(57)【要約】  本発明は、殊に始動フェーズ中にロータの各回転角位置を考慮して電子整流式電動モータを作動する方法に関する。
2010504077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
殊に始動フェーズ中にロータの各回転角位置を考慮して電子整流式電動モータを作動する方法において、
該方法は、
−  位相の異なる電圧テストパルスを順次に電動モータに加えるステップと、
−  電圧テストパルスを加えることによって得られる少なくとも１つの結果から、少なくとも１つの判定基準を形成するステップと、
−  当該の電圧テストパルスから得られる判定基準の値を検出するステップと、
−  当該の値の比較から電動モータのロータの回転角度位置を求めるステップとを有することを特徴とする、
電子整流式電動モータを作動する方法。
【請求項２】
前記の電動モータの複数の位相電圧の連鎖から電圧テストパルスを形成する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記の結果は、電圧テストパルスから得られる電流パルスである、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記の電流パルスの振幅が、あらかじめ定めた電流基準値に上昇するまで前記の電圧テストパルスを作用させる、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記の判定基準は、電流パルスの電流変化および／または電流パルスによって発生する電動モータにおける磁束変化である、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記磁束変化は、都度のモータ電圧の積分によって形成される、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
都度のモータ電流および／または給電回路の中間循環電流を測定することによって前記の電流変化を検出する、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記の判定基準は、２つの電圧値、電流パルスの２つの電流値および／または２つの磁束値が存在する時点の間の時間である、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来の技術
本発明は、殊に始動フェーズ中にロータの各回転角位置を考慮して電子整流式電動モータを作動する方法に関する。
【０００２】
電子整流式電動モータ（ＥＣモータ）をセンサレスで作動させるためには、公知のように誘導電圧を評価する。最も簡単なケースではその複数のゼロ点通過が評価される。モデルベースの方法を実施することも公知である。しかしながら停止状態ないしは回転数が低い場合には、これらの量をまだ使用することができない。誘導電圧を評価することのできる回転数にまで電動モータを回転させるために公知であるのは、調整フェーズと、これに続く見せかけの整流とを用いて（ステップモータの場合と同様に）このモータを作動させることである。さらに、高周波の電圧信号を供給して、インダクタンス変化によって歪んだ電流応答をフィルタおよびＰＬＬ方式で評価することが公知である。さらに、短い電圧パルスを介してリアクタンス測定を行ってインダクタンス変化を評価することが公知である。最後になるが、さらに比較的長い電圧パルスを加えて、飽和作用を利用することが公知である。
【０００３】
モータを所定の回転数で回転させるための上記の公知の方法にはさまざまな欠点がある。最初に述べた方法では、調整フェーズには時間がかかりまたこれに続くステップモータ動作は完全には監視できないため、モータの始動は確実に保証されないのである。これに続いて説明した２つの方法では、各線間電流（Strangstrom）の測定が必要であり、したがって繁雑である。付加的には評価のために比較的大きな計算パワーが利用できなければならない。最後に説明した公知の方法では、比較的長いテストパルスが加えられるため、上記の測定フェーズ中にモータのトルクがなくなってしまう。その上にここではノイズが発生してしまうのである。
【０００４】
つぎのステップ、すなわち
−  位相の異なる電圧テストパルスを順次に電動モータに加えるステップと、
−  電圧テストパルスを加えることによって得られる少なくとも１つの結果から、少なくとも１つの判定基準を形成するステップと、
−  上記の電圧テストパルスから得られる判定基準の複数の値を検出するステップと、
−  これらの値の比較から電動モータのロータの回転角度位置を求めるステップと
とによって特徴付けられる本発明の方法により、電動モータの始動時において位置情報と、ひいては相応する信頼性とが保証される。ここでは測定装置および評価装置に対する要求は比較的少ない。また測定時間もかなり短い。さらに公知の方法に比べて、始動時の動的特性が有利である。
【０００５】
本発明では、位相の異なる複数の電圧テストパルスが順次に電動モータに加えられる。ここから結果が得られ、この結果を使用して少なくとも１つの判定基準を形成する。この判定基準の値を検出して互いに比較する。この比較により、電動モータのロータの各回転角度位置を決定することができる。この回転角度位置がわかれば、この電動モータはその後つねに、始動フェーズ中および／または動作中、角度に相応して駆動制御することができるため、異常のない始動および動作が保証される。下側の回転数を上回った場合、誘導電圧を使用して、整流動作に移行することができる。電子整流式電動モータの駆動制御は、有利にはパワー電子ブリッジによって行われる。すなわち、このブリッジの個々の給電分岐に制御可能なパワー電子構成部材があり、この構成部材が制御装置によって駆動制御されるのである。本発明の方法により、上記の制御装置にはロータの回転角度位置がわかるため、上記の制御装置は、正しい時点に必要な整流を行うことができる。
【０００６】
本発明の１発展形態によれば、電動モータの複数の位相電圧の連鎖から電圧テストパルスが形成される。これによって簡単な方法で電圧テストパルスを形成することができる。
【０００７】
さらに上記の結果が、電圧テストパルスから得られる電流パルスであると有利である。これによれば、電動モータに複数の電圧テストパルスが加えられ、これらが、相応する電流すなわち上記の電流パルスに結び付くのである。
【０００８】
これは有利にはつぎのように行われる。すなわち、対応する電流パルスの振幅が少なくともそれぞれあらかじめ定めた電流基準値まで上昇するまで上記の電圧テストパルスが作用するように行われるのである。
【０００９】
判定基準を形成するため、上記の電動モータの磁束変化および／または電流パルスの電流変化を使用することができる。ここで上記の磁束変化は、例えば上記の電流パルスから発生する磁束変化である。
【００１０】
上記の磁束変化は、都度のモータ電圧の積分によって形成すると有利である。
【００１１】
上記の電流変化は、有利には都度のモータ電流を測定することによって検出される。有利には上記のパワー電子ブリッジの中間循環電流（Zwischenkreisstrom）を検出することができる。
【００１２】
判定基準として、例えば、電流パルスの２つの電流値および／または２つの磁束値が存在する時点の間の時間を使用することができる。
【００１３】
以下では図面により、実施例に基づいて本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】給電部および制御部を有する電動モータのブロック回路図である。
【図２】電圧線図である。
【図３】種々異なる線図である。
【図４】種々異なる線図である。
【図５】本発明の別の実施例による線図である。
【００１５】
本発明の実施形態
図１には給電回路１が示されており、この給電回路に電動モータ３が接続されている。電動モータ３はＥＣモータとして構成されている。すなわちこの電動モータは電子的に整流しなければならないのである。さらに図１には制御装置２が示されており、この制御装置により、電動モータ３を駆動制御するための時間的な経過が設定される。電動モータ３は有利には同期モータとして構成される。給電回路１は、６パルスのブリッジの形態のパワー電子回路４を有しており、この電子回路より、３相モータとして構成された電動モータ３が給電される。パワー電子回路１は、中間回路５に接続されており、この中間回路では、流れる電流が、測定分岐路６において電流センサ７により、または給電分岐路８において電流センサ９によって測定される。上記の中間回路電圧は、中間回路コンデンサ１０によって保持される。制御装置２は、制御ユニット１１と、比較ユニット１２と、判定基準形成ユニット１３とを有する。制御ユニット１１と、比較ユニット１２と、判定基準形成ユニット１３とは互いにネットワーク接続されている（矢印１４）。電流センサ７ないしは９によって検出される電流は、比較ユニット１２に供給され（矢印１５）、電動モータ３の線間電圧は、矢印１６のように判定基準形成ユニット１３に供給される。制御ユニット１１により、パワー電子回路４が矢印１７にしたがって駆動制御される。
【００１６】
電動モータ３の始動中、制御ユニット１１により、パワー電子回路４が電圧テストパルスＴ１，Ｔ２およびＴ３によって駆動制御される。パワー電子回路４の６パルスブリッジにおいて発生し得る１２個の状態のうちの３つの状態、すなわち上記の電圧テストパルスＴ１〜Ｔ３が選択される。ここで線間電圧Ｕ，ＶおよびＷの連鎖が行われるため、テストパルスＴ１は、電圧Ｕ＋（−Ｖ）から得られ、Ｔ２はＶ＋（−Ｗ）から得られ、またＴ３はＷ＋（−Ｕ）から得られる。Ｔ１，Ｔ２およびＴ３の特徴は、これらがそれぞれ互いに１２０°の位相のずれを有することである。別の実施例では別の位相のずれを有することも可能である。図３ａにはテストパルスＴ１，Ｔ２およびＴ３を形成するための時間経過が例示されている。図３ａと３ｂとの比較によって示されるのは、電圧テストパルスＴ１が電流パルスＩ（図３ｂ）に結び付くことである。モータへの電圧テストパルスＴ１の印加は、その他の電流のない状態において行われる。ここではＩ＝０から出発して値Ｉ＝Ｉrefまでに上昇する電流パルスが得られる。上記のように電圧テストパルスを加える結果として、このような電流パルスが得られる。つぎに判定基準形成ユニット１３において適当な判定基準Ｋｋが形成されて、磁気変化ΔΨに対する尺度が得られる。例えば、モータ端子におけるまたはブリッジ回路における電圧供給の積分が行われるか、または試みの時間測定が行われるか（Δｔ）、またはこの試みの時間測定と、加えられている電圧の瞬時値または平均値との積が形成される。電圧テストパルスが加えられると、電動モータ３は再び遮断される。
【００１７】
テストパルスＴ１，Ｔ２およびＴ３が順次に実行されて、相応する判定基準Ｋ１，Ｋ２およびＫ３が得られる。電流の大きさおよびモータの構成に応じて、図４ａおよび４ｂに示したようにインダクタンス変化および／または飽和作用が発生する。判定基準Ｋｋの後続の評価は、比較ユニット１２において最小値最大値原理にしたがって行われる。これによって電動モータのロータの位置情報が、図４ａではモジュロ３６０°で、または図４ｂではモジュロ１８０°で得られる。ここでこれはモータの構成に依存し、また当然のことながら上記の方法のパラメタ選択にも依存する。
【００１８】
図４ａには位置に依存する磁気回路の非線形性が示されている。ここでは判定基準Ｋｋが、電気的な位置（０〜３６０°）に依存して示されている。領域０，１，２…が得られる。判定基準Ｋ１〜Ｋ３の値を比較することにより、それぞれの領域Ｂを求めることができる。すなわち電動モータ３のロータの回転角度領域についてのそれぞれの情報を求めることができるのである。例えばＫ３およびＫ１が最大でありかつＫ２が最小である場合、領域１が得られる。
【００１９】
図４ｂには位置に関係するインダクタンス変化が、ロータの電気的な位置（０〜３６０°）に依存して示されており、ここで種々異なる領域０，１および２…が示されている。ここでも最小値最大値評価によって電動モータ３のロータの位置が求められる。
【００２０】
判定基準として、例えば図３ｃの時間Δｔを使用することができる。時間ΔｔはＩ＝０とＩ＝Ｉrefとの間の時間によって求められる。択一的にはＩ＝０からＩ＝Ｉrefへの電流変化によって発生する磁束変化ΔΨを使用することもできる。
【００２１】
電動モータ３の始動時には、はじめにテストパルスシーケンスを実行し、このテストパルスシーケンスによって相応する位置データが得られる。この位置データが取り出されて始動シーケンスに対する開始位置として使用される。ステップモータ動作に対する位置は、有利な回転数プロフィールの積分によって得られる。上記の始動シーケンスにおける推定位置と実際位置との間のドリフトを回避するため、始動シーケンスを場合によって中断して、テストパルスシーケンスを実行する。これにより、正常でない状況の際に、始動シーケンスの位置を相応に補正することができる。上記の方法は、図１の回路装置によって自動的に行われるため、電子整流式電動モータ１は確実かつ正しい回転位置（Drehstellung）で始動される。
【００２２】
図５ａ〜５ｃによって説明されるのは、電圧テストパルスの別の評価例である。上昇時間において見つかる情報（各電流がいつ基準値Ｉrefに到達するか）に加えて、下降時間も使用する。上記の電動モータの基本式はつぎのようになる。すなわち、
Ｕ＝Ｒ・Ｉ＋Ｌ・di／dt＋Ｋ・sin(φelek）・ω
である。
オーム抵抗による電圧降下が無視できまた微分を近似すると、
Ｕ＝Ｌ・Δｉ／Δｔ＋Ｋ・sin(φelek)・ω
となる。
上記の電圧給電、モータ位置および回転数がほぼ一定のままであることを前提とすると、
上昇時：Ｕｂ＝Ｌ・Δｉ／Δｔ1＋Ｋ・sin(φelek)・ω
下降時：−Ｕｂ＝−Ｌ・Δｉ／Δｔ2＋Ｋ・sin(φelek)・ω
が得られるため、各テストパルスＴｋに対して加算して並び替えることによって
【数１】
2010504077.tif 000003
が成り立つ。
テストパルスＴｋ毎に量Ｆｋが計算される場合、ベクトル量Ｆを使用することができる。すなわち
【数２】
2010504077.tif 000004
である。
【００２３】
｜Ｆ｜についての回転数情報およびarg Ｆについての比較的精確な角度情報が上記から得られるため、この手法により、電動モータ３の正常な始動が保証される。
【図１】
2010504077.tif 000005
【図２】
2010504077.tif 000006
【図３ａ−３ｃ】
2010504077.tif 000007
【図４ａ】
2010504077.tif 000008
【図４ｂ】
2010504077.tif 000009
【図５ａ−５ｂ】
2010504077.tif 000010
【図５ｃ】
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【国際調査報告】
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2010504077.tif 000013
2010504077.tif 000014
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