CN103026611B - 用于起动同步电机的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于起动同步电机的方法，其中通过下述方式预先给定预设转矩M_V1并且在起动后调节该同步电机的转速：在第一步骤中预先给定比预设转矩M_V1高的转矩M_H1并且在接着的第二步骤中将转矩M_H1减小到预设转矩M_V1。此外本发明涉及一种起动同步电机的方法，其中通过下述方式预先给定预设转矩M_V1并且在起动后调节该同步电机的转速：在第一步骤中预先给定比预设转矩M_V1高的转矩M_H1。在接着的第二步骤中将该较高的转矩M_H1减小到低于预设转矩M_V1的一正值M_H1a，并且在第三步骤中升高到预设转矩M_V1。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于起动同步电机的方法。
背景技术
例如从US 2007/0170880 A1已知用于调节电机、例如永久励磁的同步电机的各种不同的方法。电机的调节需要尽可能精确地了解电机的转子位置，该转子位置例如可以通过使用数字传感器装置来测定。
在使用数字传感器装置时的缺点是，在静止状态下仅能估计转子的大约位置。在转速非常小的情况下根据两个数字传感器信号之间的时间间隔并不足以为精确的电流调节和转矩调节估计转子位置，特别是在动态的加速过程期间。这导致了：仅在具有在车辆的车轮和电机之间的液压变矩器或者滑动离合器的传动系中才能实现舒适地－可接受地使用数字传感器装置来确定转子位置。特别是在具有电机与车轮的低传动比的传动系的情况下，当今存在的形式为瞬时冲击和噪声产生的控制问题可以非常明显地被察觉。
发明内容
根据本发明提出了第一种用于起动具有定子和转子的同步电机的方法，其中预先给定预设转矩M_V1以及由其产生的转速曲线，并且在起动后调节所述同步电机的转速，并且其中为了确定所述同步电机的转子的位置使用数字传感器装置，其中在执行第一步骤之前使处于静止状态的所述同步电机的定子电流达到一选择的值，在所述第一步骤中预先给定比所述预设转矩M_V1高的转矩M_H1，在第二步骤中将所述转矩M_H1减小到所述预设转矩M_V1，接着转入到常规的磁场定向的转矩调节运行中。该方法具有下述优点：它表示一种用于同步电机从静止状态舒适地、平稳地和可靠地起动的策略，并且因此展示了数字传感器装置在混合车辆和电动车辆中的应用领域扩展到直接作用到车轮上的应用情况下。这根据本发明如此实现，使得通过下述方式预先给定预设转矩M_V1并且在起动后调节该同步电机的转速：在第一步骤中预先给定比预设转矩M_V1高的转矩M_H1，并且在第二步骤中将转矩M_H1减小到预设转矩M_V1。根据在第一方法步骤中预先给定的较高的转矩M_H1首先更快地实现转速升高，以便克服传动系中的间隙和松动，并且尽可能快地补偿传动装置和车轴中的传动系部件的弹性，并且将转矩传递给车轮。特别是在第二方法步骤中将较高的转矩M_H1如此减小到预设转矩M_V1，使得在传动系中张紧期间没有激励机械振荡。在将较高的转矩M_H1减小到预设转矩M_V1期间，传动系保持张紧，由此将转矩传递到车轮上并且转速持续升高。
根据本发明提出了第二种用于起动具有定子和转子的同步电机的方法，其中预先给定预设转矩M_V1以及由其产生的转速曲线，并且在起动后调节所述同步电机的转速，并且其中为了确定所述同步电机的转子的位置使用数字传感器装置，其中在执行第一步骤之前使处于静止状态的所述同步电机的定子电流达到一选择的值，在所述第一步骤中预先给定比所述预设转矩M_V1高的转矩M_H1，在第二步骤中将所述转矩M_H1减小到低于所述预设转矩M_V1的一正的转矩M_H1a，在第三步骤中将所述正的转矩M_H1a升高到所述预设转矩M_V1，接着转入到常规的磁场定向的转矩调节运行中。该方法具有下述优点：它表示一种用于同步电机从静止状态舒适地、平稳地和可靠地起动的策略，并且因此展示了数字传感器装置在混合车辆和电动车辆中的应用领域扩展在直接作用到车轮上的应用情况下。这根据本发明如此实现，即通过下述方式预先给定预设转矩M_V1并且在起动后调节该同步电机的转速：在第一步骤中预先给定比预设转矩M_V1高的转矩M_H1，并且在第二步骤中将转矩M_H1减小到低于预设转矩M_V1的正值M_H1a，并且在第三步骤中将转矩M_H1a升高到预设转矩M_V1。根据在第一方法步骤中预先给定的较高的转矩M_H1首先更快地实现转速升高，以便克服传动系中的间隙和松动，并且尽可能快地补偿传动装置和车轴中的传动系部件的弹性，并且将转矩传递给车轮。特别是在第二方法步骤中将较高的转矩M_H1减小到低于预设转矩M_V1的正值M_H1a，使得在传动系中张紧期间没有激励机械振荡。在第二方法步骤中描述的将较高的转矩M_H1减小到低于预设转矩M_V1的正值M_H1a期间，传动系的张紧短时间取消，由此没有转矩传递到车轮上，并且转速保持恒定。在第三方法步骤中描述的将转矩M_H1a升高到预设转矩M_V1导致传动系的张力增加，由此重新将转矩传递到车轮上并且转速持续升高。
通过下文中的技术方案所说明的措施能够实现根据本发明的第一种和第二种方法的有利的改进方案。
上文所描述的第一种和第二种用于起动同步电机的方法不仅能够有利地应用到处于静止状态的同步电机上而且也能够有利地应用到具有低于阈值的转速的同步电机上，其中所述阈值与各相应的同步电机的极偶数相关。如果同步电机已经起动并且接着制动，则可以执行制动过程直至该同步电机的静止状态。但是还可以实现：在达到静止状态之前不久必须重新起动同步电机，从而不达到静止状态。
转子的位置在静止状态下仅以较小的精确度获知。有利地，在同步电机起动前给转子一规定的输出位置，以便避免在不稳定的范围内运行。因此在执行第一方法步骤之前暂时使定子电流升高到一最大值。转子由于电流升高能够对准由定子电流产生的磁场。
在执行上文所描述的第一种和第二种方法中最后提到的方法步骤后，转速曲线走向有利地与预设转矩M_V1成比例上升，因为传动系通过上述方法步骤被充分张紧，因此不会出现瞬时冲击或者激励机械振荡。
在起动同步电机之前可以预先给定任意的预设转矩。相对于所述预先给定的预设转矩中的每一个，在第一方法步骤中以关于各个预设转矩较高的转矩来起动同步电机。在假设M_V1是第一起动过程的预设转矩的情况下，同步电机在第一方法步骤中以关于M_V1较高的转矩M_H1起动。在假设M_V2是第二起动过程的预设转矩的情况下，同步电机在第一方法步骤中以关于M_V2较高的转矩M_H2起动。如果M_V1大于等于M_V2，则M_H1有利地大于等于M_H2。也就是说如果预先给定比预设转矩M_V2大的预设转矩M_V1，则与较小的预设转矩M_V2连同产生用于该起动过程的转矩M_H2的情况相比，起动过程有利地以较大的转矩M_H1和引起的较大的传动系张力实现。因为M_H2小于等于M_H1，所以M_H2与在M_H1的情况下相比导致传动系较小地张紧。
通过上文所描述的第一种和第二种方法中提到的方法步骤，能够将数字传感器装置在混合和电动车辆驱动中的使用领域扩展到直接作用到车轮上的驱动装置中，例如在E轴、DCT变速器或者自动变速器的情况那样。因此数字传感器装置有利地用于确定同步电机的转子位置。数字传感器装置是被证明的且牢固的、在安装方面具有高自由度的传感器系统。
附图说明
下面在实施例中根据附图详细说明本发明。
在图1中示出了同步电机系统的示意图。
在图2中示出了同步电机的第一起动变型例的方框图。
图3示出了同步电机的第二起动变型例的另一个方框图。
图4示出了根据本发明的第一种方法中可能的转矩曲线走向和所属的转速曲线走向的示意图。
图5示出了根据本发明的第二种方法中可能的转矩曲线走向和所属的转速曲线走向的示意图。
最后图6示意性示出了两个不同的转矩曲线走向和其所属的转速曲线走向。
具体实施方式
图1示意性示出同步电机系统100。同步电机系统100由同步电机101和附属的控制设备104组成。在图1中示出的同步电机101具有固定部件（定子）102和旋转部件（转子）103。从外部将预设转矩M_V1输入到控制设备104中。为了检测转子位置使用数字传感器装置105。
图2示出了本发明的第一实施例的方框图。利用下面要说明的方法能够从车辆静止状态出发控制地起动同步电机并且过渡到设定的调节运行。在静止状态下仅以相对较小的精确度已知转子的位置。为了对转子给出规定的输出位置并且保证在稳定范围内运行，首先使定子电流到达选择的最大值，由此转子对准通过定子电流产生的磁场。从之前的信号分析尚不能获知可靠的转子位置信息。数字传感器装置通常从约100 转/分的转速起才充分提供用于足够精确地计算转子位置的信号，以便转入到常规的磁场定向的转矩调节运行中。如果存在预设转矩M_V1，则根据本发明在第一步骤201中利用比预设转矩M_V1更高的转矩M_H1来起动同步电机101。通过该较高的转矩M_H1首先更快地实现转速升高，以便克服传动系中的间隙和松动，并且尽可能快速地补偿传动装置和车轴中的传动系部件的弹性，并且将转矩传递给车轮。通过该较高的转矩M_H1如此预设产生的转速曲线走向，使得在张紧传动系期间没有激励机械振荡。然后在第二步骤202中将该较高的转矩M_H1减小到预设转矩M_V1。
如果预先给定小于等于M_V1的预设转矩M_V2，则同步电机101在第一步骤201中利用较高的转矩M_H2来起动，其小于等于M_H1。如果M_V1等于M_V2，则M_H1等于M_H2。如果M_V2小于M_V1，则M_H2小于M_H1。然后M_H2在第二步骤202中减小到预设转矩M_V2。
图3示出了本发明的第二实施例的方框图。利用下面要说明的方法能够从车辆静止状态出发控制地起动同步电机并且过渡到设定的调节运行。在静止状态下仅以相对较小的精确度已知转子的位置。为了对转子给出规定的输出位置并且保证在稳定范围内运行，首先使定子电流到达选择的最大值，由此转子对准通过定子电流产生的磁场。从之前的信号分析尚不能获知可靠的转子位置信息。数字传感器装置作为用于位置检测的装置通常从约100 转/分的转速起才充分提供用于足够精确地计算转子位置的信号，以便转入到常规的磁场定向的转矩调节运行中，所述用于位置检测的装置使用多个或者例如三个霍尔传感器。如果存在预设转矩M_V1，则根据本发明在第一步骤301利用比预设转矩M_V1高的转矩M_H1起动同步电机101。通过该较高的转矩M_H1首先更快地实现转速升高，以便克服传动系中的间隙和松动，并且尽可能快速地补偿传动装置和车轴中的传动系部件的弹性，并且将转矩传递给车轮。通过该较高的转矩M_H1如此预设产生的转速曲线走向，使得在张紧传动系期间没有激励机械振荡。在第二步骤302中将该较高的转矩M_H1减小到低于预设转矩M_V1的正值M_H1a。然后在第三步骤303中将转矩M_H1a升高到预设转矩M_V1。
如果预先给定小于等于M_V1的预设转矩M_V2，则同步电机101在第一步骤301中利用比预设转矩M_V2高的转矩M_H2起动，其中M_H2小于等于M_H1。如果M_V1等于M_V2，则M_H1等于M_H2。如果M_V2小于M_V1，则M_H2小于M_H1。然后在第二步骤302中将M_H2减小到低于预设转矩M_V2的正值M_H2a。最后在第三步骤303将转矩M_H1a升高到预设转矩M_V2。
图4以上面的图表示出了根据本发明的第一种方法中一种可能的转矩曲线走向的示意图，其中转矩M随时间t变化。在图4的下面图表中示出了附属的转速曲线走向，其中转速N随时间t变化。因为转子的位置在同步电机的静止状态下仅以有限的精确度得知，所以使定子电流在时刻t_0前首先达到选择的最大值，由此转子对准通过定子电流产生的磁场。如果存在预设转矩M_V1，则根据本发明在第一步骤201中同步电机101利用比预设转矩M_V1高的转矩M_H1来起动。如果利用预设转矩M_V1起动，则会预料到在下面的图表中通过虚线示出的曲线的线性转速曲线走向。通过根据本发明的相对于预设转矩M_V1较高的转矩M_H1首先更快地实现转速升高，并且直到时刻t_1具有非线性的曲线，这通过图4下面的图表中的实线表示。由此能够更快地克服传动系中的间隙并且尽可能快地补偿传动装置和车轴中的传动系部件的弹性。转速曲线走向取决于预设转矩M_V1的大小。然后在第二步骤202中根据本发明直到时刻t_1使较高的转矩M_H1减小到预设转矩M_V1。通过将较高的转矩M_H1减小到预设转矩M_V1，产生的转速曲线走向的升高始终保持为正。在时刻t_1后转速线性上升，其中在线性区域内转速曲线走向的升高与额定转矩成比例。在t_0和t_1之间的时间区域内在实曲线的非线性曲线和虚曲线的线性曲线之间围成的面积F_1同样与预设转矩M_V1成比例，并且相应于转子和车轮之间的传动系的机械偏转角。
图5以上面的图表示出了根据本发明的第二种方法中一种可能的转矩曲线走向的示意图，其中转矩M随时间t变化。在图5下面的图表中示出了附属的转速曲线走向，其中转速N随时间t变化。因为转子的位置在同步电机的静止状态下仅以有限的精确度得知，所以使定子电流在时刻t_2前首先达到选择的最大值，由此转子对准通过定子电流产生的磁场。如果存在预设转矩M_V1，则根据本发明在第一步骤301中同步电机101利用比预设转矩M_V1高的转矩M_H1来起动。如果利用预设转矩M_V1来起动，则会预料到在下面的图表中通过虚线示出的曲线的线性转速曲线走向。通过根据本发明的相对于预设转矩M_V1较高的转矩M_H1首先更快地实现转速升高，并且直到时刻t_3具有非线性的曲线走向，这通过图5下面的图表中的实线表示。由此能够更快地克服传动系中的间隙并且尽可能快地补偿传动装置和车轴中的传动系部件的弹性。转速曲线走向取决于预设转矩M_V1的大小。然后在第二步骤302中根据本发明直到时刻t_3使较高的转矩M_H1减小到低于预设转矩M_V1的正值M_H1a。通过将较高的转矩M_H1减小到转矩M_H1a，产生的转速曲线走向的升高始终保持为正或者等于0，由此转速始终上升或者短时间保持恒定。在时刻t_2之后，根据本发明直到时刻t_4将转矩M_H1a升高到预设转矩M_V1。
在时刻t_4之后转速线性上升，其中在线性区域内转速曲线走向的升高与额定转矩成比例。在t_2和t_4之间的时间区域内在实曲线的非线性曲线走向和虚曲线的线性曲线走向之间围成的面积F_2同样与预设转矩M_V1成比例，并且相应于转子和车轮之间的传动系的机械偏转角。
图6以上面的图表示出了根据本发明的第二方法中两种可能的转矩曲线走向的示意图，其中转矩M随时间t变化。图6以下面的图表示出了附属的转速曲线走向，其中转速N随时间t变化。如果存在一个预设转矩M_V1，则根据本发明在第一步骤301同步电机101利用比预设转矩M_V1高的转矩M_H1起动。通过根据本发明的相对于预设转矩M_V1较高的转矩M_H1首先更快地实现转速升高，并且其具有通过图6下面的图表中的实线示出的曲线走向。如果存在比M_V1小的预设转矩M_V2，则根据本发明在第一步骤301中同步电机101利用比该预设转矩M_V2高的转矩M_H2起动，其中M_H2小于M_H1。通过根据本发明的相对于预设转矩M_V2较高的转矩M_H2首先更快地实现转速升高，并且其具有通过图6下面的图表中的虚线示出的曲线走向。
在t_5和t_7之间的时间区域内在实曲线的非线性的转速曲线走向和位于下面的虚曲线的线性曲线走向之间围成的面积F_3与预设转矩M_V1成比例，并且相应于转子和车轮之间的传动系的机械偏转角。在t_5和t_7之间的时间区域内在虚曲线的非线性的转速曲线走向和位于下面的虚曲线的线性曲线走向之间围成的面积F_4与预设转矩M_V2成比例，并且相应于转子和车轮之间的传动系的机械偏转角。如果M_V1大于等于M_V2并且M_H1大于等于M_H2，则面积F_3大于等于面积F_4。
Claims (7)
1.用于起动具有定子（102）和转子（103）的同步电机（101）的方法，其中预先给定预设转矩M_V1以及由其产生的转速曲线，并且在起动后调节所述同步电机（101）的转速，并且其中为了确定所述同步电机（101）的转子（103）的位置使用数字传感器装置，其特征在于，
- 在执行第一步骤（201）之前使处于静止状态的所述同步电机（101）的定子电流达到一选择的值，
- 在所述第一步骤（201）中预先给定比所述预设转矩M_V1高的转矩M_H1，
- 在第二步骤（202）中将所述转矩M_H1减小到所述预设转矩M_V1，
- 接着转入到常规的磁场定向的转矩调节运行中。
2.用于起动具有定子（102）和转子（103）的同步电机（101）的方法，其中预先给定预设转矩M_V1以及由其产生的转速曲线，并且在起动后调节所述同步电机（101）的转速，并且其中为了确定所述同步电机（101）的转子（103）的位置使用数字传感器装置，其特征在于，
- 在执行第一步骤（301）之前使处于静止状态的所述同步电机（101）的定子电流达到一选择的值，
- 在所述第一步骤（301）中预先给定比所述预设转矩M_V1高的转矩M_H1，
- 在第二步骤（302）中将所述转矩M_H1减小到低于所述预设转矩M_V1的一正的转矩M_H1a，
- 在第三步骤（303）中将所述正的转矩M_H1a升高到所述预设转矩M_V1，
- 接着转入到常规的磁场定向的转矩调节运行中。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述同步电机（101）在执行所述第一步骤之前处于静止状态，或者具有低于一阈值的转速。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行所述第二步骤（202）之后，转速曲线走向与所述预设转矩M_V1成比例上升。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在执行所述第三步骤（303）之后，转速曲线走向与所述预设转矩M_V1成比例上升。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，任意的起动过程的所述预设转矩M_V1连同预先给定的比所述预设转矩M_V1高的转矩M_H1与另一个任意的起动过程的预设转矩M_V2和预先给定的比所述预设转矩M_V2高的转矩M_H2如此区分，使得所述预设转矩M_V1大于等于转矩M_V2，其中转矩M_H1和转矩M_H2适于：转矩M_H1大于等于转矩M_H2。
7.一种用于运行同步电机（101）的控制设备（104），其特征在于，能够利用所述控制设备执行前述权利要求1-6中任一项所述的方法的步骤。
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