CN108028621B - 同步机模块、运输工具驱动器和运输工具 - Google Patents

Abstract

同步机模块，其包括同步机和用于控制同步机转速的转速控制装置，所述转速控制装置具有检测器件，所述检测器件用于检测通过有效功率形成的且取决于所述有效功率的参量，其中，所述转速控制装置被构造取决于被检测到的参量来调整同步机的转速和/或转速的时间上的走向。根据本发明的运输工具驱动器具有这种同步机模块以及发电机，该发电机被连接到同步机模块上，用于馈给同步机模块。运输工具尤其是飞机并具有这种运输工具驱动器和/或这种同步机模块。

Description

同步机模块、运输工具驱动器和运输工具

技术领域

本发明涉及一种同步机模块、一种运输工具驱动器和一种运输工具。

背景技术

目前在很多领域使用了混合动力的驱动器。尤其地，燃烧马达和发电机为了产生电流而被彼此组合。在此，发电机尽可能应当被简单地构建，并尽可能紧凑和耐用。

被永磁激励的同步机（PMSM）基于其高的功率密度而显得特别适用于混合动力的驱动器。但是，对于运行高效而言，准确确定转子位置是必不可少的。

为了确定转子位置，通常使用电感式旋转编码器，所谓的分解器，其可以非常准确地获知转子位置。利用认知转子位置可以在接近静止状态的转速范围内并在马达的整个运行范围上实现同步机的场定向的调节。

但是，分解器连同所配属的电子装置是昂贵且易受影响的。但是与之相反，无传感器的解决方案仅有条件地起作用：因此，同步机与不带有自身的起动器的燃烧马达的组合提出附加的要求，其中，燃烧马达应借助于同步机的拖曳来启动：在这里因此附加地，由于压缩的强烈波动的力矩添加在缸中，其中，在反力矩中相应地仅出现短时的峰值。这点在很多情况下防止了成功的、被纯控制的启动（Hochlaufen）。

类似地有问题的是具有PMSM的活塞压缩机的无传感器的运行。常见的无传感器方法，例如作为场定向调节同步机的补充，转子位置经由观察模型的估计典型地仅针对从例如最大转速10%起的转速提供了足够准确的信息，用以稳定地场定向地调节同步机直至额定力矩。

在转速较小时，基于仅很小的电感出的电压，转子位置的无传感器的估计是困难或不可能的。通过适当的测试脉冲，在这些转速范围内以一定的准确性在特定的时间点获知瞬时转子位置，但是这点在大多数情况下是不足够的。产生力矩的电流此外必须在测试脉冲期间被切断。

被纯控制的启动进入转速范围内是有问题的，-在转速范围内经由观察模型使得估计转子位置足够准确起作用-：能在该运行范围内实现的力矩大多数仅是马达的正常的额定力矩的极小部分，因为本身在反力矩小的情况下不能避免马达的“倾斜”进而使得力矩立即崩溃。力矩的有目的的设定调整在该运行形式下同样是不可能的。针对在小转速下以少的反力矩的应用，这点最多在单个情况下是足够的。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种改善的同步机模块。此外，本发明的任务是提供一种改善的运输工具驱动器以及改善的运输工具。尤其地，运输工具驱动器应当能够耐用且紧凑地构造。

根据本发明的同步机模块具有同步机和用于控制同步机转速的转速控制装置。当然的是，转速在同步机的电动马达式运行中借助于典型地定子的相应电的馈给来控制。转速控制装置具有检测器件，用于检测通过同步机的有效功率所形成的或取决于有效功率的参量。转速控制装置被构造，取决于检测到的参量和/或其时间上的走向来调整同步机的转速和/或其时间上的走向。

本发明的步骤在于：被永磁激励的同步机（PMSM）的无传感器且通常利用被纯控制的转速斜坡所实现的启动借助于能容易确定的瞬时有效功率这样地被减速或加速，使得负荷峰值不导致马达的“倾斜”。

根据本发明的同步机模块因此可以简单、耐用和紧凑地构建，因为能够取消用于传感器的附加结构空间。此外，根据本发明的同步机模块因此能够成本低廉且可靠地构造。

优选地，在根据本发明的同步机模块中，所述转速的时间上的走向至少包括所述转速的时间上的改变。尤其地，时间上的转速斜坡的提高落入转速的时间上的走向的概念。

优选地，在根据本发明的同步机模块中，所述转速控制装置被构造，当所述有效功率提高时，使得所述转速的时间上的改变减少，和/或被构造，当所述有效功率下降时，使得所述转速的时间上的改变提高。

在本发明的一优选改进方案中，在同步机模块中，所述检测器件包括用于测量所述同步机的相电流的测量器件和/或用于检测所述同步机的旋转场频率的测量器件。借助于相电流和所设定的空间矢量可以容易地确定同步机的瞬时的有效功率。无论如何，在同步机中典型地存在用于测量相电流的测量器件，用以调节机器，从而使得关于该测量器件有利地没有附加的设备耗费。

在根据本发明的同步机模块的有利改进方案中，检测器件具有高通滤波器，借助于其滤出参量的相同部分，尤其是利用0.5和5Hz之间的边界频率。在此，滤出意味着：在进一步的信号处理中取消该相同部分且不进一步被使用。在进一步的走向中仅使用被通过的高频信号。

根据本发明，燃烧马达的该启动的速度，即时间上的转速改变利用该被高通滤波的瞬时信号关于一能设定的增益被减速或加速。也就是说，在马达必须施加的有效功率提高时（反力矩提高），转速斜坡的提高速度被减速，并在有效功率下降时（反力矩下降），相应地被加速。因此，给转子跟随预先给定的定子场的机会。

在根据本发明的同步机模块中，同步机优选是或包括汪克尔马达。

根据本发明的运输工具驱动器具有就像之前描述那样的同步机模块，并包括发电机，其连接到同步机模块上，用于馈给同步机模块。

在有利的改进方案中，根据本发明的运输工具驱动器包括燃烧马达，同步机模块连接在该燃烧马达上，用于使燃烧马达启动。

适宜地，在根据本发明的运输工具驱动器中，针对运行情况，将燃烧马达构造用于机械地馈给发电机式运行的同步机。

优选地，根据本发明的运输工具驱动器被构造为混合动力的运输工具驱动器。

根据本发明的运输工具尤其是飞机。根据本发明的运输工具具有就像之前描述那样的运输工具驱动器和/或就像之前描述那样的同步机模块。根据本发明的运输工具因此能够简单、耐用且紧凑地构建。

适宜地，飞机是电动飞机，并且尤其地，飞机驱动器是混合驱动器，优选具有汪克尔马达。根据本发明，燃烧马达的被纯控制的启动是可能的。

附图说明

随后，本发明借助于附图中示出的实施例被详细阐释。其中：

图1示出了具有根据本发明的同步机模块的根据本发明的混合动力运行的飞机；以及

图2以原理简图示出了根据图1的飞机的同步机模块的转速控制装置。

具体实施方式

在图1中示出的根据本发明的运输工具是混合动力的飞机1。

根据本发明的混合动力的飞机1具有根据本发明的混合动力的驱动器，该驱动器包括根据本发明的同步机模块10，该同步机模块具有被永磁激励的同步机12和下面描述那样的转速控制装置15。在驱动侧上，燃烧马达20连接到同步机模块10上，该燃烧马达在飞机1的连续运行状态下燃烧燃料并且以本身已知的方式以构型为旋转轴提供了运动能量。旋转轴连接到同步机模块10的同步机12上。同步机12在连续运行状态下被发电机式运行，也就是说同步机12将转动轴的机械的运动能量转换为电能。借助于同步机12的电能来馈给电动马达30，该电动马达在所示情况下将飞机1的螺旋桨40置于转动中。

原则上，利用所提供的电能可以在另外的没有特意示出的实施例中附加地或也替换地使另一消耗器运行。

但是，为了使燃烧马达启动，同步机12不被作为发电机运行，而是作为电动马达起作用，该电动马达使燃烧马达20，所示实施例中的汪克尔马达启动。显而易见的是：在另外的此外相应于所示的实施例的实施例中，燃烧马达20替代汪克尔马达可以是其它的燃烧马达。

为了使燃烧马达20启动，同步机12例如从飞机1的（未示出的）电池中获得电能，并使轴转动，用以使燃烧马达启动。为此，同步机12本身必须以相应的反力矩被启动。转速控制装置15用于使同步机12启动。同步机模块10的转速控制装置15被构造用于控制同步机12的磁的定子场的转速并由此轴的转速，并在图2中在其功能方式方面示出。

转速控制装置15具有用于检测通过有效功率所形成的或取决于有效功率的参量的检测器件，其中，转速控制装置15被构造，取决于检测到的参量和/或其时间上的走向来调整（stellen）同步机12的转速，也就是说同步机12的转子的转速并由此借助于同步机12转动的轴的转速，和/或该转速的时间上的走向，就像下面所阐释的那样：

为此，转速控制装置15在所示的实施例中一方面具有电流测量器110，该电流测量器测量相电流，所述相电流馈给在电动马达式运行中的同步机12。借助于电流测量器110，相电流的测量本身是已知的并被建立用于调节同步机12。此外当前，借助于测量到的相电流以及被设定的空间矢量，借助于运算模块140来根据本发明地确定同步机12的有效功率。

此外，转速控制装置15连带包括现在通过转速控制装置15所提供的时间上的转速改变120，该转速改变当前形成调节参量。由时间上的转速改变120的时间上的走向可以借助于关于该时间上的走向的时间进行积分来确定同步机的当前的转速。为此，与时间上的转速改变120一致的信号被移交给积分器电路130，该积分器电路给出与瞬时的转速一致的信号。

由当前的有效功率和当前的转速的商提供了当前的转矩，马达必须施加该当前的转矩，用以运行。由当前的有效功率和当前的转速的商同样借助于运算模块140来确定，该运算模块为此获得作为输入参量的当前转速。这样获知的当前转矩借助于高通滤波器150以相同部分被清除，该高通滤波器在所示实施例中具有2Hz的边界频率。原则上，边界频率在另外的未特意示出的实施例中可能偏离2Hz，边界频率但是适宜地（虽然不强制要求）至少处在相同数量级上。这样被滤波的所述转矩现在利用放大器160被放大并形成用于转速的时间上的改变的引导参量。为此，被过滤的且被放大的转矩设有有量纲的比例系数，并借助于微分器170从转速信号中减去。也就是说，当有效功率因此反力矩提高时，-同步机12必须施加该有效功率-，那么减少（reduzieren）了转速。在有效功率与之相反下降时，借助于微分器170来提高转速。

借助于被滤波的转矩，这样地控制转速的时间上的改变，使得在燃烧马达20必须施加的有效功率提高（steigen）时，也就是说在反力矩提高时，-燃烧马达20必须抵抗反力矩工作-，减少（verringern）时间上的转速改变120并在有效功率下降（sinken）时与之相反提高时间上的转速改变120。以这种方式可以使同步机12的转子跟随同步机12的定子的被馈入的场。借助于时间上的转速改变120的所述提高或减少可以这样地使同步机12启动，使得负荷峰值不会导致燃烧马达20的“倾斜”。

转速控制装置被构造借助于斜坡、即借助于线性提高的旋转频率来使磁的定子场启动。

Claims (11)

1.同步机模块，其具有用于启动燃烧马达的同步机（12）和具有用于控制所述同步机（12）的转速的转速控制装置（15），所述转速控制装置具有检测器件（110；150），所述检测器件用于检测通过当前的有效功率所形成的或取决于当前的有效功率的参量，其中，所述转速控制装置（15）被构造，提供所述同步机（12）的转速的时间上的走向（120），并且取决于检测到的参量和/或其时间上的走向来调整所述同步机（12）的转速的时间上的走向（120），其中，所述转速的时间上的走向（120）至少包括所述转速的时间上的改变，其中，所述转速控制装置（15）被构造，当所述有效功率提高时，使得所述转速的时间上的改变减少，和/或被构造，当所述有效功率下降时，使得所述转速的时间上的改变提高。

2.根据权利要求1所述的同步机模块，其中，所述转速控制装置（15）被构造，提供所述同步机（12）的转速，并且取决于检测到的参量和/或其时间上的走向来调整所述同步机（12）的转速。

3.根据权利要求1或2所述的同步机模块，其中，所述检测器件（110；150）包括用于测量所述同步机的相电流的测量器件和/或用于检测所述同步机的旋转场频率的测量器件。

4.根据权利要求1或2所述的同步机模块，其中，所述检测器件（110；150）具有高通滤波器（150）。

5.根据权利要求4所述的同步机模块，其中，所述高通滤波器（150）具有0.5和5Hz之间的边界频率。

6.根据权利要求1或2所述的同步机模块，其中，同步机（12）是汪克尔马达（20）。

7.运输工具驱动器，其具有根据前述权利要求中任一项所述的同步机模块，运输工具驱动器包括根据前述权利要求中任一项所述的同步机模块（10）以及发电机，所述发电机被连接到所述同步机模块上，用于馈给所述同步机模块（10）。

8.根据权利要求7所述的运输工具驱动器，包括燃烧马达，所述燃烧马达被机械地连接到所述同步机模块上，用于馈给所述同步机模块（10）。

9.根据权利要求7或8所述的运输工具驱动器，被构造为混合动力的运输工具驱动器。

10.运输工具，具有根据权利要求1-6中任一项所述的同步机模块（10）和/或根据权利要求7-9中任一项所述的运输工具驱动器。

11.根据权利要求10所述的运输工具，其中，所述运输工具是飞机。

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