DE10009900A1 - Elektrisch kommutierter Motor und Ansteuerverfahren dafür - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ansteuerverfahren für einen elektronisch kommutierten Elektromotor und einen elektronisch kommutierten Motor, bei dem der Wirkungsgrad dadurch verbessert ist und die Wärmeentwicklung deutlich reduziert ist, daß elektronische Steuermittel vorhanden sind, die die Kommutierung in nur einer Wicklung des Motors durch eine Umschaltung der Stromrichtung in dieser Wicklung vornehmen.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Motor sowie ein Ansteuerverfahren für einen elektronisch kommutierten Motor gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs.

Aus der DE 44 11 960 A1 ist ein elektronisch kommutierter Elektromotor, der mit einer Flüssigkeitspumpe gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet ist, bekannt.

Dieser elektronisch kommutierte Motor weist ein Ständerpaket auf, welches aus Einzelblechen und Wicklungen besteht. Weiterhin ist in dem Gehäuse eine Kommutierungselektronik angeordnet, an der ein Sensor zur Erfassung der Drehstellung eines Rotors des Motors angeschlossen ist, wobei das Ständerpaket von dem Rotor (Außenläufermotor) umgeben ist. In Abhängigkeit der erfaßten Drehstellung werden von der Kommutierungselektronik die Ständerwicklungen des Motors angesteuert. Die beiden Ständerwicklungen liegen parallel mit einem zugehörigen Transistor in einem Stromkreis, so daß mittels der Transistoren der Stromfluß durch die Ständerwicklungen alternierend ein- und abgeschaltet wird. Bedingt durch dieses Schaltungsprinzip der Kommutierungselektronik wird in dieser bekannten Flüssigkeitspumpe ein Anteil der eingespeisten elektrischen Energie in Wärme umgesetzt (Abkommutierungsenergie in dem Transistor).

Dieser Wärmeeintrag hat den Nachteil, daß dadurch der Wirkungsgrad der Flüssigkeitspumpe reduziert ist. Je nach Wärmeeintrag ist es sogar erforderlich, Maßnahmen zu ergreifen, um die Flüssigkeitspumpe bzw. den Motor zu kühlen. Dies ist gerade dann von Nachteil, wenn die Flüssigkeitspumpe in einer an sich schon mit hohen Temperaturen versehenen Umgebung (zum Beispiel einem Motorraum eines Fahrzeugs) eingesetzt wird. Ebenso ist durch den erhöhten Wärmeeintrag die Lebensdauer sowie die Zuverlässigkeit der Flüssigkeitspumpe eingeschränkt.

Mit der aus der DE 44 11 960 A1 bekannten Kommutierungselektronik ist eine Drehzahlsteuerung bzw. Drehzahlregelung des Motors nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher Aufgabe der Erfindung zugrunde, ein Ansteuerverfahren für einen elektronisch kommutierten Motor sowie einen elektronisch kommutierten Motor anzugeben, mit dem die geschilderten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe ist durch eines jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs gelöst.

Das erfindungsgemäße Ansteuerverfahren für den elektronisch kommutierten Motor sieht vor, daß die elektronischen Steuermittel die Kommutierung in zumindest einer, insbesondere nur einer Wicklung des Motors durch eine Umschaltung der Stromrichtung in dieser Wicklung vornehmen. Dadurch läßt sich der den Wirkungsgrad beeinträchtigende Wärmeeintrag deutlich reduzieren. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß sich die Lebensdauer sowie die Zuverlässigkeit, insbesondere die ständige Verfügbarkeit, der Flüssigkeitspumpe deutlich erhöht. Außerdem wird die Betriebssicherheit verbessert, da die Betriebstemperatur des elektronisch kommutierten Motors gesenkt werden kann. Gesenkt wird auch der Energieverbrauch der Flüssigkeitspumpe im Betrieb, da die Abkommutierungsenergie in den Schaltmitteln (insbesondere Transistoren) der elektronischen Steuermittel deutlich verringert wird. Insgesamt ergibt sich so eine deutliche Reduzierung der Verlustleistung innerhalb der Flüssigkeitspumpe.

In Weiterbildung der Erfindung wird der Strom durch die Wicklung in Abhängigkeit zumindest eines vorgebbaren Parameters pulsbreitenmoduliert (pulsweitenmoduliert). Dadurch ist auf einfache Art und Weise eine Drehzahlsteuerung bzw. eine Drehzahlregelung des Motors der Flüssigkeitspumpe gegeben. Hierdurch kann die Förderleistung der Flüssigkeitspumpe in Abhängigkeit des zumindest einen vorgebbaren Parameters (bei dem es sich zum Beispiel um eine Soll-Fördermenge handelt) eingestellt werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird bei Feststellen einer vorgebbaren Übertemperatur der Flüssigkeitspumpe oder eines Bauteils der Flüssigkeitspumpe der Motor zumindest kurzzeitig zurückgeregelt bzw. abgeschaltet. Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich, den Motor der Flüssigkeitspumpe bei Feststellen von Abnormalitäten kurzzeitig abzuschalten bzw. abzuregeln (zum Beispiel bei Vorliegen einer vorgegebenen Übertemperatur aufgrund hoher Temperaturen der Umgebung) oder sogar dauerhaft abzuschalten. Damit wird wirksam einer Beschädigung oder eines Ausfalles der Flüssigkeitspumpe aufgrund Übertemperaturen vorgebeugt. Diese Maßnahme trägt darüber hinaus wirksam zur Verlängerung der Lebensdauer der Flüssigkeitspumpe bzw. ihrer Bauteile bei, da diese Bauteile geringeren Beanspruchungen unterworfen sind.

Ein elektronisch kommutierter Motor ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Steuermittel derart ausgebildet sind, daß die Kommutierung in zumindest einer, insbesondere nur einer Wicklung durch eine Umschaltung der Stromrichtung in dieser einen Wicklung erfolgt. Dadurch ergeben sich die schon in Bezug auf das Ansteuerverfahren geschilderten Vorteile wie Verbesserung des Wirkungsgrades, Erhöhung der Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit, insbesondere bei hohen Temperaturbeanspruchungen, da die Verlustleistung innerhalb der Flüssigkeitspumpe deutlich reduziert ist, sowie als weiterer Vorteil, daß sich der Bauelementeaufwand in der Flüssigkeitspumpe reduziert, da das Ständerpaket des elektronisch kommutierten Motors mit nur noch einer einzigen Wicklung versehen werden muß. Wesentlich ist auch, daß die Steuermittel Bestandteil eines integrierten Schaltkreises sind, der auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt ist und nur wenig Bauraum beansprucht.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die elektronischen Steuermittel derart ausgebildet sind, daß der Strom durch die Wicklung in Abhängigkeit zumindest eines vorgebbaren Parameters pulsbreitenmoduliert (pulsweitenmoduliert) wird. Dadurch sind Mittel zur Verfügung gestellt, um den Motor der Flüssigkeitspumpe bedarfsgerecht in seiner Drehzahl zu steuern bzw. zu regeln. Je nach Wahl des Parameters oder der Parameter (zum Beispiel die Temperaturen von elektronischen Bauteilen oder Schaltkreisen, die kritisch sein könnten) ist es auch denkbar, die Leistung des elektronisch kommutierten Motors bzw. seiner Anwendung zu reduzieren, insbesondere automatisch zu reduzieren, damit die Anwendung (zum Beispiel eine Pumpe, die von dem elektronisch kommutierten Motor angetrieben wird) zuverlässig, gegebenenfalls mit verringerter Leistung, weiterbetrieben werden kann. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn ein Betrieb mit verringerter Leistung möglich ist, ein Ausfall, wenn auch nur kurzzeitig, nachteilige (wie sicherheitskritische) Wirkungen hätte.

In Weiterbildung der Erfindung weisen die elektronischen Steuermittel eine Vollbrückenanordnung, insbesondere eine im Vierquadrantenbetrieb arbeitende H-Brücke, auf. Eine solche Vollbrückenanordnung bzw. H-Brücke hat den Vorteil, daß sie sich kostengünstig und auf kleinsten Raum in einem integrierten Schaltkreis realisieren läßt und es in Abhängigkeit von Eingangssignalen (insbesondere in Abhängigkeit des Signals des Positionsgebers) die Kommutierung durch Umschaltung der Stromrichtung in dieser einen Wicklung ausgeführt werden kann. Durch die Integrierung der Vollbrückenanordnung in einem Schaltkreis (IC) kann dieser in dem Gehäuse der Flüssigkeitspumpe angeordnet werden.

In diesem Zusammenhang ist in Weiterbildung der Erfindung der Positionsgeber als Hallgeber ausgebildet, der den Vorteil hat, daß er berührungslos und damit weitestgehend verschleißfrei arbeitet. Auch mit dieser Maßnahme wird die Wahrscheinlichkeit für den Ausfall der Flüssigkeitspumpe deutlich verringert. Jedoch sind auch sensorlose Ansteuerungen möglich.

Ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist im folgenden erläutert und in der Figuren gezeigt.

Es zeigen:

Fig. 1: eine Flüssigkeitspumpe, die von einem elektronisch kommutierten Motor angetrieben wird,

Fig. 2: Schaltmittel einer Kommutierungselektronik nach dem Stand der Technik,

Fig. 3: Steuermittel für den elektronisch kommutierten Motor der Flüssigkeitspumpe.

Eine in Fig. 1 dargestellte Flüssigkeitspumpe 1 weist in ihrem Gehäuse einen elektronisch kommutierten Motor 2 auf, der Mittel antreibt, mit denen eine beliebige Flüssigkeit gefördert werden kann. Weiterhin sind in dem Gehäuse der Flüssigkeitspumpe 1 elektronische Steuermittel 3 integriert, wobei es sich bei dem elektronischen Steuermitteln 3 in der Regel um eine Leiterplatte handelt, auf der mehrere elektronische Bauteile bzw. Schaltkreise (IC) miteinander verschaltet sind. Der Signalaustausch zwischen den elektronischen Steuermitteln 3 und einer externen, nicht dargestellten Steuereinheit sowie die Stromversorgung für die Flüssigkeitspumpe 1 erfolgt über eine Schnittstelle 4, d. h., daß über die Schnittstelle 4 die elektronischen Steuermittel 3 zumindest Signale für den Betrieb der Flüssigkeitspumpe 1 erhalten, wobei auch die Energieversorgung über diese Schnittstelle 4 erfolgt. Selbstverständlich können die Energieversorgung und der Signalaustausch auch über voneinander getrennte Schnittstellen erfolgen.

Der elektronisch kommutierte Motor 2 weist eine einzige Wicklung 5 auf, die elektrisch mit den elektronischen Steuermitteln 3 verbunden ist. Außerdem ist an dem elektronisch kommutierten Motor 2 ein Positionsgeber 6 angeordnet, der insbesondere als berührungslos wirkender Hallgeber ausgebildet ist und ebenfalls mit den elektronischen Steuermitteln 3 verschaltet ist. Durch die Zuführung der Positionssignale des Positionsgebers 6, der die Lage des Rotors des elektronisch kommutierten Elektromotors 2 in Bezug auf den Ständer repräsentieren, ist es den elektronischen Steuermitteln 3, die eine Vollbrückenanordnung aufweisen, möglich, durch Umschaltung der Stromrichtung in der Wicklung 5 die Kommutierung auszuführen.

Mit den Bezugsziffern 7 und 8 sind die Anschlüsse der Flüssigkeitspumpe 1 bezeichnet. Als Mittel, die von dem elektronisch kommutierten Motor 2 angetrieben werden, sind Flügel 9 vorhanden.

Fig. 2 zeigt Schaltmittel einer Kommutierungselektronik nach dem Stand der Technik, wobei die beiden Ständerwicklungen 10 und 11 parallel mit ihren zugehörigen Transistoren 12 und 13 in einem Stromkreis liegen und mittels der Transistoren 12 und 13 der Stromfluß durch die Ständerwicklungen 10 und 11 alternierend in Abhängigkeit von nicht gezeigten Sensoren ein- und abgeschaltet werden.

Im Gegensatz hierzu zeigt Fig. 3 Steuermittel 3, die die einzige Wicklung 5 mittels einer Brückenanordnung in Abhängigkeit von Sensorsignalen ansteuern. Die Brückenanordnung weist in der gezeigten Verschaltung vier Transistoren 14 bis 17 auf, die mittels Sensoren (Positionsgeber 6) angesteuert werden und damit die Kommutierung durch Umschaltung der Stromrichtung in der Wicklung 5 vornehmen. Die Brückenanordnung liegt, in einem Stromkreis (+U bzw. Masse ⟂) und ist eine H-Brücke 18. Die Transistoren können gegebenenfalls auch ohne Sensoren angesteuert werden.

Der erfindungemäße elektronisch kommutierte Motor eignet sich besonders für den Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere bei Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen wie zum Beispiel bei Restwärme- oder Wasserumwälzpumpen.

Claims (7)

1. Ansteuerverfahren für einen elektronisch kommutierten Motor einer Flüssigkeitspumpe mit elektronischen Steuermitteln zur Kommutierung, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Steuermittel die Kommutierung in zumindest einer Wicklung, insbesondere nur einer Wicklung, des Motors durch eine Umschaltung der Stromrichtung in dieser Wicklung vornehmen.

2. Ansteuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch die Wicklung in Abhängigkeit zumindest eines vorgebbaren Parameters pulsbreitenmoduliert (pulsweitenmoduliert) wird.

3. Ansteuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feststellung einer vorgebbaren Übertemperatur der Flüssigkeitspumpe oder eines Bauteiles der Flüssigkeitspumpe der Motor zumindest kurzzeitig zurückgeregelt bzw. abgeschaltet wird.

4. Elektronisch kommutierter Motor (2) einer Flüssigkeitspumpe (1), wobei der Motor (2) ein Ständerpaket mit Wicklungen aufweist und elektronische Steuermittel (3) zur Kommutierung 25 mit einem Positionsgeber (6) zur Erfassung der Lage von einem Rotor des Motors (2) und einer Wicklung zueinander vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Steuermittel (3) derart ausgebildet sind, daß die Kommutierung in zumindest einer Wicklung (5), insbesondere nur einer Wicklung (5), durch eine Umschaltung der Stromrichtung in dieser Wicklung (5) erfolgt.

5. Elektronisch kommutierter Motor (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Steuermittel (3) derart ausgebildet sind, daß der Strom durch die Wicklung in Abhängigkeit zumindest eines vorgebbaren Parameters pulsbreitenmoduliert 35 (pulsweitenmoduliert) wird.

6. Elektronisch kommutierter Motor (2) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Steuermittel (3) eine Vollbrückenanordnung (18) aufweisen.

7. Elektronisch kommutierter Motor (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsgeber (6) als Hallgeber ausgebildet ist.