DE10127670A1

DE10127670A1 - Controlling brushless 3-phase electric motor, involves using block commutation and operating motor with commutation angle less than 180 degrees and greater than 120 degrees

Info

Publication number: DE10127670A1
Application number: DE10127670A
Authority: DE
Inventors: Pietro De Filippis; Harald Redelberger; Stefan Zick
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-09-12

Abstract

The method involves using block commutation and operating the electrical motor so that the commutation angle is less than 180 degrees and greater than 120 degrees. A natural number of successive states of equal duration is defined in each of which two or three of the phases (P1-P3) have a non-zero phase voltage. The state duration is derived from the motor speed and the number of poles. AN Independent claim is also included for the following: a brushless 3-phase electric motor.

Description

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen dreiphasigen Elekt romotor und ein Verfahren zu dessen Ansteuerung.The invention relates to a brushless three-phase electric romotor and a method for its control.

Üblicherweise weist ein bürstenloser Motor einen Rotor mit Permanentmagneten und eine dreiphasige Wicklung auf, die den festen Stator bildet. Wird die Wicklung geeignet bestromt, erzeugt sie ein lageabhängiges Magnetfeld, nach dem sich die Permanentmagnete ausrichten. Eine kontinuierliche Drehbewe gung des Rotors wird erzielt, indem mittels Sensoren die Drehstellung des Rotors gemessen wird, und das Ergebnis über elektrische Schalter die Wicklungen so weiterschaltet, dass im Stator ein Drehfeld entsteht, dem der Rotor folgt. Zur Schaltung der Phasen, d. h. bei Ansteuerung des Motors, wird für jede Phase ein Sensor eingesetzt. Aufgrund der Sensoren kommutiert sich der Motor selbst. Der Rotor dreht sich syn chron mit dem Statordrehfeld.A brushless motor usually has a rotor Permanent magnets and a three-phase winding on the forms a fixed stator. If the winding is suitably energized, it generates a position-dependent magnetic field, according to which the Align permanent magnets. A continuous turning movement tion of the rotor is achieved by using sensors Rotational position of the rotor is measured, and the result over electrical switch switches the windings so that A rotating field is created in the stator, followed by the rotor. to Switching of phases, d. H. when the motor is activated one sensor is used for each phase. Because of the sensors the motor commutates itself. The rotor turns syn chron with the stator rotating field.

Das einfachste bekannte Verfahren zur Ansteuerung eines bürs tenlosen Motors verwendet die sogenannte Blockkommutierung, bei der die Phasen mit sich abrupt ändernden Ansteuerspannun gen beaufschlagt werden. Im "Handbuch der elektrischen Anla gen und Maschinen", E. Hering et al., Springer Verlag, Seiten 204 bis 206, wird die Blockkommutierung anhand eines dreipha sigen Motors näher erläutert. Die drei Phasen bilden eine Sternschaltung, bei der erste Enden der Phasen galvanisch miteinander verbunden sind. Zweite Enden der Phasen sind mit einer Steuerschaltung verbunden, die sechs Leistungsschalter aufweist. Jeweils zwei Leistungsschalter sind zwischen zwei Spannungspolen in Reihe geschaltet. Zwischen jeweils einem in Reihe geschalteten Leistungsschalterpaar befindet sich ein Knotenpunkt, der mit dem zweiten Ende eines der Phasen ver bunden ist. Die Phasen werden so angesteuert, dass ein Strom immer durch zwei Phasen fließt, während eine Phase stromlos bleibt. Die Wicklung des Stators ist derart, dass der Rotor während einer Umdrehung alle drei Phasen nur einmal passiert, so dass die zeitliche Dauer einer elektrischen Welle einer Phase mit der zeitlichen Dauer einer mechanischen Welle, d. h. einer Umdrehung des Rotors, übereinstimmt. Aufeinanderfol gende elektrische Wellen von aufeinanderfolgenden Phasen wei sen einen Abstand von 120° auf, wobei 360° sich auf eine vol le elektrische Welle bezieht. Der Kommutierungswinkel, d. h. der Winkel bezüglich der vollen elektrischen Welle während dem eine Phase bestromt ist, beträgt 120°. Während 60° jeder elektrischen Halbwelle ist die Phase nicht bestromt. Nach je weils 60° wird der Strom auf das nächste Phasenpaar weiterge schaltet.The simplest known method for driving a brush tenless motor uses so-called block commutation, in which the phases with an abruptly changing drive voltage be applied. In the "Manual of the electrical system gen and machines ", E. Hering et al., Springer Verlag, pages 204 to 206, the block commutation is based on a three-phase sigen engine explained in more detail. The three phases form one Star connection, galvanic at the first ends of the phases are interconnected. Second ends of the phases are with connected to a control circuit, the six circuit breakers having. Two circuit breakers are between two Voltage poles connected in series. Between one in A series of circuit breakers is connected Node that ver. With the second end of one of the phases is bound. The phases are controlled so that a current always flows through two phases while one phase is de-energized remains. The winding of the stator is such that the rotor happens once every three phases during one revolution, so the time duration of an electrical wave one Phase with the duration of a mechanical wave, d. H. one revolution of the rotor. Aufeinanderfol White electric waves from successive phases sen a distance of 120 °, with 360 ° to a vol le electric wave relates. The commutation angle, i.e. H. the angle with respect to the full electrical wave during one phase is energized is 120 °. During 60 ° everyone electrical half-wave, the phase is not energized. After each because 60 ° the current is passed on to the next phase pair on.

Der resultierende Verlauf des Drehmoments, das auf den Rotor wirkt, ist nicht glatt, d. h. es liegt eine ausgeprägte Dreh momentenwelligkeit vor. Ferner wird bei einem solchen Ansteu erverfahren die durch den Rotor in den Phasen induzierte Spannung, d. h. elektromotorische Kraft (EMK), nicht gut aus genutzt. Der Wirkungsgrad ist folglich nicht optimal.The resulting curve of the torque on the rotor acts, is not smooth, d. H. there is a pronounced twist torque ripple. Furthermore, with such a control process the phase induced by the rotor Tension, d. H. electromotive force (EMF), not good looking used. The efficiency is therefore not optimal.

Ein höherer Wirkungsgrad und eine geringere Drehmomentenwel ligkeit kann erzielt werden, indem die Phasen mit sinusförmi gen Ansteuerspannungen beaufschlagt werden. Mit einer solchen Sinuskommutierung wird die im wesentlichen sinusförmige EMK wesentliche besser ausgenutzt, wodurch der Wirkungsgrad des Motors erhöht wird. Da keine abrupten Änderungen der Ansteu erspannung vorliegen, ist die Drehmomentenwelligkeit gerin ger. Die Sinuskommutierung hat jedoch den wesentlichen Nach teil, dass sie nur mit hohem Aufwand und nur schwer bei hohen Drehzahlen erzeugt werden kann. Üblicherweise wird die Si nuskommutierung durch Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugt, bei der die Sinusform der Ansteuerspannung dadurch erzeugt wird, dass sie in zeitlich gleichlange Abschnitte zerlegt wird, während denen jeweils nur in einem Teilabschnitt eine kon stante Spannung erzeugt wird, und wobei die zeitliche Länge des Teilabschnitts mit zunehmender Höhe der zu erzeugenden Sinusspannung anwächst. Es ist offensichtlich, dass aufgrund der feinen zeitlichen Zergliederung der Sinuswelle der Motor bei hohen Drehzahlen nur mit großem Aufwand mit Sinuskommu tierung angesteuert werden kann. Darüber hinaus erfordert die Sinuskommutierung eine teuere Erzeugungstechnik mit zusätzli chen Filterelementen bei maximaler Leistungsabgabe. Auch die Einstellung des Verlaufs des Phasenstroms gegenüber der EMK erfordert eine komplizierte Steuerung.A higher efficiency and a lower torque world Liability can be achieved by the phases with sinusoidal against control voltages. With one Sinus commutation becomes the essentially sinusoidal EMF much better exploited, increasing the efficiency of the Motor is increased. Because no abrupt changes in the control voltage is present, the torque ripple is low ger. However, sinus commutation has the essential after part that they are difficult and difficult at high Speeds can be generated. Usually the Si Nut commutation generated by pulse width modulation (PWM), at which generates the sinusoidal shape of the drive voltage that it is broken down into sections of equal length, while only one con constant voltage is generated, and being the temporal length of the section with increasing height of the to be generated Sinus voltage increases. It is obvious that due to that the fine temporal division of the sine wave of the motor at high speeds only with great effort with sine commu can be controlled. In addition, the Sinus commutation is an expensive generation technology with additional Chen filter elements with maximum power output. Also the Setting the course of the phase current compared to the EMF requires complicated control.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung eines bürstenlosen dreiphasigen Elektromotors an zugeben, das mit nur geringem Aufwand eine niedrige Drehmo mentenwelligkeit erzeugt. Ferner soll ein bürstenloser Elekt romotor angegeben werden, der mit dem Verfahren angesteuert werden kann.The invention has for its object a method for Control of a brushless three-phase electric motor admit that with little effort a low torque ripple generated. Furthermore, a brushless elect romotor can be specified, which is controlled by the method can be.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines bürstenlosen dreiphasigen Elektromotors, bei dem die Blockkommutierung verwendet wird, und bei dem der Elektromo tor derart angesteuert wird, dass der Kommutierungswinkel kleiner als 180° und größer als 120° ist.The task is solved by a control method of a brushless three-phase electric motor, in which the Block commutation is used, and in which the electromo is controlled in such a way that the commutation angle is less than 180 ° and greater than 120 °.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch einen bürstenlosen drei phasigen Elektromotor, der derart eingerichtet ist, dass das oben genannte Verfahren zu seiner Ansteuerung angewendet wer den kann.Furthermore, the task is solved by a brushless three phase electric motor, which is set up such that the The above-mentioned methods for its control are used that can.

Da Blockkommutierung verwendet wird, die ohne während der Halbwelle variabler PWM erzeugt werden kann, erfordert das Verfahren nur einen geringen Aufwand.Because block commutation is used without the during Half wave variable PWM can be generated that requires Procedure requires little effort.

Da der Kommutierungswinkel kleiner als 180° und größer als 120° ist, und der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden elektrischen Wellen zweier Phasen 120° beträgt, ist die Zahl der Phasen, durch die ein Strom fließt über den Zeitraum ei ner elektrischen Welle nicht konstant. Dies hat eine Auswir kung auf den Stromverlauf in den Phasen. Denn da die Phasen galvanisch verknüpft sind und die Höhe des Spannungsabfalls zwischen dem positiven und dem negativen Pol, mit denen die Phasen verbunden sind, konstant bleibt, nimmt die Stromstärke durch eine Phase nicht nur die Werte 0 oder einen Maximalwert an, sondern auch zwei dazwischenliegende Werte an. Der Strom verlauf einer Phase ist treppenförmig. Durch Blockkommutie rung mit einem solchen Kommutierungswinkel kann also die Form des Stroms auf einfache Weise an die Sinusform angenähert werden, wodurch die Drehmomentenwelligkeit sinkt und der Wir kungsgrad des Motors erhöht wird. Der Effekt der Annäherung an die Sinusform wird im folgenden anhand eines dreiphasigen Motors mit 150° Kommutierungswinkel und anhand der Fig. 1a und 1b näher erläutert, wobei der Einfachheit halber Indukti vitäten, die EMK und etwaige Freilaufeffekte nicht berück sichtigt werden.Since the commutation angle is less than 180 ° and greater than 120 °, and the distance between two successive electrical waves of two phases is 120 °, the number of phases through which a current flows is not constant over the period of an electrical wave. This has an impact on the current flow in the phases. Because the phases are galvanically linked and the level of the voltage drop between the positive and negative poles to which the phases are connected remains constant, the current intensity through a phase not only assumes the values 0 or a maximum value, but also two in between Values. The current of a phase is step-shaped. By Blockkommutie tion with such a commutation angle, the shape of the current can be approximated to the sinusoidal shape in a simple manner, as a result of which the torque ripple decreases and the efficiency of the motor is increased. The effect of the approximation of the sine wave will be explained below with reference to a three-phase motor with 150 ° commutation and Figs. 1a and 1b in greater detail, the simplicity sake vitäten Indukti, the EMF and any freewheeling effects are not taken into taken into.

Fig. 1a zeigt den Verlauf der Phasenspannungen der drei Pha sen, d. h. des Spannungsabfalls an den Phasen, während den 360° einer vollen elektrischen Welle. Die Höhe und die Form der Phasenspannungen in Fig. 1a sind jedoch ohne Bedeutung. Es soll lediglich dargestellt werden, wann an welcher Phase ein positiver oder negativer Spannungsabfall vorliegt oder nicht. Der Kommutierungswinkel ist zentrisch um 90° bzw. um 270° angeordnet. Es läßt sich erkennen, dass zwischen 0° und 15° die zweite Phase mit einer negativen Phasenspannung und die dritte Phase mit einer positiven Phasenspannung beauf schlagt sind. Der Strom fließt durch diese beiden Phasen, nicht aber durch die erste Phase. Zwischen 15° und 45° sind die erste Phase und die dritte Phase mit einer positiven Pha senspannung beaufschlagt, während die zweite Phase mit einer negativen Phasenspannung beaufschlagt ist. Der volle Strom fließt also durch die zweite Phase und verzweigt sich dann in die erste Phase und die dritte Phase. Beträgt der Widerstand einer Phase R und beträgt der Spannungsabfall zwischen dem positiven Pol und dem negativen Pol U, so berechnet sich bei Sternschaltung der Phasen oder einer dazu gleichwertigen Schaltung der Strom durch die erste Phase zu
Fig. 1a shows the course of the phase voltages of the three phases, ie the voltage drop across the phases, during the 360 ° of a full electrical wave. The level and the shape of the phase voltages in FIG. 1a are, however, of no importance. It should only be shown when or at which phase there is a positive or negative voltage drop. The commutation angle is arranged centrally by 90 ° or 270 °. It can be seen that between 0 ° and 15 ° the second phase has a negative phase voltage and the third phase has a positive phase voltage. The current flows through these two phases, but not through the first phase. Between 15 ° and 45 °, the first phase and the third phase are acted upon by a positive phase voltage, while the second phase is acted upon by a negative phase voltage. The full current flows through the second phase and then branches into the first phase and the third phase. If the resistance of a phase is R and the voltage drop is between the positive pole and the negative pole U, the current through the first phase is calculated if the phases are connected in a star configuration or an equivalent circuit

Zwischen 45° und 75° sind die erste Phase mit einer positiven Phasenspannung und die zweite Phase mit einer negativen Pha senspannung beaufschlagt. Durch die dritte Phase fließt kein Strom. Der Strom durch die erste Phase berechnet sich zu
Between 45 ° and 75 °, the first phase with a positive phase voltage and the second phase with a negative phase voltage are applied. No current flows through the third phase. The current through the first phase is calculated

Zwischen 75° und 105° ist die erste Phase mit einer positiven Phasenspannung beaufschlagt, während die zweite Phase und die dritte Phase mit einer negativen Phasenspannung beaufschlagt sind. Durch die erste Phase fließt also der volle Strom, wäh rend durch die zweite Phase und die dritte Phase nur der hal be Strom fließt. Der Strom durch die erste Phase berechnet sich zu
Between 75 ° and 105 °, the first phase is subjected to a positive phase voltage, while the second phase and the third phase are subjected to a negative phase voltage. The full current flows through the first phase, while only half the current flows through the second phase and the third phase. The current through the first phase is calculated

So läßt sich zu jedem Zeitpunkt bestimmen, wieviel Strom durch die Phasen fließt.This allows you to determine how much electricity at any time flowing through the phases.

Fig. 1b zeigt den Verlauf des Stroms in der ersten Phase. Durch die zusätzlichen Stufen im Stromverlauf bei 45°, 75°, 105°, 135°, 225°, 255°, 285°, 315° ähnelt der Stromverlauf deutlich mehr einer Sinuskurve als bei Blockkommutierung mit einem Kommutierungswinkel von 120°, bei der diese zusätzli chen Stufen nicht vorhanden sind. FIG. 1b shows the waveform of the current in the first phase. Due to the additional steps in the current profile at 45 °, 75 °, 105 °, 135 °, 225 °, 255 °, 285 °, 315 °, the current profile is much more similar to a sine curve than with block commutation with a commutation angle of 120 °, at which this additional levels are not available.

Hinzu kommt, dass aufgrund der Induktivitäten der Phasen die Stufen verwaschen. Es ist folglich vorteilhaft, wenn die Pha sen eine möglichst hohe Induktivität aufweisen. In addition, due to the inductances of the phases Washed steps. It is therefore advantageous if the Pha have the highest possible inductance.

Das Vorsehen eines Kommutierungswinkels kleiner 180° führt zu weiteren Vorteilen. Zum Einen ist dadurch gewährleistet, dass eine Steuerschaltung zur Ansteuerung des Motors immer im Stromnullpunkt der jeweiligen Phase von der positiven Halb welle zur negativen Halbwelle der Phase und umgekehrt schal tet, da aufgrund des kleineren Kommutierungswinkels die Zeit spanne, während der durch die Phase kein Strom fließt, ver größert wird. Dies hat geringere Schaltverluste zur Folge. Ferner wird die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen zwischen Halbbrücken der Steuerschaltung verringert.The provision of a commutation angle of less than 180 ° leads to further advantages. On the one hand, this ensures that a control circuit to control the motor always in Current zero of the respective phase from the positive half wave to the negative half wave of the phase and vice versa scarf tet, because of the smaller commutation angle, the time span during which no current flows through the phase, ver is enlarged. This results in lower switching losses. Furthermore, the likelihood of short circuits between Half bridges of the control circuit reduced.

Um auf Sensoren, die die Lage des Rotors erfassen, ganz oder teilweise verzichten zu können und trotzdem die Ansteuerung der Phasen auf die Lage des Rotors abstimmen zu können, ist es vorteilhaft, einen Algorithmus vorzusehen, nach dem die Phasen angesteuert werden.In order on sensors that detect the position of the rotor, completely or partially to be able to do without and yet the control the phases can be coordinated with the position of the rotor it is advantageous to provide an algorithm according to which the Phases are controlled.

Dazu ist es vorteilhaft m zeitlich gleich lange und zeitlich aufeinanderfolgende Zustände festzulegen, wobei m eine natür liche Zahl ist. Für jeden Zustand ist festgelegt, welche Pha sen mit einer positiven oder negativen Phasenspannung beauf schlagt sind, und welche Phasen nicht mit einer Phasenspan nung beaufschlagt sind, d. h. offen sind. Der Elektromotor wird gemäß dem aktuellen Zustand angesteuert.For this purpose, it is advantageous to have the same length and time successive states, where m is a natural is a number. For each state it is determined which Pha sen with a positive or negative phase voltage strikes, and what phases are not with a phase chip are loaded, d. H. are open. The electric motor is controlled according to the current status.

Ist der Beginn des ersten Zustandes auf die Drehstellung des Rotors abgestimmt, so ist aufgrund des Algorithmus, der aus den m aufeinander folgenden Zuständen besteht, eine erneute Bestimmung der Lage des Rotors mittels Sensoren zur Abstim mung des Beginns der übrigen m-1 Zustände nicht erforderlich. Insbesondere ist es nicht erforderlich jede Phase einzeln auf die Lage des Rotors abzustimmen.Is the beginning of the first state on the rotary position of the Rotor is tuned, because of the algorithm that is out the m consecutive states, a new one Determination of the position of the rotor using sensors for tuning The beginning of the other m-1 states is not required. In particular, it is not necessary to do each phase individually to coordinate the position of the rotor.

Dazu legen die m Zustände den Verlauf einer ganzen elektri schen Welle fest. Dies bedeutet, dass die zeitliche Dauer der Gesamtheit der m Zustände
For this purpose, the m states determine the course of an entire electrical wave. This means that the time duration of the totality of the m states

beträgt, wenn der Elektromotor p Polpaare aufweist. Die zeit liche Dauer eines Zustandes beträgt folglich
is when the electric motor has p pole pairs. The temporal duration of a condition is consequently

Damit der Algorithmus auf die Lage des Rotors in jedem Zu stand abgestimmt ist, wird die zeitliche Dauer der Zustände aus der aktuellen Drehzahl des Elektromotors bestimmt. Die Drehzahl des Motors kann immer wieder gemessen werden, um den Algorithmus an die aktuelle Drehzahl anzupassen. Der Abstand zwischen Messungen der Drehzahl kann umso größer sein, je schwächer die Dynamik des Rotors ausgeprägt ist, d. h., je langsamer sich die Drehzahl des Rotors allgemein ändert. Dies ist beispielsweise der Fall bei Motoren für einen Pumpen- oder Lüfterantrieb.So that the algorithm on the position of the rotor in each close status is coordinated, the duration of the conditions determined from the current speed of the electric motor. The Engine speed can be measured again and again by the Adapt the algorithm to the current speed. The distance between measurements of speed may be the greater depending the dynamics of the rotor are weaker, d. i.e., each the slower the speed of the rotor generally changes. This is the case for example for motors for a pump or fan drive.

Um den Algorithmus an die Lage des Rotors möglichst gut anzu passen, ist es vorteilhaft, wenn nicht exakt nach Ablauf des letzten Zustandes von neuem mit dem ersten Zustand begonnen wird, sondern wenn die Lage des Rotors regelmäßig bestimmt wird und der Beginn des ersten Zustandes auf die bestimmte Lage des Rotors abgestimmt wird. In diesem Fall beginnt der erste Zustand lediglich "etwa" nach Ablauf des letzten Zu standes.In order to adapt the algorithm to the position of the rotor as well as possible fit, it is advantageous if not exactly after the expiry of the last state started anew with the first state is, but if the position of the rotor is determined regularly and the beginning of the first state on the certain Position of the rotor is matched. In this case the first state only "about" after the last close article.

Es genügt für die Erfassung der Lage des Rotors ein einziger Sensor.A single one is sufficient for detecting the position of the rotor Sensor.

Alternativ wird die EMK an einer Phase, die gerade nicht bestromt wird, gemessen, wobei eine bestimmte Drehstellung des Rotors erkannt wird, wenn die gemessene EMK einen be stimmten Schwellwert durchläuft, der abhängig ist vom Abstand zwischen dem Einsetzen der EMK und dem Einsetzen der Phasen spannung einer Phase. Durch dieses Verfahren kann die Lage des Rotors sensorlos bestimmt werden.Alternatively, the EMF is at a stage that is not is energized, measured, with a certain rotational position of the rotor is recognized when the measured emf a be passed threshold, which depends on the distance between the start of the EMF and the start of the phases voltage of a phase. Through this procedure, the location of the rotor can be determined sensorless.

Damit durch den Algorithmus die positive und die negative Halbwelle einer Phase symmetrisch erzeugt werden können, ist es erforderlich, dass ein ganzzahliges Vielfaches von 360°/180°, d. h. 2, m ergibt.So the positive and the negative through the algorithm Half wave of a phase can be generated symmetrically it requires that an integer multiple of 360 ° / 180 °, d. H. 2, m results.

Damit durch den Algorithmus jede der drei um 120° versetzte Phasen angesteuert werden können, ist es erforderlich, dass ein ganzzahliges Vielfaches von 360°/120°, d. h. 3, m ergibt. Damit durch den Algorithmus der Kommutierungswinkel einer Phase realisiert werden kann, ist es erforderlich, dass ein ganzzahliges Vielfaches von 360°/Kommutierungswinkel m er gibt.So that the algorithm offset each of the three by 120 ° Phases can be controlled, it is necessary that an integer multiple of 360 ° / 120 °, d. H. 3, m results. So the algorithm of the commutation angle of a Phase can be realized, it is necessary that a integer multiple of 360 ° / commutation angle m er gives.

Ein besonders einfacher Algorithmus lässt sich erzielen, wenn der Kommutierungswinkel 150° beträgt und m = 12 Zustände fest gelegt werden. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, mehr als zwölf Zustände, z. B. 18 Zustände festzulegen. In diesem Fall muss der Kommutierungswinkel anders gewählt werden.A particularly simple algorithm can be achieved if the commutation angle is 150 ° and m = 12 states fixed be placed. However, it is within the scope of the invention, more as twelve states, e.g. B. 18 states. In this In this case, the commutation angle must be chosen differently.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, eine erste der Phasen ab dem ersten Zustand während dem gesamten Kommutierungswinkel und ab dem siebten Zustand während dem gesamten Kommutie rungswinkel mit einer Phasenspannung ungleich 0 zu beauf schlagen. Sind z. B. zwölf Zustände festgelegt, so fließt durch die erste Phase im sechsten Zustand und im zwölften Zu stand kein Strom. Diese Zustände können z. B. dazu benutzt werden, sensorlos die Lage des Rotors aus einer EMK-Messung zu bestimmen.It is within the scope of the invention, a first of the phases the first state during the entire commutation angle and from the seventh state throughout the commutation tion angle with a phase voltage not equal to 0 beat. Are z. B. twelve states set, flows through the first phase in the sixth state and in the twelfth state there was no electricity. These conditions can e.g. B. used for this the position of the rotor from an EMF measurement without sensors to determine.

Beispielsweise kann zumindest in einem mittleren Drehzahlbe reich des Elektromotors der Beginn des ersten Zustandes der art auf die Position des Rotors abgestimmt werden, dass der Beginn des ersten Zustands im wesentlichen zusammenfällt mit dem Beginn der elektrischen Welle, der durch den Rotor in der ersten Phase induzierten EMK.For example, at least in a medium speed range range of the electric motor the beginning of the first state of be matched to the position of the rotor that the The beginning of the first state essentially coincides with the beginning of the electrical wave, which is caused by the rotor in the first phase induced EMF.

Da bei hohen Drehzahlen die Induktivität der Phasen Stromän derungen in den Phasen stärker entgegenwirkt, ist es vorteil haft, zumindest in einem oberen Drehzahlbereich des Elektro motors den Beginn des ersten Zustandes derart auf die Positi on des Rotors abzustimmen, dass der erste Zustand bezogen auf die elektrische Welle der durch den Rotor in der ersten Phase induzierten EMK umso früher beginnt, je höher die Drehzahl des Elektromotors sein soll. Es ist also bei niedrigeren ho hen Drehzahlen beispielsweise zunächst eine Nachkommutierung und bei höheren Drehzahlen eine Vorkommutierung vorgesehen.Since the inductance of the phases is current at high speeds counteracts changes in the phases, it is an advantage at least in an upper speed range of the electric motors the start of the first state on the positi on the rotor that the first state related to the electrical wave through the rotor in the first phase induced EMF the earlier the higher the speed of the electric motor. So it is at lower ho hen speeds, for example, first a commutation and precommutation is provided at higher speeds.

Bei niedrigen und/oder mittleren Drehzahlen ist es möglich, die Spannung der Blockkommutierung durch Pulsweitenmodulation zu bestimmen. Dies entspricht einer Variation der Ansteuer spannung, die die Drehzahl des Motors bestimmt. Da bei hohen Drehzahlen keine Pulsweitenmodulation verwendet wird, werden Verluste aufgrund vieler Schaltvorgänge, die die PWM erfor dert, vermieden. Die Wärmeerzeugung in den Schaltern wird in folgedessen gesenkt, so dass ein geringerer Aufwand für eine Wärmeabfuhr erforderlich ist, als bei Verwendung der PWM. Da durch kann der Motor kompakt bauend ausgestaltet sein. Auch der Aufwand in der Filterschaltung für elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) kann dadurch verringert werden.At low and / or medium speeds it is possible to the voltage of the block commutation by pulse width modulation to determine. This corresponds to a variation of the control voltage that determines the speed of the motor. Because at high Speeds no pulse width modulation is used Losses due to many switching operations that PWM requires avoided. The heat generation in the switches is in consequently lowered, so less effort for one Heat dissipation is required when using the PWM. because by the motor can be made compact. Also the effort in the filter circuit for electromagnetic This can reduce compatibility (EMC).

Um die Batteriestromwelligkeit im niedrigen Drehzahlbereich zu verringern, wird der Motor in diesem Drehzahlbereich mit einem Kommutierungswinkel von 120° betrieben, da sich die In duktivitäten der Phasen bei niedrigen Drehzahlen schwächer auswirken. Ferner ist bei niedrigen Drehzahlen der Kommutie rungswinkel vorzugsweise symmetrisch um 90° der elektrischen Welle der durch den Rotor in der jeweiligen Phase induzierten elektromotorischen Kraft angeordnet. The battery current ripple in the low speed range to reduce the engine in this speed range operated a commutation angle of 120 °, since the In ductivities of the phases weaker at low speeds impact. Furthermore, at low speeds the commutation tion angle preferably symmetrical about 90 ° of the electrical Wave of the phase induced by the rotor arranged electromotive force.

Da das auf den Motor wirkende Drehmoment von der Summe der Produkte, die jeweils aus dem Strom durch eine Phase und aus der in der Phasen induzierten EMK gebildet werden, abhängt, kann die Drehmomentenwelligkeit des Motors stark reduziert werden, wenn elektromagnetische Komponenten des Elektromotors derart ausgestaltet sind, dass die Welligkeit der durch den Rotor in den Phasen induzierten EMK gegenläufig zur Wellig keit des Stroms durch die Phasen verläuft.Since the torque acting on the engine is the sum of the Products, each consisting of a current and a phase which are formed in the phase-induced EMF, the torque ripple of the motor can be greatly reduced be when electromagnetic components of the electric motor are designed such that the ripple caused by the Rotor in the phases induced EMF in the opposite direction to the wave current flows through the phases.

Da bei einer erfindungsgemäßen Ansteuerung der Phasen der Verlauf des Stroms durch eine Phase etwa in der Mitte einer elektrischen Halbwelle eine Ausbuchtung nach oben zeigt, sollte die elektromotorische Kraft an dieser Stelle eine Ein buchtung nach unten zeigen, damit die Welligkeiten von Strom und elektromotorischer Kraft gegenläufig sind. In der Tat hat die Ansteuermethode eine ausgeprägte fünfte und siebte Ober welle im Strom zur Folge.Since in a control of the phases of the invention Course of the current through a phase approximately in the middle of one electrical half-wave shows a bulge upwards the electromotive force should be an on at this point face down so the ripples of electricity and electromotive force are opposed. In fact it has the control method a pronounced fifth and seventh waiter wave in the stream.

Es hat sich gezeigt, dass eine solche Form der elektromotori schen Kraft erzielt werden kann, wenn der Motor folgende Merkmale aufweist: Der um eine Rotationsachse drehbare Rotor weist gleichmäßig um die Rotationsachse ver teilt angeordnete Magnetpole auf. Ein Stator, der koaxial zu der Rotationsachse und dem Rotor angeordnet ist, weist für je zwei Magnetpole drei Statorzähne auf, die gleichmäßig um die Rotationsachse verteilt sind. Die Statorzähne weisen freie Flächen auf, die den Magnetpolen gegenüberliegen. Jeder Sta torzahn ist mit einem einzigen vorstehenden Element versehen, das sich ab der jeweiligen freien Fläche radial in Richtung des Rotors erstreckt. Der Motor kann so ausgestaltet werden, daß die EMK auch eine fünfte und siebte Oberwelle enthält, jedoch genau gegenphasig zu den Oberwellen des Stroms, so, daß sich das Produkt aus dem Strom und dem Oberwellenanteil der EMK (und damit ein Drehmomentenanteil) näherungsweise zu Null ergibt. Damit ergibt sich eine niedrigere Drehmomenten welligkeit. It has been shown that such a form of electric motor power can be achieved if the engine follows Features: The around an axis of rotation rotatable rotor points evenly around the axis of rotation divides arranged magnetic poles. A stator that is coaxial with the axis of rotation and the rotor is arranged for each two magnetic poles on three stator teeth, which are evenly around the Rotation axis are distributed. The stator teeth have clear ones Surfaces that lie opposite the magnetic poles. Every sta gate tooth is provided with a single projecting element, that radially in the direction from the respective free area of the rotor. The engine can be designed that the EMF also contains a fifth and seventh harmonic, but exactly in phase opposition to the harmonics of the current, so, that the product of the current and the harmonic content the EMF (and therefore a torque component) approximately Results in zero. This results in a lower torque ripple.

Der Elektromotor kann eine Steuerschaltung zur Ansteuerung des Elektromotors aufweisen, wobei die Steuerschaltung sechs Leistungsschalter und eine Steuereinheit aufweist, die die Leistungsschalter öffnet oder schließt. Jede Phase kann der art mit zwei zwischen zwei Spannungspolen in Reihe geschalte ten Leistungsschalter verbunden sein, das bei geschlossenem ersten Leistungsschalter und bei geöffnetem zweiten Leis tungsschalter die Phase mit einer positiven Phasenspannung beaufschlagt wird und bei geöffnetem ersten Leistungsschalter und geschlossenem zweiten Leistungsschalter die Phase mit ei ner negativen Phasenspannung beaufschlagt wird.The electric motor can be a control circuit for control of the electric motor, the control circuit six Circuit breaker and a control unit that the Circuit breaker opens or closes. Each phase can type with two series connected between two voltage poles th circuit breaker connected when the first circuit breaker and with the second Leis open switch the phase with a positive phase voltage is applied and with the first circuit breaker open and closed second circuit breaker the phase with egg ner negative phase voltage is applied.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an hand von Figuren näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below hand explained in more detail by figures.

Fig. 2 zeigt eine Steuerschaltung zur Ansteuerung eines Elektromotors mit einer Steuereinheit, einem Sensor, sechs Leistungsschaltern und drei Phasen. Fig. 2 shows a control circuit for controlling an electric motor with a control unit, a sensor, six circuit breakers and three phases.

Fig. 3 zeigt den Verlauf des Drehmoments des Motors, den Verlauf der elektromotorischen Kraft, die in einer Phase induziert wird, und den Verlauf des Stroms durch die Phase. Fig. 3 shows the course of the torque of the motor, the curve of the electromotive force induced in one phase, and the course of the current through the phase.

Fig. 4 zeigt einen Teil eines Querschnitts durch den Motor, in dem ein Rotor, ein Stator, Magnetpole, Statorzähne und vorstehende Elemente dargestellt sind. Fig. 4 shows part of a cross section through the motor, in which a rotor, a stator, magnetic poles, stator teeth and protruding elements are shown.

Fig. 5 zeigt den Verlauf der Schaltungszustände der Leis tungsschalter. Fig. 5 shows the course of the circuit states of the power switch.

Fig. 6 zeigt den Verlauf der elektromotorischen Kraft, die in einer Phase induziert wird, den Verlauf des Stroms durch die Phase und den Verlauf der Phasenspannung der Phase. Fig. 6 shows the curve of the electromotive force induced in one phase, the progression of the current through the phase and the course of the phase voltage of the phase.

Im Ausführungsbeispiel ist ein Elektromotor vorgesehen, der eine Steuerschaltung ST zu seiner Ansteuerung aufweist (siehe Fig. 2).In the exemplary embodiment, an electric motor is provided which has a control circuit ST for controlling it (see FIG. 2).

Die Steuerschaltung ST weist sechs als MOSFET-Transistoren ausgestaltete Leistungsschalter L1, L2 auf, die drei Halbbrü cken bilden. Die Leistungsschalter L1, L2 werden durch eine Steuereinheit SE der Steuerschaltung ST, die über Treiberstu fen T mit den Leistungsschaltern L1, L2 verbunden sind, ge öffnet oder geschlossen.The control circuit ST has six as MOSFET transistors designed circuit breakers L1, L2 on, the three half bridges form. The circuit breakers L1, L2 are replaced by a Control unit SE of the control circuit ST, the driver stage fen T are connected to the circuit breakers L1, L2, ge opens or closes.

Die Halbbrücken sind parallel zueinander und zwischen einem positiven Pol und einem negativen Pol geschaltet. Die Halb brücken werden jeweils durch zwei in Reihe geschaltete Leis tungsschalter L1, L2 gebildet.The half bridges are parallel to each other and between one positive pole and a negative pole switched. The half are each bridged by two Leis connected in series tion switch L1, L2 formed.

Der Elektromotor weist drei Phasen P1, P2, P3 auf, wobei jede Phase P1, P2, P3 mit einem einer Phase P1, P2, P3 zugeordne ten Knotenpunkt einer Halbbrücke, der zwischen zwei Leis tungsschaltern L1, L2 angeordnet ist, verbunden ist. Die Spannungen an den Knotenpunkten sind die Ansteuerspannungen. Ist der eine Leistungsschalter L1 der Halbbrücke geöffnet, d. h. unterbrochen, und der andere Leistungsschalter L2 der Halbbrücke geschlossen, so wird die zugeordnete Phase P1, P2, P3 mit einer negativen Phasenspannung beaufschlagt. Ist der eine Leistungsschalter L1 geschlossen, der andere Leistungs schalter L2 geöffnet, so wird die zugeordnete Phase P1, P2, P3 mit einer positiven Phasenspannung beaufschlagt.The electric motor has three phases P1, P2, P3, each Phase P1, P2, P3 associated with a phase P1, P2, P3 th junction of a half-bridge between two Leis device switches L1, L2 is arranged, is connected. The Voltages at the nodes are the control voltages. If the circuit breaker L1 of the half bridge is open, d. H. interrupted, and the other circuit breaker L2 the Half bridge closed, the assigned phase P1, P2, P3 applied with a negative phase voltage. Is the one circuit breaker L1 closed, the other power switch L2 is opened, the assigned phase P1, P2, P3 applied with a positive phase voltage.

In Fig. 5 ist dargestellt, wann welcher der Leistungsschal ter L1, L2 geöffnet oder geschlossen ist. Der jeweils höhere Wert entspricht einem geschlossenen Leistungsschalter L1, L2. Auf der horizontalen Achse sind die Winkel der elektrischen Welle aufgetragen. Der Kommutierungswinkel beträgt 150° und ist symmetrisch angeordnet. In Fig. 5 is illustrated when each of the power scarf L1, L2 is opened or closed ter. The higher value corresponds to a closed circuit breaker L1, L2. The angles of the electrical wave are plotted on the horizontal axis. The commutation angle is 150 ° and is arranged symmetrically.

Der Elektromotor weist einen Sensor S auf zur Bestimmung der Drehstellung des Rotors R des Motors.The electric motor has a sensor S for determining the Rotation position of the rotor R of the motor.

Der Rotor R ist um eine Rotationsachse drehbar angeordnet und weist gleichmäßig um die Rotationsachse verteilt angeordnete Magnetpole M auf (siehe Fig. 4). Die Magnetpole M werden durch Segmente aus Blechlamellen gebildet, die jeweils zwi schen zwei Permanentmagneten angeordnet sind. Koaxial um den Rotor R ist ein Stator SA angeordnet, der für je zwei Magnet pole M drei Statorzähne Z aufweist, die gleichmäßig um die Rotationsachse verteilt sind. Die Phasen P1, P2, P3 sind um die Statorzähne Z gewickelt (nicht dargestellt).The rotor R is arranged rotatably about an axis of rotation and has magnetic poles M arranged uniformly distributed around the axis of rotation (see FIG. 4). The magnetic poles M are formed by segments of sheet metal lamellae, which are each arranged between two permanent magnets. A stator SA is arranged coaxially around the rotor R and has three stator teeth Z for two magnetic poles M each, which are evenly distributed around the axis of rotation. The phases P1, P2, P3 are wound around the stator teeth Z (not shown).

Die Statorzähne Z weisen freie Flächen auf, die den Magnetpo len M gegenüberliegen. Jeder Statorzahn Z ist mit einem ein zigen vorstehenden Element E versehen, das sich ab der jewei ligen freien Fläche radial in Richtung des Rotors R er streckt.The stator teeth Z have free areas that the Magnetpo len M are opposite. Each stator tooth Z is one zigen above element E provided, which from the respective free area radially in the direction of the rotor R er stretches.

Bei niedrigen Drehzahlen, z. B. im unteren Drittel des Dreh zahlenbereichs, des Motors werden die Leistungsschalter L1, L2 durch die Steuereinheit SE mittels PWM angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt derart, dass der Kommutierungswinkel 120° beträgt und zentrisch um 90° einer elektrischen Welle ange ordnet ist.At low speeds, e.g. B. in the lower third of the shoot range of the motor, the circuit breakers L1, L2 controlled by the control unit SE using PWM. The Control takes place in such a way that the commutation angle is 120 ° is and centered around 90 ° of an electrical shaft is arranged.

Die Höhe der Phasenspannung lässt sich auf die Höhe des Span nungsabfalls zwischen dem positiven Pol und dem negativen Pol zurückführen. So entspricht beispielsweise die Phasenspannung der ersten Phase P1 zwischen 45° und 75° dem halben Span nungsabfall zwischen dem positiven Pol und der negativen Pol, da die erste Phase P1 und die zweite Phase P2 quasi in Reihe geschaltet sind. Zwischen 15° und 45° hingegen entspricht die Phasenspannung der ersten Phase P1 einem Drittel des Span nungsabfalls zwischen dem positiven Pol und dem negativen Pol, da auch die dritte Phase P3 bestromt wird. Hierbei wur den Induktivitäten, EMK und Freilaufeffekte nicht berücksich tigt.The level of the phase voltage can be adjusted to the level of the span voltage drop between the positive pole and the negative pole traced. For example, the phase voltage corresponds the first phase P1 between 45 ° and 75 ° half the span drop in voltage between the positive pole and the negative pole, since the first phase P1 and the second phase P2 virtually in series are switched. However, between 15 ° and 45 ° corresponds to Phase voltage of the first phase P1 one third of the span voltage drop between the positive pole and the negative Pole, since the third phase P3 is also energized. Here was inductivities, EMF and free-running effects Untitled.

Die Höhe der Phasenspannung wird durch PWM umso niedriger ge wählt, je niedriger die Drehzahl des Elektromotors gewünscht ist.The level of the phase voltage is reduced by PWM selects the lower the speed of the electric motor desired is.

Im mittleren Drehzahlbereich des Motors, z. B. im mittleren Drittel des Drehzahlbereichs, werden die Leistungsschalter L1, L2 so geschaltet, dass der Kommutierungswinkel 150° be trägt und der Beginn des Kommutierungswinkels einer Phase P1, P2, P3 mit dem Beginn der durch den Rotor R in der Phase P1, P2, P3 induzierten EMK zusammenfällt. Der Kommutierungswinkel ist also nicht zentriert. Die Höhe der Ansteuerspannung wird durch PWM erzeugt. Auch hier wird die Ansteuerspannung umso niedriger gewählt, je niedriger die Drehzahl des Elektromo tors sein soll.In the medium speed range of the engine, e.g. B. in the middle Circuit breakers become third of the speed range L1, L2 switched so that the commutation angle is 150 ° and the start of the commutation angle of a phase P1, P2, P3 with the beginning of phase P1 by the rotor R, P2, P3 induced EMF coincides. The commutation angle is not centered. The level of the control voltage is generated by PWM. Here too, the control voltage is all the more chosen lower, the lower the speed of the electric motor tors should be.

Bei hohen Drehzahlen, z. B. im oberen Drittel des Drehzahlbe reichs, werden die Leistungsschalter L1, L2 so angesteuert, dass der Beginn des Kommutierungswinkels umso früher als die durch den Rotor R in der Phase induzierten EMK beginnt, je höher die Drehzahl des Motors ist. Die Höhe der Ansteuerspan nung wird nicht verändert. Die Phasenspannung wird nicht durch PWM erzeugt. Die Änderung der Drehzahl wird durch stär kere oder schwächere Vor- oder Nachkommutierung bewirkt.At high speeds, e.g. B. in the upper third of the speed Reichs, the circuit breakers L1, L2 are controlled so that the start of the commutation angle is all the earlier than that EMF induced in phase by the rotor R begins, depending the engine speed is higher. The height of the control chip voltage is not changed. The phase voltage will not generated by PWM. The change in speed is strengthened by kere or weaker pre- or post-commutation causes.

Mit Hilfe des Sensors S wird die Drehstellung des Rotors R bestimmt. Die Messung kann einmal pro elektrischer Welle stattfinden.With the help of the sensor S, the rotational position of the rotor R certainly. The measurement can be done once per electrical wave occur.

Die Steuereinheit SE enthält zwölf abgespeicherte Zustände. Für jeden Zustand wird festgelegt, welcher der Phasen mit ei ner positiven oder negativen Phasenspannung beaufschlagt wird oder nicht, d. h. welcher der Phasen mit welchem Vorzeichen bestromt wird oder nicht. Jeder der Zustände weist eine zeit liche Dauer auf, die 30° entspricht, wobei 360° sich auf eine volle elektrische Welle bezieht. Der erste Zustand ist ge kennzeichnet durch positive Phasenspannungen der ersten Phase P1 und dritten Phase P3 und durch eine negative Phasenspan nung der zweiten Phase P2. Der zweite Zustand ist gekenn zeichnet durch eine positive Phasenspannung der ersten Phase P1, einer negativen Phasenspannung der zweiten Phase P2 und einer offenen dritten Phase P3. Der dritte Zustand ist ge kennzeichnet durch eine positive Phasenspannung der ersten Phase P1 und negativer Phasenspannungen der zweiten Phase P2 und dritten Phase P3. Der vierte Zustand ist gekennzeichnet durch eine positive Phasenspannung der ersten Phase P1, einer negativen Phasenspannung der dritten Phase P3 und einer offe nen zweiten Phase P2. Der fünfte Zustand ist gekennzeichnet durch positive Phasenspannungen der ersten Phase P1 und zwei ten Phase P2 und einer negativen Phasenspannung der dritten Phase P3. Der sechste Zustand ist gekennzeichnet durch eine positive Phasenspannung der zweiten Phase P2, einer negativen Phasenspannung der dritten Phase P3 und einer offenen ersten Phase P1. Der siebte Zustand ist gekennzeichnet durch eine positive Phasenspannung der zweiten Phase P2 und negative Phasenspannungen der ersten Phase P1 und der dritten Phase P3. Der achte Zustand ist gekennzeichnet durch eine positive Phasenspannung der zweiten Phase P2, einer negativen Phasen spannung der ersten Phase P1 und einer offenen dritten Phase P3. Der neunte Zustand ist gekennzeichnet durch positive Pha senspannungen der zweiten Phase P2 und dritten Phase P3 und einer negativen Phasenspannung der ersten Phase P1. Der zehn te Zustand ist gekennzeichnet durch eine positive Phasenspan nung der dritten Phase P3, einer negativen Phasenspannung der ersten Phase P1 und einer offenen zweiten Phase P2. Der elfte Zustand ist gekennzeichnet durch eine positive Phasenspannung der dritten Phase P3 und negative Phasenspannungen der ersten Phase P1 und zweiten Phase P2. Der zwölfte Zustand ist ge kennzeichnet durch eine positive Phasenspannung der dritten Phase P3 und negative Phasenspannung der zweiten Phase P2 und einer offenen ersten Phase P1. The control unit SE contains twelve stored states. For each state it is determined which of the phases with egg ner positive or negative phase voltage is applied or not, d. H. which of the phases with which sign is energized or not. Each of the states has a time Liche duration, which corresponds to 30 °, with 360 ° on one full electric wave relates. The first state is ge characterized by positive phase voltages of the first phase P1 and third phase P3 and through a negative phase chip second phase P2. The second state is known characterized by a positive phase voltage of the first phase P1, a negative phase voltage of the second phase P2 and an open third phase P3. The third state is ge characterized by a positive phase voltage of the first Phase P1 and negative phase voltages of the second phase P2 and third phase P3. The fourth state is marked by a positive phase voltage of the first phase P1, one negative phase voltage of the third phase P3 and an open NEN second phase P2. The fifth state is marked by positive phase voltages of the first phase P1 and two th phase P2 and a negative phase voltage of the third Phase P3. The sixth state is marked by a positive phase voltage of the second phase P2, a negative one Phase voltage of the third phase P3 and an open first Phase P1. The seventh state is marked by a positive phase voltage of the second phase P2 and negative Phase voltages of the first phase P1 and the third phase P3. The eighth state is characterized by a positive one Phase voltage of the second phase P2, a negative phase voltage of the first phase P1 and an open third phase P3. The ninth state is characterized by positive Pha voltages of the second phase P2 and third phase P3 and a negative phase voltage of the first phase P1. The ten The state is characterized by a positive phase span voltage of the third phase P3, a negative phase voltage first phase P1 and an open second phase P2. The eleventh Condition is characterized by a positive phase voltage the third phase P3 and negative phase voltages of the first Phase P1 and second phase P2. The twelfth state is ge characterized by a positive phase voltage of the third Phase P3 and negative phase voltage of the second phase P2 and an open first phase P1.

Die abgespeicherten zwölf Zustände werden zur Ansteuerung der Leistungsschalter L1, L2 verwendet, wobei mittels eines Algo rithmus in der Steuereinheit SE die zwölf Zustände zeitlich aufeinanderfolgen und der Elektromotor gemäß dem aktuellen Zustand angesteuert wird. Etwa nach Ablauf des letzten Zu stands wird von neuem mit dem ersten Zustand begonnen. Da die zeitliche Dauer eines Zustandes von der Dauer einer vollen elektrischen Welle abhängt, wird regelmäßig die Drehzahl des Rotors R bestimmt.The stored twelve states are used to control the Circuit breaker L1, L2 used, using an Algo rhythm in the control unit SE the twelve states in time successive and the electric motor according to the current State is controlled. Approximately after the last close stands starts again with the first state. Since the duration of a state of the duration of a full electric shaft depends, the speed of the Rotors R determined.

Der Beginn des ersten Zustands wird unter Berücksichtigung einer evtl. Zentrierung des Kommutierungswinkels oder einer evtl. Vorkommutierung bei hohen Drehzahlen auf die Lage des Rotors R, der durch den Sensor S bestimmt wird, abgestimmt.The beginning of the first state is considered a possible centering of the commutation angle or a Possibly precommutation at high speeds on the position of the Rotor R, which is determined by the sensor S, matched.

Bei niedrigen Drehzahlen z. B. beginnt der erste Zustand bei 30° entsprechend der 120° Kommutierung des Standes der Tech nik.At low speeds e.g. B. the first state begins at 30 ° corresponding to the 120 ° commutation of the Tech technology.

In Fig. 6 sind der Verlauf des Stroms I durch die erste Pha se P1, die Phasenspannung UP der ersten Phase P1 sowie die durch den Rotor R in der ersten Phase P1 induzierte elektro motorische Kraft EMK bei mittleren Drehzahlen dargestellt. Induktivitäten, EMK und Freilaufeffekte wurden für den Strom I und die Phasenspannung P1 berücksichtigt.In FIG. 6 the curve of the current I are se by the first Pha P1, the phase voltage UP of the first phase P1, and the induced by the rotor R in the first phase P1 electromotive force emf shown at medium speeds. Inductances, EMF and free-wheeling effects were taken into account for the current I and the phase voltage P1.

Der Verlauf des Stroms I durch die erste Phase P1 bei mittle ren Drehzahlen ist außerdem in Fig. 3 dargestellt. Es lässt sich etwa in der Mitte der Halbwelle eine Ausbuchtung nach oben erkennen. Die durch den Rotor R in der ersten Phase P1 induzierte elektromotorische Kraft EMK ist ebenfalls in Fig. 3 dargestellt. Es lässt sich etwa in der Mitte der Halbwelle eine Einbuchtung nach unten erkennen. Die Ansteuerung der Phasen P1, P2, P3 zusammen mit der Ausgestaltung des Motors führt zu einem auf den Motor wirkenden Drehmoment D, der eine geringe Drehmomentenwelligkeit aufweist und ebenfalls in Fig. 3 dargestellt ist.The course of the current I through the first phase P1 at medium speeds is also shown in FIG. 3. A bulge upwards can be seen in the middle of the half-wave. The electromotive force EMK induced by the rotor R in the first phase P1 is also shown in FIG. 3. An indentation downwards can be seen approximately in the middle of the half-wave. The control of the phases P1, P2, P3 together with the design of the motor leads to a torque D acting on the motor which has a low torque ripple and is also shown in FIG. 3.

Claims

1. Method for controlling a brushless three-phase electric motor,
where block commutation is used,
in which the electric motor is controlled in such a way that the commutation angle is less than 180 ° and greater than 120 °.

2. The method according to claim 1,
where the electric motor has p pole pairs,
in which m states of equal length and consecutive time are defined, where m is a natural number,
it being determined for each state which of the phases (P1, P2, P3) is subjected to a positive or negative phase voltage or not,
where the size of m is determined in such a way that the following conditions are met:

a) an integer multiple of 2 gives m,
b) an integer multiple of 3 gives m,
c) an integer multiple of 360 ° / commutation angle gives m,

in which the states are determined in such a way that during each state two or three of the phases (P1, P2, P3) are subjected to a non-zero phase voltage, with two of the phases during at least one state and three of the phases during at least one further state are subjected to a phase voltage other than zero,
in which the time duration of a state is at least indirectly determined from the current speed of the electric motor and depending on the number of poles according to the following equation:
duration of a state = 1 / (m.speed.p),
in which the electric motor is controlled according to the current state, with the first state being started again approximately after the end of the last state.

3. The method according to claim 2, where m = 12.

4. The method according to claim 3, at which the commutation angle is 150 °.

5. The method according to any one of claims 2 to 4,
in which the electric motor has a rotor (R),
in which the start of the at least first state is matched to the rotational position of the rotor (R),
where other states begin when the previous state has expired.

6. The method according to claim 5, in which the rotary position of the rotor (R) with the help of a single sensor (S) is determined.

7. The method according to claim 5,
in which the EMF of at least one phase is measured in the de-energized state,
at which a certain rotational position of the rotor (R) is recognized when the measured EMF passes through a certain threshold value.

8. The method according to any one of claims 2 to 7, in which a first of the phases (P1) from the first state over the entire commutation angle and from the (m / 2 + 1) most State over the entire commutation angle with a non-zero phase voltage is applied.

9. The method according to claim 8, at least in a medium speed range of Electric motor the beginning of the first state in such a way on the Position of the rotor (R) that the beginning of the first state essentially coincides with the Be Start of the electrical wave through the rotor (R) in the first phase (P1) induced electromotive force (EMF).

10. The method according to claim 8 or 9, at least in an upper speed range of the Electric motor the beginning of the first state in such a way on the Position of the rotor (R) is matched that the first to stood all the earlier than the electrical wave from the Rotor (R) in the first phase (P1) induced elektromoto rischer Kraft (EMF) begins, the higher the desired rotation number of the electric motor is.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, at a low and / or medium speed block commutation by pulse width modulation is generated, the drive voltages of each of the three Phases (P1, P2, P3) are chosen the lower, the lower riger is the desired speed of the electric motor.

12. The method according to claim 11,
at which the commutation angle is 120 ° in the low speed range,
in which the commutation angle is symmetrical by 90 ° of the electrical wave of the electromotive force (EMF) induced by the rotor (R) in the respective phase.

13. Brushless three-phase electric motor that is turned on is directed that a method for its control after one of claims 1 to 12 can be applied.

14. Electric motor according to claim 13, whose phases have a high inductance.

15. Electric motor according to claim 13 or 14, whose electromagnetic components are configured in this way are that the ripple caused by the rotor (R) in the Phases (P1, P2, P3) induced electromotive force (EMF) counter to the ripple of the current through the pha sen (P1, P2, P3) runs.

16. Electric motor according to claim 15,
with a rotor (R) which can be rotated about an axis of rotation and which has magnetic poles (M) which are distributed uniformly around the axis of rotation,
with a stator (SA) which is arranged coaxially to the axis of rotation and the rotor (R) and has three stator teeth (Z) for two magnetic poles (M), which are evenly distributed around the axis of rotation,
in which the stator teeth (Z) have free surfaces that lie opposite the magnetic poles (M),
in which each stator tooth (Z) is provided with a single protruding element (E) which extends radially from the respective free surface in the direction of the rotor (R).

17. Electric motor according to one of claims 13 to 16, with a single sensor (S) or with no sensor Determination of the rotational position and / or the rotational speed speed of the rotor (R).

18. Electric motor according to one of claims 13 to 17,
with a control circuit (ST) for controlling the electric motor,
wherein the control circuit has six circuit breakers (L1, L2) and a control unit (SE) which opens or closes the circuit breaker (L),
wherein each phase (P1, P2, P3) is connected to two circuit breakers (L1, L2) connected in series between two voltage poles such that when the first circuit breaker (L1) and the second circuit breaker (L2) are closed, the phase with a positive phase voltage is applied and with the first circuit breaker (L1) open and the second circuit breaker (L2) closed, the phase is subjected to a negative phase voltage.