition. Diese ist in 7 dargestellt.One way to determine the current amplitude for the current amplitude signal (I A ) is a suitable vector addition. This is in 7 shown.

Sowohl bei der Summenstrommessung als auch bei der Zweiphasenmessung erhält man immer die Information über zwei Momentanströme. Diese sind in als erster Phasenstrom (i1) und zweiter Phasenstrom (i2) dargestellt. So wird z. B. bei der Summenstrommessung des Summenstroms (isum) während der Abfolge eines PWM-Musters typischerweise in zwei aufeinanderfolgenden Schritten beispielsweise erst der zweite Phasenstrom (i2) und anschließend der erste Phasenstrom (i1) gemessen. Der Winkel Φ zwischen dem zweiten Phasenstrom (i2) und dem ersten Phasenstrom (i1) beträgt stets ~120°. Der Betrag (iamp) des Summenstroms (isum = i2 – i1) ist identisch mit der Amplitude des Motorstroms. Er lässt sich mittels Vektoraddition oder Kosinussatz ermitteln und beträgt:

Figure DE202016008166U1_0002
Both the summation current measurement and the two-phase measurement always provide the information about two instantaneous currents. These are in as the first phase current (i 1 ) and second phase current (i 2 ). So z. B. in the summation current measurement of the sum current (i sum ) during the sequence of a PWM pattern typically in two successive steps, for example, only the second phase current (i 2 ) and then the first phase current (i 1 ) measured. The angle Φ between the second phase current (i 2 ) and the first phase current (i 1 ) is always ~ 120 °. The magnitude (i amp ) of the sum current (i sum = i 2 -i 1 ) is identical to the amplitude of the motor current. It can be determined by means of vector addition or cosine set and is:
Figure DE202016008166U1_0002

Hierbei muss der Phasorencharakter der Größen in dieser Gleichung beachtet werden.Here, the phasor character of the quantities in this equation must be considered.

Dieser Betrag (iamp) des Summenstroms (isum = i2 – i1) wird in der Amplitudenermittlung (AM) berechnet und in der Amplitudenregelung (AR) mit dem Startstrom (istart) verglichen. Er ist die Basis für die Ermittlung des Stromamplitudensignals (IA), das vorzugsweise proportional zu diesem Betrag (iamp) des Summenstroms (isum = i2 – i1) erzeugt wird. In jedem Fall hängt das Stromamplitudensignal (IA) aber vorzugsweise streng monoton von dem Betrag (iamp) des Summenstroms (isum = i2 – i1) ab.This sum (i amp ) of the sum current (i sum = i 2 -i 1 ) is calculated in the amplitude determination (AM) and compared in the amplitude control (AR) with the starting current (i start ). It is the basis for determining the current amplitude signal (I A ), which is preferably generated in proportion to this amount (i amp ) of the sum current (i sum = i 2 -i 1 ). In any case, however, the current amplitude signal (I A ) preferably depends strictly monotonically on the magnitude (i amp ) of the sum current (i sum = i 2 -i 1 ).

Wie dem Fachmann klar sein wird, erfordert die Berechnung der Wurzel eine aufwändigere Hardware-Realisierung. Eine Realisierung in analoger Schaltungstechnik ist zumindest schwierig oder ggf. bei einer Realisierung über analoge Logarithmierer und Exponenzierer typischerweise stark temperaturabhängig und damit für eine Fertigung untauglich. Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass in der Startphase wesentliche Vereinfachungen bei entgegen der Erwartung tolerablen Fehlern vorgenommen werden können, die insbesondere die Realisierung in einer sehr einfachen analogen Schaltungstechnik ermöglichen. Es wurde erkannt, dass man in einer vereinfachten Ausführung anstelle der Amplitude das Quadrat der Amplitude berechnen kann und als Startwert parametrieren kann: iamp 2 =|i1|2 + |i2|2 – 2|i1||i2|cos(Φ) = |i1|2 + |i2|2 + |i1||i2| As will be apparent to those skilled in the art, the calculation of the root requires a more sophisticated hardware implementation. A realization in analog circuit technology is at least difficult or possibly in a realization on analog logarithmic and exponentiation typically highly temperature-dependent and thus unsuitable for manufacturing. According to the invention, it has now been recognized that, in the start phase, substantial simplifications can be made in the case of tolerable errors contrary to expectation, which in particular make possible the realization in a very simple analog circuit technology. It was recognized that in a simplified embodiment, instead of the amplitude, the square of the amplitude can be calculated and parameterized as the starting value: i amp 2 = | i 1 | 2 + | i 2 | 2 - 2 | i 1 || i 2 | cos (Φ) = | i 1 | 2 + | i 2 | 2 + | i 1 || i 2 |

Erfindungsgemäß wurde weiter erkannt, dass beispielsweise eine für viele Zwecke bereits ausreichende Näherung durch eine Linearisierung des totalen Differentials im Entwicklungspunkt iamp= 0 A erreicht werden kann: iamp ≈ 3|i1| + 3|i2| According to the invention, it was further recognized that, for example, an approximation which is already sufficient for many purposes can be achieved by a linearization of the total differential at the development point i amp = 0 A: i amp ≈ 3 | i 1 | + 3 | i 2 |

Eine solche Berechnung hat den Vorteil, dass sie als einfacher Spannungs- oder Stromteiler in einem analogen Regler implementiert werden kann. Eine solche Teilvorrichtung kann als Vorrichtung aufgefasst werden, die eine Schätzung der mittleren Motorstromamplitude (Isum, IA) vornimmt und als „Schätzer” bezeichnet werden kann. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit besonders daddurch gegenüber dem Stand der Technik ausgezeichnet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zur Schätzung oder Berechnung des Betrags (Iamp) der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) als Betrag (Iamp) der Summe (|Iamp| = 3|i1| + 3|i2|) mindestens zweier, den jeweiligen Beträgen (|i1|, |i2|) der gemessenen Phasenströmen jeweils proportionalen Größen (3|i1|, 3|i2|) aufweist. Erfindungsgemäß wird nun die so ermittelte geschätzte Motorstromamplitude (Iamp) für die Regelung verwendet, obwohl diese geschätzte Motorstromamplitude (Iamp) einen durchaus signifikanten Fehler aufweist. Erfindungsgemäß wurde aber erkannt, dass dieser Fehler in der Praxis in vielen Anwendungsfällen sich nicht ausprägt und daher zugelassen werden kann.Such a calculation has the advantage that it can be implemented as a simple voltage or current divider in an analog controller. Such a sub-device can be understood as a device which makes an estimate of the mean motor current amplitude (I sum , I A ) and can be referred to as an "estimator". A device according to the invention is thus particularly distinguished from the prior art in that the device according to the invention comprises means for estimating or calculating the magnitude (I amp ) of the average motor current amplitude (i sum , I A ) as the amount (I amp ) of the sum (| I amp | = 3 | i 1 | + 3 | i 2 |) of at least two quantities proportional to the respective amounts (| i 1 |, | i 2 |) of the measured phase currents (3 | i 1 |, 3 | i 2 |). According to the invention, the estimated motor current amplitude (I amp ) thus determined is now used for the regulation, although this estimated motor current amplitude (I amp ) has a definitely significant error. According to the invention, however, it has been recognized that in practice, this error is not pronounced in many applications and can therefore be permitted.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist somit eine Einrichtung zur Regelung der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) in der Vorrichtung auf, die bei Aktivierung der Regelung auf Basis der der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) mittels der Einrichtung zum Messen der Phasenströme (i1, i2) und zur Schätzung des Betrags (Iamp) der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) auf Basis der gemessenen Phasenströme (i1, i2) und eines Stromregelkreises (S, SG, PWM, LT, M, LT, SM, AM, AR) die Spannungsamplitude der modulierten Spannungsansteuerung des Motors (M) so regelt, dass die mittlere Motorstromamplitude (isum, IA) einen vorgebbaren Zielwert (Istart) erreicht.A device according to the invention thus has a device for regulating the average motor current amplitude (i sum , I A ) in the device, which is activated by means of the device for measuring the phase currents (i sum , I A ) when the control is activated on the basis of the average motor current amplitude ( i 1 , i 2 ) and for estimating the magnitude (I amp ) of the average motor current amplitude (i sum , I A ) on the basis of the measured phase currents (i 1 , i 2 ) and of a current control loop (S, SG, PWM, LT, M , LT, SM, AM, AR) controls the voltage amplitude of the modulated voltage drive of the motor (M) such that the average motor current amplitude (i sum , I A ) reaches a predefinable target value (I start ).

Ein möglicher Ablauf des Motorstarts unter Verwendung des hier vorgestellten Verfahrens ist in 8 dargestellt.One possible procedure of starting the engine using the method presented here is in 8th shown.

Üblicherweise befindet sich das System vor dem Motorstart im Zustand „Aus” (1). In diesem Zustand ist der Leistungsteil (LT) typischerweise entweder abgeschaltet oder die drei Motorphasen (U, V, W) werden durch entsprechende Ansteuersignale (STS) miteinander kurzgeschlossen. The system is usually in the "off" state before engine start ( 1 ). In this state, the power unit (LT) is typically either turned off or the three motor phases (U, V, W) are shorted together by appropriate drive signals (STS).

Mit dem Aktivieren des Starts (2) wird der Leistungsteil (LT) durch die PWM-Generierung (PWM) aktiviert und ebenso die Stromregelung über die Amplitudenermittlung (AM) und die Amplitudenregelung (AR) durch entsprechendes setzen des Schalters (S) aktiviert. Dieser Übergang stellt den Zustandsübergang vom Zustand „Aus” (1) zum Zustand „Strom einregeln” (3) dar. Die somit initiierte Stromregelung über diesen regelt die Amplitude des Stromamplitudensignals (IA) bei zunächst stillstehenden Motor auf den von außen vorgegebenen Startstrom (Istart) ein. Ist dieser Startstrom (Istart) durch das Stromamplitudensignal (IA) erreicht, führt das System den Zustandsübergang „Zielwert erreicht” (4) durch und wechselt vom Zustand „Strom einregeln” (3) in den Zustand „Rotor ausrichten” (5) über. In diesem Zustand „Rotor ausrichten” (5) verharrt das System bei aktivierter Stromregelung über den weiter bestehenden Stromregelkreis (S, SG, PWM, LT, M, LT, SM, AM, AR) bis eine parametrierbare fünfte Zeit (τ5) abgelaufen ist oder eine andere Bedingung erreicht ist. Diese fünfte Zeit (τ5) wird dabei typischerweise so gewählt, dass der angeschlossene Motor (M), seinen Rotor entsprechend des angelegten Feldes ausrichten kann und seine bei diesem Ausrichtungsprozess aufgenommene kinetische Energie ggf.By activating the start ( 2 ), the power unit (LT) by the PWM generation (PWM) is activated and also the current control via the amplitude determination (AM) and the amplitude control (AR) by setting the appropriate switch (S) is activated. This transition represents the state transition from the "Off" state ( 1 ) to the state "adjust current" ( 3 The thus initiated current control via this regulates the amplitude of the current amplitude signal (I A ) at initially stopped motor to the externally predetermined starting current (I start ). If this starting current (I start ) is reached by the current amplitude signal (I A ), the system carries out the state transition "target value reached" (FIG. 4 ) and changes from the "adjust current" state ( 3 ) in the state "align rotor" ( 5 ) above. In this state "align rotor" ( 5 ) the system remains active with current control via the existing current control loop (S, SG, PWM, LT, M, LT, SM, AM, AR) until a configurable fifth time (τ 5 ) has expired or another condition has been reached. This fifth time (τ 5 ) is typically chosen so that the connected motor (M), can align its rotor according to the applied field and its kinetic energy recorded in this alignment process, if necessary

ausreichend abgebaut haben sollte oder sich bereits in eine Zielrichtung drehen solle. Nach Ablauf dieser fünften Zeit (τ5) führt das System den Zustandsübergang „Ausrichtzeit abgelaufen” (6) durch und wechselt vom Zustand „Rotor ausrichten” (5) in den Zustand „Drehzahlrampe” (7). In diesem Zustand „Drehzahlrampe” (7) wird der Motor (M) mit elektrischer Energie versorgt und beschleunigt. Dabei werden die Spannungen auf den Motoranschlussleitungen beispielsweise entsprechend den Signalen nach 2 oder 3 mit fester oder steigender Frequenz moduliert. Die Stromregelung über den weiter bestehenden Regelkreis (S, SG, PWM, LT, M, LT, SM, AM, AR) ist in diesem Zustand ebenfalls weiterhin im Gegensatz zum Stand der Technik aktiv. Nach einer Übergangsbedingung, die typischerweise durch eine Anzahl an während eines Startvorgangs ausgeführten Umdrehungen und/oder einem zurückgelegten Gesamtwinkel und/oder einer erreichten Mindestdrehgeschwindigkeit dargestellt wird, führt das System den Zustandsübergang „Anzahl Umdrehungen” (8) aus und wechselt vom Zustand „Drehzahlrampe” (7) in den Zustand „Start abgeschlossen” (9). Damit ist das erfindungsgemäße Startverfahren abgeschlossen. Die Stromregelung wird entweder mittels des Schalters (S) deaktiviert oder wird für den weiteren Motorlauf als aktive Strombegrenzung ggf. weitergenutzt.should have degraded sufficiently or should already turn in a target direction. At the end of this fifth time (τ 5 ), the system executes the state transition "alignment time expired" ( 6 ) and changes from the state "align rotor" ( 5 ) into the "speed ramp" state ( 7 ). In this state "speed ramp" ( 7 ), the motor (M) is supplied with electrical energy and accelerated. In this case, the voltages on the motor connection lines, for example, according to the signals after 2 or 3 modulated with fixed or increasing frequency. The current control over the existing control loop (S, SG, PWM, LT, M, LT, SM, AM, AR) is also active in this state, in contrast to the prior art. After a transient condition, typically represented by a number of revolutions and / or a total angle traveled and / or minimum rotational speed achieved during a start-up operation, the system executes the state transition "number of revolutions" (FIG. 8th ) and changes from the "Speed ramp" state ( 7 ) in the state "start completed" ( 9 ). Thus, the starting method according to the invention is completed. The current control is deactivated either by means of the switch (S) or, if necessary, is further used as an active current limit for the further running of the motor.

Es ist zu bemerken, dass der Ablauf in nur ein beispielhafter Einsatz des Vorgeschlagenen Verfahrens darstellt. Andere Abläufe sind denkbar. Erfindungsgemäßer Kern des Verfahrens selbst besteht in der geeigneten Stromamplitudenermittlung und deren Regelung wie oben ausgeführt.It should be noted that the expiration in represents only an exemplary use of the proposed method. Other processes are conceivable. The core of the method itself according to the invention consists in the suitable determination of current amplitudes and their regulation as stated above.

Die Erfindung bezieht sich somit auf eine Vorrichtung zur modulierten Spannungsansteuerung eines bürstenlosen Motors mit einer Spannungsamplitude mittels einer Einrichtung zum Messen der Phasenströme, die eine mittlere gemeinsame Motorstromamplitude aufweisen. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zum ersten eine Einrichtung zur Schätzung oder Berechnung der mittleren Motorstromamplitude aus den gemessenen Phasenströmen aufweist. Zum Zweiten ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Einrichtung zur Regelung der mittleren Motorstromamplitude vorhanden, die bei Aktivierung der Regelung mittels der Einrichtung zum Messen der Phasenströme die Spannungsamplitude so regelt, dass die mittlere Motorstromamplitude einen vorgebbaren Zielwert erreicht.The invention thus relates to a device for modulated voltage driving of a brushless motor with a voltage amplitude by means of a device for measuring the phase currents having a mean common motor current amplitude. The device is characterized in that it comprises, for the first, means for estimating or calculating the average motor current amplitude from the measured phase currents. Secondly, in the device according to the invention there is a device for controlling the average motor current amplitude, which regulates the voltage amplitude when the control is activated by the means for measuring the phase currents so that the average motor current amplitude reaches a predefinable target value.

Eine weitere Ausprägung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass beim Start während der initialen Beschleunigung des Rotors die Vorrichtung die mittlere Motorstromamplitude auf einen vorgegebenen Zielwert regelt. Dabei ist der Zeitraum der initialen Beschleunigung des Rotors des Motors im Sinne dieser Erfindung zeitlich dadurch gekennzeichnet, dass der Motor unmittelbar vor diesem Zeitraum nicht durch die Vorrichtung bestromt wurde.A further feature of the device according to the invention is additionally characterized in that, during the start during the initial acceleration of the rotor, the device controls the average motor current amplitude to a predetermined target value. In this case, the period of the initial acceleration of the rotor of the motor according to this invention is characterized in terms of time, that the motor was not energized by the device immediately before this period.

Eine dritte mögliche Ausprägung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass beim Start während der initialen Beschleunigung des Rotors die Vorrichtung die mittlere Motorstromamplitude auf einen vorgegebenen Zielwert regelt. Dabei ist der Zeitraum der initialen Beschleunigung des Rotors des Motors im Sinne der Erfindung zeitlich dadurch gekennzeichnet, dass der Motor unmittelbar vor diesem Zeitraum stillstand oder eine Geschwindigkeit kleiner als eine maximale Stillstandsgeschwindigkeit (< 25% und/oder < 10% und/oder < 5% und/oder < 2,5% und/oder < 1% und/oder < 0,5% der Maximalgeschwindigkeit) aufweist.A third possible embodiment of the device according to the invention is additionally characterized in that, during the start during the initial acceleration of the rotor, the device regulates the mean motor current amplitude to a predetermined target value. The period of the initial acceleration of the rotor of the motor according to the invention in time is characterized in that the engine stopped immediately before this period or a speed less than a maximum standstill speed (<25% and / or <10% and / or <5 % and / or <2.5% and / or <1% and / or <0.5% of the maximum speed).

Eine vierte mögliche Ausprägung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass beim Betrieb der Vorrichtung ein zeitlicher Abschnitt existiert, in dem sich die Vorrichtung in einem Zustand befindet, dem der Rotor durch die Vorrichtung auf eine initiale Lage eingerichtet wird, und dass gleichzeitig in diesem zusätzlich eingefügten zeitlichen Abschnitt die Vorrichtung die Motorstromamplitude ebenfalls auf einen vorgebbaren Wert bis auf einen Regelfehler regelt.A fourth possible embodiment of the device according to the invention is additionally distinguished by the fact that during operation of the device there is a temporal section in which the device is in a state in which the rotor is set to an initial position by the device, and that at the same time This additionally inserted temporal section, the device Motor current amplitude also regulated to a predetermined value except for a control error.

Eine fünfte mögliche Ausprägung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass der zusätzliche zeitliche Abschnitt in dem sich die Vorrichtung in einem Zustand befindet, dem der Rotor durch die Vorrichtung auf eine initiale Lage eingerichtet wird, vor Beginn der Rotorbeschleunigung eingefügt wird.A fifth possible embodiment of the device according to the invention is additionally characterized in that the additional temporal section in which the device is in a state in which the rotor is set up by the device to an initial position is inserted before the start of the rotor acceleration.

Eine fünfte mögliche Ausprägung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass die Vorrichtung vor dem Intervall zur Ausrichtung des Rotors ein zeitliches Intervall eingefügt, in dem die Regelung für den Motorstrom durch die Vorrichtung auf den Zielwert einschwingen kann.A fifth possible embodiment of the device according to the invention is additionally distinguished by the fact that the device inserts a time interval before the interval for aligning the rotor, in which the regulation for the motor current through the device can settle to the target value.

Eine fünfte mögliche Ausprägung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass die Vorrichtung vor dem Intervall zur Regelung des Motorstroms und zum Einschwingen des Motorstroms auf den Zielwert ein zeitliches Intervall zum Abbremsen des Motors eingefügt und dass gleichzeitig in diesem zusätzlich eingefügten zeitlichen Abschnitt die Motorstromamplitude durch die Vorrichtung ebenfalls auf einen vorgebbaren Wert bis auf einen Regelfehler geregelt wird.A fifth possible embodiment of the device according to the invention is additionally characterized in that the device before the interval for controlling the motor current and settling of the motor current to the target value inserted a time interval for braking the motor and at the same time in this additionally inserted temporal section, the motor current amplitude is also controlled by the device to a predetermined value up to a control error.

Vorteileadvantages

Das Verfahren hat drei wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:

  • 1. Der Startstrom hat den genau für den Start des Motors nötigen Wert. Die sonst übliche erhöhte Belastung oder gar Überlastung des elektrischen Systems während des Starts wird durch das Verfahren ausgeschlossen.
  • 2. Der Motor erzeugt genau das für den Start nötige Drehmoment. Die sonst übliche erhöhte Geräuschbelastung während des Starts wird durch das Verfahren ausgeschlossen.
  • 3. In der Parametrierung ist nun nur noch ein Wert, der Startstrom, einzustellen. Dies vereinfacht die Parametrierung der Applikation erheblich und macht das Verfahren zuverlässiger als andere Parametrierungen, bei denen aus einer Reihe abgeleiteter Größen praktisch eine Störgrößenaufschaltung einer Spannung durchgeführt wird
  • 4. Da das Verfahren selbst in einer Regelung besteht, ist es deutlich robuster gegenüber Variationen von Motorparametern, die sich z. B. über Temperatur ändern. Das Verfahren führt somit stets zum korrekten Startstrom unabhängig von anderen Betriebsparametern.
The process has three major advantages over the prior art:
  • 1. The starting current has the value necessary for the start of the engine. The usual increased load or overload of the electrical system during start is excluded by the method.
  • 2. The engine generates exactly the torque required for the start. The usual increased noise pollution during start is excluded by the method.
  • 3. Now only one value, the starting current, must be set in the parameterization. This considerably simplifies the parameterization of the application and makes the method more reliable than other parameterizations in which a voltage feedforward control is practically carried out from a series of derived variables
  • 4. Since the method itself is in a closed loop, it is much more robust to variations in motor parameters, such as: B. change over temperature. The method thus always leads to the correct starting current independently of other operating parameters.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

αα
RotorlagesignalRotor position signal
11
Zustand „Aus”State "off"
22
Zustandsübergang StartState transition start
33
Zustand „Strom einregeln”State "adjust power"
44
Zustandsübergang „Zielwert erreicht”State transition "target value reached"
55
Zustand „Rotor ausrichten”State "align rotor"
66
Zustandsübergang „Ausrichtzeit abgelaufen”State transition "alignment time expired"
77
Zustand „Drehzahlrampe”State "speed ramp"
88th
Zustandsübergang „Anzahl Umdrehungen”State transition "number of revolutions"
99
Zustand „Start abgeschlossen” (9)State "Start completed" ( 9 )
αα
RotorlagesignalRotor position signal
AMAT THE
Amplitudenermittlungamplitude determination
ARAR
Amplitudenregelungamplitude control
ASAS
StartamplitudensignalStart amplitude signal
ASTAST
Amplituden-/TastverhältnissignalAmplitude / duty cycle signal
ESIT
Eingangssignal der Spannungsgenerierung (SG)Input signal of voltage generation (SG)
i1 i 1
erster Phasenstromfirst phase current
i2 i 2
zweiter Phasenstromsecond phase current
IA I A
StromamplitudensignalCurrent amplitude signal
iamp i amp
Betrag des Summenstroms (isum)Amount of the total current (i sum )
isum i sum
Summenstromtotal current
Istart I start
Startstrom (externer Vorgabewert)Starting current (external default value)
KSKS
Korrektursignalcorrection signal
LTLT
Leistungsteilpower unit
MM
Motorengine
PWMPWM
PWM-GenerierungPWM generation
ΦΦ
Winkel zwischen dem ersten Phasenstrom (i1) und dem zweiten Phasenstrom (i2)Angle between the first phase current (i1) and the second phase current (i2)
RDRD
RotorlagedetektionRotor position detection
RLRRLR
RotorlageregelungRotor position control
RLSRLS
RotorlagesignaleRotor position signals
Rsh R sh
Messwiderstandmeasuring resistor
Rsh1 R sh1
erster Messwiderstandfirst measuring resistor
Rsh2 R sh2
zweiter Messwiderstandsecond measuring resistor
SS
Schalter, Multiplexer oder dergleichen zum umschalten des Eingangssignals der Spannungsgenerierung (SG)Switch, multiplexer or the like for switching the input signal of voltage generation (SG)
SdTSdT
Stand der TechnikState of the art
SFSF
SpannungsformsignalVoltage waveform signal
SGSG
SpannungsformgenerierungVoltage waveform generation
SMSM
StrommessvorrichtungCurrent measuring device
SMWSMW
Strommesswertsignal des Leistungsteils (LT)Current measured value signal of the power unit (LT)
SSMWSSMW
synchronisiertes Strommesswertsignal de der Strommessvorrichtung (SM)synchronized current measurement signal of the current measuring device (SM)
STSSTS
Steuersignal für den Leistungsteil (LT)Control signal for the power unit (LT)
SWSW
Momentanwerte der rückgemessenen Motorströme/MomentanwertsignaleInstantaneous values of the re-measured motor currents / instantaneous value signals
SYSY
Synchronisiervorrichtungsynchronizing
tt
ZeitTime
T1T1
erster Halbbrückentransistorfirst half-bridge transistor
T2T2
zweiter Halbbrückentransistorsecond half-bridge transistor
T3T3
dritter Halbbrückentransistorthird half-bridge transistor
T4T4
vierter Halbbrückentransistorfourth half-bridge transistor
T5 T5
fünfter Halbbrückentransistorfifth half-bridge transistor
T6T6
sechster Halbbrückentransistorsixth half-bridge transistor
τ5 τ 5
fünfte Zeit oder Ausrichtzeit (Das ist Zeit, die das System beim Start im Zustand „Rotor ausrichten” (5) verweilt.)fifth time or alignment time (This is the time that the system aligns with rotor at startup ( 5 ) lingers.)
UU
erste Motoranschlussleitungfirst motor connection cable
VV
zweite Motoranschlussleitungsecond motor connection cable
VDDVDD
positive Versorgungsspannungpositive supply voltage
VSSVSS
negative Versorgungsspannungnegative supply voltage
WW
dritte Motoranschlussleitungthird motor connection cable

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009037913 A1 [0012] DE 102009037913 A1 [0012]
  • DE 112008002464 T5 [0012] DE 112008002464 T5 [0012]
  • DE 102009000927 A1 [0012] DE 102009000927 A1 [0012]
  • DE 1020080180075 A1 [0012] DE 1020080180075 A1 [0012]
  • DE 10037972 A1 [0012] DE 10037972 A1 [0012]

Claims (8)

Vorrichtung zur modulierten Spannungsansteuerung eines bürstenlosen Motors mit einer Spannungsamplitude mittels einer Einrichtung zum Messen der Phasenströme (i1, i2) des bürstenlosen Motors, die eine mittlere gemeinsame Motorstromamplitude (isum, IA) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, a. dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Schätzung oder Berechnung des Betrags (Iamp) der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) als Betrag (Iamp) der Summe (|Iamp| = 3|i1| + 3|i2|) mindestens zweier, den jeweiligen Beträgen (|i1|, |i2|) der gemessenen Phasenströme (i1, i2) jeweils proportionalen Größen (3|i1|, 3|i2|) aufweist und b. dass eine Einrichtung zur Regelung der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) in der Vorrichtung vorhanden ist, die bei Aktivierung der Regelung auf Basis der der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) mittels der Einrichtung zum Messen der Phasenströme (i1, i2) und des Betrags (Iamp) der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) und eines Stromregelkreises (S, SG, PWM, LT, M, LT, SM, AM, AR) die Spannungsamplitude der modulierten Spannungsansteuerung des Motors (M) so regelt, dass die mittlere Motorstromamplitude (isum, IA) einen vorgebbaren Zielwert (Istart) erreicht.A device for modulated voltage driving of a brushless motor with a voltage amplitude by means of a device for measuring the phase currents (i 1 , i 2 ) of the brushless motor having a mean common motor current amplitude (i sum , I A ), characterized a. in that the device comprises means for estimating or calculating the magnitude (I amp ) of the average motor current amplitude (i sum , I A ) as the magnitude (I amp ) of the sum (| I amp | = 3 | i 1 | + 3 | i 2 | ) of at least two magnitudes (3 | i 1 |, 3 | i 2 |) proportional to the respective amounts (| i 1 |, | i 2 |) of the measured phase currents (i 1 , i 2 ) and b. in that there is a device for regulating the average motor current amplitude (i sum , I A ) in the device, which, when the control is activated on the basis of the mean motor current amplitude (i sum , I A ), is determined by means for measuring the phase currents (i 1 , i 2 ) and the magnitude (I amp ) of the average motor current amplitude (i sum , I A ) and of a current control circuit (S, SG, PWM, LT, M, LT, SM, AM, AR) the voltage amplitude of the modulated voltage drive of the motor ( M) so that the average motor current amplitude (i sum , I A ) reaches a predefinable target value (I start ). Vorrichtung zur modulierten Spannungsansteuerung eines bürstenlosen Motors nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, a. dass die Einrichtung dazu eingerichte ist, zur Schätzung oder Berechnung des Betrags (Iamp) der mittleren Motorstromamplitude (isum, IA) eine Spannungs- oder Stromaddition durchzuführen.Device for modulated voltage control of a brushless motor according to claim 1, characterized in that a. in that the device is arranged to carry out a voltage or current addition in order to estimate or calculate the magnitude (I amp ) of the average motor current amplitude (i sum , I A ). Vorrichtung zur modulierten Spannungsansteuerung eines bürstenlosen Motors nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, a. dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, beim Start während der initialen Beschleunigung des Rotors, bei einer Beschleunigung ungleich 0 m/s2, die mittlere Motorstromamplitude (isum, IA) auf einen vorgegebenen Zielwert (Istart) zu regeln, und zwar durch i. Vorgeben eines Startstromwertes (Istart) und ii. Erzeugen eines Startamplitudensignals (AS) durch Vergleich des vorgegebenen Startstromwertes (Istart) mit dem Wert eines Startamplitudensignals (IA und; iii. Erzeugen eines Spannungsformsignals (SF) mittels einer Spannungsformgenerierung (SG) aus dem Startamplitudensignal (AS) und einem Korrektursignal (KS) und iv. Erzeugen der Steuersignale (STS) für einen Leistungsteil (LT) mittels einer PWM-Generierung (PWM) in Abhängigkeit von dem Spannungsformsignal (SF) und v. Erzeugen der Ansteuersignale (U, V, W) für den bürstenlosen Motor (M) mittels des Leistungsteils (LT) in Abhängigkeit von den Steuersignalen (STS) für den Leistungsteil (LT) und vi. Ansteuern des bürstenlosen Motors (M) mit diesen Ansteuersignalen (U, V, W) und vii. Messung mindestens zweier Phasenströme (i1, i2) des Motors; viii. Erzeugen mindestens eines Rotorlagesignals (RLS) und ix. Ermittlung eines Momentanwerts (SW) der rückgemessenen Phasenströme (i1, i2) aus mindestens des Strommesswertsignal (SMW) des Leistungsteils (LT) in Form eines Momentanwertsignals und x. Erzeugung eines Strommesswertsignal (SMW) des Leistungsteils (LT) in Form des Stromamplitudensignals (IA) durch Schätzung oder Berechnung des Betrags (Iamp) der Motorstromamplitude (isum, IA) durch Bildung der Summe (|Iamp| = 3|i1| + 3|i2|) der mit einem konstanten Faktor multiplizierten Beträge (|Iamp| = 3|i1| + 3|i2|) der mindestens zwei gemessenen Phasenströme (i1, i2) zur Bildung eines Stromamplitudensignals (IA), das von dem geschätzten Betrag (Iamp) der Motorstromamplitude (isum, IA) abhängt und das Strommesswertsignal (SMW) darstellt und xi. Bestimmung der Rotorlage in Form eines Rotorlagesignals (α) in Abhängigkeit von dem Strommesswertsignal (SMW) des Leistungsteils (LT) und/oder dem Rotorlagesignal (RLS) und xii. Erzeugung eines Korrektursignals (KS) in Abhängigkeit von dem Rotorlagesignal (α), b. wobei der Beginn des Zeitraums der initialen Beschleunigung des Rotors im Sinne dieses Anspruchs zeitlich dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung den Motor unmittelbar vor diesem Zeitraum nicht bestromt und c. wobei das zeitliche Ende dieses Zeitraums dadurch gekennzeichnet ist, dass das Merkmal a dieses Anspruchs nicht mehr vorliegt nach dem es während des Zeitraums vorlag.Device for modulated voltage control of a brushless motor according to claim 1, characterized in that a. in that the device is designed to regulate the average motor current amplitude (i sum , I A ) to a predetermined target value (I start ) during startup during the initial acceleration of the rotor, with an acceleration not equal to 0 m / s 2 , by i. Specifying a starting current value (I start ) and ii. Generating a start amplitude signal (AS) by comparing the predetermined starting current value (I start ) with the value of a start amplitude signal (I A and iii) generating a voltage shaping signal (SF) by means of a voltage shape generation (SG) from the start amplitude signal (AS) and a correction signal (KS ) and iv. generating the control signals (STS) for a power unit (LT) by means of PWM generation (PWM) depending on the voltage shaping signal (SF) and v. Generating the drive signals (U, V, W) for the brushless motor (M) by means of the power unit (LT) in response to the control signals (STS) for the power unit (LT) and vi. Driving the brushless motor (M) with these drive signals (U, V, W) and vii. Measuring at least two phase currents (i 1 , i 2 ) of the motor; viii. Generating at least one rotor position signal (RLS) and ix. Determining a momentary value (SW) of the phase currents (i 1 , i 2 ) which have been measured back from at least the measured current value signal (SMW) of the power unit (LT) in the form of an instantaneous value signal and x. Generating a current measurement signal (SMW) of the power unit (LT) in the form of the current amplitude signal (I A ) by estimating or calculating the magnitude (I amp ) of the motor current amplitude (i sum , I A ) by forming the sum (| I amp | = 3 | i 1 | + 3 | i 2 |) of the multiplied by a constant factor amounts (| I amp | = 3 | i 1 | + 3 | i 2 |) of the at least two measured phase currents (i 1 , i 2 ) to form a Current amplitude signal (I A ), which depends on the estimated magnitude (I amp ) of the motor current amplitude (i sum , I A ) and represents the current measurement signal (SMW) and xi. Determining the rotor position in the form of a rotor position signal (α) as a function of the measured current value signal (SMW) of the power unit (LT) and / or the rotor position signal (RLS) and xii. Generation of a correction signal (KS) as a function of the rotor position signal (α), b. wherein the beginning of the period of the initial acceleration of the rotor in terms of this claim is characterized in terms of time that the device is not energized the motor immediately before this period and c. the end of this period being characterized by the fact that the characteristic a of this claim no longer exists after it existed during the period. Vorrichtung zur modulierten Spannungsansteuerung eines bürstenlosen Motors nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, a. dass die Vorrichtung dazu geeignet ist, beim Start während der initialen Beschleunigung des Rotors, bei einer Beschleunigung ungleich 0 m/s2, die mittlere Motorstromamplitude (isum, IA) auf einen vorgegebenen Zielwert (Istart) zu regeln und zwar durch i. Vorgeben eines Startstromwertes (Istart) und ii. Erzeugen eines Startamplitudensignals (AS) durch Vergleich des vorgegebenen Startstromwertes (Istart) mit dem Wert eines Startamplitudensignals (IA und; iii. Erzeugen eines Spannungsformsignals (SF) mittels einer Spannungsformgenerierung (SG) aus dem Startamplitudensignal (AS) und einem Korrektursignal (KS) und iv. Erzeugen der Steuersignale (STS) für einen Leistungsteil (LT) mittels einer PWM-Generierung (PWM) in Abhängigkeit von dem Spannungsformsignal (SF) und v. Erzeugen der Ansteuersignale (U, V, W) für den bürstenlosen Motor (M) mittels des Leistungsteils (LT) in Abhängigkeit von den Steuersignalen (STS) für den Leistungsteil (LT) und vi. Ansteuern des bürstenlosen Motors (M) mit diesen Ansteuersignalen (U, V, W) und vii. Messung mindestens zweier Phasenströme (i1, i2) des Motors; viii. Erzeugen mindestens eines Rotorlagesignals (RLS) und ix. Ermittlung eines Momentanwerts (SW) der rückgemessenen Phasenströme (i1, i2) aus mindestens des Strommesswertsignal (SMW) des Leistungsteils (LT) in Form eines Momentanwertsignals und x. Erzeugung eines Strommesswertsignal (SMW) des Leistungsteils (LT) in Form des Stromamplitudensignals (IA) durch Schätzung oder Berechnung des Betrags (Iamp) der Motorstromamplitude (isum, IA) durch Bildung der Summe (|Iamp| = 3|i1| + 3|i2|) der mit einem konstanten Faktor multiplizierten Beträge (|Iamp| = 3|i1| + 3|i2|) der mindestens zwei gemessenen Phasenströme (i1, i2) zur Bildung eines Stromamplitudensignals (IA), das von dem geschätzten Betrag (Iamp) der Motorstromamplitude (isum, IA) abhängt und das Strommesswertsignal (SMW) darstellt und xi. Bestimmung der Rotorlage in Form eines Rotorlagesignals (α) in Abhängigkeit von dem Strommesswertsignal (SMW) des Leistungsteils (LT) und/oder dem Rotorlagesignal (RLS) und xii. Erzeugung eines Korrektursignals (KS) in Abhängigkeit von dem Rotorlagesignal (α), b. wobei der Beginn des Zeitraums der initialen Beschleunigung des Rotors im Sinne dieses Anspruchs zeitlich dadurch gekennzeichnet ist, dass der Motor unmittelbar vor diesem Zeitraum stillsteht oder eine Geschwindigkeit kleiner als eine maximale Stillstandsgeschwindigkeit (< 5% der Maximalgeschwindigkeit) aufweist, c. wobei das zeitliche Ende dieses Zeitraums dadurch gekennzeichnet ist, dass das Merkmal a dieses Anspruchs nicht mehr vorliegt nach dem es während des Zeitraums vorlag.Device for modulated voltage control of a brushless motor according to claim 1, characterized in that a. in that the device is suitable for regulating the average motor current amplitude (i sum , I A ) to a predetermined target value (I start ) during startup during the initial acceleration of the rotor, for acceleration not equal to 0 m / s 2 , namely by i , Specifying a starting current value (I start ) and ii. Generating a start amplitude signal (AS) by comparing the predetermined starting current value (I start ) with the value of a start amplitude signal (I A and iii) generating a voltage shaping signal (SF) by means of a voltage shape generation (SG) from the start amplitude signal (AS) and a correction signal (KS ) and iv) generating the control signals (STS) for a power unit (LT) by means of PWM generation (PWM) as a function of the voltage shaping signal (SF) and v. generating the drive signals (U, V, W) for the brushless motor ( M) by means of the power unit (LT) as a function of the control signals (STS) for the power unit (LT) and vi. Driving the brushless motor (M) with these control signals (U, V, W) and vii. Measuring at least two phase currents ( i 1 , i 2 ) of the motor, viii Generating at least one rotor position signal (RLS) and ix Determining a momentary value (SW) of the phase currents (i 1 , i 2 ) which have been measured back from at least the current measured value signal (S MW) of the power unit (LT) in the form of an instantaneous value signal and x. Generating a current measurement signal (SMW) of the power unit (LT) in the form of the current amplitude signal (I A ) by estimating or calculating the magnitude (I amp ) of the motor current amplitude (i sum , I A ) by forming the sum (| I amp | = 3 | i 1 | + 3 | i 2 |) of the multiplied by a constant factor amounts (| I amp | = 3 | i 1 | + 3 | i 2 |) of the at least two measured phase currents (i 1 , i 2 ) to form a Current amplitude signal (I A ), which depends on the estimated magnitude (I amp ) of the motor current amplitude (i sum , I A ) and represents the current measurement signal (SMW) and xi. Determining the rotor position in the form of a rotor position signal (α) as a function of the measured current value signal (SMW) of the power unit (LT) and / or the rotor position signal (RLS) and xii. Generation of a correction signal (KS) as a function of the rotor position signal (α), b. wherein the beginning of the period of initial acceleration of the rotor in terms of this claim is characterized by the fact that the engine is stationary immediately before this period or has a speed less than a maximum standstill speed (<5% of the maximum speed), c. the end of this period being characterized by the fact that the characteristic a of this claim no longer exists after it existed during the period. Vorrichtung zur modulierten Spannungsansteuerung eines bürstenlosen Motors nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, a. dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, einen zeitlichen Abschnitt während des Motorstarts einzufügen, in dem die Vorrichtung den Rotor auf eine initiale Lage einrichtet, und b. dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, gleichzeitig in diesem zusätzlich eingefügten zeitlichen Abschnitt die Vorrichtung die Motorstromamplitude auf einen vorgebbaren Wert (Istart) zu regeln zund zwar durch i. Vorgeben eines Startstromwertes (Istart) und ii. Erzeugen eines Startamplitudensignals (AS) durch Vergleich des vorgegebenen Startstromwertes (Istart) mit dem Wert eines Startamplitudensignals (IA und; iii. Erzeugen eines Spannungsformsignals (SF) mittels einer Spannungsformgenerierung (SG) aus dem Startamplitudensignal (AS) und einem Korrektursignal (KS) und iv. Erzeugen der Steuersignale (STS) für einen Leistungsteil (LT) mittels einer PWM-Generierung (PWM) in Abhängigkeit von dem Spannungsformsignal (SF) und v. Erzeugen der Ansteuersignale (U, V, W) für den bürstenlosen Motor (M) mittels des Leistungsteils (LT) in Abhängigkeit von den Steuersignalen (STS) für den Leistungsteil (LT) und vi. Ansteuern des bürstenlosen Motors (M) mit diesen Ansteuersignalen (U, V, W) und vii. Messung mindestens zweier Phasenströme (i1, i2) des Motors; viii. Erzeugen mindestens eines Rotorlagesignals (RLS) und ix. Ermittlung eines Momentanwerts (SW) der rückgemessenen Phasenströme (i1, i2) aus mindestens des Strommesswertsignal (SMW) des Leistungsteils (LT) in Form eines Momentanwertsignals und x. Erzeugung eines Strommesswertsignal (SMW) des Leistungsteils (LT) in Form des Stromamplitudensignals (IA) durch Schätzung oder Berechnung des Betrags (Iamp) der Motorstromamplitude (isum, IA) durch Bildung der Summe (|Iamp| = 3|i1| + 3|i2|) der mit einem konstanten Faktor multiplizierten Beträge (|Iamp| = 3|i1| + 3|i2|) der mindestens zwei gemessenen Phasenströme (i1, i2) zur Bildung eines Stromamplitudensignals (IA), das von dem geschätzten Betrag (Iamp) der Motorstromamplitude (isum, IA) abhängt und das Strommesswertsignal (SMW) darstellt und xi. Bestimmung der Rotorlage in Form eines Rotorlagesignals (α) in Abhängigkeit von dem Strommesswertsignal (SMW) des Leistungsteils (LT) und/oder dem Rotorlagesignal (RLS) und xii. Erzeugung eines Korrektursignals (KS) in Abhängigkeit von dem Rotorlagesignal (α),Device for modulated voltage control of a brushless motor according to claim 1, characterized in that a. in that the device is adapted to insert a time portion during engine start-up in which the device sets up the rotor to an initial position, and b. that the device is designed to simultaneously control the motor current amplitude to a predefinable value (I start ) in this additionally inserted temporal section, namely by i. Specifying a starting current value (I start ) and ii. Generating a start amplitude signal (AS) by comparing the predetermined starting current value (I start ) with the value of a start amplitude signal (I A and iii) generating a voltage shaping signal (SF) by means of a voltage shape generation (SG) from the start amplitude signal (AS) and a correction signal (KS ) and iv) generating the control signals (STS) for a power unit (LT) by means of PWM generation (PWM) as a function of the voltage shaping signal (SF) and v. generating the drive signals (U, V, W) for the brushless motor ( M) by means of the power unit (LT) in response to the control signals (STS) for the power unit (LT) and vi. Driving the brushless motor (M) with these control signals (U, V, W) and vii. Measuring at least two phase currents ( i 1 , i 2 ) of the motor, viii Generating at least one rotor position signal (RLS) and ix Determining a momentary value (SW) of the phase currents (i 1 , i 2 ) which have been measured back from at least the current measured value signal (S MW) of the power unit (LT) in the form of an instantaneous value signal and x. Generating a current measurement signal (SMW) of the power unit (LT) in the form of the current amplitude signal (I A ) by estimating or calculating the magnitude (I amp ) of the motor current amplitude (i sum , I A ) by forming the sum (| I amp | = 3 | i 1 | + 3 | i 2 |) of the multiplied by a constant factor amounts (| I amp | = 3 | i 1 | + 3 | i 2 |) of the at least two measured phase currents (i 1 , i 2 ) to form a Current amplitude signal (I A ), which depends on the estimated magnitude (I amp ) of the motor current amplitude (i sum , I A ) and represents the current measurement signal (SMW) and xi. Determining the rotor position in the form of a rotor position signal (α) as a function of the measured current value signal (SMW) of the power unit (LT) and / or the rotor position signal (RLS) and xii. Generation of a correction signal (KS) as a function of the rotor position signal (α), Vorrichtung zur modulierten Spannungsansteuerung eines bürstenlosen Motors nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, a. dass die Vorrichtung den zusätzlichen zeitlichen Abschnitt vor Beginn der Rotorbeschleunigung einfügt.Device for modulated voltage control of a brushless motor according to claim 1, characterized in that a. in that the device inserts the additional time segment before the start of rotor acceleration. Vorrichtung zur modulierten Spannungsansteuerung eines bürstenlosen Motors nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, a. dass vor dem Intervall zur Ausrichtung des Rotors die Vorrichtung ein zeitliches Intervall einfügt, in dem der durch die Vorrichtung geregelte Motorstrom (isum, IA) auf den Zielwert (Istart) bis auf eine Abweichung kleiner als 25% und/oder kleiner als 10% und/oder kleiner als 5% und/oder kleiner als 2% und/oder kleiner als 1% einschwingt.Device for modulated voltage control of a brushless motor according to claim 5 or 6, characterized in that a. in that before the rotor alignment interval the device inserts a time interval in which the motor current (i sum , I A ) controlled by the device reaches the target value (I start ) except for a deviation less than 25% and / or less than 10% and / or less than 5% and / or less than 2% and / or less than 1%. Vorrichtung zur modulierten Spannungsansteuerung eines bürstenlosen Motors nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, a. dass vor dem Intervall zur Regelung des Motorstroms und zum Einschwingen des Motorstroms (isum, IA) auf den Zielwert (Istart) die Vorrichtung ein zeitliches Intervall zum Abbremsen des Motors einfügt und b. dass gleichzeitig in diesem zusätzlich eingefügten zeitlichen Abschnitt die Vorrichtung die Motorstromamplitude (isum, IA) ebenfalls auf einen vorgebbaren Wert (Istart) bis auf einen Regelfehler regelt.Device for modulated voltage control of a brushless motor according to claim 7, characterized in that a. in that before the interval for controlling the motor current and for settling the motor current (i sum , I A ) to the target value (I start ), the device inserts a time interval for decelerating the motor and b. that at the same time in this additionally inserted temporal section, the device also controls the motor current amplitude (i sum , I A ) to a predefinable value (I start ) except for a control error.
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