Bekannte Steuerungen für einsträngige, kollektorlose Gleichstrommotoren besitzen eine Zwischenkreiskapazität. Diese ist notwendig, um Spannungsspitzen bei der Kommutierung zu verhindern. Diese Zwischenkreiskapazität (Kondensator) verkürzt einerseits die Lebensdauer der Steuerschaltung und benötigt andererseits relativ viel Platz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Kommutierungsverfahren der eingangs genannten Art zu finden, bei dem auf eine Zwischenkreiskapazität verzichtet werden kann oder diese zumindest reduziert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass vor jedem Kommutierungszeitpunkt jeweils eines der paarweise durchgeschalteten Schaltelemente derart um eine bestimmte Zeit früher als das zugehörige andere Schaltelement geöffnet wird, dass der Strom über das noch eingeschaltete Schaltelement und eines der Freilaufelemente während eines Abklingvorgangs innerhalb der Halbleiterbrückenschaltung abgebaut wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist keine Zwischenkreiskapazität erforderlich, weil durch das Abklingen des in einer Motorwicklung fließenden Stromes keine Spannungsspitzen mehr entstehen. Ohne Zwischenkreiskapazität wird eine Steuerschaltung wesentlich kleiner, wobei sich die Lebensdauer der Steuerschaltung erheblich verlängert, weil die Zwischenkreiskapazität bisher die Lebensdauer bestimmt hat. Zudem wird dadurch eine Steuerschaltung wesentlich kostengünstiger.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Schaltdauer des einen Schaltelementes einem Prozentsatz von 50 % bis 90 %, insbesondere etwa 75 %, einer Sensorsignallänge des kollektorlosen Gleichstrommotors entspricht, wobei die Sensorsignallänge einer Zeit zwischen zwei Polübergängen entspricht. Der Faktor kann in vorteilhafter Weise durch Messungen in der Entwicklungsphase des Motors empirisch ermittelt werden. Er ist unter anderem abhängig von der Induktivität der Motorwicklung, der Gegen-EMK in Abhängigkeit von der Drehzahl, der Betriebsspannung und dem Arbeitspunkt. Günstig ist es, wenn die Kommutierungszeiten während verschiedener Phasen gemessen werden. Durch empirische Ermittlung wird der Faktor bestimmt, der festlegt, um wieviel die Schaltdauer bezüglich dieser Kommutierungszeiten verkürzt werden muss. Zu beachten ist hierbei, dass während einer Beschleunigungs-bzw. Anlaufphase der Abschaltzeitpunkt früher gelegt werden muss. Hierdurch wird die Steuerschaltung wesentlich vereinfacht.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn der durch die Freilaufdiode fließende Strom lediglich auf einen Restwert abgebaut wird. Zwar ist hierbei immer noch ein Kondensator als Zwischenkreiskapazität erforderlich, dieser kann jedoch wesentlich kleiner dimensioniert werden. Durch die kleinere Dimensionierung kann unter einem vertretbaren Kostenaufwand ein Kondensator mit längerer Lebensdauer verwendet werden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben werden an Hand der nachfolgenden Beschreibung und der Figuren erläutert. Dabei werden gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Es zeigen : Fig. 1 bis 6 Schaltbilder einer Steuerschaltung, und zwar Fig. 1 : einen ersten Schaltzustand eines bekannten Kommutierungsvorgangs, bei dem zwei Schaltelemente eingeschaltet sind, Fig. 2 : einen Freilaufstrom, der sich nach dem bekannten Kommutierungsvorgang einstellt, Fig. 3 : einen weiteren bekannten Schaltvorgang der anderen Schaltelemente, Fig. 4 : einen Schaltvorgang vor einem erfindungsgemäßen Abschalten nur eines Schaltelementes, Fig. 5 : einen erfindungsgemäßen Ausgleichsvorgang durch eine Freilaüfdiode, Fig. 6 : einen Schaltzustand nach dem Ausgleichsvorgang und Fig. 7 : Diagramme eines Kommutierungsablaufs und eines Stromverlaufs in einer Motorwicklung.

Zunächst wird an Hand der Figuren 1 bis 3 ein bisher bekannter Kommutierungsvorgang erläutert, bei dem eine Zwischenkreiskapazität unbedingt erforderlich ist.

Fig. 1 zeigt den Zustand vor einer Kommutierung, bei dem die als Transistoren ausgebildeten Halbleiterschaltelemente T1 und T4 eingeschaltet sind. Hierbei fließt ein Strom von einem Plus-Anschluss über den Transistor T1, eine Wicklung W und den Transistor T4 zu einem Minus-Anschluss, wobei W die Wicklung eines einsträngigen kollektorlosen Gleichstrommotors darstellt.

Während der Kommutierung, d. h. Abschalten der Transistoren T1 und T4 und Einschalten der Transistoren T2 und T3, fließt, in bekannter Weise, wie Fig. 2 veranschaulicht, zu diesem Zeitpunkt noch ein Strom in der Wicklung W. Dieser wird durch die Induktivität der Wicklung weitergetrieben und fließt über die Freilaufdioden D3 und D2 in den Zwischenkreis zurück. Die Ladungsträger werden in bekannter Weise von der Zwischenkreiskapazität C aufgenommen, wobei ein übermäßiges Ansteigen einer Zwischenkreisspannung durch die Kapazität bzw. den Kondensator C verhindert wird. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, sind die Transistoren T2 und T3 bereits eingeschaltet.

Wie die Fig. 3 veranschaulicht, kann durch die Wicklung W ein Strom erst in umgekehrter Richtung fließen, wenn der Freilaufstrom-in den Freilaufdioden D2 und D3 auf Null abgeklungen ist.

Wie nun an Hand der Figuren 4 bis 6 gezeigt werden wird, ist durch das erfindungsgemäße Kommutierungsverfahren kein Zwischenkreiskondensator mehr erforderlich.

Wie bei Fig. 1 sind zunächst die Transistoren T1 und T4 eingeschaltet, wie Fig. 4 zeigt.

Ein Strom fließt hierbei ebenfalls von dem Plus-Anschluss über den Transistor T1, die Wicklung W und den Transistor T4 zu dem Minus-Anschluss.

Um jedoch zu verhindern, dass bei der Kommutierung eine unzulässige Spannungserhöhung eintritt, wird bereits vor dem eigentlichen Kommutierungszeitpunkt, wie in Fig. 5 dargestellt, einer der beiden Transistoren ausgeschaltet, in diesem Fall der obere Transistor T1. Der Kommutierungszeitpunkt entspricht in der Regel dem Zeitpunkt, an dem ein Polübergang stattfindet. Der Polübergang entspricht einem Hallsignalwechsel eines in dem Gleichstrommotor in bekannter Weise integrierten Hallsignalsensors. Der Strom fließt durch die Induktivität der Wicklung W weiter, jedoch durch den weiterhin eingeschalteten Transistor T4 und die Freilaufdiode D3. Hierbei klingt der in der Wicklung W fließende Strom bis auf Null ab.

Fig. 6 veranschaulicht den Schaltzustand nach dem Kommutierungszeitpunkt, bei dem der verbleibende Transistor T4 ausgeschaltet und das andere Transistorpaar T2 und T3 eingeschaltet ist. Weil der Strom, wie schon erläutert, zu diesem Zeitpunkt bereits abgeklungen ist, ist ein Schalten gemäß Fig. 4 und Fig. 6 ohne Zwischenkreiskapazität möglich. Hierbei muss durch geeignete Wahl des Abschaltzeitpunktes unter allen Umständen sichergestellt werden, dass zum Zeitpunkt der Kommutierung bzw. eines Hallsignalwechsels, kein Strom in der Wicklung W fließt, weil sonst bei der Kommutierung auf Grund der fehlenden Zwischenkreiskapazität eine unzulässige Spannungserhöhung eintreten würde. Das entsprechende Abklingen des Stromes gilt natürlich auch für die andere Stromrichtung, wobei zunächst die Transistoren T2 und T4 eingeschaltet sind.

Um die erforderliche Einschaltzeit des ersten Transistors T1 zu bestimmen, kann die Zeit tHan zwischen zwei Polübergängen bzw. einem Hallsignalwechsel durch eine Versuchsanordnung mit Hilfe eines Controllers gemessen werden. Aus der gemessenen Zeit tHan und der Beziehung te ; = p x thrall kann die erforderliche Einschaltzeit des Transistors T1 ermittelt werden. Hierbei drückt der Faktor p das Verhältnis zwischen Einschaltzeit tein und der Hallsignallänge tHall in Prozent aus. In dem dargestellten Beispiel beträgt p = 75 %. Vorteilhaft ist es, wenn der Faktor p etwa zwischen 50 % und 90 % liegt. Der Faktor p kann durch Messungen empirisch ermittelt werden. Die Ermittlung des Faktors p erfolgt derart, dass der Strom zum Zeitpunkt des Hallsignalwechsels unter Vorgabe eines geschätzten Faktors p gemessen wird. Wie bereits oben erwähnt, muss der Strom zu diesem Zeitpunkt abgeklungen sein. Ist dies nicht der Fall, so muss der Faktor p verkleinert werden, wobei aber beachtet werden muss, dass ein zu geringer p-Faktor zu Leistungseinbußen am Motor führt.

Erforderlichenfalls ist der p-Faktor wieder entsprechend zu erhöhen.

Fig. 7 zeigt einen Hallsignalverlauf, den Schaltzustand der Transistoren T1 bis T4 sowie den Stromverlauf in der Wicklung W. Wie zu erkennen ist, wird T1 deutlich vor T4 abgeschaltet, so dass sich nach dem Abschalten von T1 ein zu Null abklingender Stromverlauf A einstellt. Zwischen dem Einschalten des nächsten Transistors T2 und dem Zeitpunkt, an dem der Strom in der Wicklung W Null erreicht hat, verbleibt vorzugsweise eine gewisse Zeit R. Diese Zeit R dient als Sicherheitsreserve.

In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Strom in der Freilaufdiode, z. B. D3, nicht auf Null, sondern nur auf einen Teil des ursprünglichen Stromes abklingt. Hierbei ist zwar eine Zwischenkreiskapazität C erforderlich, die jedoch im Vergleich zum Stand der Technik viel kleiner dimensioniert werden darf. Durch die kleinere Zwischenkreiskapazität C besteht immer noch eine gewisse Sicherheit vor Spannungsspitzen. Im Vergleich zu bekannten Verfahren werden dennoch Platz und Kosten eingespart.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.