CN105453409B - 用于接通和断开机动车中的n相电机的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于接通或断开机动车中的n相电机（110）的方法，其中所述n相电机（110）具有转子，其具有转子绕组（101）并且具有定子，其具有n相定子绕组，其中在转子上可以施加激励电流并且在定子上可以施加n相相电压，其中接通或断开激励电流，确定影响极轮电压的参数，并且当影响极轮电压的参数达到确定的阈值的时候，接通或断开相电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于接通机动车中的n相电机的方法和一种用于断开机动车中的n相电机的方法。
背景技术
电机可以在机动车中用于转换机械能成电能。在此这种外激励的电机例如可以由爪极形发电机构成。这种电机可以产生多相交流电。在此电机可以具有转子和定子，转子具有激励绕组（转子绕组），定子具有多相定子绕组。利用后置于定子绕组的直流整流器可以将多相交流电整流成直流电，并且例如馈送到机动车的直流电压车载电网里面。
例如在混合动力车中电机也可以电动机式运行，并且作为混合动力车的驱动装置使用。在此电机尤其可以在低转速时支持机动车的内燃机，在低转速时这个内燃机还不提供其全部扭矩（升压模式，涡轮迟滞补偿）。
在两种运行方式中利用通过激励绕组的激励电流或者利用通过定子绕组的相电流作为调节参数实现电机的调节。
利用电机尤其作为汽车中的驱动装置要求经常通断电机。尤其在高速时通断电机已经证实是有问题的。在此，如果首先接通相电压，可能出现相电流的高度过激。如果首先接通激励电压，在定子中首先感应极轮电压，它可能不利地于以后要接通的相电压交互作用，这可能导致电机的高的电负荷和机械负荷。
因此值得期望的是，给出可能性，最佳地接通和断开机动车的电机，用于避免不期望的电流峰值和与此相关的电负荷和机械负荷。
发明内容
按照本发明建议一种用于接通和一种用于断开机动车中的n相电机的方法。在用于接通机动车中的n相电机的方法中，所述n相电机具有转子和定子，所述转子具有转子绕组并且所述定子具有n相定子绕组，其中，能够施加激励电流到所述转子上并且能够施加n相相电压到所述定子上，其中，接通激励电流，确定影响极轮电压的参数，并且当影响极轮电压的参数达到确定的阈值的时候，接通相电压，其中，所述极轮电压在空转的电机中对应于由通电的转子绕组或激励绕组在定子绕组中感应的电压。在用于断开机动车中的n相电机的方法中，所述n相电机具有转子和定子，所述转子具有转子绕组并且所述定子具有n相定子绕组，其中，能够施加激励电流到所述转子上并且能够施加n相相电压到所述定子上，其中，断开激励电流，确定影响极轮电压的参数，并且当影响极轮电压的参数达到确定的阈值的时候，断开相电压，其中，所述极轮电压在空转的电机中对应于由通电的转子绕组或激励绕组在定子绕组中感应的电压。按照本发明还建议一种计算单元，它设计成，执行根据本发明所述的方法。此外，按照本发明还建议一种可机器读取的存储介质，具有在其上存储的计算机程序，所述计算机程序命令计算单元，当在所述计算单元上执行所述计算机程序时，执行根据本发明所述的方法。
在本发明进行中确定用于接通或断开电机的最佳通断时刻。在此评价影响极轮电压的参数。所述极轮电压是虚拟的辅助参数。在空转的电机中极轮电压对应于由通电的转子绕组或激励绕组（极轮）在定子绕组中感应的电压。通过这个评价确定最佳时刻，对该时刻相电压施加在定子绕组上（接通电机时）或者与定子绕组分开（在断开电机时）。这样确定这个时刻，不产生不期望的电流峰值。因此在接通和断开电机时避免高的电负荷和机械负荷。
因此按照本发明的方法能够与电机和/或机动车的内燃机的转速无关地接通和断开电机。本发明尤其能够以保护的方式在高转速时接通和断开电机。
在此本发明同时适用于发电机式和电动机式的电机运行。本发明适用于所有形式的机动车和商用车，尤其也适用于混合动力车。
通过本发明尤其能够使电机以电动机方式地运行并且支持内燃机。在高转速时电机也可以没问题地且没有大负荷地接通。在此例如无需等待，直到转速低于允许的极限值，用于接通电机。所述电机可以对于适宜的最佳实现的时刻接通。
按照本发明的计算单元、例如机动车的控制器尤其编程技术地设计成，执行按照本发明的方法。
以软件形式执行本发明也是有利的，因为这引起特别低的成本，尤其当执行的控制器还用于其他任务并因此本来就存在。用于提供计算机程序的适合的数据载体尤其是软盘、硬盘、闪存、EEPROM，CD-ROM，DVD等。也能够通过计算机网络（互联网，内联网等）下载程序。
由说明和附图给出本发明的其它优点和扩展结构。
当然，上述的和下面还要解释的特征不仅在各给出的组合中应用，而且也在其它组合或者单独地使用，而不离开本发明的范围。利用附图中的实施例简示出本发明并且在下面参考附图详细地描述。
附图说明
图1简示出机动车的内燃机和电机，它们设计成执行本发明的实施例。
图2以电路图方式示出机动车的五相电机，它设计成，执行本发明的实施例。
图3简示出图2的五相电机的单相等效电路图。
图4以方框图简示出按照本发明的用于接通而且断开电机的方法的优选实施例。
图5简示出相量图，它们可以在本发明实施例的进行中被确定。
具体实施方式
图1简示出机动车的组成部分。在此机动车具有电机110，其中下面例如涉及外激励的同步发电机。电机110可以通过机动车的内燃机109例如发电机式地运行。电机110通过相应的离合措施、例如机械连接108以皮带传动或者轴的形式与内燃机109扭矩锁合地连接。也可以选择地电机110 以电动机方式地运行，同时可以支持内燃机109。
电机110与整流器106电连接，其中设有多个相接头107。整流器可以作为直流整流器和交流整流器运行。在此n相接头107是电机110的定子的n相定子绕组的相接头。在直流电压侧通过场调节器102连接电机110的转子绕组101。场调节器102负责控制转子绕组101。通过直流电压接头103可以连接蓄能器、例如机动车电池105在整流器106的直流电压侧上。通过开关部件104可以连接机动车电池105在整流器106的直流电压侧上，和可以与这个直流电压分开。
由控制器112构成的计算单元尤其编程技术地设计成，执行本发明的实施例。控制器112按照本发明尤其控制场调节器102、整流器106和开关部件104。
在图2中电路图形式地示出电机110。在这个特殊的示例中电机110由五相电机表示。在此电机110具有定子，具有五相的定子绕组110a。整流器106具有多个电开关部件，它们在这个特殊的示例中由MOSFET106a（金属氧化物半导体场效应晶体管）构成。MOSFET由晶体管和在截止方向上连接的反向二极管组成。MOSFET106a例如一端通过汇流排与n相定子绕组110a连接，并且在直流电压侧与直流电压接头103连接。
如果电机110在发电机式运行中运行，在定子绕组110a里面产生五相的交流电压，所谓的相电压。通过适宜地节拍地控制MOSFET106a使这个五相交流电压整流成直流电压。利用这个转换的直流电压例如可以充电汽车蓄电池105。
如果电机110在电动机式运行中运行，通过适宜地节拍地控制MOSFET106a将机动车蓄电池105的直流电压转换成五相的相电压。在此分别通过控制器112实现适宜地节拍地控制MOSFET106a。
要注意，本发明不局限于五相电机，而是适用于具有适宜数量相接头107的电机。
下面参照图3,4和5描述用于接通和断开电机110的本发明优选实施例。此外利用特殊的电动机式运行的电机110示例实现这个说明。按照本发明方法的优选实施例尤其通过控制器112执行。控制器对应于本发明在其过程中控制场调节器102、整流器106和开关部件104。
在此图3简示出外激励的同步电机的一般性的和按照图2特例的五相的电机110的单相等效电路图。转子绕组101在等效电路图中对应于电阻Rf。定子绕组110a在等效电路图中对应于由电阻RS和电感LS组成的串联电路。
在图4中以方框图示出按照本发明的不仅用于接通200而且用于断开300电机110的方法的优选实施例。
在电动机式运行中电机110以激励电压Uf和相电压US供电，并且将这个电能转换成机械能，用于以这个机械能支持内燃机109。在此电机110首先断开。通过与内燃机109的扭矩锁合的连接电机以由内燃机109给定的转速ω旋转。在此在按照本发明的用于接通电机110的方法200的进行中接通电机。
在步骤210里面利用场调节器102在转子绕组101上激励激励电压Uf，由此在转子绕组101中产生激励电流If。尤其利用PI调节器调节激励电流If到所期望的理论值上。因为还没有施加相电压US在电机的定子绕组110a上，激励电流If在旋转的电机下在定子绕组110a中感应极轮电压Up。在此极轮电压UP取决于转速ω和激励电流If。
在步骤220里面确定影响这个极轮电压Up的参数。极轮电压Up本身最好由影响极轮电压Up的参数确定。备选或附加地最好也可以确定激励电流If和/或电机110的转速ω作为影响极轮电压Up的参数。电机110的转速ω和激励电流If大多本来就已知或者说本来就在机动车中确定。因此在这里无需附加的费用，用于确定电机110的激励电流If和转速ω作为影响极轮电压Up的参数。
在这个特殊示例中确定极轮电压Up本身作为影响极轮电压Up的参数。在此极轮电压Up尤其根据激励电流If和转速ω确定。这个确定尤其按照下面的公式实现：
ΨR是由激励电流If产生的磁链。由于饱和效应，在激励电流If与磁链ΨR之间的关系不是线性的。尤其在激励电流If与磁链ΨR之间的这个关系作为特性曲线或者以补偿多项式的形式被寄存，尤其在控制器112里面。
在步骤230里面检验，极轮电压Up作为影响极轮电压Up的参数是否达到确定的阈值。在此这样选择阈值，在接通相电压US时避免不期望的电流峰值和高的电负荷和机械负荷。因此尤其根据相电压US选择阈值。据此这样选择阈值，使相电压US对于一个时刻被接通，对于该时刻极轮电压Up不抵制相电压US，这可能导致高的电负荷和机械负荷。
因此阈值有利地对应于直接在接通后的相电压US的电压值。这个值也称为“实际”值，尽管它当然在接通前只理论地呈现。这尤其意味着，在达到阈值时极轮电压Up和相电压US直接在接通后具有相同的高度或者相同的振幅。实际相电压US的高度或振幅通过在整流器106上施加的机动车蓄电池105的直流电压给定。
只要极轮电压Up小于相电压US，就不会有相电流IS通过整流器106的MOSFET106a的反向二极管流动。
极轮电压Up的高度或振幅能够通过激励电流If调节。如果极轮电压Up没有达到阈值，因此在步骤230a中可以适宜地改变激励电流If。然后按照步骤220重新确定极轮电压Up并且按照步骤230重新执行检验。
如果极轮电压Up达到阈值，极轮电压Up和相电压US直接在接通后具有相同的振幅，在步骤240中接通相电压US。在此在定子绕组110a的相接头107上施加五相相电压US，尤其通过整流器106。在此相电压US在具有极轮电压Up的相中接通。在此激励电流If具有产生极轮电压Up的数值，其振幅对应于从外部施加的相电压US的振幅。
如果备选地在步骤220中确定激励电流If作为影响极轮电压Up的参数，则利用相应的激励电流If值作为阈值。如果激励电流If在步骤230中偏离阈值，则在步骤230a中适宜地改变激励电流If，在步骤220中重新确定并且在步骤230中重新检验，是否达到阈值。
利用图5更详细地解释在相电压US、极轮电压Up、相电流IS和激励电流If和相关的按照本发明方法的理论背景之间的关系。
在此在图5中以旋转场固定的dq坐标系示例地示出外激励的同步电机、尤其按照图2的五相电机110的相量图或者dq图501至503，如何可以在本发明实施例的执行中确定它们。
在此极轮电压Up按照定义位于q轴上并且作为第一相量表示。q轴形成所谓的激励轴。在此d轴在电上正交于q轴。相电压US作为第二相量表示并且以相位角θ相对于极轮电压Up移动。相位角θ也称为控制角、极轮角或者负荷角。在电机110的发电机式运行中相位角θ取正值，极轮或激励器“超前”。在电机110的电动机式运行中，如同在图5中所示，相位角θ取负值，极轮或激励器“滞后”。
相电压US的高度通过施加在整流器106上的机动车蓄电池105的直流电压给定。因此相电压US只在其与极轮电压Up有关的相位上改变，即通过其相对于极轮电压Up的相位角θ。可以利用整流器106适宜地调整相位或相位角θ。
相电流IS在dq坐标系中作为第三矢量表示。根据相位或相位角θ给出不同的相电流IS。相电流IS或矢量或相电流IS的矢量峰值在dq坐标系中描绘了一个圆。
在图5a中示出第一dq图501，其中极轮电压Up作为影响极轮电压Up的参数没有达到阈值。在此看出，对于小的相位角θ相电流IS变成零。在此不可能没有过激地接通电机110。
在图5b中示出第二dq图502，其中激励电流If断开，即具有数值零。因此极轮电压Up也具有数值零。在这里也看出，对于小的相位角θ相电流IS变成零。在这种情况下也不可能没有过激地接通电机110。
在图5c中示出第三dq图503，其中极轮电压Up作为影响极轮电压Up的参数达到阈值。在此相位角θ为90°，由此相电压US的相位对应于极轮电压Up的相位。因为相电压US和极轮电压Up按照数值和相位是相同大小，在此不产生相电流IS。
通过在步骤240中接通相电压US，接通电机110，并且可以支持内燃机109。现在有利地在步骤250中调整电机110或内燃机109的扭矩。在此通过改变相位角θ调整扭矩。通过适宜的调节回路这样改变相位角θ，使得调整所期望的扭矩。
如果又要断开电机110，这在按照本发明的用于断开电机110的方法300的进行中实现。
在此在步骤250a中类似于步骤250调整扭矩和相位角θ到确定的值。在此在步骤250a中调整扭矩到最小值，尤其到值零。在此相位角θ尤其调整到值90°。由此使相电压US位于具有极轮电压Up的相位上，在此产生最小的可能的相电流IS。在此尤其涉及纯无功电流。
在步骤310中断开激励电流If。场调节器102分开转子绕组101与施加的激励电压Uf。根据激励回路的时间常数缓慢地减弱激励电流If。
在步骤320里面类似于步骤220，确定影响极轮电压Up的参数。在这个特殊的示例中在步骤320中最好确定极轮电压Up本身作为影响极轮电压Up的参数。在此尤其根据激励电流If和转速ω确定极轮电压Up。
在步骤330中检验，极轮电压Up作为影响极轮电压Up的参数是否达到阈值。在这种情况下阈值也优选为相电压US的实际电压值。优选检验，极轮电压Up是否低于相电压US的实际电压值。如果是，则相电流IS变成零。
如果极轮电压Up在接通整流器106的控制时继续减小，则相电流IS将在正的d向上又升高。也可以备选或附加地通过检测相电流IS作为影响极轮电压Up的参数实现确定适合的相电压US的断开时刻。在此尤其检验，相电流IS是否达到阈值。
如果极轮电压Up作为影响极轮电压Up的参数达到阈值，即，极轮电压Up优选具有相电压US的实际电压值，则在步骤340里面断开相电压US。在此整流器106使定子绕组110a的相接头107与五相相电压US分开。备选或附加地可以使整流器106的控制去激活。
在无电流的状态中断开相电压US。尽管激励电流If还具有不同于零的数值，但是激励电流If不再能够产生通过整流器106的反向二极管的电流。
Claims (15)
1.一种用于接通机动车中的n相电机（110）的方法，其中，所述n相电机（110）具有转子和定子，所述转子具有转子绕组（101）并且所述定子具有n相定子绕组（110a），其中，能够施加激励电流If到所述转子上并且能够施加n相相电压US到所述定子上，
其中，
接通激励电流If，
确定影响极轮电压UP的参数，并且
当影响极轮电压UP的参数达到确定的阈值的时候，接通相电压US，
其中，所述极轮电压在空转的电机中对应于由通电的转子绕组或激励绕组在定子绕组中感应的电压。
2.如权利要求1所述的方法，其中，当接通相电压US时，利用相电压US的相位角θ调整扭矩。
3.如权利要求1所述的方法，其中，将极轮电压UP确定为影响极轮电压UP的参数。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述阈值对应于直接在接通后的相电压US的电压值。
5.如权利要求1所述的方法，其中，将激励电流If和/或电机（110）的转速确定为影响极轮电压UP的参数。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述电机（110）电动机式或发电机式地运行。
7.一种用于断开机动车中的n相电机（110）的方法，其中，所述n相电机（110）具有转子和定子，所述转子具有转子绕组（101）并且所述定子具有n相定子绕组（110a），其中，能够施加激励电流If到所述转子上并且能够施加n相相电压US到所述定子上，
其中，
断开激励电流If，
确定影响极轮电压UP的参数，并且
当影响极轮电压UP的参数达到确定的阈值的时候，断开相电压US，
其中，所述极轮电压在空转的电机中对应于由通电的转子绕组或激励绕组在定子绕组中感应的电压。
8.如权利要求7所述的方法，其中，在断开激励电流If之前，利用相电压US的相位角θ调整扭矩到确定的值上。
9.如权利要求8所述的方法，其中，调整扭矩到零。
10.如权利要求7所述的方法，其中，将极轮电压UP确定为影响极轮电压UP的参数。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述阈值对应于直接在接通后的相电压US的电压值。
12.如权利要求7所述的方法，其中，将激励电流If和/或电机（110）的转速确定为影响极轮电压UP的参数。
13.如权利要求7所述的方法，其中，所述电机（110）电动机式或发电机式地运行。
14.一种计算单元，它设计成，执行如权利要求1至13中任一项所述的方法。
15.一种可机器读取的存储介质，具有在其上存储的计算机程序，所述计算机程序命令计算单元，当在所述计算单元上执行所述计算机程序时，执行如权利要求1至13中任一项所述的方法。
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