DE102006026560B4 - Start-up procedure for a sensorless and brushless DC motor - Google Patents

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Abstract

Anlaufverfahren für einen sensor- und bürstenlosen, mehrphasig betriebenen Gleichstrommotor (14), bei dem der Gleichstrommotor (14) in einem offenen Betriebsmodus ohne Kenntnis der Position des Rotors (1) auf eine Umschaltdrehzahl beschleunigt wird und nach Erreichen der Umschaltdrehzahl in einem geschlossenen Betriebsmodus basierend auf der Kenntnis der Position des Rotors (1) betrieben wird,- bei dem nach Erreichen der Umschaltdrehzahl und vor einem Umschalten aus dem offenen Betriebsmodus in den geschlossenen Betriebsmodus die Drehzahl des Gleichstrommotors (14) konstant gehalten wird und zum Erzeugen einer Phasenverschiebung (12) zwischen Rotorfeld (6) und Statorfeld (7) gleichzeitig der Strom im Stator (2) reduziert wird, bis die in einer nichtbestromten Phase induzierte Spannung eine endliche Steigung ungleich Null aufweist, wobei während der endlichen Steigung ein Nulldurchgang (25) detektiert wird, und- bei dem ein anschließendes Umschalten aus dem offenen Betriebsmodus in den geschlossenen Betriebsmodus erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion des Nulldurchgangs (25) nur dann zu einem Umschalten in den geschlossenen Betriebsmodus führt, wenn der Nulldurchgang (25) innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters (29, 30) liegt.Starting method for a sensorless and brushless, multi-phase DC motor (14), in which the DC motor (14) is accelerated to a switching speed in an open operating mode without knowing the position of the rotor (1) and, after the switching speed has been reached, in a closed operating mode is operated on the knowledge of the position of the rotor (1), - in which, after the switching speed has been reached and before switching from the open operating mode to the closed operating mode, the speed of the DC motor (14) is kept constant and for generating a phase shift (12) between the rotor field (6) and the stator field (7) the current in the stator (2) is simultaneously reduced until the voltage induced in a non-energized phase has a finite slope unequal to zero, with a zero crossing (25) being detected during the finite slope, and - in which there is a subsequent switching from the open operating mode to the closed operating mode, characterized in that the detection of the zero crossing (25) only leads to a switching to the closed operating mode if the zero crossing (25) occurs within a predetermined time window (29 , 30) lies.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anlaufverfahren für einen sensor- und bürstenlosen, mehrphasig betriebenen Gleichstrommotor, bei dem der Gleichstrommotor in einem offenen Betriebsmodus ohne Kenntnis der Position des Rotors auf eine Umschaltdrehzahl beschleunigt wird und nach Erreichen der Umschaltdrehzahl in einem geschlossenen Betriebsmodus basierend auf der Kenntnis der Position des Rotors betrieben wird.The invention relates to a starting method for a sensorless and brushless, multi-phase DC motor, in which the DC motor is accelerated to a switching speed in an open operating mode without knowledge of the position of the rotor and, after the switching speed has been reached, in a closed operating mode based on knowledge of the position of the rotor is operated.

Die DE 10 2004 036 861 A1 betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von BLDC-Motoren. Mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung soll hinsichtlich des Arbeitens und des Startens des BLDC-Motors eine Verbesserung gewährleistet sein.The DE 10 2004 036 861 A1 relates to a circuit arrangement for driving BLDC motors. With the help of this circuit arrangement, an improvement should be ensured with regard to the working and starting of the BLDC motor.

Bei dem Motorsteuergerät der DE 10 2004 043 904 A1 führt eine Startdrehzahl-Einstelleinrichtung nach dem Start des Motors die Verarbeitung zum Erhöhen der Startdrehzahl durch. Wenn die Startdrehzahl einen vorbestimmten Wert kleiner als die Solldrehzahl erreicht, wird bestimmt, dass das Starten beendet ist und ein Übergang von dem Startbetrieb zu dem Normalbetrieb wird durchgeführt.In the case of the engine control unit DE 10 2004 043 904 A1 After the engine is started, a starting rotation speed setting means performs the processing for increasing the starting rotation speed. When the starting rotation speed reaches a predetermined value smaller than the target rotation speed, it is determined that the starting is completed and a transition from the starting operation to the normal operation is performed.

Die DE 103 46 555 A1 beschreibt eine Betriebssteuervorrichtung für einen Elektromotor und ein Steuerverfahren für diese. Um ein Außertrittfallen des Rotorfeldes gegenüber dem Statorfeld zu verhindern, umfasst die Betriebssteuervorrichtung eine Außertrittfallenbestimmungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein beginnendes Außertrittfallen zu detektieren. Beispielsweise ist die Außertrittfallenbestimmungseinrichtung dazu ausgelegt, die Veränderung der Spannung einer Statorwicklung während einer nicht erregten Periode zu überwachen. Dabei wird ein Nulldurchgang der induzierten Spannung ermittelt und die Spannungsintegrale vor und nach dem Nulldurchgang werden berechnet und miteinander verglichen. Liegt eine Flächendifferenz ungleich Null vor, so wird auf eine Abweichung zwischen der Position des Rotors und der Taktung der Wicklungen geschlossen. Durch Variieren der dem Elektromotor zugeführten Energie soll diese Abweichung anschließend behoben werden.The DE 103 46 555 A1 describes an operation control device for an electric motor and a control method for the same. In order to prevent the rotor field from stepping out of step with respect to the stator field, the operation control device comprises a stepping out determination device which is designed to detect the beginning of stepping out. For example, the step-out determination means is configured to monitor the change in voltage of a stator winding during a non-energized period. A zero crossing of the induced voltage is determined and the voltage integrals before and after the zero crossing are calculated and compared with one another. If the area difference is not equal to zero, then a discrepancy between the position of the rotor and the pulsing of the windings is inferred. By varying the energy supplied to the electric motor, this deviation is then supposed to be corrected.

Aus der US 4 743 815 A ist ein Steuersystem für einen mehrphasigen, bürstenlosen, permanentmagneterregten Motor bekannt. Bei derartigen Motoren wird ein den Rotor antreibendes Statordrehfeld generiert, indem in die Phasen des Stators blockförmige Gleichströme wechselnden Vorzeichens, unterbrochen von stromlosen Zuständen, eingeprägt werden. Der Zeitpunkt des Wechsels der Stromrichtung, auch Kommutierung genannt, muss dabei mit der aktuellen Position des Rotors abgestimmt werden, um stets ein die Bewegung aufrechterhaltendes Drehmoment zu erzeugen. In der US 4 743 815 A wird die Position des Rotors in Relation zum Stator periodisch ermittelt, indem der Zeitpunkt der Vorzeichenumkehr und damit der Nulldurchgang der in der unbestromten Phase induzierten Spannung bestimmt wird. Anhand dieser Positionsinformation ermittelt dann ein Mikroprozessor den optimalen Zeitpunkt der nächsten Kommutierung. Diese Betriebsart wird auch als geschlossene Steuerung bezeichnet. Da jedoch bei niedrigen Drehzahlen die Höhe der induzierten Spannung nicht ausreicht, um deren Nulldurchgang sicher zu erkennen, wird der Motor während des Startvorgangs in einer so genannten offenen Steuerung, bei der die Kommutierung ohne Kenntnis der Rotorposition erfolgt, bis zu einer Umschaltdrehzahl beschleunigt und erst anschließend im geschlossenen Steuer-Modus betrieben.From the U.S.A. 4,743,815 a control system for a multi-phase brushless permanent magnet motor is known. In such motors, a rotating stator field that drives the rotor is generated by impressing block-shaped direct currents of changing sign, interrupted by de-energized states, into the phases of the stator. The point in time at which the current direction changes, also known as commutation, must be coordinated with the current position of the rotor in order to always generate a torque that maintains the movement. In the U.S.A. 4,743,815 the position of the rotor in relation to the stator is determined periodically by determining the time of the sign reversal and thus the zero crossing of the voltage induced in the de-energized phase. A microprocessor then uses this position information to determine the optimum point in time for the next commutation. This operating mode is also referred to as closed control. However, since the level of the induced voltage is not sufficient at low speeds to reliably detect zero crossing, the motor is accelerated during the starting process in a so-called open control, in which commutation takes place without knowledge of the rotor position, up to a switching speed and only then then operated in closed control mode.

Während des Umschaltens vom offenen in den geschlossenen Betriebsmodus kann es jedoch passieren, dass der Rotor dem nunmehr zu etwas anderen Zeitpunkten kommutierten Drehfeld nicht mehr folgen kann und er droht, außer Tritt zu fallen. Dieser Vorgang wird von hohen Stromimpulsen begleitet. Bei niederohmigen Motoren, wie sie beispielsweise bei Kühlmittelpumpen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, fallen diese Stromimpulse oder Stromspitzen besonders hoch aus, was zur Zerstörung der Ansteuerelektronik des Motors führen kann. Die Anwendung eines sensor- und bürstenlosen Gleichstrommotors im Kraftfahrzeug bringt noch das zusätzliche Problem der wechselnden Umgebungsbedingungen mit sich, was zu erheblichen Lastschwankungen führen kann. Kommen zu den Lastschwankungen noch die durch den Wechsel vom offenen in den geschlossenen Betriebsmodus bewirkten Veränderungen im Kommutierungszeitpunkt hinzu, so wird ein Außer-Tritt-Fallen noch stärker wahrscheinlich.However, during the switchover from the open to the closed operating mode, it can happen that the rotor can no longer follow the rotating field, which is now commutated at slightly different points in time, and it threatens to lose step. This process is accompanied by high current pulses. In the case of low-impedance motors, such as those used in coolant pumps in motor vehicles, these current pulses or current peaks are particularly high, which can lead to the destruction of the control electronics of the motor. The use of a sensorless and brushless DC motor in a motor vehicle brings with it the additional problem of changing environmental conditions, which can lead to significant load fluctuations. If, in addition to the load fluctuations, there are also the changes in the commutation time caused by the change from the open to the closed operating mode, then an out-of-step falling becomes even more likely.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Anlaufverfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches mit hoher Sicherheit zum Erreichen des geschlossenen Betriebsmodus führt und bei welchem das Auftreten von Stromspitzen während des Umschaltens vom offenen in den geschlossenen Betrieb vermieden werden kann.It is therefore the object of the present invention to provide a starting method of the type mentioned at the outset which leads to reaching the closed operating mode with a high level of certainty and in which the occurrence of current peaks during switching from open to closed operation can be avoided.

Diese Aufgabe wird mit einem Anlaufverfahren nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved with a start-up method according to claim 1.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim offenen Betriebsmodus des bekannten Verfahrens der Nulldurchgang der Phasenspannungen deutlich später erfolgt als beim geschlossenen Betrieb. Dies kommt daher, da beim offenen Betrieb der Statorstrom erhöht wird, um ein Beschleunigen des Rotors auch bei Lastschwankungen und nichtoptimaler Kommutierung sicher zu gewährleisten. Der spätere Nulldurchgang der Phasenspannungen liegt nun darin begründet, dass die in der jeweils stromlosen Phase induzierte Spannung nicht mehr ausreicht, um die vorhandene Energie des erhöhten Statorstroms abzubauen, d.h. die Phasenspannung steigt und fällt in den stromlosen Phasen nicht mehr - wie beim geschlossenen Betrieb - rampenförmig an oder ab, sondern sie nähert sich einer Blockform an.The invention is based on the finding that in the open operating mode of the known method, the zero crossing of the phase voltages occurs significantly later than in closed operation. This is because the stator current is increased during open operation in order to ensure that the rotor is accelerated even with load fluctuations and non-optimal commutation. The Subsequent zero crossing of the phase voltages is due to the fact that the voltage induced in the currentless phase is no longer sufficient to dissipate the existing energy of the increased stator current, i.e. the phase voltage no longer rises and falls in the currentless phases - as in closed operation - in a ramp shape on or off, rather it approaches a block shape.

Der spätere Nulldurchgang der Spannung in der stromlosen Statorphase beeinflusst wiederum das Ergebnis des Verfahrens zur Bestimmung des nächsten Kommutierungszeitpunktes aus der Rotorposition, welches erstmalig beim Umschalten in den geschlossenen Betrieb durchgeführt wird, da dieses Verfahren den Kommutierungszeitpunkt ausgehend vom zuletzt gemessenen Nulldurchgang berechnet. Der erste berechnete Kommutierungszeitpunkt nach dem Umschalten liegt also weit von einem Optimum entfernt und birgt die Gefahr des Außer-Tritt-Fallens des Rotors.The subsequent zero crossing of the voltage in the de-energized stator phase in turn influences the result of the method for determining the next commutation time from the rotor position, which is carried out for the first time when switching to closed operation, since this method calculates the commutation time based on the last measured zero crossing. The first calculated commutation instant after switching is therefore far from an optimum and harbors the risk of the rotor falling out of step.

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, nach Erreichen der Umschaltdrehzahl die Drehzahl des Gleichstrommotors konstant zu halten und gleichzeitig den Strom im Stator zu reduzieren, bis die in einer nichtbestromten Phase induzierte Spannung eine endliche Steigung ungleich Null aufweist und während der endlichen Steigung ein Nulldurchgang detektiert wird.According to the invention, it is therefore proposed to keep the speed of the DC motor constant after the switching speed has been reached and at the same time to reduce the current in the stator until the voltage induced in a non-energized phase has a finite gradient not equal to zero and a zero crossing is detected during the finite gradient.

Die Erfindung und weitere Unterausführungen werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

  • 1a-c der Ablauf der Kommutierung an einem Schnittbild eines Motors im offenen Betriebsmodus;
  • 2a-c der Ablauf der Kommutierung an einem Schnittbild eines Motors im geschlossenen Betriebsmodus;
  • 3 eine Schaltkreis zum Betrieb des Kühlmittelpumpenmotors aus den 1 und 2;
  • 4 der Verlauf der induzierten Spannung zweier Statorphasen im offenen und geschlossenen Betriebsmodus;
  • 5 das Verhalten der induzierten Spannung einer Statorphase während des Umschaltens.
The invention and further sub-elaborations are explained in more detail below using an exemplary embodiment and the drawing. Show it
  • 1a-c the process of commutation on a sectional view of a motor in open operating mode;
  • 2a-c the process of commutation on a sectional view of a motor in closed operating mode;
  • 3 a circuit for operating the coolant pump motor from the 1 and 2 ;
  • 4 the course of the induced voltage of two stator phases in open and closed operating mode;
  • 5 the behavior of the induced voltage of a stator phase during switching.

In den 1a bis 1c und 2a bis 2c ist ein permanenterregter, dreiphasig betriebener Gleichstrommotor mit einer Polpaarzahl von n=2 geschnitten und schematisch dargestellt. Ein solcher Gleichstrommotor wird beispielsweise als Kühlmittelpumpenmotor im Bereich der Brennkraftmaschinenkühlung eines Kraftfahrzeuges verwendet. Der Rotor 1 des Pumpenmotors bewegt sich im Rechtslauf in Drehrichtung 8. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, werden stets zwei Phasen des Stators 2 eines solchen Gleichstrommotors bestromt, wobei die Bestromung mit entgegengesetztem Vorzeichen erfolgt, so dass sich zu den bestromten Phasen ein Magnetfeld entgegengesetzter Polarität herausbildet. Dementsprechend entstehen an der Phase 3 ein Nordpol N und an der Phase 4 ein Südpol S. Eine dritte Phase 5 wird nicht bestromt.In the 1a until 1c and 2a until 2c a permanently excited, three-phase DC motor with a number of pole pairs of n=2 is shown in section and schematically. Such a DC motor is used, for example, as a coolant pump motor in the field of internal combustion engine cooling in a motor vehicle. The rotor 1 of the pump motor moves clockwise in the direction of rotation 8. As is known from the prior art, two phases of the stator 2 of such a DC motor are always energized, with the energization taking place with the opposite sign, so that the energized phases have a Forms magnetic field of opposite polarity. Accordingly, a north pole N is formed on phase 3 and a south pole S on phase 4. A third phase 5 is not energized.

Der Rotor 1 hat sich in 1 soweit bewegt, dass der Vektor 6 seines magnetischen Feldes gleichgerichtet ist zum Vektor 7 des magnetischen Statorfeldes, wobei die Vorzeichen unterschiedlich sind. In den 1a bis 2c ist dabei zur Vereinfachung der Darstellung die Pfeilrichtung des Statorfeldes um 180° gedreht. Aufgrund der Gleichrichtung von Rotor- und Statorfeld wirkt kein Drehmoment mehr auf den Rotor 1. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem im offenen Betriebsmodus ein Umschalten der Stromrichtungen in den Statorphasen, als eine Kommutierung, vorgenommen wird. Die neue Bestromung der Statorphasen ist in 1b dargestellt. Die ursprünglich nicht bestromte Phase 5 wird nun zum Nordpol N und die ursprünglich als Nordpol bestromte Phase 3 bleibt jetzt stromlos. Das Statorfeld 7 wird dadurch um 60 Grad elektrisch weitergedreht, was einem mechanischen Winkel 11 von 30 Grad entspricht. Der Nordpol 9 des Rotors 1 wird nun vom Nordpol der bestromten Phase 5 des Stators 2 in Richtung 8 abgesto-ßen, d.h. die Drehbewegung wird weiter unterstützt. Ebenso wirkt die Anziehung zwischen der Phase 5 des Stators 2 und dem Südpol 10 des Rotors 1 antreibend. Die daraus folgende Weiterbewegung des Rotors 1 und des Rotorfeldes 6 in Drehrichtung 8 ist in 1c verdeutlicht. Das Rotorfeld 6 eilt also dem Statorfeld 7 jeweils nach. Sobald das Rotorfeld 6 das Statorfeld 7 wieder eingeholt hat und das Drehmoment somit wieder zu Null geworden ist, wird eine erneute Kommutierung des Statorfeldes 7 vorgenommen.The rotor 1 has in 1 moved so far that the vector 6 of its magnetic field is in the same direction as the vector 7 of the magnetic stator field, with the signs being different. In the 1a until 2c the arrow direction of the stator field is rotated by 180° to simplify the illustration. Due to the rectification of the rotor and stator fields, no more torque acts on the rotor 1. This is the point in time at which the current directions in the stator phases are switched over in the open operating mode, as a commutation. The new energization of the stator phases is in 1b shown. Phase 5, originally not energized, now becomes the north pole N and phase 3, originally energized as north pole, now remains currentless. As a result, the stator field 7 is electrically rotated further by 60 degrees, which corresponds to a mechanical angle 11 of 30 degrees. The north pole 9 of the rotor 1 is now repelled by the north pole of the energized phase 5 of the stator 2 in direction 8, ie the rotational movement is further supported. The attraction between the phase 5 of the stator 2 and the south pole 10 of the rotor 1 also has a driving effect. The resulting further movement of the rotor 1 and the rotor field 6 in the direction of rotation 8 is in 1c clarified. The rotor field 6 thus lags behind the stator field 7 in each case. As soon as the rotor field 6 has caught up with the stator field 7 again and the torque has thus become zero again, the stator field 7 is commutation again.

In den 2a bis 2c sind die Stellungen von Rotorfeld 6 und Statorfeld 7 im geschlossenen Betriebsmodus dargestellt. In 2a ist wieder der Zeitpunkt direkt vor der Kommutierung abgebildet. Das Rotorfeld 6 weist dabei jedoch zum Statorfeld 7 noch einen Phasenwinkel 12 von 60 Grad elektrisch auf. Bei einer Weiterdrehung des Rotors 1 würde das Drehmoment weiter abnehmen, bis es wie in 1a ganz Null werden würde. Um dies zu vermeiden, wird bereits zum Zeitpunkt in 2a kommutiert, d.h. das Statorfeld wird um weitere 60 Grad elektrisch weitergedreht. Daraus resultiert ein Phasenwinkel 13 von 120 Grad elektrisch zwischen Statorfeld 7 und Rotorfeld 6, entsprechend der Darstellung in 2b. Das Drehmoment wird dadurch gegenüber der Stellung in 2a vergrößert, was beispielsweise daran zu erkennen ist, dass zu der Anziehung zwischen dem Südpol der Phase 4 des Stators 2 und dem Nordpol 9 des Rotors 1 (siehe 2a) noch die Wirkung der Abstoßung zwischen dem Nordpol der Phase 5 des Stators 2 und dem Nordpol 9 des Rotors 1 verstärkend hinzukommt. Der Rotor 1 folgt also dem Statorfeld 7 weiter in Drehrichtung 8. In dem Zustand nach 2c hat der Rotor 1 die Hälfte von 60 Grad elektrisch zurückgelegt. Dementsprechend befinden sich die Südpole 10 des Rotors 1 direkt gegenüber der unbestromten Phase 3, d.h. der in der unbestromten Phase 3 auftretende magnetische Fluss nimmt seinen maximalen negativen Wert an. Entsprechend wird in der unbestromten Phase 3 eine Spannung induziert, welche dem magnetischen Fluss um 90 Grad elektrisch nacheilt sowie ein zum magnetischen Fluss entgegengesetztes Vorzeichen aufweist. Zu dem in 2c dargestellten Zeitpunkt findet gerade der Vorzeichenwechsel der induzierten Spannung statt, d.h. es ist ein Nulldurchgang an der stromlosen Phase 3 detektierbar. Anhand des detektierten Nulldurchgangs wird der nächste Kommutierungszeitpunkt ermittelt, welcher optimal nach einer weiteren Drehung des Rotors 1 um die Hälfte von 60 Grad elektrisch, also 30 Grad elektrisch, erfolgen sollte. Im geschlossenen Betriebsmodus nach den 2a bis 2c wird durch die Wahl des Kommutierungszeitpunktes auf eine Phasendifferenz von 60 Grad elektrisch zwischen Statorfeld 7 und Rotorfeld 6 dafür gesorgt, dass das Drehmoment niemals zu Null wird. Dementsprechend ist für die Aufrechterhaltung einer Drehbewegung des Rotors 1 im Mittel ein geringeres Drehmoment und dementsprechend ein geringerer Strom erforderlich, d.h. im geschlossenen Betriebsmodus wird ein deutlich besseres Wirkungsgrad erzielt als im offenen Modus.In the 2a until 2c the positions of the rotor field 6 and the stator field 7 are shown in the closed operating mode. In 2a the point in time directly before the commutation is shown again. However, the rotor field 6 still has a phase angle 12 of 60 degrees electrical to the stator field 7 . If the rotor 1 continued to rotate, the torque would continue to decrease until, as in 1a would become all zero. In order to avoid this, at the time in 2a commutated, ie the stator field is electrically rotated further by a further 60 degrees. This results in a phase angle 13 of 120 degrees electrically between the stator field 7 and the rotor field 6, as shown in FIG 2 B . The torque is thereby compared to the position in 2a enlarged, which can be seen, for example, from the fact that the attraction between the south pole of phase 4 of the stator 2 and the north pole 9 of the rotor 1 (see 2a) nor the effect of the repulsion between the north pole of the phase 5 of the stator 2 and the north pole 9 of the rotor 1 is added reinforcing. The rotor 1 thus follows the stator field 7 further in the direction of rotation 8. In the state according to 2c the rotor 1 has covered half of 60 degrees electrically. Accordingly, the south poles 10 of the rotor 1 are located directly opposite the de-energized phase 3, ie the magnetic flux occurring in the de-energized phase 3 assumes its maximum negative value. Correspondingly, a voltage is induced in the de-energized phase 3, which electrically lags behind the magnetic flux by 90 degrees and has an opposite sign to the magnetic flux. to the in 2c At the time shown, the sign of the induced voltage is changing, ie a zero crossing can be detected at the currentless phase 3. Based on the detected zero crossing, the next commutation time is determined, which should optimally take place after a further rotation of the rotor 1 by half of 60 electrical degrees, ie 30 electrical degrees. In the closed operating mode according to the 2a until 2c is ensured by the selection of the commutation time to a phase difference of 60 degrees electrically between the stator field 7 and the rotor field 6 that the torque never becomes zero. Accordingly, to maintain a rotational movement of the rotor 1, a lower torque and accordingly a lower current is required on average, ie a significantly better efficiency is achieved in the closed operating mode than in the open mode.

In 3 ist der Schaltkreis zum Betrieb des Kühlmittelpumpenmotors 14 aus den 1a bis 2c zu sehen. Der Motor 14 wird in Sternschaltung betrieben. Die drei Statorphasen 3, 4, und 5 werden über eine Leistungsendstufe 15 mit Spannung versorgt. In einer Überwachungsschaltung 16 wird die vom Bordnetz des Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellte Betriebsspannung Vbat überwacht und der aktuelle Wert der Betriebsspannung Vbat wird an eine Recheneinheit 17 geliefert. Die Recheneinheit 17 erhält des weiteren Informationen 18 von einer Komparatorschaltung 19, welche die Spannungen U3, U4 und U5 in den Phasen 3, 4 und 5 auf einen Nulldurchgang überwacht. Aus der Zeitdifferenz zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Nulldurchgängen zweier Motorphasen ermittelt die Recheneinheit 17 den zeitlich nächstfolgenden, optimalen Kommutierungszeitpunkt und steuert entsprechend die Leistundsendstufe 15 an. Bei der Berechnung des Kommutierungszeitpunktes kommt das Verfahren entsprechend der DE 103 08 859 A1 zur Anwendung, wie es in 4 anhand der gestrichelten Spannungsverläufe der Phasen 4 und 5 veranschaulicht wird.In 3 is the circuit for operating the coolant pump motor 14 of FIGS 1a until 2c to see. The motor 14 is operated in a star connection. The three stator phases 3, 4 and 5 are supplied with voltage via a power output stage 15. The operating voltage V bat made available by the vehicle electrical system is monitored in a monitoring circuit 16 and the current value of the operating voltage V bat is supplied to a computing unit 17 . The arithmetic unit 17 also receives information 18 from a comparator circuit 19, which monitors the voltages U 3 , U 4 and U 5 in phases 3, 4 and 5 for a zero crossing. From the time difference between two immediately consecutive zero crossings of two motor phases, the arithmetic unit 17 determines the next optimal commutation time and controls the power output stage 15 accordingly. When calculating the commutation time, the method comes according to the DE 103 08 859 A1 to apply as stated in 4 illustrated by the dashed voltage curves of phases 4 and 5.

Die in 4 durchgezogen dargestellten Spannungsverläufe zeigen die Spannung in den Statorphasen 3 und 4 während des offenen Betriebsmodus. Die gestrichelten Verläufe stellen die jeweilige Phasenspannung im geschlossenen Betriebsmodus dar.In the 4 Voltage waveforms shown in solid line show the voltage in stator phases 3 and 4 during the open mode of operation. The dashed curves represent the respective phase voltage in the closed operating mode.

Die Spannungsimpulse 20, 21, 22 und 23 verdeutlichen die Kommutierungszeitpunkte im geschlossenen Betrieb. Im Folgenden wird die Beziehung zwischen den 2a bis 2c und 4 hergestellt. Zum Zeitpunkt der Kommutierung 20 ist Phase 3 entsprechend der 2a als Nordpol bestromt, was einer positiven Betriebsspannung U0 entspricht. An Phase 4 ist das Vorzeichen entgegengesetzt. Nach der Kommutierung 20 wird in der stromlosen Phase 3 eine Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen induziert, infolge des Vorbeiwanderns des Südpols 10. Die Spannung U3 fällt dabei ausgehend von +U0 auf den negativen Wert -U0 ab, wobei der negative Wert bei einem optimalen Verfahren gerade zu dem Zeitpunkt erreicht wird, zu dem die nächste Kommutierung 21 stattfindet und die Phase 3 als Südpol bestromt werden wird. Die zeitliche Differenz ΔT zwischen der Kommutierung 20 und der Kommutierung 21 entspricht bei dem optimalen Verfahren einem elektrischen Winkel von 60 Grad und einem mechanischen Drehwinkel des Rotors von 30 Grad. Wie bereits beim Übergang von 2b zu 2c erläutert, tritt nach der Hälfte von T der Nulldurchgang 25 der in der stromlosen Phase 3 induzierten Spannung auf.The voltage pulses 20, 21, 22 and 23 illustrate the commutation times in closed operation. The following is the relationship between the 2a until 2c and 4 manufactured. At the time of commutation 20, phase 3 is in accordance with 2a energized as the north pole, which corresponds to a positive operating voltage U 0 . On phase 4 the sign is opposite. After commutation 20, a voltage with the opposite sign is induced in the currentless phase 3 as a result of the south pole 10 moving past. The voltage U 3 falls from +U 0 to the negative value -U 0 , the negative value at optimal method is reached at the point in time at which the next commutation 21 takes place and phase 3 will be energized as the south pole. In the optimal method, the time difference ΔT between the commutation 20 and the commutation 21 corresponds to an electrical angle of 60 degrees and a mechanical angle of rotation of the rotor of 30 degrees. As with the transition from 2 B to 2c explained, after half of T the zero crossing 25 of the voltage induced in the currentless phase 3 occurs.

Ein Verfahren zur Bestimmung des nächsten Kommutierungszeitpunktes wird in der DE 103 08 859 A1 beschrieben. In Anwendung dieses Verfahrens bestimmt die Recheneinheit 17 aus 3 die Zeitdifferenz ΔT zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Nulldurchgängen 25 und 26 der Phasen 4 und 3 und errechnet den nächsten Kommutierungszeitpunkt ausgehend vom zeitlich als zweiten gemessenen Nulldurchgang 26 durch Addition der halben Zeitdifferenz ΔT/2. Demnach muss die nächste Kommutierung zum Zeitpunkt 24 erfolgen. Diese würde sich in dem Verlauf der nicht dargestellten Spannung U5 der Phase 5 als Impuls abzeichnen.A method for determining the next commutation time is in DE 103 08 859 A1 described. The arithmetic unit 17 uses this method to determine 3 the time difference .DELTA.T between two immediately consecutive zero crossings 25 and 26 of phases 4 and 3 and calculates the next commutation time based on the second measured zero crossing 26 by adding half the time difference .DELTA.T/2. Accordingly, the next commutation must take place at time 24 . This would appear as a pulse in the course of the voltage U 5 of phase 5 (not shown).

Während des Anlaufens, d.h. während des Beschleunigens des Motors 14 aus dem Stillstand, tritt jedoch das Problem auf, dass der Betrag U0 der an den Phasen anliegenden Spannungen U3, U4 und U5 zu gering ist, um einen Nulldurchgang sicher erkennen zu können. Aus diesem Grund wird, entsprechend dem Stand der Technik nach der US 4 743 815 A der Motor 14 bis zu einer Umschaltdrehzahl im offenen Betriebsmodus nach den 1a bis 1c beschleunigt, wobei die Kommutierung im offenen Betriebsmodus zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt als im geschlossenen Betriebsmodus. Wie an 1b zu erkennen ist, befindet sich nach der Kommutierung 20 die Mitte des Südpols 10 des Rotors 1 bereits jenseits der stromlosen Phase 3, d.h. der Nulldurchgang der induzierten Spannung ist bereits erfolgt und es wird sofort eine idealisiert als Rechteck dargestellte, maximale negative Spannung -U0 induziert. Zum Zeitpunkt der Kommutierung 20 springt also die Spannung U3 vom positiven Maximalwert +U0 direkt auf den entgegengesetzten Wert -U0. Wie bereits im Zusammenhang mit den 1a bis 1c erläutert, schwankt das entstehende Drehmoment zwischen einem Maximalwert und Null.However, during the start-up, ie during the acceleration of the motor 14 from standstill, the problem arises that the amount U 0 of the voltages U 3 , U 4 and U 5 present at the phases is too low to reliably detect a zero crossing can. For this reason, according to the state of the art after the U.S.A. 4,743,815 the engine 14 up to a switching speed in the open operating mode according to 1a until 1c accelerated, with the commutation in the open operating mode taking place at a later point in time than in the closed operating mode. how on 1b can be seen, after the commutation 20 the center of the south pole 10 of the rotor 1 is already beyond the currentless phase 3, i.e. the zero crossing of the induced voltage has already taken place and a maximum negative voltage -U 0 , idealized as a rectangle, is immediately displayed induced. At the time of commutation 20, the voltage U 3 jumps from the positive maximum value +U 0 directly to the opposite value -U 0 . As already mentioned in connection with the 1a until 1c explained, the resulting torque fluctuates between a maximum value and zero.

Um trotzdem ein sicheres Hochlaufen des Motors 14 im offenen Betriebsmodus zu gewährleisten, wird der in die Phasen 3, 4 und 5 eingespeiste Strom gegenüber dem geschlossenen Betriebsmodus erhöht, so dass im Mittel ein ausreichend großes antreibendes Drehmoment zur Verfügung steht. Dementsprechend ist der absolute Wert der an den Phasen 3 bis 5 anliegenden Spannung U0 im offenen Modus deutlich größer als im geschlossenen Modus. In 4 sind die Spannungen in den verschiedenen Modi jedoch aus Gründen der vereinfachten Darstellung gleich groß gezeichnet. Aufgrund der erhöhten Betriebsspannung U0 im offenen Modus nähert sich der Verlauf der induzierten Spannung der dargestellten Rechteckform.In order to nevertheless ensure that the motor 14 starts up reliably in the open operating mode, the current fed into phases 3, 4 and 5 is increased compared to the closed operating mode, so that on average a sufficiently large driving torque is available. Accordingly, the absolute value of the voltage U 0 applied to phases 3 to 5 is significantly greater in the open mode than in the closed mode. In 4 However, the voltages in the different modes are drawn with the same size for reasons of simplification. Due to the increased operating voltage U 0 in the open mode, the course of the induced voltage approaches the rectangular shape shown.

Ist der Motor 14 mittels des offenen Betriebsmodus auf die Umschaltdrehzahl beschleunigt worden, so wird im Stand der Technik einfach auf den geschlossenen Betriebsmodus umgeschaltet, d.h. es wird direkt nach dem Umschalten die Zeitdifferenz ΔT zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen, also beispielsweise zwischen den Zeitpunkten 20 und 21 an den Phasen 3 und 4 gemessen. Als neuer Zeitpunkt für die nächste Kommutierung, bei der die Phase 5 stromlos geschaltet würde, wird der Zeitpunkt 26 ermittelt, da die halbe Zeitdifferenz ΔT/2 zum zweiten Nulldurchgang 21 hinzugerechnet wird. Dieser Kommutierungszeitpunkt liegt jedoch genau ΔT/2 vor dem eigentlich optimalen Kommutierungszeitpunkt 24. Wird zum Zeitpunkt 26 kommutiert, tritt sofort eine ruckartige Drehmomentänderung auf, die zu deutlichen Stromspitzen führen kann. Da der eingeprägte Strom im offenen Betriebsmodus bewusst hoch gewählt wurde, können die Stromspitzen unter Umständen schädigende Nebenwirkungen für die Elektronik des Motors 14 haben. Im ungünstigsten Fall, beispielsweise bei einem gleichzeitig stattfindenden Lastwechsel, kann der Motor 14 sogar außer Tritt fallen, d.h. der Rotor 1 ist dann nicht mehr in der Lage, dem Statorfeld 7 zu folgen. Solche Lastwechsel treten gerade bei Kühlmittelpumpen im Kraftfahrzeug häufig auf, da je nach aktuellem Zustand des Kühlsystems die Durchflussmenge an Kühlflüssigkeit durch die Pumpe variabel ist. Außerdem hängt die Viskosität der Kühlflüssigkeit in starkem Maße von der Umgebungstemperatur ab, die großen Schwankungen unterworfen sein kann.If the engine 14 has been accelerated to the switching speed by means of the open operating mode, in the prior art it is simply switched to the closed operating mode, i.e. the time difference ΔT between two consecutive zero crossings, i.e. between the times 20 and 21, for example, is measured immediately after switching measured on phases 3 and 4. Time 26 is determined as the new time for the next commutation, at which phase 5 would be switched currentless, since half the time difference ΔT/2 to second zero crossing 21 is added. However, this commutation time is exactly ΔT/2 before the actually optimum commutation time 24. If commutation occurs at time 26, a sudden torque change occurs immediately, which can lead to significant current peaks. Since the impressed current was deliberately chosen to be high in the open operating mode, the current peaks can have damaging side effects for the electronics of the motor 14 under certain circumstances. In the most unfavorable case, for example with a load change taking place at the same time, the motor 14 can even fall out of step, i.e. the rotor 1 is then no longer able to follow the stator field 7. Such load changes often occur with coolant pumps in motor vehicles, since the flow rate of coolant through the pump is variable depending on the current state of the cooling system. In addition, the viscosity of the cooling liquid depends to a large extent on the ambient temperature, which can vary greatly.

Zur Überwindung dieser Probleme schlägt nun die vorliegende Erfindung vor, nach dem Erreichen der Umschaltdrehzahl nicht einfach von einer Betriebsart in die andere umzuschalten, sondern vor dem Umschalten den Strom im Stator 2 zu reduzieren, bis die in der jeweils nicht bestromten Statorphase induzierte Spannung wieder beginnt, eine endliche Steigung ungleich Null aufzuweisen und bis während dieser endlichen Steigung ein Nulldurchgang der induzierten Spannung messbar ist. Der Zeitraum zwischen dem Beginn des Absenkens des Statorstroms und dem ersten sicheren Erkennen eines Nulldurchgangs in der induzierten Spannung endlicher Steigung wird im Folgenden als Umschaltphase bezeichnet.To overcome these problems, the present invention now proposes not simply switching from one operating mode to the other after the switching speed has been reached, but instead reducing the current in the stator 2 before switching until the voltage induced in the stator phase that is not energized begins again to have a finite non-zero slope and until a zero crossing of the induced voltage is measurable during this finite slope. The period of time between the start of the reduction in the stator current and the first reliable detection of a zero crossing in the induced voltage with a finite gradient is referred to below as the switching phase.

Die Wirkungsweise einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus 5 deutlich. In den 5a bis 5g ist der resultierende Verlauf der induzierten Spannung U4 in der nicht bestromten Phase 4 dargestellt, während der Gesamtstrom im Stator gleichmäßig reduziert wird. Zu sehen sind neben dem Spannungsverlauf U4 jeweils die optimalen Kommutierungszeitpunkte 27 und 28 sowie je ein Zeitfenster 29, welches den Zeitraum zwischen dem optimalen Kommutierungszeitpunkt 27 bzw. 28 und dem Erreichen der maximalen induzierten Spannung +/-U0 abdeckt, und ein Zeitfenster 30 innerhalb des Zeitfensters 29. In allen 5a bis 5g wird zum selben Zeitpunkt 30 kommutiert. Das Zeitfenster 29 zeigt den Zeitraum an, in dem die Phase 4 unbestromt ist. Innerhalb dieses Zeitfensters 29 wird also die Spannung U4 auf einen möglichen Nulldurchgang überwacht. Das innere Zeitfenster 30 grenzt den zeitlichen Bereich ein, innerhalb dem eine Umschaltung vom offenen in den geschlossenen Betriebsmodus ruckfrei möglich ist.The mode of operation of an embodiment of the method according to the invention is shown in FIG 5 clearly. In the 5a until 5g shows the resulting course of the induced voltage U 4 in the non-energized phase 4, while the total current in the stator is reduced uniformly. In addition to the voltage curve U 4 , the optimum commutation times 27 and 28 can be seen as well as a time window 29, which covers the period between the optimum commutation time 27 or 28 and when the maximum induced voltage +/-U 0 is reached, and a time window 30 within the time window 29. In all 5a until 5g is commutated at the same time 30. The time window 29 shows the period in which phase 4 is not energized. Within this time window 29, the voltage U 4 is monitored for a possible zero crossing. The inner time window 30 delimits the time range within which a switchover from the open to the closed operating mode is possible without jerks.

5a zeigt einen typischen Verlauf aus dem offenen Betriebsmodus, d.h. es wurde zum Zeitpunkt 31 kommutiert und die Spannung U4 ist sprungartig auf den induzierten Wert +U0 angestiegen. Der Rotor 1 dreht bereits mit seiner Umschaltdrehzahl. In 5b hat nun die Umschaltphase begonnen. Der Strom in den Statorphasen wird abgesenkt, was zu einem reduzierten Drehmoment führt. Als Folge davon entsteht eine leichte Phasenverschiebung zwischen Rotorfeld 6 und Statorfeld 7. Der Rotor 1 folgt also dem Statorfeld 7 um einen kleinen Drehwinkel verzögert. Dementsprechend tritt nach der Kommutierung 30 nicht sofort die maximale induzierte Spannung auf. Dieser Effekt wird durch die allmähliche Reduktion des Stromes weiter verstärkt, wodurch das Rotorfeld 6 nach und nach einen immer größeren Differenzwinkel zum Statorfeld 7 aufweist, bis der nach 2a optimale Unterschied von 60 Grad elektrisch erreicht ist, was durch 5e veranschaulicht wird. Durch die Stromabsenkung wurde also die Differenzlage bzw. der Phasenwinkel zwischen Rotorfeld 6 und Statorfeld 7 von der Situation aus 1a in die Situation aus 2a überführt. 5a shows a typical curve from the open operating mode, ie it was commutated at the point in time 31 and the voltage U 4 jumped to the induced value +U 0 . The rotor 1 is already rotating at its switching speed. In 5b the switching phase has now begun. The current in the stator phases is lowered, which leads to a reduced torque. As a result, there is a slight phase shift between the rotor field 6 and the stator field 7. The rotor 1 thus follows the stator field 7 with a delay of a small angle of rotation. Accordingly, the maximum induced voltage does not occur immediately after the commutation 30 . This effect is further intensified by the gradual reduction of the current, as a result of which the rotor field 6 gradually has an ever-increasing differential angle with respect to the stator field 7, until the 2a optimal difference of 60 degree is achieved electrically what is through 5e is illustrated. As a result of the current reduction, the differential position or the phase angle between the rotor field 6 and the stator field 7 became apparent from the situation 1a into the situation 2a transferred.

Der Nulldurchgang der Phasenspannung U4 tritt bereits ab 5d im zeitlichen Rahmen des inneren Zeitfensters 30 auf, d.h. bereits nach einer Absenkung des Statorstroms bis zu dem 5d entsprechenden Wert ist eine ruckfreie Umschaltung in den geschlossenen Betriebsmodus möglich. In 5f wurde der Strom bereits soweit abgesenkt, dass der Phasenwinkel zwischen Rotorfeld 6 und Statorfeld 7 bereits größer ist als in 2a. Bei einer weiteren Absenkung des Stroms entsprechend der 5g hinkt das Rotorfeld 6 dem Statorfeld 7 bereits soweit hinterher, dass der Rotor zu kippen droht. Um einen solchen Zustand sicher auszuschließen, wird gemäß der Ausführungsform der Erfindung ein Umschalten zwischen den Betriebsmodi ausschließlich innerhalb des Zeitfensters 30 zugelassen, d.h. der Zustand aus 5f wird niemals erreicht.The zero crossing of the phase voltage U 4 already occurs 5d in the time frame of the inner time window 30, ie after a reduction in the stator current up to the 5d corresponding value, a jerk-free switchover to the closed operating mode is possible. In 5f the current has already been reduced to such an extent that the phase angle between the rotor field 6 and the stator field 7 is already greater than in 2a . With a further reduction in the current according to the 5g the rotor field 6 already lags behind the stator field 7 so far that the rotor threatens to tilt. In order to reliably rule out such a state, according to the embodiment of the invention, switching between the operating modes is permitted exclusively within the time window 30, ie the state off 5f will never be reached.

Zusammenfassend wird ein Anlaufverfahren für den Motor 14 gemäß einer insbesondere für den Kraftfahrzeugbereich vorgesehenen Ausführung der Erfindung in einzelnen Schritten kurz beschrieben:

  • In einem ersten Schritt wird der Rotor 1 sicher zum Stillstand in einer definierten Position gebracht. Hierzu wird der Stator mit einem definierten Konstantstrom geringer Amplitude beaufschlagt, d.h. das Statorfeld 7 wird in einer festen Position eingeprägt. Dadurch wird der Rotor unabhängig von seiner Ausgangsposition sicher in die Rotorposition bewegt, bei der das Drehmoment wieder zu Null wird, beispielsweise entsprechend 1a.
In summary, a starting method for the motor 14 according to an embodiment of the invention intended in particular for the motor vehicle sector is briefly described in individual steps:
  • In a first step, the rotor 1 is safely brought to a standstill in a defined position. For this purpose, the stator is subjected to a defined constant current of low amplitude, ie the stator field 7 is impressed in a fixed position. As a result, the rotor is safely moved, regardless of its initial position, to the rotor position at which the torque becomes zero again, for example correspondingly 1a .

In einem zweiten Schritt wird der Rotor 1 im offenen Betriebsmodus auf seine Umschaltdrehzahl beschleunigt. Damit die Umschaltdrehzahl auch bei Lastschwankungen und variablen Umgebungsbedingungen sicher erreicht wird, wird während der Hochlaufens der Statorstrom auf einen Wert erhöht, der auch bei schwierigsten Bedingungen ein ausreichend hohes Drehmoment gewährleistet. Im Fall einer Kühlmittelpumpe bedeuten schwierigste Bedingungen, dass sehr niedrige Umgebungstemperaturen herrschen, bei denen die Kühlflüssigkeit besonders dickflüssig ist und dass gleichzeitig eine größtmögliche Durchflussmenge angefordert wird. Die Erhöhung des Statorstrom erfolgt außerdem proportional zur zunehmenden Rotordrehzahl.In a second step, the rotor 1 is accelerated to its switching speed in the open operating mode. To ensure that the changeover speed is reliably reached even with load fluctuations and variable ambient conditions, the stator current is increased to a value during run-up that ensures a sufficiently high torque even under the most difficult conditions. In the case of a coolant pump, the most difficult conditions mean that there are very low ambient temperatures at which the coolant is particularly viscous and that the greatest possible flow rate is required at the same time. The increase in the stator current is also proportional to the increasing rotor speed.

Da im Kraftfahrzeugbereich außerdem mit Schwankungen im Bordnetz und damit in der Versorgungsspannung Vbat nach 3 gerechnet werden muss, wird zusätzlich die Spannung Vbat mittels der Recheneinheit 17 überwacht und durch entsprechende Ansteuerung der Leistungsendstufe 15 dafür gesorgt, dass der Statorstrom und damit das Drehmoment gegenüber den Schwankungen von Vbat konstant gehalten wird.Since in the motor vehicle sector there are also fluctuations in the vehicle electrical system and thus in the supply voltage V bat after 3 has to be calculated, the voltage V bat is additionally monitored by means of the computing unit 17 and it is ensured by appropriate activation of the power output stage 15 that the stator current and thus the torque are kept constant with respect to the fluctuations of V bat .

Im dritten Schritt, wenn die Umschaltdrehzahl erreicht ist, wird mit der Umschaltphase begonnen. Dabei wird die Umschaltdrehzahl konstant gehalten und gleichzeitig der Statorstrom kontinuierlich reduziert. Die Recheneinheit 17 überwacht dabei mit Hilfe der Komparatorschaltung 19 die Spannungen an den Phasen 3, 4 und 5 während des jeweiligen stromlosen Zustands, also innerhalb der jeweiligen Zeitfenster 29 auf ihre Nulldurchgänge. Sobald ein Nulldurchgang innerhalb eines der inneren Zeitfenster 30 auftritt, wird die Umschaltung in den geschlossenen Betriebsmodus vorgenommen. Alternativ kann auch eine Mindestanzahl an Nulldurchgängen innerhalb der inneren Zeitfenster 30 abgewartet werden, bevor die Umschaltung erfolgt. Wird im ungünstigsten Fall kein Nulldurchgang erkannt, obwohl die Nulldurchgänge infolge weiterer Stromabsenkung bereits durch die zugehörigen Zeitfenster 30 hindurchgewandert sind, entsprechend der 5f und 5g, so erfolgt ein Neustart, beginnend mit dem ersten Schritt. Eine Gefährdung der Elektronik kann aber auch in einem solchen Fall sicher ausgeschlossen werden.In the third step, when the switching speed is reached, the switching phase begins. The switching speed is kept constant and the stator current is continuously reduced at the same time. The arithmetic unit 17 uses the comparator circuit 19 to monitor the voltages at the phases 3, 4 and 5 during the respective currentless state, ie within the respective time window 29, for their zero crossings. As soon as a zero crossing occurs within one of the inner time windows 30, the switchover to the closed operating mode takes place. Alternatively, it is also possible to wait for a minimum number of zero crossings within the inner time window 30 before switching takes place. If, in the worst case, no zero crossing is detected, although the zero crossings have already migrated through the associated time window 30 as a result of further current reduction, according to FIG 5f and 5g , a restart occurs, starting with the first step. A hazard to the electronics can also be safely ruled out in such a case.

Im vierten Schritt läuft der geschlossene Betriebsmodus nach dem Stand der Technik ab, d.h. dass zum Beispiel durch Variation der Statorspannung eine gewünschte Variation der Rotordrehzahl vorgenommen werden kann.In the fourth step, the closed operating mode takes place according to the prior art, i.e. a desired variation in the rotor speed can be made, for example by varying the stator voltage.

Durch das erfindungsgemäße Absenken des Statorstroms bei gleichzeitiger Überwachung der Nulldurchgänge der induzierten Spannungen wird gewährleistet, dass unabhängig vom aktuellen Lastfall ein sicheres Umschalten vom offenen in den geschlossenen Betriebsmodus stattfindet, ohne die Motorelektronik und insbesondere die Leistungsendstufe 15 zu gefährden. Der Motorzustand ist dabei immer bekannt, d.h. es kann eine lückenlose Fehlerüberwachung durchgeführt werden. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichte Vermeidung von Stromspitzen erlaubt eine Auslegung der Leistungsendstufe 15 für niedrigere Stromwerte, d.h. die Leistungsendstufe 15 kann besser an den eigentlichen Arbeitsbereich des Motors 14 angepasst werden. Vorteilhaft ist außerdem, dass für die Realisierung des Verfahrens keine zusätzlichen Hardwarekomponenten notwendig sind.The inventive lowering of the stator current while simultaneously monitoring the zero crossings of the induced voltages ensures that, regardless of the current load case, safe switching from the open to the closed operating mode takes place without endangering the motor electronics and in particular the power output stage 15 . The engine status is always known, i.e. a complete error monitoring can be carried out. The avoidance of current peaks achieved by the method according to the invention allows the power output stage 15 to be designed for lower current values, i.e. the power output stage 15 can be better adapted to the actual operating range of the motor 14. It is also advantageous that no additional hardware components are required to implement the method.

Claims (7)

Anlaufverfahren für einen sensor- und bürstenlosen, mehrphasig betriebenen Gleichstrommotor (14), bei dem der Gleichstrommotor (14) in einem offenen Betriebsmodus ohne Kenntnis der Position des Rotors (1) auf eine Umschaltdrehzahl beschleunigt wird und nach Erreichen der Umschaltdrehzahl in einem geschlossenen Betriebsmodus basierend auf der Kenntnis der Position des Rotors (1) betrieben wird, - bei dem nach Erreichen der Umschaltdrehzahl und vor einem Umschalten aus dem offenen Betriebsmodus in den geschlossenen Betriebsmodus die Drehzahl des Gleichstrommotors (14) konstant gehalten wird und zum Erzeugen einer Phasenverschiebung (12) zwischen Rotorfeld (6) und Statorfeld (7) gleichzeitig der Strom im Stator (2) reduziert wird, bis die in einer nichtbestromten Phase induzierte Spannung eine endliche Steigung ungleich Null aufweist, wobei während der endlichen Steigung ein Nulldurchgang (25) detektiert wird, und - bei dem ein anschließendes Umschalten aus dem offenen Betriebsmodus in den geschlossenen Betriebsmodus erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion des Nulldurchgangs (25) nur dann zu einem Umschalten in den geschlossenen Betriebsmodus führt, wenn der Nulldurchgang (25) innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters (29, 30) liegt.Starting method for a sensorless and brushless, multi-phase DC motor (14), in which the DC motor (14) in an open operating mode without knowledge of position of the rotor (1) is accelerated to a switching speed and, after the switching speed has been reached, is operated in a closed operating mode based on knowledge of the position of the rotor (1), - in which, after the switching speed has been reached and before switching from the open operating mode to the speed of the DC motor (14) is kept constant in the closed operating mode and, in order to generate a phase shift (12) between the rotor field (6) and the stator field (7), the current in the stator (2) is reduced at the same time until the voltage induced in a non-energized phase has a finite gradient not equal to zero, a zero crossing (25) being detected during the finite gradient, and - in which there is a subsequent switching from the open operating mode to the closed operating mode, characterized in that the detection of the zero crossing (25) only then leads to a switchover to the closed operating mode when the zero crossing (25) lies within a predetermined time window (29, 30). Anlaufverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitfenster (29, 30) um eine erste vorgegebene Zeitspanne nach dem optimalen Kommutierungszeitpunkt beginnt.start-up procedure claim 1 , characterized in that the time window (29, 30) begins at a first predetermined time period after the optimal commutation time. Anlaufverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitfenster (29, 30) um eine zweite vorgegebene Zeitspanne vor dem Erreichen des nächsten Maximalwertes der induzierten Spannung endet.Start-up method according to one of the preceding claims, characterized in that the time window (29, 30) ends by a second predetermined period of time before the next maximum value of the induced voltage is reached. Anlaufverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Beschleunigens des Gleichstrommotors (14) der Statorstrom mit steigender Drehzahl erhöht wird.Starting method according to one of the preceding claims, characterized in that during the acceleration of the DC motor (14) the stator current is increased with increasing speed. Anlaufverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Beschleunigens des Gleichstrommotors (14) der Statorstrom so hoch gewählt wird, dass die Umschaltdrehzahl auch im schwierigsten Lastfall sicher erreicht wird.Starting method according to one of the preceding claims, characterized in that during the acceleration of the DC motor (14) the stator current is selected so high that the switchover speed is reliably reached even in the most difficult load case. Anlaufverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Beschleunigens des Gleichstrommotors (14) der Statorstrom so hoch gewählt wird, dass nur ein geringer bis kein Polradwinkel auftritt (Phasenverschiebung (12) zwischen dem elektrischen Statorfeld (7) und dem Rotor (1).Starting method according to one of the preceding claims, characterized in that during the acceleration of the DC motor (14) the stator current is selected so high that only a small or no pole wheel angle occurs (phase shift (12) between the electrical stator field (7) and the rotor ( 1). Anlaufverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (14) Teil einer elektrischen Anlage eines Kraftfahrzeuges ist und dass der Statorstrom konstant gehalten wird gegenüber Schwankungen der Bordnetzspannung (Batterie).Starting method according to one of the preceding claims, characterized in that the DC motor (14) is part of an electrical system of a motor vehicle and that the stator current is kept constant with regard to fluctuations in the vehicle electrical system voltage (battery).
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