DE10015216A1

DE10015216A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung eines Elektromotors

Info

Publication number: DE10015216A1
Application number: DE10015216A
Authority: DE
Inventors: Walter Megerle
Original assignee: Robert Seuffer GmbH and Co KG
Current assignee: Robert Seuffer GmbH and Co KG
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2001-10-11

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung eines Elektromotors 1, bei dem Spaltschwankungen zwischen Stator und Rotor abhängig vom Drehwinkel des Rotors erfasst werden, und dem Motorstrom eine drehwinkelabhängige Stromkomponente aufmoduliert wird, durch welche die Spaltschwankungen minimiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung eines Elektromotors, bei dem im Luftspalt zwischen Stator und Rotor ein den Rotor be wegendes magnetisches Drehfeld erzeugt wird.

Mechanische Toleranzen sowie Lagerspiele und Unwuchten dre hender Teile im Motor und rotierender Anbauten, wie z. B. Lüfterflügel, führen dazu, dass der Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator während des Motorbetriebes über den Drehwinkel von 360° variiert. Hierbei erreicht der Luftspalt während einer Motorumdrehung ein- oder mehrmals einen mini malen und maximalen Wert. Diese Luftspaltschwankung führt vor allem bei niedriger Drehzahl zu einem Motorgeräusch (Brummen), dessen Grundfrequenz der Motorstromwechselfre quenz entspricht, die gegebenenfalls mit einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz amplitudenmoduliert ist. Es kann ein für das komplexe mechanische aus Motor und Anbauten bestehende Gesamtsystem charakteristisches Geräuschgemisch entstehen, das aus der Grundwelle des Motorstroms und den darin enthaltenden Oberwellen und Mischprodukten mit der Drehfrequenz sowie mechanischen Resonanzen der angebauten Einzelteile besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen aus Spaltschwankungen resultierende Geräusche minimiert oder beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird beim Verfahren durch die Merkmale des Pa tentanspruches 1 und bei der Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruches 4 gelöst.

Hierdurch lässt sich das Geräuschverhalten des Motor so weit verringern, dass nur noch der Grundpegel des Geräusches ei nes ideal gefertigten Motors ohne Unwuchten und mit konstan tem minimalem Luftspalt verbleibt. Hierzu werden die Spalt schwankungen, abhängig vom Drehwinkel des Rotors mit einem geeigneten Sensor erfasst. Hierzu eignet sich beispielsweise ein Körperschallmikrophon, ein Beschleunigungsmesser, ein Hall-Sensor oder dergleichen. In Abhängigkeit hiervon wird dem Versorgungsstrom eine drehwinkelabhängige Stromkomponen te aufmoduliert, welche den Spaltschwankungen bzw. deren Auswirkungen entgegenwirkt und diese somit minimiert. Misst man an einem Motor, mit dessen Rotor ein anderer Rotor, bei spielsweise ein Lüfterrad verbunden ist, das Magnetfeld in der Nähe des Luftspaltes, so ergibt sich, dass pro Motorum drehung das Magnetfeld mit der Spaltschwankung zyklisch zu nimmt und abnimmt. Durch Überlagerung des vom Motorsteller gelieferten Motorstrom mit der zusätzlichen aus der Spalt schwankung abgeleiteten drehwinkelabhängigen Stromkomponen ten wird der Motorstrom so geändert, dass die zyklischen Magnetfeldschwankungen des magnetischen Drehfeldes und die Spaltschwankungen minimiert oder ganz beseitigt werden.

Hierzu kann die um 180° phasenverschobene Amplitude der gleichgerichteten Sensorausgangsspannung mit geeigneter Ver stärkung dem Motorstrom aufmoduliert werden. Durch diesen Regelkreis minimiert man die akustische und mechanische Schwingungsamplitude der Spaltschwankung. Die Ableitung der drehwinkelabhängigen Motorstrommodulation kann auch durch geeignete Messung der Motorspannung oder des Motorstroms am oder im Motorsteller erfolgen. Gegebenenfalls kann dann auf einen zusätzlichen Sensor, welcher an das Motorgehäuse oder an Teile des Motors, insbesondere im Spaltbereich, gekoppelt ist, verzichtet werden.

Die drehwinkelabhängigen Werte für die Spaltschwankung kön nen auch empirisch ermittelt werden und mit einer geeigneten Steuerung kann der Motorstrom mit der zusätzlichen drehwin kelabhängigen Stromkomponente moduliert werden.

Die bei der Erfindung zur Anwendung kommende Stromversorgung eines Elektromotors eignet sich für alle Wechsel- und Gleichstrommotoren mit entsprechend angepassten Motor stromstellern bzw. Motorstromreglern.

Anhand der Figur, welche ein Blockschaltbild eines Ausfüh rungsbeispiels darstellt, wird die Erfindung noch näher er läutert.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Elektromotor 1, welcher ein Gleichstrom- oder Wechselstrommotor sein kann, über einen Motorsteller 5 mit einer Betriebsspannung U_B verbunden. Über den Motorsteller 5 wird der Motor 1 mit einem elektrischen Versorgungsstrom (Motorstrom) versorgt, der im Luftspalt zwischen Stator und Rotor ein magnetisches Drehfeld erzeugt, durch welches der Rotor angetrieben wird. Am Motorgehäuse oder im Motor, beispielsweise in der Nähe des Luftspaltes, befindet sich ein Sensor 2, welcher als Körperschallmikrophon, Beschleunigungssensor, Hall-Sensor oder dergleichen ausgebildet sein kann, um Spaltschwankun gen, welche sich in Motorgeräuschen oder Magnetfeldschwan kungen äußern, zu erfassen. Der Sensor 2 liefert ein der Spaltschwankung proportionales elektrisches Signal. Gleich zeitig kann mittels einer Drehwinkelmesseinrichtung 6 der jeweilige Drehwinkel des Rotors im Motor 1 gemessen werden.

Die Sensorausgangsspannung enthält eine der Spaltschwankung proportionale Schwankungskomponente ΔU/Δt. Das Sensoraus gangssignal wird einer Auswerteeinrichtung 4 zugeleitet, die als Regler oder als Steuereinrichtung ausgebildet sein kann. Die Auswerteeinrichtung empfängt ferner ein dem jeweiligen Drehwinkel des Rotors im Motor 1 proportionales Signal von der Drehwinkelmesseinrichtung 6. Die Auswerteeinrichtung 4 steuert den Motorsteller 5 in der Weise an, dass der Motor strom mit einer zusätzlichen Stromkomponenten beaufschlagt wird, durch die der Schwankungsanteil ΔU/Δt im Sensoraus gangssignal gegen Null geht. Beispielsweise kann die um 180° phasenverschobene Amplitude der Schwankungskomponente im Sensorsignal mit entsprechender Verstärkung zur Beeinflus sung der Betriebsspannung U_B im Motorsteller 5 aufmoduliert werden.

Es wird somit in Abhängigkeit vom jeweiligen Drehwinkel des Rotors im Motor 1 die die Spaltschwankungen reduzierende Stromkomponente dem Motorstrom eingeprägt.

Anstelle des Sensors 2 kann eine Messeinrichtung 3 zur Er fassung des Motorstroms oder eine Messeinrichtung 7 zur Mes sung der Motorspannung in Abhängigkeit vom jeweiligen Dreh winkel des Rotors im Motor 1 vorgesehen sein. Spaltschwan kungen äußern sich im Motorstrom oder in der Motorspannung ebenfalls in Form von Stromschwankungen bzw. Spannungs schwankungen, die durch die Regelung bzw. Steuerung der Aus werteeinrichtung 4 gegen Null gebracht werden. Hierzu wird ebenfalls im Motorsteller 5 dem Motorstrom drehwinkelabhän gig eine zusätzlich Stromkomponente eingeprägt.

Falls die der Spaltschwankung proportionale Schwankung des elektrischen Signals drehwinkelabhängig empirisch ermittelt wird, wird dieser Schwankungswert der Auswerteeinrichtung 4 eingegeben, die dann in gleicher Weise dem Motorstrom die drehwinkelabhängige Stromkomponente zur Verringerung der Spaltschwankung einprägt.

Durch die Erfindung wird ein akustisch leiser und mechanisch runder Motorlauf bei Elektromotoren, insbesondere bei nied rigen Drehzahlen erreicht. Bewirkt wird dies durch die auf modulierte drehwinkelabhängige Stromkomponente auf den Mo torstrom. Dies führt dazu, dass immer dann, wenn der Spalt zwischen Rotor und Stator drehwinkelabhängig ein Maximum er reicht und damit auch ein maximales Streufeld entsteht, der Motorstrom des Motorstellers und damit die zur Erzeugung des Drehfeldes vorgesehene Magnetisierung durch geeignete Steue rung oder Regelung so eingestellt wird, dass das Streufeld während einer Umdrehung konstant bleibt.

Bezugszeichenliste

1

Elektromotor

2

Sensor

3

Stromesseinrichtung

4

Auswerteeinrichtung

5

Motorsteller

6

Drehwinkelmesseinrichtung

7

Spannungsmesseinrichtung
U_B

;Betriebsspannung

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Stromversorgung eines Elek tromotors, bei dem im Luftspalt zwischen Stator und Ro tor ein den Rotor bewegendes magnetisches Drehfeld er zeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Spaltschwankun gen abhängig vom Drehwinkel des Rotors erfasst werden und dem Versorgungsstrom eine drehwinkelabhängige Strom komponente aufmoduliert wird, welche die Spaltschwankun gen bzw. deren Auswirkungen minimiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromkomponente etwa um 180° phasenverschoben zum jeweiligen Schwankungsmaximum der Spaltschwankung dem Versorgungsstrom aufmoduliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass ein der Spaltschwankung proportionales elek trisches Signal zur Modulation des Versorgungsstromes verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung eines Elektromotors, bei dem im Luftspalt zwischen Stator und Rotor ein den Rotor bewegendes magnetisches Drehfeld wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Spaltschwankung ein Sensor (2), welcher ein zur Spalt schwankung proportionales elektrisches Signal erzeugt, an den Motor oder wenigstens eines seiner Motorteile ge koppelt ist oder eine Messeinrichtung (3, 4) zur dreh winkelabhängigen Messung des Motorstromes oder der Mo torspannung vorgesehen ist, und dass ein Stromsteller (5) im Versorgungsstromkreis des Motor (1) in Abhängig keit des die Spaltschwankung drehwinkelabhängig wieder gebenden elektrischen Messsignals in der Weise angesteuert ist, dass durch eine zusätzliche drehwinkelabhängige Stromkomponente im Motorstrom der Schwankungsanteil im Messsignal, welcher proportional der Spaltschwankung ist, minimiert ist.