專利名稱：用于控制同步電機的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于控制同步電機的方法以及根據(jù)權(quán)利要求6的前序部分所述的用于控制同步電機的相應設備。
背景技術：
在用于混合動力和電動車輛的電驅(qū)動裝置中目前頻繁使用永磁同步電機。這種同步電機具有轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子中通常布置磁體，該磁體產(chǎn)生磁通量；以及帶有定子繞組的定子。同步電機可以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩尤其與在機器中的磁通量和相電流有關。所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩可以確定車輛的加速特性或行駛特性并且因此是在行駛運行期間要確定的重要量。轉(zhuǎn)子中的磁體可以對溫度比較敏感并且在可能已在車輛正常行駛運行中達到的溫度下會受到持久損傷。為了避免這，相電流通常從達到臨界磁體溫度起受到限制。由于轉(zhuǎn)子通常是快速轉(zhuǎn)動的部件，所以布置在其上的磁體的溫度在大多數(shù)情況下可以以高開銷直接測量。通常，在轉(zhuǎn)子上不設置溫度傳感器。代替于此，磁體的溫度通常根據(jù)所測量的定子溫度來估計。在估計磁體溫度時所基于的是，轉(zhuǎn)子和永磁體大致具有與定子相同的溫度。然而，該估計特別是在瞬態(tài)過程中通常有極大誤差。為了能夠遵守距最大允許磁體溫度足夠高的安全距離，針對相電流的上述限制的溫度閾值可以選擇得比較低，以致于同步電機的最大功率不能被完全利用。DE 10 2005 062 588描述了一種用于確定永磁電機的磁體溫度的方法。在此,磁體溫度可以通過測量電機的相電 壓和轉(zhuǎn)速來確定。為了計算轉(zhuǎn)矩和為了計算轉(zhuǎn)子溫度，可能需要磁通量的精確知識。在已知的解決方案中，為此在制造同步電機之后或在同步電機和對于控制同步電機所需的脈沖逆變器的維護保養(yǎng)之后可以對磁通量進行一次校準。在這種校準中，可以產(chǎn)生特征曲線族，使得在同步電機的控制裝置中可以存儲該特征曲線族并且特征曲線組可以說明轉(zhuǎn)子溫度T與要測量的相電壓Uind之間的相關性和要測量的轉(zhuǎn)速η。在這樣的校準和與此聯(lián)系的特征曲線的生成之后以后可以通過測量相電壓Uind和轉(zhuǎn)速η來推斷轉(zhuǎn)子溫度T并且根據(jù)轉(zhuǎn)子溫度又可以確定與轉(zhuǎn)子溫度有關的磁通量。為了校準磁通量，必須知曉布置在轉(zhuǎn)子上的磁體的溫度，以便可以使由于溫度影響引起的誤差最小化。然而，由于在同步電機中典型地沒有溫度傳感器直接設置在轉(zhuǎn)子上，而是僅僅一個溫度傳感器在定子上，所以傳統(tǒng)上由定子溫度推斷出轉(zhuǎn)子溫度并且由此推斷出磁體溫度。在此所基于的是，只有當轉(zhuǎn)子在同步電機運行時被顯著加熱時才發(fā)生熱輸入到轉(zhuǎn)子中。此外所基于的是，當定子低于確定的溫度閾值時，轉(zhuǎn)子溫度與定子溫度相同。于是才執(zhí)行磁通量的校準。在此情況下不利會是，在可以執(zhí)行校準之前，剛好必須低于與定子上所測量的溫度有關的較低的溫度閾值。尤其是在氣候炎熱的國家，這會成為問題
發(fā)明內(nèi)容
因此會追求盡可能可靠地與周圍環(huán)境中處于主導的溫度無關地尤其是即使周圍環(huán)境溫度較高時也可以執(zhí)行同步電機的磁通量的校準，以便在其整個功率范圍上都可以盡可能良好地激勵同步電機。這可以利用權(quán)利要求1中限定的用于控制同步電機的方法以及權(quán)利要求6中所限定的用于控制同步電機的設備來實現(xiàn)。有利的擴展方案在從屬權(quán)利要求中予以說明。要控制的機器可以是永磁同步電機，其具有定子，轉(zhuǎn)子和多個布置在轉(zhuǎn)子上的優(yōu)選為永磁體形式的磁體。同步電機在此例如利用脈沖逆變器來激勵使得基于由磁體產(chǎn)生的磁通量的所假定的或以前所確定的值產(chǎn)生所期望的同步電機的轉(zhuǎn)矩。為了能夠盡可能精確地對同步電機執(zhí)行激勵，由磁體產(chǎn)生的通量基于在定子上測量的溫度來校準，一旦這在可靠性上是可行的。根據(jù)本發(fā)明，該校準只有當同步電機不運行至少預先確定的持續(xù)時間tg時才被執(zhí)行。換言之，磁通量的校準只有當例如從同步電機最后運行起所經(jīng)過的停止時間&大于最小持續(xù)時間％ (即ta>tg)時才被執(zhí)行。關于這樣的停止時間的信息在混合動力車輛中典型地始終可供使用并且通常由中央控制設備借助在車輛中設置的數(shù)據(jù)總線(其也稱作控制器局域網(wǎng)絡(Controller Area Network (CAN))經(jīng)由CAN消息提供給在車輛控制設備網(wǎng)絡中的其他控制設備。只有當經(jīng)過足夠長的停止時間時，才執(zhí)行磁通量的校準。至少要達到的停止時間即同步電機從其最后運行起不再運行的預先確定的持續(xù)時間％在此可以對應于對定子與轉(zhuǎn)子之間的溫度平衡所需的持續(xù)時間。在該持續(xù)時間之后所基于的是，同步電機中的所有部件的溫度已平衡并且轉(zhuǎn)子溫度因此等于定子溫度。有利的會是，在控制同步電機時記錄是否曾已經(jīng)執(zhí)行校準。為此，可以在校準之前在同步電機的控制裝置中設置標志(Merker)，該標志說明了在控制同步電機時所基于的磁通量對應于標稱值，也就是說，其尚未不與在同步電機中處于主導的可測量的磁關系(magnetischen Verhjiltnissen)對應。在校準之后，在同步電機的控制裝置中可以設置標志，該標志說明了在控制同步電機時所基于的磁通量對應于經(jīng)校準的通量值?；谒鎯Φ臉酥?，同步電機的控制裝置可以識別出如何可以精確且可靠地確定轉(zhuǎn)子溫度的值。在可以執(zhí)行校準之前，在這樣的確定時可以僅僅基于標稱值，使得溫度確定會具有可能的高誤差并且相應地在同步電機運行時必須采取預防措施。在后續(xù)的校準之后于是可以可靠地確定轉(zhuǎn)子溫度。因此，在這樣的校準之后可以在同步電機的功率譜的較寬的范圍上激勵同步電機。磁通量的校準可以與在同步電機中當前何種溫度處于主導無關地被執(zhí)行。在傳統(tǒng)控制方法中，只有當在同步電機的定子上測量的溫度在預先給定的最大值之下時才進行校準，而現(xiàn)在與同步電機中實際處于主導的溫度無關地在任何情況下當同步電機停止足夠長的時間并且因此可以基于在定子與轉(zhuǎn)子之間的溫度平衡時才執(zhí)行對磁通量的校準。在校準時，于是即使在定子溫度高時也可以基于轉(zhuǎn)子或磁體處于與定子相同的溫度并且可以可靠地測量該溫度并且可以作為校準的基礎。校準進行需要在制造同步電機之后或在維護保養(yǎng)同步電機之后執(zhí)行一次。在借助校準一次性地確定磁通量和轉(zhuǎn)子溫度的相關性的特征曲線或特征曲線族之后，在以后激勵同步電機時使用其以實現(xiàn)可靠的高效運行。
應注意的是，本發(fā)明構(gòu)思在此與用于控制同步電機的方法以及裝置結(jié)合地以及參照設置有這種裝置的車輛來描述。在此情況下對于本領域技術人員而言清楚的是，所描述的各特征可以以不同的方式組合以便也產(chǎn)生本發(fā)明的其他擴展方案。


以下參照附圖描述了本發(fā)明的實施形式。圖1示出了可以根據(jù)本發(fā)明的一個實施形式來控制的永磁同步電機的示意圖。圖2示出了用于闡明根據(jù)本發(fā)明的一個實施形式的同步電機的控制過程的流程圖。
具體實施例方式圖1示出了具有脈沖逆變器(PWR) 2的永磁同步電機I的示意圖。PWR 2確定同步電機I的功率和運行方式并且被控制設備12相應地激勵。由此，同步電機I可以選擇性地以發(fā)動機運行方式或以發(fā)電機運行方式來運行。在發(fā)動機運行方式中，同步電機產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，其例如在車輛的加速階段期間可以輔助內(nèi)燃機。而在發(fā)電機運行方式中，機械能被轉(zhuǎn)換成電能并且例如存儲在諸如電池或超級電容器的儲能器9中。在所示的圖中，同步電機I三相地實施(相U、V、W)并且具有帶有三個相3a_3c的定子3和帶有多個永磁體11的轉(zhuǎn)子13。相3a-3c的歐姆電阻用IOa-1Oc表示。同步電機I的三個相U、V、W分別與脈沖逆變器2連接。已知地，PffR 2包括多個開關6a-6f，利用所述開關可以將各相U、V、W選擇性地與中間回路電勢Uz或參考電勢(地)連接。此外，PWR 2包括多個續(xù)流二極管7a_7f，所述續(xù)流二極管分別與開關6a_6f之一并聯(lián)連接。為了確定設置在轉(zhuǎn)子13上的永磁體11的溫度，如以下還要更為詳細地描述的那樣，可以使用存儲在控制設備12中的特征曲線或特征曲線族。特征曲線或特征曲線族可以在校準過程期間被確定。借助特征曲線或特征曲線族可以根據(jù)磁通量Ψ確定永磁體11的溫度T，該磁通量又與同步電機I的轉(zhuǎn)速η和感生電壓Uind有關。在此適用于
T=f (ψ)= (n，Uind)
同步電機的轉(zhuǎn)速η可以借助轉(zhuǎn)速傳感器5來測量。在定子繞組3a-3c中感生的電壓在該圖中通過電壓源4a-4c示意性地示出。作為感生電壓Uind例如可以測量在兩個相例如U和V之間的電壓或測量在相U、V之一與參考電勢之間的電壓。電壓在理想情況下為正弦形并且優(yōu)選在機器空轉(zhuǎn)時被測量。在空轉(zhuǎn)中，在此脈沖逆變器2的所有六個功率開關6a-6f關斷。電壓信號Uind或轉(zhuǎn)速信號η在輸入端上輸送給控制設備12。借助存儲在控制設備12中的算法并且基于特征曲線或特征曲線族來處理信號并且由此確定永磁體11的當前溫度Τ。在超過預給定的溫度閾值時，控制設備12產(chǎn)生用于脈沖逆變器2的輸出信號Α，利用該輸出信號A來限制同步電機I的功率。以下參照圖2中所示的流程圖描述了包括在此執(zhí)行的校準在內(nèi)的用于控制同步電機的方案。 在首次投入運彳丁時，例如緊接著制造完成冋步電機之后或在維護保養(yǎng)或維修冋步電機(步驟SI)之后首先設置由永磁體11產(chǎn)生的磁通量的標稱值ψη_ (步驟S2)。利用預設置的磁通量的標稱值ψη_原則上可以控制或調(diào)節(jié)同步電機。然而，標稱值并不一定反映實際在同步電機中由永磁體11產(chǎn)生的磁通量，而是僅說明保守假定的值，其可以基于以前的經(jīng)驗或通過仿真或計算來確定。實際處于主導的磁通量在該時刻尚未精確地知悉。基于這樣的標稱值對轉(zhuǎn)子永磁體11的溫度和轉(zhuǎn)矩的計算因此還會具有比較高的誤差。在例如可以實現(xiàn)為存儲在控制設備12中的控制軟件的控制裝置中以合適的方式記錄迄今是否尚未執(zhí)行磁通量的校準。為此，可以設置相應標志，該標志說明在控制同步電機時所基于的磁通量僅對應于標稱值Ψη_ (步驟S3)。在同步電機的后續(xù)使用期間，重復檢驗同步電機當前運行與否。例如，當設置有同步電機的車輛當前未被使用也就是說停止和靜止時，這由車輛的中央控制單元來識別并且通過CAN消息尤其提供給同步電機的控制設備12。控制裝置現(xiàn)在檢驗同步電機不運行的停止時間ta是否大于預先確定的持續(xù)時間ta,即是否ta > tg (步驟S4)。如果情況如此，則執(zhí)行磁通量的校準(步驟S5)。在此所基于的是，在同步電機內(nèi)的溫度由于從同步電機的停止起的持續(xù)時間長而會平衡，使得永磁體11的溫度T對應于定子的溫度。定子的溫度可以借助設置在定子上的溫度傳感器來測量并且作為校準的基礎，也就是說建立特征曲線或特征曲線族。在同步電機中處于主導的溫度在此可以任意地高。所找出的磁通量ψη_利用所確定的轉(zhuǎn)子溫度來進行溫度修正。接著，在同步 電機的控制裝置中設置相應標志，該標志說明曾執(zhí)行磁通量的校準使得在控制同步電機時所基于的磁通量對應于經(jīng)校準的通量值Wkalib (步驟S6)。如果在步驟S4中所確定的停止時間不大于預確定的持續(xù)時間，即ta ( tg,則跳過步驟S5和S6。在后續(xù)的正常運行期間，同步電機可以被控制為使得基于所基于的磁通量產(chǎn)生所期望的轉(zhuǎn)矩(步驟S7)。根據(jù)磁通量曾校準與否，在此所基于的磁通量是標稱值Ψη_或是在校準期間所確定的經(jīng)校準的磁通量wkalib。在正常運行期間，重復檢驗是否曾執(zhí)行磁通量的校準(步驟S8)。如果情況如此，正常運行不變地繼續(xù)(步驟S7)。如果情況并非如此，則重新檢查停止時間是否大于預先確定的持續(xù)時間(步驟S4)并且必要時執(zhí)行磁通量的校準。所描述的用于控制同步電機的方法或所描述的用于控制同步電機的設備能夠?qū)崿F(xiàn)同步電機的高效可靠的運行。即使在溫度升高時也可以在寬的范圍上利用同步電機的功率譜。即使在高溫度情況下也可執(zhí)行磁通量的校準。本發(fā)明可以使用在所有永磁同步電機中，如其例如在混合動力或電動車輛的電驅(qū)動裝置中所利用的那樣。
權(quán)利要求
1.一種用于控制同步電機(I)的方法，該同步電機(I)具有定子(3)、轉(zhuǎn)子(13)和設置在所述轉(zhuǎn)子上的磁體(11)，其中該方法具有 基于在所述定子上測量的溫度T來校準由所述磁體(11)產(chǎn)生的磁通量Wkalib, 控制同步電機(I)使得基于經(jīng)校準的磁通量Wkalib產(chǎn)生所期望的轉(zhuǎn)矩M， 其特征在于，只有當所述同步電機(I)沒有運行至少預先確定的持續(xù)時間tg時才執(zhí)行所述校準。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預先確定的持續(xù)時間tg對應于在所述定子(3)與所述轉(zhuǎn)子(13)之間的溫度平衡所需的持續(xù)時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在校準之前在所述同步電機(I)的控制裝置中設置標志，所述標志說明在控制同步電機時所基于的磁通量對應于標稱值Ψη_，并且其中在校準之后在同步電機的控制裝置中設置標志，所述標志說明在控制同步電機時所基于的磁通量對應于經(jīng)校準的通量值Wkalib。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中校準與在所述同步電機(I)中何種溫度T當前處于主導地位無關地被執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中在所述同步電機(I)的制造完成或維護保養(yǎng)之后執(zhí)行所述校準僅僅一次。
6.一種用于控制同步電機的設備，所述同步電機具有定子(3)、轉(zhuǎn)子(13)和設置在所述轉(zhuǎn)子上的磁體(11 )，其特征在于，所述設備具有控制裝置，所述控制裝置被設計成執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法。
7.—種車輛，其具有同步電機(I)和根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于控制同步電機(I)的設備。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于控制同步電機的方法和設備，該同步電機具有定子、轉(zhuǎn)子和設置在所述轉(zhuǎn)子上的磁體。在同步電機的制造完成或維護保養(yǎng)之后(S1)首先設定在同步電機中處于主導的磁通量的標稱值Ψnenn(S2)并且在控制裝置中設置標志，所述標志說明尚沒有執(zhí)行校準(S3)。于是重復檢驗同步電機過去是否沒有運行預先確定的持續(xù)時間(S4)。如果情況如此，著手于定子與轉(zhuǎn)子之間的溫度平衡，使得在定子上所測量的溫度等于轉(zhuǎn)子溫度并且因此可以作為磁通量Ψkalib校準的基礎(S5)。在控制裝置中設置標志，其說明磁通量校準的執(zhí)行。隨后可以繼續(xù)正常運行(S7)，其中持續(xù)地檢驗是否已經(jīng)進行了通量校準(S8)。
文檔編號H02P23/14GK103052890SQ201180041098
公開日2013年4月17日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者M.艾森哈特 申請人:羅伯特·博世有限公司