DE10150448A1

DE10150448A1 - Controlling electronically commutated motor involves reducing current flow angle to minimum value in low speed range with increasing speed, and increasing control transistor drive

Info

Publication number: DE10150448A1
Application number: DE10150448A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dorner; Peter Dallhammer; Christoph Hornstein
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2003-04-30

Abstract

The method involves reducing the current flow angle from a starting value to a minimum value in a low revolution rate range with increasing revolution rate and increasing drive of control transistors (TA-TD) and increasing the angle in an upper revolution rate range with increasing revolution rate and maximum drive to the transistors from the minimum value to a maximum value above the starting value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektronisch kommutierten Motors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a method for controlling an electronically commutated Motors according to the preamble of patent claim 1.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 43 10 260 C1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Wicklungsstränge eines elektronisch kommutierten Motors in zyklischer Reihenfolge während jeweils eines vorgebbaren elektrischen Stromflußwinkels über linear aussteuerbare Steuertransistoren bestromt. Die Steuertransistoren werden hierzu in Abhängigkeit der Drehzahl durch Steuerimpulse angesteuert. Die Breite der Steuerimpulse bestimmt dabei den Stromflußwinkel und somit das Tastverhältnis, mit dem die Wicklungsstränge bestromt werden. Ein Tastverhältnis von 100% entspricht einer Steuerimpulsfolge, mit lückenlos aufeinander folgenden und sich nicht überschneidenden Steuerimpulsen. Die Steuerung erfolgt derart, daß das Tastverhältnis mit zunehmender Drehzahl in einem unteren Drehzahlbereich auf 100% fest gehalten wird, in einem mittleren Drehzahlbereich auf 50% reduziert wird und in einem oberen Drehzahlbereich auf 100% erhöht wird. Mit zunehmender Drehzahl wird des weiteren die Höhe der Steuerimpulse, durch die die Aussteuerung des jeweiligen Steuertransistors bestimmt wird, im unteren Drehzahlbereich mit einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit erhöht, im mittleren Drehzahlbereich mit noch höherer Änderungsgeschwindigkeit erhöht und im oberen Drehzahlbereich auf einem Maximalwert konstant gehalten. Such a method is known for example from DE 43 10 260 C1. at In this known method, the winding strands are electronically commutated motor in cyclical order during a given one electrical current flow angle energized via linearly controllable control transistors. The control transistors for this are dependent on the speed Control pulses triggered. The width of the control pulses determines the Current flow angle and thus the duty cycle with which the winding phases are energized. A duty cycle of 100% corresponds to a control pulse sequence with no gaps successive and non-overlapping control pulses. The Control takes place in such a way that the pulse duty factor increases with increasing speed lower speed range is kept at 100%, in a medium speed range is reduced to 50% and increased to 100% in an upper speed range. With increasing speed, the level of the control impulses is further increased by the the modulation of the respective control transistor is determined in the lower Speed range increased with a certain rate of change, in the middle Speed range increased with even higher rate of change and in the upper Speed range kept constant at a maximum value.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, das hinsichtlich der Geräuschentwicklung, der Verlustleistung und des Aussteuerungsbereichs des Motors vorteilhaft ist. The invention has for its object a method according to the preamble of Specify claim 1, the noise, the Power loss and the modulation range of the motor is advantageous.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object is achieved by the features of patent claim 1. advantageous Refinements and developments result from the subclaims.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Wicklungsstränge eines elektronisch kommutierten Motors, d. h. eines bürstenlosen Motors, in zyklischer Reihenfolge jeweils während eines vorgebbaren elektrischen Stromflußwinkels, der der Stromflußzeit für den jeweiligen Wicklungsstrang entspricht, über linear aussteuerbare Steuertransistoren bestromt. Die Steuertransistoren werden dabei in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors durch Steuerimpulse angesteuert, welche jeweils durch ihre Breite und Höhe den Stromflußwinkel bzw. die Aussteuerung des jeweiligen Steuertransistors bestimmen. Dabei werden die Steuerimpulse mit zunehmender Drehzahl in Abhängigkeit der Drehzahl derart variiert, daß der Stromflußwinkel in einem unteren Drehzahlbereich bei zunehmender Aussteuerung der Steuertransistoren von einem vorgegebenen Startwert bis auf einen vorgegebenen Minimalwert reduziert wird und in einem oberen Drehzahlbereich mit zunehmender Drehzahl bei maximaler Aussteuerung der Steuertransistoren vom vorgegebenen Minimalwert auf einen oberhalb des Startwerts liegenden Maximalwert erhöht wird. In the method according to the invention, the winding strands become electronic commutated motor, d. H. of a brushless motor, in cyclical order each during a predeterminable electrical current flow angle, which is the Corresponds to current flow time for the respective winding phase via linearly controllable Control transistors energized. The control transistors become dependent the speed of the motor is controlled by control pulses, each by their width and height the current flow angle or the modulation of the respective Determine control transistor. The control impulses increase with increasing Speed varies depending on the speed so that the current flow angle in a lower speed range with increasing modulation of the Control transistors from a predetermined start value to a predetermined minimum value is reduced and in an upper speed range with increasing speed maximum modulation of the control transistors from the specified minimum value a maximum value above the start value is increased.

Durch die nach dem Start vorgenommene Reduzierung des Stromflußwinkels wird das Tastverhältnis, mit dem die Wicklungsstränge und die Steuertransistoren bestromt werden, reduziert, was zu einer Reduzierung des Verlustleistungsmaximums führt. Das heißt, das Verlustleistungsmaximum, das sich bei einer Anpassung der Verlustleitung der Steuertransistoren an die Verlustleistung des Motors ergibt, stellt sich bei einer Drehzahl ein, die geringer ist, als die Drehzahl, die man bei einem Tastverhältnis von 100% erhält. Bei zunehmender Drehzahl fällt die Verlustleistung im unteren Drehzahlbereich bis zur Vollaussteuerung der Steuertransistoren auf ein Minimum ab. Die Verlustleistung steigt erst wieder an, wenn der obere Drehzahlbereich erreicht ist. In diesem Drehzahlbereich ist eine weitere Erhöhung der Aussteuerung der Steuertransistoren nicht mehr möglich und die Drehzahl läßt sich somit nur noch durch eine Erhöhung des Stromflußwinkels erreichen. Durch die Erhöhung des Stromflußwinkels auf den oberhalb des Startwerts liegenden Maximalwert wird die Einstellung einer sehr hohen Drehzahl und somit die optimale Ausnutzung des Aussteuerbereichs des Motors ermöglicht. By reducing the current flow angle after the start the duty cycle with which the winding phases and the control transistors are energized, which leads to a reduction in the maximum power loss leads. That is, the maximum power dissipation that occurs when the Loss line of the control transistors to the power loss of the motor results at a speed that is lower than the speed that one at Receives a duty cycle of 100%. The power loss drops as the speed increases in the lower speed range until the control transistors are fully driven Minimum. The power loss only increases again when the upper one Speed range is reached. In this speed range there is a further increase in Control of the control transistors is no longer possible and the speed can be reduced can only be achieved by increasing the current flow angle. Through the Increase the current flow angle to above the start value The maximum value is the setting of a very high speed and thus the optimum Utilization of the modulation range of the motor enables.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein mittlerer Drehzahlbereich definiert, der zwischen dem unteren und oberen Drehzahlbereich liegt, und in dem der Stromflußwinkel auf dem vorgegebenen Minimalwert konstant gehalten wird. Der Minimalwert wird dabei vorzugsweise derart vorgegeben, daß zwischen aufeinanderfolgenden Steuerimpulsen Lücken von 50% der Breite des jeweils vorangehenden Steuerimpulses entstehen. Durch den im mittleren Drehzahlbereich konstant gehaltenen Minimalwert wird das Verlustleistungsmaximum nochmals weiter reduziert, d. h. es tritt bei noch niedrigeren Drehzahlen auf. In an advantageous embodiment of the method, a medium Speed range defined, which lies between the lower and upper speed range, and in which the current flow angle kept constant at the predetermined minimum value becomes. The minimum value is preferably specified such that between successive control pulses gaps of 50% of the width of each previous control pulse arise. By the in the medium speed range The constant minimum value keeps the power loss maximum further reduced, d. H. it occurs at even lower speeds.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der untere Drehzahlbereich derart gewählt, daß er unmittelbar an den oberen Drehzahlbereich angrenzt. Das Verfahren läßt sich dann auf einfache Weise mit geringem Schaltungsaufwand durchführen. In a further advantageous embodiment of the method, the lower one Speed range chosen such that it is directly to the upper speed range borders. The process can then be carried out in a simple manner with little Carry out circuit work.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Startwert derart vorgegeben, daß die Steuerimpulse lückenlos aufeinander folgen und sich zeitlich nicht überschneiden. Hierdurch erreicht man in der Startphase eine geringe Geräuschentwicklung. In a further advantageous embodiment of the method, the starting value predefined in such a way that the control pulses follow one another without gaps and each other do not overlap in time. As a result, a low one is achieved in the starting phase Noise.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der untere Drehzahlbereich in einen unteren und oberen Teilbereich aufgeteilt, wobei die Grenze zwischen den Teilbereichen vorzugsweise zwischen 3% und 12% einer maximalen Drehzahl liegt. Der Stromflußwinkel wird dann bei Drehzahlen aus dem unteren Teilbereich derart vorgegeben, daß aufeinanderfolgende Steuerimpulse sich teilweise überschneiden, wobei die anfängliche Überschneidung vorzugsweise 1/3 der Breite dieser Steuerimpulse ausmacht. Dadurch wird ein ruhiges Anlaufen des Motor gewährleistet und zudem sichergestellt, daß der Motor in die gewünschte Drehrichtung anläuft. Bei Drehzahlen aus dem oberen Teilbereich wird der Stromflußwinkel hingegen derart vorgegeben, daß die Steuerimpulse sich nicht überschneiden. In a further advantageous embodiment of the method, the lower one Speed range divided into a lower and upper part, the limit between the partial areas preferably between 3% and 12% of a maximum Speed is. The current flow angle is then at lower speeds Sub-area specified such that successive control pulses partially overlap, with the initial overlap preferably 1/3 of the width this constitutes tax impulses. This will make the motor start smoothly ensures and also ensures that the motor in the desired direction of rotation starts. At speeds from the upper section, the current flow angle on the other hand predefined in such a way that the control pulses do not overlap.

Die Steuertransistoren werden vorzugsweise derart ausgesteuert, daß bei einer Änderung der Drehzahl, diese Änderung in sämtlichen Drehzahlbereichen mit gleicher Änderungsgeschwindigkeit erfolgt. The control transistors are preferably driven such that at one Change in speed, this change in all speed ranges with the same Change speed takes place.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich bestens zur Steuerung von viersträngigen bürstenlosen Motoren, die beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Antrieb von Kühlerlüftern eingesetzt werden. The method according to the invention is ideally suited for controlling four-strand brushless motors that are used, for example, in motor vehicles to drive Radiator fans are used.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention is described below using exemplary embodiments and figures explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit einem elektronisch kommutierten Motor und einer Steuervorrichtung für diesen Motor, Fig. 1 is a block diagram showing an electronically commutated motor and a control device for this motor,

Fig. 2 Signaldiagramme zur Erläuterung der Kommutierung von Steuertransistoren der Steuervorrichtung gemäß Fig. 1, Fig. 2 shows signal diagrams for explaining the commutation of control transistors of the control device according to Fig. 1,

Fig. 3 Signaldiagramme zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen der Drehzahl des Motors und den die Drehzahl des Motors bestimmenden Größen, FIG. 3 shows signal diagrams for explaining the relationship between the rotational speed of the engine and the motor speed-determining parameters,

Fig. 4 Signaldiagramme zur Erläuterung der Kommutierung von Steuertransistoren im Anlaufbereich. Fig. 4 signal diagrams to explain the commutation of control transistors in the startup area.

Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel ein Blockschaltbild eines elektronisch kommutierten Motors 10 und ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung zur Regelung der Drehzahl des Motors 10. Fig. 1 shows an exemplary embodiment a block diagram of an electronically commutated motor 10, and a block diagram of a control device for controlling the speed of the motor 10.

Der Motor 10 weist einen permanentmagnetischen Rotor 15 und einen Stator mit vier Wicklungssträngen A, B, C, D auf, von denen jeweils zwei zu einem Strangpaar A, B bzw. C, D zusammengefaßt sind. Die Wicklungsstränge A, B bzw. C, D eines Strangpaares sind dabei bifilar parallel gewickelt und erzeugen im bestromten Zustand Magnetfelder entgegengesetzter Polarität. Der Motor 10 wird aus einer Gleichspannungsquelle U_B bestromt, welche bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug beispielsweise eine Fahrzeugbatterie sein kann. Die Wicklungsstränge A, B, C, D sind hierzu jeweils mit einem Anschluß an einem gemeinsamen Schaltungsknoten mit der Gleichspannungsquelle U_B verbunden und mit den jeweils gegenüberliegenden Anschlüsse jeweils über einen beispielsweise als Feldeffekttransistor ausgeführten Steuertransistor T_A bzw. T_B bzw. T_C bzw. T_D mit einem Masseanschluß M verbunden. Im Motor 10 kann zudem eine Sensorvorrichtung 26 vorgesehen sein, die beispielsweise Hallelemente als Sensorelemente aufweist, und die der Ermittlung der Drehzahl n und der Winkellage des Rotors 15 dient. The motor 10 has a permanent magnetic rotor 15 and a stator with four winding strands A, B, C, D, two of which are combined to form a pair of strands A, B and C, D, respectively. The winding strands A, B or C, D of a pair of strands are wound bifilarly in parallel and generate magnetic fields of opposite polarity when energized. The motor 10 is supplied with current from a direct voltage source U _B , which can be, for example, a vehicle battery when used in a motor vehicle. For this purpose, the winding strands A, B, C, D are each connected to the DC voltage source U _B with a connection at a common circuit node and to the opposite connections in each case via a control transistor T _A or T _B or T _C or T _C or, respectively, designed as a field effect transistor T _D connected to a ground terminal M. In the motor 10 , a sensor device 26 can also be provided, which has Hall elements as sensor elements, for example, and which is used to determine the speed n and the angular position of the rotor 15 .

Die Wicklungsstränge A, B, C, D werden in zyklischer Reihenfolge jeweils während eines vorgebbaren elektrischen Stromflußwinkels α über die Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D bestromt. Für das folgerichtige Ansteuern der Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D werden von der Steuervorrichtung Steuerimpulse generiert, die den Steuereingängen der Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D als Steuersignale U_GA, U_GB, U_GC, U_GD zugeführt werden. The winding phases A, B, C, D are energized in cyclical order each time during a predeterminable electrical current flow angle α via the control transistors T _A , T _B , T _C , T _D. For the consequent activation of the control transistors T _A , T _B , T _C , T _D , control pulses are generated by the control device, which the control inputs of the control transistors T _A , T _B , T _C , T _D as control signals U _GA , U _GB , U _GC , U _{GD are} fed.

Die Steuervorrichtung weist zur Erzeugung der Steuersignale U_GA, U_GB, U_GC, U_GD eine Aufbereitungsstufe 21, eine Regelstufe 22, einen ersten Funktionsgeber 23, einen zweiten Funktionsgeber 24, eine Auswerteeinheit 25 und eine Treibereinheit 20 auf. In order to generate the control signals U _GA , U _GB , U _GC , U _GD, the control device has a processing stage 21 , a control stage 22 , a first function generator 23 , a second function generator 24 , an evaluation unit 25 and a driver unit 20 .

Mit der Aufbereitungsstufe 21 wird die Istdrehzahl n_ist des Motors 10 und die Winkelposition des Rotors 15 bezüglich dem Stator ermittelt. Die Ermittlung dieser Größen erfolgt dabei wahlweise durch Auswertung der an den Wicklungssträngen A, B, C, D anliegenden Wicklungsspannungen U_MA, U_MB, U_MC, U_MD oder durch Auswertung von Sensorsignalen U₂₆ der ggf. im Motor 10 vorgesehenen Sensorvorrichtung 26. Die Aufbereitungsstufe 21 liefert als Ausgangssignale ein der Istdrehzahl n_ist entsprechendes Signal sowie mindestens ein Triggersignal U_TA, U_TB, U_TC, U_TD, das die Information über die Winkellage des Rotors 15 enthält. With the conditioning stage 21, the actual speed is the motor 10 and the angular position of the rotor 15 _is determined with respect to the stator n. These variables are determined either by evaluating the winding voltages U _MA , U _MB , U _MC , U _MD applied to the winding strands A, B, C, D or by evaluating sensor signals U _{26 of} the sensor device 26 which may be provided in the motor 10 . The processing stage 21 supplies as output signals a signal corresponding to the actual speed n _ist and at least one trigger signal U _TA , U _TB , U _TC , U _TD , which contains the information about the angular position of the rotor 15 .

Die Regelstufe 22 erzeugt in Abhängigkeit einer vorgebbaren Solldrehzahl n_soll und in Abhängigkeit der ermittelten Istdrehzahl n_ist ein die Drehzahl n des Motors 10 bestimmendes Regelsignal U_R. Das Regelsignal U_R kann zusätzlich in Abhängigkeit des durch die Wicklungsstränge A, B, C, D fließenden Stroms erzeugt werden. Dieser Strom läßt sich auf einfache Weise mit einem Shuntwiderstand im Massezweig der Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D ermitteln. The control stage 22 produces a predetermined target rotational speed _to n and n depending on a function of the actual speed determined _is the speed of motor 10 determining n control signal U _R. The control signal U _R can also be generated as a function of the current flowing through the winding phases A, B, C, D. This current can be determined in a simple manner with a shunt resistor in the ground branch of the control transistors T _A , T _B , T _C , T _D.

Der erste Funktionsgeber 23 legt in Abhängigkeit des Regelsignals U_R den Stromflußwinkel α und somit die Stromflußzeit für die jeweilige Motorwicklung A, B, C, D fest. Diese Festlegung erfolgt durch Vorgabe eines Einschaltwinkels und Ausschaltwinkels für den jeweiligen Steuertransistor T_A, T_B, T_C, T_D. The first function generator 23 determines the current flow angle α and thus the current flow time for the respective motor winding A, B, C, D as a function of the control signal U _R. This determination is made by specifying a switch-on angle and switch-off angle for the respective control transistor T _A , T _B , T _C , T _D.

Der zweite Funktionsgeber 24 legt in Abhängigkeit des Regelsignals U_R die Höhe H der Steuerimpulse fest, die der gewünschten Amplitude der Wicklungsspannungen U_MA, U_MB, U_MC, U_MD entspricht, und er bestimmt damit die lineare Aussteuerung der Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D. Depending on the control signal U _R, the second function generator 24 determines the level H of the control pulses, which corresponds to the desired amplitude of the winding voltages U _MA , U _MB , U _MC , U _MD , and thus determines the linear modulation of the control transistors T _A , T _B , T _C , T _D.

In der Auswerteeinheit 25 werden aus den von den Funktionsgeneratoren 23, 24 festgelegten Größen Stromflußwinkel α und Höhe H und aus den von der Rotorstellung abhängigen Triggersignalen U_TA, U_TB, U_TC, U_TD Steuersignale U_25A, U_25B, U_25C, U_25D für die Treibereinheit 20 abgeleitet, aus denen die Treibereinheit 20 dann die Steuersignale U_GA, U_GB, U_GC, U_GD für die Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D erzeugt. In the evaluation unit 25 , current flow angles α and height H are determined from the variables determined by the function generators 23 , 24 and from the trigger signals U _TA , U _TB , U _TC , U _TD, which are dependent on the rotor position, control signals U _25A , U _25B , U _25C , U _25D for the driver unit 20 , from which the driver unit 20 then generates the control signals U _GA , U _GB , U _GC , U _GD for the control transistors T _A , T _B , T _C , T _D.

In der Treibereinheit 20 werden die Wicklungsspannungen U_MA, U_MB, U_MC, U_MD jeweils mit einem der eingangsseitigen Steuersignale U_25A, U_25B, U_25C, U_25C verglichen und die Steuersignale U_GA, U_GB, U_GC, U_GD für die Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D werden derart geregelt, daß die Wicklungsspannungen U_MA, U_MB, U_MC, U_MD sich entsprechend den Vorgaben durch das jeweilige eingangsseitige Steuersignal U_25A bzw. U_25B bzw. U_25C bzw. U_25D ergeben. In the driver unit 20 , the winding voltages U _MA , U _MB , U _MC , U _{MD are} each compared with one of the input-side control signals U _25A , U _25B , U _25C , U _25C and the control signals U _GA , U _GB , U _GC , U _GD for the control transistors T _A , T _B , T _C , T _D are regulated in such a way that the winding voltages U _MA , U _MB , U _MC , U _{MD vary} in accordance with the specifications by the respective input-side control signal U _25A or U _25B or U _25C or U _25D result.

Die Kommutierung des Motors 10 läßt sich anhand der Fig. 2 erklären. Das obere Diagramm zeigt dabei die elektromotorischen Kräfte U_EMK der Wicklungsstränge A, B, C, D, d. h. die durch die Rotation des Rotors 15 in den Wicklungssträngen induzierten Spannungen U_EMK,A, U_EMK,B, U_EMK,C, U_EMK,D, das mittlere Diagramm zeigt das von der Aufbereitungsstufe 21 erzeugte Triggersignals U_TA und das untere Diagramm zeigt das Steuersignal U_25A, das die Auswerteeinheit 25 für die Ansteuerung des Steuertransistors T_A erzeugt. Die Signale sind dabei jeweils in Abhängigkeit der elektrischen Winkellage ωt des Rotors 15 dargestellt. The commutation of the motor 10 can be explained with reference to FIG. 2. The upper diagram shows the electromotive forces U _{EMK of} the winding phases A, B, C, D, ie the voltages U _{EMK, A} , U _{EMK, B} , U _{EMK, C} , U _EMF induced by the rotation of the rotor 15 in the winding _{phases , D} , the middle diagram shows the trigger signal U _TA generated by the processing stage 21 and the lower diagram shows the control signal U _25A , which the evaluation unit 25 generates for the control of the control transistor T _A. The signals are shown depending on the electrical angular position ωt of the rotor 15 .

Die elektromotorischen Kräfte U_EMK,A, U_EMK,B, U_EMK,C, U_EMK,D haben jeweils einen durch die Winkellage des Rotors 15 bestimmten Verlauf. Sie lassen sich aus den Wicklungsspannungen U_MA, U_MB, U_MC, U_MD ermitteln und sind bei konstanter Drehzahl n sinusförmig und paarweise gegeneinander um 90° phasenverschoben. The electromotive forces U _{EMK, A} , U _{EMK, B} , U _{EMK, C} , U _{EMK, D} each have a course determined by the angular position of the rotor 15 . They can be determined from the winding voltages U _MA , U _MB , U _MC , U _MD and, at constant speed n, are sinusoidal and in pairs out of phase by 90 °.

Das Triggersignal U_TA weist eine Reihe von Impulsen mit jeweils festem Winkelbezug zu den elektromotorischen Kräften U_EMK,A, U_EMK,B, U_EMK,C, U_EMK,D auf. Es enthält damit die Winkelinformation über die elektrische Winkellage des Rotors 15. Aus dieser Winkelinformation können die Ansteuerzeitpunkte sämtlicher Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D ermittelt werden. Es ist jedoch auch möglich, für jeden der Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D eine eigene Winkelinformation anhand eines eigenen Triggersignals U_TA, U_TB, U_TC, U_TD bereitzustellen. Die Triggersignale U_TA, U_TB, U_TC, U_TD sind dann paarweise gegeneinander um 90° phasenverschoben. The trigger signal U _TA has a series of pulses, each with a fixed angle reference to the electromotive forces U _{EMK, A} , U _{EMK, B} , U _{EMK, C} , U _{EMK, D.} It thus contains the angle information about the electrical angular position of the rotor 15 . The triggering times of all control transistors T _A , T _B , T _C , T _D can be determined from this angle information. However, it is also possible to provide separate angle information for each of the control transistors T _A , T _B , T _C , T _D on the basis of a separate trigger signal U _TA , U _TB , U _TC , U _TD . The trigger signals U _TA , U _TB , U _TC , U _TD are then phase-shifted in pairs relative to one another by 90 °.

Aus dem unteren Diagramm erkennt man, daß Steuersignal U_25A Steuerimpulse der Höhe H und Breite W aufweisen. Die Höhe H ist dabei die durch den zweiten Funktionsgeber 24 festgelegte Größe und die Breite W ist der durch den ersten Funktionsgeber 23 festgelegte Stromflußwinkel α für den Wicklungsstrang A. Der Stromflußwinkel α und die Position eines Steuerimpulses werden vom ersten Funktionsgeber 23 durch Vorgabe eines auf das Triggersignal U_TA bezogenen Einschaltwinkels W_E und eines ebenfalls auf das Triggersignal U_TA bezogenen Ausschaltwinkels W_A festgelegt. The diagram below shows that control signal U _{25A has} control pulses of height H and width W. The height H is the size defined by the second function generator 24 and the width W is the current flow angle α defined by the first function generator 23 for the winding phase A. The current flow angle α and the position of a control pulse are determined by the first function generator 23 by specifying one on the Trigger signal U _TA related switch-on angle W _E and a switch-off angle W _A also related to trigger signal U _TA are defined.

Die Steuerimpulse für die übrigen Steuertransistoren T_B, T_C, T_D werden in analoger Weise erzeugt. Die so generierten Steuersignale U_25A, U_25B, U_25C, U_25D sind paarweise gegeneinander um 90° versetzt, wobei aber auch eine gezielte Abweichung vom 90°-Winkel denkbar ist. Durch eine derartige Abweichung lassen sich die störende Grundwelle und Oberwellen, die in den Wicklungssträngen A, B, C, D entstehenden können, zur Reduzierung der Geräuschentwicklung weitgehend unterdrücken. The control pulses for the other control transistors T _B , T _C , T _D are generated in an analog manner. The control signals U _25A , U _25B , U _25C , U _25D generated in this way are offset in pairs by 90 °, but a specific deviation from the 90 ° angle is also conceivable. Such a deviation largely suppresses the disturbing fundamental wave and harmonics that can arise in the winding phases A, B, C, D in order to reduce the development of noise.

Fig. 3 zeigt den von der Drehzahl n abhängigen Zusammenhang zwischen dem Regelsignal U_R und den daraus ermittelten Größen Stromflußwinkel α und Höhe H des nachfolgend zu erzeugenden Steuerimpulses. FIG. 3 shows the relationship between the control signal U _R and the quantities current flow angle α and height H of the control pulse to be subsequently generated, which is a function of the speed n.

Das Regelsignal U_R steigt gemäß dem oberen Diagramm mit zunehmender Drehzahl n linear an. The control signal U _R increases linearly according to the upper diagram with increasing speed n.

Gemäß dem unteren Diagramm wird der Stromflußwinkel α in einem unteren Drehzahlbereich N1 mit zunehmender Drehzahl n ausgehend von einem Startwert α₁ kontinuierlich bis auf einen Minimalwert α₂ reduziert. Der Minimalwert α₂ entspricht dabei einem Betriebspunkt P₁, dem ein Drehzahlwert x% von beispielsweise 30% der maximalen Drehzahl n_max zugeordnet ist. Der Startwert α₁ und der Minimalwert α₂ werden wie folgt gewählt: α₁ = 90° und α₂ = 60°. Das heißt, der Startwert α₁ entspricht einem Winkel, bei dem die Steuerimpulse ohne sich zu überschneiden lückenlos aufeinander folgen. Die Wicklungsstränge A, B, C, D werden somit nacheinander ohne Überschneidungen und ohne Lücken dazwischen, d. h. mit einem Tastverhältnis von 100% bestromt. Damit erreicht man in der Startphase eine geringe Geräuschentwicklung. Der Minimalwert α₂ entspricht hingegen einem Winkel, bei dem zwischen den Steuerimpulsen Lücken von 50% der Breite W des jeweils vorhergehenden Steuerimpulses entstehen. According to the lower diagram, the current flow angle α is continuously reduced in a lower speed range N1 with increasing speed n from a start value α ₁ to a minimum value α ₂ . The minimum value α ₂ corresponds to an operating point P ₁ to which a speed value x% of, for example, 30% of the maximum speed n _{max is} assigned. The starting value α ₁ and the minimum value α ₂ are chosen as follows: α ₁ = 90 ° and α ₂ = 60 °. This means that the starting value α ₁ corresponds to an angle at which the control pulses follow one another without gaps and without overlapping. The winding strands A, B, C, D are thus energized in succession without overlaps and without gaps between them, ie with a duty cycle of 100%. This means that there is little noise in the start-up phase. The minimum value α ₂ , on the other hand, corresponds to an angle at which gaps of 50% of the width W of the previous control pulse occur between the control pulses.

In einem an den unteren Drehzahlbereich N1 anschließenden mittleren Drehzahlbereich N2 wird der Stromflußwinkel α auf dem Minimalwert α₂ konstant gehalten. Dieser geringe Winkel hat eine geringe Verlustleistungsmaximum in den Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D zur Folge. Der mittlere Drehzahlbereich N2 endet bei einem dem Betriebspunkt P₂ zugehörigen Drehzahlwert von ca. 70% der maximalen Drehzahl n_max. In a middle speed range N2 following the lower speed range N1, the current flow angle α is kept constant at the minimum value α ₂ . This small angle results in a low power loss maximum in the control transistors T _A , T _B , T _C , T _D. The middle speed range N2 ends at a speed value associated with the operating point P ₂ of approximately 70% of the maximum speed n _max .

In einem an den mittleren Drehzahlbereich N2 anschließenden oberen Drehzahlbereich N3 wird der Stromflußwinkel α mit zunehmender Drehzahl n ausgehend vom Minimalwert α₂ bis auf einen zulässigen Maximalwert α₃ erhöht. Der Maximalwert α₃ ist dabei höher als der Startwert α₁. Er entspricht einem Winkel von 180° abzüglich eines Abkommutierwinkels von ca. 15° bis 20° und abzüglich einer Winkelreserve von 0° bis 15°. Der Abkommutierwinkel entspricht dabei der Zeit, die erforderlich ist, um den Strom im abkommutierten Wicklungsstrang auf Null abklingen zu lassen und die Winkelreserve entspricht dem Winkel, der nötig ist., um aus den Wicklungsspannungen U_MA, U_MB, U_MC, U_MD eine Lageinformation des Rotors bezüglich dem Stator abzuleiten. Im vorliegenden Fall liegt der Maximalwert α₃ somit im Bereich von 145° bis 165°. Durch den hohen Maximalwert α₃ wird die Einstellung einer sehr hohen Drehzahl n ermöglicht. Man kann den Motor 10 somit voll bis an seine Aussteuergrenzen aussteuern. In an upper speed range N3 adjoining the middle speed range N2, the current flow angle α is increased with increasing speed n starting from the minimum value α ₂ to a permissible maximum value α ₃ . The maximum value α ₃ is higher than the start value α ₁ . It corresponds to an angle of 180 ° minus a commutation angle of approx. 15 ° to 20 ° and minus an angle reserve of 0 ° to 15 °. The commutation angle corresponds to the time required for the current in the commutated winding phase to decay to zero and the angular reserve corresponds to the angle which is necessary to make one from the winding voltages U _MA , U _MB , U _MC , U _MD Derive position information of the rotor with respect to the stator. In the present case, the maximum value α _{3 is} therefore in the range from 145 ° to 165 °. The high maximum value α ₃ enables the setting of a very high speed n. The engine 10 can thus be fully driven to its actuation limits.

Gemäß dem mittleren Diagramm steigt die Höhe H mit zunehmender Drehzahl n im unteren Drehzahlbereich N1 ausgehend von einer Starthöhe H₀ kontinuierlich bis zu einem Wert Y% und im mittleren Drehzahlbereich N2 vom Wert Y% kontinuierlich bis zu einer Maximalhöhe H_max an. Diese Maximalhöhe H_max ist eine durch die Gleichspannungsquelle U_B vorgegebene Grenze. Die Steigung mit der sich die Höhe H ändert nimmt beim Übergang von einem Drehzahlbereich zum nächsten Drehzahlbereich ab. Im oberen Drehzahlbereich N3 ist die Steigung dann gleich Null, d. h. die Höhe H wird auf der Maximalhöhe H_max konstant gehalten. Damit wird die Drehzahl n im oberen Drehzahlbereich N3 bei voller Aussteuerung der Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D lediglich durch Variation des Stromflußwinkels α variiert. In den übrigen Drehzahlbereichen N1, N2 wird die Drehzahl n sowohl durch Variation des Stromflußwinkels α als auch durch Variation der durch die Höhe H bestimmten Aussteuerung der Steuertransistoren T_A, T_B, T_C, T_D gesteuert. Der drehzahlabhängige Verlauf der Höhe H wird dabei derart vorgegeben, daß die Drehzahl n sich bei einer Drehzahländerung in sämtlichen Drehzahlbereichen N1, N2, N3 mit gleicher Geschwindigkeit ändert. Das heißt, die Summe der Steigungen der Kurven aus dem unteren und mittleren Diagramm wird in sämtlichen Drehzahlbereichen konstant gehalten. According to the middle diagram, the height H increases continuously with increasing speed n in the lower speed range N1 from a starting height H ₀ up to a value Y% and in the middle speed range N2 from the value Y% continuously up to a maximum height H _max . This maximum height H _max is a limit specified by the direct voltage source U _B. The slope with which the height H changes decreases with the transition from one speed range to the next speed range. In the upper speed range N3, the gradient is then zero, ie the height H is kept constant at the maximum height H _max . The speed n in the upper speed range N3 is thus varied with full modulation of the control transistors T _A , T _B , T _C , T _D only by varying the current flow angle α. In the other speed ranges N1, N2, the speed n is controlled both by varying the current flow angle α and by varying the modulation of the control transistors T _A , T _B , T _C , T _D determined by the height H. The speed-dependent course of the height H is predefined in such a way that the speed n changes at a speed change in all speed ranges N1, N2, N3 at the same speed. This means that the sum of the slopes of the curves from the lower and middle diagram is kept constant in all speed ranges.

Das Verfahren läßt sich vereinfachen, indem der Betriebspunkt P₁ derart gewählt wird, daß er mit dem Betriebspunkt P₂ zusammenfällt. Damit grenzen der untere Drehzahlbereich N1 und der oberer Drehzahlbereich N3 unmittelbar aneinander an, d. h. es wird auf den mittleren Drehzahlbereich N2 verzichtet. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß es mit geringerem Aufwand durchführbar ist. The method can be simplified by selecting the operating point P _{1 in} such a way that it coincides with the operating point P ₂ . The lower speed range N1 and the upper speed range N3 thus directly adjoin one another, ie the middle speed range N2 is dispensed with. The advantage of this method is that it can be carried out with less effort.

Das Verfahren läßt sich verbessern, indem der Verlauf des Stromflußwinkels α und der Verlauf der Höhe H, wie in den Diagrammen durch gepunktete Kurven dargestellt, modifiziert wird. In diesem Fall wird der untere Drehzahlbereich N1 in einen unteren Teilbereich, den Anlaufbereich N0*, und in einen oberen Teilbereich N1* aufgeteilt, wobei die Grenze zwischen den Teilbereichen bei etwa 3% bis 12% der maximalen Drehzahl n_max liegt. Der Stromflußwinkel α wird im Anlaufbereich N0* ausgehend von einem nunmehr als α₀ bezeichneten Startwert mit zunehmender Drehzahl n von α₀ = 135° bis auf einen Winkel α ≤ 90° reduziert und im oberen Teilbereich N1* dann weiter bis auf den Minimalwert α₂ reduziert. Die Änderung der Höhe H erfolgt dabei gemäß der gepunktet dargestellten Kurve im unteren Teilbereich N0* mit höherer Steilheit als im oberen Teilbereich N1*. Falls die Drehzahl n sich erst ab einer Mindestdrehzahl ermitteln läßt, wird der Stromflußwinkel α bis zum Erreichen dieses Werts auf dem Startwert α₀ konstant gehalten und erst anschließend reduziert. The method can be improved by modifying the profile of the current flow angle α and the profile of the height H, as shown by dotted curves in the diagrams. In this case, the lower speed range N1 is divided into a lower sub-range, the start-up range N0 *, and an upper sub-range N1 *, the limit between the sub-ranges being approximately 3% to 12% of the maximum speed n _max . The current flow angle α is reduced in the starting range N0 * starting from a starting value now designated as α ₀ with increasing speed n from α ₀ = 135 ° to an angle α ≤ 90 ° and then further reduced to the minimum value α ₂ in the upper sub-range N1 * reduced. The change in the height H takes place according to the curve shown in dotted lines in the lower partial area N0 * with a higher slope than in the upper partial area N1 *. If the speed n can only be determined from a minimum speed, the current flow angle α is kept constant at the starting value α ₀ until this value is reached and is only then reduced.

Fig. 4 zeigt für den Startwert α₀ den Zusammenhang zwischen den elektromotorischen Kräften U_EMK,A, U_EMK,B, U_EMK,C, U_EMK,D Und den Steuersignalen U_25A, U_25B, U_25C, U_25D. Man erkennt, daß die Steuerimpulse sich bei einem Stromflußwinkel von α = 135° um die Hälfte des Winkels, der einer lückenlosen Pulsfolge entspricht, d. h. um 45°, überschneiden. Diese Überschneidung hat zur Folge, daß der Motor 10 ruhig und in die gewünschte Richtung anläuft. Die Überschneidung hat zwar zur Folge, daß die Verlustleistung der Steuertransistoren im unteren Teilbereich N0* hoch ist, dieser hinsichtlich der Verlustleistung ungünstige Drehzahlbereich wird jedoch aufgrund seiner geringen Breite schnell verlassen. Fig. 4 shows, for the starting value α ₀ the relationship between the electromotive forces U _{EMK, A,} U _{EMK, B,} U _{EMK, C,} U _{EMK, D} and the control signals U _25A, U _25B, U _25C, U _25D. It can be seen that the control pulses overlap at a current flow angle of α = 135 ° by half the angle which corresponds to a complete pulse sequence, ie by 45 °. This overlap has the consequence that the motor 10 starts smoothly and in the desired direction. The overlap has the consequence that the power loss of the control transistors in the lower sub-area N0 * is high, but this speed range, which is unfavorable in terms of power loss, is quickly left due to its small width.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde im vorliegenden Beispiel anhand eines viersträngigen Motors beschrieben. Es läßt sich jedoch ohne weiteres auch auf einen dreisträngigen Motor oder auf einen Motor mit mehr als vier Wicklungssträngen anpassen. In the present example, the method according to the invention was based on a four-strand engine described. However, it can also be easily applied to one three-strand motor or on a motor with more than four winding strands to adjust.

Claims

1. A method for controlling an electronically commutated motor ( 10 ), in which a plurality of winding phases (A, B, C, D) of the motor ( 10 ) in cyclic order, each during a predeterminable electrical current flow angle (α) via linearly controllable control transistors (T _A , T _B , T _C , T _D ) are energized, the control transistors (T _A , T _B , T _C , T _D ) being controlled as a function of the speed (s) of the motor ( 10 ) by control pulses, each of which by their Width (W) and height (H) determine the current flow angle (α) or the modulation of the respective control transistor (T _A , T _B , T _C , T _D ), characterized in that the current flow angle (α) in a lower speed range ( N1) with increasing speed (n) with increasing modulation of the control transistors (T _A , T _B , T _C , T _D ) is reduced from a predetermined start value (α ₁ , α ₀ ) to a predetermined minimum value (α ₂ ) and in an upper speed range (N3) with increase The speed (n) at maximum modulation of the control transistors (T _A , T _B , T _C , T _D ) is increased from the specified minimum value (α ₂ ) to a maximum value (α ₃ ) above the start value (α ₁ ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the current flow angle (α) in a between the lower speed range (N1) and the upper speed range (N3) lying middle speed range (N2) with increasing speed (n) with increasing control of the control transistors ( T _A , T _B , T _C , T _D ) is kept constant at the minimum value (α ₂ ).

3. The method according to claim 1, characterized in that the lower Speed range (N1) and the upper speed range (N3) can be selected such that they immediately adjoin each other.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the lower speed range (N1) into a lower partial range (N0 *) and an upper one Partial range (N1 *) is divided and that the current flow angle (α) at speeds (n) from the lower section (N0 *) is specified such that successive Control pulses overlap, and at speeds (n) from the upper Sub-range (N1 *) is specified so that the control pulses do not overlap.

5. The method according to claim 4, characterized in that the boundary between the upper portion and the lower portion is chosen such that it is at a speed (n) of 3% to 12% of a maximum speed (n _max ).

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the starting value (α ₀ ) of the current flow angle (α) is selected such that successive control pulses overlap by 1/3 of their width (W).

7. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the starting value (α ₁ ) of the current flow angle (α) is specified such that the control pulses follow one another without overlap without gaps.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the minimum value (α ₂ ) of the current flow angle (α) is predetermined such that gaps of 50% of its width (W) arise between successive control pulses.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the control transistors (T _A , T _B , T _C , T _D ) are driven such that the rate of change of the speed (n) in all speed ranges (N0 *, N1 *, N1, N2, N3) is the same.

10. Use of the method according to one of the preceding claims for controlling the speed of motors ( 10 ) with four winding phases (A, B, C, D).