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Patent Searching and Data


Title:
BRUSHLESS DIRECT CURRENT MOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/193031
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a brushless direct current motor comprising a stator, which has a plurality of armature coils, and a permanently excited rotor rotatable relative to the stator about an axis of rotation, which rotor has at least two opposite permanent magnet poles which generate an exciter field that can be described by an exciter field vector. A control device serves to control the armature coils in order to generate, on the stator, an armature field which runs around the axis of rotation and which can be described by an armature field vector, wherein the control device is configured to control the armature coils during operation of the direct current motor in such a way that an angle is set between the armature field vector and the exciter field vector. The control device (2) has a storage unit (20) that stores a characteristic map (K), wherein angle parameters (O) are contained in the characteristic map (K) and the storage device (2) is configured, on the basis of the characteristic map (K), to regulate the angle (α) between the armature field vector (A) and the exciter field vector (E) in accordance with the rotational speed (n) and the torque (M) of the rotor (11) during operation. In this way, a brushless direct current motor is provided which enables the operating behaviour of the motor during operation to be optimised with regard to various criteria, in particular with regard to efficiency, noise behaviour and electromagnetic emissions, but also enables said characteristics to be variably adapted by a user.

Inventors:
JOACHIMSMEYER DIRK (DE)
KRONEWALD MAXIM (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/061534
Publication Date:
December 08, 2016
Filing Date:
May 23, 2016
Export Citation:
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Assignee:
BROSE FAHRZEUGTEILE GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
H02P6/15; H02P23/00
Foreign References:
US20130187582A12013-07-25
EP1885054A12008-02-06
US5886489A1999-03-23
DE69319818T21998-12-03
US5886489A1999-03-23
US4356437A1982-10-26
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Claims:
Patentansprüche

1. Bürstenloser Gleichstrommotor, mit

- einem Stator, der eine Mehrzahl von Ankerspulen aufweist,

einem um eine Drehachse zum Stator drehbaren, permanenterregten Rotor, der zumindest zwei ungleichnamige Permanentmagnetpole aufweist, die ein durch einen Erregerfeldvektor beschreibbares Erregerfeld erzeugen,

einer Steuereinrichtung zum Ansteuern der Ankerspulen zum Erzeugen eines um die Drehachse an dem Stator umlaufenden, durch einen Ankerfeldvektor beschreibbaren Ankerfelds,

wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, im Betrieb des Gleichstrommotors die Ankerspulen so anzusteuern, dass sich ein Winkel zwischen dem Ankerfeldvektor und dem Erregerfeldvektor einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) eine ein Kennfeld (K) speichernde Speichereinheit (20) aufweist, wobei in dem Kennfeld (K) Winkelparameter (O) enthalten sind und die Steuereirichtung (2) ausgebildet ist, anhand des Kennfelds (K) den Winkel (a) zwischen dem Ankerfeldvektor (A) und dem Erregerfeldvektor (E) in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) und dem Drehmoment (M) des Rotors (1 1 ) im Betrieb zu regeln.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelparameter jeweils einen Offsetwinkel (O) angeben, der zu einem Referenzwinkel zu addieren ist.

3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Kennfeld (K) die Gestalt einer zweidimensionalen Matrix aufweist, in der

Winkelparameter (O) für vorbestimmte Kombinationen von Drehzahl (n) und Drehmoment (M) des Rotors (1 1 ) gespeichert sind.

4. Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die

Winkelparameter (O) in dem Kennfeld (K) entlang einer ersten Achse (X1 ) über dem Drehmoment (M) und entlang einer zweiten Achse (X2) über der Drehzahl (n) gespeichert sind.

Gleichstrommotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) ausgebildet ist, im Betrieb des Gleichstrommotors (1 ) die Drehzahl (n) und das Drehmoment (M) des Rotors (1 1 ) zu bestimmen und anhand der Drehzahl (n) und des Drehmoments (M) einen zugeordneten Winkelparameterwert (O) aus dem Kennfeld (K) zu bestimmen.

Gleichstrommotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) ausgebildet ist, den Winkelparameterwert (O) durch Interpolation aus den im Kennfeld gespeicherten Winkelparametern (O) zu bestimmen.

Gleichstrommotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Winkelparameter (O) das Betriebsverhalten des Gleichstrommotors (1 ) hinsichtlich der Motorakustik, der Motoreffizienz oder der elektromagnetischen Abstrahlung optimiert ist.

Gleichstrommotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld (K) programmierbar ist.

Gleichstrommotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (1 ) zur Bestimmung der Rotorposition sensorlos arbeitet.

Description:
Bürstenloser Gleichstrommotor

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Gleichstrommotor hat einen Stator, der eine Mehrzahl von Ankerspulen trägt. Zu dem Stator ist ein Rotor um eine Drehachse drehbar, wobei der Rotor permanenterregt ist und hierzu zumindest zwei ungleichnamige Permanentmagnetpole aufweist, die ein durch einen Erregerfeldvektor beschreibbares Erregerfeld erzeugen. Zudem weist der Gleichstrommotor eine Steuereinrichtung auf, die zum Ansteuern der Ankerspulen des Stators dient, um an den Ankerspulen im Betrieb des Gleichstrommotors ein um die Drehachse an dem Stator umlaufendes, durch einen Ankerfeldvektor beschreibbares Ankerfeld zu erzeugen. Zwischen dem Erregerfeldvektor und dem Ankerfeldvektor besteht im Betrieb des Gleichstrommotors ein Winkel, der durch die Steuereinrichtung gesteuert werden kann. Generell liegt (bei idealisierten Bedingungen) bei einem Winkel von 90° zwischen dem Ankerfeldvektor und dem Erregerfeldvektor ein maximales Drehmoment an dem Rotor an. Die Steuereinrichtung kann dazu dienen, diesen Winkel zu regeln, wie dies beispielsweise in der DE 693 19 818 T2 beschrieben ist.

Bei bürstenlosen Gleichstrommotoren wird unterschieden zwischen einer sensorgesteuerten Kommutierung und einer sensorlosen Kommutierung. Generell wird bei bürstenlosen Gleichstrommotoren das am Stator erzeugte, umlaufende Ankerfeld elektronisch kommutiert in Abhängigkeit von der Rotorposition, der Rotordrehzahl und dem Drehmoment. Die elektronische Kommutierung kann hierbei zum Regeln des Betriebsverhaltens des Gleichstrommotors verwendet werden.

Bei der sensorgesteuerten Kommutierung (sogenannte sensorgesteuerte bürstenlose Gleichstrommotoren) befinden sich Sensoren wie beispielsweise Hall-Sensoren zur Erfassung des magnetischen Flusses des Rotors oder optische Sensoren im Bereich des Stators. Die Sensoren liefern Informationen über die Rotorposition, die somit sensorisch erfasst wird. In Abhängigkeit von der sensorisch erfassten Rotorposition kann dann die elektronische Kommutierung eingestellt werden.

Bei der sensorlosen Kommutierung (sogenannte sensorlose bürstenlose Gleichstrommotoren) erfolgt die Erfassung der Rotorposition über die in den Ankerspulen des Stators induzierte Gegenspannung, die von der Steuereinrichtung zur Bestimmung der Rotorposition ausgewertet werden kann, was zumindest ab einer gewissen Mindestdrehzahl des Gleichstrommotors möglich ist. Zum Anfahren des Gleichstrommotors kann erforderlich sein, bis zum Erreichen der Mindestdrehzahl die Kommutierung blind zu schalten.

Bei Gleichstrommotoren ist gewünscht, eine Optimierung des Winkels zwischen dem Ankerfeldvektor und dem Erregerfeldvektor vorzunehmen, um ein günstiges Betriebsverhalten zu erreichen. Generell kann hierbei wünschenswert sein, den Gleichstrommotor mit hoher Effizienz zu betreiben. Ebenso kann jedoch auch gewünscht sein, den Gleichstrommotor hinsichtlich seines akustischen Verhaltens oder seiner elektromagnetischen Abstrahlung (im Rahmen der elektromagnetischen Verträglichkeit, kurz EMV) zu optimieren. Beispielsweise kann ein Gleichstrommotor in einem Drehzahlbereich ein Resonanzverhalten mit erhöhter Geräuschentwicklung aufweisen, die nach Möglichkeit vermieden werden sollte.

Aus der US 5,886,489 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor bekannt, bei dem die Rotorposition über einen Hall-Effekt-Sensor gemessen werden kann. Bei dem Motor wird der Kommutierungswinkel verändert, bis ein Punkt mit optimalem Wirkungsgrad erreicht ist.

Aus der US 4,356,437 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor bekannt, der die Rotorposition mit Hall-Sensoren erfasst. Die Steuerung des Motors erfolgt derart, dass der Wirkungsgrad erhöht und die Akustik verbessert ist.

Bei solchen bürstenlosen Gleichstrommotoren kann zudem gewünscht sein, das Betriebsverhalten des Motors nachträglich anzupassen oder zu verändern, um das Betriebsverhalten hinsichtlich bestimmter Kriterien zu optimieren. Wünschenswert wäre hierbei, dass ein Nutzer beispielsweise ein bestimmtes Betriebsverhalten vorgeben kann, um beispielsweise eine Optimierung hinsichtlich der Effizienz des Motors oder hinsichtlich des Geräuschverhaltens des Motors zu erreichen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen bürstenlosen Gleichstrommotor zur Verfügung zu stellen, der eine Optimierung des Betriebsverhaltens des Motors im Betrieb hinsichtlich unterschiedlicher Kriterien, insbesondere hinsichtlich der Effizienz, des Geräuschverhaltens und der elektromagnetischen Abstrahlung ermöglicht, dabei aber variabel durch einen Nutzer angepasst werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Demnach weist die Steuereinrichtung eine ein Kennfeld speichernde Speichereinheit auf, wobei in dem Kennfeld Winkelparameter enthalten sind und die Steuereinrichtung ausgebildet ist, anhand des Kennfelds den Winkel zwischen dem Ankerfeldvektor und dem Erregerfeldvektor in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem Drehmoment des Rotors im Betrieb zu regeln. Die vorliegende Erfindung geht von dem Gedanken aus, eine Regelung des Winkels zwischen dem Ankerfeldvektor und dem Erregerfeldvektor anhand eines in einer Speichereinheit der Steuereinrichtung gespeicherten Kennfelds durchzuführen. Das Kennfeld kann hierbei beispielsweise Offsetwinkel für vorbestimmte Kombinationen von Drehzahl und Drehmoment speichern, sodass die Steuereinrichtung für eine bestimmte im Betrieb auftretende Drehzahl-Drehmoment-Kombination einen zugeordneten Offsetwinkel auslesen oder anhand des Kennfelds auf sonstige Weise bestimmen kann. Dieser Offsetwinkel wird einem Referenzwinkel, beispielsweise 90° (elektrisch), hinzu addiert, um den Winkel zu erhalten, der zwischen den Ankerfeldvektor und dem Erregerfeldvektor eingestellt werden soll. Die Steuereinrichtung kommutiert den in die Ankerspulen eingeleiteten Strom zum Erzeugen des Ankerfelds dann in geregelter Weise so, dass sich der gewünschte Winkel einstellt.

Das Kennfeld weist vorzugsweise die Form einer zweidimensionalen Matrix auf. In dieser Matrix sind vorzugsweise Winkelparameterwerte für vorbestimmte Kombinationen von Drehzahl und Drehmoment gespeichert, wobei beispielsweise entlang einer ersten Achse Winkelparameter über dem Drehmoment und entlang einer zweiten Achse Winkelparameter über der Drehzahl eingetragen sein können. Im Betrieb kann die Steuereinrichtung dann anhand der Drehzahl und des Drehmoments des Rotors einen zugeordneten Winkelparameterwert, beispielsweise einen Offsetwinkel, auslesen, um anhand dessen den zwischen den Ankerfeldvektor und dem Erregerfeldvektor einzustellenden Winkeln zu bestimmen.

Die Steuereinrichtung ist vorteilhafterweise ausgebildet, im Betrieb des Gleichstrommotors die Drehzahl und das Drehmoment des Rotors zu bestimmen. Bei einem sensorgesteuerten bürstenlosen Gleichstrommotor kann die Drehzahl anhand der sensorisch erfassten Rotorposition ermittelt werden. Bei einem sensorlosen bürstenlosen Gleichstrommotor wird die Rotorposition anhand der induzierten Gegenspannung ermittelt. Die Drehzahl bestimmt sich dann aus der zeitlichen Ableitung der Rotorposition. Das Drehmoment hingegen ist proportional zum drehmomentbildenden Motorstrom und kann darüber messtechnisch bestimmt werden. Insbesondere trägt die Wirkleistung zum Drehmoment bei (während die Blindleistung nicht zum Drehmomentbeiträgt) und kann beispielsweise anhand eines Modells bestimmt werden. Das Drehmoment kann dann beispielsweise anhand folgender Gleichung berechnet werden:

IVl =— p · T · l„

2 q

Hierbei sind M das Drehmoment, p die Poolpaarzahl, Ψ die Flusskonstante und i q der drehmomentbildende Strom entlang der q-Achse.

In dem Kennfeld sind vorzugsweise in zweidimensionaler Matrixform Winkelparameter für vorbestimmte Kombinationen von Drehzahl und Drehmoment abgelegt. In der Regel werden sich im Betrieb des Motors jedoch ein Drehmoment und eine Drehzahl einstellen, die nicht exakt einer im Kennfeld abgelegten Drehzahl-Drehmoment-Kombination entsprechen. Um für eine bestimmte Drehzahl-Drehmoment-Kombination, die sich im Betrieb des Motors ergibt, einen Winkelparameterwert zu ermitteln, kann somit vorgesehen sein, anhand der im Kennfeld enthaltenen Stützstellen für das Drehmoment und die Drehzahl einen Winkelparameterwert durch Interpolation zu ermitteln. Die im Kennfeld gespeicherten Winkelparameter können eine Optimierung des Betriebsverhaltens des Gleichstrommotors anhand unterschiedlicher Kriterien bewirken. Diese Optimierung kann in unterschiedlichen Drehmoment-/Drehmomentbereichen unterschiedlich sein, sodass der Gleichstrommotor beispielsweise in einem Drehzahlbereich hinsichtlich seiner Effizienz, in einem anderen Drehzahlbereich aber hinsichtlich seiner Akustik optimiert sein kann. Auf diese Weise kann beispielsweise in einem Drehzahlbereich, bei dem sich bei nicht optimiertem Winkel eine Resonanz des Motors ergeben würde, eine resonante Geräuschentwicklung unterdrückt werden, indem der Winkel zwischen dem Ankerfeldvektor und dem Erregerfeldvektor in geeigneter Weise optimiert wird.

Abhängig von der Verwendung des Gleichstrommotors können sich unterschiedliche Bedürfnisse hinsichtlich der Optimierung ergeben. So kann gewünscht sein, den Gleichstrommotor ausschließlich hinsichtlich seiner Effizienz zu optimieren, insbesondere dann, wenn die Motorakustik nur eine untergeordnete Rolle spielt und eine Geräuschentwicklung nicht als störend empfunden wird. In anderer Verwendung kann jedoch gewünscht sein, dass eine übermäßige Geräuschentwicklung vermieden wird. Um somit den Gleichstrommotor variabel unterschiedlichen Gegebenheiten und Verwendungen anpassen zu können, kann vorgesehen sein, dass das Kennfeld programmierbar ist, also variabel von einem Nutzer angepasst werden kann. Hierzu können in dem Kennfeld gespeicherte Winkelparameterwerte variabel durch eine geeignete Programmierschnittstelle angepasst werden, oder es kann vorgesehen sein, dass das Kennfeld insgesamt ausgetauscht werden kann.

Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass in der Speichereinheit der Steuereinrichtung unterschiedliche Kernfelder abgelegt sind, die das Betriebsverhalten des Motors hinsichtlich unterschiedlicher Kriterien in unterschiedlicher Weise optimieren, wobei ein Nutzer zwischen diesen unterschiedlichen Kennfeldern auswählen kann, um auf diese Weise beispielsweise ein effizienzoptimiertes Betriebsverhalten oder ein effizienz- und akustikoptimiertes Betriebsverhalten zu erhalten.

Ein geeignetes Kennfeld kann beispielsweise empirisch aufgrund von Messungen durch einen Motorhersteller ermittelt und in der Speichereinheit abgelegt werden. Im späteren Betrieb kann das Kennfeld dann verwendet werden, wobei eine Umprogrammierung durch einen Nutzer stattfinden kann, wenn dieser eine Anpassung des Betriebsverhaltens in bestimmter Weise wünscht. Grundsätzlich ist denkbar, die vorliegende Erfindung sowohl für sensorgesteuerte bürstenlose Gleichstrommotoren als auch für sensorlose bürstenlose Gleichstrommotoren einzusetzen. In vorteilhafter Weise ist die vorliegende Erfindung aber insbesondere für den Betrieb von sensorlosen bürstenlosen Gleichstrommotoren geeignet, bei denen die Rotorposition in sensorloser Weise durch Auswertung der in den Ankerspulen induzierten Gegenspannung im Betrieb des Motors bestimmt wird.

Ein Gleichstrommotor der hier beschriebenen Art kann insbesondere bei Innenraumgebläsen im Fahrzeug zum Einsatz kommen. Solche Innenraumgebläse sollen - insbesondere bei neueren Fahrzeugen mit einer Start-Stopp-Automatik - leise sein. Insbesondere sollen Geräusche der Gebläsemotoren nicht hörbar sein (z.B. wenn das Fahrzeug aus ist). Gleichstrommotoren der hier beschriebenen Art können somit beispielsweise zum Antreiben von Lüfterrädern in solchen Innenraumgebläsen verwendet werden.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen: eine schematische Ansicht eines bürstenlosen Gleichstrommotors; Fig. 2 eine schematische Ansicht des bürstenlosen Gleichstrommotors, mit eingezeichnetem Ankerfeldvektor und Erregerfeldvektor; ein diagrammatische Darstellung des Drehmoments über dem Winkel zwischen dem Ankerfeldvektor und dem Erregerfeldvektor, mit einer Markierung bei einem Winkel von 90° (elektrisch);

Fig. 3B die Darstellung gemäß Fig. 3A, mit einer Markierung bei einem Winkel von

90° (elektrisch) plus einem Offsetwinkel; Fig. 4 eine Ansicht des bürstenlosen Gleichstrommotors, mit einem Winkel zwischen den Ankerfeldvektor und dem Erregerfeldvektor ungleich 90° (elektrisch); Fig. 5 eine Ansicht eines Kennfelds zur Regelung des Winkels;

Fig. 6 eine dreidimensionale Darstellung der im Kennfeld gespeicherten

Winkelparameter über dem Drehmoment und der Drehzahl;

Fig. 7 eine Ansicht des akustischen Verhaltens des Motors über der Drehzahl, ohne Optimierung des Offsetwinkels und mit Optimierung des Offsetwinkels;

Fig. 8 eine Ansicht der Effizienz des Motors über dem Drehmoment, ohne

Optimierung des Offsetwinkels und mit Optimierung des Offsetwinkels; und Fig. 9 eine Ansicht der elektromagnetischen Abstrahlung über der Frequenz, ohne Optimierung des Offsetwinkels und mit Optimierung des

Offsetwinkels.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht einen bürstenlosen Gleichstrommotor 1 , der eine Bestimmung der Rotorposition insbesondere sensorlos durchführen kann und somit als sensorloser bürstenloser Gleichstrommotor ausgestaltet ist.

Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor 1 ist ein Rotor 11 um eine Drehachse 1 10 drehbar zu einem Stator 10. Der Rotor 1 1 trägt zumindest zwei Permanentmagnetpole N, S und ist somit permanenterregt. Der Stator 10 hingegen trägt eine Mehrzahl von Ankerspulen a-c, in diesem Fall drei Ankerspulen.

Die Ankerspulen a-c weisen jeweils, schematisch eingezeichnet, eine Mehrzahl von Wicklungen auf, die beispielsweise um einen Statorpolzahn gewickelt sein können und in der schematischen Darstellung gemäß Fig. 2 durch Spulenleiter a1 , a2, b1 , b2, c1 , c2 angedeutet sind.

Generell weist der bürstenlose Gleichstrommotor 1 2N Permanentmagnetpole am Rotor 1 1 und drei oder mehr Ankerspulen 1 1 am Stator 10 auf.

Im Betrieb des Motors 1 wird ein Strom an die Ankerspulen a-c angelegt, um auf diese Weise ein Ankerfeld am Stator 10 zu erzeugen. Der Stromfluss in den Ankerspulen a-c wird hierbei mit einer Steuereinrichtung 2 derart elektronisch kommutiert, dass sich ein umlaufendes Ankerfeld am Stator 10 ergibt, dem der Rotor 11 nachfolgt, sodass der Rotor 1 1 in eine Drehbewegung D um die Drehachse 1 10 versetzt wird. Die Ankerspulen a-c werden im Betrieb des Motors 1 über drei Phasen L1 , L2, L3 zeitlich versetzt angesteuert, um das am Stator 10 umlaufende Ankerfeld zu erzeugen. Bei sensorlosen bürstenlosen Gleichstrommotoren werden hierbei beispielsweise zwei Phasen L1-L3 bestromt, während die dritte Phase L1-L3 als Messeleitung dient und zur Erfassung einer in der zugeordneten Ankerspule a-c induzierten Gegenspannung dient. Diese Gegenspannung kann ausgewertet werden, um die Rotorposition des Rotors 1 1 zu bestimmen und anhand der Rotorposition den Betrieb des Motors 1 zu regeln.

Wie schematisch in Fig. 2 dargestellt, ergibt sich im Betrieb des Motors 1 ein Winkel α zwischen dem Ankerfeld und dem Erregerfeld. Das am Stator 10 mittels der Ankerspulen a-c erzeugte Ankerfeld lässt sich hierbei durch einen Ankerfeldvektor A beschreiben, während das durch die Permanentmagnetpole N, S des Rotors 11 erzeugte Erregerfeld durch einen Erregerfeldvektor E beschrieben wird.

Bei idealisierten Bedingungen ergibt sich bei einem solchen bürstenlosen Gleichstrommotor ein maximales Drehmoment bei einem Winkel α von 90° zwischen dem Ankerfeldvektor A und dem Erregerfeldvektor E. Dies ist in Fig. 3A und 3B veranschaulicht, in denen das Drehmoment über dem Winkel α aufgetragen ist. Bei einem Winkel α = 90° (Bezug genommen wird jeweils auf den elektrischen Winkel) ist das Drehmoment maximal (siehe Fig. 3A). Ist der Winkel α hingegen Φ 90°, ist also ein Offsetwinkel zu dem Referenzwinkel von 90° hinzu addiert, so ergibt sich grundsätzlich ein kleineres Drehmoment (siehe Fig. 3B).

Ist der Winkel α ungleich 90°, weil ein Offsetwinkel zu dem Referenzwinkel von 90° hinzu addiert worden ist, so ergibt sich die in Fig. 4 dargestellte Situation, bei der der Erregerfeldvektor E einen Winkel α Φ 90° zu dem Ankerfeldvektor A aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Winkel α optimiert werden kann, um das Betriebsverhalten des Motors 1 hinsichtlich unterschiedlicher Kriterien zu beeinflussen. So kann der Winkel α optimiert werden, um eine optimale Effizienz des Motors 1 zu erhalten. Oder der Winkel α kann optimiert werden, um das akustische Verhalten des Motors 1 zu verbessern oder eine elektromagnetische Abstrahlung zu reduzieren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Regelung des Winkels α anhand eines Kennfelds K, wie dies beispielhaft in Fig. 5 dargestellt ist. Das Kennfeld K enthält Winkelparameterwerte, die einen Offsetwinkel O angeben, der dem Referenzwinkel von 90° hinzuzuaddieren ist. Grafisch sind diese Offsetwinkel O in Fig. 6 beispielhaft veranschaulicht und weisen Beträge zwischen 0° und 30° auf, wobei auch andere, insbesondere auch negative Werte möglich sind.

Im Kennfeld K sind die Winkelparameterwerte über dem Drehmoment M und der Drehzahl n des Rotors 11 gespeichert. Das Kennfeld K ist in einer Speichereinheit 20 (siehe Fig. 1 ) der Steuereinrichtung 2 hinterlegt. Im Betrieb des Motors 1 bestimmt die Steuereinrichtung 2 das Drehmoment M und die Drehzahl n des Rotors 11 und bestimmt anhand der anliegenden Drehmoment-Drehzahl-Kombination den Winkelparameterwert, der dem Referenzwinkel von 90° hinzuzuaddieren ist, um ein gewünschtes Betriebsverhalten für die aktuell anliegende Drehmoment-Drehzahl-Kombination zu erhalten.

Das Kennfeld K speichert Winkelparameterwerte für vorbestimmte diskrete Kombinationen von Drehmoment M und Drehzahl n. Entlang einer Achse X1 (entsprechend der horizontalen Achse in Fig. 5) sind hierbei Stützstellen M0-M6 für das Drehmoment M aufgetragen, während entlang einer zweiten Achse X2 (entsprechend der vertikalen Achse in Fig. 5) Stützstellen n0-n6 für die Drehzahl n enthalten sind. Im Betrieb liest die Steuereinrichtung 2 für eine anliegende Drehmoment-Drehzahl- Kombination einen zugeordneten Winkelparameterwert aus und addiert diesen dem Referenzwinkel von 90° hinzu, sodass sich der Winkel α ergibt, hinsichtlich dessen die Rotorposition 1 1 relativ zum umlaufenden Ankerfeld zu regeln ist. Die Kommutierung des in die Ankerspulen a, c eingespeisten Stroms erfolgt dann in entsprechend geregelter Weise. Generell werden die anliegende Drehzahl n und das Drehmoment M von den Stützstellen M0-M6, n0-n6 des Kennfelds K abweichen. Um für eine konkret bestehende Drehmoment-Drehzahl-Kombination einen Winkelparameterwert zu erhalten, wird daher zwischen den gespeicherten Winkelparameterwerten interpoliert. Liegt das aktuelle Drehmoment beispielsweise zwischen den Drehmomentstützstellen M2 und M3 und liegt die aktuell bestimmte Drehzahl zwischen den Drehzahlstützstellen n3 und n4, so wird zwischen den zugeordneten Winkelparameterwerten α32, α33, α42, a43 interpoliert, um den Winkelparameterwert zu erhalten, anhand dessen sodann geregelt wird. Anhand des Kennfelds K kann in unterschiedlichen Betriebsbereichen anhand unterschiedlicher Kriterien geregelt werden. So kann das Betriebsverhalten des Motors 1 generell derart geregelt werden, dass sich eine optimierte Effizienz des Motors 1 ergibt. In bestimmten Bereichen, beispielsweise in einem bestimmten Drehzahlbereich, können die in das Kennfeld K eingetragen Winkelparameterwerte hingegen so gewählt sein, dass sich ein optimiertes akustisches Verhalten ergibt.

Möglich ist beispielsweise, dass ein Motor 1 in einem bestimmten Drehzahlbereich ein Resonanzverhalten aufweist, also in einem bestimmten Drehzahlbereich es zu einer erhöhten mechanischen Schwingungsanregung an dem Motor 1 kommt. Dies ist in Fig. 7 schematisch dargestellt. Die Kurve S1 zeigt hierbei in einem bestimmten Drehzahlbereich ein Resonanzverhalten mit erhöhter akustischer Anregung. Durch Optimierung des Offsetwinkels kann dieses Resonanzverhalten unterdrückt werden, sodass sich, wie anhand der Kurve S2 dargestellt, in dem Drehzahlbereich, in dem - bei nicht optimiertem Offsetwinkel - ein Resonanzverhalten zu sehen war, keine besonders erhöhte akustische Anregung ergibt.

Zusätzlich oder alternativ kann das Kennfeld K die Effizienz des Motors 1 optimieren. Schematisch ist in Fig. 8 die Effizienz des Motors 1 (in Prozent) über dem Drehmoment M dargestellt. Mit Optimierung des Offsetwinkels O kann sich, wie anhand der Kurve S2 dargestellt, eine verbesserte Effizienz ergeben.

Wiederum zusätzlich oder alternativ kann hinsichtlich der elektromagnetischen Abstrahlung optimiert werden. Ein Motor 1 soll hierbei insbesondere in einem Radiofrequenzbereich, der beispielsweise dem UKW-Bereich entspricht (zwischen 80 MHz und 110 MHz) eine elektromagnetische Abstrahlung aufweisen, die unterhalb eines vorbestimmten Grenzwerts liegt. Wie schematisch in Fig. 9 dargestellt, kann durch Optimierung des Offsetwinkels (Kurve S2) die elektromagnetische Abstrahlung gegenüber einem nicht optimierten Offsetwinkel (Kurve S1 ) reduziert werden.

Es kann vorgesehen sein, dass das Kennfeld K durch einen Nutzer frei programmiert werden kann. Ein Nutzer kann somit das Kennfeld K so modifizieren, dass der Motor 1 ein für ihn gewünschtes Betriebsverhalten aufweist. Die Programmierung kann dadurch erfolgen, dass der Nutzer einzelne Winkelparameterwerte des Kennfelds K modifizieren kann oder das Kennfeld K insgesamt durch ein anderes ersetzen kann. Denkbar und möglich ist auch, dass in der Speichereinheit 20 der Steuereinrichtung 2 mehrere Kennfelder K hinterlegt sind, zwischen denen der Nutzer auswählen kann. So kann ein erstes Kennfeld beispielsweise eine Optimierung insbesondere hinsichtlich der Effizienz bewirken, während ein zweites Kennfeld eine Optimierung hinsichtlich des akustischen Verhaltens und ein drittes Kennfeld eine Optimierung hinsichtlich der elektromagnetischen Abstrahlung bewirkt.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausgangsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich generell auch in gänzlich anders gearteter Weise verwirklichen.

Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich bei sensorgesteuerten und auch bei sensorlosen bürstenlosen Gleichstrommotoren einsetzbar. Die Regelung erfolgt hierbei durch eine Steuereinrichtung anhand von der sensorisch erfassten Rotorposition (bei sensorgesteuerter Kommutierung) oder anhand der aus einer induzierten Gegenspannung ermittelten Rotorposition (bei sensorloser Kommutierung).

Bezugszeichenliste

1 Bürstenloser Gleichstrommotor

10 Stator

1 1 Rotor

1 10 Drehachse

2 Steuereinrichtung

D Drehbewegung

A Ankerfeldvektor

a, b, c Ankerspule

a1 , a2, b1 , b2, d , c2 Spulenleiter

α Winkel

E Erregerfeldvektor

K Kennfeld

L1. L2, L3 Phase

n Drehzahl

M Drehmoment

O Offset

S1 , S2 Kurve

X1. X2 Achse