DE102007008055A1 - Brushless direct current motor for use as driving motor for vehicle-cooling-fluid pump, has pulse-width modulator to generate control signals so that temporal process of voltage from bridge runs symmetrical to voltage-symmetrical line - Google Patents

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Abstract

The motor (10) has a switching bridge (24) controlling a pulse width modulator to generate pulse-width modulated control signals to produce flow cycles. The modulator is formed as a symmetrical operating module (16) for symmetrical mode of operation and generate the signals whose temporal pulse width process runs symmetrical to a constant pulse width symmetrical line, which lies higher than a half pulse width range, such that a temporal process of voltage supplied from the bridge in motor coils (26) runs symmetrical to a voltage-symmetrical line that lies higher than a half voltage range. An independent claim is also included for a method for operating a brushless direct current motor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Gleichstrommotor und auf ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Motors.The The invention relates to a brushless DC motor and to a method of operating such an engine.

Bürstenlose Gleichstrommotoren weisen statorseitig Motorspulen auf. Das zum Betrieb des Gleichstrommotors erforderliche Drehfeld für die Motorspulen wird von einem Wechselrichter generiert, der für jede Motorspule die jeweiligen Ansteuerungssignale erzeugt. Die Leistung des Gleichstrommotors wird über die mittlere Spannung der jeweiligen Ansteuerungssignale für die Motorspulen eingestellt.Brushless DC motors have motor coils on the stator side. That to Operation of the DC motor required rotating field for the motor coils is generated by an inverter, which for each motor coil the respective Driving signals generated. The power of the DC motor is over the mean voltage of the respective drive signals for the motor coils set.

Der Wechselrichter weist hierzu ein Pulsweiten-Modulator auf, der mit hoher Frequenz von beispielsweise 20 kHz Spannungspulse generiert. Je größer die erforderliche Spannung ist, desto größer ist die Pulsweite bzw. das Tastverhältnis, die bzw. das der Quotient aus der Impulsdauer im Verhältnis zu der Periodendauer des pulsweiten-modulierten Signales ist.Of the Inverter has for this purpose a pulse width modulator, with high frequency generated, for example, 20 kHz voltage pulses. The bigger the required voltage, the larger the pulse width or the duty cycle, the quotient of the pulse duration in relation to the Period of the pulse width-modulated signal is.

Aufgrund der elektrischen Zeitkonstante des Motors und der gespeicherten elektrischen Energie in den Motorspulen entspricht der zeitliche Mittelwert der anliegenden Spannung der geforderten mittleren Spulenspannung. Durch Veränderung der Pulsweite kann theoretisch eine beliebige Spannung zwischen 0 V und der Aussteuergrenze, das ist in der Regel die Höhe der Versorgungsspannung, eingestellt werden. Hierdurch können die Leistung und das Drehmoment des Gleichstrommotors geregelt werden. Übliche Formen für die Ansteuersignale sind Block, Trapez- und Sinus-Ansteuersignale. In 4 ist gepunktet der zeitliche Verlauf der Pulsweite für verschieden große Pulsweitenhübe eines trapezförmigen Ansteuersignals nach dem Stand der Technik dargestellt.Due to the electrical time constant of the motor and the stored electrical energy in the motor coils, the time average of the applied voltage corresponds to the required mean coil voltage. By changing the pulse width theoretically any voltage between 0 V and the drive limit, which is usually the level of the supply voltage, can be set. As a result, the power and torque of the DC motor can be controlled. Common forms for the drive signals are block, keystone, and sine drive signals. In 4 dotted is the time course of the pulse width for different sized pulse width strokes of a trapezoidal drive signal according to the prior art.

Durch physikalische und technische Gegebenheiten weisen die Leistungshalbleiter des Pulsweiten-Modulators gewisse Verzögerungen und Unsymmetrien beim Ein- und Ausschalten auf. Dies führt im Bereich kleiner Leistungen, bei denen die Pulsweite entsprechend klein ist, dazu, dass sich sehr kleine mittlere Spulenspannungen nicht generieren lassen. Bei der Dreieckschaltung führt dies, unabhängig von der Verschaltungsart der Motorspulen, durch Spannungsverkettung zu einer unsymmetrischen Generierung der Ansteuerungssignal-Kurvenform und folglich zu einer unsymmetrischen Bestromung der Motorspulen, wie in 2b dargestellt. Durch den direkten Zusammenhang zwischen dem generierten Phasenstrom und der inneren Drehmomentbildung führt dieser Effekt zu Drehmomentpulsationen und zu einem schlechten Gleichlaufverhalten, insbesondere bei geringer Leistung bzw. kleiner Drehzahl.Due to physical and technical conditions, the power semiconductors of the pulse width modulator have certain delays and asymmetries when switching on and off. This leads in the range of small powers, in which the pulse width is correspondingly small, to the fact that very small average coil voltages can not be generated. In delta connection, regardless of the type of wiring of the motor coils, voltage chaining leads to asymmetrical generation of the control signal waveform and consequently to asymmetrical energization of the motor coils, as in FIG 2 B shown. Due to the direct relationship between the generated phase current and the internal torque generation, this effect leads to torque pulsations and to a poor synchronization behavior, especially at low power or low speed.

Ferner unterliegt das Schaltverhalten von Leistungshalbleitern Bauteilstreuungen und hängt von äußeren Einflüssen ab, wie beispielsweise der Umgebungstemperatur oder der Höhe und Qualität der Versorgungsspannung. Diese ungünstigen Effekte können durch eine Begrenzung der minimal zulässigen Pulsweite des pulsweiten-modulierten-Signals vermieden werden, wie in 2a dargestellt ist.Furthermore, the switching behavior of power semiconductors is subject to component variations and depends on external influences, such as the ambient temperature or the level and quality of the supply voltage. These unfavorable effects can be avoided by limiting the minimum allowable pulse width of the pulse width modulated signal, as in 2a is shown.

Aufgabe der Erfindung ist es dem gegenüber, einen Gleichstrommotor bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines Gleichstrommotors zu schaffen, der bzw. das verbesserte pulsweiten-modulierte Aussteuerungssignale zur Verfügung stellt.task the invention is opposite a DC motor or a method for operating a DC motor to provide the improved PWM modulation signals to disposal provides.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Gleichstrommotor bzw. einem Verfahren zum Betrieb eines Gleichstrommotors mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 7 gelöst.These Task is according to the invention with a DC motor or a method for operating a DC motor solved with the features of claim 1 and 7 respectively.

Der erfindungsgemäße bürstenlose Gleichstrommotor weist einen Pulsweiten-Modulator auf, der als Symmetriebetrieb-Modulator für eine Symmetrie-Betriebsart ausgebildet ist. Der Symmetriebetrieb-Modulator generiert pulsweiten-modulierte Ansteuerungssignale für die Schaltbrücke, deren zeitlicher Pulsweiten-Verlauf stets symmetrisch zu einer konstanten oder quasi-konstanten Pulsweiten-Symmetrielinie verläuft. Diese Pulsweiten-Symmetrielinie liegt, bezogen auf den Pulsweitenhub der jeweils zum betreffenden Zeitpunkt vorliegt, höher als der halbe Pulsweitenhub, so dass der zeitliche Pulsweiten-Verlauf den kritischen Bereich sehr kleiner Pulsweiten nicht berührt. Die Symmetrielinie kann für alle möglichen Pulsweitenhübe konstant sein. Die Symmetrielinie kann aber auch abhängig vom jeweils vorliegenden Pulsweitenhub wandern. Auf den zeitlichen Verlauf der von der Schaltbrücke in die Motorspulen eingespeisten Spannung hat der Symmetriebetrieb den Effekt, dass auch der zeitliche Verlauf der eingespeisten Spannung symmetrisch zu einer Spannungs-Symmetrielinie verläuft, die höher liegt als der halbe Spannungshub. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der kritische Bereich in der Nähe der Spannung von 0 V bzw. unterhalb der minimalen Aussteuergrenze nicht berührt wird.Of the brushless invention DC motor has a pulse width modulator acting as a symmetry mode modulator for one Symmetry mode is trained. The symmetry mode modulator generates pulse width modulated Control signals for the switching bridge, their temporal pulse width course always symmetrical to a constant or quasi-constant pulse width symmetry line runs. These Pulse width symmetry line, based on the pulse width of the is present at the respective time, higher than half the pulse width stroke, so that the temporal pulse width curve is the critical range very small pulse widths not touched. The symmetry line can for all sorts of things Pulsweitenhübe be constant. The symmetry line can also be dependent on migrate each pulse width available. On the time course that of the jumper The voltage fed into the motor coils has the symmetry mode the effect that also the time course of the fed-in voltage symmetric to a voltage symmetry line runs, the higher than half the voltage swing. This will ensure that the critical area near the Voltage of 0 V or below the minimum drive limit not touched becomes.

Bei jedem Ein- und Ausschaltvorgang der Leistungshalbleiter der Schaltbrücke muss der sogenannte lineare Bereich des betreffenden Leistungshalbleiters durchfahren werden. Dies ist unvermeidlich und wird als Schaltzeit bezeichnet. Der zeitliche Anteil der Schaltzeit bezogen auf eine Periodendauer des pulsweiten-modulierten Signals ist bei kleiner Pulsweite groß und bei großer Pulsweite klein. So beträgt der Schaltkreis-Anteil bei einer Pulsweite von 0,1 (10%) ungefähr 40%, bei einer angenommen Betriebsspannung von 12 V. Der Schaltzeit-Anteil verringert sich auf 8% bei einer Pulsweite von 0,5 (50%). Bei einer Pulsweite von 1,0 (100%) beträgt der Schaltzeit-Anteil nur noch 4%.Each time the power semiconductor of the switching bridge is switched on and off, the so-called linear region of the relevant power semiconductor must be passed through. This is inevitable and is called switching time. The temporal portion of the switching time based on a period of the pulse width-modulated signal is large at low pulse width and small at high pulse width. Thus, the circuit component at a pulse width of 0.1 (10%) is about 40%, assuming an operating voltage of 12 V. The switching time component decreases to 8% with a pulse width of 0.5 (50%). At a pulse width of 1.0 (100%) is the Switching time share only 4%.

Durch den Symmetriebetrieb wird der zeitliche Pulsweiten-Verlauf erheblich angehoben, so dass die durchschnittliche Pulsweite erheblich vergrößert wird. Hierdurch reduziert sich der mittlere Schaltzeit-Anteil in gleichem Maße. Im Ergebnis führt dies zu einem idealeren Verlauf der von der Schaltbrücke in die Motorspulen eingespeisten Spannung. Auch der zeitliche Verlauf der eingespeisten Spannung verläuft symmetrisch zu einer Spannungs- Symmetrielinie, so dass niedrige Spannungswerte in der Nähe von 0 V vermieden werden.By the symmetry operation, the temporal pulse width course is significant raised, so that the average pulse width is increased significantly. This reduces the average switching time proportion in the same Dimensions. As a result, this leads to a more ideal course of fed from the switching bridge in the motor coils Tension. Also the timing of the fed voltage extends symmetric to a voltage symmetry line, so that low voltage values near 0 V are avoided.

Zwischen dem von dem Pulsweiten-Modulator generierten pulsweitenmodulierten-Ansteuersignalen für die Schaltbrücke und der von der Schaltbrücke in die Motorspulen eingespeisten Spannung bzw. dem auf diese Weise in die Motorspulen eingespeisten Strom besteht nunmehr ein linearer Zusammenhang, und zwar insbesondere auch bei einer niedrigen eingespeisten elektrischen Leistung. Hierdurch kann insbesondere bei niedriger Motordrehzahl und geringer Motorleistung der Gleichlauf des Gleichstrommotors erheblich verbessert werden. Insbesondere bei sensorlosen Regelungen wird die Regelung des Gleichstrommotors robuster gemacht in Bezug auf äußere Störungen. Die Störungs-Empfindlichkeit wird verringert. Das Anlaufen des Gleichstrommotors wird insbesondere bei noch niedrigeren Drehzahlen zuverlässiger.Between the pulse width modulated drive signals generated by the pulse width modulator for the jumper and that of the jumper in the motor coils fed voltage or in this way The current fed into the motor coils is now linear Context, and in particular at a low input level electrical power. This can be especially at low Engine speed and low engine power the synchronous operation of the DC motor be significantly improved. Especially with sensorless controls The control of the DC motor is made more robust with respect to external disturbances. The disturbance sensitivity becomes reduced. The start of the DC motor is particular more reliable at even lower speeds.

Vorzugsweise generiert der Symmetriebetrieb-Modulator ein pulsweitenmoduliertes-Signal, das eine Pulsweite von mindestens 0,02, besonders bevorzugt von 0,05, aufweist. Im Ergebnis wird hierdurch sichergestellt, dass die von der Schaltbrücke generierte Spannung mindestens 2% der maximalen Ausgangsspannung bzw. mindestens 2% der Versorgungsspannung, besonders bevorzugt jeweils mindestens 5% beträgt. Auf diese Weise wird der ungünstige Bereich der sogenannten Aussteuergrenze ausgeblendet, solange die Größe des gewünschten Ansteuerungssignals dies zulässt. Unter einer konstanten Pulsweiten-Symmetrielinie ist keine konstante Linie im engeren Sinne zu verstehen. Selbstverständlich kann die Symmetrielinie auch über mehrere Bestromungszyklen nach unten oder oben verschoben werden.Preferably The symmetry mode modulator generates a pulse width modulated signal, the a pulse width of at least 0.02, more preferably 0.05, having. As a result, this ensures that the the jumper generated Voltage at least 2% of the maximum output voltage or at least 2% of the supply voltage, more preferably in each case at least 5%. That way, the unfavorable Area of the so-called driving limit hidden as long as the Size of the desired drive signal this allows. Under a constant pulse width symmetry line is not a constant To understand line in the narrower sense. Of course, the symmetry line also over several energizing cycles are moved up or down.

Vorzugsweise liegt die Symmetrielinie zwischen 30% und 70% der Aussteuergrenze bzw. der maximalen Pulsweite bzw. Pulsperiode von 1,0, besonders bevorzugt zwischen 30% und 70% Idealerweise liegt die Symmetrielinie ungefähr auf halber Höhe des nutzbaren Bereiches, also bevorzugt bei ungefähr 52,5% der maximalen Aussteuerungsgrenze, wenn der untere Bereich von 5% der maximalen Aussteuerungsgrenze ausgeblendet wird. Hierdurch wird jeweils sichergestellt, dass das generierte pulsweiten-modulierte Ansteuerungssignal eine möglichst große Pulsweite einnehmen kann, ohne die Aussteuerungsgrenze zu berühren.Preferably the symmetry line lies between 30% and 70% of the driving limit or the maximum pulse width or pulse period of 1.0, especially preferably between 30% and 70% Ideally, the symmetry line lies approximately halfway up of the usable range, so preferably at about 52.5% the maximum headroom when the lower range of 5% the maximum modulation limit disappears. This will each ensures that the generated pulse width modulated drive signal one possible size Pulse width without touching the headroom.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist zusätzlich ein Normalbetrieb-Modulator vorgesehen, der pulsweiten-modulierte-Signale generiert, deren zeitlicher Verlauf auf einer konstanten Basislinie steht, also auf herkömmliche Weise generiert wird. Die Basislinie liegt bevorzugt bei 0,0. Mit Hilfe eines entsprechenden Umschaltmodules kann zwischen dem Symmetriebetrieb-Modulator bei niedriger Motor-Leistung und dem Normalbetrieb-Modulator bei hoher Motorleistung hin und her geschaltet werden. Da im Symmetriebetrieb die Pulsweite bzw. die Spannungsamplitude auf maximal 95% begrenzt ist, kann auch nur 95% der an sich verfügbaren Leistung generiert werden. Durch das Normalbetrieb-Modul, das ausschließlich bei höheren Motor-Leistungen die pulsweiten-modulierten Ansteuerungssignale generiert, kann der Gleichstrommotor statt mit 95% nun mit 100% der maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung betrieben werden. Die Höhe der maximalen Aussteuerungsgrenze ist in erster Linie technologisch von der Auswahl der Schaltbrücke bzw. dem Ansteuerkonzept ihrer Leistungs-Halbleiter abhängig.According to one preferred embodiment, a normal operation modulator is additionally provided, the pulse-width-modulated signals generated, their time course is on a constant baseline, ie conventional Way is generated. The baseline is preferably 0.0. With The help of a corresponding switching module can be used between the symmetry mode modulator at low Motor power and the normal mode modulator at high engine power be switched back and forth. Since in symmetry mode the pulse width or the voltage amplitude is limited to a maximum of 95%, can also only 95% of the available Power to be generated. Through the normal operation module, exclusively at higher Motor powers the pulse width modulated drive signals generated, the DC motor can now with 100% instead of 95% the maximum available standing electric power to be operated. The height of the maximum The headroom is primarily technological of the selection the switching bridge or depending on the driving concept of their power semiconductors.

Bei hohen Motor-Leistungen ist das unsymmetrische Verhalten der Leistungshalbleiter praktisch unerheblich, da es nur zu Beginn und zum Ende eines langen Spannungspulses auftritt.at high motor performance is the unbalanced behavior of the power semiconductors practically irrelevant, as it is only at the beginning and end of a long Voltage pulse occurs.

Gemäß dem Verfahrensanspruch 7 ist ein Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit Motorspulen und einem Pulsweiten-Modulator zur Generierung von pulsweiten-modulierten Ansteuerungssignalen für die Motorspulen, gekennzeichnet durch:
Generieren von pulsweiten-modulierten Ansteuerungssignalen, deren zeitlicher Pulsweiten-Verlauf symmetrisch zu einer konstanten Pulsweiten-Symmetrielinie verläuft, die höher liegt als der halbe Pulsweitenhub, so dass der zeitliche Verlauf der in die Motorspulen eingespeisten Spannung symmetrisch zu einer Spannungs-Symmetrielinie verläuft, die höher liegt, als der halbe Spannungshub.According to the method claim 7, a method for operating a brushless DC motor with motor coils and a pulse width modulator for generating pulse-width-modulated drive signals for the motor coils, characterized by:
Generation of pulse-width-modulated drive signals, the time pulse width course is symmetrical to a constant pulse width symmetry line, which is higher than half the pulse width, so that the time course of the voltage injected into the motor coil voltage is symmetrical to a voltage-symmetry line, the higher is less than half the voltage swing.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.in the An embodiment will be described below with reference to the drawings closer to the invention explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 schematisch einen bürstenlosen Gleichstrommotor und ein als Symmetriebetrieb-Modulator ausgebildetes Pulsweiten-Modulator sowie ein Normalbetrieb-Modulator, 1 2 schematically shows a brushless DC motor and a pulse width modulator embodied as a symmetry mode modulator and a normal mode modulator, FIG.

2a die Wechselrichter-Ausgangsspannung einer Phase eines Wechselrichters mit Pulsweiten-Modulator nach dem Stand der Technik, 2a the inverter output chip tion of a phase of an inverter with pulse width modulator according to the prior art,

2b der Spannungsverlauf an einer Motorspule, die mit der Wechselrichter-Spannung gemäß 2a gespeist wird, 2 B the voltage curve on a motor coil, with the inverter voltage according to 2a is fed

3a der zeitliche Ausgangsspannungs-Verlauf eines Wechselrichters mit einem Symmetriebetrieb-Modulator, 3a the temporal output voltage curve of an inverter with a symmetry mode modulator,

3b der zeitliche Ausgangsspannungs-Verlauf an einer Motorspule eines Gleichstrommotors, der mit der Wechselrichter-Spannung gemäß 3a gespeist wird, und 3b the temporal output voltage curve on a motor coil of a DC motor, with the inverter voltage according to 3a is fed, and

4 der Verlauf der Pulsweite für Normalbetrieb bzw. nach dem Stand der Technik (gepunktet) und für Symmetriebetrieb (durchgezogen) für verschieden große Pulsweitenhübe hA–hF für jeweils einen Bestromungszyklus A–F von jeweils 0°–360°. 4 the course of the pulse width for normal operation or according to the prior art (dotted) and for symmetry operation (solid) for different sized pulse width strokes h A -h F for each one Bestromungszyklus A-F of 0 ° -360 °.

In der 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßer bürstenloser Gleichstrommotor 10 dargestellt, der aus einem Motorgehäuse 12 mit einem permanent erregten Rotor und drei statorseitigen Motorspulen 26, die in Dreiecksschaltung angeordnet sind, sowie einem Wechselrichter 14 besteht, der pulsweiten-modulierte Ansteuerungssignale für die Motorspulen 26 erzeugt. Es handelt sich also um einen elektrisch kommutierten Gleichstrommotor 10.In the 1 schematically is a brushless DC motor according to the invention 10 shown, which consists of a motor housing 12 with a permanently excited rotor and three stator-side motor coils 26 which are arranged in delta connection, as well as an inverter 14 exists, the pulse width modulated drive signals for the motor coils 26 generated. It is therefore an electrically commutated DC motor 10 ,

Der Wechselrichter 14 weist zwei Pulsweiten-Modulatoren 16, 18 eine Wechselrichtersteuerung 20, ein Umschaltmodul 19 und eine Schaltbrücke 24 auf.The inverter 14 has two pulse width modulators 16 . 18 an inverter control 20 , a switching module 19 and a jumper 24 on.

Der eine Pulsweiten-Modulator ist ein Symmetriebetrieb-Modulator 16 für eine Symmetrie-Betriebsart. Der andere Pulsweiten-Modulator ist ein Normalbetrieb-Modul 18, das pulsweiten-modulierte Ansteuerungssignale generiert, die auf einer konstanten Basislinie von T = 0 stehen. Ferner ist das Umschaltmodul 19 Bestandteil des Wechselrichters 14, durch das entweder der Symmetriebetriebs-Modulator 16 oder der Normalbetrieb-Modulator 18 auf die Schaltbrücke 24 durchgeschaltet wird.The one pulse width modulator is a symmetry mode modulator 16 for a symmetry mode. The other pulse width modulator is a normal mode module 18 which generates pulse width modulated drive signals that are at a constant baseline of T = 0. Furthermore, the switching module 19 Part of the inverter 14 through which either the symmetry mode modulator 16 or the normal mode modulator 18 on the switching bridge 24 is switched through.

In 2a ist der mittlere normierte Spannungsverlauf eines Wechselrichters nach dem Stand der Technik über die Zeit dargestellt. Auf der Ordinate ist die normierte mittlere Spannung angegeben, also die effektive Spannung Ueff im Verhältnis zu der maximalen Spannung Umax bzw. der Versorgungsspannung. Die auf der Ordinate angegebenen Werte entsprechen ungefähr der Pulsweite der durch den betreffenden Pulsweiten-Modulator generierten Signale. Wie deutlich zu erkennen ist, ist im Bereich zwischen 0 und 5% der maximalen Spannung Umax der zeitliche Verlauf der mittleren Spannung nicht, wie gewünscht, trapezförmig, sondern steigt zunächst senkrecht auf ein Plateau von 5% an, um anschließend waagerecht unverändert bis zum Auftreffen auf dem gewünschten trapezförmigen Verlauf zu verbleiben. Entsprechend ist das Verhalten am Trapezende. Bei entsprechender Ansteuerung von beispielsweise drei Motorspulen wird in einer Motorspule eine Motorspannung gemäß 2b generiert. Da die Motorspulen in Reihe bzw. im Kreis geschaltet sind, beeinflussen die in 2a dargestellten Störungen den Verlauf der Spulenspannung an mehreren Punkten.In 2a the mean normalized voltage curve of a prior art inverter over time is shown. The ordinate indicates the normalized average voltage, ie the effective voltage U eff in relation to the maximum voltage U max or the supply voltage. The values given on the ordinate correspond approximately to the pulse width of the signals generated by the respective pulse width modulator. As can be clearly seen, in the range between 0 and 5% of the maximum voltage U max, the time profile of the mean voltage is not trapezoidal, as desired, but initially rises perpendicularly to a plateau of 5% and then horizontally unchanged until Impact on the desired trapezoidal course to remain. Accordingly, the behavior is at the trapezoid end. With appropriate control, for example, three motor coils in a motor coil, a motor voltage according to 2 B generated. Since the motor coils are connected in series or in a circle, the in 2a illustrated disturbances the course of the coil voltage at several points.

In den 3a und 3b sind die zeitlichen Spannungsverläufe bei Betrieb des Symmetriebetrieb-Modulators 16 dargestellt. Der Symmetriebetrieb-Modulator 16 generiert die pulsweiten-modulierten Ansteuerungssignale für die Schaltbrücke 24 derart, dass die Ansteuerungssignale symmetrisch um eine konstante Symmetrielinie 23 schwingen, wie in 4 für verschiedene Pulsweitenhübe hA–hF mit durchgezogener Linie dargestellt. Die Symmetrielinie 23 liegt idealer Weise konstant bei ungefähr 52,5% der maximalen Pulsweite bzw. Pulsperiode von T = 1,0. Der Bereich von 0–0,05 wird auf diese Weise für Pulsweitenhübe unter h = 0,95 nicht erreicht. Die Nicht-Linearitäten im Bereich unterhalb von T = 0,05 werden auf diese Weise ausgeblendet. Hierdurch wiederum werden unerwünschte Deformationen des zeitlichen Verlaufes der normierten mittleren Ausgangsspannung der Schaltbrücke 24 vermieden.In the 3a and 3b are the temporal voltage curves during operation of the symmetry mode modulator 16 shown. The symmetry mode modulator 16 generates the pulse width modulated drive signals for the switching bridge 24 such that the drive signals are symmetrical about a constant line of symmetry 23 swing, like in 4 for different pulse width strokes h A -h F shown by solid line. The symmetry line 23 is ideally constant at about 52.5% of the maximum pulse width of T = 1.0. The range of 0-0.05 is not achieved in this way for pulse width strokes below h = 0.95. The non-linearities in the range below T = 0.05 are masked out in this way. This, in turn, undesirable deformations of the time course of the normalized average output voltage of the switching bridge 24 avoided.

In der 3b ist exemplarisch der sich hieraus ergebende Verlauf der Spannung an einer Motorspule 26 dargestellt. Der zeitliche Verlauf der Motorspulen-Spannung weist keinerlei unerwünschte Deformationen auf. Diese theoretische Darstellung konnte in praktischen Versuchen bestätigt werden.In the 3b is an example of the resulting course of the voltage on a motor coil 26 shown. The time course of the motor coil voltage has no undesirable deformations. This theoretical representation could be confirmed in practical experiments.

Der Normalbetrieb-Modulator generiert über die Schaltbrücke 24 einen normierten mittleren Spannungsverlauf, wie in der 2a dargestellt ist. Der Normalbetrieb hat den Vorteil, dass hiermit eine normierte mittlere Spannung von über 0,95 generiert werden kann, da ein Bereich von 0–0,05% nicht ausgeblendet wird. Da die durch die fehlende Ausblendung des vorgenannten Bereichs ergebenden Störungen gerade bei großen Motorleistungen praktisch nicht ins Gewicht fallen, ergibt sich hierdurch keine signifikante Verschlechterung des Laufverhaltens des Gleichstrommotors 10. Wichtig ist vielmehr, dass bei niedrigen Motorleistungen der Motor im Symmetriebetrieb betrieben wird, da er bei niedrigen Motorleistungen sehr empfindlich in Bezug auf die in den 2a und 2b dargestellten Deformationen reagiert.The normal mode modulator generated via the jumper 24 a normalized mean voltage curve, as in the 2a is shown. The normal operation has the advantage that a normalized mean voltage of more than 0.95 can be generated hereby, since a range of 0-0.05% is not masked out. Since the resulting due to the lack of suppression of the aforementioned range disturbances practically not significant at large engine power, this results in no significant deterioration of the running behavior of the DC motor 10 , Rather, it is important that at low engine power, the engine is operated in symmetry mode, since it is very sensitive to low engine power in the 2a and 2 B shown deformations responded.

Das Umschaltmodul 19 schaltet, gesteuert durch das Steuermodul 20, zwischen dem Symmetriebetrieb-Modulator 16 bei einer normierten mittleren Spannung bzw. einem maximalen Pulsweitenhub h von 0,7 und weniger und dem Normalbetrieb-Modulator bei einer normierten mittleren Spannung bzw. einem maximalen Pulsweitenhub h von mehr als 0,7 hin und her. Um ein flatterndes Hin- und Herschalten zu vermeiden, können die Schaltpunkte einer Hysterese folgen.The switching module 19 switched, controlled by the control module 20 , between the symmetry mode modulator 16 at a normalized mean voltage or a maximum pulse width h of 0.7 and less and the normal mode modulator at a normalized mean voltage and a maximum pulse width h of more than 0.7 to and fro. To avoid a fluttering toggle, the switching points may follow a hysteresis.

Im Normalbetrieb folgt der Pulsweiten-Verlauf also den gepunkteten Bestromungszyklen D, E und F der 4 für Pulsweitenhübe von hD = 0,8, hE = 0,9 und hF = 1,0, während der Pulsweiten-Verlauf im Symmetriebetrieb den durchgezogenen Bestromungszyklen A, B und C für Pulsweitenhübe von hA = 0,2, hB = 0,4 und hC = 0,6 folgt.In normal operation, the pulse width curve thus follows the dotted energizing cycles D, E and F of 4 for pulse width strokes of h D = 0.8, h E = 0.9 and h F = 1.0, while the pulse width curve in the symmetry mode the continuous energizing cycles A, B and C for pulse width strokes of h A = 0.2, h B = 0.4 and h C = 0.6 follows.

Claims (10)

Bürstenloser Gleichstrommotor (10) mit Motorspulen (26), einer die Motorspulen (26) ansteuernden Schaltbrücke (24) und einem die Schaltbrücke (24) ansteuernden Pulsweiten-Modulator zur Generierung von pulsweiten-modulierten Ansteuerungssignalen zur Erzeugung von Bestromungszyken, (A–F), dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsweiten-Modulator als Symmetriebetrieb-Modul (16) für eine Symmetriebetriebsart ausgebildet ist, und dass das Symmetriebetrieb-Modul (16) pulsweiten-modulierte Ansteuerungssignale generiert, derer zeitlicher Pulsweiten-Verlauf symmetrisch zu einer konstanten Pulsweiten-Symmetrielinie (23) verläuft, die höher liegt als der halbe Pulsweitenhub (h), so dass der zeitliche Verlauf der von der Schaltbrücke (24) in die Motorspulen (26) eingespeisten Spannung symmetrisch zu einer Spannungs-Symmetrielinie (22) verläuft, die höher liegt, als der halbe Spannungs-Hub.Brushless DC motor ( 10 ) with motor coils ( 26 ), one of the motor coils ( 26 ) driving bridge ( 24 ) and one the jumper ( 24 ) driving pulse width modulator for generating pulse-width-modulated drive signals for generating Bestromungszyken, (A-F), characterized in that the pulse width modulator as Symmetriebetrieb module ( 16 ) is designed for a symmetry mode, and that the symmetry mode module ( 16 ) pulse-width-modulated drive signals generated, the temporal pulse width curve symmetrical to a constant pulse width symmetry line ( 23 ), which is higher than half the pulse width stroke (h), so that the time course of the of the jumper ( 24 ) in the motor coils ( 26 ) fed symmetrically to a voltage symmetry line ( 22 ), which is higher than half the voltage stroke. Bürstenloser Gleichstrommotor (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Symmetriebetrieb-Modul (16) generierten Ansteuersignale mindestens eine Pulsweite von 0,02 haben.Brushless DC motor ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the of the symmetry mode module ( 16 ) generated drive signals have at least one pulse width of 0.02. Bürstenloser Gleichstrommotor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrielinie (23) zwischen 30% und 70% des bzw. der Pulsperiode von 1,0 liegt, bevorzugt zwischen 40% und 60%.Brushless DC motor ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the symmetry line ( 23 ) is between 30% and 70% of the pulse period of 1.0, preferably between 40% and 60%. Bürstenloser Gleichstrommotor (10) nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Normalbetrieb-Modul (18) vorgesehen ist, das pulsweiten-modulierte Ansteuerungssignale erzeugt, deren zeitlicher Pulsweiten-Verlauf auf einer konstanten Basislinie steht.Brushless DC motor ( 10 ) according to one of claims 1-3, characterized in that a normal operation module ( 18 ) is provided which generates pulse-width-modulated drive signals, the time pulse width course is on a constant baseline. Bürstenloser Gleichstrommotor (10) nach einem der Ansprüche 1–3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschaltmodul (19) vorgesehen ist, das zwischen dem Symmetriebetrieb-Modul (16) bei niedriger Motor-Leistung und dem Normalbetrieb-Modul (18) bei hoher Motor-Leistung umschaltet.Brushless DC motor ( 10 ) according to one of claims 1-3 and 4, characterized in that a switching module ( 19 ) provided between the symmetry mode module ( 16 ) at low engine power and the normal operation module ( 18 ) switches at high engine power. Bürstenloser Gleichstrommotor (10) nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (10) ein Antriebsmotor für eine Fahrzeug-Kühlmittelpumpe ist.Brushless DC motor ( 10 ) according to any one of claims 1-5, characterized in that the DC motor ( 10 ) is a drive motor for a vehicle coolant pump. Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors (10) mit statorseitigen Motorspulen (16) und einem Pulsweiten-Modulator (16) zur Generierung von pulsweiten-modulierten Ansteuerungssignalen für die Motorspulen (26), gekennzeichnet durch: Generieren von pulsweiten-modulierten Signalen, deren zeitlicher Pulsweiten-Verlauf symmetrisch zu einer konstanten Pulsweiten-Symmetrielinie (23) verläuft, die höher liegt als der halbe Pulsweitenhub (h), so dass der zeitliche Verlauf der in die Motorspulen (26) eingespeisten Spannung symmetrisch zu einer Spannungs-Symmetrielinie (22) verläuft, die höher liegt, als der halbe Spannungshub.Method for operating a brushless DC motor ( 10 ) with stator-side motor coils ( 16 ) and a pulse width modulator ( 16 ) for generating pulse-width-modulated drive signals for the motor coils ( 26 ), characterized by: generation of pulse-width-modulated signals, the temporal pulse width curve is symmetrical to a constant pulse width symmetry line ( 23 ), which is higher than half the pulse width stroke (h), so that the time course of the in the motor coils ( 26 ) fed symmetrically to a voltage symmetry line ( 22 ), which is higher than half the voltage swing. Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors (10) nach Anspruch 7, wobei die generierten pulsweiten-modulierten Ansteuerungssignale eine Spannung U bzw. eine Pulsweite von mindestens 2% der Maximalspannung Umax bzw. der Pulsperiode haben.Method for operating a brushless DC motor ( 10 ) according to claim 7, wherein the generated pulse-width-modulated drive signals have a voltage U and a pulse width of at least 2% of the maximum voltage U max and the pulse period. Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrielinien (22, 23) zwischen 30% und 70% der Maximalspannung Umax bzw. der Pulsperiode liegt, bevorzugt zwischen 40% und 60%.Method for operating a brushless DC motor ( 10 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the symmetry lines ( 22 . 23 ) is between 30% and 70% of the maximum voltage U max or the pulse period, preferably between 40% and 60%. Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors (10) nach Anspruch 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Symmetriebetrieb bei niedriger Motor-Leistung und einem Normalbetrieb bei hoher Motor-Leistung umgeschaltet wird, bei dem pulsweiten-modulierte Ansteuerungssignale erzeugt werden, deren zeitlicher Verlauf auf einer konstanten Basislinie steht.Method for operating a brushless DC motor ( 10 ) according to claim 7-9, characterized in that is switched between the symmetry mode at low engine power and normal operation at high engine power at which pulse-width-modulated drive signals are generated, the time course is on a constant baseline.
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CN104412507A (en) * 2012-06-29 2015-03-11 罗伯特·博世有限公司 Method for operating an electrical motor apparatus and corresponding electrical motor apparatus

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