專利名稱：用于運行電機的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運行永磁體激勵同步機的方法，特別是用于調(diào)整這種同步機中電流分布的方法。
背景技術(shù)：
為控制永磁體激勵同步機，公知在該同步機的單個相位上施加電流分布。該電流分布定義了在特定轉(zhuǎn)子位置(轉(zhuǎn)子角度)上用于每個電動機相位的預(yù)期根據(jù)運行點的相位電流或者說在同步機轉(zhuǎn)子的特定位置角度區(qū)域內(nèi)的電流的預(yù)期根據(jù)運行點的進程。通過施加相位電壓調(diào)整特定位置角度上或者說特定位置角度區(qū)域內(nèi)的相位電流，該相位電壓在轉(zhuǎn)子位于特定角度區(qū)域內(nèi)期間各自恒定確定?？梢越柚线m的驅(qū)動器電路，例如H橋接電路或B86驅(qū)動器電路提供所述相位電壓。在各自位置角度區(qū)域內(nèi)施加的相位電壓的參數(shù)化迄今都根據(jù)經(jīng)驗實施。在此特別參數(shù)化由位置角度區(qū)域中各自相位電壓的施加而導(dǎo)致的電流上升，電流平穩(wěn)階段，電流下降。這樣做是成本較高的，并且例如同步機的電屬性由于老化而發(fā)生的變化要求重新進行
參數(shù)化。預(yù)定電流分布盡可能精確的調(diào)整對同步機的運行而言是必需的，從而可以使得運行同步機時發(fā)出的噪音盡可能更低。通常為此測量一個或多個相位電流并通過合適的電流調(diào)節(jié)，例如通過匹配相應(yīng)的相位電壓而將相應(yīng)的相位電流匹配為期望的預(yù)定相位電流。但是用于根據(jù)電流分布調(diào)整相位電流的這種電流調(diào)整的設(shè)置成本較高而且可能導(dǎo)致運行狀態(tài)不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)在于提供用于運行永磁體激勵同步機的方法和裝置，其中確定待施加的相位電壓，以進行任意電流分布。特別是本發(fā)明的任務(wù)還在于可以無需實施電流測量而在受控運行中進行電流調(diào)整。上述任務(wù)通過權(quán)利要求I所述用于運行同步機的方法以及通過并行權(quán)利要求所述的裝置得以解決。其它有利的設(shè)計方案在從屬權(quán)利要求中給出。根據(jù)第一方面，設(shè)置通過施加可變相位電壓運行多相位電機的方法。該方法包括下列步驟-提供相位電流分布，該相位電流分布為電機的每個相位指明各自相位電流的取決于轉(zhuǎn)子位置的進程；-取決于相位電流信息，為每個相位確定在預(yù)定時窗期間待施加的恒定相位電壓，該相位電流信息指明了在預(yù)定時窗開始時通過相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流和預(yù)定時窗結(jié)束時通過相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流之間待施加的相位電流的線性化進程。
上述方法的目標在于在預(yù)定指明電機轉(zhuǎn)子位置上的電流進程的電流分布時提供相位電壓，利用該相位電壓可以達到預(yù)定電流分布。該措施可以無需相位電流測量而實現(xiàn)，從而可以在受控運行中調(diào)整電流。通過假設(shè)電流分布段狀作為線性電流進程并且根據(jù)相位電流信息確定和施加相位電壓，從而實現(xiàn)上述措施。此外可以顯示預(yù)定時窗內(nèi)的相位電流的進程作為預(yù)定時窗內(nèi)的相位電流的平均值。特別可以確定在預(yù)定時窗期間待施加的相位的相位電流的平均值，其方法在于累加并平分時窗開始時通過相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流和時窗結(jié)束時通過相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流。根據(jù)另一實施方式此外還可以取決于各自磁通量的估算的變化為每個相位確定待施加的相位電壓，其中借助通過相位電流分布預(yù)定的相位電流確定所述磁通量的變化。因此此外還可以在考慮永磁體的通量鏈的情況下確定相位電壓并借助電動機方程確定自電感和耦合電感。由此可以舍棄高成本的參數(shù)化，因為僅需要電機的單個束的自電感和耦合電感以及永磁體的通量鏈。此外特別可以取決于轉(zhuǎn)子位置估算磁通量的變化。為此可以設(shè)置確定磁通量的變化作為預(yù)定時窗結(jié)束時的估算磁通量和預(yù)定時窗開始時的估算磁通量的差。特別可以確定電機的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置，其中分配給相位之一的磁通量的變化通過取決于轉(zhuǎn)子位置的永磁體的磁通量鏈與由通電的相位線圈引起的取決于轉(zhuǎn)子位置和該相位的相位電流的磁通量的和得以確定，其中借助通過相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流估算由通電的相位線圈引起的磁通量。特別可以設(shè)置當轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)速閾值時，在確定分配給相位之一的磁通量的變化的情況下，忽略由通電的相位線圈引起的磁通量。此外還可以確定相位的待施加相位電壓作為分配給該相位的除以預(yù)定時窗的持續(xù)時間的磁通量的變化?？梢栽O(shè)置確定相位的待施加相位電壓作為分配給該相位的除以預(yù)定時窗的持續(xù)時間的磁通量的變化與相位的在預(yù)定時窗期間待施加的相位電流的平均值和繞組電阻的積的和。根據(jù)另一方面，設(shè)置用于通過提供可變相位電壓運行多相位電機的裝置。該裝置構(gòu)成，-以提供相位電流分布，該相位電流分布為電機的每個相位指明各自相位電流的取決于轉(zhuǎn)子位置的進程；-取決于相位電流信息，為每個相位確定在預(yù)定時窗期間待施加的恒定相位電壓，該相位電流信息指明了在預(yù)定時窗開始時通過相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流和預(yù)定時窗結(jié)束時通過相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流之間待施加的相位電流的線性化進程。根據(jù)另一方面設(shè)置一種包括計算機程序的計算機程序產(chǎn)品，當該計算機程序在數(shù)據(jù)處理單元上執(zhí)行時，該計算機程序執(zhí)行上述方法。


下面借助附圖詳細闡述用于運行電機的方法和裝置的實施方式。其中
圖I示出了同步機的橫截面；圖2a和圖2b示出了用于同步機的兩相位或三相位驅(qū)動器電路；圖3示出了相位電壓，相位電流以及相位相關(guān)通量鏈的進程以圖示作為用于運行同步電動機的方法基礎(chǔ)的假設(shè)；圖4示出一個圖表用于顯示在使用用于運行同步機的方法的情況下感應(yīng)電壓的相位電流的相位電壓以及用于例如同步機的相位相關(guān)通量鏈。
具體實施例方式圖I中示出了同步機I的圖示橫截面顯示圖。該同步機I包括具有圓形凹槽的定子設(shè)備2，在該凹槽中同心旋轉(zhuǎn)可動地設(shè)置環(huán)繞轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子4。定子設(shè)備2在示出的示例12中具有徑向向內(nèi)指向的定子齒3。也可以設(shè)置其它數(shù)量的定子齒3。 定子設(shè)備2的定子齒3各自配備有定子線圈7。根據(jù)同步機I的相位Pl，P2，P3的數(shù)量將定子線圈7相互錯接在星形電路或三角電路中的兩個、三個或更多個組中(未示出)，以實現(xiàn)同步機I的多相位運行。定子線圈7的可能的錯接在現(xiàn)有技術(shù)中公知并且此處不再詳細描述。在示出的實施例中，轉(zhuǎn)子4具有永磁體5，從而構(gòu)成相應(yīng)的轉(zhuǎn)子極，該轉(zhuǎn)子極以“S”和“N”標出。由轉(zhuǎn)子極構(gòu)成的激勵磁場徑向向外定向。也可以設(shè)置其它數(shù)量的永磁體和/或轉(zhuǎn)子極。通過適當控制轉(zhuǎn)子線圈7可以產(chǎn)生磁場，該磁場與通過轉(zhuǎn)子4的永磁體5產(chǎn)生的磁場相互作用并由此驅(qū)動轉(zhuǎn)子4。在圖I中示出的同步機I僅為示例性示出，并且結(jié)合下面描述的方法通?？梢砸运鲞\行方法運行具有帶有定子線圈的定子設(shè)備的每個電機。借助驅(qū)動器電路控制轉(zhuǎn)子線圈7，通過該驅(qū)動器電路將各自合適的相位電壓施加到相應(yīng)的轉(zhuǎn)子線圈7上或轉(zhuǎn)子線圈7的相應(yīng)互連電路上。在圖2a和圖2b中示出的是驅(qū)動器電路的兩個可能的示例。在圖2a中示出的是一個2H驅(qū)動器電路，利用該2H驅(qū)動器電路可以運行兩相位同步機。2H驅(qū)動器電路具有兩個分離可控的H橋接電路11，該H橋接電路各自由兩個串聯(lián)的功率半導(dǎo)體開關(guān)Tl，T2 ；T3, T4 ；T5, T6 ；T7, T8構(gòu)成。在功率半導(dǎo)體開關(guān)之間的節(jié)點之間由每個H橋接電路的各自兩個串聯(lián)電路截取分配的相位電壓。第一 H橋接電路11具體包括第一功率晶體管Tl，其第一接口連接高供電電位Vh并且其第二接口連接第一輸出節(jié)點A。第二功率晶體管T2以第一接口連接第一輸出節(jié)點A并以第二接口連接低供電電位H橋接電路11的第二串聯(lián)電路由功率晶體管T3，T4類似構(gòu)成，在所述功率晶體管之間設(shè)置節(jié)點B作為第二輸出接口。第二 H橋接電路11同樣類似于第一 H橋接電路11由功率晶體管T5至T8構(gòu)成。借助控制設(shè)備15控制單個功率半導(dǎo)體開關(guān)Tl至T8。為了提供相位電壓到H橋接電路11的各自相位輸出上，可以通過閉合(接通，導(dǎo)電連接)第一功率半導(dǎo)體開關(guān)Tl和第四功率半導(dǎo)體開關(guān)T4并斷開第二和第三功率半導(dǎo)體開關(guān)T2，T3時施加正供電電壓UDC，并且可以通過閉合第二和第三功率半導(dǎo)體開關(guān)T2，T3并在第一和第四功率半導(dǎo)體開關(guān)T1，T4斷開時施加負供電電壓_UDC。為了提供OV的電壓作為H橋接電路11的輸出端上的相位電壓，可以或者接通第一和第三Tl，T3 (并斷開功率半導(dǎo)體開關(guān)T2和T4)，或者在斷開功率半導(dǎo)體開關(guān)Tl和T3時閉合第二和第四功率半導(dǎo)體開關(guān)。具有正供電電壓Udc和負供電電壓-Udc之間的電壓水平的相位電壓可以通過適當控制功率半導(dǎo)體開關(guān)T1-T8根據(jù)由控制設(shè)備15運行的脈寬調(diào)制方法產(chǎn)生。在此在明顯小于期間施加恒定相位電壓的時長的預(yù)定周期時間內(nèi)，例如在周期時間內(nèi)的第一時窗期間把正供電電壓Udc施加到H橋接電路11的輸出端上，并在直到周期時間結(jié)束的第二時窗期間把OV的電壓施加到H橋接電路11的輸出端上。占空比，即第一時窗的時長與周期時間(第一時窗和第二時窗時長之和)之間的比例確定施加到H橋接電路11的輸出端上的有效相位電壓。在圖2b中示出的是B6拓撲中的另一驅(qū)動器電路。B6拓撲中的驅(qū)動器電路用于控制三相位的同步機。B6驅(qū)動器電路具有三個由各自兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)Tl至T6組成的串聯(lián)電路，其中位于串聯(lián)電路的兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)之間的節(jié)點表示B6驅(qū)動器電路的相位輸出。該相位輸出與連接三相位同步機的各自電動機接口相連。B6驅(qū)動器電路也可以通過附加用于同步機的串聯(lián)電路以不同數(shù)量的相位擴展。在B6驅(qū)動器電路中也可以通過調(diào)整有效電壓借助在控制設(shè)備15中運行的脈寬調(diào)制方法調(diào)整各自相位電壓。由相位電壓可以計算出同步機I的相位接口的電壓差。相位接口的電壓隨后能夠以合適的相同電壓左右移動，從而可以在OV和供電電壓Udc之間的區(qū)域內(nèi)通過占空比調(diào)整每個電壓。用于控制串聯(lián)電路的兩個功率半導(dǎo)體的占空比確定在同步機I的各自相位接口上施加的平均電壓。為了運行在圖I中示出的同步機1，需要調(diào)整用于相位電流的特定電流分布。電流分布顯示關(guān)于同步機I的轉(zhuǎn)子位置的電流進程。電流分布基本上取決于運行點并特別取決于待提供的扭矩，實際轉(zhuǎn)速以及已知大小的同步機的特征參數(shù)。為了這種描述，其出發(fā)點在于用于控制同步機I的電流分布由上一級控制設(shè)備15預(yù)先給定。為了調(diào)整用于控制同步機的特定電流分布，必須在同步機上施加特定相位電壓。通常連續(xù)時窗內(nèi)的相位電壓施加為恒定電壓。隨后用于確定各自待施加相位電流的原則通常借助圖3中的簡圖示出。對n束機器，即具有n個相位的電機而言，存在電流矢量I =II，... In，該電流矢量通過預(yù)定為相位電壓的平均電壓的電壓矢量U =Ul，...Un自調(diào)整。為了確定需要的調(diào)整電壓，在該調(diào)整電壓下可以達到由狀態(tài)1(11，a I) (II :第一狀態(tài)I時的電流矢量，a I :第一狀態(tài)I下的轉(zhuǎn)子角位置)到狀態(tài)2(12 :第二狀態(tài)2時的電流矢量，a 2 :第二狀態(tài)2下的轉(zhuǎn)子角位置)的預(yù)定電流分布，對于電機的每個相位X都適用下列方程Ux = R Ix+d￥x/dt(I)其中X對應(yīng)于各自相位。在對應(yīng)于狀態(tài)I的并且電機的轉(zhuǎn)子具有角度位置a I的第一時刻tl和對應(yīng)于狀態(tài)2的時刻并且電機的轉(zhuǎn)子(Laeufer)具有角度位置a 2的第一時刻t2之間得出方程(I)的積分f^Uxdt= fn ^dt+ dipJdt dt(2)因為在積分路徑期間待調(diào)整的相位電壓恒定并且為根據(jù)第一時刻和第二時刻之間的電流分布的電流進程而接收線性進程，因此相應(yīng)地
權(quán)利要求
1.用于通過施加可變相位電壓(Ux)運行多相位電機⑴的方法，具有以下步驟 -提供相位電流分布，該相位電流分布為所述電機(I)的每個相位指明各自相位電流(Ix)的取決于轉(zhuǎn)子位置的進程； -取決于相位電流信息，為每個相位確定在預(yù)定時窗期間待施加的恒定相位電壓(Ux)，該相位電流信息指明了在所述預(yù)定時窗開始時通過所述相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流(Ix)和所述預(yù)定時窗結(jié)束時通過所述相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流(Ix)之間待施加的相位電流(Ix)的線性化進程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述預(yù)定時窗中的相位電流(Istjll)的進程被顯示為所述預(yù)定時窗中的相位電流(Ix)的平均值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中確定在所述預(yù)定時窗期間待施加的相位的相位電流(Ix)的平均值，其方法在于累加并平分所述時窗開始時通過所述相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流(Ix)和所述時窗結(jié)束時通過所述相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流(Ix)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述相位電流信息對應(yīng)于所述時窗結(jié)束時通過所述相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流(Ix)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其中此外還取決于各自磁通量(Ψχ)的估算的變化為每個相位確定待施加的相位電壓(Ux)，其中借助通過相位電流分布預(yù)定的相位電流(Ix)確定所述磁通量(ψχ)的變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中此外還取決于轉(zhuǎn)子位置估算磁通量(Ψχ)的所述變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中確定磁通量(Ψχ)的所述變化作為所述預(yù)定時窗結(jié)束時的估算磁通量(Ψχ)和所述預(yù)定時窗開始時的估算磁通量(Ψχ)的差。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-5之一所述的方法，其中確定所述電機(I)的轉(zhuǎn)子(4)的轉(zhuǎn)子位置，其中分配給相位之一的磁通量(Ψχ)的變化通過取決于轉(zhuǎn)子位置的永磁體(5)的磁通量鏈與由通電的相位線圈(7)引起的取決于轉(zhuǎn)子位置和該相位的相位電流(Ix)的磁通量(Ψχ)的和得以確定，其中借助通過所述相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流(Ix)估算由所述通電的相位線圈(7)引起的磁通量(Ψχ)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中當轉(zhuǎn)速速低于轉(zhuǎn)速閾值時，在確定分配給所述相位之一的磁通量(Ψχ)的變化的情況下，忽略由所述通電的相位線圈(7)引起的磁通量Ox)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-8之一所述的方法，其中確定相位的待施加相位電壓(Ux)作為分配給該相位的除以所述預(yù)定時窗的持續(xù)時間的磁通量(Ψχ)的變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求5-8之一所述的方法，其中確定相位的待施加相位電壓(Ux)作為分配給該相位的除以所述預(yù)定時窗的持續(xù)時間的磁通量(Ψχ)的變化與相位的在所述預(yù)定時窗期間待施加的相位電流(Ix)的平均值和繞組電阻的積的和。
12.用于通過提供可變相位電壓(Ux)運行多相位電機⑴的裝置，該裝置構(gòu)成， -以提供相位電流分布，該相位電流分布為所述電機的每個相位指明各自相位電流(Ix)的取決于轉(zhuǎn)子位置的進程； -以取決于相位電流信息，為每個相位確定在預(yù)定時窗期間待施加的恒定相位電壓(Ux)，該相位電流信息指明了在所述預(yù)定時窗開始時通過所述相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流(Ix)和所述預(yù)定時窗結(jié)束時通過所述相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流(Ix)之間待施加的相位電流的線性化進程。
13.包括計算機程序的計算機程序產(chǎn)品，當該計算機程序在數(shù)據(jù)處理単元上執(zhí)行時，所述計算機程序執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-11之一所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于通過施加可變相位電壓(UX)運行多相位電機(1)的方法和裝置，具有以下步驟提供相位電流分布，該相位電流分布為所述電機(1)的每個相位指明各自相位電流(IX)的取決于轉(zhuǎn)子位置的進程；取決于相位電流信息，為每個相位確定在預(yù)定時窗期間待施加的恒定相位電壓(UX)，該相位電流信息指明了在所述預(yù)定時窗開始時通過相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流(IX)和所述預(yù)定時窗結(jié)束時通過相位電流分布預(yù)定的相位的相位電流(IX)之間待施加的相位電流(IX)的線性化進程。
文檔編號G05B13/04GK102687387SQ201080036794
公開日2012年9月19日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者D·弗里克 申請人:羅伯特·博世有限公司