用于控制多相電機(jī)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于控制多相電機(jī)的方法，所述多相電機(jī)具有一個中間回路和一些相繞組以及每一相一個高邊開關(guān)和一個低邊開關(guān)，所述中間回路設(shè)有中間回路電容器。由控制單元以控制信號加載分配給各個相的開關(guān)。所述控制單元以彼此相繼的控制周期提供用于所述開關(guān)的脈沖狀的控制信號，所述控制信號的脈沖寬度和脈沖開始在一個控制周期內(nèi)分別如此改變，使得所述中間回路電流減小。
【專利說明】用于控制多相電機(jī)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制多相電機(jī)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電旋轉(zhuǎn)場驅(qū)動是已知的。在此使用如在DE102008042352A1中說明的不同調(diào)制方 式，例如正弦調(diào)制或分組調(diào)制或者分組換向。
[0003]此外，所謂的起/停系統(tǒng)是已知的。所述起/停系統(tǒng)用于停止和再起動內(nèi)燃機(jī)，例 如在交通信號燈處停車時。這樣的起/停系統(tǒng)用于降低相應(yīng)車輛的燃料消耗和廢氣排放。 存在基于傳統(tǒng)起動器的起/停系統(tǒng)，其中啟動器通過電子控制設(shè)備控制并且借助于小齒輪 配合到飛輪上的鏈齒中。此外，具有皮帶驅(qū)動的啟動器發(fā)電機(jī)是已知的，其基于具有附加電 子控制設(shè)備的齒形電極發(fā)電機(jī)工作。
[0004]為了可以在車輛制動情形中再生更高的能量，具有更大功率的系統(tǒng)是必要的。為 了限制電流使用時鐘控制的方法，這些方法需要具有大電容的中間回路電容器的中間回 路。中間回路的尺寸確定對于功率電子裝置的空間需求往往是決定性的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]與之相比，具有在權(quán)利要求1中說明的特征的方法具有以下優(yōu)點(diǎn):出現(xiàn)的中間回 路電流可以比已知的控制方法減少直至40%。所述優(yōu)點(diǎn)通過一種用于控制多相電機(jī)的方法 實(shí)現(xiàn)，所述多相電機(jī)具有一個中間回路和每一相一個高邊開關(guān)和、一個低邊開關(guān)以及一個 相繞組，所述中間回路設(shè)有中間回路電容器，其中由控制單元以控制信號加載分配給各個 相的開關(guān)，控制單元以彼此相繼的控制周期提供用于開關(guān)的脈沖狀的控制信號，所述控制 信號的脈沖寬度和脈沖開始在一個控制周期內(nèi)分別如此改變，使得中間回路電流減小。
[0006]這優(yōu)選如此發(fā)生:控制單元根據(jù)平頂方法控制分配給各個相的開關(guān)并且在彼此相 繼的平頂窗中相對地彼此移動用于開關(guān)的控制信號。這又優(yōu)選如此實(shí)現(xiàn):減少正相電流的 疊加和/或所述正相電流和負(fù)相電流至少部分地相互補(bǔ)償。通過控制信號的所述移動產(chǎn)生 控制模式，基于所述控制模式如此擴(kuò)寬電流分布，使得減小中間回路電流的有效值并且因 此減小中間回路電容器的熱負(fù)荷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]以下根據(jù)附圖更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。附圖示出:
[0008]圖1:用于闡明具有BlO橋的五角連接的五相電機(jī)的示意圖；
[0009]圖2:用于闡明已知的中間對齊控制模式和在此出現(xiàn)的電流的示圖；
[0010]圖3:在圖2中示出的示圖的放大局部；
[0011]圖4:用于闡明五相正弦系統(tǒng)的示圖；
[0012]圖5:用于闡明根據(jù)本發(fā)明的控制模式和在此出現(xiàn)的中間回路電流的示圖；
[0013]圖6:在圖4中示出的五相正弦系統(tǒng)中在一個平頂階段內(nèi)細(xì)節(jié)觀察電壓大小的示圖；
[0014]圖7:用于闡明根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)方案的控制模式和在此出現(xiàn)的中間回路電流的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明涉及一種用于控制多相電機(jī)的方法，所述電機(jī)具有一個中間回路和每一相一個高邊開關(guān)、一個低邊開關(guān)以及一個相繞組，所述中間回路設(shè)有中間回路電容器，其中分配給各個相的開關(guān)由控制單元加載控制信號。所述方法不限于電機(jī)的確定相數(shù)，但隨后根據(jù)五相電機(jī)進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[0016]圖1示出用于闡明具有BlO橋的五星連接的五相電機(jī)的示意圖?！拔逍沁B接 (Drudenfu ^ verschaltung)"理解為以下連接類型:電路的總共五個相繞組如此彼此電連接，使得電路圖的形狀得到一個五角星。
[0017]所示出的電機(jī)總共具有五個相連接端A1、A2、A3、A4、A5并且總共具有五個相繞組
1、2、3、4、5，其中這些相繞組中的每一個連接在所述相連接端中的兩個之間。此外，所示出的電機(jī)具有與相連接端連接的功率電子裝置LE和電池B。電池B具有正極B+和負(fù)極B-。 中間回路ZK位于電池B與功率電子裝置LE之間，所述中間回路包含中間回路電容器C_ZK。
[0018]功率電子裝置LE包含五個分支Phl、Ph2、Ph3、Ph4和Ph5，其中每一個分支具有兩個開關(guān)的串聯(lián)連接，其中這些開關(guān)中的每一個與一個二極管反并聯(lián)連接。所述布置在使用常規(guī)的場效應(yīng)晶體管的情況下得到開關(guān)，因?yàn)槠浒聪蚨O管。然而，原則上也能夠使用其他開關(guān)元件一例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。
[0019]功率電子裝置LE的分支Phl (其包含開關(guān)HSl和LSI)在兩個開關(guān)HSl和LSl之間的連接點(diǎn)處與電機(jī)的定子的相連接端Al連接。分支Phl的開關(guān)HSl是高邊開關(guān)。開關(guān) HSl與一個二極管反并聯(lián)連接。分支Phl的開關(guān)LSl是低邊開關(guān)。開關(guān)LSl與一個二極管反并聯(lián)連接。開關(guān)HSl和LSl由控制單元S以控制信號SI和S2控制。
[0020]功率電子裝置LE的分支Ph2 (其包含開關(guān)HS2和LS2)在兩個開關(guān)HS2和LS2之間的連接點(diǎn)處與電機(jī)的定子的相連接端A2連接。分支Ph2的開關(guān)HS2是高邊開`關(guān)。開關(guān) HS2與一個二極管反并聯(lián)連接。分支Ph2的開關(guān)LS2是低邊開關(guān)。開關(guān)LS2與一個二極管反并聯(lián)連接。開關(guān)HS2和LS2由控制單元S以控制信號S3和S4控制。
[0021]功率電子裝置LE的分支Ph3 (其包含開關(guān)HS3和LS3)在兩個開關(guān)HS3和LS3之間的連接點(diǎn)處與電機(jī)的定子的相連接端A3連接。分支Ph3的開關(guān)HS3是高邊開關(guān)。開關(guān) HS3與一個二極管反并聯(lián)連接。分支Ph3的開關(guān)LS3是低邊開關(guān)。開關(guān)LS3與一個二極管反并聯(lián)連接。開關(guān)HS3和LS3由控制單元S以控制信號S5和S6控制。
[0022]功率電子裝置LE的分支Ph4 (其包含開關(guān)HS4和LS4)在兩個開關(guān)HS4和LS4之間的連接點(diǎn)處與電機(jī)的定子的相連接端A4連接。分支Ph4的開關(guān)HS4是高邊開關(guān)。開關(guān) HS4與一個二極管反并聯(lián)連接。分支Ph4的開關(guān)LS4是低邊開關(guān)。開關(guān)LS4與一個二極管反并聯(lián)連接。開關(guān)HS4和LS4由控制單元S以控制信號S7和S8控制。
[0023]功率電子裝置LE的分支Ph5 (其包含開關(guān)HS5和LS5)在兩個開關(guān)HS5和LS5之間的連接點(diǎn)處與電機(jī)的定子的相連接端A5連接。分支Ph5的開關(guān)HS5是高邊開關(guān)。開關(guān) HS5與一個二極管反并聯(lián)連接。分支Ph5的開關(guān)LS5是低邊開關(guān)。開關(guān)LS5與一個二極管反并聯(lián)連接。開關(guān)HS5和LS5由控制單元S以控制信號S9和SlO控制。
[0024]在圖1中不出的電機(jī)的運(yùn)行中，對于每一個任意時刻適用以下關(guān)系:
[0025]I_ZK=I_Bat -1_Gen。
[0026]在此，發(fā)電機(jī)電流I_Gen根據(jù)功率電子裝置的開關(guān)的位置由對于其高邊開關(guān)在相 應(yīng)時刻導(dǎo)通的相的相電流1_1至1_5的疊加得到。
[0027]所謂的中間對齊控制(Center-Aligned-Ansteuerung)是已知的。在所述中間對 齊控制中，用于電流的時間范圍集中到一個小的時間范圍上。用于這樣的中間對齊控制的 控制模式和在此出現(xiàn)的電流在圖2中示出的示圖中說明。
[0028]在此，在圖2a中示出了用于開關(guān)的控制信號，在圖2b中示出了中間回路電流1_ ZK，在圖2c中示出了在電池正極上施加的電壓V_B+，在圖2d中示出了電池電流I_Bat并且 在圖2e中示出了相電流I_X至I_Y。
[0029]由圖2a尤其清晰可見，在中間對齊控制中控制脈沖的脈沖中點(diǎn)在時間上一致，如 其通過圖2a中的垂直的虛線所標(biāo)明的那樣。此外由圖2a可知，控制脈沖的邊緣在時間上 彼此推移并且位于一個限制的時間范圍中。以文字“空載LS”標(biāo)明:在所述時間區(qū)間中所 有低邊開關(guān)導(dǎo)通。以文字“空載HS”標(biāo)明:在所述時間區(qū)間中所有高邊開關(guān)導(dǎo)通。以文字 “驅(qū)動”表達(dá):在所述窄時間窗中通過開關(guān)位置將電機(jī)連接到外部電壓上。由此引起定子繞 組中的電流變化。如果控制脈沖位于電壓水平16V上，則分別所屬的高邊開關(guān)導(dǎo)通。如果 控制脈沖位于電壓水平OV上，則分別所屬的低邊開關(guān)導(dǎo)通。
[0030]由圖2b可知，中間回路電流I_ZK在控制脈沖的邊緣的時間范圍中經(jīng)受劇烈變化， 如還根據(jù)圖3進(jìn)一步說明的那樣。
[0031]由圖2c清晰可見，電池電壓V_B+在控制脈沖的邊緣的時間范圍中也經(jīng)受劇烈變 化，
[0032]圖2d示出電池電流I_Bat并且圖2e示出相電流I_X至I_Y，它們根據(jù)分別所屬的 高邊開關(guān)的位置貢獻(xiàn)或不貢獻(xiàn)中間回路電流。
[0033]圖3示出在圖2中示出的示圖的放大局部。在此，在圖3a中又示出了用于開關(guān)的 控制信號，在圖3b中示出了中間回路電流I_ZK，在圖3c中示出了施加在電池正極上的電壓 V_B+，在圖3d中示出了電池電流I_Bat并且在圖3e中示出了相電流I_X至I_Y。
[0034]由圖3b清晰可見，中間回路電流I_ZK通過電池電流I_Bat與所述一個或多個分 別激活的相電流的疊加形成，并且在屬于相連接端X、U和W的高邊開關(guān)接通的情況下高的 中間回路電流流過，所述中間回路電流在當(dāng)前示例中為大約-420A，而電池電流為大約80A 并且有效相電流為大約200A。
[0035]鑒于上述由圖2和圖3得知:在使用已知的中間對齊控制時在中間回路中出現(xiàn)電 流跳躍，其與各個開關(guān)事件在時間上相關(guān)。在圖2中示出的空載時間期間，即在所有高邊開 關(guān)或者低邊開關(guān)閉合時，I_Gen=0。因此適用于中間回路電流:I_ZK=I_Bat。在所述階段中， 對中間回路電容器進(jìn)行再充電。在控制階段中，電流累加。
[0036]對于中間回路電容器的功率損耗考慮，有效電流是決定性的。適用以下關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制多相電機(jī)的方法，所述多相電機(jī)具有一個中間回路和一些相繞組以及 每一相一個高邊開關(guān)和一個低邊開關(guān)，所述中間回路設(shè)有中間回路電容器，其中，由控制單 元以控制信號加載分配給各個相的開關(guān)，其特征在于，所述控制單元(S)以彼此相繼的控制 周期提供用于所述開關(guān)(HS1-HS5，LS1-LS5)的脈沖狀的控制信號(S1-S10)，所述控制信號 的脈沖寬度和脈沖開始在一個控制周期內(nèi)分別如此改變，使得所述中間回路電流減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制單元根據(jù)平頂方法控制所述分 配給各個相的開關(guān)(HS1-HS5，LS1-LS5)以及在彼此相繼的平頂窗中相對地彼此移動用于所 述開關(guān)的控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述控制單元(S)如此彼此移動用于 所述開關(guān)(HS1-HS5，LS1-LS5)的控制信號，從而避免所述中間回路中的正相電流或負(fù)相電 流的置加。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述控制單元(S)如此彼此 移動用于所述開關(guān)(HS1-HS5，LS1-LS5)的控制信號，使得所述中間回路中的正相電流和負(fù) 相電流至少部分地相互補(bǔ)償。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述平頂窗的數(shù)量等于所述 電機(jī)的相數(shù)的兩倍，彼此相繼的平頂窗分別在高邊與低邊之間交替，并且一個平頂窗分別 位于一個分別所屬的電壓預(yù)給定的正最大值或負(fù)最大值的范圍中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述平頂窗的數(shù)量等于所述 電機(jī)的相數(shù)，所述平頂窗僅僅涉及高邊或低邊，并且一個平頂窗分別位于一個分別所屬的 電壓預(yù)給定的正最大值或負(fù)最大值的范圍中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述控制單元彼此相繼地接通分配給 所述各個電流相的高邊開關(guān)和低邊開關(guān)(HS 1-HS5，LS1-LS5)，其中，如果所屬的電壓額定值 大于一個上邊界值(G_o)，則導(dǎo)通分配給一個電流相的高邊開關(guān)，如果所屬的電壓額定值小 于一個下邊界值(G_u)，則導(dǎo)通分配給一個電流相的低邊開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過在時間上移動所述相的 控制信號來減小所述中間回路電流，所述控制信號分配給目前未接通的相。
【文檔編號】H02M7/219GK103563233SQ201280026630
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月30日
【發(fā)明者】P·梅林格, F·馬希尼 申請人:羅伯特·博世有限公司