CN107534410A - 用于接通机动车中的多相的电机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于接通机动车中的多相的电机（110）的方法，其中所述多相的电机（110）具有一个拥有转子绕组（101）的转子和一个拥有多相的定子绕组的定子，其中在PWM运行中将具有相电压矢量的相电压加载到所述定子绕组上，所述相电压矢量在量和方向上对应于磁极转子电压的磁极转子电压矢量，用励磁电流来给所述转子绕组（101）通电，并且如果至少一个对所述磁极转子电压产生影响的参数达到阈值，就将所述PWM运行去除激活并且将闭塞运行激活以用于加载所述相电压。

Description

用于接通机动车中的多相的电机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于接通机动车中的多相的电机的方法以及用于所述方法的实施的一种计算单元和一种计算机程序。

背景技术

机动车中的能够以发电机方式或者以马达方式来运行的电机被已知。这样的电机大多数具有一个拥有能够用励磁电流来通电的励磁绕组（转子绕组）的转子和一个拥有多相的定子绕组的定子，能够将具有相电压矢量的多相的相电压加载到所述定子绕组上。

机动车中的电机的使用可能经常要求接通并且切断所述电机。尤其对于高的转速来说所述电机的接通可能证实成问题。如果在此首先接通相电压，则可能出现相电流的高的过冲。如果首先接通励磁电压，则在定子中首先感应具有磁极转子电压矢量的磁极转子电压，所述磁极转子电压可能负面地与后来有待接通的相电压相互作用，这可能导致所述电机的高的电的和机械的负荷。

DE 10 2013 215 306 A1示出了一种用于在转速高时接通电机的方法，其中在相电压对应于磁极转子电压时才刚好接通所述相电压。

发明内容

按照本发明，提出具有独立的专利权利要求的特征的、一种用于接通机动车中的多相的电机的方法以及用于所述方法的实施的一种计算单元和一种的计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求和接下来的说明书的主题。

所述电机具有一个拥有转子绕组的转子和一个拥有多相的定子绕组的定子。尤其在所述定子绕组的后面布置了变流器。通过所述变流器，所述电机尤其与车载电网相连接、尤其是与直流电压-车载电网相连接。

本发明有利地使用下述措施：已经在所述励磁电流的接通和提高的期间在PWM运行中将具有相电压矢量的相电压加载到所述定子绕组上，所述相电压矢量在量和方向（磁极转子角度=0°）上对应于磁极转子电压矢量。如果所述磁极转子电压矢量最后按照量和方向达到在闭塞运行中有待加载的相电压的相电压矢量时，则转换为所述闭塞运行。

在执行方法的过程中，确定最佳的、用于接通所述电机的开关时间点。通过所述PWM运行，能够尤其根据磁极转子电压来加载相电压，从而产生基本上0A的相电流。通过对于至少一个对磁极转子电压产生影响的参数的分析，来确定最佳的时间点，在该时间点在PWM运行与闭塞运行之间转换并且在该时间点由此接通所述电机、也就是以马达方式或者以发电机方式来运行所述电机。如此确定这个时间点，从而不产生不受欢迎的电流峰值。由此，在接通所述电机时避免高的电的和机械的负荷。

能够实现在不取决于所述机动车的电机和/或内燃机的转速的情况下来接通所述电机。尤其能够实现在转速高时以保护的方式来接通所述电机。

所述方法同样适用于所述电机的、不仅以发电机方式的而且以马达方式的运行并且适用于所有类型的机动车和商用车、尤其也适用于混合动力车。

尤其能够实现以马达方式来运行所述电机并且支持所述内燃机。即使在转速高时也能够毫无问题地并且在没有大的负荷的情况下接通所述电机。在此，比如不必等到直到转速低于允许的极限值，用于接通所述电机。所述电机能够在适当的最佳可能的时间点来接通。

按本发明的计算单元、比如机动车的控制仪器尤其在程序技术上被设立用于实施按本发明的方法。

以计算机程序的形式来实施所述方法也是有利的，因为这引起特别低的成本，尤其如果执行用的控制仪器还用于另外的任务并且因此本来就存在。合适的用于提供计算机程序的数据载体尤其是磁性的、光学的和电的存储器、像比如硬盘、闪速存储器、EEPROMs、DVDs以及其它的更多的数据载体。也能够通过计算机网络（互联网、内联网等等）来下载程序。

本发明的另外的优点和设计方案从说明书和附图中得出。

附图说明

本发明借助于实施例在附图中示意性地示出并且接下来参照附图进行描述。

图1示意性地示出了由机动车的内燃机和电机构成的布置，所述内燃机和电机被设立用于实施本发明的实施方式。

图2以电路图方式示出了机动车的五相的电机，该电机被设立用于实施本发明的实施方式。

图3示意性地示出了来自图2的五相的电机的单相的等效电路图。

图4作为方框图示意性地示出了按本发明的、用于接通电机的方法的一种优选的实施方案。

图5示意性地示出了矢量图，在执行本发明的实施方式的过程中能够确定所述矢量图。

具体实施方式

图1示意性地示出了机动车的组件。所述机动车具有电机110，其中接下来比如以他励的同步发电机为出发点。所述电机110能够通过所述机动车的内燃机109比如以发电机方式来运行。所述电机110通过相应的耦联器件、比如以皮带传动装置或者轴的形式的机械的连接部108来转矩锁合地与所述内燃机109相连接。作为替代方案，所述电机110也能够以马达方式来运行并且在此能够支持所述内燃机109。

所述电机110与变流器106进行了电连接，其中设置了多个相接线107。所述变流器能够作为整流器并且作为逆变器来运行。所述多个相接线107是所述电机110的定子的多相的定子绕组的相接线。在直流电压侧，通过场调节器102连接了所述电机110的转子绕组101。所述场调节器102负责所述转子绕组101的操控。通过所述直流电压接头103能够将蓄能器、比如车辆电池105连接到所述变流器106的直流电压侧上。通过开关元件104，所述车辆电池105能够与所述变流器106的直流电压侧进行电连接并且能够与其分开。

构造为控制仪器112的计算单元尤其在程序技术上被设立用于：实施按本发明的方法的一种实施方式。尤其所述控制仪器112根据本发明来操控所述场调节器102和所述变流器106。

在图2中以电路图方式示出了所述电机110。所述电机110在所述特殊的例子中作为五相的电机被示出。所述电机110具有一个拥有五相的定子绕组110a的定子。所述变流器106具有多个电的开关元件，所述多个电的开关元件在所述特殊的例子中构造为MOSFETs106a（金属氧化物半导体场效应晶体管）。MOSFETs在电路技术上对应于晶体管和在截止方向接通的反向二极管。所述MOSFETs 106a比如一方面通过汇流排与所述定子绕组110a相连接并且另一方面与所述直流电压接头103相连接。

如果以发电机的运行方式来运行所述电机110，则在所述定子绕组110a中产生五相的交流电压、所谓的相电压。通过对于所述MOSFETs 110a的适当的时钟脉冲的操控来将所述五相的交流电压整流为直流电压。借助于所转换的直流电压，比如能够给所述车辆电池105充电。

如果以马达的运行方式来运行所述电机110，则通过对于所述MOSFETs 110a的适当的时钟脉冲的操控来将所述车辆电池105的直流电压转换为具有旋转的相电压矢量的五相的相电压。对于所述MOSFETs 110a的适当的时钟脉冲的操控在此相应地通过所述控制仪器112来进行。

要说明，本发明不应该局限于五相的电机，而是适用于具有适当的数目的相接线107的电机。

接下来参照图3、4、5和6来对所述用于接通电机110的方法的优选的实施方案进行描述。此外，所述描述借助于所述电机110的以马达方式的运行的特殊的例子来进行。尤其所述按本发明的方法的优选的实施方案通过所述控制仪器112来执行。所述控制仪器在执行所述方法的过程中尤其相应地操控所述场调节器102、所述变流器106并且可选也操控所述开关元件104。

图3示意性示出了通常他励的同步电机以及尤其按照图2的五相的电机110的单相的等效电路图。所述转子绕组101在所述等效电路图中对应于电阻R_f。所述定子绕组110a在等效电路图中对应于由电阻R_S和电感L_S构成的串联电路。

在图4中作为方框图示出了按本发明的、用于接通电机110的方法的一种优选的实施方案。

在以马达方式的运行中，向所述电机110供给励磁电压U_f和相电压U_S并且该电机将这种电能转换为机械能，用于用这种机械能来支持所述内燃机109。所述相电压U_S的量或者振幅尤其通过所述车辆电池105的、加载到所述变流器106上的直流电压作为供电电压来预先给定。在此首先切断所述电机110。通过与所述内燃机109的转矩锁合的连接，所述电机以由所述内燃机109预先给定的转速ω来转动。所述电机的接通在此在执行所述按本发明的方法的优选的实施方式的过程中进行。

首先在PWM运行210中来运行所述电机110。在此，在PWM运行中的步骤211中通过对于所述供电电压的脉宽调制来将具有相电压矢量的相电压加载到所述定子绕组110a上，所述相电压矢量在量和方向上对应于磁极转子电压U_P的当前占优势的磁极转子电压矢量，也就是说，磁极转子电压矢量与相电压矢量之间的磁极转子角度是零。因为在这个时间点还没有流动着励磁电流，所以所述磁极转子电压的量是零，从而可以在所述相中没有值得重视的电流通过的情况下激活所述操控。

在步骤212中借助于所述场调节器102将所述励磁电压U_f加载到所述转子绕组101上，由此在所述转子绕组101中产生励磁电流I_f。尤其借助于PI调节器来将所述励磁电流I_f调节到所期望的目标值上。所述励磁电流I_f在所述电机转动时在所述定子绕组110a感应所述磁极转子电压U_P。所述磁极转子电压U_P在此取决于所述转速ω并且取决于所述励磁电流I_f的量。

在步骤213中确定至少一个对这种磁极转子电压U_P产生影响的参数。优选将所述磁极转子电压矢量的量和方向确定为对所述磁极转子电压U_P产生影响的参数。作为替代方案或者补充方案，也能够优选将所述励磁电流I_f的量和/或所述电机110的转速ω确定为所述至少一个对磁极转子电压U_P产生影响的参数。所述电机110的转速ω和所述励磁电流I_f的量大多数本来已知或者本来在所述机动车中确定。因此在这里不需要额外的花费，用于确定所述励磁电流I_f的量和/或所述电机110的转速ω。

在所述特殊的例子中，首先将所述磁极转子电压矢量的量确定为对所述磁极转子电压U_P产生影响的参数。在此，尤其是根据所述励磁电流量I_f和所述转速ω来确定所述量。所述确定尤其根据以下公式来进行：

是由所述励磁电流I_f产生的磁链。由于饱和效应，励磁电流I_f与磁链之间的关联不是线性的。尤其励磁电流I_f与磁链之间的所述关联作为特性曲线或者以补偿多项式的形式尤其是保存在所述控制仪器112中。所述磁极转子电压矢量的方向不受拘束地从所述转子的当前的位置和结构中得出。

现在要检查，所述磁极转子电压矢量的量和方向作为所述至少一个对磁极转子电压U_P产生影响的参数是否相应地达到所确定的阈值。在此如此选择所述相应的阈值，从而在由PWM运行210转换为闭塞运行220时避免不受欢迎的电流峰值和高的电的和机械的负荷。因此，尤其是根据在闭塞运行中有待加载的相电压U_S来选择所述相应的阈值。因此如此选择相应的阈值，从而在下述时间点转换为所述闭塞运行，在所述时间点所述磁极转子电压U_P没有抵消在所述闭塞运行中有待加载的相电压U_S，这会导致高的电的和机械的负荷。

因此，所述相应的阈值有利地对应于紧接在激活所述闭塞运行之后在所述闭塞运行中有待加载的相电压U_S的相电压矢量的量或者方向。这种相电压矢量也被称为“当前的”相电压矢量，尽管其在接通所述闭塞运行之前仅仅在理论上存在。尤其这意味着，在达到所述相应的阈值时所述磁极转子电压矢量和所述相电压矢量在转换为所述闭塞运行时具有相同的量和相同的方向，也就是说所述磁极转子角度是0°。所述当前的相电压矢量的量通过所述车辆电池105的加载到变流器106上的直流电压来预先给定。

只要在所述PWM运行中所述磁极转子电压U_P小于所述相电压矢量的量，那就不可能有相电流I_S通过所述变流器106的MOSFETs 106a的反向二极管来流动。

所述磁极转子电压矢量的量可以通过所述励磁电流I_f来调节。一直提高所述励磁电流I_f-通过附图标记214来表明-，直到所述磁极转子电压矢量的量达到其阈值。同时也相应地跟踪所述相电压，使得所述相电压矢量继续在量和方向上对应于所述磁极转子电压矢量（同样通过附图标记214来表明）。

如果所述磁极转子电压矢量的量和方向达到其相应的阈值，磁极转子电压矢量和相电压矢量就紧接在接通所述闭塞运行之后也拥有相同的量和相同的方向（磁极转子角度=0°），将所述PWM运行210去除激活并且将所述闭塞运行220激活。按照步骤221，在此尤其是通过所述变流器106来将供电电压方框状地加载到所述定子绕组110a上。

通过在步骤221中转换为所述闭塞运行这种方式，所述电机110被接通并且能够支持所述内燃机109。现在有利地在步骤222中调节所述电机110或者内燃机109的转矩。所述转矩在此通过磁极转子角度θ的变化来调节，所述磁极转子角度又通过所述相电压矢量的方向来调节，所述相电压矢量的方向又通过所述变流器的相应的操控来调节。通过适当的调节回路，来如此改变所述磁极转子角度θ，从而设定所期望的转矩。

借助于图5对所述相电压U_S、磁极转子电压U_P、相电流I_S与励磁电流I_f之间的关联以及由此所述按本发明的方法的理论背景进行更详细解释。

在图5中，在此在固定在旋转场上的dq-坐标系中示例性地示出了他励的同步电机、尤其是按照图2的五相的电机110的、如在执行本发明的实施方式的过程中能够确定的一样的矢量图或者dq-图表501到503。

所述磁极转子电压U_P在此按照定义处于q轴上并且作为第一矢量来示出。所述q轴形成所谓的励磁轴。所述d轴在此在电方面正交于所述q轴。所述相电压U_S作为第二矢量来示出并且相对于所述磁极转子电压U_P移动了所述磁极转子角度θ。所述磁极转子角度θ也被称为负荷角。在所述电机110的以发电机方式的运行中，所述磁极转子角度θ具有正的数值，磁极转子或者激励器“超前”。在所述电机110的以马达方式的运行中、如其在图5中所示出的那样，所述磁极转子角度θ具有负的数值，所述磁极转子或者激励器“滞后”。

在所述闭塞运行中，所述相电压U_S的水平通过所述车辆电池105的加载到所述变流器106上的直流电压来预先给定。所述相电压U_S因此能够在所述闭塞运行中仅仅在其相位上关于所述磁极转子电压U_P来改变，也就是通过其磁极转子角度θ相对于所述磁极转子电压U_P来改变。所述相位或者磁极转子角度θ能够借助于所述变流器106来适当地调节。

相电流I_S在所述dq-坐标系中作为第三矢量来示出。产生一种相电流矢量，该相电流矢量在进行所述磁极转子角度的0-360°的变化时的轨迹对应于所示出的圆。

在图5a中示出了第一dq-图表501，其中所述磁极转子电压矢量U_P作为所述至少一个对磁极转子电压产生影响的参数没有达到所述阈值。在此可以看出，对任何磁极转子角度θ来说所述相电流I_S都不成为零。在此，不可能在没有过冲的情况下接通所述电机110。

在图5b中示出了第二dq-图表502，其中所述励磁电流I_f被切断，也就是具有数值零。因此，所述磁极转子电压U_P也拥有数值零。在这里也可以看出，对于任何磁极转子角度θ来说所述相电流I_S都不成为零。在这种情况下，也不可能在没有过冲的情况下接通所述电机110。

在图5c中示出了第三dq-图表503，其中所述磁极转子电压矢量U_P作为所述至少一个对磁极转子电压产生影响的参数达到所述阈值。所述磁极转子角度θ在此为0°，使得所述相电压U_S的相位对应于所述磁极转子电压U_P的相位。因为相电压U_S和磁极转子电压U_P按照量和方向是相同的，所以在此没有产生相电流I_S。

在所述PWM运行210中根据所述磁极转子电压加载所述相电压，从而产生基本上0A的相电流。这得到实现，方法是：将在量与方向上刚好与当前的磁极转子电压U_P对应的电压矢量加载到所述相上。所述操控要么能够借助于场导向的调节受调节地进行，其中作为用于所述dq-坐标系中的相电流的目标值预先给定数值I_d=0以及I_q=0。但是所述操控也能够受控制地进行，因为电压目标值以简单的方式产生为U_d=0、U_q=U_P。

在图6中示意性地示出了相电压和相电流的分量的时间上的曲线，其在执行所述按本发明的方法的一种优选的实施方式的过程中存在。

相应地示出了在接通的过程中被加载到所述定子绕组上的三相的相电压的、三个分量中的两个U_A和U_B以及由此在所述定子绕组中产生的三相的相电流的三个分量中的两个I_A和I_B。如可以看出的那样，所述分量U_A和U_B在所述PWM运行210的期间被脉宽调制并且在所述闭塞运行220中转变为方框状的电压。所述相电流I_A和I_B的分量首先在所述PWM运行210的期间几乎为零并且在所述闭塞运行中差不多在没有过冲的情况下来接通。

Claims (10)

1.用于接通机动车中的多相的电机（110）的方法，其中所述多相的电机（110）具有一个拥有转子绕组（101）的转子和一个拥有多相的定子绕组（110a）的定子，

-其中在PWM运行（210）中将具有相电压矢量（US）的相电压加载到所述定子绕组（110a）上（211），所述相电压矢量在量和方向上对应于磁极转子电压的磁极转子电压矢量（U_P），

-用励磁电流（I_f）来给所述转子绕组（101）通电（212），并且

-其中，如果至少一个对所述磁极转子电压产生影响的参数达到阈值，就将所述PWM运行（210）去除激活并且将闭塞运行（220）激活以用于加载所述相电压。

2.按权利要求1所述的方法，其中将所述磁极转子电压矢量（U_P）的量和/或方向用作所述至少一个对磁极转子电压产生影响的参数。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中所述阈值对应于在所述闭塞运行（220）中有待加载的相电压的相电压矢量（U_S）的量或者方向。

4.按权利要求3所述的方法，其中所述在闭塞运行（220）中有待加载的相电压的相电压矢量（U_S）的量通过所述机动车的与所述电机（110）相连接的车载电网的直流电压来给出。

5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述励磁电流（I_f）的量和/或所述电机（110）的转速用作所述至少一个对磁极转子电压产生影响的参数（220、320）。

6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述闭塞运行（220）中借助于所述相电压（U_S）与所述磁极转子电压之间的所确定的磁极转子角度（θ）的预先给定来调节转矩。

7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中以马达方式或者以发电机方式来运行所述电机（110）。

8.计算单元（112），所述计算单元被设立用于：实施按前述权利要求中任一项所述的方法。

9.计算机程序，所述计算机程序在其在计算单元（112）上被执行时促使所述计算单元（112）用于实施按权利要求1到7中任一项所述的方法。

10.机器可读的存储介质，具有在其上所保存的按权利要求9所述的计算机程序。