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EP1216500A1 - Elektronisch kommutierbarer motor mit einer elektronischen steuereinheit - Google Patents

Elektronisch kommutierbarer motor mit einer elektronischen steuereinheit

Info

Publication number
EP1216500A1
EP1216500A1 EP00965822A EP00965822A EP1216500A1 EP 1216500 A1 EP1216500 A1 EP 1216500A1 EP 00965822 A EP00965822 A EP 00965822A EP 00965822 A EP00965822 A EP 00965822A EP 1216500 A1 EP1216500 A1 EP 1216500A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control unit
speed
output stages
semiconductor output
motor according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00965822A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joerg Sutter
Wolfgang Schwenk
Claude Berling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1216500A1 publication Critical patent/EP1216500A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/093—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against increase beyond, or decrease below, a predetermined level of rotational speed
    • 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
    • H02P6/20—Arrangements for starting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0816—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors concerning the starting sequence, e.g. limiting the number of starts per time unit, monitoring speed during starting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0833—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements

Definitions

  • control unit and / or the semiconductor output stages are switched off by switching the supply voltage on and off.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierbaren Motor, dessen Erregerwicklungen über Halbleiter-Endstufen von einer elektronischen Steuereinheit mittels PWM-Steuersignalen ansteuerbar sind, wobei der Steuereinheit ein Sollwert vorgebbar ist und die Steuereinheit entsprechende PWM-Steuersignale an die Halbleiter-Endstufen abgibt. Um Fehler, die zu einer Überlastung des Motors und der elektronischen Bauteile derselben führen können, schon in der Hochlaufphase erkennen und zum Schutz gegen Überlastung verwenden zu können, sieht die Erfindung vor, dass nach der Vorgabe des Sollwertes und/oder der Einschaltung der Steuereinheit und/oder der Halbleiter-Endstufen die Steuereinheit in einer vorgegebenen oder vorgebbaren Hochlaufzeit rampenartig drehzahlsteigende PWM-Steuersignale an die Halbleiter-Endstufen abgibt, bis die dem Sollwert entsprechende End-Ansteuerung der Halbleiter-Endstufen erreicht ist, dass während der Hochlaufzeit eine den PWM-Steuersignalen entsprechende Solldrehzahl mit der erfaßten Istdrehzahl des Motors vergleichbar ist und dass beim Abweichen der Istdrehzahl von der Solldrehzahl um eine vorgegebene oder vorgebbare Drehzahlabweichung die Steuereinheit und/oder die Halbleiter-Endstufen abschaltbar ist.

Description

ELEKTRONISCH KOMMUTI ERBARER MOTOR MIT EINER ELEKTRONISCHEN STEUEREINHEIT
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierbaren Motor, dessen Erregerwicklungen über Halbleiter-Endstufen von einer elektronischen Steuereinheit mittels PWM-Steuersignalen ansteuerbar sind, wobei der Steuereinheit ein Sollwert vorgebbar ist und die Steuereinheit entsprechende PWM-Steuersignale an die Halbleiter-Endstufen abgibt.
Derartige Motoren werden für verschiedene Anwendungsfälle eingesetzt. Dabei kommt es immer wieder vor, dass schon das Hochlaufen des Motors auf eine gewünschte, durch einen Sollwert vorgebbare oder vorgegebene Drehzahl nicht in der richtigen Weise vor sich geht, was schon auf Fehler in der Mechanik, An- steuerung und dgl. schließen läßt. Diese Fehler können dabei so schwerwiegend sein, dass der Motor schon während des Hochlaufens blockieren kann. Dies führt zwangsweise zu einer erhöhten Belastung des Motors und seiner elektronischen Bauteile, ja sogar bei entsprechender Sollwert-Vorgabe zu Überlastungen. Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem elektronisch kommutierten Motor der eingangs erwähnten Art schon die Hochlaufphase so zu überwachen, dass Fehler vorzeitig erkannt und zur Vermeidung von Überlastungen ausgenützt werden können.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass nach der Vorgabe des Sollwertes und/oder der Einschaltung der Steuereinheit und/oder der Halbleiter-Endstufen die Steuereinheit in einer vorgegebenen oder vorgebbaren Hochlaufzeit rampenartig drehzahlsteigende PWM-Steuersignal an die Halbleiter- Endstufen abgibt, bis die dem Sollwert entsprechende End-Ansteuerung der Halbleiter-Endstufen erreicht ist, dass während der Hochlaufzeit eine den PWM- Steuersignalen entsprechende Solldrehzahl mit der erfaßten Istdrehzahl des
Motors vergleichbar ist und dass beim Abweichen der Istdrehzahl von der Solldrehzahl um eine vorgegebene oder vorgebbare Drehzahlabweichung die Steuereinheit und/oder die Halbleiter-Endstufen abschaltbar ist (sind) .
Mit dem rampenartigen Hochlaufen in definierter Hochlaufzeit werden Fehler rechtzeitig erkannt und es kann mit der Abschaltung der Steuereinheit und/oder der Halbleiter-Endstufen eine Überlastung des Motors und seiner elektronischen Bauteile sicher verhindert werden. Die von dem Sollwert abhängigen PWM- Steuersignale enthalten die Motorkennlinie und lassen auf einfache Art eine Zuordnung zwischen dem vorgegebenen Sollwert und der entsprechenden Solldrehzahl zu, so dass für den Vergleich mit der erfaßten Istdrehzahl de r richtige Vergleichswert zur Verfügung steht. Die zulässige Drehzahlabweichung kann einfach vorgegeben und überwacht werden. Wird ein zulässig erachteter Wert für die Drehazahlabweichung überschritten, dann erfolgt vorsorglich die Abschaltung, um Überlastungen zu verhindern. Die rampenartig drehzahlsteigend wirkenden PWM-Steuersignale können dabei in der Amplitude der Pulse, in der Pulsweite und/oder der Kommutierungsfrequenz und dgl. variiert werden und mit steigendem Sollwert zunehmen.
Die Abschaltung der Steuereinheit und/oder der Halbleiter-Endstufen wird nach einer Ausführung dann vorgenommen, wenn die Istdrehzahl von der Solldrehzahl um mehr als die vorgegebene oder vorgebbare Drehzahlabweichung abweicht.
Der Vergleich zwischen der Istdrehzahl und der Solldrehzahl kann während der Hochlaufzeit kontinuierlich oder in Zeitabständen wiederholt erfolgen.
Die einfache Schutzschaltung erhält man dadurch, dass die Einschaltung und die
Abschaltung der Steuereinheit und/oder der Halbleiter-Endstufen durch Ein- und Abschaltung der Versorgungsspannung erfolgt.
Für verschiedene Betriebsweisen ist die Ausgestaltung vorteilhafterweise so, dass die Hochlaufzeit von der Größe des vorgegebenen Sollwertes und/oder der Größe der Versorgungsspannung abhängig ist.
Auch die Variation der zulässigen Drehzahlabweichung kann so ausgeführt sein, dass die vorgegebene Drehzahlabweichung von dem vorgegebenen Sollwert und/oder der Größe der Versorgungsspannung abhängig ist.
Wenn erforderlich, kann zudem vorgesehen sein, dass das Abweichen von der vorgegebenen Drehzahlabweichung optisch und/oder anzeigbar ist. Ein gewisser Schutz gegen Störimpulse, die im Vergleich von Ist- und Soll- drehzahl auftreten können und durch kurzzeitige Änderungen der Betriebsbedingungen bedingt sind, wird dadurch auf einfache Weise erreicht, dass die Abschaltung der Steuereinheit und/oder der Halbleiter-Endstufen verzögert erfolgt.
Die für den Vergleich von Istdrehzahl und Solldrehzahl erforderliche Vergleichseinrichtung kann in der Steuereinheit integriert werden.
Für die Dauer des Betriebs des Motors mit der durch den vorgegebenen Sollwert bestimmten Drehzahl kann der Vergleich zwischen Ist- und Solldrehzahl weiter- geführt werden, um auch in dieser Phase einen Überlastschutz zu erhalten und gegebenenfalls abschalten zu können.
Die Erfindung wird anhand eines als Blockschaltbild schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Motoreinheit umfaßt die Funktionseinheiten Steuereinheit STE, Halbleiter- Endstufen EST und den eigentlichen Motor M mit den Erregerwicklungen des Stators und dem Dauermagnet-Rotor, der als Außen- oder Innenläufer ausgebildet sein kann.
Soll der Motor M in Betrieb genommen werden, dann wird der Steuereinheit STE ein Sollwert Nsollv vorgegeben, mit dem eine gewünschte Motor-Drehzahl N gekennzeichnet wird. Die Vergabe kann z.B. manuell über ein Potentiometer erfolgen. In dieser Steuereinheit STE ist eine Funktion abgespeichert, die die Abhängigkeit der PWM-Steuersignale PWMendr für die Halbleiter-Endstufen EST vom vorgegebenen Sollwert Nsollv wiedergibt und auch die Ableistung einer entsprechenden Drezahl-Sollwertes Nsollr zuläßt.
Wird ein Sollwert Nsollv vorgegeben und sind die Steuereinheit STE und die Halbleiter-Endstufen EST an der Versorgungsspannung Ubatt angeschaltet, d.h. eingeschaltet, dann wird ein vorgegebener Hochlauf des Motors M auf die ge- wünschte Solldrehzahl erzwungen. Dazu wird eine rampenartig drehzah lsteigend wirkende PWM-Ansteuerung mit PWM-Steuersignalen PWMendr durchgeführt und zwar in einer vorgegebenen oder vorgebbaren Hochlaufzeit. Während der Hochlaufphase steht für eine Vergleichseinrichtung VE stets eine Solldrehzahl Nsollr zur Verfügung, die mit einer erfaßten Istdrehzahl Nistr verglichen werden kann. Die Vergleichseinrichtung VE, die in die Steuereinheit STE integriert sein kann, gibt beim Überschreiten einer vorgegebenen oder vorgebbaren Drehzahlabweichung ΔN ein Abschaltesignal AB, um die Steuereinheit STE und/oder die Halbleiter- Endstufen EST abzuschalten, wie die Kontakte ab zeigen, und um den Motor M und die elektronischen Bauteile vor Überlastung zu schützen. Der Vergleich zwischen den beiden Werten - Solldrehzahl Nsol,r und Istdrehzahl Niεtr - kann während der Hochlaufphase kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen wiederholt durchgeführt werden, wobei stets die Abschaltemöglichkeit besteht, wenn die zulässige Drehzahlabweichung ΔN überschritten wird .
Die Hochlaufzeit kann zudem an die Größe des vorgegebenen Sollwertes NsoMv und an die Größe der Versorgungsspannung Ubatt angepaßt werden, wobei z.B. die Hochlaufzeit der Rampe mit zunehmendem Sollwert Nsollv ebenfalls zunimmt. Auch die zulässige Drehzahlabweichung ΔN kann variiert werden. So kann mit zunehmender Größe des Sollwertes Nsollv auch die zulässige Drehzahlabweichung ΔN zunehmen und größer gewählt werden. Dasselbe gilt auch für die Versorgungs- Spannung Ubatt.
Für bestimmte Aπwendungsfälle kann es sinnvoll sein, das Überschreiten der zulässigen Drehzahlabweichung ΔN in der Steuereinheit STE auszuwerten, optisch und/oder akustisch anzuzeigen und die Abschaltung der Steuereinheit STE und/oder der Halbleiter-Endstufen EST verzögert auszuführen, was noch zu keiner
Überlastung des Motors M und der elektronischen Bauteile führt.
Der in der Hochlaufphase durchgeführte Vergleich zwischen der Solldrehzahl Nsollv und der Istdrehzahl Njstr kann auch in dem sich anschließenden Dauerbetrieb des Motors M mit der von dem vorgegebenen Sollwert Nsollv bestimmten Solldrehzahl durchgeführt und als Überlastschutz übernommen werden.

Claims

Ansprüche
1 . Elektronisch kommutierter Motor, dessen Erregerwicklungen über Halb- leiter-Endstufen von einer elektronischen Steuereinheit mittels PWM-
Steuersignalen ansteuerbar sind, wobei der Steuereinheit ein Sollwert vorgebbar ist und die Steuereinheit entsprechende PWM-Steuersignale an die Halbleiter-Endstufen abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Vorgabe des Sollwertes (Nso„v) und/oder der Einschaltung der
Steuereinheit (STE) und/oder der Halbleiter-Endstufen (EST) die Steuereinheit (STE) in einer vorgegebenen oder vorgebbaren Hochlaufzeit rampenartig drehzahlsteigende PWM-Steuersignal (PWMβndr) an die Halbleiter- Endstufen (EST) abgibt, bis die dem Sollwert (NSO|lv) entsprechende End- Ansteuerung der Halbleiter-Endstufen (EST) erreicht ist, dass während der Hochlaufzeit eine den PWM-Steuersignalen ( PWMendr) entsprechende Soildrehzahl (Nsollr) mit der erfaßten Istdrehzahl (Nistr) des Motors (M) vergleichbar ist und dass beim Abweichen der Istdrehzahl (Nistr) von der Solldrehzahl (NSDllr) um eine vorgegebene oder vorgebbare Drehzahlabweichung (ΔN) die Steuer- einheit (STE) und/oder die Halbleiter-Endstufen (EST) abschaltbar (ab) ist (sind) .
2. Elektronisch kommutierbarer Motor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Hochlaufzeit die PWM-Steuersignale (PWMendr) in der Amplitude der Pulse, in der Pulsweite und/oder der Kommutierungsfrequenz stetig zunehmen.
3. Elektronisch kommutierbarer Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltung der Steuereinheit (STE) und/oder der Halbleiter-
Endstufen (EST) beim Abweichen der Istdrehzahl (NIEtr) von der Solldrehzahl (NsoMr) um mehr als die vorgegebene oder vorgebbare Drehzahlabweichung (ΔN) erfolgt.
4. Elektronisch kommutierter Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich dr Istdrehzahl (Nlstr) mit der Solldrehzahl (NS0 während der Hochlaufzeit kontinuierlich oder in Zeitabständen wiederholt erfolgt.
5. Elektronisch kommutierbarer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltung und die Abschaltung (AB, ab) der Steuereinheit (STE) und/oder der Halbleiter-Endstufen (EST) durch Ein- und Abschaltung der Versorgungsspannung (Ubatt) erfolgt.
6. Elektronisch kommutierbarer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochlaufzeit von der Größe des vorgegebenen Sollwertes (Nsollv) und/oder der Größe der Versorguπgsspaπnung (Ubatt) abhängig ist.
7. Elektronisch kommutierbarer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Drehzahlabweichung (ΔN) von dem vorgegebenen Sollwert (Nsollv) und/oder der Größe der Versorgungsspannung (Ubatt) abhängig ist.
8. Elektronisch kommutierbarer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abweichen von der vorgegebenen Drehzahlabweichung (ΔN) optisch und/oder anzeigbar ist.
9. Elektronisch kommutierbarer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltung der Steuereinheit (STE) und/oder der Halbleiter- Endstufen (EST) verzögert erfolgt.
10. Elektronisch kommutierbarer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich von Solldrehzahl (NSO|lr) und Istdrehzahl (Nistr) von einer in die Steuereinheit (STE) integrierten Vergleichseinrichtung (VE) übernommen ist. Elektronisch kommutierbarer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich von Solldrehzahl (Nsoll) und Istdrehzahl (Nist) nach dem Ende der Hochlaufzeit für die Dauer des Betriebs des Motors (M) mit der vorgegebenen Solldrehzahl (N60llv) weitergeführt ist.
EP00965822A 1999-09-15 2000-09-06 Elektronisch kommutierbarer motor mit einer elektronischen steuereinheit Withdrawn EP1216500A1 (de)

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DE19944197 1999-09-15
DE19944197A DE19944197A1 (de) 1999-09-15 1999-09-15 Elektronisch kommutierbarer Motor
PCT/DE2000/003058 WO2001020765A1 (de) 1999-09-15 2000-09-06 Elektronisch kommutierbarer motor mit einer elektronischen steuereinheit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
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US (1) US6696804B1 (de)
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JP (1) JP2003510005A (de)
KR (1) KR100752825B1 (de)
DE (1) DE19944197A1 (de)
WO (1) WO2001020765A1 (de)

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