用于启动汽车辅助组件驱动电机的方法和汽车辅助组件驱动电机与流程

本发明涉及一种用于启动电子换向的、无电刷的汽车辅助组件驱动电机(驱动电机)、特别是流体泵的直流电机的方法。此外，本发明涉及一种具有用于启动汽车辅助组件驱动电机的装置的汽车辅助组件驱动电机。

背景技术：

汽车辅助组件驱动电机，特别是BLDC电机或EC电机是充分已知的。这样的驱动电机通常包括具有至少一个定子线圈的电机定子和具有至少一个永久磁体的或永磁的电机转子，其中，定子线圈能借助控制电子器件和功率电子器件以预定的线圈电压和预定的恒定的启动旋转频率通电，以产生用于驱动电机转子的旋转励磁场或旋转磁场。通过以特定模式给定子线圈或多个定子线圈通电，可以例如由多相的和/或多股的以星形电路或三角电路构造的线圈系统产生旋转磁场，通过其可以“带动”或驱动永磁的电机转子。线圈的该有针对性的通电或线圈电压的换向通过有针对性地切换功率半导体进行。

在此，线圈电压应当被理解为电压脉冲或有效电压，其通过例如以几kHz的频率按照占空因数对直流供电电压进行时钟控制(Taktung)而产生。占空因数在此说明了周期性控制的接通时间或控制脉冲与周期持续时间的比率，并且由此确定能够通过这种方式施加到定子线圈的有效电压。时钟控制借助控制电子器件和/或功率电子器件进行。由此，为了按照脉宽调制以可变功率来控制驱动电机，控制电子器件可以以特定的占空因数控制功率电子器件。例如控制以22/250的起始占空因数开始，这相应于供电电压的大约10％。由此，例如12伏特的直流供电电压可以被时钟控制为施加到线圈的低得多的有效电压，也就是1.2伏特。最大线圈电压可以通过由功率电子器件将直流供电电压未时钟控制地传输到定子线圈来实现。

为了启动或起动驱动电机，需要将旋转磁场调谐到电机转子的位置或运动。为此可以要么借助传感器地要么无传感器地，例如通过在定子线圈中反向感应出的电压来确定转子位置。但是这样的测量通常在电机转子静止或速度极低的情况下由于反向感应出的信号极小而失效，如其在启动汽车辅助组件驱动电机时出现的那样。因此，对于转子位置的识别，通常需要最大转子转速的大约10％的最小转速。

因此在已知的方法中为了启动这样的驱动电机，至少直至最小转速，以规定的、通常极高的起始电压值给定子线圈通电，以便在所有可能的情况下确保电机转子的启动。特别是关于会影响转子启动的边界条件，如温度、负载或摩擦，对于起动过程预先给定这种高的线圈电压，从而产生大的磁力场，使得仅当存在电机转子的机械闭锁时，电机转子不会启动。在所有其它情况下电机转子都会启动。

众所周知，在电机转子启动之后，定子线圈一直不受调节地或“盲目地”根据刚性的模式方案或以定义的旋转频率来控制，直至电机转子达到最小转速，并且可以测量在线圈中反向感应出的信号，以进行转子位置识别，并且由此能够无传感器地采集转子位置。从该时间点起，可以切换到受调节的换向运行。

因此，在电机转子从静止转变为旋转的第一起动阶段和电机转子达到最小转速并且驱动电机由此可以转入受调节的运行的第二起动阶段之间进行区分。本发明仅涉及上面提到的第一起动阶段。

从DE 199 36 755 A1公知一种用于启动直流电机的方法，其中为了启动电机转子，根据刚性的模式“盲目地”控制定子线圈，其中，以高的线圈电压给线圈通电，使得转子(只要不存在转子的闭锁)在任何情况下都会启动。然后无传感器地借助在线圈中反向感应出的电压来采集转子的转动，从而可以通过微处理器调节线圈的通电。如果不能识别出转子启动，则电机停用。

但是用于启动转子的对线圈的这种强烈的过激励的控制导致高的功率消耗(由于高的无功功率分量)，由此最终降低了汽车辅助组件驱动电机的效率。特别是在已经在极小的线圈电压下启动的电机转子施加的负载小或相对空转的情况下，过激励的控制导致功率损失或效率损失提高。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种方法，其能够实现电子换向的、无电刷的汽车辅助组件驱动电机的省能量的、有效且可靠的启动或起动。此外提供一种装置，利用其可以运行这样的方法。

按照本发明，上述技术问题的解决方案通过具有权利要求1的特征的方法以及通过具有权利要求8的特征的汽车辅助组件驱动电机来实现。

按照本发明，用于启动电子换向的、无电刷的汽车辅助组件驱动电机的方法包括以下步骤：

以线圈电压给定子线圈通电，该线圈电压相应于预定的第一起始值。该起始值或起始电压值可以是最小的有效电压值，在该电压值下，虽然可以实现用于对齐或扭转转子的第一脉冲，但是还不会启动或带动电机转子。起始电压值是可变的并且可以对于每个起动过程重新设置或调整。

施加在定子线圈上的线圈电压或线圈电压值相应地以预定的电压差值逐步提高。连续地且跳跃式地进行逐步提高。逐步意味着，在两个提高阶段之间至少在一定时间内电压保持恒定。连续在此意味着，施加在线圈上的线圈电压在两个提高阶段之间不下降到零，而是保持不间断地施加，并且以特定的时间间隔跳跃式地提高预定的电压差值。线圈电压的逐步提高可以刚性地按照预定的模式进行，例如依据时间，其中，对驱动电机的控制在该情况下“盲目地”进行。随着线圈电压的提高，转子可以开始转变到所谓的“轮转(Toggeln)”，其中电机转子在两个定子线圈之间来回运动。在该状态下，转子是不稳定的并且会由于电流增长而导致驱动电机的加热。

在起动过程期间监视或测量在功率电子器件中流动或流过功率电子器件的电流。在监视电流时，分别将第一电流值与第二电流值相比较。由此可以采集电流曲线和特别是电流曲线中的波动或跳变。电流曲线中的波动表示电流中的相对大的变化，并且可以作为电流上升对准较大的电流的方向或者作为电流下降对准较小的电流的方向。可以连续地在至少起动过程的时间段上进行对电流的监视，优选在给定子线圈通电的整个时间段上进行监视。

在检测到从第一电流值至较小的第二电流值下降了最小值的电流下降的情况下，电机转子可能处于临界点(Kipppunkt)，并且开始跟随借助线圈产生的旋转磁场并且在一个方向上执行旋转运动。电流下降通过在线圈中反向感应出的电压实现。相应地，将下降了最小值的电流下降评价为转子启动的指示。电机转子的启动可以从所谓的“轮转”开始或直接从电机转子静止开始实现。下降的电流的采集尤其通过第一电流值与第二电流值的比较进行。在达到最小值或超过第一电流值与第二电流值之间的阈值的情况下才触发电流下降的检测。为此，可以进行相应地测量的电流值或电流差值与参考阈值的比较。优选地借助电流监视电子器件和/或控制电子器件进行电流下降的检测和/或比较。在检测到的电流下降或转子启动的时间点施加的线圈电压或线圈电压值在此是所谓的启动电压。

在检测到电流下降之后，结束逐步提高，并且随后进行另一个一次性提高，即所谓的安全提高，其将在结束时施加在定子线圈上的启动电压值提高预定的安全值。在安全提高之后，线圈电压处于第一运行电压值，在该第一运行电压值下，电机转子可以在不受调节的运行中被驱动或者驱动电机可以在不受调节的运行中运行。预定的安全值优选地是与前面为了逐步提高线圈电压而预先给定的电压差值不同的差值，特别地是比用于逐步提高的电压差值更大的安全值。预定的安全值可以是特定于应用的。

通过该方法，可以采集转子启动时的时间点和/或线圈启动电压值，并且使用由此获得的信息来控制和调节汽车辅助组件驱动电机。特别地，由此可以设置用于不受调节的运行的第一运行电压，并且由此在具有匹配到运行状态的电机电压的所有边界条件下进行驱动电机的起动，这可以明显减少驱动电机在该阶段的能量消耗。此外，通过采集电流下降可以唯一且可靠地确定，电机转子是处于旋转运动中还是被闭锁。此外，功率电子器件的部件和线圈在不受调节的运行中的热负荷更小。

优选地，在线圈电压安全提高到第一运行电压值之后，一直维持第一运行电压值，直至控制电子器件可以从不受调节的运行切换为受调节的运行。当电机转子达到最小转速，在该最小转速下，在定子线圈中反向感应出的信号对于转子位置测量足够大时，可以切换到受调节的运行。因此优选地，一直在线圈上施加运行电压值，直至电机转子升速到最小转速。驱动电机然后可以在受调节的运行中被驱动。替换地，在安全提高之后，线圈电压的第一运行提高可以提高预定的运行电压差值而提高到第二运行电压值，从而加速电机转子的升速。在该过程中在达到转子最小转速之后也可以切换到受调节的运行。

如果所监视的流过功率电子器件的电流超过预定的最大值，则优选结束线圈电压的逐步提高和/或减小电压值。在该情况下，可以将超过最大电流值评价为电机转子闭锁的征兆。

优选地，在以起始电压值给定子线圈通电之前，为了相对于定子线圈对准电机转子，向定子线圈施加测试电压脉冲和/或定向电压脉冲。在测试脉冲的情况下电机转子优选保持不动，在定向脉冲的情况下电机转子优选相对于定子线圈处于特定位置。特别地，转子可以旋转并对准定子线圈的方向，从而也可以预先给定电机转子的旋转方向。电机转子在该情况下还不会进行完全旋转。

优选地，在检测到电流下降之后，存储等于或大于启动电压值的至少一个存储器电压值。启动电压值是在检测到电流下降或转子启动时施加在定子线圈上的电压值。由此，可以存储线圈电压值，在该电压值下(在存在相同的边界条件的情况下)将会启动电机转子。存储可以以数据输入的形式在存储器模块中、例如在微处理器的主存储器中进行。除了对存储器电压值进行存储之外，还可以附加地存储另外的电压值，诸如初始的起始电压和/或运行电压。此外，可以存储边界条件和/或其它数据，特别是运行时间点和/或运行温度。由此可以确定特定运行点、也就是可靠的转子启动时间点的存储器电压值，并且例如为了维护和检测目的和/或为了针对随后的起动过程使用而进行存储。

优选地，在驱动电机的至少一个随后的起动过程中读取所存储的存储器电压值和/或用作起始电压值，从而以所存储的存储器电压值进行对于定子线圈的第一次通电。特别地，在存在相同的边界条件、例如相同的温度的起动过程中，使用存储器电压值作为起始电压值。只要使用存储器电压值作为起始电压，就可以对于至少一个步骤或对于整个起动过程，逐步提高起始电压。由此，起始电压在一定的时间段内施加在线圈上，由此电机转子可以借助所产生的旋转磁场转变为运动，特别是转变为旋转。在一种实施中，对于驱动电机的整个不受调节的运行，可以在定子线圈上保持施加所施加的相应于存储器电压的起始电压。

此外，存储器电压值的存储可以用于调整驱动电机的运行特性曲线，例如U/f特性曲线。特别地，可以将确定的数据用于建立优化的特性曲线族，其可以被用于随后的起动过程。

按照本发明，具有带有至少一个定子线圈的电机定子和带有至少一个永久磁体或永磁的电机转子的汽车辅助组件驱动电机，包括用于启动汽车辅助组件驱动电机的装置。用于启动的装置包括至少一个功率电子器件、电流监视电子器件和控制电子器件。

按照本发明，功率电子器件适用于，在定子线圈上施加具有可变的电压值的线圈电压。为此，功率电子器件可以由控制电子器件来控制。特别地，功率电子器件可以借助控制信号控制，使得施加在定子线圈上的线圈电压值被提高，以产生用于启动或加速转子的旋转磁场，或者替换地例如在采集到电流最大值的情况下线圈电压值被减小或断开。功率电子器件由此可以将在定义的值范围内可变地可设置的或时钟控制的线圈电压施加在定子线圈上。特别地，通过按照占空因数改变时钟控制来改变线圈电压。由此得到的、能够施加在定子线圈上的有效电压可以明显小于功率电子器件的供电电压。为此，功率电子器件可以具有至少一个功率半导体。值范围可以构造为从最小线圈电压，例如用于对准电机转子的测试电压或定向电压，直至驱动电机在满载的情况下可以运行的最大线圈电压。在此，最大线圈电压可以相应于功率电子器件的供电电压。

用于对流过功率电子器件的电流进行监视的电流监视电子器件构造为，用于检测在功率电子器件上下降的电流或从第一电流值至较小的第二电流值的电流下降。为此，电流监视电子器件可以具有电流传感器或电流测量电路，利用其可以连续地采集流过功率电子器件的电流。在检测到电流下降之后，电流监视电子器件优选地将信号输出到控制电子器件。此外，可以将电流监视电子器件集成到控制电子器件中。

为了控制和调节线圈电压，控制电子器件与功率电子器件和电流监视电子器件相连。由此，控制电子器件可以将功率电子器件控制为，使得施加、提高或减小施加在定子线圈上的线圈电压。对功率电子器件的控制可以依据预定的信号进行，例如用于启动驱动电机的信号。此外，信号可以是通过电流监视电子器件采集的电流的测量信号，从而控制电子器件依据电流来控制功率电子器件。控制电子器件例如可以在检测到电流下降的情况下将功率电子器件控制为，使得结束线圈电压的逐步提高；采集在线圈上施加的电压值，特别是启动电压值；和将线圈电压一次性地提高安全电压值。为了控制功率电子器件，控制电子器件可以具有启动模式发生器，用于产生和/或调整运行特性曲线。特别地，控制电子器件可以构造为微处理器。

在本发明的一种构造中，设置存储器读取模块，用于存储和/或读取至少一个线圈电压值，特别是所谓的存储器电压值。由此，存储器电压值可以用于维护目的、分析目的或用于随后的起动。存储器读取模块可以是永久存储器或临时存储器，诸如微处理器的主存储器。存储器读取模块可以适用于存储多个电压值或数据。

附图说明

下面根据优选的实施方式参考附图对本发明作进一步的说明。

图1示意性地示出了具有用于启动驱动电机的装置的汽车辅助组件驱动电机，

图2示意性地示出了用于说明用于启动汽车辅助组件驱动电机的方法的流程图，

图3示意性地示出了在第一次启动汽车辅助组件驱动电机时关于电流-电压曲线的曲线图，

图4示意性地示出了在随后启动汽车辅助组件驱动电机时关于电流-电压曲线的曲线图。

具体实施方式

图1示意性地示出了具有装置10的汽车辅助组件驱动电机1。驱动电机1具有电机定子2和电机转子3。电机转子3可以通过未示出的机轴与未示出的流体泵的未示出的泵轮连接。驱动电机1的定子2具有三个可通电的定子线圈21，转子3具有带有北极N和南极S的永久磁体31。为了对线圈21进行控制或通电，驱动电机1具有带有功率电子器件41的控制电子器件4，该功率电子器件适用于以定义的线圈电压200和启动旋转频率300给线圈21通电，其中，可设置线圈电压值201、200a、202、200b、200c、203、204。可设置的线圈电压值201、200a、202、200b、200c、203、204存储在控制电子器件4的存储器43中并且可以从那里调用。

特别地，施加在线圈21上的可变的线圈电压200通过例如以几kHz的频率和预定的占空因数在功率电子器件41中对驱动电机1的供电电压199进行时钟控制来实现。为此，控制电子器件4可以以特定的占空因数来控制功率电子器件41，例如控制以22/250的起始占空因数开始，这相应于供电电压199的大约10％。

在驱动电机1处设置电流监视电子器件42，用于监视540流过功率电子器件41的电流400。电流监视电子器件42作为具有低欧姆测量电阻的电流测量电路构造在电压源和负载之间。电流400可以通过建立关系来确定。电流监视电子器件42适用于，检测在功率电子器件41上下降的电流或从第一电流值401至较小的第二电流值402的电流下降403。

为了控制功率电子器件41，控制电子器件4具有控制模式发生器模块44，其适用于定义用于给线圈21通电的控制模式。控制电子器件4由此与功率电子器件41和电流监视电子器件42连接，以便例如依据电流下降403的检测541将功率电子器件41控制为，使得提高或减小施加在线圈21上的电压值201、200a、202、200b、200c、203、204。

图2示出了用于说明用于启动101、102汽车辅助组件驱动电机1的方法的流程图，通过其可以识别转子3的启动。为此，在第一步骤519中，对定子线圈21施加定向电压脉冲，以便电机转子3对准定子线圈21的方向。

在随后的步骤520中，对定子线圈21施加具有预定的第一起始电压值201的线圈电压200。起始电压脉冲201具有这样小的值，即，使得转子3本身还没有开始旋转。

在下一个步骤521中，将施加在线圈21上的电压200提高预定的电压差值200a。因此，施加在线圈21上的电压200被提高了该电压差值200a。电压差值200a是预先给定的，并且在此存储在存储器43中并可以从那里调用。现在一直重复步骤521或将电压200一直提高电压差值200a，直至检测到从第一电流值401至较小的第二电流值402的电流下降403。为此，在整个起动过程101、102期间，监视540在功率电子器件41上流过的电流400。

在步骤541中进行电流下降403的检测。这例如可以通过连续地比较第一电流值401与随后的第二电流值402来实现。在此，将处于第一电流值401和第二电流值402之间的电流差值400a与存储在存储器43中的阈值相比较。在超过所存储的阈值时，在控制电子器件4中产生用于控制功率电子器件41的信号。在电流下降403的瞬间启动转子3。

在本发明的该实施中，在检测541到电流下降403时施加的电压值202被存储在存储器43中。这在步骤530中进行。在驱动电机1的随后的起动过程102中，在步骤531中从存储器43中读取或调用存储在存储器43中的电压值202并且作为起始电压值201使用，可选地利用附加的安全余量。

可以对于不同的工作点执行用于启动转子3的上述步骤的该过程，并且存储在运行特性曲线或运行特性曲线族中，和/或在每个起动过程101、102中重新进行。然后或在线圈电压200提高预定的安全值200b而进一步一次性地提高到第一运行电压值203之后，可以实现驱动电机1的功率消耗的最佳值，这在下一个步骤522中进行。在第一运行电压203下，以不受调节的运行来控制驱动电机1。在本发明的本实施中，然后还进一步提高523线圈电压200，直至驱动电机1可以转入受调节的运行。

图3示出了在启动101、102汽车辅助组件驱动电机1时关于电流-电压曲线的曲线图。特别地，该曲线图示出了施加在定子线圈21上的线圈电压200以及在功率电子器件41处监视的电流400的时间上的变化。明显可以看出，线圈电压200怎样从起始电压值201连续地相应地提高电压差值200a。电流400也随着线圈电压200的逐步提高而上升。在线圈电压200达到启动电压值202的特定的点处，电流400突然下降并且开始保持在较低的水平上，或者(如在此所示出的)重新上升。该点是驱动电机1的临界点，其中转子3开始跟随借助线圈21产生的旋转磁场。

然后，线圈电压200重新提高安全值200b而被提高到第一运行电压203，其中驱动电机1在不受调节的运行下进一步启动。在该状态下，转子3可靠地跟随旋转磁场，该旋转磁场由根据预定模式刚性或盲目地控制线圈21来实现。

在图3中示出的本发明的实施中，线圈电压200从第一运行电压值203持续提高电压差值200c至第二运行电压值204。随着电压200的提高，可以相应地进行转速的升速或转子3的加速。当转子3在运行线圈电压204下最终达到最小转速时，可以测量转子位置，并且驱动电机1的运行可以从不受调节的运行转入受调节的运行。

图4示出了在至少第二次或随后启动102汽车辅助组件驱动电机1时具有线圈电压200和电流400的关于电流-电压曲线的曲线图。这意味着，驱动电机1已经事先执行了图1中所示的启动过程101，并且在存储器43中存储了相应于第一起动过程101的启动电压值202的存储器电压值。

现在，在随后的起动过程102中使用存储器电压值202，其中起始电压值201等同于存储器电压值202。由此，以存储器电压值202进行定子线圈21的第一次通电520。在该电压值(存储器电压值202)下，电机转子3适用于直接启动，从而可以直接检测541下降了最小值400a的电流下降403。

在检测到电流下降403之后，电压被提高安全值200b到运行电压203、204。在图4中所示的实施中(与图3中所示的实施不同)没有设置电压200的进一步提高。在此，转子3可以在运行电压203、204下随着时间的经过达到最小转速，从而驱动电机1可以被切换为受调节的运行。

替换地，可以使用相应于存储器电压值202和安全值200b的总和的电压值200作为起始电压值201。因此，起始电压值201已经包括安全值200b。由此，电机1可以直接以运行电压值203、204启动。在该情况下，可以没有电流下降403，其中，电力消耗直接跟随定子的旋转磁场。

附图标记列表

1 汽车辅助组件驱动电机

10 装置

2 电机定子

21 定子线圈

3 电机转子

31 永久磁体

4 控制电子器件

41 功率电子器件

42 电流监视电子器件

43 存储器读取模块

44 启动模式发生器模块

101 启动、起动过程

102 随后的起动过程

199 供电电压

200 线圈电压

201 起始电压；起始电压值

200a 电压差值

202 启动电压；启动电压值

200b 安全值

200c 运行电压差值

203 第一运行电压；第一运行电压值

204 第二运行电压；第二运行电压值

300 启动旋转频率

400 电流

401 电流降起点；上电流跳变值

402 电流降终点；下电流跳变值

403 电流下降

400a 最小值，电流跳变差值

519 施加定向电压

520 施加线圈电压

521 逐步提高线圈电压

522 安全提高线圈电压

523 运行提高线圈电压

530 存储电压值

531 读取电压值

532 调整运行特性曲线

540 监视电流

541 检测电流下降