[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2009106584A1 - Method and circuit arrangement for the operation of a permanently excited synchronous motor, and radiator fan module - Google Patents

Method and circuit arrangement for the operation of a permanently excited synchronous motor, and radiator fan module Download PDF

Info

Publication number
WO2009106584A1
WO2009106584A1 PCT/EP2009/052312 EP2009052312W WO2009106584A1 WO 2009106584 A1 WO2009106584 A1 WO 2009106584A1 EP 2009052312 W EP2009052312 W EP 2009052312W WO 2009106584 A1 WO2009106584 A1 WO 2009106584A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
synchronous motor
circuit
circuit arrangement
motor
radiator fan
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/052312
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Olga Siwak
Original Assignee
Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kg, Würzburg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kg, Würzburg filed Critical Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kg, Würzburg
Publication of WO2009106584A1 publication Critical patent/WO2009106584A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings

Definitions

  • the present invention relates to a method and a circuit arrangement for operating a permanently excited synchronous motor.
  • the present invention further relates to a radiator fan module having such a circuit arrangement.
  • a controlled power circuit For operating and driving these synchronous motors, a controlled power circuit is typically used, of which different circuit topologies are provided depending on the application and intended use.
  • a bridge circuit is often used as the power circuit, which bridge circuit can be designed as a full or half bridge in a manner known per se.
  • circuit breakers such as, for example, MOSFETs, JFETs, IGBTs and thyristors, are used here as switching elements, with which very high currents and powers can be switched and which, in addition, can be produced very simply and cost-effectively.
  • B4 bridge circuit which has four controllable switch, cumbersome and not so flexible in the control.
  • inverter is an electrical device that converts a DC voltage into an AC voltage or a DC current into an AC current.
  • center circuit designates DC or also inverter circuits in which a transformer is used for the conversion.
  • mid-point circuits are used, for example, in the automotive sector for the control of the electric drives of a radiator fan.
  • a synchronous motor is a synchronous motor in motor operation, in which a magnetizer constantly magnetized (the so-called rotor) is taken synchronously by a moving magnetic rotating field in the surrounding stator.
  • the running synchronous motor has a synchronous to AC voltage movement, the speed is thus linked via the number of pole pairs with the frequency of the AC voltage.
  • the magnetic field in the rotor can be generated by permanent magnets (self-excitation) or electromagnets (external excitation).
  • the present invention relates specifically to permanent magnet synchronous motors.
  • This synchronous motor can be used as an electric motor, which is operated in a motor operation with a direct current, or as a generator, which converts mechanical energy into an alternating current in a so-called regenerative operation.
  • the synchronous motor in addition to the aforementioned motor and generator operating modes can also be operated in a braking operation, which is increasingly of particular interest in automotive applications.
  • the brake drive refers to the mode of operation in which the synchronous motor passes from motor operation to regenerative operation and is decelerated.
  • electrical energy is fed back.
  • the return of electrical energy which is obtained from the rotation of the electric motor, short-term voltage dips in the electrical energy supply.
  • the braking of the synchronous motor in itself means an additional functionality that z. To comply with a given speed z. B. can be used in a foreign driven operation.
  • a negative direct current In order to set a braking mode, a negative direct current must be impressed on the synchronous motor with a positive induced emf voltage and vice versa, so that the generated torque of the synchronous motor becomes negative.
  • a negative direct current means that the polarity of the induced voltage across a motor winding must be reversed. In braking mode, this is achieved by driving the synchronous motor by means of the bridge circuit mentioned above by varying the duty cycle of the drive signals for driving the controllable switch of the bridge circuit.
  • the object underlying the present invention is now to improve the operation of a perma nent excited synchronous motor, in particular when used in a radiator fan.
  • this object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and / or by a circuit arrangement having the features of patent claim 7 and / or by a radiator fan module having the features of patent claim 14.
  • a circuit arrangement for operating a permanently excited synchronous motor in particular using a method according to the invention, having a drive circuit which provides at least one drive signal with an inverter circuit which is implemented in a center-point circuit and which supplies a DC supply voltage present on the input side or a DC supply current into an AC voltage or one
  • a radiator fan module for or in a motor vehicle having a radiator fan disposed in a fan housing, with a synchronous motor coupled to drive the radiator fan therewith, with circuitry according to the invention, whose output terminals are connected to the synchronous motor and which is adapted to the synchronous motor to control such that it is braked motor or generator in a braking mode.
  • the present invention primarily addresses the problem of the operation of a permanent-magnet synchronous motor when driven by a center circuit formed as an inverter circuit.
  • a center circuit formed as an inverter circuit.
  • an additional braking operation is possible.
  • This allows a significant expansion of this synchronous motor, which is particularly advantageous in automotive applications and especially in the application of the synchronous motor as a drive for a radiator fan.
  • the synchronous motor can be used for the conventional driving of the radiator fan.
  • electricity can be fed back into the energy supply, which is advantageous, above all, with regard to avoiding short-term voltage dips in the electrical energy supply.
  • it is now also possible to equip the synchronous motor with a braking functionality which in addition to the braking functionality also allows a feeding back of energy, especially in generator mode.
  • the invention makes it possible to use as
  • Center circuit formed inverter circuit a more flexible and in particular a simpler control of the synchronous motor.
  • the inverter circuit is driven by a pulse width modulated drive signal with a predetermined duty cycle, wherein the duty cycle is preferably adjustable.
  • a first operating mode is provided, in which the synchronous motor is operated for the braking operation in motor operation.
  • a second operating mode in which the synchronous motor for the braking operation is operated in regenerative operation.
  • the duty cycle of the drive signal in the first operating mode is less than or equal to 0.5 and / or the duty cycle of the drive signal in the second operating mode in the range between 0.5 and 1.
  • a one-or two-phase center circuit is provided for driving a single-phase or two-phase synchronous motor.
  • a load path pair with two load paths coupled by a transformer device are provided for each phase of the mid-point circuit, in each of which a transformer winding, an emf voltage source and a load path of a controllable switch are arranged in series.
  • the transformer windings of two coupled load paths are coupled together with an opposite sense of winding and are in particular formed by oppositely wound armature windings of the synchronous motor.
  • a field-effect controllable power transistor in particular a MOSFET, which has an integrated free-wheeling diode is provided as a controllable switch.
  • the drive circuit has a PWM modulator which is designed to generate at least one PWM-modulated drive signal with a predetermined and preferably adjustable duty cycle.
  • a program-controlled device in particular a microcontroller, is provided which has the drive circuit.
  • the circuit arrangement is arranged in a control device within the fan housing.
  • Fig. 1 is a block diagram of a radiator fan assembly according to the invention with a synchronous motor
  • FIG. 2 shows a circuit diagram for explaining a first general exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention for controlling a synchronous motor
  • Fig. 3 is a detailed circuit diagram for explaining a second embodiment of a circuit arrangement according to the invention
  • Fig. 5 is a detailed circuit diagram for explaining a third, preferred embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
  • Fig. 1 shows a block diagram of a radiator fan assembly according to the invention with a synchronous motor.
  • the radiator fan assembly is designated by reference numeral 10 here.
  • the radiator fan arrangement 10 has a permanently excited synchronous motor 11 and a circuit arrangement 12 according to the invention for operating this synchronous motor 11.
  • the synchronous motor 11 is connected via supply terminals 13, 14 with the circuit arrangement 12 according to the invention.
  • This circuit arrangement 12 has a drive circuit 15 and an inverter circuit 16 connected on the control side to the drive circuit 15.
  • the inverter circuit 16 is connected on the supply side via two supply terminals 17, 18 to a power supply 19.
  • the energy supply 19 is a DC voltage source, which is preferably designed as a rechargeable battery.
  • a first supply pole is located at the first supply connection 17.
  • Potential for example, the positive battery potential VBB
  • a second supply potential for example, the potential of the reference ground GND is applied.
  • U 2W intermediate circuit voltage
  • the drive circuit 15 may, for. B. part of a control unit, which z. B. has a microcontroller, be. Instead of a microcontroller as a controllable device only one processor can be used here. In addition, it would also be conceivable to implement the functionality of the drive circuit 15 by means of a controllable and preferably programmable logic circuit, such as a PLD or FPGA.
  • the power supply of the drive circuit 15 is here, for better clarity, not shown.
  • this drive circuit 15 generates control signals S1, S2, which are supplied to the inverter circuit 16 via the control terminals 20, 21. The function of this inverter circuit 16 and thus of the entire radiator fan arrangement 10 will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 to 5.
  • the radiator fan assembly 10 has a modular cooling fan, in which thus a housing 22 is provided, within which the circuit arrangement 12 according to the invention or at least the inverter circuit 16 together with the synchronous motor 11 and driven by this synchronous motor 11 fan (not here shown) are arranged.
  • Figure 2 shows a circuit diagram for explaining a first generalized embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows only the circuit arrangement 12 here.
  • This circuit arrangement 12 has two load paths 30, 31 arranged parallel to one another.
  • the two load paths 30, 31 are coupled to one another via a transformer 32.
  • the transformer 32 has two windings 33, 34, which are each arranged in different load paths 30, 31 and which have mutually a direction opposite sense of winding.
  • the transformer windings 33, 34 are formed by the armature windings of the synchronous motor 11.
  • an EMF voltage source 35, 36 is provided, which is represented by the function of the synchronous motor 11, and controllable switches 37, 38 which are the respective transformer windings 33, 34 of a load path 30, 31 connected in series.
  • the controllable switches 37, 38 are actuated via the control terminals 20, 21 with respective control signals S1, S2.
  • the two series circuits, which represent the load paths 30, 31, are connected in parallel with each other and between the supply terminals 17, 18, at which the intermediate circuit voltage U zw drops.
  • FIG. 2 shows an inverter circuit 16 designed as a mid-point circuit, which has a single-phase circuit typology in the example shown.
  • here are no parasitic elements, such as z. B. caused by ohmic or inductive effects of the synchronous motor 11, taken into account.
  • EMF here refers to the electromagnetic coupling in an electric motor and here in the synchronous motor 11.
  • Voltage sources 35, 36 denote those in the synchronous motor
  • FIG. 3 shows a detailed circuit diagram for explaining a second exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
  • the load paths 30, 31 each have a leakage inductance 40, 41 and an ohmic resistance component 42, 43.
  • the leakage inductances 40, 41 are z. B. formed by leads and connecting lines of the circuit arrangement 12 according to the invention for synchronous motor 11, whereas the ohmic resistance components 42, 43 are formed by the ohmic resistance of the transformer windings 33, 34.
  • the stray inductances 40, 41 and the ohirischen resistance components 42, 43 are also in series with the transformer windings 33, 34, the EMK-
  • controllable switches 37, 38 are designed as field effect-controllable transistors and in particular as MOSFETs 44, 45.
  • MOSFETs 44, 45 is parallel to the controlled path of the MOSFET 44, 45, an integrated Bodydiode 46, 47, which acts here as Feilaufdiode arranged.
  • U L i, U L 2 denote the voltages falling across the transformer windings 33, 34, Um, U R2 the voltages dropping across the resistive components, U EMKI ⁇ U E MK2 the induced EMF voltages and U v i, Ü V2 the voltages dropped across the controlled paths of the MOSFETs 37, 38.
  • the currents in a respective load path 30, 31 are denoted by Ii or I 2 .
  • the leakage inductances 40, 41 are negligibly small in comparison to the inductances of the transformer windings 33, 34, so that here too the voltage drop at the leakage inductances 40, 41 is negligibly small and thus not shown here.
  • k denotes the coupling factor of the two transformer windings 33, 34 of the transformer 32 and L L i denotes the inductance of the transformer winding 33.
  • a denotes here the duty ratio of the drive signals S 1, S 2 for driving the MOSFETs 37, 38, where dendauer the drive signals Sl, S2 and t EIK the duty cycle is called.
  • a negative total current Ii or I 2 is therefore only achieved here if an area of the voltage over time, that is to say the so-called voltage time area, of the magnetically coupled phases is likewise negative.
  • Figures 4A and 4B show signal-time diagrams for explaining the operation of the synchronous motor 11.
  • Figures 4A, 4B show here the phase currents Ii and I 2 in generator mode or motor operation.
  • the hatched areas 50, 51 in FIGS. 4A, 4B mark the respective current-time areas on the positive and negative side and indicate the polarity of the total current.
  • the synchronous motor 11 is operated in the motor mode, if the product of induced voltage U emf and total current is positive, and the synchronous motor 11 is operated in generator mode, if the product of induced voltage U emf and total current is negative.
  • the total Ström results from the addition of the two currents I 1, I 2, in which case the corresponding current time surfaces 50, 51 are relevant.
  • the current-time surface 50 denotes the positive current
  • the current-time surface 51 denotes the negative current.
  • FIG. 4A although current is fed back in regenerative operation, no braking of the synchronous motor takes place here.
  • 4B shows the motor operation of the synchronous motor 11, in which braking takes place.
  • the problem with using a mid-point circuit 16 as a power circuit for controlling the permanently excited synchronous motor 11 is that braking in the block mode of the synchronous motor 11 only works under certain constellations of the emf voltage U EMK and the intermediate circuit voltage U zw . For this reason, therefore, an additional PWM drive signal for the freewheeling path of the midpoint circuit 16 must be provided.
  • an additional PWM drive signal means an additional expense, which is associated in particular with a higher circuit complexity for the drive circuit 15, especially its microcontroller.
  • Figures 4C and 4D show the phase currents Ii and ⁇ 2 in the case of a regenerative operation or a motor operation in the event of a negative EMF voltage
  • FIG. 5 shows a circuit diagram for explaining a third preferred exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 5 shows a two-phase center circuit, which thus has two transformers 32, 32 ', wherein in each case one of these transformers 32, 32' has two load paths 30, 31; 30 ', 31' are coupled together and in these load paths 30, 31; 30 ', 31' arranged elements are arranged in series with each other.
  • the elements of the two load paths 30 ', 31' of the second transformer 32 ' have been designated with an apostrophe for the sake of simplicity.
  • These load paths 30 ', 31' are arranged parallel to one another and likewise between the supply terminals 17, 18.
  • control signals S1, S1' are thus a total of four control signals Sl, S2; Sl 1 , S2 'provided.
  • the drive signals S2, S2 ' form the control signals inverted respectively to the drive signals S1, S1' and can be derived in a very simple way from these drive signals S1, S1 'by simply inverting.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, but can be modified in any way, without departing from the subject of the present invention ⁇ the invention.
  • the present invention is not limited to the specified circuit typology. Rather, instead of a one- or two-phase center circuit ⁇ M2, MA) also a more than two-phase center circuit can be used, for. B. a 3-phase (M6) center circuit.
  • the elements of these midpoint circuits can also be varied.
  • their controllable switches need not necessarily be formed as a MOSFET, although these are preferred.
  • any other integrated switch such as a JFET, IGBT, thyristor, or even a relay can be used.
  • a drive circuit in the present example is arranged in a control unit microprocessor advantage.
  • a different drive circuit such as B. any trained programmable control logic, z.
  • a PLD or FPGA circuit or the like.
  • VBB first supply potential

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

The invention relates to a method and a circuit arrangement for operating a permanently excited synchronous motor, especially for a radiator fan in a motor vehicle. In said method, the synchronous motor is triggered by an inverter circuit designed as a center-tap connection in such a way that the AC motor is operated in a deceleration mode via the center-tap connection. The invention further relates to a radiator fan module comprising such a circuit arrangement.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betreiben eines permanent erregten Synchronmotors und KühlerlüftermodulMethod and circuit arrangement for operating a permanently excited synchronous motor and cooling fan module
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines permanent erregten Synchronmotors. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kühlerlüftermodul mit einer solchen Schaltungsanordnung.The present invention relates to a method and a circuit arrangement for operating a permanently excited synchronous motor. The present invention further relates to a radiator fan module having such a circuit arrangement.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Bei modernen Kraftfahrzeugen wird eine zunehmende Anzahl von Elektromotoren verwendet, welche für die verschiedensten Verstellmöglichkeiten im Kraftfahrzeug eingesetzt werden, so zum Beispiel im Komfortbereich (z.B. Sitzverstellung, Fensterheber, etc.), im Sicherheitsbereich {z.B. elektrische Feststell- bremse) und für sonstige Fahrzeugfunktionen {z.B. Kühlerlüfter) . Für Kühlerlüfteranwendungen werden unter anderem permanent erregte Synchronmotoren ausgebildete Synchronmotoren verwendet .In modern motor vehicles, an increasing number of electric motors are used, which are used for a wide variety of adjustment possibilities in the motor vehicle, for example in the comfort area (for example seat adjustment, window lifters, etc.), in the security area {e.g. electric parking brake) and for other vehicle functions {e.g. Radiator fan). For radiator fan applications, among other things, permanent magnet synchronous motors are used.
Zum Betreiben und zum Ansteuern dieser Synchronmotoren wird typischerweise eine gesteuerte Leistungsschaltung verwendet, von der je nach Einsatz und Verwendungszweck verschiedene Schaltungstopologien vorgesehen sind. Zur Ansteuerung eines Synchronmotors im Automotive-Bereich wird als Leistungsschal- tung häufig eine Brückenschaltung verwendet, die in an sich bekannter Weise als Voll- oder Halbbrücke ausgebildet sein kann. Vorzugsweise werden hier als Schaltelemente Leistungsschalter, wie zum Beispiel MOSFETs, JFETs, IGBTs und Thyristoren, verwendet, mit denen sehr hohe Ströme und Leistungen ge- schaltet werden können und die zudem sehr einfach und auch kostengünstig herstellbar sind. Eine solche Brückenschaltung ist zwar im Allgemeinen kostengünstig, jedoch zum Beispiel bei Verwendung einer so genannten B4-Brückenschaltung, die vier steuerbare Schalter aufweist, umständlicher und nicht so flexibel in der Ansteuerung.For operating and driving these synchronous motors, a controlled power circuit is typically used, of which different circuit topologies are provided depending on the application and intended use. For driving a synchronous motor in the automotive sector, a bridge circuit is often used as the power circuit, which bridge circuit can be designed as a full or half bridge in a manner known per se. Preferably, circuit breakers, such as, for example, MOSFETs, JFETs, IGBTs and thyristors, are used here as switching elements, with which very high currents and powers can be switched and which, in addition, can be produced very simply and cost-effectively. Although such a bridge circuit is generally inexpensive, for example, in Using a so-called B4 bridge circuit, which has four controllable switch, cumbersome and not so flexible in the control.
Aus diesem Grund existieren auch alternative Anwendungen, bei denen statt einer Brückenschaltung andere Leistungsschaltungen für die Ansteuerung der Synchronmotoren verwendet werden, die zum Beispiel als Mittelpunktschaltung ausgebildete Wechselrichterschaltungen verwenden. Ein Wechselrichter ist ein elektrisches Gerät, das eine Gleichspannung in eine Wechselspannung bzw. einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umrichtet. Als Mittelpunktschaltung bezeichnet man Gleich- oder auch Wechselrichterschaltungen, bei denen zur Umrichtung ein Transformator verwendet wird. Solche Mittelpunktschaltungen werden zum Beispiel im Automotive-Bereich für die Ansteuerung der elektrischen Antriebe eines Kühlerlüfters eingesetzt.For this reason, there are also alternative applications in which, instead of a bridge circuit, other power circuits are used for driving the synchronous motors using, for example, inverter circuits formed as a center circuit. An inverter is an electrical device that converts a DC voltage into an AC voltage or a DC current into an AC current. The term center circuit designates DC or also inverter circuits in which a transformer is used for the conversion. Such mid-point circuits are used, for example, in the automotive sector for the control of the electric drives of a radiator fan.
Ein Synchronmotor ist eine Synchronmaschine im Motorbetrieb, bei der ein konstant magnetisierter Läufer (der so genannte Rotor) synchron von einem bewegten magnetischen Drehfeld im umgebenden Stator mitgenommen wird. Der laufende Synchronmotor hat eine zur Wechselspannung synchrone Bewegung, die Drehzahl ist also über die Polpaarzahl mit der Frequenz der Wechselspannung verknüpft. Das magnetische Feld im Läufer kann durch Permanentmagnete (Selbsterregung) oder Elektromagnete (Fremderregung) erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich speziell auf permanent erregte Synchronmotoren. Dieser Synchronmotor kann als Elektromotor, der in einem motorischen Betrieb mit einem Gleichstrom betrieben wird, oder als Genera- tor, der in einem so genannten generatorischen Betrieb mechanische Energie in einen Wechselstrom wandelt, verwendet werden.A synchronous motor is a synchronous motor in motor operation, in which a magnetizer constantly magnetized (the so-called rotor) is taken synchronously by a moving magnetic rotating field in the surrounding stator. The running synchronous motor has a synchronous to AC voltage movement, the speed is thus linked via the number of pole pairs with the frequency of the AC voltage. The magnetic field in the rotor can be generated by permanent magnets (self-excitation) or electromagnets (external excitation). The present invention relates specifically to permanent magnet synchronous motors. This synchronous motor can be used as an electric motor, which is operated in a motor operation with a direct current, or as a generator, which converts mechanical energy into an alternating current in a so-called regenerative operation.
Darüber hinaus kann der Synchronmotor zusätzlich zu den eben genannten motorischen und generatorischen Betriebsmodi auch in einem Bremsbetrieb betrieben werden, was insbesondere bei Automotive-Anwendungen zunehmend von Interesse ist. Der Bremsbe- trieb bezeichnet die Betriebsweise, bei dem der Synchronmotor vom motorischen Betrieb in den generatorischen Betrieb übergeht und dabei abgebremst wird. Vorzugsweise wird beim Bremsen elektrische Energie rückgespeist. Zum einen können über das Rückspeisen von elektrischer Energie, die aus der Drehung des Elektromotors gewonnen wird, kurzzeitige Spannungseinbrüche in der elektrischen Energieversorgung abgefangen werden. Darüber hinaus bedeutet das Bremsen des Synchronmotors an sich eine zusätzliche Funktionalität, die zum Einhalten einer vorgegebe- nen Drehzahl z. B. in einem fremd angetriebenen Betrieb verwendet werden kann.In addition, the synchronous motor in addition to the aforementioned motor and generator operating modes can also be operated in a braking operation, which is increasingly of particular interest in automotive applications. The brake drive refers to the mode of operation in which the synchronous motor passes from motor operation to regenerative operation and is decelerated. Preferably, during braking, electrical energy is fed back. On the one hand can be intercepted by the return of electrical energy, which is obtained from the rotation of the electric motor, short-term voltage dips in the electrical energy supply. In addition, the braking of the synchronous motor in itself means an additional functionality that z. To comply with a given speed z. B. can be used in a foreign driven operation.
Um einen Bremsbetrieb einzustellen, muss bei einer positiven induzierten EMK-Spannung am Synchronmotor ein negativer Gleichstrom eingeprägt werden und umgekehrt, sodass das erzeugte Drehmoment des Synchronmotors negativ wird. Ein negativer Gleichstrom bedeutet, dass die Polarität der induzierten Spannung über einer Motorwicklung umgedreht werden muss. Im Bremsbetrieb wird dies bei Ansteuerung des Synchronmotors mit- tels der oben erwähnten Brückenschaltung durch ein Variieren des Tastverhältnisses der Ansteuersignale zur Ansteuerung der steuerbaren Schalter der Brückenschaltung erreicht.In order to set a braking mode, a negative direct current must be impressed on the synchronous motor with a positive induced emf voltage and vice versa, so that the generated torque of the synchronous motor becomes negative. A negative direct current means that the polarity of the induced voltage across a motor winding must be reversed. In braking mode, this is achieved by driving the synchronous motor by means of the bridge circuit mentioned above by varying the duty cycle of the drive signals for driving the controllable switch of the bridge circuit.
Das eben genannte Verfahren zur Einstellung eines Bremsbe- triebs für einen permanent erregten Synchronmotor funktioniert allerdings nicht, sofern hier statt der Brückenschaltung eine Mittelpunktschaltung zur Ansteuerung verwendet wird. Derzeit existiert daher keine Möglichkeit mittels einer Mittelpunktschaltung einen Synchronmotor im Bremsbetrieb zu betreiben, so dass bislang für einen Bremsbetrieb entweder eine Brückschaltung als Ansteuerung verwendet werden musste oder auf den Bremsbetrieb des Synchronmotors verzichtet werden musste.However, the above-mentioned method for setting a brake operation for a permanently excited synchronous motor does not work, if instead of the bridge circuit, a mid-point circuit is used for the control. At present, therefore, there is no possibility to operate a synchronous motor in braking mode by means of a mid-point circuit, so that hitherto either a bridging circuit had to be used as control for a braking operation or it was necessary to dispense with the braking operation of the synchronous motor.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine verbesserte Betriebsweise eines perma- nent erregten Synchronmotors insbesondere bei Anwendung in einem Kühlerlüfter anzugeben.The object underlying the present invention is now to improve the operation of a perma nent excited synchronous motor, in particular when used in a radiator fan.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und/oder durch ein Kühlerlüftermodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and / or by a circuit arrangement having the features of patent claim 7 and / or by a radiator fan module having the features of patent claim 14.
Demgemäß ist vorgesehen:Accordingly, it is provided:
Ein Verfahren zum Betreiben eines permanent erregten Synchronmotors, insbesondere für einen Kühlerlüfter eines Kraftfahrzeugs, bei dem der Synchronmotor durch eine in Mittelpunk- Schaltung ausgeführte Wechselrichterschaltung derart angesteuert wird, dass der Gleichstrommotor über die Mittelpunkschaltung in einem Bremsbetrieb betrieben wird.A method of operating a permanent magnet synchronous motor, in particular for a radiator fan of a motor vehicle, wherein the synchronous motor is controlled by an inverter circuit implemented in center-point circuit such that the DC motor is operated via the center-point circuit in a braking operation.
Eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines permanent erreg- ten Synchronmotors, insbesondere unter Verwendung eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens, mit einer Ansteuerschaltung, die zumindest ein Ansteuersignal bereitstellt, mit einer in Mittelpunkschaltung ausgeführten Wechselrichterschaltung, die ein eingangsseitig anliegende Versorgungsgleichspannung oder ein Versorgungsgleichstrom in eine Wechselspannung bzw. einenA circuit arrangement for operating a permanently excited synchronous motor, in particular using a method according to the invention, having a drive circuit which provides at least one drive signal with an inverter circuit which is implemented in a center-point circuit and which supplies a DC supply voltage present on the input side or a DC supply current into an AC voltage or one
Wechselstrom wandelt, und die durch ein jeweiliges Ansteuersignal steuerbare Schalter aufweist, welche die gewandelte Wechselspannung bzw. den Wechselstrom auf Versorgungsausgänge derart schaltet, dass ein an den Schaltausgängen ankoppelbarer Synchronmotor in einem Bremsbetrieb betreibbar ist.Converts alternating current, and having controllable by a respective drive signal switch, which switches the converted AC voltage or the AC power to supply outputs such that a can be coupled to the switching outputs synchronous motor in a braking operation is operable.
Ein Kühlerlüftermodul für oder in einem Kraftfahrzeug, mit einem in einem Lüftergehäuse angeordneten Kühlerlüfter, mit einem Synchronmotor, der zum Antreiben des Kühlerlüfters mit diesem gekoppelt ist, mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, deren Ausgangsanschlüsse mit dem Synchronmotor verbunden sind und welche dazu ausgelegt ist, den Synchronmotor derart anzusteuern, dass dieser in einem Bremsbetrieb motorisch oder generatorisch abgebremst wird.A radiator fan module for or in a motor vehicle having a radiator fan disposed in a fan housing, with a synchronous motor coupled to drive the radiator fan therewith, with circuitry according to the invention, whose output terminals are connected to the synchronous motor and which is adapted to the synchronous motor to control such that it is braked motor or generator in a braking mode.
Die vorliegende Erfindung adressiert vornehmlich das Problem der Betriebsweise eines permanent erregten Synchronmotors bei Ansteuerung über eine als Wechselrichterschaltung ausgebildete Mittelpunktschaltung. Hier ist neben den üblichen Betriebsmodi des Synchronmotors als Generator oder als Motor auch ein zusätzlicher Bremsbetrieb möglich. Dies ermöglicht eine signifi- kante Funktionserweiterung dieses Synchronmotors, was insbesondere in Automotive-Anwendungen und vor allem bei der Anwendung des Synchronmotors als Antrieb für einen Kühlerlüfter von besonderem Vorteil ist. Insbesondere kann hier der Synchronmotor zum herkömmlichen Antreiben des Kühlerlüfters verwendet werden. Im generatorischen Betrieb kann Strom in die Energieversorgung zurückgespeist werden, was vor allem hinsichtlich der Vermeidung kurzzeitiger Spannungseinbrüche in der elektrischen Energieversorgung von Vorteil ist. Daneben ist es nun auch möglich, den Synchronmotor mit einer Bremsfunktionalität auszustatten, die insbesondere im generatorischen Betrieb zusätzlich neben der Bremsfunktionalität auch ein Zurückspeisen von Energie ermöglicht.The present invention primarily addresses the problem of the operation of a permanent-magnet synchronous motor when driven by a center circuit formed as an inverter circuit. Here, in addition to the usual operating modes of the synchronous motor as a generator or as an engine, an additional braking operation is possible. This allows a significant expansion of this synchronous motor, which is particularly advantageous in automotive applications and especially in the application of the synchronous motor as a drive for a radiator fan. In particular, here the synchronous motor can be used for the conventional driving of the radiator fan. In regenerative operation, electricity can be fed back into the energy supply, which is advantageous, above all, with regard to avoiding short-term voltage dips in the electrical energy supply. In addition, it is now also possible to equip the synchronous motor with a braking functionality, which in addition to the braking functionality also allows a feeding back of energy, especially in generator mode.
Im Vergleich zu Brückenschaltungen, die bislang hierfür einge- setzt werden mussten, ermöglicht die erfindungsgemäße, alsCompared to bridge circuits, which previously had to be used for this purpose, the invention makes it possible to use as
Mittelpunktschaltung ausgebildete Wechselrichterschaltung eine flexiblere und insbesondere eine einfachere Ansteuerung des Synchronmotors .Center circuit formed inverter circuit a more flexible and in particular a simpler control of the synchronous motor.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and from the description in conjunction with the figures of the drawing.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Wechselrichter- Schaltung durch ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal mit vorgegebenem Tastverhältnis angesteuert, wobei das Tastverhältnis vorzugsweise einstellbar ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein erster Betriebsmodus vorgesehen, bei dem der Synchronmotor für den Bremsbetrieb im motorischen Betrieb betrieben wird.In a preferred embodiment, the inverter circuit is driven by a pulse width modulated drive signal with a predetermined duty cycle, wherein the duty cycle is preferably adjustable. In a preferred embodiment, a first operating mode is provided, in which the synchronous motor is operated for the braking operation in motor operation.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein zweiter Betriebsmodus vorgesehen, bei dem der Synchronmotor für den Bremsbetrieb im generatorischen Betrieb betrieben wird.In a preferred embodiment, a second operating mode is provided, in which the synchronous motor for the braking operation is operated in regenerative operation.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Tastverhältnis des Ansteuersignals im ersten Betriebsmodus kleiner oder gleich 0,5 und/oder beträgt das Tastverhältnis des Ansteuersignals im zweiten Betriebsmodus im Bereich zwischen 0,5 und 1.In a preferred embodiment, the duty cycle of the drive signal in the first operating mode is less than or equal to 0.5 and / or the duty cycle of the drive signal in the second operating mode in the range between 0.5 and 1.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird im Bremsbetrieb derIn a preferred embodiment, the braking operation of the
Synchronmotor derart angesteuert, das ein durch den Synchronmotor erzeugtes Drehmoment negativ wird, indem bei einer am Synchronmotor anliegenden positiven induzierten EMK-Spannung ein negativer Gleichstrom in den Synchronmotor eingeprägt wird und/oder indem bei einer am Synchronmotor anliegenden negativen induzierten EMK-Spannung ein positiver Gleichstrom in den Synchronmotor eingeprägt wird.Synchronous motor driven such that a generated by the synchronous motor torque is negative by a negative DC current is impressed in the synchronous motor at a voltage applied to the synchronous motor positive induced EMF voltage and / or by a positive DC current applied to a voltage applied to the synchronous motor negative induced EMF voltage is impressed in the synchronous motor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine ein- oder zweipha- sige Mittelpunktschaltung zur Ansteuerung eines einphasigen bzw. zweiphasigen Synchronmotor vorgesehen.In a preferred embodiment, a one-or two-phase center circuit is provided for driving a single-phase or two-phase synchronous motor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind je Phase der Mittelpunktschaltung ein Lastpfadpaar mit zwei durch eine Transfor- matoreinrichtung gekoppelten Lastpfade vorgesehen, in denen jeweils eine Transformatorwicklung, eine EMK-Spannungsquelle und ein Lastpfad eines steuerbaren Schalters in Reihe zueinander angeordnet sind.In a preferred embodiment, a load path pair with two load paths coupled by a transformer device are provided for each phase of the mid-point circuit, in each of which a transformer winding, an emf voltage source and a load path of a controllable switch are arranged in series.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Transformatorwicklungen zweier gekoppelter Lastpfade mit einem gegensinnigen Wicklungssinn miteinander gekoppelt und sind insbesondere durch gegensinnig gewickelte Ankerwicklungen des Synchronmotors gebildet.In a preferred embodiment, the transformer windings of two coupled load paths are coupled together with an opposite sense of winding and are in particular formed by oppositely wound armature windings of the synchronous motor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist als steuerbarer Schal- ter ein durch Feldeffekt steuerbarer Leistungstransistor, insbesondere ein MOSFET, vorgesehen, der eine integrierte Freilaufdiode aufweist.In a preferred embodiment, a field-effect controllable power transistor, in particular a MOSFET, which has an integrated free-wheeling diode is provided as a controllable switch.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Ansteuerschaltung einen PWM-Modulator auf, der dazu ausgelegt ist, zumindest ein PWM-moduliertes Ansteuersignal mit vorgegebenem und vorzugsweise einstellbarem Tastverhältnis zu erzeugen.In a preferred embodiment, the drive circuit has a PWM modulator which is designed to generate at least one PWM-modulated drive signal with a predetermined and preferably adjustable duty cycle.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine programmgesteuerte Einrichtung, insbesondere ein Mikrocontroller, vorgesehen, die die Ansteuerschaltung aufweist.In a preferred embodiment, a program-controlled device, in particular a microcontroller, is provided which has the drive circuit.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung in einem Steuergerät innerhalb des Lüftergehäuses angeordnet.In a preferred embodiment, the circuit arrangement is arranged in a control device within the fan housing.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auch auf beliebige und geeignete Art und Weise miteinander kombinieren.The above refinements and developments of the invention can also be combined with one another in any suitable manner.
Zusammenfassung der FigurenSummary of the figures
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawing. It shows:
Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäße Kühlerlüfteranordnung mit einem Synchronmotor;Fig. 1 is a block diagram of a radiator fan assembly according to the invention with a synchronous motor;
Fig. 2 ein Schaltbild zur Erläuterung eines ersten allge- meinen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Synchronmotor; Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;2 shows a circuit diagram for explaining a first general exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention for controlling a synchronous motor; Fig. 3 is a detailed circuit diagram for explaining a second embodiment of a circuit arrangement according to the invention;
Fig. 4A-4D Signal-Zeit-Diagramme zur Erläuterung der Funktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;4A-4D signal-time diagrams for explaining the function of the circuit arrangement according to the invention;
Fig. 5 ein detailliertes Schaltbild zur Erläuterung eines dritten, bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung .Fig. 5 is a detailed circuit diagram for explaining a third, preferred embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Signale - sofern nichts Anderes ausge- führt ist - mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing are identical and functionally identical elements, features and signals - unless otherwise stated - provided with the same reference numerals.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der ErfindungDescription of embodiments of the invention
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäße Kühlerlüfteranordnung mit einem Synchronmotor.Fig. 1 shows a block diagram of a radiator fan assembly according to the invention with a synchronous motor.
Die Kühlerlüfteranordnung ist hier mit Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Kühlerlüfteranordnung 10 weist einen permanent erregten Synchronmotor 11 sowie eine erfindungsgemäße Schal- tungsanordnung 12 zum Betreiben dieses Synchronmotors 11 auf. Der Synchronmotor 11 ist über Versorgungsanschlüsse 13, 14 mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 12 verbunden. Diese Schaltungsanordnung 12 weist eine Ansteuerschaltung 15 und eine steuerseitig mit der Ansteuerschaltung 15 verbundene Wech- selrichterschaltung 16 auf.The radiator fan assembly is designated by reference numeral 10 here. The radiator fan arrangement 10 has a permanently excited synchronous motor 11 and a circuit arrangement 12 according to the invention for operating this synchronous motor 11. The synchronous motor 11 is connected via supply terminals 13, 14 with the circuit arrangement 12 according to the invention. This circuit arrangement 12 has a drive circuit 15 and an inverter circuit 16 connected on the control side to the drive circuit 15.
Die Wechselrichterschaltung 16 ist versorgungsseitig über zwei Versorgungsanschlüsse 17, 18 mit einer Energieversorgung 19 verbunden. Die Energieversorgung 19 ist im vorliegenden Aus- führungsbeispiel eine Gleichspannungsquelle, die vorzugsweise als wiederaufladbare Batterie ausgebildet ist. Damit liegt an dem ersten Versorgungsanschluss 17 ein erstes Versorgungspo- tential, beispielsweise das positive Batteriepotential VBB, an, während an dem zweiten Versorgungsanschluss 18 ein zweites Versorgungspotential, beispielsweise das Potential der Bezugsmasse GND anliegt. Zwischen diesen Versorgungsanschlüssen 17, 18 fällt damit eine Zwischenkreisspannung U2W ab, über welche die Wechselrichterschaltung 16 versorgt wird. Steuerseitig ist die Wechselrichterschaltung 16 über Steueranschlüsse 20, 21 mit der Ansteuerschaltung 15 verbunden.The inverter circuit 16 is connected on the supply side via two supply terminals 17, 18 to a power supply 19. In the present exemplary embodiment, the energy supply 19 is a DC voltage source, which is preferably designed as a rechargeable battery. Thus, a first supply pole is located at the first supply connection 17. Potential, for example, the positive battery potential VBB, while at the second supply terminal 18, a second supply potential, for example, the potential of the reference ground GND is applied. Between these supply terminals 17, 18 thus drops an intermediate circuit voltage U 2W , via which the inverter circuit 16 is supplied. Control side, the inverter circuit 16 is connected via control terminals 20, 21 to the drive circuit 15.
Die Ansteuerschaltung 15 kann z. B. Bestandteil eines Steuergerätes, welches z. B. einen Mikrokontroller aufweist, sein. Statt eines MikroControllers als steuerbare Einrichtung kann hier auch lediglich ein Prozessor verwendet werden. Daneben wäre es auch denkbar, die Funktionalität der Ansteuerschaltung 15 durch eine steuerbare und vorzugsweise programmierbare Logikschaltung, wie etwa eine PLD oder FPGA, zu implementieren. Die Energieversorgung der Ansteuerschaltung 15 ist hier, der besseren Übersichtlichkeit halber, nicht dargestellt. Diese Ansteuerschaltung 15 erzeugt ausgangsseitig Steuersignale Sl, S2, welche über die Steueranschlüsse 20, 21 der Wechselrichterschaltung 16 zugeführt werden. Die Funktion dieser Wechselrichterschaltung 16 und damit der gesamten Kühlerlüfteranordnung 10 wird nachfolgend noch detailliert mit Bezug auf die Figuren 2 bis 5 erläutert.The drive circuit 15 may, for. B. part of a control unit, which z. B. has a microcontroller, be. Instead of a microcontroller as a controllable device only one processor can be used here. In addition, it would also be conceivable to implement the functionality of the drive circuit 15 by means of a controllable and preferably programmable logic circuit, such as a PLD or FPGA. The power supply of the drive circuit 15 is here, for better clarity, not shown. On the output side, this drive circuit 15 generates control signals S1, S2, which are supplied to the inverter circuit 16 via the control terminals 20, 21. The function of this inverter circuit 16 and thus of the entire radiator fan arrangement 10 will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 to 5.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Kühlerlüfteranordnung 10 einen modulartigen Kühlerlüfter auf, bei dem somit ein Gehäuse 22 vorgesehen ist, innerhalb dem die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 12 oder zumindest die Wechselrichter- Schaltung 16 zusammen mit dem Synchronmotor 11 und dem von diesem Synchronmotor 11 angetriebenen Lüfter (hier nicht gezeigt) angeordnet sind.In the present embodiment, the radiator fan assembly 10 has a modular cooling fan, in which thus a housing 22 is provided, within which the circuit arrangement 12 according to the invention or at least the inverter circuit 16 together with the synchronous motor 11 and driven by this synchronous motor 11 fan (not here shown) are arranged.
Figur 2 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung eines ersten ver- allgemeinerten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßenFigure 2 shows a circuit diagram for explaining a first generalized embodiment of an inventive
Schaltungsanordnung entsprechend Figur 1, wie sie zur Ansteuerung eines Synchronmotors 11 verwendbar ist. Figur 2 zeigt hier lediglich die Schaltungsanordnung 12. Diese Schaltungsanordnung 12 weist zwei parallel zueinander angeordnete Lastpfade 30, 31 auf. Die beiden Lastpfade 30, 31 sind über einen Transformator 32 miteinander gekoppelt. Der Transformator 32 weist zwei Wicklungen 33, 34 auf, die jeweils in unterschiedlichen Lastpfaden 30, 31 angeordnet sind und welche zueinander einen gegengerichteten Wicklungssinn aufweisen. Die Transformatorwicklungen 33, 34 werden dabei durch die Anker- Wicklungen des Synchronmotors 11 gebildet.Circuit arrangement according to Figure 1, as it is used to control a synchronous motor 11. FIG. 2 shows only the circuit arrangement 12 here. This circuit arrangement 12 has two load paths 30, 31 arranged parallel to one another. The two load paths 30, 31 are coupled to one another via a transformer 32. The transformer 32 has two windings 33, 34, which are each arranged in different load paths 30, 31 and which have mutually a direction opposite sense of winding. The transformer windings 33, 34 are formed by the armature windings of the synchronous motor 11.
Die Kopplung der beiden Wicklungen 33, 34 des Transformators 32 ist mit k bezeichnet, wobei bei einer idealen Kopplung k =The coupling of the two windings 33, 34 of the transformer 32 is denoted by k, with an ideal coupling k =
I ist.I is.
Innerhalb eines Lastpfades 30, 31 ist eine EMK-Spannungsquelle 35, 36 vorgesehen, welche durch die Funktion des Synchronmotors 11 repräsentiert wird, sowie steuerbare Schalter 37, 38 die den jeweiligen Transformatorwicklungen 33, 34 eines Lastpfades 30, 31 in Reihe geschaltet sind. Die steuerbaren Schal- ter 37, 38 werden über die Steueranschlüsse 20, 21 mit jeweiligen Steuersignalen Sl, S2 angesteuert. Die beiden Reihenschaltungen, welche die Lastpfade 30, 31 repräsentieren, sind parallel zueinander und zwischen den Versorgungsanschlüssen 17, 18, an denen die Zwischenkreisspannung Uzw abfällt, ge- schaltet.Within a load path 30, 31 an EMF voltage source 35, 36 is provided, which is represented by the function of the synchronous motor 11, and controllable switches 37, 38 which are the respective transformer windings 33, 34 of a load path 30, 31 connected in series. The controllable switches 37, 38 are actuated via the control terminals 20, 21 with respective control signals S1, S2. The two series circuits, which represent the load paths 30, 31, are connected in parallel with each other and between the supply terminals 17, 18, at which the intermediate circuit voltage U zw drops.
Figur 2 zeigt eine als Mittelpunktschaltung ausgebildete Wechselrichterschaltung 16, die im gezeigten Beispiel eine einphasige Schaltungstypologie aufweist. Darüber hinaus sind hier keine parasitären Elemente, wie sie z. B. durch ohmsche oder induktive Effekte des Synchronmotors 11 verursacht werden, berücksichtigt .FIG. 2 shows an inverter circuit 16 designed as a mid-point circuit, which has a single-phase circuit typology in the example shown. In addition, here are no parasitic elements, such as z. B. caused by ohmic or inductive effects of the synchronous motor 11, taken into account.
EMK bezeichnet hier die elektromagnetische Kopplung bei einem Elektromotor und hier bei dem Synchronmotor 11. Die EMK-EMF here refers to the electromagnetic coupling in an electric motor and here in the synchronous motor 11. The EMF
Spannungsquellen 35, 36 bezeichnen dabei die im SynchronmotorVoltage sources 35, 36 denote those in the synchronous motor
II induzierten Spannungen und stellen somit Sinus- Spannungsquellen dar. Pro Motorwicklung des 1-phasigen Synchronmotors 11 existiert also jeweils eine EMK-Spannυngsquelle 35, 36.II induced voltages and thus represent sinusoidal Voltage sources. Per motor winding of the 1-phase synchronous motor 11 so there is in each case an EMF Spannυngsquelle 35, 36th
Figur 3 zeigt ein detailliertes Schaltbild zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.FIG. 3 shows a detailed circuit diagram for explaining a second exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
Im Unterschied zu dem allgemeinen Ausführungsbeispiel in der Figur 3 sind hier auch parasitäre oder Streueffekte berücksichtigt. Aus diesem Grunde weisen die Lastpfade 30, 31 jeweils eine Streuinduktivität 40, 41 sowie eine ohmsche Widerstandskomponente 42, 43 auf. Die Streuinduktivitäten 40, 41 werden z. B. durch Zuleitungen und Verbindungsleitungen von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 12 zum Synchronmotor 11 gebildet, wohingegen die ohmschen Widerstandskomponenten 42, 43 durch den ohmschen Widerstand der Transformatorwicklungen 33, 34 gebildet werden. Die Streuinduktivitäten 40, 41 und die ohirischen Widerstandskomponenten 42, 43 sind ebenfalls in Reihe zu den Transformatorwicklungen 33, 34, den EMK-In contrast to the general exemplary embodiment in FIG. 3, parasitic or scattering effects are also taken into account here. For this reason, the load paths 30, 31 each have a leakage inductance 40, 41 and an ohmic resistance component 42, 43. The leakage inductances 40, 41 are z. B. formed by leads and connecting lines of the circuit arrangement 12 according to the invention for synchronous motor 11, whereas the ohmic resistance components 42, 43 are formed by the ohmic resistance of the transformer windings 33, 34. The stray inductances 40, 41 and the ohirischen resistance components 42, 43 are also in series with the transformer windings 33, 34, the EMK-
Spannungsquellen 35, 36 und den steuerbaren Schaltern 37, 38 geschaltet.Voltage sources 35, 36 and the controllable switches 37, 38 connected.
Im gezeigten Beispiel sind darüber hinaus die steuerbaren Schalter 37, 38 als durch Feldeffekt steuerbare Transistoren und hier insbesondere als MOSFETs 44, 45 ausgebildet. Bei diesen MOSFETs 44, 45 ist parallel zu dem gesteuerten Pfad des MOSFET 44, 45 eine integrierte Bodydiode 46, 47, die hier als Feilaufdiode fungiert, angeordnet.In the example shown, moreover, the controllable switches 37, 38 are designed as field effect-controllable transistors and in particular as MOSFETs 44, 45. In these MOSFETs 44, 45 is parallel to the controlled path of the MOSFET 44, 45, an integrated Bodydiode 46, 47, which acts here as Feilaufdiode arranged.
In Figur 3 bezeichnen ULi, UL2 die über den Transformatorwicklungen 33, 34 abfallenden Spannungen, Um, UR2 die über den ohmschen Widerstandskomponenten abfallenden Spannungen, UEMKIΛ UEMK2 die induzierten EMK-Spannungen und Uvi, ÜV2 die über den gesteuerten Pfaden der MOSFETs 37, 38 abfallenden Spannungen. Die Ströme in einem jeweiligen Lastpfad 30, 31 sind dabei mit Ii bzw. I2 bezeichnet. Die Streuinduktivitäten 40, 41 sind im Vergleich zu den Induktivitäten der Transformatorwicklungen 33, 34 vernachlässigbar gering, sodass hier auch der Spannungsabfall, an den Streuin- duktivitäten 40, 41 vernachlässigbar gering ist und damit hier nicht dargestellt ist.In FIG. 3, U L i, U L 2 denote the voltages falling across the transformer windings 33, 34, Um, U R2 the voltages dropping across the resistive components, U EMKIΛ U E MK2 the induced EMF voltages and U v i, Ü V2 the voltages dropped across the controlled paths of the MOSFETs 37, 38. The currents in a respective load path 30, 31 are denoted by Ii or I 2 . The leakage inductances 40, 41 are negligibly small in comparison to the inductances of the transformer windings 33, 34, so that here too the voltage drop at the leakage inductances 40, 41 is negligibly small and thus not shown here.
Für die in Fig. 3 dargestellte Mittelpunktschaltung 16 gelten folgende Zusammenhänge:For the center circuit 16 shown in FIG. 3, the following relationships apply:
UZw =UL1 +UR1 +UEMK1 +Uvl (1)U Z w = U L1 + U R1 + U EMK1 + U vl (1)
Uu -Lu dt M ^ (2) mit M = k-Lu (3)Uu -Lu dt M ^ ( 2 ) with M = k-Lu (3)
k bezeichnet hier den Kopplungsfaktor der beiden Transformatorwicklungen 33, 34 des Transformators 32 und LLi bezeichnet die Induktivität der Transformatorwicklung 33.Here k denotes the coupling factor of the two transformer windings 33, 34 of the transformer 32 and L L i denotes the inductance of the transformer winding 33.
Geht man davon aus, dass der Kopplungsfaktor k ungefähr 1 ist, dann gilt für die Spannungen der bestromten Phase der in Figur 3 dargestellten Mittelpunktschaltung 16 die folgende Beziehung :Assuming that the coupling factor k is about 1, then for the voltages of the energized phase of the center circuit 16 shown in Fig. 3, the following relation holds:
UL1+UR] =UZW-UEMK1 -UV1 (4) mitU L1 + U R] = U ZW -U EMK1 -U V1 (4) with
Uv1«2-(l-a)-Uzw (5)U v1 «2- (la) -U zw (5)
UL1+UR1 «(2a-l).Uzw-UEMK1 (6) mit a = — 1ElN/ U L1 + U R1 «(2a-l) .U zw -U EMK1 (6) with a = - 1 ElN /
a bezeichnet hier das Tastverhältnis der Ansteuersignale Sl, S2 zur Ansteuerung der MOSFETs 37, 38, wobei mit T die Perio- dendauer der Ansteuersignale Sl, S2 und mit tEIK die Einschaltdauer bezeichnet ist.a denotes here the duty ratio of the drive signals S 1, S 2 for driving the MOSFETs 37, 38, where dendauer the drive signals Sl, S2 and t EIK the duty cycle is called.
UL2+UR2«(l-2a)-Uzw+UEMK1 (8)U L2 + U R2 "(l-2a) -U zw + U EMK1 (8)
Ein negativer Gesamtstrom Ii bzw. I2 wird hier also nur dann erreicht, wenn eine Fläche der Spannung über die Zeit, also die so genannte Spannungzeitfläche, der magnetisch gekoppelten Phasen ebenfalls negativ ist. Somit gilt:A negative total current Ii or I 2 is therefore only achieved here if an area of the voltage over time, that is to say the so-called voltage time area, of the magnetically coupled phases is likewise negative. Thus:
[(2a-l)-Uzw-UEMK1].a + [(l-2a).Uzw+UEMK1].(l-a)<0 (9)[(2a-l) -U zw -U EMK1 ] .a + [(l-2a) .U zw + U EMK1 ]. (La) <0 (9)
4a2 ■ Uzw - 2a • (2 • Uzw + UEMK1) + Uzw + UEMK1 < 0 ( 10 )4a 2 ■ U zw - 2a • (2 • U zw + U EMK1 ) + U zw + U EMK1 <0 (10)
Werden die beiden Ungleichungen (9) und (10) aufgelöst, dann ergeben sich für vorgegebene Werte der Zwischenkreisspannung Uzw und der EMK-Spannung UEMκ die Arbeitspunkte und damit die Grenzen für das Tastverhältnis für einen Betrieb des Synchronmotors 11 im generatorischen Betrieb. Aufgrund der besonderen Schaltungstypologie einer Mittelpunktsschaltung 16 werden die Lösungen der beiden Ungleichungen (9), (10) immer Al = 0,5 und 0,5 < A2 < 1 lauten. Wählt man ein Tastverhältnis a zwischen diesen beiden Werten Al, A2, dann wird der Synchronmotor 11 im generatorischen Betrieb betrieben. Für den FallIf the two inequalities (9) and (10) are resolved, the operating points and thus the limits for the duty cycle for an operation of the synchronous motor 11 in generator operation result for given values of the intermediate circuit voltage U zw and the emf voltage U EM κ. Due to the particular circuit typology of a midpoint circuit 16, the solutions of the two inequalities (9), (10) will always be Al = 0.5 and 0.5 <A2 <1. If one selects a duty cycle a between these two values Al, A2, then the synchronous motor 11 is operated in regenerative operation. In the case
0 < a < Al (11)0 <a <Al (11)
kann dann ein Bremsbetrieb des Synchronmotors realisiert werden. Dies geschieht dadurch, dass ein Freilaufström des als MOSFET 43, 44 ausgebildeten steuerbaren Schalters 37, 38 statt über dessen integrierte Bodydiode 46, 47 über den gesteuerten Pfad des jeweiligen MOSFETs 44, 45 fließt, wodurch der Synchronmotor 11 motorisch gebremst wird. Für den Arbeitspunkt a > A2 ist hier allerdings kein Bremsbetrieb möglich.then a braking operation of the synchronous motor can be realized. This happens because a freewheeling current of the controllable switch 37, 38 designed as MOSFET 43, 44 instead of via its integrated body diode 46, 47 flows via the controlled path of the respective MOSFET 44, 45, whereby the synchronous motor 11 is braked by a motor. For the operating point a> A2, however, no braking operation is possible here.
Die Figuren 4A und 4B zeigen Signal-Zeit-Diagramme zur Erläuterung des Betriebs des Synchronmotors 11. Die Figuren 4A, 4B zeigen hier die Phasenströme Ii und I2 im generatorischen Betrieb bzw. motorischen Betrieb. Für eine jeweilige positive EMK-Spannung UEMK > 0.Figures 4A and 4B show signal-time diagrams for explaining the operation of the synchronous motor 11. Figures 4A, 4B show here the phase currents Ii and I 2 in generator mode or motor operation. For a respective positive emf voltage UEMK> 0.
Dabei zeigt Figur 4A die Signalformen der Ströme Ii, I2 beim generatorischen Betrieb, für eine Zwischenkreisspannung Uzw = 12V, eine EMK-Spannung UEMK = 6V und einem Tastverhältnis a = 0,6 entsprechend Ungleichung (9) und (10) . Die Figur 4B zeigt hingegen den motorischen Betrieb, bei dem Uzw = 12V, UEMK = 6V und a - 0,4 gewählt ist.In this case, Figure 4A shows the waveforms of the currents Ii, I 2 in generator operation, for an intermediate circuit voltage U zw = 12V, an emf voltage U emf = 6V and a duty cycle a = 0.6 according to inequality (9) and (10). On the other hand, FIG. 4B shows the engine operation in which U zw = 12V, U EMK = 6V and a - 0.4 are selected.
Die schraffierten Bereiche 50, 51 in den Figuren 4A, 4B markieren die jeweiligen Stromzeitflächen auf der positiven und negativen Seite und lassen auf die Polarität des Gesamtstroms schließen. Der Synchronmotor 11 wird im motorischen Betrieb betrieben, sofern das Produkt aus induzierter Spannung UEMK und Gesamtstrom positiv ist, und der Synchronmotor 11 wird im generatorischen Betrieb betrieben, sofern das Produkt aus induzierter Spannung UEMK und Gesamtstrom negativ ist. Der Gesamt- ström ergibt sich dabei aus der Addition der beiden Ströme I1, I2, wobei hier die entsprechenden Stromzeitflächen 50, 51 relevant sind. Die Stromzeitfläche 50 bezeichnet dabei den positiven Strom und die Stromzeitfläche 51 bezeichnet den negativen Strom. Je nachdem, welche dieser beiden Stromzeitflächen 50, 51 größer ist, ergibt sich ein Gesamtstrom, der entweder positiv ist (im Falle der Fig. 4B) oder negativ ist (im Falle der Fig. 4A) . In Fig. 4A ist somit ein negativer Gesamtstrom und eine positive induzierte Spannung UEMK vorhanden, was einen generatorischen Betrieb anzeigt. In Fig. 4B ist die induzierte Spannung UEMK wie auch der Gesamtstrom positiv, sodass hier ein motorischer Betrieb des Synchronmotors 11 gegeben ist.The hatched areas 50, 51 in FIGS. 4A, 4B mark the respective current-time areas on the positive and negative side and indicate the polarity of the total current. The synchronous motor 11 is operated in the motor mode, if the product of induced voltage U emf and total current is positive, and the synchronous motor 11 is operated in generator mode, if the product of induced voltage U emf and total current is negative. The total Ström results from the addition of the two currents I 1, I 2, in which case the corresponding current time surfaces 50, 51 are relevant. The current-time surface 50 denotes the positive current, and the current-time surface 51 denotes the negative current. Depending on which of these two current-time areas 50, 51 is greater, the result is a total current that is either positive (in the case of FIG. 4B) or negative (in the case of FIG. 4A). In FIG. 4A, therefore, a negative total current and a positive induced voltage U EMK is present, indicating a regenerative operation. In FIG. 4B, the induced voltage U EMK as well as the total current is positive, so that here a motorized operation of the synchronous motor 11 is given.
In Fig. 4Ä wird zwar im generatorischen Betrieb Strom zurückgespeist, allerdings erfolgt hier kein Bremsen des Synchronmo- tors . Fig. 4B zeigt den motorischen Betrieb des Synchronmotors 11, bei dem ein Bremsen erfolgt. Problematisch bei Verwendung einer Mittelpunktschaltung 16 als Leistungsschaltung zur Ansteuerung des permanent erregten Synchronmotors 11 ist, dass ein Bremsen im Blockbetrieb des Synchronmotors 11 nur unter bestimmten Konstellationen der EMK- Spannung UEMK und der Zwischenkreisspannung Uzw funktioniert. Aus diesem Grunde muss daher ein zusätzliches PWM-Ansteuer- signal für den Freilaufpfad der Mittelpunktschaltung 16 bereitgestellt werden. Ein zusätzliches PWM-Ansteuersignal bedeutet allerdings einen Zusatzaufwand, der insbesondere mit einem höheren schaltungstechnischen Aufwand für die Ansteuerschaltung 15, vor allem deren Mikrokontroller, einhergeht. Darüber hinaus kann bei Nichtbeachtung einer Totzeit ein Kurz- schluss in der Mittelpunktschaltung 16 entstehen. Schließlich entsteht bei einem Umpolen der Transformatorwicklungen 33, 34, was in den Figuren 4A, 4B mit Bezugszeichen 52 bezeichnet ist, ein relativ hohes so genanntes Rippelmoment , welches sich sowohl in einer unerwünschten elektromagnetischen Abstrahlung (EMV) bemerkbar macht. Darüber hinaus geht mit einem hohen Rippelmoment auch eine unerwünschte, bei Automotive- Anwendungen möglichst zu vermeidende Geräuschentwicklung einher .In FIG. 4A, although current is fed back in regenerative operation, no braking of the synchronous motor takes place here. 4B shows the motor operation of the synchronous motor 11, in which braking takes place. The problem with using a mid-point circuit 16 as a power circuit for controlling the permanently excited synchronous motor 11 is that braking in the block mode of the synchronous motor 11 only works under certain constellations of the emf voltage U EMK and the intermediate circuit voltage U zw . For this reason, therefore, an additional PWM drive signal for the freewheeling path of the midpoint circuit 16 must be provided. However, an additional PWM drive signal means an additional expense, which is associated in particular with a higher circuit complexity for the drive circuit 15, especially its microcontroller. In addition, failure to observe a dead time may result in a short-circuit in the mid-point circuit 16. Finally, when the transformer windings 33, 34 are reversed, which is denoted by reference numeral 52 in FIGS. 4A, 4B, a relatively high so-called ripple torque occurs, which manifests itself both in undesirable electromagnetic radiation (EMC). In addition, a high ripple torque is accompanied by unwanted noise development, which is to be avoided as much as possible in automotive applications.
Um diese Nachteile zu vermeiden, kann das Einschalten der steuerbaren Schalter 44, 45 auch zur negativen EMK-Spannung UEMK verlagert werden. Für diesen Fall liefern die Ungleichungen (9) und (10) folgende Lösungen:In order to avoid these disadvantages, the switching on of the controllable switches 44, 45 can also be shifted to the negative emf voltage U EMK . In this case, inequalities (9) and (10) provide the following solutions:
Al = 0,5 (12)Al = 0.5 (12)
0 < A2 < 0,5 (13)0 <A2 <0.5 (13)
Dies bedeutet, dass ein motorischer Bremsbetrieb für den Fall a > A2 möglich ist, also auch bei a - Al . Ein Umpolen der Transformatorwicklung 33, 34 würde dadurch entfallen, was dem Beispiel in Figur 4D dargestellt ist. Der Freilaufström kann dann immer über die integrierte Freilaufdiode 45, 46 des jeweiligen MOSFETs 43, 44 fließen, da dieser nie Null werden kann. Ein eigens für den komplementären Lastpfad erforderliches Ansteuersignal und der damit einhergehende Schaltungsaufwand sind damit nicht erforderlich.This means that a motorized braking operation is possible for the case a> A2, ie also for a - Al. A reversal of the transformer winding 33, 34 would be eliminated, which is the example in Figure 4D shown. The freewheeling current can then always flow via the integrated freewheeling diode 45, 46 of the respective MOSFET 43, 44, since they never become zero can. A drive signal required specifically for the complementary load path and the associated circuit complexity are therefore not required.
Die Figuren 4C und 4D zeigen die Phasenströme Ii und ∑2 im Falle eines generatorischen Betriebs bzw. eines motorischen Betriebs für den Fall einer negativen EMK-Spannung UEMK- Im Figur 4C ist dabei die Konstellation der Phasenströme Ii, I2 im generatorischen Betrieb im Falle von Uzw ~ 12V, UEMK = 6V und a = 0,4 entsprechend den Ungleichungen (9) und (10) dargestellt, wohingegen die Figur 4D die Konstellation eines motorischen Bremsbetriebs für Uzw = 12V, UEMK - 6V und a = 0,6 zeigt.Figures 4C and 4D show the phase currents Ii and Σ 2 in the case of a regenerative operation or a motor operation in the event of a negative EMF voltage U EMK - In Figure 4C is the constellation of the phase currents Ii, I 2 in the generator mode in Case of U zw ~ 12V, U EMK = 6V and a = 0.4 corresponding to inequalities (9) and (10), whereas FIG. 4D shows the constellation of a motor braking operation for U zw = 12V, U EMK - 6V and a = 0.6 shows.
Fig. 5 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung eines dritten be- vorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung .5 shows a circuit diagram for explaining a third preferred exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
Fig. 5 zeigt eine zweiphasige Mittelpunktschaltung, die somit zwei Transformatoren 32, 32' aufweist, wobei über jeweils ei- nen dieser Transformatoren 32, 32' jeweils zwei miteinander gekoppelte Lastpfade 30, 31; 30', 31' miteinander gekoppelt sind und die in diesen Lastpfaden 30, 31; 30', 31' angeordneten Elemente in Reihe zueinander angeordnet sind. Die Elemente der beiden Lastpfaden 30', 31' des zweiten Transformators 32' sind der Einfachheit halber mit einem Apostroph bezeichnet worden. Diese Lastpfade 30', 31' sind zueinander parallel und ebenfalls zwischen den Versorgungsanschlüssen 17, 18 angeordnet .5 shows a two-phase center circuit, which thus has two transformers 32, 32 ', wherein in each case one of these transformers 32, 32' has two load paths 30, 31; 30 ', 31' are coupled together and in these load paths 30, 31; 30 ', 31' arranged elements are arranged in series with each other. The elements of the two load paths 30 ', 31' of the second transformer 32 'have been designated with an apostrophe for the sake of simplicity. These load paths 30 ', 31' are arranged parallel to one another and likewise between the supply terminals 17, 18.
Für die Ansteuerung der vier steuerbaren Schalter 44, 45; 44', 45' sind somit insgesamt vier Steuersignale Sl, S2; Sl1, S2 ' vorgesehen. Dabei bilden die Ansteuersignale S2, S2 ' die jeweils zu den Ansteuersignalen Sl, Sl' invertierten Ansteuersignale und können auf sehr einfache Weise aus diesen Ansteu- ersignalen Sl, Sl' durch einfaches Invertieren abgeleitet werden. Die vorliegende Erfindung sei nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auf beliebige Art und Weise modifizieren, ohne vom Gegenstand der vorliegen¬ den Erfindung abzuweichen.For the control of the four controllable switches 44, 45; 44 ', 45' are thus a total of four control signals Sl, S2; Sl 1 , S2 'provided. In this case, the drive signals S2, S2 'form the control signals inverted respectively to the drive signals S1, S1' and can be derived in a very simple way from these drive signals S1, S1 'by simply inverting. The present invention is not limited to the above embodiments, but can be modified in any way, without departing from the subject of the present invention ¬ the invention.
Insbesondere sei die vorliegende Erfindung nicht auf die angegebene Schaltungstypologie beschränkt. Vielmehr kann statt einer ein- oder zweiphasigen Mittelpunktschaltung {M2, MA) auch eine mehr als zweiphasige Mittelpunktschaltung verwendet wer- den, z. B. eine 3-phasige (M6) Mittelpunktschaltung. Auch die Elemente dieser Mittelpunktschaltungen können variiert werden. Insbesondere deren steuerbare Schalter müssen nicht notwendigerweise als MOSFET ausgebildet sein, wenngleich diese bevorzugt sind. Als steuerbarer Schalter kann beispielsweise ein beliebig anderer integrierter Schalter, wie etwa ein JFET, IGBT, Thyristor, oder auch ein Relais verwendet werden.In particular, the present invention is not limited to the specified circuit typology. Rather, instead of a one- or two-phase center circuit {M2, MA) also a more than two-phase center circuit can be used, for. B. a 3-phase (M6) center circuit. The elements of these midpoint circuits can also be varied. In particular, their controllable switches need not necessarily be formed as a MOSFET, although these are preferred. As a controllable switch, for example, any other integrated switch, such as a JFET, IGBT, thyristor, or even a relay can be used.
Als Ansteuerschaltung ist im vorliegenden Beispiel ein in einem Steuergerät angeordneter Mikroprozessor von Vorteil. Denk- bar wären hier allerdings auch eine andere Ansteuerschaltung, wie z. B. eine wie auch immer ausgebildete programmierbare Ansteuerlogik, z. B. eine PLD- Oder FPGA-Schaltung, oder dergleichen .As a drive circuit in the present example is arranged in a control unit microprocessor advantage. However, it would also be conceivable to use a different drive circuit, such as B. any trained programmable control logic, z. As a PLD or FPGA circuit, or the like.
Es versteht sich von selbst, dass die oben angegebenen Zahlenangaben, insbesondere für die Koeffizienten Al, A2, die Spannungen, Ströme und Tastverhältnisse, lediglich beispielhaft zu verstehen sind. So können auch entsprechende unterschiedliche Arbeitspunkte vorgesehen sein. Bezugs zeichenlisteIt goes without saying that the numbers given above, in particular for the coefficients A1, A2, the voltages, currents and duty cycles, are to be understood as merely exemplary. Thus, corresponding different operating points can be provided. Reference sign list
10 Kühlerlüfteranordnung10 radiator fan assembly
11 als permanent erregter Synchronmotor ausgebildeter11 trained as a permanently excited synchronous motor
WechselstrommotorAC motor
12 Schaltungsanordnung12 circuit arrangement
13 , 14 Versorgungsanschlüsse13, 14 supply connections
15 AnsteuerSchaltung15 drive circuit
16 als Mittelpunktschaltung ausgebildete Wechselrich- terschaltung16 formed as a center switching inverter circuit
17 , 18 Versorgungsanschlüsse17, 18 supply connections
19 Energieversorgung, wiederaufladbare Batterie,19 power supply, rechargeable battery,
Gleichspannungsquelle,DC voltage source,
20 , 21 Steueranschlüsse 2222 Gehäuse (des Kühlerlüfters)20, 21 control connections 2222 housing (of the radiator fan)
30 , 31 Lastpfade30, 31 load paths
32 Transformator32 transformer
33 , 34 (Transformator-) Wicklungen33, 34 (transformer) windings
35 , 36 EMK-Spannungsquellen, Sinus-Spannungsquellen 3377,, 3388 steuerbare Schalter35, 36 emf voltage sources, sine voltage sources 3377 ,, 3388 controllable switches
40 , 41 Streuinduktivitäten40, 41 leakage inductances
42 , 43 ohmsche Widerstandskomponenten42, 43 ohmic resistance components
44 , 45 MOSFETs44, 45 MOSFETs
46 , 47 Bodydioden, Freilaufdioden 5500 positive Stromzeitfläche46, 47 body diodes, freewheeling diodes 5500 positive current time surface
51 negative Stromzeitfläche51 negative current time surface
52 UmpolZeitpunkt52 UmpolZeitpunkt
GND zweites Versorgungspotenzial, Potenzial der Be- zugsmasseGND second supply potential, potential of the supply mass
I i , I2 LastströmeI i, I 2 load currents
S l , S2 SteuersignaleS l, S2 control signals
UEMKI / UκMK2 induzierte EMK-SpannungenUEMKI / UκMK2 induced EMF voltages
ULI , UL2 über den Transformatorwicklungen abfallende Span- nungenULI, U L2 Voltage drop across the transformer windings
URI , UR2 an den ohmschen Widerstandskomponenten abfallendeURI, UR 2 decreasing at the ohmic resistance components
Spannungen Uvif UV2 an den steuerbaren Schaltern abfallende Spannungen UZW Zwischenkreisspannungtensions Uvi f U V2 voltages dropping at the controllable switches UZW DC link voltage
VBB, erstes Versorgungspotenzial, positives Batteriepotenzial VBB, first supply potential, positive battery potential

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines permanent erregten Synchron¬ motors, insbesondere für einen Kühlerlüfter eines Kraftfahr- zeugs, bei dem der Synchronmotor durch eine in Mittelpunkschaltung ausgeführte Wechselrichterschaltung derart angesteuert wird, dass der Gleichstrommotor über die Mittelpunkschaltung in einem Bremsbetrieb betrieben wird.1. A method for operating a permanent magnet synchronous ¬ motor, in particular for a radiator fan of a motor vehicle, in which the synchronous motor is driven by an executed in central-point inverter circuit such that the DC motor is operated via the center-point circuit in a braking operation.
2. Verfahren nach Anspruch 1, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wechselrichterschaltung durch ein pulsweitenmodulier- tes Ansteuersignal mit vorgegebenem Tastverhältnis angesteuert wird, wobei das Tastverhältnis vorzugsweise einstellbar ist.2. Method according to claim 1, since the inverter circuit is driven by a pulse-width-modulated drive signal with a predetermined duty cycle, wherein the duty cycle is preferably adjustable.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadu rch g e ke nn z e i chne t , dass ein erster Betriebsmodus vorgesehen ist, bei dem der Syn- chronmotor für den Bremsbetrieb im motorischen Betrieb betrieben wird.3. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a first operating mode is provided, in which the synchronous motor is operated for the braking operation during engine operation.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadu r ch ge kenn z e i chnet , dass ein zweiter Betriebsmodus vorgesehen ist, bei dem der4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a second operating mode is provided in which the
Synchronmotor für den Bremsbetrieb im generatorischen Betrieb betrieben wird.Synchronous motor is operated for braking operation in regenerative operation.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadu rch ge ke nn z e i chne t , dass das Tastverhältnis des Ansteuersignals im ersten Betriebsmodus kleiner oder gleich 0,5 ist und/oder dass das Tastverhältnis des Ansteuersignals im zweiten Betriebsmodus im Bereich zwischen 0,5 und 1 beträgt.5. Method according to one of claims 3 or 4, characterized in that the duty ratio of the drive signal in the first operating mode is less than or equal to 0.5 and / or that the duty cycle of the drive signal in the second operating mode in the range between 0 , 5 and 1.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Bremsbetrieb der Synchronmotor derart angesteuert wird, das ein durch den Synchronmotor erzeugtes Drehmoment negativ wird, indem bei einer am Synchronmotor anliegenden positiven induzierten EMK-Spannung ein negativer Gleichstrom in den Synchronmotor eingeprägt wird und/oder indem bei einer am Synchronmotor anliegenden negativen induzierten EMK-Spannung ein positiver Gleichstrom in den Synchronmotor eingeprägt wird.6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that that in the braking operation, the synchronous motor is driven in such a way that a torque generated by the synchronous motor is negative by impressing a negative direct current into the synchronous motor at a positive induced EMF voltage applied to the synchronous motor and / or by applying a negative induced EMF to the synchronous motor Voltage a positive direct current is impressed into the synchronous motor.
7. Schaltungsanordnung zum Betreiben eines permanent erregten Synchronmotors, insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6,7. Circuit arrangement for operating a permanently excited synchronous motor, in particular using a method according to one of claims 1 to 6,
mit einer Ansteuerschaltung, die zumindest ein Ansteuersignal bereitstellt,with a drive circuit which provides at least one drive signal,
mit einer in Mittelpunkschaltung ausgeführten Wechselrichter¬ schaltung, die ein eingangsseitig anliegende Versorgungsgleichspannung oder ein Versorgungsgleichstrom in eine Wech- selspannung bzw. einen Wechselstrom wandelt, und die durch ein jeweiliges Ansteuersignal steuerbare Schalter aufweist, welche die gewandelte Wechselspannung bzw. den Wechselstrom auf Versorgungsausgänge derart schaltet, dass ein an den Schaltausgängen ankoppelbarer Synchronmotor in einem Bremsbetrieb betreibbar ist.with an application in means punk circuit inverter ¬ circuit which converts an input side DC supply voltage or a DC supply current into an alternating voltage or an alternating current, and having controllable by a respective drive signal switch which switches the converted AC voltage or the alternating current to supply outputs so in that a synchronous motor which can be coupled to the switching outputs can be operated in a braking mode.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadu r ch ge kenn z e i chn e t , dass eine ein- oder zweiphasige Mittelpunktschaltung zur An- Steuerung eines einphasigen bzw. zweiphasigen Synchronmotor vorgesehen ist.8. The circuit arrangement according to claim 7, characterized in that a one- or two-phase center circuit is provided for controlling a single-phase or two-phase synchronous motor.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadu rch ge kenn z e i chn e t , dass je Phase der Mittelpunktschaltung ein Lastpfadpaar mit zwei durch eine Transformatoreinrichtung gekoppelten Lastpfade vorgesehen sind, in denen jeweils eine Transformatorwicklung, eine EMK-Spannungsquelle und ein Lastpfad eines steuerbaren Schalters in Reihe zueinander angeordnet sind.9. Circuit arrangement according to claim 8, dadu rch ge kenn ze chenn et that each phase of the mid-point circuit, a load path pair are provided with two coupled by a transformer means load paths, in each of which a transformer winding, an emf voltage source and a load path of a controllable switch are arranged in series with each other.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch ge kenn ze i chnet , dass die Transformatorwicklungen zweier gekoppelter Lastpfade mit einem gegensinnigen Wicklungssinn miteinander gekoppelt sind und insbesondere durch gegensinnig gewickelte Ankerwicklungen des Synchronmotors gebildet sind.10. The circuit arrangement according to claim 9, characterized ge kenn ze i chnet that the transformer windings of two coupled load paths are coupled to each other with an opposite sense of winding and are formed in particular by oppositely wound armature windings of the synchronous motor.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, da du rch g e kenn z e i chn e t , dass als steuerbarer Schalter ein durch Feldeffekt steuerbarer Leistungstransistor, insbesondere ein MOSFET, vorgesehen ist, der eine integrierte Freilaufdiode aufweist.11. Circuit arrangement according to one of claims 9 or 10, since you r e g e c e e s that e e s that a controllable field effect controllable power transistor, in particular a MOSFET, is provided which has an integrated freewheeling diode.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 11, dadu rch ge ke nn z e i chnet , dass die Ansteuerschaltung einen PWM-Modulator aufweist, der dazu ausgelegt ist, zumindest ein PWM-moduliertes Ansteuersignal mit vorgegebenem und vorzugsweise einstellbarem Tastverhältnis zu erzeugen.12. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that the drive circuit has a PWM modulator which is designed to generate at least one PWM-modulated drive signal with a predetermined and preferably adjustable duty cycle.
13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch ge kenn ze i chnet , dass eine programmgesteuerte Einrichtung, insbesondere ein MikroController, vorgesehen ist, die die Ansteuerschaltung aufweist.13. Circuit arrangement according to one of claims 7 to 12, characterized ge kenn ze i chnet that a program-controlled device, in particular a microcontroller, is provided which has the drive circuit.
14. Kühlerlüftermodul für oder in einem Kraftfahrzeug,14. radiator fan module for or in a motor vehicle,
mit einem in einem Lüftergehäuse angeordneten Kühlerlüfter,with a radiator fan arranged in a fan housing,
mit einem Synchronmotor, der zum Antreiben des Kühlerlüfters mit diesem gekoppelt ist, mit einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, deren Ausgangsanschlüsse mit dem Synchronmotor verbunden sind und welche dazu ausgelegt ist, den Synchronmotor derart anzusteuern, dass dieser in einem Bremsbetrieb motorisch oder generatorisch abgebremst wird.with a synchronous motor coupled to drive the radiator fan therewith, with a circuit arrangement according to one of claims 7 to 13, whose output terminals are connected to the synchronous motor and which is designed to control the synchronous motor such that it is braked motor or generator in a braking operation.
15. Kϋhlerlüf termodul nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schaltungsanordnung in einem Steuergerät innerhalb des Lüftergehäuses angeordnet ist. 15. Radiator fan module according to claim 14, characterized in that the circuit arrangement is arranged in a control device within the fan housing.
PCT/EP2009/052312 2008-02-26 2009-02-26 Method and circuit arrangement for the operation of a permanently excited synchronous motor, and radiator fan module WO2009106584A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008011182.1 2008-02-26
DE102008011182 2008-02-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009106584A1 true WO2009106584A1 (en) 2009-09-03

Family

ID=40580863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/052312 WO2009106584A1 (en) 2008-02-26 2009-02-26 Method and circuit arrangement for the operation of a permanently excited synchronous motor, and radiator fan module

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2009106584A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010041174A1 (en) 2010-09-22 2012-03-22 Robert Bosch Gmbh Method for aerodynamically supporting braking operation of motor car, involves detecting activation of brake device of motor car, and enlarging airflow through heat exchanger of cooling system for improving air resistance of motor car
EP3247035A1 (en) * 2016-05-17 2017-11-22 General Electric Company Dc electrical machine with center-tap windings systems and methods

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4017442A1 (en) * 1990-03-30 1991-12-12 Kurt Prof Dr Ing Warbinek Separate spindle drive - has a two=phase synchronous motor with two coil groups for synchronised running through switches and frequency converter
JPH04127894A (en) * 1990-09-19 1992-04-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Drive circuit for dc brushless motor
DE4311533A1 (en) * 1992-04-07 1994-01-05 Papst Motoren Gmbh & Co Kg Control circuit for commutatorless DC motor - uses two different types of coupling circuit for operating switch set connected in full-bridge configuration
US20060186846A1 (en) * 2005-02-18 2006-08-24 Lassen Jacob L Sensorless control of two-phase brushless DC motor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4017442A1 (en) * 1990-03-30 1991-12-12 Kurt Prof Dr Ing Warbinek Separate spindle drive - has a two=phase synchronous motor with two coil groups for synchronised running through switches and frequency converter
JPH04127894A (en) * 1990-09-19 1992-04-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Drive circuit for dc brushless motor
DE4311533A1 (en) * 1992-04-07 1994-01-05 Papst Motoren Gmbh & Co Kg Control circuit for commutatorless DC motor - uses two different types of coupling circuit for operating switch set connected in full-bridge configuration
US20060186846A1 (en) * 2005-02-18 2006-08-24 Lassen Jacob L Sensorless control of two-phase brushless DC motor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010041174A1 (en) 2010-09-22 2012-03-22 Robert Bosch Gmbh Method for aerodynamically supporting braking operation of motor car, involves detecting activation of brake device of motor car, and enlarging airflow through heat exchanger of cooling system for improving air resistance of motor car
EP3247035A1 (en) * 2016-05-17 2017-11-22 General Electric Company Dc electrical machine with center-tap windings systems and methods
CN107394981A (en) * 2016-05-17 2017-11-24 通用电气公司 Using centre cap winding system and the DC motors of method
CN107394981B (en) * 2016-05-17 2021-06-25 通用电气公司 DC motor employing center-tapped winding system and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2049356B1 (en) Diesel-electric drive system
DE102007040560A1 (en) Method for controlling an inverter and associated device
DE102016109786A1 (en) Motor control and method for controlling an engine
EP2730021A2 (en) Method for actuating a multi-phase machine
EP1459434A1 (en) Circuit arrangement for operating an electrical machine
WO2018127367A1 (en) Control method and switching device
DE112018006822T5 (en) POWER CONVERTER, MOTOR MODULE AND ELECTRIC POWER STEERING DEVICE
WO2018019944A1 (en) Drive converter for a switched reluctance machine
WO2009106584A1 (en) Method and circuit arrangement for the operation of a permanently excited synchronous motor, and radiator fan module
EP3748827B1 (en) Converter half-bridge with reduced turn-off gate voltage during dead times
EP3285381A1 (en) Method for operating an electrical machine and electrical machine
DE102011081215A1 (en) Three-phase machine driving method and apparatus
DE102020201810B4 (en) power converter circuit
DE102014007632B4 (en) Method for controlling an electric machine
DE102020126054A1 (en) Control circuit for an electric motor with adjustable intermediate circuit voltage and corresponding method for controlling an electric motor
DE102017216386B4 (en) Traction network of a motor vehicle
DE102016204854A1 (en) Determining a short-circuit current in the phases of an electric machine controlled by an inverter
DE102016209630A1 (en) Method for operating an inverter and circuit arrangement therefor
DE102022201511B4 (en) Method for controlling power semiconductors of an inverter, computer program, device for data processing, inverter, electric drive and vehicle
BE1030973B1 (en) Drive system
DE102018206286A1 (en) Method and device for current measurement of an inverter
EP3285394A1 (en) Electrical machine and method for operating an electrical machine
DE102021132938A1 (en) drive system
EP4199340A1 (en) Propulsion system
DE102008054966A1 (en) Power loss distribution for inverters

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09713971

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09713971

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1