[发明专利]给通过半导体功率输出级电子换向的直流电机供电的方法

说明书

现有技术

本发明从一种用于给可通过半导体功率输出级以电子方式换向 的、优选为三相的直流电机供电的方法出发，诸如在DE 102 47 900 A1 中所说明的那样。该文献公开了一种用于利用电机相电流的控制装置 给可以电子方式换向的直流电机供电的方法，该控制装置此外还获得 功率输出级的半导体开关的公共馈电线中的电流传感器的信号以及转 子位置的传感器装置的信号作为控制信号。在此，要么以电流块 (Stromblock)各为120°el的块供电(Blockbestromung)的形式， 要么可替换地利用半波持续时间为180°el的正弦形电流供给来实现电 机的供电。在这种情况下，应用120°块供电虽然允许采用简单的和便 宜的控制设备，但是电机的利用率低。正弦形的供电要求费事地计算 各个开关时刻和电流高度，以及要求用于精确检测转子位置的非常昂 贵的传感器技术。

本发明所基于的任务在于，说明一种用于给可以电子方式换向的 直流电机、尤其是三相直流电机供电的方法，该方法以微小的电路花 费和计算花费允许提高块供电的、可以电子方式换向的电机的功率密 度，并且同时允许降低该电机的转矩波动性。在此，应该直接由简单 的传感器装置触发换向时刻，而不必通过控制装置费事地计算换向时 刻。通过权利要求1的表征特征来解决该任务，其方式是逐级可变地 构成电机的供电。由此，以相对于没有预换向的简单的120°的块供电 微小的额外花费显著改善电机利用率，以及为了降低转矩波动性而更 灵活地控制。

已证明为特别适宜的是，在不同的转速范围中以与负载和转速有 关的不同的供电模式单独通过分析处理传感器信号来运行电机，而不 必计算换向时刻。在耗用电流为约20A到200A之间的中等结构大小 的三相电机中，诸如大量被用作汽车中的伺服电机或通风机电机的电 机那样，在这种情况下已被证明为特别有利的是，分别相对于感应电 压E的过零，在较低的转速范围中使用长度为150°el和触发角为0至 30°el、优选为+15°el的电流块，在中间的转速范围中使用块长为180°el 和触发角为-30至0°el、优选为-15°el的电流块，以及在较高的转速范 围中使用块长为180°el和触发角为-30至-60°el、优选为-45°el的电 流块。

在此，数字霍尔传感器优选地用作位置传感器，该数字霍尔传感 器相对便宜并且提供足够准确的位置信号。为了减小转矩波动性，适 宜的是，在具有三相电流的范围中，附加地改变电流块之内的电流高 度，使得在两相或三相供电运行时在不一样高的电流块中出现了所达 到的转矩的大致相等的最大值。

由从属权利要求并且由实施例的说明得出了本发明方法的其它细 节和有利的扩展方案。

在图1中示出了根据本发明的、可以电子方式换向的电机的供电 的原理电路，

在图2中示出了电子换向的三相电机的相的不同供电模式的实例， 这些供电模式相对于感应电压E具有不同的块长度和块形状以及不同 的触发角。

在图3中示出了在不同的转速范围中用不同的供电模式供给三相 电机时的不同转矩的变化的实例，以及

在图4中示出了在用电流高度保持不变和交替的150°电流块供给 时的三相电子换向的直流电机的转矩变化的实例。

在图1中，用10、12和14表示了三相的、可以电子方式换向的 直流电机16的星形连接绕组，这些绕组与永磁转子18共同作用。由 传感器装置20监控转子的相应位置，该传感器装置20向被构造为微 控制器的控制单元22提供转子位置的信号。传感器装置以公知的方式 对每相利用至少一个霍尔元件来构造，并且在每次电旋转转子时，给 每相提供至少两个转子位置信号。霍尔传感器要么分析处理工作磁铁 的场，要么分析处理相同极数的独立的传感器磁铁的场，并且霍尔传 感器被布置来使得在三相电机中，可以由三个信号(三个比特)明确 推导出六个不同的转子位置，适宜地错开120°el。