HK1024112B - Brushless dc motor control - Google Patents

Claims (12)

1. Verfahren zum Steuern eines elektronisch kommutierten, bürstenfreien Gleichstrommotors, bei dem zu jedem Zeitpunkt eine Motorwindung energiefrei ist und genutzt wird, um Rück-EMF-Null-Kreuzungen zu detektieren, deren Information zum Auslösen von Windungskommutationen genutzt wird, wobei eine Impulsbreitenmodulation der die Kommutationseinrichtungen steuernden Signale zum Steuern einer Motorbeschleunigung genutzt wird und wobei unidirektionale Stromeinrichtungen mit den Kommutationseinrichtungen parallel verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Stromimpulses, welcher in dieser Windung aufgrund der Verteilung von gespeicherter Energie durch die unidirektionalen Stromeinrichtungen erzeugt wird, nachdem die Stromversorgung von dieser Windung entfernt wurde, für eine Messung eines Motorstroms genutzt wird.
2. Verfahren zum Steuern eines elektronisch kommutierten, bürstenfreien Gleichstrommotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Motorstroms den Impulsbreitenmodulations-Arbeitszyklus steuert, um den Motorstrom auf sichere Werte zu begrenzen.
3. Elektronisch kommutiertes Motorsystem, mit:

   - einem bürstenfreien Gleichstrommotor mit einem Rotor und einem Stator mit wenigstens einer Phasenwindung,

   - einer Kommutationsschaltung mit einer Direktstrom-Energieversorgung, Umschalteinrichtungen, die mit der Energieversorgung verbunden sind, um an die wenigstens eine Windung oder an ausgewählte Paare von Statorwindungen einen Strom zu liefern, und unidirektionalen Stromeinrichtungen, welche einen Strompfad liefern, um Energie zu verteilen, die in jeder Windung gespeichert wird, nachdem die Stromversorgung durch eine Umschalteinrichtung beendet wurde,

   - einer Digitalisierungsschaltung, welche die Spannung an der wenigstens einen Windung mißt und die Spannung mit einer Referenzsignalspannung vergleicht, um hierdurch Null-Kreuzungen der Rück-EMF zu detektieren, die in der wenigstens einen Windung aufgrund der Drehung des Rotors induziert werden,

   - einem programmierten Digitalprozessor mit einem Speicher und Eingangs-Ausgangs-Anschlüssen, wobei ein erster Anschluß mit dem Ausgang der Digitalisierungsschaltung und eine zweite Gruppe von Anschlüssen mit der Kommutationsschaltung verbunden sind, um dorthin Umschaltsteuersignale zu liefern,

   - Software, die in dem Speicher gespeichert ist, um den Prozessor zu veranlassen, die Umschaltsteuersignale zu erzeugen, wobei die Software die folgenden Merkmale aufweist:

   a) eine Tabelle, die (i) eine Folge von Kombinationen von Zuständen für jede Umschalteinrichtung in der Kommutationsschaltung, welche die Statorwindung veranlaßt, ein Rotationsmagnetfeld zu erzeugen, wenn sie sequentiell oder zyklisch an die Umschalteinrichtungen angelegt wird, und (ii) eine Folge der möglichen Ausgangszustände der Digitalisierungsschaltung für vorbestimmte Winkelpositionen des Rotors speichert, die jeweils einer Kombination von Umschalteinrichtungszuständen entsprechen, die in dem Rotor eine Drehkraft erzeugen, um eine Fortsetzung der Drehung sicherzustellen, wenn der Rotor in der entsprechenden vorbestimmten Position ist,

   b) eine Routine zum Auswählen jeder gespeicherten Zustandskombination aus der Tabelle und zum Erzeugen von digitalen Umschaltsteuersignalen für jede Umschalteinrichtung, die logische Niveaus aufweist, welche den Zuständen der speziellen Kombination entsprechen, die zu einem beliebigen Zeitpunkt ausgewählt wird,

   c) eine Routine zur Impulsbreitenmodulation der Umschaltsteuersignale, um hierdurch den RMS-Strom in den Statorwindungen zu steuern,

   d) eine Routine zum Festlegen des Arbeitszyklusses der Impulsbreitenmodulation in Übereinstimmung mit einem gespeicherten Arbeitszyklus-Wert,

   e) eine Positionsbestimmungsroutine, die den Ausgang des Digitalisierers liest und hieraus die Winkelposition des Rotors bestimmt,

   f) eine Routine zum Aufrufen der Auswahlroutine zum Auswählen der gespeicherten Zustandskombination entsprechend jeder gemessenen Rotorposition zum Fortsetzen der Drehung,

   g) eine Geschwindigkeitsbestimmungsroutine, welche den Ausgang des Digitalisierers liest und hiervon die Winkelgeschwindigkeit des Rotors bestimmt,

   h) eine Tabelle zum Speichern von Werten gewünschter Rotorgeschwindigkeiten,

   i) eine Routine zum Vergleichen der bestimmten Rotorgeschwindigkeit mit dem Wert der gewünschten Rotorgeschwindigkeit, um einen Geschwindigkeitsfehlerwert zu erzeugen,

   j) eine Routine zum Empfangen des Geschwindigkeitsfehlerwerts und zum Aktualisieren des gespeicherten Arbeitszyklus-Werts, um diesen zu vergrößern, wenn die Rotorgeschwindigkeit kleiner als die gewünschte Geschwindigkeit ist, und um diesen zu vermindern, wenn die Rotorgeschwindigkeit größer als die gewünschte Geschwindigkeit ist,

   k) eine Impulsdauer-Bestimmungsroutine, welche den Ausgang des Digitalisierers liest und hiervon die Dauer des Impulses bestimmt, der in jeder Phasenwindung während der Verteilung der gespeicherten Energie erzeugt wird, nachdem der Strom für jede Windung durch eine Umschalteinrichtung abgeschalten wurde,

   l) eine Routine zum Vergleichen der so bestimmten Impulsdauer mit einem gespeicherten maximalen Wert für die Impulsdauer, um einen Wert zum Festlegen des gespeicherten Betriebszyklus-Werts auf einen verminderten Wert zu erzeugen, wenn die so bestimmte Dauer größer als der maximale Wert ist, und

   m) eine Routine, welche den dekrementierten Wert liest und den momentan gespeicherten Betriebszyklus-Wert aktualisiert.
4. Elektronisch kommutiertes Motorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator wenigstens drei Phasenwindungen aufweist, die Umschalteinrichtungen ausgewählte Windungspaare mit der Energieversorgung sequentiell verbinden und der Digitalisierer mit jeder Windung verbunden ist, um Null-Kreuzungen der Rück-EMF zu detektieren, die in allen Windungen induziert werden.
5. Elektronisch kommutiertes Motorsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Routine zum Vermindern des Phasenwinkels zwischen dem Strom und der Rück-EMF, indem das Umschalten der Phasenwindungen verzögert wird, wenn die Digitalisierungsschaltung eine Null-Kreuzung detektiert.
6. Elektronisch kommutiertes Motorsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsroutine eine Verzögerung implementiert, die gleich der halben Differenz zwischen dem Zeitintervall zwischen unmittelbar vorausgehenden Kommutationen und der Dauer des Stromimpulses ist, der in der unmittelbar vorausgehend kommutierten Phasenwindung während der Verteilung der gespeicherten Energie erzeugt wird, nachdem die Stromversorgung an die Windung beendet wurde.
7. Elektronisch kommutiertes Motorsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Motorstartroutine, welche veranlaßt, daß die Auswahlroutine aufeinanderfolgend gespeicherte Zustandskombinationen aus der Tabelle auswählt und Umschaltsteuersignale an jede Umschalteinrichtung mit einer konstanten niedrigen Frequenz oder einer niedrigen, zunehmend ansteigenden Frequenz liefert, welche von Daten aus der Positionsbestimmungsroutine unbeeinflußt ist, bis eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht wird, worauf Daten aus der Positionsbestimmungsroutine dann genutzt werden, um die Auswahlroutine aufzurufen, die Umschalteinrichtung-Steuersignale zu bestimmen.
8. Elektronisch kommutiertes Motorsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Routine, welche den Geschwindigkeitsfehlerwert mit einem gespeicherten Schwellwert vergleicht und, im Fall, daß der Fehlerwert den Schwellwert übersteigt, den gespeicherten Arbeitszyklus-Wert um einen größeren Wert inkrementiert oder dekrementiert, als dies Fall ist, wenn der Fehlerwert den Schwellwert nicht übersteigt.
9. Elektronisch kommutiertes Motorsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Routine, welche die Impulsdauer mit einem zweiten gespeicherten vorbestimmten Wert vergleicht, welcher kleiner als der vorbestimmte maximale Wert ist, um den gespeicherten Arbeitszyklus-Wert um eine vorbestimmte Größe zu dekrementieren, wenn die Impulsdauer größer als der zweite vorbestimmte Wert ist.
10. Elektronisch kommutiertes Motorsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Routine, welche den aktualisierten Arbeitszyklus-Wert mit einem gespeicherten vorbestimmten maximalen Wert vergleicht und den Arbeitszyklus-Wert auf den maximalen Wert setzt, wenn der aktualisierte Wert den maximalen Wert übersteigt.
11. Elektronisch kommutiertes Motorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter maximaler Wert des Arbeitszyklus gespeichert und genutzt wird, wenn die Startroutine ausgeführt wird.
12. Elektronisch kommutiertes Motorsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Routine, welche die die Ausgänge des Digitalisierers lesende Routine in Übereinstimmung mit Daten steuert, die von der Auswahlroutine übergeben werden, um ein Nichtlesen der Ausgänge des Digitalisierers zu Zeitpunkten zu veranlassen, zu denen Übergänge in den Umschaltungseinrichtung-Steuersignalen auftreten.