DE102007008055B4

DE102007008055B4 - Brushless DC motor and method for operating a brushless DC motor

Info

Publication number: DE102007008055B4
Application number: DE102007008055.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Markmann; Steffen Katzer; Waldemar Stephan
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2024-09-19
Anticipated expiration: 2027-02-16
Also published as: DE102007008055A1

Abstract

Bürstenloser Gleichstrommotor (10) mit Motorspulen (26) in Dreiecksschaltung, 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) bei niedriger Motorleistung 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) in a delta connection, a switching bridge (24) controlling the motor coils (26) and a pulse width modulator controlling the switching bridge (24) for generating pulse width modulated control signals for generating current cycles (AF),
characterized by
that the pulse width modulator is designed as a symmetrical operation module (16) for a symmetrical operating mode, and
that the symmetrical operation module (16) generates pulse-width-modulated control signals at low motor power, the temporal pulse width curve of which runs symmetrically to a constant pulse width symmetry line (23) which is higher than half the pulse width swing (h), so that the temporal curve of the voltage fed into the motor coils (26) by the switching bridge (24) runs symmetrically to a voltage symmetry line (22) which is higher than half the voltage swing.

Description

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

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. The rotating field required for the motor coils to operate the DC motor is generated by an inverter, which produces the respective control signals for each motor coil. The power of the DC motor is set via the average voltage of the respective control signals for the motor coils.

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 Signals ist.For this purpose, the inverter has a pulse width modulator that generates voltage pulses at a high frequency of, for example, 20 kHz. The higher the required voltage, the greater the pulse width or duty cycle, which is the quotient of the pulse duration in relation to the period of the pulse width modulated signal.

Aus FR 2 848 741 A1 ist eine Motorsteuerung bekannt, bei der der eingeschaltete Gleichstrommotor stets mit einer niedrigen Vorspannung angesteuert wird, der einer Pulsweiten-Modulation aufgeprägt wird. Hierdurch wird das Anlaufverhalten des Elektromotors verbessert.Out of FR 2 848 741 A1 A motor control is known in which the switched-on DC motor is always controlled with a low bias voltage, which is imposed by a pulse width modulation. This improves the starting behavior of the electric motor.

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 average coil voltage. By changing the pulse width, any voltage between 0 V and the control limit, which is usually the level of the supply voltage, can theoretically be set. This allows the power and torque of the DC motor to be regulated. Common forms for the control signals are block, trapezoidal and sinusoidal control signals. In 4 The dotted line shows the temporal progression of the pulse width for different pulse width intervals of a trapezoidal control signal according to the state of the 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 exhibit certain delays and asymmetries when switching on and off. In the area of low power, where the pulse width is correspondingly small, this means that very small average coil voltages cannot be generated. In the delta connection, this leads to an asymmetrical generation of the control signal waveform due to voltage chaining, regardless of the type of connection of the motor coils, and consequently to an asymmetrical current supply to the motor coils, as in 2b Due to the direct connection between the generated phase current and the internal torque generation, this effect leads to torque pulsations and 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 permissible 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.In contrast, the object of the invention is to provide a direct current motor or a method for operating a direct current motor which provides improved pulse width modulated control signals.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Gleichstrommotor bzw. einem Verfahren zum Betrieb eines Gleichstrommotors mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 7 gelöst.This object is achieved according to the invention with a direct current motor or a method for operating a direct current motor with the features of patent claims 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.The brushless DC motor according to the invention has a pulse width modulator which is designed as a symmetrical operation modulator for a symmetrical operating mode. The symmetrical operation modulator generates pulse width modulated control signals for the switching bridge, the temporal pulse width curve of which always runs symmetrically to a constant or quasi-constant pulse width symmetry line. This pulse width symmetry line is higher than half the pulse width stroke in relation to the pulse width stroke that is present at the relevant time, so that the temporal pulse width curve does not touch the critical area of very small pulse widths. The symmetry line can be constant for all possible pulse width strokes. However, the symmetry line can also move depending on the pulse width stroke that is present at the time. The symmetrical operation has the effect that the temporal progression of the voltage fed into the motor coils by the switching bridge is also symmetrical to a voltage symmetry line that is higher than half the voltage swing. This ensures that the critical area near the voltage of 0 V or below the minimum control limit is not touched.

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 %.During each switching on and off process of the power semiconductors of the switching bridge, the so-called linear range of the relevant power semiconductor. This is unavoidable and is referred to as switching time. The time component of the switching time in relation to a period of the pulse width modulated signal is large with a small pulse width and small with a large pulse width. For example, the circuit component is approximately 40% with a pulse width of 0.1 (10%), assuming an operating voltage of 12 V. The switching time component is reduced to 8% with a pulse width of 0.5 (50%). With a pulse width of 1.0 (100%), the switching time component is 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.The symmetrical operation significantly increases the temporal pulse width curve, so that the average pulse width is significantly increased. This reduces the average switching time proportion to the same extent. As a result, this leads to a more ideal curve for the voltage fed into the motor coils by the switching bridge. The temporal curve of the fed-in voltage is also symmetrical to a voltage symmetry line, so that low voltage values close to 0 V are avoided.

Zwischen dem von dem Pulsweiten-Modulator generierten pulsweiten-modulierten-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.There is now a linear relationship between the pulse width modulated control signals for the switching bridge generated by the pulse width modulator and the voltage fed into the motor coils by the switching bridge or the current fed into the motor coils in this way, particularly when the electrical power fed in is low. This can significantly improve the synchronization of the DC motor, particularly at low motor speeds and low motor power. In particular with sensorless controls, the control of the DC motor is made more robust with regard to external disturbances. The sensitivity to disturbances is reduced. The starting of the DC motor becomes more reliable, particularly 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 symmetrical operation modulator generates a pulse width modulated signal that has a pulse width of at least 0.02, particularly preferably 0.05. As a result, this ensures that the voltage generated by the switching bridge is at least 2% of the maximum output voltage or at least 2% of the supply voltage, particularly preferably at least 5% in each case. In this way, the unfavorable area of the so-called control limit is masked out as long as the size of the desired control signal allows this. A constant pulse width symmetry line is not to be understood as a constant line in the narrow sense. Of course, the symmetry line can also be shifted up or down over several current cycles.

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 control limit or the maximum pulse width or pulse period of 1.0, particularly preferably between 30% and 70%. Ideally, the symmetry line lies approximately halfway up the usable range, i.e. preferably at approximately 52.5% of the maximum control limit, if the lower range of 5% of the maximum control limit is masked out. This ensures that the generated pulse-width-modulated control signal can assume the largest possible pulse width without touching the control limit.

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 a preferred embodiment, a normal operation modulator is also provided which generates pulse width modulated signals whose time profile is on a constant baseline, i.e. is generated in a conventional manner. The baseline is preferably at 0.0. With the help of a corresponding switching module, it is possible to switch back and forth between the symmetrical operation modulator at low motor power and the normal operation modulator at high motor power. Since the pulse width or the voltage amplitude is limited to a maximum of 95% in symmetrical operation, only 95% of the available power can be generated. Thanks to the normal operation module, which only generates the pulse width modulated control signals at higher motor powers, the DC motor can now be operated with 100% of the maximum available electrical power instead of 95%. The level of the maximum control limit depends primarily technologically on the selection of the switching bridge or the control concept of its 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 powers, the asymmetrical behavior of the power semiconductors is practically insignificant, since it only occurs at the beginning and end of a long voltage pulse.

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 method claim 7, a method for operating a brushless DC motor with motor coils and a pulse width modulator for generating pulse width modulated control signals for the motor coils is characterized by:

Generating pulse-width-modulated control signals whose temporal pulse width curve is symmetrical to a constant pulse width symmetry line that is higher than half the pulse width swing, so that the temporal curve of the voltage fed into the motor coils is symmetrical to a voltage symmetry line that is higher than half the voltage swing.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.In the following, an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigen:

1 schematisch einen bürstenlosen Gleichstrommotor und ein als Symmetriebetrieb-Modulator ausgebildetes Pulsweiten-Modulator sowie ein Normalbetrieb-Modulator,
2a die Wechselrichter-Ausgangsspannung einer Phase eines Wechselrichters mit Pulsweiten-Modulator nach dem Stand der Technik,
2b der Spannungsverlauf an einer Motorspule, die mit der Wechselrichter-Spannung gemäß 2a gespeist wird,
3a der zeitliche Ausgangsspannungs-Verlauf eines Wechselrichters mit einem Symmetriebetrieb-Modulator,
3b der zeitliche Ausgangsspannungs-Verlauf an einer Motorspule eines Gleichstrommotors, der mit der Wechselrichter-Spannung gemäß 3a gespeist wird, und
4 der Verlauf der Pulsweite für Normalbetrieb bzw. nach dem Stand der Technik (gepunktet) und für Symmetriebetrieb (durchgezogen) für verschieden große Pulsweitenhübe h_A - h_F für jeweils einen Bestromungszyklus A - F von jeweils 0° - 360°.

They show:

1 schematically a brushless DC motor and a pulse width modulator designed as a symmetrical operation modulator as well as a normal operation modulator,
2a the inverter output voltage of one phase of an inverter with pulse width modulator according to the state of the art,
2b the voltage curve at a motor coil, which is connected to the inverter voltage according to 2a is fed,
3a the temporal output voltage curve of an inverter with a symmetrical operation modulator,
3b the temporal output voltage curve at a motor coil of a DC motor, which is connected to the inverter voltage according to 3a is fed, and
4 the course of the pulse width for normal operation or according to the state of the art (dotted) and for symmetrical operation (solid) for different pulse width strokes h _A - h _F for one current cycle A - F of 0° - 360° each.

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 A brushless DC motor 10 according to the invention is shown schematically, which consists of a motor housing 12 with a permanently excited rotor and three stator-side motor coils 26, which are arranged in a delta connection, as well as an inverter 14, which generates pulse-width-modulated control signals for the motor coils 26. This 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 controller 20, a switching module 19 and a switching bridge 24.

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.One pulse width modulator is a symmetrical operation modulator 16 for a symmetrical operating mode. The other pulse width modulator is a normal operation module 18, which generates pulse width modulated control signals that are on a constant base line of T=0. Furthermore, the switching module 19 is part of the inverter 14, through which either the symmetrical operation modulator 16 or the normal operation modulator 18 is switched through to the switching bridge 24.

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 U_eff im Verhältnis zu der maximalen Spannung U_max 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 U_max 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 standardized voltage curve of an inverter according to the state of the art is shown over time. The standardized mean voltage is given on the ordinate, i.e. 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 relevant pulse width modulator. As can be clearly seen, in the range between 0 and 5% of the maximum voltage U _max, the temporal curve of the mean voltage is not trapezoidal, as desired, but initially rises vertically to a plateau of 5%, and then remains horizontally unchanged until it hits the desired trapezoidal curve. The behavior at the end of the trapezoid is corresponding. When, for example, three motor coils are controlled accordingly, a motor voltage is generated in one motor coil according to 2b generated. Since the motor coils are connected in series or in a circuit, the 2a The disturbances shown show 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 h_A - h_F 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 the temporal voltage curves are shown during operation of the symmetrical operation modulator 16. The symmetrical operation modulator 16 generates the pulse width modulated control signals for the switching bridge 24 in such a way that the control signals oscillate symmetrically around a constant symmetry line 23, as in 4 for different pulse widths h _A - h _F shown with a solid line. The symmetry line 23 is ideally constant at approximately 52.5% of the maximum pulse width or pulse period of T=1.0. The range from 0 - 0.05 is not reached in this way for pulse widths below h = 0.95. The non-linearities in the range below T=0.05 are masked out in this way. This in turn avoids undesirable deformations of the temporal course of the standardized average output voltage of the switching bridge 24.

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 The resulting voltage curve on a motor coil 26 is shown as an example. The time curve of the motor coil voltage does not show any undesirable deformations. This theoretical representation was confirmed in practical tests.

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 operation modulator generates a standardized average voltage curve via the switching bridge 24, as shown in the 2a The advantage of normal operation is that it can generate a standardized average voltage of over 0.95, since a range of 0 - 0.05% is not masked. Since the voltage drop caused by the missing output Since the disturbances resulting from the glare of the above-mentioned area are practically insignificant, especially at high motor powers, this does not result in any significant deterioration in the running behavior of the DC motor 10. It is more important that the motor is operated in symmetrical mode at low motor powers, since it is very sensitive to the 2a and 2b reacts to the deformations shown.

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 switches, controlled by the control module 20, back and forth between the symmetrical operation modulator 16 at a standardized average voltage or a maximum pulse width h of 0.7 and less and the normal operation modulator at a standardized average voltage or a maximum pulse width h of more than 0.7. In order to avoid a fluttering back and forth switching, the switching points can follow a hysteresis.

Im Normalbetrieb folgt der Pulsweiten-Verlauf also den gepunkteten Bestromungszyklen D, E und F der 4 für Pulsweitenhübe von h_D = 0,8, h_F = 0,9 und h_F = 1,0, während der Pulsweiten-Verlauf im Symmetriebetrieb den durchgezogenen Bestromungszyklen A, B und C für Pulsweitenhübe von h_A = 0,2, h_B = 0,4 und h_C = 0,6 folgt.In normal operation, the pulse width curve follows the dotted current cycles D, E and F of the 4 for pulse width strokes of h _D = 0.8, h _F = 0.9 and h _F = 1.0, while the pulse width curve in symmetrical operation follows the solid current cycles A, B and C for pulse width strokes of h _A = 0.2, h _B = 0.4 and h _C = 0.6.

Claims

Brushless direct current motor (10) with motor coils (26) in a delta connection, a switching bridge (24) controlling the motor coils (26) and a pulse width modulator controlling the switching bridge (24) for generating pulse width modulated control signals for generating current cycles (AF), characterized in that the pulse width modulator is designed as a symmetrical operation module (16) for a symmetrical operation mode, and that the symmetrical operation module (16) generates pulse width modulated control signals at low motor power, the temporal pulse width profile of which runs symmetrically to a constant pulse width symmetry line (23) which is higher than half the pulse width stroke (h), so that the temporal profile of the voltage fed into the motor coils (26) by the switching bridge (24) runs symmetrically to a voltage symmetry line (22) which is higher than half the voltage swing.

Brushless DC motor (10) according to Claim 1 , characterized in that the control signals generated by the symmetrical operation module (16) have at least a pulse width of 0.02.

Brushless DC motor (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the symmetry line (23) lies between 30% and 70% of the pulse period of 1.0, preferably between 40% and 60%.

Brushless DC motor (10) according to one of the Claims 1 - 3 , characterized in that a normal operation module (18) is provided which generates pulse-width-modulated control signals whose temporal pulse width curve is on a constant baseline.

Brushless DC motor (10) according to one of the Claims 1 - 4, characterized in that a switching module (19) is provided which switches between the symmetrical operation module (16) at low engine power and the normal operation module (18) at high engine power.

Brushless DC motor (10) according to one of the Claims 1 - 5 , characterized in that the DC motor (10) is a drive motor for a vehicle coolant pump.

Method for operating a brushless direct current motor (10) with stator-side motor coils (16) in a delta connection and a pulse width modulator (16) for generating pulse width modulated control signals for generating current supply cycles (AF) for the motor coils (26), wherein the pulse width modulator (16) is designed as a symmetrical operation module for a symmetrical operating mode, characterized by : generating pulse width modulated signals whose temporal pulse width profile runs symmetrically to a constant pulse width symmetry line (23) which is higher than half the pulse width swing (h), so that the temporal profile of the voltage fed into the motor coils (26) runs symmetrically to a voltage symmetry line (22) which is higher than half the voltage swing.

Method for operating a brushless DC motor (10) according to Claim 7 , wherein the generated pulse-width modulated control signals have a voltage U or a pulse width of at least 2 % of the maximum voltage U _max or the pulse period.

Method for operating a brushless DC motor (10) according to Claim 7 or 8 , characterized in that the symmetry lines (22, 23) lie between 30% and 70% of the maximum voltage U _max or the pulse period, preferably between 40% and 60%.

Method for operating a brushless DC motor (10) according to Claim 7 - 9 , characterized in that switching takes place between symmetrical operation at low motor power and normal operation at high motor power, in which pulse-width-modulated control signals are generated whose temporal course is on a constant baseline.