DE69725673T2

DE69725673T2 - Synchronisationsverfahren- und Vorrichtung für den Anlauf einer dreiphasigen Synchronmaschine

Info

Publication number: DE69725673T2
Application number: DE69725673T
Authority: DE
Inventors: Alfred Permuy
Original assignee: Valeo Electronique SA
Current assignee: Valeo Electronique SA
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: JPH10127081A; US5973461A; EP0833434B1; EP0833434A1; ES2210475T3; FR2754116A1; DE69725673D1; FR2754116B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Synchronisation der Speisung eines Drehstromsynchronmotors.
Sie kommt insbesondere bei Drehstrommotoren von Lüfteraggregaten für Kraftfahrzeuge zur Anwendung.
Um die Speisung der verschiedenen Phasen eines Drehstrommotors mit der Drehung des Läufers dieses Motors zu synchronisieren, wird herkömmlicherweise davon ausgegangen, daß es notwendig ist, eine Anzahl von Gebern entsprechend der Anzahl der zu synchronisierenden Phasen bereitzustellen.
In 1 ist zum Beispiel der einfachste Fall eines Drehstromsynchronmotors veranschaulicht worden, dessen Läufer nur ein Polpaar umfaßt.
In diesem Fall ist der elektrische Winkel gleich dem mechanischen Winkel, was bedeutet, daß eine Steuersignalperiode einer Umdrehung des Läufers entspricht.
Die Speisung der Wicklungen B1, B2 und B3 des Ständers dieses Motors erfolgt beispielsweise durch drei Signale G1, G2 und G3, wie sie in den 2a bis 2c dargestellt sind.
Um diese drei Signale G1 bis G3 zu erzeugen, werden gewöhnlich drei Geber C1 bis C3 angeordnet, die es ermöglichen, die Drehung des Läufers zu verfolgen und den Zeitpunkt zu erfassen, zu dem eine Einflußnahme auf die besagten Signale G1 bis G3 zu erfolgen hat.
Bei diesen drei Gebern handelt es sich beispielsweise um Hall-Sonden, die um den Ständer herum verteilt und um 120° zueinander versetzt angeordnet sind, wie dies in 1 veranschaulicht ist.
Der Läufer umfaßt dann einen Magnetsektor S mit einem Öffnungswinkel von 120°, der mit diesen drei Gebern C1 bis C3 zusammenwirkt.
Es wird in der Regel davon ausgegangen, daß die Richtungen der Wicklungen so beschaffen sind, daß eine Wicklung, wenn sie von einem Strom durchflossen wird, darauf hinwirkt, daß sich der Nordpol des Läufers entlang ihrer Achse ausrichtet.
Das durch jeden Geber Ci gelieferte Signal ist das Signal Gi, das an die Spule Bi anzulegen ist. Beim Einschalten genügt es, die Spule Gi zu speisen, deren zugehöriger Geber Ci sich im oberen Zustand befindet, woraufhin der Motor anläuft.
Aus der FR 2 590 423 oder DE-A-4 305 321 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, die es ermöglichen, die Drehrichtung sicherzustellen, in welcher der Elektromotor anläuft.
Nach diesem Verfahren und dieser Vorrichtung ist ein Einstellschritt vorgesehen, anhand dessen sich die richtige Positionierung des Läufers sicherstellen läßt, bevor die Abläufe zur Speisung der Wicklungen eingeleitet werden.
Bei der in der FR 2 590 423 beschriebenen Struktur wird die Winkelposition des Läufers durch Erfassungsmittel geliefert, die entweder mehrere Halleffekt-Geber oder Mittel zur Messung der relativen Spannung an den verschiedenen Wicklungen umfassen. Die in der DE-A-4 305 321 beschriebene Struktur verwendet nur ein einziges Signal, das die Position des Läufers kennzeichnet.
Es wäre jedoch wünschenswert, diese Einstellphase weglassen oder vereinfachen zu können.
Außerdem wäre es wünschenswert, daß die Möglichkeit bestünde, nur einen einzigen Geber für die Synchronisation mehrerer Phasen zu verwenden.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht in einem Verfahren zur Synchronisation der Speisung eines elektrischen Drehstromsynchronmotors, insbesondere für Kraftfahrzeuge, das darin besteht, daß die Speisesignale der verschiedenen Phasen des besagten Motors auf ein und demselben Signal synchronisiert werden, das die Position des Läufers des besagten Motors kennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß, um den besagten Motor anlaufen zu lassen, dieser direkt ohne Einstellphase gestartet wird, indem die drei Phasen des Motors durch drei paarweise um 2π/3 phasenverschobene Speisesignale gespeist werden, und daß, wenn der Motor blockiert bleibt, die Speisung der verschiedenen Phasen des Motors geändert wird, um diese mit den gleichen, m 2π/3 phasenverschobenen Signalen zu speisen.
Eine derartige Steuerung ermöglicht die Synchronisation der Speisung eines Motors durch ein einziges Signal.
Außerdem schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens vor.
Darüber hinaus schlägt sie die Kombination einer solchen Synchronisationsvorrichtung und eines Elektromotors sowie ein Lüfteraggregat für Kraftfahrzeuge vor, das eine derartige Kombination umfaßt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich ferner aus der nachfolgenden Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Darin zeigen im einzelnen:
die bereits besprochene 1 eine schematische Darstellung eines Drehstromsynchronmotors gemäß einer Ausführungsart nach dem bisherigen Stand der Technik;
die 2a bis 2c schematische Darstellungen von drei Signalen zur Speisung der drei Spulen des Motors von 1;
3 eine schematische Darstellung eines Synchromotors einer möglichen Ausführungsart der Erfindungg;
4 eine schematische Darstellung des ausgangsseitigen Signals des Gebers des Motors von 3;
5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung der Signale der 2a bis 2c unter Zugrundelegung des Signals von 4.
Der in 3 veranschaulichte Drehstromsynchronmotor ist ein Motor mit einem Polpaar, der drei Wicklungen B1, B2 und B3 umfaßt, deren Speisesignale mittels eines einzigen Gebers C erzeugt werden.
Bei diesem Geber C handelt es sich beispielsweise um eine Hall-Sonde, die mit einem fest mit dem Läufer verbundenen Rad zusammenwirkt, das drei Magnetsektoren S2, S2 und S3 mit einer Öffnung von 60° umfaßt, die gleichmäßig am Gesamtumfang des Läufers verteilt sind.
Bei dem durch den Geber Sc gelieferten Signal handelt es sich um das Signal, das in 4 veranschaulicht ist.
Die Speisung der Spulen durch die Signale G1 bis G3 muß – modulo 3 – in der Reihenfolge B_io, B_io+1, B_io+2, B_io erfolgen. Es stellt sich jedoch das Problem, daß nicht bekannt ist, welche die Spule B_io ist, die als erste gespeist werden soll, insoweit man die Ausgangsposition des Läufers nicht von vornherein kennt.
Erfindungsgemäß wird beim Anlaufen eine beliebige Spule, beispielsweise B1, gespeist.
Je nach der Ausgangsposition des Läufers ergeben sich drei verschiedene Fälle:

– entweder mußte tatsächlich mit B1 begonnen werden, woraufhin der Motor dann anläuft (Steuerung phasengleich mit der Ausgangsposition des Läufers);
– oder es mußte mit B2 begonnen werden, woraufhin sich der Motor dann nicht bewegt (Steuerung verzögert im Verhältnis zur tatsächlichen Position des Läufers), da sich der Nordpol möglicherweise auf die Achse von B1 ausgerichtet hat, wobei aber kein Übergang des Signals Sc stattfindet;
– oder es mußte mit B3 begonnen werden, woraufhin der Läufer dann zurückkehrt, damit sich der Nordpol auf die Achse von B1 ausrichtet, was einen Übergang des Signals Sc bewirkt und den nächsten Schritt auslöst, das heißt, die Speisung von B2 (Steuerung vorgezogen im Verhältnis zur tatsächlichen Position des Läufers), wobei der Läufer dennoch anläuft.

Eine Schaltungsanordnung, welche die Erzeugung der Speisesignale ausgehend von dem durch den Geber C gelieferten Signal ermöglicht ist in 5 veranschaulicht worden.
Eine derartige Schaltungsanordnung umfaßt eine integrierte Schaltung des Typs CD 4017 BE, die das Signal Sc eingangsseitig empfängt.
Eine solche Schaltungsanordnung arbeitet als Frequenzteiler durch drei.
Bei jeder ansteigenden Flanke des Signals Sc schalten ihre Ausgänge (welche die Signale G1 bis G3 liefern) nacheinander auf 1.
Der vierte Ausgang ist mit einem Rückstelleingang der besagten Schaltung verbunden, wodurch die logische 1 wieder vom ersten Ausgang (Signal G1) ausgeht.
Natürlich ist die Erfindung vorstehend zwar für den einfachen Fall eines Motors mit einem Polpaar beschrieben worden; sie kann aber auf jeden Motor mit 2 (bzw. n) Polpaaren verallgemeinert werden. Dazu wird beispielsweise ein Rad verwendet, das 2 (bzw. n) mal mehr Sektoren mit der Öffnung 30° (bzw. 60°/n) darstellt, um 2 (bzw. n) mal mehr Übergänge des Signals Sc zu erzeugen. Bei 2(n) Polpaaren anstelle eines Paars entsprechen die Phasen I, II und III der Signale der 3a bis 3c nur noch 1/2 (1/ntel) vollständigen Umdrehung des Läufers (der elektrische Winkel unterscheidet ist vom mechanischen Winkel) verschieden.
Das Synchronisationsverfahren bleibt im übrigen unverändert.
Im allgemeinen Fall ist tatsächlich festzustellen, daß bei der Speisung eines Drehstrommotors mit drei um 2π/3 phasenverschobenen Speisesignalen der Motor in zwei von drei Fällen anläuft und im dritten Fall blockiert bleibt.
Wenn er blockiert bleibt, genügt es, die Speisung der verschiedenen Phasen um 2π/3 zu verschieben. Der Motor läuft dann notwendigerweise an.
Um die Steuerung des Motors flexibler zu gestalten und um ein gleichmäßigeres Drehmoment zu erhalten, kann es sich außerdem bei den Speisesignalen um sich überlappende Signale handeln, wobei die Signale G1, G2 und G3, die in den 2a bis 2c dargestellt worden sind, anhand derer die vorstehende Beschreibung erfolgt ist, hier wiederum zugrunde gelegt wurden, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen.
Darüber hinaus können auch andere Geberarten als Hall-Sonden verwendet werden, beispielsweise Kodierräder oder auch Mittel, die Mittel zur Erzeugung eines Lichtstrahls (Leuchtdiode oder Lampe) und eine Fotozelle) umfassen.
Die Erfindung kommt vorteilhafterweise insbesondere im Falle von elektronisch gesteuerten Motoren zur Anwendung, beispielsweise bei Lüfteraggregaten von Kraftfahrzeugen.
Die durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung zur Synchronisation der Speisung eines Drehstrommotors umfaßt Mittel zum Synchronisieren der Speisesignale der verschiedenen Phasen des besagten Motors auf ein und demselben Signal am Ausgang eines Gebers zur Kennzeichnung der Drehung des Läufers und Mittel, um beim Anlaufen des Motors die drei Phasen des Motors durch drei paarweise um 2π/3 phasenverschobene Speisesignale zu speisen und um, wenn der Motor blockiert bleibt, die Speisung der verschiedenen Phasen des besagten Motors zu ändern, um diese mit den gleichen, um 2π/3 phasenverschobenen Signalen zu speisen.
Bei den Speisesignalen handelt es sich um Rechtecksignale, wobei das Signal auf dem die besagten Signale synchronisiert werden, ein Rechtecksignal ist, dessen verschiedene Übergänge die Übergänge der besagten Speisesignale auslösen.
[Text zu den Figuren]
1

ART ANTERIEUR: STAND DER TECHNIK

Claims

Verfahren zur Synchronisation der Speisung eines elektrischen Drehstromsynchronmotors, insbesondere für Kraftfahrzeuge, das darin besteht, daß die Speisesignale der verschiedenen Phasen des besagten Motors auf ein und demselben Signal synchronisiert werden, das die Position des Läufers des besagten Motors kennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß, um den besagten Motor anlaufen zu lassen, dieser direkt ohne vorherige Einstellphase gestartet wird, indem die drei Phasen durch drei paarweise um 2π/3 phasenverschobene Speisesignale gespeist werden, und daß, wenn der Motor blockiert bleibt, die Speisung der verschiedenen Phasen des Motors geändert wird, um diese mit den gleichen, um 2π/3 phasenverschobenen Signalen zu speisen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisesignale Rechtecksignale sind, wobei das Signal auf dem die besagten Signale synchronisiert werden, ein Rechtecksignal ist, dessen verschiedene Übergänge die Übergänge der besagten Speisesignale auslösen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein Elektromotor des Lüfteraggregats eines Kraftfahrzeugs ist.
Vorrichtung zur Synchronisation der Speisung eines Drehstrommotors, die Mittel zum Synchronisieren der Speisesignale der verschiedenen Phasen des besagten Motors auf ein und demselben Signal am Ausgang eines Gebers zur Kennzeichnung der Drehung des Läufers umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel umfaßt, um beim Anlaufen des Motors die drei Phasen des Motors durch drei, paarweise um 2π/3 phasenverschobene Speisesignale zu speisen und, wenn der Motor blockiert bleibt, die Speisung der verschiedenen Phasen des Motors zu verändern, um diese mit den gleichen, um 2π/3 phasenverschobenen Signalen zu speisen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen einzigen Geber zur Bestimmung der Drehung des Läufers umfaßt.
Kombination eines elektrischen Drehstrommotors und einer Synchronisationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5.
Lüfteraggregat eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kombination eines elektrischen Drehstrommotors und einer Synchronisationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5 umfaßt.