CN108886333B

CN108886333B - 用于在多相的电机中进行电流测量的方法和控制线路

Info

Publication number: CN108886333B
Application number: CN201780022767.6A
Authority: CN
Inventors: T.珀齐尔
Original assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2037-02-24
Also published as: CN108886333A; WO2017178142A1; DE102016106564B4; DE102016106564A1

Abstract

提出了用于在多相的电机中进行电流测量的一种方法和一种控制线路，电机具有至少一个带有m个相（u、v、w）的第一m相的线圈系统以及带有m个相（u'、v'、w'）的第二m相的线圈系统，其中给每一相（u、v、w、u'、v'、w'）设置了一高侧‑开关（HS）以及一低侧‑开关（LS），其中每个线圈系统形成所述电机的一子机器。因此，所述机器具有N=2m=6个相。该机器在仅仅使用m=N/2个分流电阻的情况下进行电流测量，其中所述子机器的线圈接头的如下的相（u，u'；…）被一起引导到所述分流电阻中的一个分流电阻上：所述相在它们的相上是同种类型的——也就是说相互间处于固定的相位偏移（≥0）上。

Description

用于在多相的电机中进行电流测量的方法和控制线路

技术领域

本发明涉及一种用于在多相的电机中进行电流测量的方法以及一种用于执行该方法而提供的控制线路。

背景技术

原则上已知的是：多相的电机或者电的旋转场驱动借助于合适的调制和整流来进行操控。特别地对于无刷的直流电机来说脉宽调制（PWM）是经受到考验的，其中取决于各个存在的要求地使用各个整流种类——例如正弦整流或者块整流（Blockkommutierung）。所述控制线路或者调整的这种方式可以在具有任意的相数的电机上使用。但是在实践中人们最经常地遇到具有三相的电机。但是也存在具有更高的相数的电机——例如具有六相或者九相的电机。在六相的机器中，该机器可以由分别具有三相（u、v、w）的两个线圈系统搭建而成，所述机器可以由此电地划分成两个分别具有三相的结构的子机器（Teilmaschine）。在所说的机器和运行类型中、特别是在块整流的PWM中，精确的电流测量有重要的意义，因为在这种运行类型中执行了一种电流控制，对于该电流控制来说，实际电流的精确的测量是必需的。

通常的用于在多相的电机中进行电流测量的方法应借助于附图—图1和2在这里简短地进行解释：正如图1所示出的那样，在三相的机器中或者在交流驱动中常见的是：使用一种控制线路，该控制线路每一相u、v、和w分别具有一高侧-开关HS和一低侧-开关LS，该高侧-开关和低侧-开关例如通过被操控的MOSFET来实现。分别位于HS和LA之间的连接点通向所述马达的三个线圈其中之一。该线路在馈入侧处由直流电源（例如电池）供给，其中在直流中间电路ZK中（与电容串联地）装入了一种分流电阻R，所述分流电阻使得用于操控所述机器的电流测量成为可能。只使用了一个分流器，由此可以实现成本有利的电流测量。但是，唯一的电流传感器的故障可能使得所述测量不可使用，也使得当在各个相中出现失真（Verzerrung）时不能被识别。

原则上也已知具有多于三个相的机器，其中下述的交流驱动也属于该范畴：在所述交流驱动中例如设置了2x3个相，由此形成了具有m=3个相（u、v、w）的第一个三相的线圈系统以及具有m=3个相（u'、v'、w'）的第二个三相的线圈系统，以至于每个线圈系统是所述电机的一个子机器（Teilmaschine），这里例如那么存在各具有三个相的两个子机器。特别地在具有多于三个相的机器中（见图2），通过例如分别在低侧装入一分流器这种方式来实现每一相使用一分流电阻，用于进行电流测量。由此，虽然单个的电流传感器可能出现的故障不那么强烈地具有重要意义，但是费用支出明显地更高。例如如果使用一种六相的机器，那么通常需要六个分流器。

因此已知下述的方法和控制：该方法和控制适合用于在多相的电机中的电流测量，该电机具有至少一个带有m个相的（u、v、w）的第一个m相的线圈系统和带有m个相（u'、v'、w'）的第二个m相的线圈系统，其中给每一相（u、v、w；u'、v'、w'）设置了一高侧-开关（HS）和一低侧-开关（LS），其中每个线圈系统形成所述电机（10）的一个子机器（110；120）。

发明内容

本发明的任务是：建议一种方法和一种按此进行工作的控制线路，用于在多相的电机中进行电流测量，它没有上面所说的缺点，而是以有利的方式克服了。特别地要建议一种方法和一种控制线路，该控制线路对于电流传感器的故障更不易受到影响，并且尽管如此还可以成本有利地实现。

所述任务通过一种用于在多相的电机中进行电流测量的方法以及通过一种用于多相的电机的控制线路得到解决。

在所述方法中，该电机具有至少一个带有m个相的第一m相的线圈系统以及带有m个相的一第二m相的线圈系统，其中给每个相设置了一高侧-开关和一低侧-开关，其中每个线圈系统形成所述电机的一子机器。根据本发明，所述电流测量在使用m个分流电阻的情况下进行，其中所述子机器的线圈接头的同种类型的相被一起引导到所述分流电阻的其中一个分流电阻上。

对于所述控制线路来说，该电机具有至少一个带有m个相的第一m相的线圈系统以及带有m个相的一第二N相的线圈系统，其中给每个相设置一高侧-开关和一低侧-开关，其中每个线圈系统形成所述电机的子机器。根据本发明，在使用m个分流电阻的情况下提供用于电流测量的控制线路，其中所述子机器的线圈接头的同种类型的相被一起引导到所述分流电阻中的一个分流电阻上。

因此，在N相的机器中，在使用N/2个分流电阻的情况下进行所述电流测量，其中所述子机器的线圈接头的同种类型的相被一起引导到所述分流电阻中的一个分流电阻上，所述同种类型的相彼此位于固定的相位偏移或者说周相移动（Phasenversatz）（≥0）上。也就是说，子机器的同种类型的相（所述同种类型的相是同相的（Phasengleich）或者也可以相互间具有固定的相位偏移>0）分别共同地聚集到一个分流电阻上。在六相的旋转场驱动中，这意味着：每两个特别是同相的相（例如u和u'）从两个子机器被引导到一个分流电阻上。因此只需要三个分流器（N/2=3），由此节省了费用，而不必忍受在电流测量的品质方面的损失。所述分流器可以优选地构造在基底（例如DBC或者IMS）上，但是所述分流器也可以构造在电路板（PCB）或者模制模件（Moldmodul）上。

根据所述方法来工作的所述控制线路可以优选地在一种用于电的助力转向的控制装置中实施。

从本发明中可以得知该优点和另外的优点。

如果多相的电机例如具有两个线圈系统并且因此具有两个子机器——所述子机器分别具有三个（m=3）相，那么第一同种类型的（特别地同相的）相被一起引导到第一分流电阻上；第二同种类型的（特别地同相的）相被一起引导到第二分流电阻上，并且第三同种类型的（特别地同相的）相被一起引导到第三分流电阻上。

所述分流电阻分别直接地布置在高侧-开关上或者直接布置在低侧-开关上，所述分流电阻可以构造在基底上、特别是构造在DBC基底（Dierect-Bonden-Copper Substrate（直接敷铜基底））或者IMS（Insulated Metal Substrate（绝缘的金属基底））上。所述分流电阻也可以构造在电路板（Printed Circuit Board，PCB（印刷电路板））上或者构造在模制模件上。

所述电流测量优选地这样实现，以至于该电流测量对于每个子机器地以及分别在一时间间隔或者时刻上进行，在该时间间隔或者时刻上所有的高侧-开关或者所有的低侧-开关都被接通。

附图说明

以下借助于实施例并且参照附图详细地描述本发明以及由本发明得出的优点，所述附图描述了以下示意性的示图：

图1 示出了传统的用于三相的电机的控制线路，该控制线路具有在中间电路上的中心的分流器；

图2 示出了传统的用于n相的电机的控制线路，该控制线路具有在每一相上的分流器；

图3 示出了根据本发明的用于六相的电机的控制线路，该控制线路对于两个同种类型的相分别具有一个分流器，所述相这里例如互相是同相的；并且

图4 示出了用于控制信号的以及对于时刻的时间曲线，在所述时刻上执行电流测量。

具体实施方式

示出了传统的电路的图1和2已经在开头被说明了。

与此不同的是，图3示出了控制线路10，所述控制线路根据本发明的第一实施例来实施。示例地要操控一种具有N=6个相的机器，其中构造了2x3（m=3）个相，以至于所述机器可以被看成能够被划分成2个子机器。所述一个子机器的3个线圈被标记为110，另外的子机器的3个线圈被标记成120。两个子机器通过下述方法被平行地操控：相u与相u'、相v与v'并且相w与w'是同相的（或者对此在一种固定的相位偏移上）。

根据本发明，现在两个是相互同种类型的相分别被引导到一个分流电阻上。在此那么所述第一相u与u'被引导到分流电阻R1上，第二相v和v'被引导到分流器R2上，并且第三相w与w'被引导到分流器R3上。在图3中，分流电阻R1-R3被安装在低侧LS上，所述分流电阻也可以被安装在高侧HS上。总共只需要像所述机器所具有的相的一半那么多（N/2）的分流器。

所述概念“同种类型的相”表达了：涉及相互间具有固定的相位偏移X的相，所述相位偏移也可以是零（相位相同）。这通过以下的公式表达出来：

和

；

和

；

和

；

其中X={0 … 360°}。

借助于图4说明了一种优选的对于所述高侧-开关HS和对于所述低侧-开关LS或者对于所述相的操控。如果这里在时刻T1的区域中所述第一子机器的所有的三个相u、v和w都被接通，那么可以实现在分流器R1-R3上的第一电流测量。由此可以执行对于第一子机器110的电流测量。在更晚的时刻T2时，如果第二子机器的所有的三个相u'、v'和w'被接通，那么再一次地执行在分流器R1-R3上的电流测量，其中该测量那么只适用于该子机器120。

所述借助于这里说明的块整流的PWM所进行的操控能够这样地调节，以至于不出现附加的失真，并且因此所述电流测量的品质非常高。因为通过所述多相性，在中间电路电容中的电流变得更少地波浪形。

此外相比于传统的方法（见图1），即使在一个分流器停止工作之后，一种应急运行也还是可能的。

这里所描述的、将所述两个子机器的每两个相到一个分流器上的合并可以由此实现：所述合并分别在一种基底——例如DBC或者IMS上实现。

概括地说，建议了用于在多相的电机100中进行电流测量的一种方法和一种控制线路10，所述电机具有至少一个带有m个相u、v、w的第一m相的线圈系统110以及带有m个相u'、v'、w'的第二m相的线圈系统120，其中给每一相u、v、w；u'、v'、w'设置了一高侧-开关HS和一低侧-开关LS，其中每个线圈系统构成了电机10的子机器110；120。因此所述机器具有N=2m=6个相。该机器仅仅在使用了m=N/2个分流电阻R1、R2、R3的情况下进行电流测量，其中子机器110、120的线圈接头111、121；…的如下的相u、u'；…被一起引导到分流电阻R1、R2、R3中的一个分流电阻上：所述相在它们的相上是同种类型的、也就是说相互位于固定的相位偏移≥0上。

附图标记列表：

10 控制线路；

100 电机；

110、120 第一或者第二子机器（Teilmaschine）（第一或者第二线圈系统）；

u、v、w 第一子机器的相（电压/电流）；

u'、v'、w' 第二子机器的相（电压/电流）；

HS、LS 高侧-开关（Hihgside-Schalter）或者低侧-开关（Lowside-Schalter）；

15 中间电路电容；

R1、R2、R3 分流电阻；

T1、T2 用于电流测量的时刻。

Claims

1.用于在多相的电机（100）中进行电流测量的方法，该电机具有至少一个带有m个相（u、v、w）的第一m相的线圈系统（110）以及带有m个相（u'、v'、w'）的一第二m相的线圈系统（120），其中给每个相（u、v、w；u'、v'、w'）设置了一高侧-开关（HS）和一低侧-开关（LS），其中每个线圈系统形成所述电机（100）的一子机器（110；120），其特征在于，

所述电流测量在使用m个分流电阻（R1、R2、R3）的情况下进行，其中所述子机器（110、120）的线圈接头（111、121；…）的同种类型的相（u、u'；…）被一起引导到所述分流电阻（R1、R2、R3）的其中一个分流电阻上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同种类型的相（u、u'，…）相互位于固定的相位偏移上，所述相位偏移大于或者等于零。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多相的电机（100）具有两个线圈系统（110；120）并且因此具有两个子机器，所述子机器分别具有三个相（u、v、w；…），由此所述电机（100）总共具有六个相，其中第一同种类型的相（u、u'）一起被引导到第一分流电阻（R1）上，第二同种类型的相（v、v'）一起被引导到第二分流电阻（R2）上，并且第三同种类型的相（w、w'）一起被引导到第三分流电阻（R3）上。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述分流电阻（R1、R2、R3）分别直接地布置在高侧-开关（HS）上或者直接地布置在低侧-开关（LS）上。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个分流电阻（R1、R2、R3）构造在基底上。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，每个分流电阻（R1、R2、R3）构造在直接粘结铜基底或者绝缘金属基底上。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个分流电阻（R1、R2、R3）构造在电路板上或者构造在模制模件上。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电流测量以每个子机器（110；120）地在一时间间隔中或者在时刻（T1）进行，在该时间间隔中或者在该时刻所有的高侧-开关（HS）或者所有的低侧-开关（LS）都被接通。

9.用于多相的电机（100）的控制线路（10），该电机具有至少一个带有m个相（u、v、w）的第一m相的线圈系统（110）以及带有m个相（u'、v'、w'）的一第二N相的线圈系统（120），其中给每个相（u、v、w；u'、v'、w'）设置一高侧-开关（HS）和一低侧-开关（LS），其中每个线圈系统形成所述电机（100）的子机器（110、120），其特征在于，

在使用m个分流电阻（R1、R2、R3）的情况下提供用于电流测量的控制线路，其中所述子机器（110、120）的线圈接头（111、121；…）的同种类型的相（u、u'；…）被一起引导到所述分流电阻（R1、R2、R3）中的一个分流电阻上。

10.根据权利要求9所述的用于多相的电机（100）的控制线路（10），其特征在于，提供所述控制线路（10），以便实施根据权利要求2至5中任一项所述的方法。

11.根据权利要求9或10所述的用于多相的电机（100）的控制线路（10），其特征在于，所述控制线路（10）集成在电的助力转向装置的控制装置中，其中所述电机（100）构造成电的助力马达。