專利名稱：用于借助于直流電壓源運(yùn)行單相電子換向電機(jī)的方法以及用于執(zhí)行這樣的方法的電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于借助于直流電壓源運(yùn)行單相電子換向電機(jī)的方法以及一種
用于執(zhí)行這樣的方法的電機(jī)。
背景技術(shù)：
存在各種不同結(jié)構(gòu)類型的電子換向電機(jī)(elektronischkommutierten Motor)。 一 種公知的分類系統(tǒng)基于電流脈沖的數(shù)量，所述電流脈沖對(duì)于每個(gè)360。 el.的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)被 輸送給這種電機(jī)的定子繞組。因此可以分為單脈沖電機(jī)，其中在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)360。 el.期間， 只給定子繞組輸送唯一的驅(qū)動(dòng)電流脈沖；雙脈沖電機(jī)，其中在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)360。 el.期間，輸 送兩個(gè)通常相互間具有時(shí)間間距的定子電流脈沖；此外三脈沖電機(jī)；六脈沖電機(jī)等。
另外根據(jù)這些電機(jī)的定子繞組相的數(shù)量來對(duì)這些電機(jī)分類，即單相的
(einstr3ngig)、雙相的、三相的電機(jī)等。 因此為了完整地定義結(jié)構(gòu)類型，必須說明繞組相(Wicklungsstrang)的數(shù)量和每 360° el.的脈沖數(shù)量，例如單相的、雙脈沖的電機(jī)。根據(jù)利用交變電流或三相電流運(yùn)行的 電機(jī)的術(shù)語，雙脈沖電機(jī)也稱為單相位電機(jī)(einphasige Motoren)，其中單相位電機(jī)因此 可以具有或者一個(gè)或者兩個(gè)定子繞組相。 通常，單相電機(jī)為了控制其定子繞組相中的電流而具有所謂H橋形式的橋電路， 在所述橋電路的橫向支路(或者"對(duì)角線")中設(shè)置有繞組相(例如圖1中的繞組相26)。 通過適當(dāng)?shù)乜刂茦螂娐?2來控制繞組相中的電流，使得獲得如下的電流脈沖其交替地以 一個(gè)方向并且然后以相反的方向流經(jīng)該繞組相26。在兩個(gè)這樣的電流脈沖之間分別存在電 流方向的轉(zhuǎn)換，所述轉(zhuǎn)換在電機(jī)制造中被稱為"換向(Kommutierung)"。該電機(jī)大多具有永 磁轉(zhuǎn)子，并且繞組相26中的電流脈沖產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)。通過這種方式電磁產(chǎn)生的轉(zhuǎn) 矩具有間隙，這些間隙由輔助矩(Hilfsmoment)、例如機(jī)械輔助矩或者所謂的磁阻矩來跨接 (例如參見DE2346380C2)。在實(shí)際中存在大量的產(chǎn)生這樣的輔助矩的方式。
這種電機(jī)通常借助直流電壓源、例如借助電池、電源或者借助整流器來運(yùn)行，該整 流器對(duì)變流電網(wǎng)或三相電網(wǎng)的電壓進(jìn)行整流并輸送給直流中間電路(直流鏈(dc link))， 從該直流中間電路中給電機(jī)供應(yīng)直流電壓。在多數(shù)情況下，在該中間電路上連接稱為中間 電路電容器的電容器。 如果電流流經(jīng)繞組相，則能量以磁場(chǎng)的形式存儲(chǔ)在該繞組相中。如果用L表示這 種相的電感，用I表示電流，則所述能量根據(jù)如下公式來計(jì)算
W = 0. 5*L*I2 . (1)。 如果為了產(chǎn)生環(huán)繞的磁場(chǎng)而要使繞組相中的電流方向翻轉(zhuǎn)、S卩"換向"，則必須首 先消除所述所存儲(chǔ)的能量。 如果給攜帶電流的繞組相的能量輸送被切斷，則由于所謂自感應(yīng)對(duì)該繞組相的效 應(yīng)而產(chǎn)生電壓上升，該電壓上升由所存儲(chǔ)的磁能引起。由此可能產(chǎn)生很高的電壓。因此必
5須使用耐壓強(qiáng)度高的半導(dǎo)體開關(guān)。 通過使用中間電路電容器可以實(shí)現(xiàn)一定的改善，該中間電路電容器用于以電能的 形式吸收存儲(chǔ)在繞組相中的磁能，并由此限制在電機(jī)的直流中間電路上出現(xiàn)的電壓。該電 容器因此在工作中吸收能量，并接下來立即將其重新釋放，也就是說，在該電容器的引線上 在工作中持續(xù)地流有稱為"波紋電流"的交變電流。 在涉及材料成本的方面，這種電容器提供了對(duì)所述問題的廉價(jià)的解決方案，但需 要較大的電容器、通常所謂的電解電容器，其壽命有限且還附加地由于通過波紋電流引起 的強(qiáng)烈的發(fā)熱而縮短。電容器的如此縮短的壽命因此限制電機(jī)的壽命，而從電機(jī)的機(jī)械元 件來看，電機(jī)的壽命可能明顯更長(zhǎng)。在較小的電機(jī)中大多也沒有足夠的用于電解電容器的 空間，并且這樣的電容器必須高成本地人工焊接，而其它的組件可以被自動(dòng)焊接。
用于限制在切斷繞組相時(shí)出現(xiàn)的電壓尖峰的另一種可能性是，使用齊納二極管， 或者在使用FET輸出級(jí)的情況下利用所謂的雪崩能量。在此，在切斷時(shí)存儲(chǔ)在要切斷的繞 組相中的能量在所述半導(dǎo)體元件中被轉(zhuǎn)化成熱。這從所使用的半導(dǎo)體元件的角度來看是損 耗功率，因此必須相應(yīng)地使用功率高的組件。 轉(zhuǎn)化成熱的能量也"損失"，且無法再用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，也就是說，這種電機(jī)的效率被 降低。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于運(yùn)行單相電子換向電機(jī)的方法以及一種 新的用于執(zhí)行這種方法的電機(jī)。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法來解決。因此 在本發(fā)明中使用換向過程的特性曲線，其中，至少在達(dá)到正常的轉(zhuǎn)速以后，所使用的繞組相 的能量含量(Energieinhalt)在電流方向翻轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際上等于零，從而不產(chǎn)生波紋電流。這 使得能夠使用小的中間電路電容器，所述小的中間電路電容器具有高的壽命并且在電機(jī)中 僅需要少的空間。在一些情況下，也可以完全取消這樣的電容器。 因此在換向過程的這種特性曲線中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)切斷從外部直流電壓源 至電機(jī)的能量輸送，并將在切斷時(shí)間點(diǎn)存儲(chǔ)在繞組相中的能量通過特定的自振蕩回路 (Freilaufkreis)變換成電機(jī)轉(zhuǎn)矩。通過這種方式，在換向之前已經(jīng)存儲(chǔ)在繞組相中的能量 不被轉(zhuǎn)變成熱或者被中間存儲(chǔ)在電容器中，而是大部分直接被用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。所存儲(chǔ)的磁 能直接被轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的該過程是換向過程的一部分，可以說是作為繞組相中的電流方向 翻轉(zhuǎn)的真實(shí)行動(dòng)的前奏。 在此特別有益的是，只有當(dāng)存儲(chǔ)在定子繞組相中的磁能被消除并且由此該相幾乎 或者完全沒有電流時(shí)，要切斷的電流所流經(jīng)的自振蕩回路才被中斷。因此，可以利用最簡(jiǎn)單 的裝置來實(shí)現(xiàn)無電流的、損耗低的換向，且這種換向可以實(shí)現(xiàn)較高的效率，而且能夠使用較 小的組件和較高的功率密度。 所提出的任務(wù)的另一解決方案可以通過根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子換向單相電 機(jī)得出。這種解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)這種電機(jī)的緊湊的構(gòu)造方式和良好的效率以及改善的壽
本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和有利的改進(jìn)方案由下面所述的和在附圖中所示的實(shí)施例以 及由從屬權(quán)利要求得出，其中所述實(shí)施例決不能被理解成是對(duì)本發(fā)明的限制。圖1示出用于闡述本發(fā)明基本特征的總覽電路圖；圖2示出類似于圖1的詳細(xì)電路圖；圖3示出用于闡述換向過程的示意圖；圖4示出用于優(yōu)化圖3中所示的時(shí)間區(qū)間Tv的例程的圖示；圖5示出電流^的圖示，所述電流^在一定的轉(zhuǎn)角范圍期間在繞組相26中流動(dòng)圖6示出電流^的時(shí)間特性曲線的圖示；圖7示出在換向過程期間流動(dòng)的回路電流i*的圖示；圖8示出類似于圖6的相應(yīng)圖示；圖9示出在換向過程之后流動(dòng)的電流1的圖示；圖10示出類似于圖6和8的相應(yīng)圖示；圖11示出緊接著根據(jù)圖9和10的圖示流動(dòng)的回路電流-i*的圖示；圖12示出類似于圖6、8和10的相應(yīng)圖示；圖13示出變型的圖示，其中該變型被構(gòu)造為無傳感器式電機(jī)；圖14示出在電機(jī)運(yùn)行中的電壓的示意圖；以及圖15示出用于闡述本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1以高度示意性的圖示示出了雙脈沖單相電子換向電機(jī)20的基本構(gòu)造，該電機(jī) 20的唯一的繞組相26在H橋22處被運(yùn)行，其中所述H橋22的H形基本結(jié)構(gòu)通過粗直線被 突出，以易于理解。 在橫向支路24(也稱為H橋22的對(duì)角線(Diagonale))中，電機(jī)20在其定子中具 有帶有電感L的繞組相26。該繞組相26與示意性地示出的永磁轉(zhuǎn)子28協(xié)作，所述永磁轉(zhuǎn) 子28根據(jù)結(jié)構(gòu)類型可以具有不同的形式，例如內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、平轉(zhuǎn)子(Flachrotor)等，并 且可以具有不同的極數(shù)、例如雙極的(如所示出的那樣)、四極的、六極的、八極的等。
霍爾IC 30 (其在圖1中被雙重示出)受轉(zhuǎn)子28的磁場(chǎng)控制?；魻朓C 30的輸出 信號(hào)HALL通過線路34被輸送給微控制器(y C) 36并且給該微控制器36提供關(guān)于轉(zhuǎn)子28 的瞬時(shí)位置的信息。接下來在圖14和15中還要描述無傳感器的實(shí)施例。
H橋22具有上半橋38，其中，在左邊設(shè)置有半導(dǎo)體開關(guān)SI并且在右邊設(shè)置有半導(dǎo) 體開關(guān)S2。自振蕩二極管40與SI反并聯(lián)，并且自振蕩二極管42與S2反并聯(lián)，其陰極通過 連接線路44連接在電壓源UB的正極46上。在極46與地50之間還連接有電容器48，所述 電容器48可以被稱為中間電路電容器48并且用于吸收電機(jī)20的反饋電流，這將在下面進(jìn) 一步地闡述。因此以少的耗費(fèi)實(shí)現(xiàn)將所述反饋電流保持得低。 二極管40的陽極與節(jié)點(diǎn)52相連接，二極管42的陽極與節(jié)點(diǎn)54相連接。繞組相 26被布置在節(jié)點(diǎn)52與54之間。 H橋22還具有下半橋56，其中，在左邊設(shè)置有半導(dǎo)體開關(guān)S 3并且在右邊設(shè)置有 半導(dǎo)體開關(guān)S4。自振蕩二極管58與S3反并聯(lián)，并且自振蕩二極管60與S4反并聯(lián)。二極管58的陰極與節(jié)點(diǎn)52相連接，二極管60的陰極與節(jié)點(diǎn)54相連接。二極管58、60的陽極 通過連接線路62與地50相連接。必要時(shí)可以在與地50的連接中設(shè)置電流測(cè)量元件64，例
如用于測(cè)量電機(jī)電流，以便在過電流(tjberstrom)的情況下對(duì)所述電機(jī)電流加以限制。
通常，測(cè)量元件64是低歐姆電阻。 半導(dǎo)體開關(guān)Sl至S4通過控制連接70、72、74、76被ii C 36控制。為此，ii C 36需 要關(guān)于瞬時(shí)轉(zhuǎn)子位置的信息，所述PC 36部分地通過信號(hào)HALL獲得所述信息。但是，所述 信息還不是足夠精確的，因此關(guān)于節(jié)點(diǎn)52處的電位的信息還附加地通過信號(hào)線路80被輸 送給PC 36的1/0輸入端79，并且同樣關(guān)于節(jié)點(diǎn)54處的電位的信息通過信號(hào)線路82被輸 送給P C 36的1/0輸入端81。借助于所述附加的信息以及必要時(shí)它們的邏輯連接，明顯改 善的換向是可能的，其中實(shí)現(xiàn)在小的(或者根本沒有)電容器48的情況下、即沒有反饋電 流的情況下也行。 因此，可以稱圖1是借助于來自轉(zhuǎn)子位置傳感器(Rotorstellungssensor)30的信
息與借助于來自所謂無傳感器式轉(zhuǎn)子位置信號(hào)(即從繞組相26處的感應(yīng)電壓Uind所推導(dǎo)
出的轉(zhuǎn)子位置信息)的換向控制的組合。(所述感應(yīng)電壓也被稱為對(duì)立EMK或者反EMF)
如果iiC 36僅具有唯一的1/0端子98，則可以使用圖13中所示的變型。在此， 在1/0端子98上連接有兩個(gè)二極管94、96的陰極。二極管94的陽極連接到節(jié)點(diǎn)52，并且 二極管96的陽極連接到節(jié)點(diǎn)54。 二極管94、96如"或"電路那樣起作用，使得要么在電位 P54較大的情況下該電位P54被輸送給端子98，要么在p52較大的情況下該電位p52被輸送給 端子98.在此，二極管94、96使節(jié)點(diǎn)52 、54彼此去耦。
工作原理 在運(yùn)行中，根據(jù)轉(zhuǎn)子28的旋轉(zhuǎn)位置，例如首先使兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)Sl和S4導(dǎo)通，使
得電流脈沖^從端子46通過Sl、節(jié)點(diǎn)52、繞組相26、節(jié)點(diǎn)54以及S4流向地50。 緊接所述電流脈沖^是換向過程，在所述換向過程開始時(shí)，給電機(jī)20的能量輸送
在該例中通過使S1不導(dǎo)通而被中斷。該過程在后面將詳細(xì)說明。如果在所述換向過程結(jié)
束時(shí)在繞組相26中不再有電流^流動(dòng)，則也使S4不導(dǎo)通，并且使半導(dǎo)體開關(guān)S2和S3導(dǎo)
通，使得電流脈沖現(xiàn)在從端子46通過半導(dǎo)體開關(guān)S2、節(jié)點(diǎn)54、相26、節(jié)點(diǎn)52以及開關(guān)
S3流向地50。 本發(fā)明致力于改進(jìn)換向過程，由此在尺寸小的電容器48的情況下也行，這就是 說，開頭提到的波紋電流(其在技術(shù)用語習(xí)慣上也稱為反饋電流)被阻止或者僅僅造成小 的熱損耗。如果改進(jìn)換向過程，使得因?yàn)榉答侂娏鞣浅Ｐ』蛘咄耆優(yōu)榱愣梢酝耆∠?電容器48，則是最佳的。 圖2示出了利用M0SFET實(shí)現(xiàn)H橋22的例子。與圖1中相同或者起相同作用的部 分具有與那里相同的附圖標(biāo)記，并且一般不再贅述。 替代于圖1的半導(dǎo)體開關(guān)Sl，在此設(shè)置p溝道M0SFET Tl，所述Tl的源極S與端 子46相連接，并且其柵極G通過線路70被iiC 36控制。自振蕩二極管40與MOSFET Tl 反并聯(lián)。在許多情況下，這樣的自振蕩二極管已經(jīng)作為所謂的"寄生"自振蕩二極管存在于 M0SFET中。如果不是如此，則可以將它們實(shí)施為分離的組件。 同樣，替代于圖1的半導(dǎo)體S2而存在p溝道M0SFET T2，其中自振蕩二極管42與 該P(yáng)溝道MOSFET T2反并聯(lián)。晶體管T2通過線路72被y C 36控制。
替代于圖1的半導(dǎo)體開關(guān)S3而在圖2中設(shè)置有n溝道M0SFET T3，其中自振蕩二 極管58與該n溝道MOSFET T3反并聯(lián)。其源極S與地50相連接，并且其漏極D如同晶體 管Tl的漏極那樣與節(jié)點(diǎn)52相連接。n溝道MOSFET T3通過線路74被y C控制。
同樣，替代于圖1的半導(dǎo)體開關(guān)S4而設(shè)置有n溝道MOSFET T4，其中自振蕩二極管 60與該n溝道MOSFET T4反并聯(lián)。其漏極D如同半導(dǎo)體開關(guān)T2的漏極D那樣與節(jié)點(diǎn)54相 連接。MOSFET T4通過控制線路76被y C 36控制。 節(jié)點(diǎn)52處的電位p52通過線路80被輸送給y C 36的測(cè)量輸入端79，并且類似地， 節(jié)點(diǎn)54處的電位p54通過線路82被輸送給測(cè)量輸入端81。
為了闡述圖2的工作方式，參考下面的圖。 圖3在行a)中示出了圖2的相26中的電流，在行b)中示出了在此產(chǎn)生的在節(jié)點(diǎn) 52處的電位p52，其中該電位p52對(duì)應(yīng)于晶體管Tl和T3的漏極處的電位，并且行c)示出了 在此產(chǎn)生的在節(jié)點(diǎn)54處的電位PM、即兩個(gè)晶體管T2、T4的漏極處的電位。
圖3a在整個(gè)左邊示出了電流ip其在兩個(gè)晶體管Tl和T4導(dǎo)通的情況下流動(dòng)。電 流t在時(shí)刻t。開始。在時(shí)刻^，晶體管T1通過PC 36截止，使得從直流電網(wǎng)^至電機(jī)20 的能量輸送被中斷，并且在圖2的下半橋56中，回路電流i*以順時(shí)針方向(參見圖7)流 動(dòng)，所述回路電流r在時(shí)間區(qū)間TJ圖3)以后在時(shí)刻tZ變?yōu)榱悖驗(yàn)樵陔姍C(jī)中以磁的形式 所存儲(chǔ)的能量已經(jīng)完全被轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子28的旋轉(zhuǎn)能。 在時(shí)間間隔1\ (其通常持續(xù)僅僅幾微秒)期間，電位p52和p54由于回路電流i*而 具有值零，如圖3b)和圖3c中所示，也就是說，在Ti期間不能測(cè)量電壓Uind(圖l和2)。
但是如果回路電流i*在時(shí)刻t3已經(jīng)變?yōu)榱?，則可以在節(jié)點(diǎn)52處測(cè)量到電位p52， 該電位對(duì)應(yīng)于感應(yīng)電壓，并且因此表明繞組相26已經(jīng)變?yōu)闊o電流的。在此，在節(jié)點(diǎn)52處產(chǎn) 生具有持續(xù)時(shí)間Tp的脈沖18 (圖3b)。從時(shí)刻t3起，晶體管T4可以以無功率的方式被截 止，并且同樣晶體管T3可以以無功率的方式被接通。
在圖3a中，所述無電流狀態(tài)持續(xù)到時(shí)刻t4，即有
Tp = t4_t3 (2)。 持續(xù)時(shí)間Tp是緩沖時(shí)間，其不應(yīng)當(dāng)未超過最小持續(xù)時(shí)間Tp^，但是另一方面也不 應(yīng)當(dāng)過大，因?yàn)椴蝗坏脑掚姍C(jī)20的功率將由于在持續(xù)時(shí)間Tp期間沒有能量從外部被輸送 給電機(jī)20而變得太小。 在圖2中，從時(shí)刻t4起，兩個(gè)晶體管T2和T3都被接通，使得在圖2中電流i1;從 節(jié)點(diǎn)54流向節(jié)點(diǎn)52。在時(shí)刻t5，晶體管T2然后被截止，而晶體管T3保持導(dǎo)通，使得回路電 流-i*(圖2和3)流動(dòng)，所述回路電流_i*在時(shí)刻t6變?yōu)榱?，使得從t6起可以在節(jié)點(diǎn)54處 測(cè)量電位P^，所述電位P54在回路電流_i*的持續(xù)時(shí)間期間具有值零。 電位p54對(duì)應(yīng)于在繞組相26中由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子28所感應(yīng)的電壓，并且在此示意性地 被表示為脈沖18(或脈沖18')。脈沖18、 18'的長(zhǎng)度和形狀與t3與t4之間的無電流時(shí) 間間隔Tp的長(zhǎng)度有關(guān)。在實(shí)際中，時(shí)間間隔tp非常短，使得在節(jié)點(diǎn)52處僅僅獲得短的脈 沖18，所述脈沖18是對(duì)現(xiàn)在可以進(jìn)行換向的確認(rèn)。所述脈沖也是針對(duì)轉(zhuǎn)子26的旋轉(zhuǎn)位置 (Drehstellung)的無傳感器式信號(hào)。 從直流電壓源UB至相26的能量輸送被中斷的時(shí)刻t2到該能量輸送重新被接通的 時(shí)刻t4之間的間距Tv應(yīng)當(dāng)自然地盡可能小，因?yàn)檫@樣電機(jī)功率最高。所述持續(xù)時(shí)間Tv由微控制器38中的程序例程來優(yōu)化。 圖4示出了用于優(yōu)化持續(xù)時(shí)間Tp的例程。Tp應(yīng)當(dāng)如此大，使得在電流回路結(jié)束 時(shí)、即在回路電流1*或-1*已經(jīng)達(dá)到值零時(shí)，可以測(cè)量上升沿18或18'(圖3)，也就是說， 該值Tp向下應(yīng)當(dāng)由最小值Tpmin限制，使得例如在電子學(xué)(Elektronik)中或者電機(jī)幾何 (Motorgeometrie)學(xué)中的非對(duì)稱性不危及對(duì)沿18或18'的識(shí)別(圖3)。
如從圖3中良好地看出，持續(xù)時(shí)間Tv = t4_t2越大，Tp變得越大。
因此在初始化電機(jī)20時(shí)，在S110將Tv設(shè)置到缺省值，所述缺省值例如以值表的 形式被存儲(chǔ)在y C 36的R0M35中。
優(yōu)化例程在S112開始。 在S114檢查Tp是否還高于最小緩沖時(shí)間Tpmin。如果是，則可以在S120使值Tv遞 減，由此Tp也被減小。隨后，在所述程序路徑上離開優(yōu)化例程(S118)。
如果在S114該詢問用否來應(yīng)答、即Tp對(duì)應(yīng)于或小于Tpmin，則信號(hào)18或18'出現(xiàn)太 晚。這意味著，接近于臨界區(qū)域，在所述臨界區(qū)域中，直到感應(yīng)電壓的過零為止不再能夠完 全消除繞組電流。因此，在步驟S116，持續(xù)時(shí)間Tv遞增，以便重新超過最小緩沖時(shí)間Tpmin。 接下來，也在所述程序路徑上再次離開優(yōu)化例程(S118)。 如圖4所示，根據(jù)圖4的例程持續(xù)地運(yùn)行，以便持續(xù)地將Tp和Tv的值保持在最佳 范圍內(nèi)，在所述最佳范圍內(nèi)，電機(jī)20產(chǎn)生其最佳的功率，而在此在電容器48中不產(chǎn)生反饋 電流。換言之，時(shí)間1\變得足夠大，以便回路電流i*或_i*在換向以前能夠降低到零并且 可以進(jìn)行無電流換向。 圖5示出了在圖6的時(shí)刻^在電機(jī)20中的情況。電流^從端子46通過晶體管 Tl、節(jié)點(diǎn)52、繞組相26、節(jié)點(diǎn)54以及晶體管T4流向地20。所述電流^具有與繞組相26處 的感應(yīng)電壓uind的形狀有關(guān)的形狀。在時(shí)刻tn晶體管T2和T3為不導(dǎo)通的。
圖7示出了時(shí)刻t2(圖8)時(shí)的狀態(tài)，在該時(shí)刻t2處，晶體管Tl通過線路70從iiC 36收到切斷命令。因?yàn)榫w管T2也被截止，所以不再有能量能夠從直流電壓網(wǎng)Ue到達(dá)繞組 相26。但是存儲(chǔ)在繞組相26中的磁能使回路電流i、流動(dòng)，所述回路電流1*通過節(jié)點(diǎn)54、 繼續(xù)導(dǎo)通的晶體管T4、橫向聯(lián)接62、截止的晶體管T3的自振蕩二極管58、節(jié)點(diǎn)52以及繞組 相26而流回節(jié)點(diǎn)54。通過所述回路電流i 存儲(chǔ)在電機(jī)20的磁回路中的能量被轉(zhuǎn)換成驅(qū) 動(dòng)轉(zhuǎn)子28的機(jī)械能。 電流i*以所述方式在短路的情況下流通，并且由此繼續(xù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子28。如圖8所 示，所述電流1*在t2與^之間的時(shí)間間隔將節(jié)點(diǎn)52處的電位p^保持得低，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)52通 過導(dǎo)通的二極管58與地50相連接。所述低的電位通過線路72被輸送給iiC 36的輸入端 79，使得該yC 36獲得信息衰減的回路電流iM乃流動(dòng)。所述回路電流由于缺少能量輸送 而迅速降低到零。 在時(shí)刻t3達(dá)到狀態(tài)i* = 0，并且因此節(jié)點(diǎn)52處的在繞組相26中所感應(yīng)的電壓可 以從該時(shí)刻起被測(cè)量，并且通過線路72被輸送給y C 36的輸入端79并且向該y C 36表 明繞組相26現(xiàn)在已經(jīng)變成無電流的并且可以進(jìn)行無功率的換向。 因此在應(yīng)該自然地盡可能緊靠時(shí)刻t3的時(shí)刻V再次換向，由此得出根據(jù)圖9和 圖10的圖。 在時(shí)刻t4，晶體管Tl已經(jīng)截止，并且晶體管T4通過ii C 36的相應(yīng)信號(hào)同樣被截
10止。晶體管T2和T3被C 36控制為導(dǎo)通，使得現(xiàn)在電流ir從端子46通過晶體管T2、繞 組相26和晶體管T3流向地50。因此所述電流在繞組相26中具有如圖3的電流^相 反的方向，并且因此在圖10a)中被示為負(fù)電流。 在時(shí)刻t5(圖10a))，晶體管T2被控制為不導(dǎo)通，使得來自直流電壓網(wǎng)UB的能量 輸送被中斷。因此，回路電流-i"見在如圖ll和圖12所示的那樣流經(jīng)繞組相26。所述電 流從節(jié)點(diǎn)52通過繼續(xù)導(dǎo)通的晶體管T3、橫向聯(lián)接62、自振蕩二極管60、節(jié)點(diǎn)54、繞組相26 流回節(jié)點(diǎn)52。由此，在時(shí)刻t2被存儲(chǔ)在電機(jī)20的磁回路中的能量被轉(zhuǎn)換成電機(jī)20的機(jī)械 能，使得在通向電容器48的連接中沒有反饋電流48流動(dòng)。 在時(shí)刻t6，回路電流_i*達(dá)到值零，并且因此在節(jié)點(diǎn)54處收到不同于值零的信號(hào) 18'，并且該信號(hào)18'通過線路80被輸送給ii C 36的測(cè)量輸入端69，并且該信號(hào)向所述 PC 36表明可以進(jìn)行換向。 換向的準(zhǔn)確時(shí)刻分別由PC 36根據(jù)霍爾IC 30的信息來計(jì)算或者直接由信號(hào) HALL來控制，并且導(dǎo)致晶體管T4被截止并且晶體管T2、T3被控制為導(dǎo)通，由此重復(fù)以上在 圖5、6、7和8中所詳細(xì)描述的過程。 在電機(jī)20起動(dòng)或者負(fù)載變換時(shí)，例如在通風(fēng)機(jī)的情況下由于風(fēng)沖擊(Windsto P ) 可能發(fā)生上半橋38的瞬時(shí)導(dǎo)通的晶體管Tl或T2太晚變?yōu)椴粚?dǎo)通，并且由此在換向時(shí)刻 (例如圖3中的t4)仍有回路電流r在繞組相26中流動(dòng)。在這種情況下，無電流的換向是 不可能的，并且必須采取保護(hù)措施。 —種可能性是使用中間電路電容器48，所述中間電路電容器48在該情況下吸收 來自繞組相26的剩余能量，并且由此限制端子46處的電壓。這在圖1和圖2中示出。第 二種可能性是通過Z 二極管90來限制電壓UB。這在圖9中示出。也可以對(duì)這兩種可能性 進(jìn)行組合。 在通風(fēng)機(jī)中的電機(jī)起動(dòng)時(shí)，首先由于轉(zhuǎn)子28的停頓而在繞組相26處不存在感應(yīng) 電壓Uind。這導(dǎo)致繞組相26中的電流僅僅受該繞組相的電阻限制。出于該原因，可能合理 的是限制繞組相26中的電流。圖1中所示的測(cè)量電阻64用于此。如果該電阻64中的電 流超過預(yù)定的值，則繞組相26中的電流被中斷。為此目的可以使用H橋22的上面的或者 下面的半導(dǎo)體開關(guān)。即使在這種情況下，存儲(chǔ)在繞組相26中的磁能仍然可以以正好相同的 方式通過產(chǎn)生回路電流i*而被轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。 電機(jī)經(jīng)常配備有識(shí)別該電機(jī)20何時(shí)被堵轉(zhuǎn)(blockieren)的電路。該電路以如下 方式運(yùn)轉(zhuǎn)在電機(jī)被接通的狀態(tài)下在未超過最小轉(zhuǎn)速的情況下產(chǎn)生警報(bào)。但是如果該電機(jī) 略高于其最小轉(zhuǎn)速運(yùn)行，則不能區(qū)分這是由于低工作電壓還是由于非常高的負(fù)載。因此在 這種情況下，堵轉(zhuǎn)保護(hù)不能確定電機(jī)的過載。 如果電機(jī)上的負(fù)載上升，則該電機(jī)的引線電流也上升。由于該原因，必須使時(shí)刻^ 向"早"推移、即在圖3中向左推移，以便使得回路電流r能夠衰減直至換向過程結(jié)束為止。 y C 36可以檢測(cè)時(shí)間Ti，其中在時(shí)間1\期間，回路電流i*在時(shí)刻t2與t3之間流動(dòng)，并且所 述時(shí)間越長(zhǎng)，電機(jī)20的負(fù)載越高。因此，所述時(shí)間1\ = t3-t2可以由ii C 36來檢測(cè)并且用 作對(duì)所施加的負(fù)載的尺度。通過這種方式，可以在沒有更多耗費(fèi)的情況下通過例如在超過 確定的持續(xù)時(shí)間1\時(shí)切斷電機(jī)20來實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。
無傳感器換向
11
圖13示出了無傳感器式電機(jī)20'。這樣，如果在定子繞組26中存在由轉(zhuǎn)子28所
感應(yīng)的可以被電檢測(cè)的電壓uind，則電機(jī)20'可以"無傳感器地"被換向。"無傳感器的"是指可以放棄霍爾傳感器30，這在"惡劣"的環(huán)境條件下(例如在
熱的機(jī)器處，或者在高爐附近)對(duì)電機(jī)20'的成本和可應(yīng)用性產(chǎn)生積極影響。也即，霍爾傳
感器在高溫和距傳感器磁體增加的距離時(shí)具有越來越差的特性，這可以通過這種方式來避
免。由此也改善了電機(jī)的效率。 在無傳感器換向的情況下，流經(jīng)上半橋38的電流的切斷時(shí)刻由P C36來調(diào)節(jié)。必 須預(yù)先計(jì)算并且在必要時(shí)調(diào)節(jié)該時(shí)刻，使得在進(jìn)行換向以前，存儲(chǔ)在繞組相26中的磁能被 轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。換向的精確時(shí)刻可以通過感應(yīng)電壓Uind來確定，其中轉(zhuǎn)子28在繞組26無 電流的情況下在該繞組中感應(yīng)所述電壓uind。在轉(zhuǎn)子28旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述感應(yīng)電壓的極性不斷 地改變。所述改變、即所述感應(yīng)電壓的過零可以由PC 36來檢測(cè)并且被用作用于換向的信 號(hào)。 重要的是，繞組相26在換向時(shí)無電流，因?yàn)椴蝗坏脑挷荒軝z測(cè)感應(yīng)電壓，并且由 于在這種情況下缺少信號(hào)HALL，從而微控制器36可謂失去了定向(Orientierung)。
后者必須通過安全功能來避免。所述安全功能檢查在當(dāng)前轉(zhuǎn)速下(加上安全系 數(shù)(Sicherheitsreserve))是否可以檢測(cè)感應(yīng)電壓。如果不是這種情況，則盡管不能檢測(cè) 感應(yīng)電壓仍然進(jìn)行換向，并且繞組相26在接下來的換向過程中僅僅獲得短的電流脈沖，使 得現(xiàn)在可以以高的安全性再次檢測(cè)并分析感應(yīng)電壓，并且PC 36可以重新可靠地確定轉(zhuǎn) 子26的情況。這將在后面用例子來闡述。 圖14示出了類似于圖3b)的圖示，但是其針對(duì)根據(jù)圖13的無傳感器式電機(jī)20'。 使用與圖3相同的附圖標(biāo)記。 如果在圖13中，電流^流經(jīng)MOSFET Tl，則在圖14中在時(shí)刻t。與t2之間獲得
MOSFET Tl的漏極D處的提高的電位p『在此有 T0N = t2_t0 ... (3)。 在無傳感器式電機(jī)的情況下，需要接通MOSFET Tl的時(shí)刻t。的數(shù)據(jù)，并且同樣還需 要持續(xù)時(shí)間T。,，其中該持續(xù)時(shí)間T。,說明如下的持續(xù)時(shí)間在所述持續(xù)時(shí)間期間，電流^要 從直流電壓網(wǎng)UB通過M0SFETT1流向繞組相26并流經(jīng)該繞組相26。 在時(shí)刻^，MOSFET Tl被截止，使得不再有能量能夠從直流電壓網(wǎng)UB被輸送給電機(jī) 20，而是如在圖7和圖14中所述的那樣回路電流i、流動(dòng)。所述回路電流r在時(shí)間間隔Ti 期間減小，并且在時(shí)刻t3達(dá)到值零。期間回路電流i*流動(dòng)的時(shí)間間隔1\可以被測(cè)量，因?yàn)?時(shí)間間隔Ti的開始^為已知的，并且因?yàn)樵谄浣Y(jié)束^，在MOSFET Tl的漏極D處、即在節(jié)點(diǎn) 52處出現(xiàn)感應(yīng)電壓18(uind)。所述感應(yīng)電壓由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子28在繞組相26中所感應(yīng)的電壓 產(chǎn)生，并且所述感應(yīng)電壓僅在回路電流i*衰減到零時(shí)才出現(xiàn)。 電壓脈沖18由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁體28 (圖13)在繞組相26中感應(yīng)，因此在時(shí)刻t3以 后減小，并且在時(shí)刻^(圖14)過零。所述電壓脈沖18在圖13中通過信號(hào)線路72和二極 管96被輸送給y C 36，并且脈沖18的存在向y C 36表明繞組相26現(xiàn)在已經(jīng)變?yōu)闊o電 流的。在時(shí)間間隔 Tp = t4_t3 (4) 期間，在繞組相26中沒有電流流動(dòng)，并且該時(shí)間間隔同樣可以被測(cè)量，因?yàn)樵摃r(shí)間間隔的起始和結(jié)束可以被測(cè)量。如同圖3那樣有 Tv = Ti+Tp . (5)。 在時(shí)刻tp即感應(yīng)電壓Uind改變其極性的時(shí)候，可以無電流地?fù)Q向，并且因此優(yōu)選
地在用CI表示的該點(diǎn)處換向。 在無電流地?fù)Q向時(shí)，還計(jì)算時(shí)間區(qū)間作為安全特征，在所述時(shí)間區(qū)間期滿以后 在任何情況下都換向，并且所述時(shí)間區(qū)間在此被稱為"暫停(TME0UT)"。所述時(shí)間區(qū)間 TMEOUT在圖14中從時(shí)刻t2起被測(cè)量，并且該時(shí)間區(qū)間TMEOUT的結(jié)束t。ut應(yīng)該在時(shí)間上 總是處于時(shí)刻^之后，使得在電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下該功能變得完全無效，因?yàn)樵谄淦跐M 以前已經(jīng)換向。對(duì)此的前提是 T頂EOUT > Tv . . . (6)。 現(xiàn)在由于不同的原因可能的是，T。w和/或(Ti+Tp)的值以預(yù)測(cè)的形式被計(jì)算，使得 電機(jī)還未最佳地運(yùn)行。這種狀態(tài)于是必須被糾正，并且圖15中所示的優(yōu)化例程用于此。通 過該例程來優(yōu)化兩個(gè)彼此相繼的換向時(shí)刻之間(例如在圖14中在時(shí)刻t。與^之間)的時(shí) 間區(qū)間TC(圖14)的持續(xù)時(shí)間。所述例程的前提也是電機(jī)20'(圖13)旋轉(zhuǎn)。
在步驟S150，圖15的例程開始。在步驟S152，電流^ (圖13)在時(shí)刻t。被接通、 即11="1"。如圖13所示，電流iJ人端子46經(jīng)由M0SFET Tl、定子繞組26 (從左向右)以 及經(jīng)由MOSFET T4流向地50并且驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子28。 在電流ij或者l )流動(dòng)期間，連續(xù)地進(jìn)行計(jì)算。在步驟S154，值Tc被使用，所 述值Tc對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子28旋轉(zhuǎn)180° el.的時(shí)間。所述值(間接地)說明電機(jī)20的轉(zhuǎn)速，并 且可以例如根據(jù)兩個(gè)彼此相繼的換向時(shí)刻Cn與C(n—d之間的間距、即
Tc = Cn_C(n—d …(7)
來計(jì)算。 根據(jù)圖14，持續(xù)時(shí)間T。，為 T0N = Tc—Tv . (8) 其中在該持續(xù)時(shí)間T。N內(nèi)，電流可以最大在兩個(gè)換向時(shí)刻之間的范圍中流動(dòng)。
所述持續(xù)時(shí)間T。,在S154被計(jì)算并且說明何時(shí)必須切斷恰好流動(dòng)的電流脈沖。 由于Tc由瞬時(shí)轉(zhuǎn)速得出，并且由于Tv剛才已經(jīng)在例程S112中被優(yōu)化，所以T。,是非常當(dāng)前 的值，并且表明電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。 剛才在S154中從剛才在S112(圖4)被更新的值Tv和量T。ff犯t計(jì)算持續(xù)時(shí)間 TMEOUT，其中T。ffset是經(jīng)驗(yàn)值并且在圖14中被示出。 在步驟S156，持續(xù)時(shí)間T。N已經(jīng)期滿、即T。N = O，這在圖14中對(duì)應(yīng)于時(shí)刻L。因 此，電流t被切斷、即t ="0"，并且緊接著在時(shí)間1\期間所述的回路電流1*流動(dòng)。也就是 說，如果電機(jī)電流ij或者ir )流動(dòng)，則在定子繞組相26中存儲(chǔ)磁能(參見方程式(l))， 并且電流t首先繼續(xù)流動(dòng)，更確切地說作為回路電流i*以順時(shí)針方向從節(jié)點(diǎn)52經(jīng)由相26通過節(jié)點(diǎn)54以及M0SFET T4、進(jìn)一步地通過連接62和二極管58流回節(jié)點(diǎn)52。在這種情況 下流動(dòng)的回路電流r繼續(xù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子28并且由此迅速減小，也就是說，所存儲(chǔ)的磁能被迅速 地轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子28的動(dòng)能。 在步驟158，持續(xù)地檢查回路電流r是否仍流動(dòng)。這可以通過如下方式來間接地 測(cè)量能夠在圖13中在ii C 36的輸入端98處測(cè)量感應(yīng)電壓Uind。也就是說，只要回路電流
i*仍流動(dòng)，就不能測(cè)量感應(yīng)電壓Uind，這就是說圖14中的時(shí)刻t3是如下的時(shí)刻從該時(shí)刻
起，能夠測(cè)量感應(yīng)電壓Uind，并且因此持續(xù)時(shí)間TiMU由差(t3-t2)得出，在S160被存儲(chǔ)和代
替迄今所存儲(chǔ)的值T^t、艮卩 Tineu:=Tialt。 如果在S158無感應(yīng)電壓能夠被檢測(cè)，則其原因也可能在于出現(xiàn)了 TME0UT。因此 在S162對(duì)此進(jìn)行檢查。這通過如下方式來檢測(cè)在圖14中，在時(shí)刻C'處、即在時(shí)刻t。ut才 進(jìn)行該換向，其中該時(shí)刻t。ut同時(shí)刻t2具有時(shí)間間距TME0UT。這是在S154所計(jì)算的時(shí)間 間距。 如果在S162該應(yīng)答為否，則該例程返回到步驟S158。 如果在S162該應(yīng)答為是，則自從時(shí)刻t2 (在該時(shí)刻電流^已經(jīng)被切斷)，時(shí)間區(qū) 間TIMEOUT期滿，但是在該時(shí)間區(qū)間內(nèi)無感應(yīng)電壓uind能被測(cè)量，如這在圖14中針對(duì)時(shí)間 區(qū)間164所示意性示出的那樣。在這種情況下，回路電流iM乃流動(dòng)，例如這是因?yàn)殡姍C(jī)20 通過風(fēng)沖擊驅(qū)動(dòng)，使得不能測(cè)量回路電流降低到零的時(shí)刻(類似于圖14中的時(shí)刻t》。
在這種情況下，進(jìn)行強(qiáng)制或緊急換向，并且由于在S154所計(jì)算的時(shí)間T。,顯然過 長(zhǎng)，因此該時(shí)間被縮短數(shù)值a。緊接著，該例程返回到步驟S150并且重新運(yùn)行。
在此根據(jù)圖14，在170得出信號(hào)p^，所述信號(hào)p52比在前的信號(hào)p52和p54要短，也 就是說，在圖13中從46(U》流入電機(jī)20的電流脈沖比時(shí)間上在前的電流脈沖明顯要短， 并且通過優(yōu)化例程S112(圖4和15)，所述電流脈沖的持續(xù)時(shí)間于是逐漸又被引向最佳。
如果換向正常運(yùn)行，則在圖15中在步驟S168檢查感應(yīng)電壓Uind是否已經(jīng)變?yōu)镺。 如果否，則該例程返回到S168的入口，并且該檢查一直重復(fù)，直至Uind變?yōu)?為止。在步驟 S170，然后進(jìn)行換向("Com")，并且剛才測(cè)量的持續(xù)時(shí)間Tp被存儲(chǔ)。在這種情況下，該例 程也返回到S150。 在電流i工流動(dòng)的時(shí)間T。N期間，ii C 36在步驟S154計(jì)算下一接通持續(xù)時(shí)間T。N以 及下一持續(xù)時(shí)間TMEOUT，其功能(Funktion)已經(jīng)被闡述。 如果在時(shí)刻t3，回路電流i*已經(jīng)達(dá)到值零，則可以在MOSFET T2的漏極54處測(cè)量 感應(yīng)電壓18，其中所述感應(yīng)電壓18由轉(zhuǎn)子磁體28在定子繞組26中感應(yīng)。該電壓在圖14 中被表示為uind 18，并且該電壓可以從時(shí)刻t3起被測(cè)量，并且在時(shí)刻t4經(jīng)歷零值。
這在圖14中被示意性地示出。在換向Cl之后，電流i2在時(shí)間T。N2期間流動(dòng)，并且 在切斷(在時(shí)刻V )以后，無感應(yīng)電壓Uind能被測(cè)量，因?yàn)榛芈冯娏鱮過長(zhǎng)時(shí)間地流動(dòng)。 因此在以前計(jì)算的時(shí)間TIMEOUT期滿以后，在時(shí)刻C2進(jìn)行強(qiáng)制換向，但是所述強(qiáng)制換向并 不是最佳的，并且夸張地說，是緊急換向。這在S162被確定，并且接通時(shí)間T。N2相應(yīng)地被縮 短數(shù)值a (S166)，使得T。N3在時(shí)刻t2 結(jié)束，這就是說，僅有短的電流從直流電壓網(wǎng)流向電機(jī) 20'，使得流向電機(jī)的電流可以僅僅少量地上升，并且因此緊接著的回路電流r迅速地衰 減。如果回路電流1*已經(jīng)達(dá)到值零，則可以測(cè)量感應(yīng)電壓，并且如果該感應(yīng)電壓在時(shí)刻C3
14過零，則再次正常地?fù)Q向。 如果不存在TMEOUT，則圖15的例程返回到步驟S158，在該步驟中重新檢查是否
存在條件 已經(jīng)變?yōu)? |Uind| > 0 (9)。 因此在TIMEOUT之后，時(shí)間區(qū)間T。N非常短，這就是說，僅有短的驅(qū)動(dòng)電流脈沖流 動(dòng)，因?yàn)闀r(shí)間T。N出于安全原因必須被減少相當(dāng)大的值a，以便可以可靠地由感應(yīng)電壓18的 過零來控制下一換向。 在所述短的驅(qū)動(dòng)電流脈沖之后，感應(yīng)電壓18 (圖14)可以立即被再次檢測(cè)，并且在 其過零時(shí)換向，這就是說，無傳感器式電機(jī)的電子裝置現(xiàn)在再次"知道":電機(jī)28的瞬時(shí)位置 是怎樣的，并且可以再次借助于根據(jù)圖4的例程通過優(yōu)化值TP來優(yōu)化換向。
因此這是可能的，因?yàn)榫o接圖5的步驟S166，值T。,和Tv可以再次被精確地測(cè)量并 且被存儲(chǔ)，使得值Tv = Ti+Tp也為已知的并且可供換向的計(jì)算使用。 如果觀察圖14，則發(fā)現(xiàn)如果值T。w在轉(zhuǎn)速不變的情況下被大大縮短，則回路電流 r流動(dòng)的時(shí)間1\緊接著同樣變得非常短，因?yàn)橛捎陔姍C(jī)中的短電流脈沖僅僅存儲(chǔ)了少量的 磁能。參考圖14，這就是說，時(shí)刻^和^向前、即向左移動(dòng)。而值^很大程度上保持不變， 因?yàn)槠涞扔诟袘?yīng)電壓18的過零。 通過功能TME0UT可能的是，可以說改正短干擾、比如工作電壓的短變化，而不由 此發(fā)生電機(jī)20的轉(zhuǎn)速的強(qiáng)烈變化。 當(dāng)然可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行多種改變和修改。例如，在圖14中也可以從時(shí)刻 t。至?xí)r刻t。ut計(jì)算時(shí)間TMEOUT，其中當(dāng)然優(yōu)選根據(jù)圖14的版本?？梢砸韵嗤绞皆跓o傳 感器式版本中使用如圖2中(電容器48)、或者在圖1中(電流測(cè)量元件64)、或者在圖9 中(Z二極管90)所示的變型。
權(quán)利要求
用于借助于直流電壓源(UB)、尤其是直流中間電路來運(yùn)行電子換向電機(jī)(20)的方法，所述電機(jī)(20)具有永磁轉(zhuǎn)子(28)以及與所述永磁轉(zhuǎn)子(28)協(xié)作的定子，所述定子具有定子繞組相(26)，在所述定子繞組相(26)中，在運(yùn)行中由永磁轉(zhuǎn)子(28)產(chǎn)生交替的感應(yīng)電壓(uind)；帶有功率半導(dǎo)體(S1，S2，S3，S4)的H橋電路(22)，所述橋電路(22)具有上半橋(38)，其在運(yùn)行中與直流電壓源(UB)的一個(gè)極(46)相連接；和下半橋(56)，其在運(yùn)行中與直流電壓源(UB)的另一極(50)相連接，其中所述定子繞組相(26)被布置在H橋電路(22)的對(duì)角線(24)中并且在運(yùn)行中交替地由第一方向的電流脈沖(i1)并且然后由與第一方向相反的方向的隨后的電流脈沖(i1′)流經(jīng)，并且換向過程分別處于兩個(gè)彼此相繼的電流脈沖之間，具有如下步驟在換向過程開始時(shí)，一個(gè)半橋(38)的瞬時(shí)導(dǎo)通的半導(dǎo)體開關(guān)被截止，以便中斷從直流電壓源(UB)至電機(jī)(20)的能量輸送，使得在另一半橋(56)中，回路電流(i*)流經(jīng)定子繞組相(26)、在那里被控制為導(dǎo)通的半導(dǎo)體開關(guān)以及被分配給所述另一半橋的截止的半導(dǎo)體開關(guān)的自振蕩二極管，所述回路電流(i*)將存儲(chǔ)在電機(jī)(20)的磁回路中的能量至少部分地轉(zhuǎn)換為永磁轉(zhuǎn)子(28)的驅(qū)動(dòng)能量；在定子繞組相(26)中所感應(yīng)的電壓(uind)被監(jiān)控，以便在回路電流(i*)結(jié)束以后獲得對(duì)此的信號(hào)；緊接著，另一半橋的迄今導(dǎo)通的半導(dǎo)體開關(guān)被截止，并且該換向過程被結(jié)束，其方式是，從直流電壓源(UB)給定子繞組相(26)輸送與在該換向過程以前流動(dòng)的電流(i1)的方向相反的方向的電流i1′。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體開關(guān)的至少之一被構(gòu)造為場(chǎng)效應(yīng)晶體 管(T1， T2， T3， T4)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中H橋(22)在一個(gè)半橋(56)中具有n溝道 M0SFET(T3， T4)并且在另一半橋(38)中具有p溝道M0SFET(Tl， T2)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中為了檢測(cè)回路電流(i*)的預(yù)給定的低值， 一個(gè)半橋(56)的半導(dǎo)體開關(guān)的至少一個(gè)端子(D)處的電位(p52，p54)被監(jiān)控并被分析。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中回路電流(i*)的所述預(yù)給定的低值為零。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中如果在預(yù)給定的時(shí)間間隔(Tv)之內(nèi)不能檢 測(cè)感應(yīng)電壓(UiJ，則該時(shí)間間隔(Tv)的持續(xù)時(shí)間被遞增(圖4 :S120)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中如果在預(yù)給定的時(shí)間間隔(Tv)之內(nèi)能夠檢 測(cè)感應(yīng)電壓(uind)，則該時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間被遞減(圖4 :S116)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6和7所述的方法，其中所述預(yù)給定的時(shí)間間隔(Tv)在遞增時(shí)分別以 第一值(b)被遞增，并且其中所述時(shí)間間隔(Tv)在遞減時(shí)分別以第二值(a)被遞減，并且 第一值(b)大于第二值(a)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在電流脈沖1 )流經(jīng)定子繞組相 (26)的時(shí)間區(qū)間(T0N)期間，切斷有關(guān)的電流脈沖(i" ir )的時(shí)刻被計(jì)算。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在電流脈沖(ip 1 )流經(jīng)定子繞組 相(26)的時(shí)間區(qū)間(T。N)期間，時(shí)間區(qū)間(TMEOUT)被計(jì)算，其中只要在所述時(shí)間區(qū)間 (TMEOUT)期滿以前還未由于由電機(jī)(28)在定子繞組相(26)中所感應(yīng)的電壓(uind)的過 零開始換向，則在所述時(shí)間區(qū)間(TMEOUT)期滿(圖14 :t。ut)之后開始換向過程的開始。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在電流脈沖(ii， 1 )流經(jīng)定子繞組相 (26)的時(shí)間區(qū)間期間，以朝向值(Tpmin)的方向影響時(shí)間區(qū)間(Tp)，其中感應(yīng)電壓(uind)的 可測(cè)性的時(shí)刻(t3)與該電壓的過零的時(shí)刻(t4)之間的時(shí)間區(qū)間被保持接近于其最小值。
12. 用于借助于直流電壓源(UB)運(yùn)行的電子換向電機(jī)，其具有永磁轉(zhuǎn)子(28)以及定子，所述定子具有定子繞組相(26)，在所述定子繞組相(26)中， 在運(yùn)行中由永磁轉(zhuǎn)子(28)產(chǎn)生交替的感應(yīng)電壓(uind);帶有功率半導(dǎo)體(T1，T2，T3，T4)的H橋電路(22)，所述橋電路(22)具有連接在直流 電壓源(UB)的一個(gè)極(46)上的上半橋(38)和連接在直流電壓源的另一極(50)上的下半 橋(56);所述定子繞組相(26)被布置在H橋電路(22)的對(duì)角線(24)中并且在運(yùn)行中交替地 由第一方向的電流脈沖(i》并且然后由與第一方向相反方向的電流脈沖(1 )流經(jīng)，其中 換向過程分別處于兩個(gè)彼此相繼的電流脈沖之間，并且具有用于執(zhí)行下面步驟的裝置(36):在換向過程開始時(shí)，一個(gè)半橋(38)的瞬時(shí)導(dǎo)通的半導(dǎo)體開關(guān)被關(guān)斷，以便中斷來自直 流電壓源(UB)的能量輸送，使得在另一半橋(56)中，回路電流(i*;_i*)流經(jīng)定子繞組相 (26)、在那里被控制為導(dǎo)通的半導(dǎo)體開關(guān)以及被分配給所述另一半橋的截止的半導(dǎo)體開關(guān) 的自振蕩二極管(58 ;60)，所述回路電流(i*;-i*)將存儲(chǔ)在電機(jī)(20)的磁回路中的能量至 少部分地轉(zhuǎn)換為永磁轉(zhuǎn)子(28)的驅(qū)動(dòng)能量；在定子繞組相(26)中所感應(yīng)的電壓(uind)被 監(jiān)控，以便獲得關(guān)于回路電流(i*)何時(shí)采用預(yù)給定的低值的信號(hào)；緊接著，另一半橋(56)的迄今導(dǎo)通的半導(dǎo)體開關(guān)被截止，并且該換向被結(jié)束，其方式 是，從直流電壓源(UB)給定子繞組相(26)輸送與在換向過程以前流動(dòng)的電流的方向相反 的方向的電流。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電機(jī)，其中所述半導(dǎo)體開關(guān)的至少之一被構(gòu)造為場(chǎng)效應(yīng)晶 體管。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電機(jī)，其中H橋(22)在一個(gè)半橋(56)中具有n溝道 M0SFET(T3， T4)并且在另一半橋(38)中具有p溝道MOSFET(Tl， T2)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12至14之一所述的電機(jī)，其中為了檢測(cè)回路電流(i*;-i*)的預(yù)給 定的低值，H橋(22)的半導(dǎo)體開關(guān)(T1，T2，T3，T4)的至少一個(gè)端子(D)處的電位被監(jiān)控。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12至15之一所述的電機(jī)，其中緊接著回路電流(i*;-i*)的流動(dòng)，由 旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(28)在無電流的定子繞組(26)中所感應(yīng)的電壓(uind)被監(jiān)控，并且在所述感應(yīng)電壓(uind)的預(yù)給定的值的范圍內(nèi)換向。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電機(jī)，其中在感應(yīng)電壓(uind)過零時(shí)換向。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12至17之一所述的電機(jī)，其中如果在預(yù)給定的旋轉(zhuǎn)位置范圍之內(nèi)不 能測(cè)量感應(yīng)電壓(UiJ，則在預(yù)給定的時(shí)間區(qū)間(TMEOUT)之內(nèi)在接通或者切斷從直流電 網(wǎng)(UB)至定子繞組(26)的電流流動(dòng)以后開始強(qiáng)制換向。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12至18之一所述的電機(jī)，給所述電機(jī)分配yC(36)，在所述yC(36) 中，切斷有關(guān)的電流脈沖(t，ir )的時(shí)刻在電流脈沖(t，ir )流經(jīng)定子繞組相(26)的時(shí) 間區(qū)間(T。N)期間被計(jì)算。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12至19之一所述的電機(jī)，給所述電機(jī)分配yC(36)，在所述yC(36)中，時(shí)間區(qū)間(TME0UT)在電流脈沖)流經(jīng)定子繞組相(26)的時(shí)間區(qū)間(T。N)期間 被計(jì)算，其中只要在所述時(shí)間區(qū)間(TMEOUT)期滿以前還未由于由電機(jī)(28)在定子繞組相 (26)中所感應(yīng)的電壓(uind)的過零而開始換向，則在所述時(shí)間區(qū)間(TMEOUT)期滿(圖14 : t。ut)之后開始換向過程的開始。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12至20之一所述的電機(jī)，給所述電機(jī)分配yC(36)，在所述yC(36) 中，時(shí)間區(qū)間(Tp)在電流脈沖1 )流經(jīng)定子繞組相(26)的時(shí)間區(qū)間期間被優(yōu)化為值 (Tpmin)，其中感應(yīng)電壓(uind)的可測(cè)性的時(shí)刻與該電壓的過零的時(shí)刻之間的時(shí)間距離被保 持接近于最小值。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12至21之一所述的電機(jī)，給所述電機(jī)分配中間電路電容器(48)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求12至22之一所述的電機(jī)，為了限制直流中間電路(UB)處的電壓而 給所述電機(jī)分配齊納二極管(90)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求12至23之一所述的電機(jī)，為了控制換向過程的至少一部分而給所述 電機(jī)分配轉(zhuǎn)子位置傳感器(30)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電機(jī)，其中轉(zhuǎn)子位置傳感器(30)被布置，使得其輸出信號(hào) (HALL)能夠控制H橋(22)的要接通的半導(dǎo)體開關(guān)中的電流山，)的開始。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的電機(jī)，其中轉(zhuǎn)子位置傳感器(30)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)方向從 電機(jī)(20)的中性區(qū)中被移出，以 便引起所謂的提前點(diǎn)火。
全文摘要
一種電子換向電機(jī)借助于直流電壓源(UB)、例如直流中間電路(46)來運(yùn)行。所述電機(jī)具有永磁轉(zhuǎn)子(28)以及帶有定子繞組相(26)的定子，在該定子繞組相(26)中，在運(yùn)行中由永磁轉(zhuǎn)子(28)感應(yīng)交替的電壓。該電機(jī)還具有帶有功率半導(dǎo)體(T1至T4)的H橋電路(22)。所橋電路(22)具有上半橋(38)，其在運(yùn)行中與直流電壓源(UB)的一個(gè)極(46)相連接；下半橋(56)，其在運(yùn)行中與直流電壓源(UB)的另一極(50)相連接。所述定子繞組相(26)被布置在H橋電路(22)的對(duì)角線(24)中并且在運(yùn)行中交替地由電流脈沖在第一方向上并且然后在另一方向上流經(jīng)定子繞組相(26)。換向過程分別處于兩個(gè)彼此相繼的電流脈沖(i，-i’)之間。在換向過程開始時(shí)，一個(gè)半橋(38)的瞬時(shí)導(dǎo)通的半導(dǎo)體開關(guān)被截止，以便中斷來自直流電壓源(UB)的能量輸送，使得在另一半橋(56)中，回路電流(i*；-i*)流經(jīng)定子繞組相(26)、在那里被控制為繼續(xù)導(dǎo)通的半導(dǎo)體開關(guān)以及被分配給所述另一半橋的截止的半導(dǎo)體開關(guān)的自振蕩二極管(58；60)。所述回路電流將存儲(chǔ)在電機(jī)(20)的磁回路中的能量至少部分地轉(zhuǎn)換為永磁轉(zhuǎn)子(28)的驅(qū)動(dòng)能量并且在此降低到零。通過測(cè)量由轉(zhuǎn)子(28)在定子繞組相(26)中所感應(yīng)的電壓(uind)來以無傳感器的方式檢測(cè)定子繞組相(26)的所述無電流狀態(tài)。另一半橋(56)的迄今導(dǎo)通的半導(dǎo)體開關(guān)被截止。該換向過程被結(jié)束，其方式是，從直流電壓源(UB)給定子繞組相(26)輸送與在該換向過程以前流動(dòng)的電流的方向相反的方向的電流。還示出了用于執(zhí)行這樣的方法的電機(jī)。
文檔編號(hào)H02P6/08GK101796715SQ200780053191
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
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