專利名稱：用于使他勵電機運行的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使他勵電機、尤其是同步電機運行(Betrieb)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
電機的額定功率或者標稱功率按照國家和地區(qū)標準根據(jù)運行方式而被給出。為了避免對電機部件的持久損壞，電機被設(shè)計為使得不超過所給出的額定功率或借助對電壓和/或電流和/或溫度的適當監(jiān)控必要時對功率進行限制。用于部件保護的功率限制常常也被稱作“降額(Derating)”。在電機的各種應(yīng)用中，譬如在車輛領(lǐng)域中，要考慮如下特別要求和邊界條件:所述特別要求和邊界條件導(dǎo)致設(shè)置在結(jié)構(gòu)大小小的情況下設(shè)計具有盡可能高的功率密度的電機的目標。也公知的是，采用電機作為車輛中的動力源。在將電機作為電動車輛或者混合動力車輛中的動力源進行應(yīng)用的情況下，在設(shè)計電機時也要注意到，始終確保車輛的出車準備就緒(Fahrbereitschaft)并且總是可以提供與駕駛員請求相對應(yīng)的功率或者與駕駛員請求相對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。尤其是在這樣的應(yīng)用的情況下，因而該電機的設(shè)計和運行策略的目標必須是出于部件保護的原因使自動功率減小盡可能極少地起作用。對于在混合動力車輛或者電動車輛中的驅(qū)動而言，通常采用感應(yīng)式電機、尤其是感應(yīng)式同步電機形式的電機，所述電機與脈沖逆變器(常常也被稱為逆變器(Inverter ))結(jié)合地運行。電機在此可選地以電動機運行(Motorbetrieb)或者以發(fā)電機運行來運行。在電動機運行中，電機產(chǎn)生驅(qū)動力矩，該驅(qū)動力矩在使用在混合動力車輛中的情況下(例如在加速階段中)輔助內(nèi)燃機。在發(fā)電機運行中，電機產(chǎn)生電能，該電能被存儲在譬如牽引用蓄電池(Traktionsbatterie)之類的蓄能器中。與駕駛員請求和必要時與車輛的其他運行參數(shù)有關(guān)地，確定電機的工作點，該工作點通過電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速來限定。在他勵電機的情況下，該工作點可以通過相對應(yīng)預(yù)給定勵磁電流和定子電流或者相電流而被調(diào)整。公知和常見的是，在預(yù)給定的工作點中效率最優(yōu)地調(diào)節(jié)他勵電機，也就是確定勵磁電流和定子電流來使得在效率最優(yōu)的情況下達到所請求的工作點。這樣，例如從DE 198 49 889 Al中公知一種用于功率優(yōu)化地和效率優(yōu)化地調(diào)節(jié)電機的方法，其中形成至少三個調(diào)節(jié)范圍，在所述調(diào)節(jié)范圍中，電機的相電流和勵磁電流的調(diào)節(jié)根據(jù)不同的準則來進行，其中勵磁電流和定子電流針對任意轉(zhuǎn)速和任意所請求的功率可在數(shù)值和相方面自由選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種用于使他勵電機、尤其是同步電機運行的方法，其中指定表征轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度的量，并且至少在可預(yù)給定的運行范圍中根據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度的量來確定電機的勵磁電流以及定子電流。本發(fā)明也提出了一種用于使他勵電機、尤其是同步電機運行的設(shè)備，該設(shè)備具有用于檢測至少一個表征轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度的量的傳感器裝置(Sensorik)和具有控制單元，該控制單元至少在可預(yù)給定的運行范圍中根據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度的量來確定電機的勵磁電流和定子電流。本發(fā)明的優(yōu)點
在電機中常常只有定子(在特殊情況下也只有轉(zhuǎn)子)可以借助相對應(yīng)的冷卻系統(tǒng)、譬如水冷卻被冷卻。而其他部件、即通常為轉(zhuǎn)子未被冷卻。未被冷卻的部件由此可是對于過熱特別無抵抗力，并且常常是針對用于部件保護的功率減小的觸發(fā)器。他勵電機提供了通過勵磁電流和相關(guān)的定子電流的多個組合來調(diào)整電機的預(yù)給定的工作點的可能性，其中電流大小顯著地影響相應(yīng)部件中的放熱。本發(fā)明基于的基本思想是，必要時使在轉(zhuǎn)子(勵磁電流)與定子(定子電流)之間的電流分布偏移，使得對于給定的工作點使定子或轉(zhuǎn)子中的損耗最小化并且因此限制相對應(yīng)的部件中的放熱和溫度。在此依據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度的量以及必要時依據(jù)車輛的其他運行量來確定所改變的電流分布是否必要和/或是否有意義。因此，本發(fā)明提供了找到在電機的效率最優(yōu)的運行與可支配性最優(yōu)的運行之間的有意義的折衷。通過本發(fā)明可已經(jīng)在尚不需要減小功率來保護部件的時刻主動地影響轉(zhuǎn)子中或定子中的溫度。尤其是，未被冷卻的部件的預(yù)期過熱可以及早地被識別出并且相對應(yīng)地被對應(yīng)控制(gegensteuern)。在許多運行情況下，以這種方式可以完全避免出于部件保護原因的功率減小。在被冷卻的部件中的通過被改變的電流分布附加地形成的損耗功率可以由為此設(shè)置的冷卻系統(tǒng)來吸收。根據(jù)本發(fā)明的一種實施形式，根據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度的量形成至少三個運行范圍。為了在盡可能寬的運行范圍中效率最優(yōu)地并且由此盡可能高效地使該電機運行，在轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度在可預(yù)給定的第一極限值之下的第一運行范圍中，針對電機的預(yù)給定的工作點(該工作點通過電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速來限定)與表征轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度的量無關(guān)地以效率優(yōu)化的方式來確定勵磁電流和定子電流。第一極限值由此表征如下轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度:直至該轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度，無需介入在轉(zhuǎn)子與定子之間的電流分布，因為預(yù)期沒有過熱。在轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度在第一極限值之上但在可預(yù)給定的第二極限值之下的第二運行范圍中，實行根據(jù)本發(fā)明的電流分布，并且根據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度的量確定勵磁電流和定子電流。然而，在此與“常規(guī)的”部件保護不同，并不減小電機的最大允許功率。盡管該電機在該運行范圍中不再效率最優(yōu)地運行，但為此實現(xiàn)更高的性能準備就緒(Leistungsbereitschaft),也就是說所要求的功率或所要求的轉(zhuǎn)矩的更長的可支配性。盡管如此必要時為了保證部件保護，在轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度在第二極限值之上的第三運行范圍中減小電機的最大允許功率。在此，可以在第三運行范圍中與表征轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度的量無關(guān)地以效率優(yōu)化的方式確定勵磁電流和定子電流。但是可替換地，也可考慮的是，也在第三運行范圍中根據(jù)表征定子溫度和/或轉(zhuǎn)子溫度的量來確定勵磁電流和定子電流。通過以這種方式可實現(xiàn)的對定子和/或轉(zhuǎn)子的進一步加熱的有針對性影響，可以更小地計量最大允許功率的所需的減小。如果電機用作車輛的動力源，則電機的勵磁電流和定子電流可以在可預(yù)給定的運行范圍中根據(jù)車輛的其他運行參數(shù)來確定。同樣在該情況下，第一極限值和/或第二極限值可以根據(jù)車輛的其他運行參數(shù)來確定。這提供了如下可能性，電流到轉(zhuǎn)子(勵磁電流)和定子(定子電流)上的劃分最優(yōu)地與具體的運行條件匹配。這樣，例如可以考慮來自導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)于尚要行駛的直至至目的地的路段的信息。例如，如果預(yù)期有較長的高速公路行駛，則一方面可以降低第一極限值，以便確保盡可能及早地主動影響轉(zhuǎn)子溫度和/或定子溫度。另一方面，勵磁電流可以在第二運行范圍中比例如在長距離行駛時更明顯地降低，以便盡管預(yù)期有高的功率要求但可靠地避免過熱。


本發(fā)明的實施形式的其他·特征和優(yōu)點由以下參照附圖的描述得到，所述附圖示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示意性框圖。
具體實施例方式圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的用于使為感應(yīng)式電機、優(yōu)選地感應(yīng)式同步電機形式的他勵電機I運行的設(shè)備的框圖，該他勵電機I用作在其他方面未示出的電動車輛的動力源。在此示例性地所基于的是，僅電機I的定子通過相關(guān)的冷卻系統(tǒng)、例如水冷卻而被冷卻。而轉(zhuǎn)子未被冷卻，并且由此是電機I的在可能的過熱方面關(guān)鍵的部件。電機I的功率和運行方式通過激勵電路(Ansteuerschaltung)2來確定。該激勵電路2在此不僅包括用于調(diào)節(jié)定子電流1_11_￥和I_W的部件、譬如脈沖逆變器，而且包括用于調(diào)節(jié)電機I的勵磁電流I_E的部件。要配準(einregeln)的定子電流1_11_￥和I_W以及要配準的勵磁電流I_E由控制單元3被預(yù)給定給激勵電路2。控制單元3包括功率預(yù)給定裝置(Leistungsvorgabe)
4、勵磁電流測定裝置(Erregerstromermittlung) 5和定子電流測定裝置6?；谟晒β暑A(yù)給定裝置4預(yù)給定的期望轉(zhuǎn)矩m_期望，由勵磁電流測定裝置5測定勵磁電流I_E?；谠搫畲烹娏鱅_E，接著在定子電流測定裝置6中測定為了調(diào)整電機I的預(yù)給定的工作點所需的定子電流I_U、I_V和I_W。電機I的工作點在此通過電機I的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速來限定，并且以本身公知的方式根據(jù)駕駛員請求FW、即由駕駛員要求的請求轉(zhuǎn)矩m_請求和必要時車輛的其他運行參數(shù)來確定。不僅功率預(yù)給定裝置4而且勵磁電流測定裝置5都與傳感器裝置7連接，該傳感器裝置7檢測表征轉(zhuǎn)子溫度Temp_Rotor的量,尤其是檢測轉(zhuǎn)子溫度Temp_Rotor本身。對轉(zhuǎn)子溫度Temp_R0t0r的直接檢測，由于轉(zhuǎn)子運動而在技術(shù)上是費事的。因而，可替換于轉(zhuǎn)子中的直接溫度測量，轉(zhuǎn)子溫度Temp_R0t0r也可以借助本身公知的方法根據(jù)電機I的可更簡單地檢測的電運行量B而被指定。勵磁電流測定裝置4將轉(zhuǎn)子溫度Temp_Rotor與可預(yù)給定的第一極限值進行比較。只要轉(zhuǎn)子溫度Temp_R0t0r在第一極限值之下(第一運行范圍)，勵磁電流I_E就針對電機I的預(yù)給定的工作點與轉(zhuǎn)子溫度Temp_R0t0r無關(guān)地以本身公知的方式、例如借助特征曲線族而效率優(yōu)化地被確定。如果轉(zhuǎn)子溫度Temp_R0t0r超過第一極限值(第二運行范圍)，則勵磁電流I_E和定子電流1』、1)和1_胃根據(jù)轉(zhuǎn)子溫度或表征該轉(zhuǎn)子溫度的量來確定。具體而言，在轉(zhuǎn)子與定子之間的電流分布被偏移，使得轉(zhuǎn)子中的電流(勵磁電流)相對定子電流的負載被減小。以這種方式減小損耗并且由此減小轉(zhuǎn)子中的放熱。因此，可以有針對性地影響轉(zhuǎn)子溫度Temp_Rotor,尤其是可以避免轉(zhuǎn)子溫度Temp_Rotor的進一步提高,而為此不必減小電機I的最大允許功因為電機I的功率并未降低，所以勵磁電流I_E的降低強制導(dǎo)致定子電流I_U、1^和I_W的提高。但是，由此在定子中形成的附加的損耗功率可以通過定子的冷卻系統(tǒng)被吸收。為了可靠地避免對電機I的部件的持久損壞，設(shè)置有“部件保護”。在此，功率預(yù)給定裝置4在塊8中根據(jù)轉(zhuǎn)子溫度Temp_Rotor測定最大允許功率P_Max和/或最大允許轉(zhuǎn)矩!11_1^1。為此，轉(zhuǎn)子溫度Temp_R0t0r與第二極限值進行比較，該第二極限值在第一極限值以上。在超過第二極限值時(第三運行范圍)，減小電機I的最大允許功以便避免對電機I的部件的持久損壞。最大允許功率P_Max和/或最大允許轉(zhuǎn)矩m_Max在塊9中與駕駛員請求、即駕駛員所要求的請求轉(zhuǎn)矩111_請求進行比較，其中相應(yīng)更小的值被轉(zhuǎn)送給勵磁電流測定裝置5。在第三運行范圍中，勵磁電流I_E和定子電流I_U、1^和I_W可以與表征轉(zhuǎn)子溫度的量無關(guān)地以效率優(yōu)化的方式被確定。但是可替換地，也可能的是，勵磁電流I_E和定子電流I_U、I_V和I_W也·在第三運行范圍中根據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度的量來確定。在第三運行范圍中的最大允許功率的減小導(dǎo)致:必要時、S卩如果由駕駛員所要求的請求轉(zhuǎn)矩超過最大允許功或最大允許轉(zhuǎn)矩111_1& ，則使電機I的工作點偏移。本發(fā)明引起，電機I的最大允許功在其中被減小的第三運行范圍比在現(xiàn)有技術(shù)中公知的方法和設(shè)備的情況下明顯更少地起作用。當電機I的勵磁電流I_E和定子電流I_U、I_V和I_W和/或在第二運行范圍中和必要時也在第三運行范圍中的極限值根據(jù)車輛的其他運行參數(shù)被確定時，該效應(yīng)還可被增強。以這種方式可以使在定子與轉(zhuǎn)子之間的電流偏移的時刻和程度最優(yōu)地與車輛的相應(yīng)運行情形匹配。依據(jù)帶有被冷卻的定子和未被冷卻的轉(zhuǎn)子的電機已闡述了本發(fā)明，但是類似地，本發(fā)明也可應(yīng)用于具有被冷卻的轉(zhuǎn)子和未被冷卻的定子的電機。同樣，本發(fā)明的應(yīng)用并不限于感應(yīng)式電機，而是也可以針對具有更多或更少相的電機被使用。當然，本發(fā)明也可應(yīng)用于在汽車領(lǐng)域之外的電機。
權(quán)利要求
1.一種用于使他勵電機(I)、尤其是同步電機運行的方法，其中， -指定表征轉(zhuǎn)子溫度(Temp_R0t0r)和/或定子溫度的量，以及 -至少在可預(yù)給定的運行范圍中根據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度(Temp_R0t0r)和/或定子溫度的量來確定電機(I)的定子電流α_υ，i_v, i_w)和勵磁電流(ι_ε)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度(Temp_R0t0r)和/或定子溫度的量來形成至少三個運行范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在轉(zhuǎn)子溫度(Temp_R0t0r)和/或定子溫度在可預(yù)給定的第一極限值之下的第一運行范圍中，針對電機(I)的通過轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速來限定的預(yù)給定的工作點，與轉(zhuǎn)子溫度(Temp_Rotor)和/或定子溫度無關(guān)地以效率優(yōu)化的方式確定定子電流(I_U，I_V, I_W)和勵磁電流(I_E)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，在轉(zhuǎn)子溫度(Temp_R0t0r)和/或定子溫度在第一極限值之上但在可預(yù)給定的第二極限值之下的第二運行范圍中，根據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度(Temp_R0t0r)和/或定子溫度的量確定電機(I)的定子電流(I_U，I_V, I_W)和勵磁電流(I_E)，而在此不用減小電機(I)的最大允許功率(P_Max)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4之一所述的方法，其中，在轉(zhuǎn)子溫度(Temp_R0t0r)和/或定子溫度在第二極限值之上的第三運行范圍中，減小電機(I)的最大允許功率(P_Max)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，定子電流(I_U，I_V,I_W)和勵磁電流(I_E)在第三運行范圍中與表征轉(zhuǎn)子溫度(Temp_R0t0r)和/或定子溫度的量無關(guān)地以效率優(yōu)化的方式被確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，定子電流(I_U，I_V,I_ff)和勵磁電流(I_E)在第三運行范圍中根據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度(Temp_R0t0r)和/或定子溫度的量被確定。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，電機(I)用作車輛的動力源，并且電機(O的定子電流(I_U，I_V, I_ff)和勵磁電流(I_E)在可預(yù)給定的運行范圍中根據(jù)車輛的其他運行參數(shù)被確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8之一所述的方法，其中，電機(I)用作車輛的動力源，并且第一極限值和/或第二極限值根據(jù)車輛的其他運行參數(shù)被確定。
10.一種用于使他勵電機(I)、尤其是同步電機運行的設(shè)備，其具有: -用于檢測至少一個表征轉(zhuǎn)子溫度(Temp_R0t0r)和/或定子溫度的量的傳感器裝置(7)，以及 -控制單元(3)，該控制單元(3)至少在可預(yù)給定的運行范圍中根據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度(Temp_Rotor)和/或定子溫度的量來確定電機(I)的定子電流(I_U，I_V, I_W)和勵磁電流(I_E)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于使他勵電機(1)、尤其是同步電機運行的方法和設(shè)備。在此，借助傳感器裝置，指定表征轉(zhuǎn)子溫度(Temp_Rotor)和/或定子溫度的量，以及由控制單元(3)至少在可預(yù)給定的運行范圍中根據(jù)表征轉(zhuǎn)子溫度(Temp_Rotor)和/或定子溫度的量來確定電機(1)的定子電流(I_U，I_V，I_W)和勵磁電流(I_E)。
文檔編號H02P9/48GK103222184SQ201180057956
公開日2013年7月24日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者S.科爾摩根, D.米庫萊克, G.格廷, S.施潘哈克, D.萊希勒, A.沙伊德勒, Y.夏蘭德, M.貝耶, M.赫蘭茨格拉西亞 申請人:羅伯特·博世有限公司