專利名稱：用于操控多相電子換向電機的方法和裝置以及電動機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子換向電機，其中相電壓被施加在所述電子換向電機上，以便驅(qū)動電機。本發(fā)明此外涉及用于無傳感器地探測電機的轉(zhuǎn)子位置的方法。
背景技術(shù)：
多相電子換向電機，尤其是同步電動機，例如可以通過提供超前于由轉(zhuǎn)子所提供的勵磁磁場的定子磁場來驅(qū)動。通過將相電壓施加到電機定子的相支路上來生成定子磁場，尤其是該定子磁場的方向和強度。
為了可以確定定子磁場的超前，需要知道電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置。常常在這樣的電機情況下，為了節(jié)省位置傳感器而無傳感器地來確定轉(zhuǎn)子位置。一種可能的方法在于，測量在相支路中的所感應(yīng)的反向電壓，和確定其過零的時刻?？蓪⑺袘?yīng)的反向電壓的過零的時刻用于確定轉(zhuǎn)子位置(反EMF (Back-EMF)法)。
為了測量所感應(yīng)的反向電壓，必須確保沒有外部電壓施加到各自的相支路上。但是在借助阻塞換向(Blockkommutierung)操控電機時,一般來說在每一個時刻用操控相電壓來占用相應(yīng)的相支路，使得不能應(yīng)用該無傳感器的方法，或需要其它的措施，以便盡管阻塞換向仍測量所感應(yīng)的反向電壓。
因此通常在應(yīng)用阻塞換向時，如此操控為了操控電機而產(chǎn)生相電壓的驅(qū)動電路， 使得在其中應(yīng)該測量所感應(yīng)的反向電壓的時窗中，沒有外部電壓被施加到各自的相支路上，或者說自由懸浮地連接相支路的相應(yīng)的相端子，使得可以測量所感應(yīng)的反向電壓。各自的相支路在其中不被施加電壓電位或相電壓的時窗稱為消隱間隙，并且如此來選擇，使得包括所感應(yīng)的反向電壓的過零。所感應(yīng)的反向電壓的過零時刻可以 明確地被分配給確定的轉(zhuǎn)子位置，并被使用用于確定在用于將相電壓施加到電機的相支路上的操控模式之間轉(zhuǎn)換的時刻。
在例如泵或通風機的持續(xù)轉(zhuǎn)子的情況下，由于有限的動力學要求經(jīng)常足夠的是， 只檢測相支路的所感應(yīng)的反向電壓的過零。因此總共存在用于無傳感器地運行這樣的泵和通風機的成本低的可能性。
但是所實施的阻塞換向和消隱間隙的設(shè)置導致由于突然的重新?lián)Q向/轉(zhuǎn)換而形成的高的噪聲產(chǎn)生。重新?lián)Q向引起比較陡邊沿的支路電流變化。由此所形成的力矩波動 (MomentenrippeI)和徑向力激勵導致可明顯覺察到的噪聲。
在電動車輛中采用這樣的電機時，注意噪聲發(fā)射是重要的，因為在那里裝備有這樣的電機的裝置的噪聲是較明顯可覺察到的，因為不再由比較響的內(nèi)燃機來蓋過它的聲曰 發(fā)明內(nèi)容
所以本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種可以無傳感器地被運行并且具有小的噪聲產(chǎn)生的電子換向電機。
通過根據(jù)權(quán)利要求1的用于操控電子換向多相電機的方法以及通過根據(jù)并列權(quán) 利要求的裝置和電動機系統(tǒng)來解決該任務(wù)。
在從屬權(quán)利要求中說明其它有利的擴展方案。
根據(jù)第一方面規(guī)定用于運行電子換向電機的方法。為了換向，將交變的相電壓電 位施加到電機的相支路上，其中，通過脈寬調(diào)制生成相電壓電位，使得通過脈寬調(diào)制的占空 比確定所施加的相電壓電位的高度。為了確定在相支路中所感應(yīng)的電壓的過零時刻設(shè)置消 隱間隙，該消隱間隙是在其期間相電壓電位不被施加到相應(yīng)的相支路上的時窗，其中，在消 隱間隙之前和/或之后，設(shè)置第一過渡持續(xù)時間，在該第一過渡持續(xù)時間期間所施加的相 電壓電位的變化過程具有有限的第一梯度。
本發(fā)明的思想在于，在用于測量在相支路中所感應(yīng)的電壓的過零時刻的消隱間隙 情況下，設(shè)置用于實現(xiàn)消隱間隙的相電壓電位的變化的換向過渡，其在通電模式之間不是 跳躍式地而是以有限的第一梯度來進行。通過這樣的“平緩的”換向過渡，如此運行的電子 換向電機的噪聲產(chǎn)生是明顯較小的，因為力矩波動和徑向力激勵被降低。
此外，相電壓電位可以在過渡區(qū)域中線性地伸展。
根據(jù)一種實施形式，可以根據(jù)阻塞換向來施加相電壓電位，其中，在第二過渡持續(xù) 時間期間在相電壓電位之間的每一變換時，所施加的相電壓電位的變化過程具有有限的第二梯度。
但是由于在具有這樣的換向過渡的阻塞換向情況下不再存在時窗，在所述時窗中 沒有(懸浮的或浮動的)相電壓電位施加到各自的相支路上，以便測量所感應(yīng)的反向電壓， 所以在換向過渡處設(shè)置消隱間隙。
由于不僅在相電壓電位之間的換向過渡之間、而且通向消隱間隙的平緩的換向過 渡，受控制的支路電流不再具有值得注意的梯度，而是比較光滑地伸展和具有準正弦形的 變化過程。
由此可以將一方面電子換向電機的噪聲降低和另一方面用于實現(xiàn)無傳感器的電 動機運行的BEMF法的使用相組合。
可以規(guī)定，相電壓電位的第二梯度在數(shù)值上小于相電壓電位的第一梯度。
在第一過渡持續(xù)時間期間，相電壓電位的變化過程可以從中間電壓電位出發(fā)或結(jié) 束于中間電壓電位，其中，在配備有過渡持續(xù)時間的消隱間隙之前和之后作為相電壓電位 的平均值確定中間電壓電位。
根據(jù)另一方面，規(guī)定具有控制單元的用于運行電子換向電機的裝置，該裝置被構(gòu) 造:-用于為了換向而將交變的相電壓電位施加到電機的相支路上，-用于通過脈寬調(diào)制來生成相電壓電位，使得通過脈寬調(diào)制的占空比來確定所施加的 相電壓電位的高度，-用于為了確定在相支路中所感應(yīng)的電壓的過零時刻設(shè)置消隱間隙，該消隱間隙是在 其期間相電壓電位不被施加到相應(yīng)的相支路上的時窗，和-用于在消隱間隙之前和/或之后設(shè)置第一過渡持續(xù)時間，在該第一過渡持續(xù)時間期 間所施加的相電壓電位的變化過程具有有限的第一梯度。
根據(jù)另一方面，設(shè)置具有電子換向電機和具有上述裝置的電動機系統(tǒng)。
根據(jù)另一方面，設(shè)置含有程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，其中如果在數(shù)據(jù)處理設(shè)備 上實施所述程序代碼，則所述程序代碼執(zhí)行上述方法。


以下借助附圖更詳細闡述本發(fā)明的優(yōu)選的實施形式。其中圖1展不用于運行多相電子換向電機的電動機系統(tǒng)的不意圖；圖2展示用于示意地表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在用于操控電機的阻塞換向時的換向模式的 圖表；和圖3展示用于示意地表示根據(jù)本發(fā)明實施形式的具有消隱時窗的換向的圖表。
具體實施方式
圖1展示具有電機2的電動機系統(tǒng)I。電機2是電子換向的，即將交變的相電壓 施加到相支路上，例如施加到?jīng)]有示出的、分別包括一個或多個線圈繞組的定子上，以便驅(qū) 動電機2的轉(zhuǎn)子。例如以同步電動機的、異步電動機的形式或以其它可比的方式構(gòu)造電機2。在所示出的實施例中，電機2是具有三個相支路的同步電動機,所述相支路包括圍繞定 子齒的以星形接法接線的線圈繞組。
借助驅(qū)動電路3來操控同步電動機2。驅(qū)動電路3為此提供三個相端子Ku, Kv和 Kw，其中各自的相電壓電位被施加在所述相端子上。由各自的逆變器電路31提供在相端子 Ku, Kv和Kw處的相電壓電位。
逆變器電路31中的每一個均具有串聯(lián)接線的高側(cè)功率開關(guān)32和低側(cè)功率開關(guān) 33?？梢砸怨β蔒0SFET、晶閘管、IGBT、IGCT等形式來構(gòu)造功率開關(guān)32，33。各自的相端子 Ku, Kv和Kw位于兩個功率開關(guān)32，33之間。由控制信號T1至T6操控功率開關(guān)32，33。
詳細地，由第一控制信號T1操控第一逆變器電路31a的第一高側(cè)功率開關(guān)32a,和 由第二控制信號T2操控第一逆變器電路31a的與第一高側(cè)功率開關(guān)32a串聯(lián)的第一低側(cè) 功率開關(guān)33a。以相應(yīng)的方式，用第三控制信號T3操控所述逆變器電路中的第二逆變器電 路31b的第二高側(cè)功率開關(guān)32b，和由第四控制信號T4操控第二逆變器電路31b的第二低 側(cè)功率開關(guān)33b。相應(yīng)地，由第五控制信號T5操控所述逆變器電路中的第三逆變器電路31c 的第三高側(cè)功率開關(guān)32c，和由第六控制信號T6操控第三低側(cè)功率開關(guān)33c。如此進行功 率開關(guān)的操控，使得按照有關(guān)控制信號T1至T6的電平將這些功率開關(guān)要么接通要么關(guān)斷， 即切換為導通的或不導通的。
通過提供控制信號T1至T6的控制單元4來操控驅(qū)動電路3。在控制單元4中還 設(shè)置電壓探測器41，以便測量在一個或多個相端子Ku, Kv和Kw處的電壓。在當前的實施例 中，電壓探測器41測量在相端子Ku處的相電壓電位。
在圖2中示出由控制單元4所實施的用于阻塞換向的模式?？刂茊卧?通過預(yù)先 給定相應(yīng)的控制信號T1至T6如此操控逆變器電路31a，31b，31c，使得與電機2的電轉(zhuǎn)子位 置有關(guān)地，在有關(guān)的相端子上輸出正的電壓電位、負的電壓電位或懸浮的電位。
通過脈寬調(diào)制的設(shè)置而得出所輸出的相電壓的高度，其中，通過大于50%的脈寬 調(diào)制占空比可以表示正的相電壓電位，和通過小于50%的脈寬調(diào)制占空比TV可以表示負的 相電壓電位。脈寬調(diào)制規(guī)定，用預(yù)先給定的循環(huán)時間來循環(huán)地操控逆變器電路31a，31b，31c的功率開關(guān)32，33。占空比對應(yīng)于高側(cè)功率開關(guān)的接通時間與預(yù)先給定的循環(huán)時間的比例。
在阻塞換向時規(guī)定，在180°的相位角值變化時進行從正的相電壓電位向負的相電壓電位的轉(zhuǎn)換。以彼此間120°的相位偏移來操控三個逆變器電路31a，31b，31c，使得得出旋轉(zhuǎn)的電壓矢量。
正如從圖2的圖表中可以看出的那樣，分別在關(guān)于電轉(zhuǎn)子位置的60°的相位中必須進行重新?lián)Q向。為了這可以實現(xiàn)，必須存在對瞬間轉(zhuǎn)子位置的認識。在用于運行同步電動機2的無傳感器的方法中，必須從電參量中確定關(guān)于瞬間轉(zhuǎn)子位置的說明。
用于探測轉(zhuǎn)子位置的可能方法在于，確定所感應(yīng)的反向電壓的變化過程的過零。 但是只有當沒有外部電位施加到相端子上時，才能確定在相端子處的所感應(yīng)的反向電壓。 因此通常為了測量在相端子處的電壓電位，對于確定的持續(xù)時間和在所預(yù)期的重新?lián)Q向之后的確定的持續(xù)時間，將應(yīng)在其處進行測量的逆變器電路31a，31b，31c的不僅相應(yīng)的高側(cè)功率開關(guān)32a，32b，32c而且相應(yīng)的低側(cè)功率開關(guān)33a，33b，33c去活，并且確定在相端子處的所得出的電壓電位。
通過所感應(yīng)的反向電壓的在如此設(shè)置的消隱間隙AT之內(nèi)所確定的變化過程，可以確定所感應(yīng)的反向電壓的過零的時刻，其可被分配給確定的電轉(zhuǎn)子位置。過零的時刻一般來說確定重新?lián)Q向的合適的時刻，或者說該時刻與此有關(guān)。在圖2中示例性地以虛線示出第一逆變器電路31a的消隱間隙AT的設(shè)置。
用于操控同步電動機2的阻塞換向的方法，可能由于在相端子Ku, Kv和Kw處的相電壓電位的跳躍式變化而導致高的噪聲產(chǎn)生。因此可以規(guī)定設(shè)計具有較小梯度的過渡，正如例如在圖3中所示出的那樣。圖3展示梯形換向的操控模式，其中，線性地成形在第二過渡持續(xù)時間 Τ2期間在相端子之一處的從施加正的相電壓電位到負的相電壓電位的過渡和相反地線性成形。這種線性的過渡一般而言不能與消隱間隙AT相組合，因 為消隱間隙AT 會覆蓋在正的和負的相電壓電位之間的過渡的區(qū)域。
因此規(guī)定，對于重新?lián)Q向過程中的至少一個設(shè)置消隱間隙AT，并且在第一過渡持續(xù)時間 τι期間，將要施加的相電壓電位以限制到預(yù)先給定的斜率極限值的斜率(梯度)引導到零或到懸浮的電位，使得設(shè)置消隱間隙AT。例如這只能被用于探測唯一的過零，因為這一般而言對于具有小的動力學要求的應(yīng)用，諸如在泵和通風機情況下是足夠的，以便確定其余的重新?lián)Q向時刻。
在當前的在圖3中所展示的實施例中示出圖表，在該圖表中只使用相端子Ku的負的過零，以便確定所感應(yīng)的反向電壓的過零時刻。例如設(shè)置60°電轉(zhuǎn)子位置的消隱間隙AT， 其中，在消隱間隙AT之前在15°電轉(zhuǎn)子位置的過渡持續(xù)時間(OTl)的第一區(qū)域之內(nèi)，用有限的梯度設(shè)置從高的相電壓電位(占空比TV > 50%) (TV :占空比)到中性相電壓電位(占空比TV =50%)到各自要施加的相電壓電位的線性過渡。類似地，在消隱間隙AT之后在15°電轉(zhuǎn)子位置的第一過渡持續(xù)時間 τι的第二區(qū)域之內(nèi)，用有限的梯度設(shè)置從中性相電壓電位 (占空比TV =50%)到低的相電壓電位(占空比TV < 50%)的線性過渡。第一過渡持續(xù)時間 τι的第一和第二區(qū)域相加成總共30°電轉(zhuǎn)子位置。
在例如60°電轉(zhuǎn)子位置的第二過渡持續(xù)時間 )Τ2期間進行在另外的逆變器電路31 的正的和負的相電壓電位與正的過零之間的其余的過渡。在線性過渡情況下，占空比TV變化的梯度對應(yīng)于
權(quán)利要求
1.用于運行電子換向電機(2)的方法，其中，為了換向，將交變的相電壓電位施加到電機(2)的相支路上，其中，通過脈寬調(diào)制生成相電壓電位，使得通過脈寬調(diào)制的占空比(TV)來確定所施加的相電壓電位的高度， 其中，為了確定在相支路中所感應(yīng)的電壓的過零時刻，設(shè)置消隱間隙(AT)，該消隱間隙(AT)是在其期間相電壓電位不被施加到相應(yīng)的相支路上的時窗，其中，在消隱間隙(AT)之前和/或之后，設(shè)置第一過渡持續(xù)時間( τι)，在該第一過渡持續(xù)時間( τι)期間所施加的相電壓電位的變化過程具有有限的第一梯度。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中，相電壓電位在過渡持續(xù)時間( Τ2)期間線性地伸展。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其中，根據(jù)阻塞換向來施加相電壓電位，其中，在第二過渡持續(xù)時間( Τ2)期間在相電壓電位之間的每一次變換時，所施加的相電壓電位的變化過程具有有限的第二梯度。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中，相電壓電位的第二梯度在數(shù)值上小于相電壓電位的第一梯度。
5.按照權(quán)利要求1至4之一的方法，其中，在第一過渡持續(xù)時間(OTl)期間，相電壓電位的變化過程從中間電壓電位出發(fā)或結(jié)束于中間電壓電位，其中，在配備有過渡持續(xù)時間的消隱間隙(AT)之前和之后作為相電壓電位的平均值確定中間電壓電位。
6.具有控制單元(4)的用于運行電子換向電機(2)的裝置，該裝置被構(gòu)造， -用于為了換向，將交變的相電壓電位施加到電機(29的相支路上， -用于通過脈寬調(diào)制生成相電壓電位，使得通過脈寬調(diào)制的占空比(TV)確定所施加的相電壓電位的高度， -用于為了確定在相支路中所感應(yīng)的電壓的過零時刻設(shè)置消隱間隙(AT)，該消隱間隙(AT )是在其期間相電壓電位不被施加到相應(yīng)的相支路上的時窗，和 -用于在消隱間隙(AT)之前和/或之后設(shè)置第一過渡持續(xù)時間( τι)，在該第一過渡持續(xù)時間( τι)期間所施加的相電壓電位的變化過程具有有限的第一梯度。
7.具有電子換向電機(2)和具有按照權(quán)利要求6的裝置的電動機系統(tǒng)。
8.含有程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，其中如果在數(shù)據(jù)處理設(shè)備上實施所述程序代碼，則所述程序代碼執(zhí)行按照權(quán)利要求1至5之一的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運行電子換向電機(2)的方法，其中，為了換向，將交變的相電壓電位施加到電機(2)的相支路上，其中，通過脈寬調(diào)制生成相電壓電位，使得通過脈寬調(diào)制的占空比(TV)來確定所施加的相電壓電位的高度，其中，為了確定在相支路中所感應(yīng)的電壓的過零時刻，設(shè)置消隱間隙(AT)，該消隱間隙(AT)是在其期間相電壓電位不被施加到相應(yīng)的相支路上的時窗，其中，在消隱間隙(AT)之前和/或之后，設(shè)置第一過渡持續(xù)時間(üT1)，在該第一過渡持續(xù)時間(üT1)期間所施加的相電壓電位的變化過程具有有限的第一梯度。
文檔編號H02P6/08GK103004081SQ201180035362
公開日2013年3月27日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者G.克內(nèi)希特 申請人:羅伯特·博世有限公司