CN110462990B - 用于控制电驱动器的控制设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种电驱动器，其包括无轴承电机(103)、转换器(116)和控制设备(101)。所述电机的定子具有笼形绕组(106)，所述笼形绕组包括连接到导体环的线棒。所述控制设备控制转换器以将扭矩产生电流分量供应到所述线棒，使得根据电机控制产生扭矩，并且将悬浮电流分量供应到所述线棒，使得无轴承电机的转子根据悬浮控制而悬浮。所述笼形绕组允许控制所述线棒的电流，使得可以产生不同的电流片分布，从而产生所需的扭矩和磁力。
Description
技术领域
本公开总体涉及电驱动器中的磁悬浮和扭矩产生。更具体地，本公开涉及用于控制电驱动器的控制设备、方法和计算机程序。此外，本公开涉及电驱动器。
背景技术
诸如主动磁轴承“AMB”的磁悬浮系统在本领域中是众所周知的。磁悬浮系统通常用于支撑旋转或振荡物体。与具有机械轴承的传统旋转机器相比，在旋转机械中使用磁悬浮导致例如：减少摩擦、无油操作、更低的维护成本和/或更高的可靠性。相比除了用于产生扭矩的电机外还包括单独的AMB致动器的传统的AMB转子系统，将用于扭矩产生和磁悬浮的功能结合到一台电机中导致更短的转子、更便宜的控制和驱动电子设备。尽管上面提到的类型的电机通常设置有用于在磁悬浮失效的情况下支撑转子的机械安全轴承，提供组合的扭矩产生和磁悬浮功能的电机通常被称为无轴承电机。
出版物Chiba,A.等：A Novel Middle-Point-Current-Injection-TypeBearingless PM Synchronous Motor for Vibration Suppression(用于振动抑制的新型中点电流注入型无轴承PM同步发动机)，电气和电子工程师协会“IEEE”工业应用交易，卷47，第4章，2011年，描述了用于中点电流注入型无轴承永磁同步电动机的定子绕组结构。该电动机不具有用于径向磁力产生的额外绕组，但是每一个定子相绕组具有到定子相绕组的中间点的连接，使得力产生电流可以被供应到所考虑的定子相绕组。第一转换器级连接到定子相绕组的端子，并且第二转换器级连接到定子相绕组的中间点。第一转换器级被配置为将扭矩产生电流供应到定子相绕组的端子，并且第二转换器级被配置为将力产生电流供应到定子相绕组的中间点。当电流被供应到定子相绕组的中间点时，在中间点的不同侧上的定子相绕组的不同部分中流动的电流之间存在不平衡，因此径向磁力被引导到转子。由Chiba等人描述的无轴承永磁同步电动机只需要一个额外的三相转换器，并且因此系统可以有节约成本效果。
然而，上面提及的类型的无轴承电机并非没有挑战。例如，当使用上述类型的定子绕组结构时，可能存在关于定子绕组结构的转子的旋转位置和/或转子的旋转速度使得在转子上产生适当的径向力作用具有挑战性的情况。特别是在转子具有显著凸起和/或传导电流的结构的情况下，可能发生这些情况。特别地，对于与扭矩产生电流分量相关的小力和小悬浮电流分量，推荐中点电流注入方法。对于更高的悬浮电流分量，产生的磁通不平衡在定子中不对称，导致力和扭矩变化以及悬浮力限制。悬浮电流分量仅存在于绕组的一半中，导致悬浮力的幅度有限。
发明内容
以下呈现简化的发明内容，以便提供对各种发明实施例的一些方面的基本理解。本发明内容不是对本发明的广泛概述。其既不旨在识别本发明的关键或重要元素，也不旨在描述本发明的范围。以下发明内容仅以简化形式呈现本发明的一些概念，作为对本发明的示例的实施例的更详细描述的序言。
根据本发明，提供了用于控制电驱动器的新控制设备，所述电驱动器包括：
-包括转子和定子的电机，所述定子包括笼形绕组，所述笼形绕组包括线棒和将线棒彼此电连接的导体环，以及
-包括连接到笼形绕组的线棒的第一末端的端子的转换器，所述转换器被配置为向笼形绕组的线棒供应电流。
根据本发明的控制设备包括计算系统，所述计算系统被配置为控制转换器以：
-将扭矩产生电流分量供应到向笼形绕组的线棒，从而根据电机控制产生扭矩，并且
-基于转子位置与参考位置的偏差，将悬浮电流分量供应到笼形绕组的线棒，以便控制指向转子的磁力。
定子的笼形绕组允许控制线棒的电流，使得可以产生不同的空间电流片分布，以便产生期望的扭矩并且以便将期望的磁力指向转子。例如，可以产生仅作用在电机的气隙的有限区域上的磁场分量，使得沿相反方向流动的电流被供应到笼形绕组的相邻线棒。例如，当使用普通的三相绕组时，不可能自由地选择位于不同定子槽中的两个线圈侧，使得沿相反方向流动的电流被供应给这些线圈侧。
上面提及的电机控制可包括例如用于提供扭矩参考的速度控制器或用于从外部系统接收扭矩参考的接口。电机控制还可以包括，例如但不是必须的，旋转速度传感器或估计器、旋转位置传感器或估计器、电压传感器或估计器、电流传感器或估计器、和/或磁通量传感器或估计器。控制器的计算系统可以被配置为基于例如电机的双轴模型和上面提及的扭矩参考来确定上面提及的扭矩产生电流分量。
上面提及的转子的位置可以用合适的已知位置检测布置来确定。位置检测布置可包括例如用于在相互垂直的径向方向上测量或估计转子的位置的位置传感器或位置估计器。位置估计器可以基于例如旋转位置传感器或估计器以及基于电流、电压、和/或磁通量传感器或估计器。每个电流和/或磁通量传感器可以位于主电路和/或磁路中，或者位于非主电路和/或磁路中的其他地方。位于非主电路和/或磁路中的其他位置的电流和/或磁通量传感器可包括例如搜索线圈和/或杂散磁通传感器。此外，测量的温度可用于估计转子的位置。在出版物Nian,H.,Quan,Y.,&Li,J.(2009)：Rotor displacement sensorlesscontrol strategy for PM type bearingless motor based on the parameteridentification(基于参数识别的用于PM型无轴承发动机的转子位移无传感器控制策略)，2009International Conference on Electric Machines and Systems(国际电机和系统大会),1-5.doi:10.1109/ICEMS.2009.5382650中描述了示例的位置检测设备。在本发明的示例的和非限制的实施例的描述中呈现了基于测量的或估计的转子的位置确定上面提及的悬浮电流分量的示例的方法。
根据本发明，还提供了一种用于控制上述类型的电驱动器的新方法。根据本发明的方法包括：
-控制转换器将扭矩产生电流分量供应到上面提及的笼行绕组的线棒，从而根据电机控制来产生扭矩，以及
-基于转子的位置与参考位置的偏差，控制转换器将悬浮电流分量供应到笼形绕组的线棒，使得控制指向转子的磁力。
根据本发明，还提供了一种新电驱动器，该新电驱动器包括：
-包括转子和定子的电机，所述定子包括笼形绕组，所述笼形绕组包括线棒和将线棒彼此电连接的导体环，
-包括连接到笼形绕组的线棒的第一末端的端子的转换器，所述转换器被配置为向笼形绕组的线棒提供电流，以及
-根据本发明的用于控制转换器的控制设备。
根据本发明，还提供了一种用于控制上述类型的电驱动器的新计算机程序。根据本发明的计算机程序包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于控制电驱动器的可编程处理系统以控制电驱动器的转换器：
-向上面提及的笼形绕组的线棒供应扭矩产生电流分量，使得根据电机控制来产生扭矩，并且
-基于转子的位置与参考位置的偏差，向笼形绕组的线棒供应悬浮电流分量，使得控制指向转子的磁力。
根据本发明，还提供了一种新计算机程序产品。所述计算机程序产品包括用根据本发明的计算机程序编码的非易失性计算机可读介质，例如，光盘。
在所附的从属权利要求中描述了本发明的许多示例的和非限制的实施例。
当连同附图一起阅读时，本发明的各种示例的和非限制的实施例，无论是结构还是操作方法，连同其他目的和优点，将从以下具体示例的和非限制的实施例的描述中得到最好的理解。
动词“包括”和“包含”在本文档中用作开放限制，既不排除也不要求存在未记录的特征。除非另有明确说明，从属权利要求中所述的特征是可相互自由组合的。此外，应该理解，在整个文件中使用“一”，即单数形式，并不排除多个。
附图说明
下面就实施例的意义并参考附图更详细地解释本发明的示例的和非限制的实施例及其优点，其中：
图1a示出了根据本发明的示例的和非限制的实施例的包括控制设备的电驱动器，
图1b、1c、和1d示出了控制图1a中所示出的电驱动器中的磁力的示例的方法，
图2示出了根据本发明的示例的和非限制的实施例的电驱动器，
图3示出了根据本发明的示例的和非限制的实施例的电驱动器，以及
图4展示了根据本发明的示例的和非限制的实施例的用于控制电驱动器的方法的流程图。
具体实施方式
以下给出的描述中提供的具体示例不应被理解为限制所附权利要求的范围和/或适用性。此外，应理解，除非另有明确说明，否则在下面给出的描述中提供的列表和示例组并非详尽无遗。
图1a示出了根据本发明的示例的和非限制的实施例的包括控制设备101的电驱动器的简图示意。电驱动器包括电机103，所述电机103包括转子104和定子105。电机103可以作为电动机或发电机运行。电机103可以是永磁电机，所述永磁电机的转子包括永磁材料、感应电机、或直“d”轴电感不同于交“q”轴电感的磁阻电机。在感应电机的情况下，转子可以是例如带有笼形绕组(cage winding)的叠片铁芯转子，或者带或不带笼形绕组的实心转子，或者带或不带笼形绕组的分体式转子。此外，在感应电机的情况下，可以应用转子产生不同数量的极的速度控制的变极方法。电机103的定子105包括铁磁芯结构和用作定子绕组的笼形绕组106。在图1a中，定子105表示为剖面平面与坐标系190的yz平面平行的剖面图。图1b、图1c、和图1d示出了沿着图1a中所示出的AA线所获取的剖面图。与图1b至图1c相关的剖面平面与坐标系190的xy平面平行。定子105的笼形绕组106包括线棒(bar)和将线棒彼此电连接的导体环115。在图1a中，笼形绕组106的线棒中的两个线棒用参考符号107和108标记。在图1b至图1d中，线棒中的八个用参考符号107、108、109、110、111、112、113标记。笼形绕组106中的每个线棒可以是例如铝、铜、或其他合适的导电材料的实心杆。笼形绕组106中的每个线棒也可以包括许多平行连接的线棒元件，使得减轻由皮肤效应引起的阻力增加。值得注意的是，图1a至图1d仅示出了简图示意，并且因此，从电机103的操作的角度来看，齿、线棒、导体环、轭部和定子105的其他部分的形状和尺寸比不一定是最佳的。简要地示出转子104，以便不示出转子104的机械结构。在图1b至图1d中，转子104的横截面形状呈现为圆形，但转子也可以具有非圆形的横截面形状。
包括线棒和导体环115的定子105可以通过在线棒和环的内部或外部或周围容纳冷却通道与机器冷却系统集成。可以使用各种冷却剂，诸如空气，油，水，酒精或其他。笼形绕组可以通过铸造或通过3D打印或通过添加剂扩散来制造，从而集成绕组结构和冷却结构。
电驱动器包括连接到笼形绕组106的线棒的第一末端的转换器116。转换器116被配置为根据参考值iref1，iref2，…，iref,m向笼形绕组106的线棒供应电流，其中m是笼形绕组106的线棒的数量。参考值iref1，iref2，...，iref,m由控制设备101确定。在图1a中，线棒107的电流用in标记并且线棒108的电流用ik标记，其中n和k是相互不相等的整数，每个整数至少为1且至多为m。在图1a所示的例示情况中，转换器116是m相三电平转换器，所述m相三电平转换器被配置为交替地将笼形绕组106的每个线棒的末端耦合到电压+UDC、0、和-UDC，使得线棒的电流对应于具有足够的精度的参考值iref1，iref2，...，iref,m。转换器116可以被配置为应用例如用于控制转换器116的输出电流以对应于具有足够的精度的参考值iref1，iref2，...，iref,m的滞后控制。代替m相三电平转换器116，还可以使用m相二电平转换器或具有多于三个输出电压电平的m相转换器。此外，还可以使用被配置为产生连续可调输出电压的m相转换器。在图1a至图1d中，当电流的方向是坐标系190的正z方向时，每个线棒的电流被认为是正的。相应地，当电流的方向是坐标系190的负z方向时，每个线棒的电流被认为是负的。在该文献中，当向线棒供应负电流时，即实际上从线棒接收电流，也使用动词“供应”。
控制设备101包括计算系统102，所述计算系统102被配置为确定要被供应给笼形绕组106的线棒的扭矩产生电流分量iT1，iT2，...，iTm，以便根据电机控制产生扭矩。计算系统102被配置为确定要被供应给笼形绕组106的线棒的悬浮电流分量iS1，iS2，...，iSm，以便根据悬浮控制来控制引导到转子的磁力。至少部分地基于转子104的位置与转子的参考位置的偏差来确定悬浮电流分量iS1，iS2，...，iSm。转子104的位置可以例如用转子104的旋转轴的实际x-和y-坐标Xrot、Yrot定义，并且参考位置可以用旋转轴的参考x-和y-坐标Xref，Yref定义。在该示例情况中，偏差由差Xref-Xrot和Yref-Yrot表示。在图1b至图1d中，转子104的旋转轴用参考符号117标记。计算系统102被配置为基于确定的扭矩产生电流分量iT1，iT2，...，iTm和确定的悬浮电流分量iS1，iS2，...，iSm，确定笼形绕组106的电流的参考值iref1，iref2，...，iref,m。参考值可以是例如iref1＝iT1+iS1，iref2＝iT2+iS2，...，iref,m＝iTm+iSm。
上面提到的电机控制可包括例如旋转速度和/或位置传感器或估计器，以及提供扭矩参考的速度控制器。旋转速度和/或位置传感器或估计器未在图1a至图1d中示出。在图1a中，量Cem表示与电机控制相关的控制量。量Cem可以是例如计算系统102形成扭矩参考所基于的测量的或估计的旋转速度和/或位置。可以基于磁通量、电压、和/或电流来估计旋转速度和/或位置。此外，测量的温度可用于估计。电机103也可以被外部给出的扭矩参考来驱动，在这种情况下，量Cem可以是扭矩参考。计算系统102可以被配置为基于扭矩参考、电机103的普遍的和/或期望的磁通量、以及转子104的旋转位置和/或速度来确定扭矩产生电流分量iT1，iT2，...，iTm。电机控制可以基于例如电机103的双轴模型。
上面提到的悬浮控制可包括例如用于测量或估计旋转轴117的实际x-和y-坐标Xrot，Yrot的位置传感器或估计器。位置传感器或估计器未在图1a至图1d中示出。可以基于磁通量、旋转位置和/或速度、电压、和/或电流来估计旋转轴117的实际x-和y-坐标Xrot，Yrot。此外，测量的温度可用于估计。计算系统102被配置为基于旋转轴117的实际x-和y-坐标Xrot、Yrot和旋转轴117的参考位置来确定悬浮电流分量iS1，iS2，...，iSm。下面参考图1b至图1d说明了确定悬浮电流分量iS1，iS2，...，iSm的示例方法。
在根据本发明的示例的和非限制的实施例的控制设备中，计算系统102被配置为确定定子105的扇区，使得所确定的扇区包括最大距离点，所述最大距离点是距转子的旋转轴117的距离最大的定子的气隙表面的圆周上的点。在图1b至图1d中，所确定的扇区用S标记，并且定子的气隙表面与旋转轴117之间的最大距离用Dmax表示。计算系统102可以被配置为例如确定悬浮电流分量iS1，iS2，...，iSm，使得悬浮电流分量在属于确定的扇区S的两个或更多的线棒中是非零的，并且悬浮电流分量是在笼形绕组106的其他线棒中是零。确定的扇区S的宽度可以是例如2、3、4、5、6、或7个定子槽间距。
图1b示出了其中扇区S被对称地确定使得最大距离点基本上位于扇区S的中间并且对于属于确定的扇区S的每个线棒确定非零悬浮电流分量的示例性情况。在该示例性情况下，对于位于最大距离点的第一侧的线棒110和111确定正悬浮电流分量，并且对于位于最大距离点的第二侧的线棒112和113确定负悬浮电流分量。在图1b中，由上面提及的悬浮电流分量产生的磁场用呈现为虚线的示例性通量线示出。如在图1b的基础上可以理解的，上面提及的悬浮电流分量产生磁力分量，所述磁力分量倾向于使转子104移动，使得距离Dmax减小。
图1c示出了如下示例性情况，其中，扇区S被对称地确定，并且对于属于确定的扇区S的并且位于在最接近所述最大距离点的一个或多个线棒的两侧上的线棒来确定非零悬浮电流分量。在该示例性情况下，对于线棒109和110确定正悬浮电流分量，并且对于线棒113和114确定负悬浮电流分量。在图1c中，由上面提及的悬浮电流分量产生的磁场用呈现为虚线的示例性通量线示出。如在图1c的基础上可以理解的，上面提及的悬浮电流分量产生磁力分量，所述磁力分量倾向于使转子104移动，使得距离Dmax减小。
图1d示出了如下示例性情况，其中，扇区S被非对称地确定使得所述最大距离点不在扇区S的中间，并且对于属于扇区S的每两个线棒确定正悬浮电流分量，以及对于属于扇区S的其余线棒确定负悬浮电流分量。在该示例性情况下，对于线棒110和112确定正悬浮电流分量，并且对于线棒109和111确定负悬浮电流分量。在图1d中，由上面提及的悬浮电流分量产生的磁场用呈现为虚线的示例性通量线示出。如在图1d的基础上可以理解的，上面提及的悬浮电流分量产生磁力分量，所述磁力分量倾向于使转子104移动，使得距离Dmax减小。
应注意，在图1b至图1d中仅示出了悬浮电流分量iS1，iS2，...，iSm。用于扭矩产生的扭矩产生电流分量iT1，iT2，...，iTm未在图1b至图1d中示出。确定悬浮电流分量iS1，iS2，...，iSm的有利方式可取决于若干因素，诸如例如：电机103的类型、转子104的结构、相对于最大距离点的转子的旋转位置、转子的旋转速度、普遍的扭矩、和电机的普遍磁通量。电机的类型可以是例如永磁电机，感应电机或磁阻电机。由于电流和磁力之间的非线性关系，扭矩产生和磁悬浮不是彼此独立的。扭矩产生和磁悬浮可以取决于转子的角度位置和极数。扭矩产生对磁悬浮的影响，以及相应地磁悬浮对扭矩产生的影响，可以借助于反馈控制来校正，所述反馈控制被配置为向参考扭矩驱动扭矩和向参考位置驱动旋转轴117。
图2示出了根据本发明的示例的和非限制的实施例的电驱动器的简要示意。电驱动器包括电机203，所述电机203包括转子204和定子205。电机203可以是永磁电机、感应电机、或磁阻电机。电机203的定子205包括铁磁芯结构和用作定子绕组的笼形绕组206。在图2中，定子205被呈现为其中截面平面与坐标系290的yz-平面平行的截面图。定子205的笼形绕组206包括线棒和导体环215，所述导体环215将线棒彼此电连接。在图2中，笼形绕组206的线棒中的两个线棒用参考符号207和208标记。在该示例性情况下，笼形绕组206的导体环215位于电机的轴向的线棒的第一末端和线棒的第二末端之间。
电驱动器包括第一转换器216，所述第一转换器216包括连接到笼形绕组206的线棒的第一末端的第一端子。第一转换器216被配置为根据第一电流的参考值i1ref1，i1ref2，...，i1ref,m向笼形绕组的线棒供应第一电流。电驱动器包括第一控制设备201，所述第一控制设备201包括第一计算系统202，所述第一计算系统202被配置为确定要被供应到笼形绕组的线棒的第一末端的第一扭矩产生电流分量i1T1，i1T2，...，iTm，使得第一扭矩是根据电机控制产生。计算系统202被配置为确定要被供应到笼形绕组206的线棒的第一末端的第一悬浮电流分量i1S1，i1S2，...，i1Sm。基于转子204的第一位置与参考位置的偏差来确定第一悬浮电流分量i1S1，i1S2，...，i1Sm。转子204的第一位置可以例如借助于转子204的几何对称轴与其中z＝Z1并且平行于坐标系统290的xy-平面的几何平面之间的交点的x-和y-坐标X1rot和Y1rot来表示。计算系统202被配置为基于确定的第一扭矩产生电流分量i1T1，i1T2，...，i1Tm以及确定的悬浮电流分量i1S1，i1S2，...，i1Sm来确定参考值i1ref1，i1ref2，...，i1ref,m。参考值可以是例如i1ref1＝i1T1+i1S1，i1ref2＝i1T2+i1S2，...，i1ref,m＝i1Tm+i1Sm。
电驱动器包括第二转换器246，所述第二转换器246包括连接到笼形绕组206的线棒的第二末端的第二端子。第二转换器246被配置为根据第二电流的参考值i2ref1，i2ref2，...，i2ref,m向笼形绕组的线棒供应第二电流。电驱动器包括第二控制设备241，所述第二控制设备241包括第二计算系统242，所述第二计算系统242被配置为确定将要被供应到笼形绕组206的线棒的第二末端的第二扭矩产生电流分量i2T1，i2T2，...，i2Tm，使得根据电机控制产生第二扭矩。计算系统242被配置为确定将要被供应到笼形绕组206的线棒的第二末端的第二悬浮电流分量i2S1，i2S2，...，i2Sm：根据转子204的第二位置与参考位置的偏差来确定第二悬浮电流分量i2S1，i2S2，...，i2Sm。转子204的第二位置可以例如借助于转子204的几何对称轴与其中z＝Z2并且平行于坐标系统290的xy-平面的几何平面之间的交点的x-和y-坐标X2rot和Y2rot来表示。计算系统242被配置为基于确定的第二扭矩产生电流分量i2T1，i2T2，...，i2Tm和确定的第二悬浮电流分量i2S1，i2S2，...，i2Sm来确定参考值i2ref1，i2ref2，...，i2ref,m。参考值可以是例如i2ref1＝i2T1+i2S1，i2ref2＝i2T2+i2S2，...，i2ref,m＝i2Tm+i2Sm。
由于悬浮控制倾向于将上面提及的转子204的第一位置驱动到参考位置并且还将上面提及的转子的第二位置驱动到参考位置，因此悬浮控制倾向于将倾斜角度
驱动至零。倾斜角度
可以被定义为转子204的几何对称轴和坐标系290的z轴之间的角度。
转子位置控制的控制变量也可以是转子质量中心的x方向和y方向位移，以及转子相对于坐标系的x-和y-轴的倾斜角
和
该坐标系的原点在转子质量中心的参考位置并且该坐标系的z轴与转子的几何旋转轴的参考位置一致。通常，具有不同定义的控制变量的不同耦合和解耦合控制策略是可能的。
图3示出了根据本发明的示例的和非限制的实施例的电驱动器的简要示意。电驱动器包括第一电机303，所述第一电机303包括第一转子304和第一定子305。电机303的定子305包括铁磁芯结构和用作定子绕组的第一笼形绕组306。电驱动器包括第二电机343，所述第二电机343包括第二转子344和第二定子345。电机343的定子345包括铁磁芯结构和用作定子绕组的第二笼形绕组356。在图3中，定子305和345呈现为截面平面与坐标系390的yz-平面平行的截面图。定子305的笼形绕组306包括线棒和将线棒彼此电连接的导体环315。在图3中，笼形绕组306的两个线棒用参考符号307和308标记。定子345的笼形绕组356包括线棒和将线棒彼此电连接的导体环355。在图3中，笼形绕组356的两个线棒用参考符号347和348标记。
电驱动器包括第一转换器316，所述第一转换器316包括连接到笼形绕组306的线棒的末端的第一端子。第一转换器316被配置为根据第一电流的参考值i1ref1，i1ref2，...，i1ref,m向笼形绕组的线棒供应第一电流。电驱动器包括第一控制设备301，所述第一控制设备301包括第一计算系统302，所述第一计算系统302被配置为确定要被供应到笼形绕组306的线棒的第一扭矩产生电流分量i1T1，i1T2，...，iTm，以便根据电机控制产生第一扭矩。计算系统302被配置为确定要被供应到笼形绕组306的线棒的第一悬浮电流分量i1S1，i1S2，...，i1Sm。基于转子304的位置与参考位置的偏差来确定第一悬浮电流分量i1S1，i1S2，...，i1Sm。转子304的位置可以例如借助于转子304和344的几何对称轴与其中z＝Z1并且平行与坐标系统390的xy-平面的几何平面的交点的x-和y-坐标X1rot和Y1rot来表示。计算系统302被配置为基于确定的第一扭矩产生电流分量i1T1，i1T2，...，i1Tm和确定的第一悬浮电流分量i1S1，i1S2，...，i1Sm来确定参考值i1ref1，i1ref2，...，i1ref,m。参考值可以是例如i1ref1＝i1T1+i1S1，i1ref2＝i1T2+i1S2，...，i1ref,m＝i1Tm+i1Sm。
电驱动器包括第二转换器346，所述第二转换器346包括连接到笼形绕组356的线棒的末端的第二端子。第二转换器346被配置为根据第二电流的参考值i2ref1，i2ref2，...，i2ref,m向笼形绕组356的线棒供应第二电流。电驱动器包括第二控制设备341，所述第二控制设备341包括第二计算系统342，所述第二计算系统342被配置为确定要被供应到笼形绕组356的线棒的第二扭矩产生电流分量i2T1，i2T2，...，iTm，以便根据电机控制产生第二扭矩。计算系统342被配置为确定要被供应到笼形绕组356的线棒的第二悬浮电流分量i2S1，i2S2，...，i2Sm。基于转子344的位置与参考位置的偏差来确定第二悬浮电流分量i2S1，i2S2，...，i2Sm。转子344的位置可以例如借助于转子304和344的几何对称轴与其中z＝Z2并且平行于坐标系统390的xy-平面的几何平面的x-和y-坐标X2rot和Y2rot来表示。计算系统342被配置为基于确定的第二扭矩产生电流分量i2T1，i2T2，...，i2Tm和确定的第二悬浮电流分量i2S1，i2S2，...，i2Sm来确定参考值i2ref1，i2ref2，...，i2ref,m。参考值可以是例如i2ref1＝i2T1+i2S1，i2ref2＝i2T2+i2S2，...，i2ref,m＝i2Tm+i2Sm。
由于悬浮控制倾向于将上面提及的转子304的位置驱动到参考位置并且也将上面提及的转子344的位置驱动到参考位置，因此悬浮控制倾向于将倾斜角
驱动至零。倾斜角
可以被定义为坐标系390的z轴与转子304和344的几何对称轴之间的角度。
图1a中所示的控制设备101可以用一个或多个模拟电路和/或用一个或多个数字处理器电路来实现，每个数字处理器电路可以是设置有适当软件的可编程处理器电路、诸如例如专用集成电路“ASIC”的专用硬件处理器、或诸如例如现场可编程门阵列“FPGA”的可配置的硬件处理器。此外，控制设备101可以包括一个或多个存储器电路，每个存储器电路可以是例如随机存取存储器“RAM”电路。相应地，图2中所展示的控制设备201和241可以用一个或多个模拟电路和/或用一个或多个数字处理器电路实现，并且控制设备201和241可以包括一个或多个存储器电路。相应地，图3中所示的控制设备301和341可以用一个或多个模拟电路和/或用一个或多个数字处理器电路实现，并且控制设备301和341可以包括一个或多个存储器电路。图2中所示的控制设备201和241可以用相同的硬件实现。在图2中，出于说明性目的，控制设备201和241被描绘为单独的实体。相应地，图3中所示的控制设备301和341可以用相同的硬件实现。在图3中，出于说明性目的，控制设备301和341被描绘为单独的实体。
图4示出了根据本发明的示例的和非限制的实施例的用于控制电驱动器的方法的流程图，所述电驱动器包括：
-包括转子和定子的电机，所述定子包括笼形绕组，所述笼形绕组包括线棒和将线棒彼此电连接的导体环，以及
-包括连接到笼形绕组的线棒的第一末端的端子的转换器，所述转换器被配置为根据电流的参考值向笼形绕组的线棒供应电流。
该方法包括以下动作：
-动作401：确定要被供应到笼形绕组的线棒的扭矩产生电流分量，使得根据电机控制产生扭矩，
-动作402：基于转子的位置与参考位置的偏差来确定要被供应到笼形绕组的线棒的悬浮电流分量，以便控制指向转子的磁力，以及
-动作403：基于确定的扭矩和悬浮电流分量来确定电流的参考值。
根据本发明的示例的和非限制的实施例的方法包括：
-确定定子的扇区，使得确定的扇区包括最大距离点，所述最大距离点是到转子的旋转轴的距离最大的定子的气隙表面的圆周上的点，以及
-确定要提供给笼形绕组的至少两个线棒的悬浮电流分量，所述笼形绕组的至少两个线棒属于定子的确定的扇区。
在根据本发明的示例的和非限制的实施例的方法中，定子的扇区被对称地确定，使得最大距离点基本上在确定的扇区的中间。
在根据本发明的示例的和非限制的实施例的方法中，基于指示转子的位置的信号来确定最大距离点。
在根据本发明的示例的和非限制的实施例的方法中，确定悬浮电流分量，使得笼形绕组的上面提及的至少两个线棒包括属于定子的确定的扇区的每个线棒。
在根据本发明的示例的和非限制的实施例的方法中，确定悬浮电流分量，使得笼形绕组的上面提及的至少两个线棒是属于定子的确定的扇区并且位于最靠近最大距离点的笼形绕组的一个或多个线棒的两侧的线棒。
替选地，将悬浮电流分量施加到相反的扇区，一个最靠近取代的转子的旋转轴，另一个最远离取代的旋转轴。通过这种方式，在气隙中产生磁通不平衡，从而导致比仅从一侧的扇区施加时更线性，更强和更稳定的悬浮力。特定的磁通模式和所需的悬浮电流分量或电压取决于特定的转子特征，诸如永磁体、导体和磁通屏障的位置和形状。悬浮电流分量也是相关的，并且可以根据例如极的数量和特定的扭矩产生原理的转子结构与旋转扭矩产生电流同步。
在根据本发明的示例的和非限制的实施例的方法中，确定悬浮电流分量，使得位于最大距离点的第一侧上的上面提及的至少两个线棒中的每一个的悬浮电流分量是正的并且位于最大距离点的第二侧上的上面提及的至少两个线棒中的每一个的悬浮电流分量是负的。
在根据本发明的示例的和非限制的实施例的方法中，确定悬浮电流分量，使得上面提及的至少两个线棒中的每两个的悬浮电流分量为正并且上面提及的至少两个线棒中的其他线棒的悬浮电流分量为是负的。
根据本发明的示例的和非限制的实施例的计算机程序包括用于控制可编程处理系统进行与根据本发明的任何上述示例的实施例的方法有关的动作的计算机可执行指令。
根据本发明的示例的和非限制的实施例的计算机程序包括用于控制电驱动器的可编程处理系统的软件装置，所述电驱动器包括：
-包括转子和定子的电机，所述定子包括笼形绕组，所述笼形绕组包括线棒和将线棒彼此电连接的导体环，以及
-包括连接到笼形绕组的线棒的第一末端的端子的转换器，所述转换器被配置为根据电流的参考值向笼形绕组的线棒供应电流。
软件装置包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于控制可编程处理系统：
-确定要被供应到笼形绕组的线棒的扭矩产生电流分量，使得根据电机控制产生扭矩，
-基于转子的位置与参考位置的偏差来确定要被供应到笼形绕组的线棒的悬浮电流分量，以便控制指向转子的磁力，以及
-根据确定的扭矩和悬浮电流分量来确定电流的参考值。
在考虑的情况下，软件装置可以是例如用适当的编程语言以及用适用于编程语言和适用于可编程处理系统的编译器来实现的子程序或函数。值得注意的是，与合适的编程语言相关的源代码也表示软件装置，因为源代码包含用于控制可编程处理系统进行上面提及的动作的所需信息并且编译仅改变信息的格式。此外，还可以为可编程处理系统提供解释器，使得在运行之前不需要编译用合适的编程语言实现的源代码。
根据本发明的示例的和非限制的实施例的计算机程序产品包括计算机可读介质，例如根据本发明的示例的实施例的用计算机程序编码的光盘。
根据本发明的示例的和非限制的实施例的信号被编码以携带定义根据本发明的示例的实施例的计算机程序的信息。
在上面给出的描述中提供的具体示例不应被理解为限制所附权利要求的范围和/或适用性。在上述非限制的示例中，首先形成电流的参考值，然后控制转换器以向定子的笼形绕组的线棒供应电流，使得供应的电流以足够的准确度对应于参考值。然而，也可以基于参考电流使用与上述控制原理不同的控制原理。例如，根据扭矩控制和测量或估计的转子的位置直接控制施加在笼形绕组的线棒的末端上的电压。
应注意，除非另有明确说明，否则在上面给出的描述中提供的示例列表和示例组不是详尽无遗的。
Claims (17)
1.一种用于控制电驱动器的控制设备(101、201、241、301、341)，所述电驱动器包括：
-电机，所述电机包括转子和定子，所述定子包括笼形绕组，所述笼形绕组包括线棒和将所述线棒彼此电连接的导体环，以及
-转换器，所述转换器包括与所述笼形绕组的所述线棒的第一末端相连接的端子，所述转换器被配置为将电流供应到所述笼形绕组的所述线棒，
所述控制设备的特征在于所述控制设备包括计算系统(102、202、242、302、342)，所述计算系统被配置为控制所述电驱动器的所述转换器：
-将扭矩产生电流分量供应到所述笼形绕组的所述线棒，使得根据电机控制来产生扭矩，以及
-基于所述转子的位置相对于参考位置的偏差，将悬浮电流分量供应到所述笼形绕组的所述线棒，以便控制指向所述转子的磁力，
其中，所述计算系统被配置为：
-确定所述定子的扇区(S)，使得所确定的扇区包括最大距离点，所述最大距离点是在所述定子的气隙表面的圆周上的、到所述转子的旋转轴的距离为最大(Dmax)的点，以及
-控制所述电驱动器的所述转换器，将所述悬浮电流分量供应到所述笼形绕组的所述线棒(109-114)之中的、属于所述定子的所确定的扇区的至少两个线棒。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，
所述计算系统被配置为，控制所述转换器以供应所述悬浮电流分量，使得所述笼形绕组的所述线棒之中的所述至少两个线棒包括属于所述定子的所确定的扇区的每个线棒。
3.根据权利要求1所述的控制设备，其中，
所述计算系统被配置为，控制所述转换器以供应所述悬浮电流分量，使得所述笼形绕组的所述线棒之中的所述至少两个线棒是属于所述定子的所确定的扇区的并且是位于所述笼形绕组之中的最靠近所述最大距离点的一个或多个线棒(111、112)的两侧的线棒(109、110、113、114)。
4.根据权利要求1-3中的任意一项所述的控制设备，其中，
所述计算系统被配置为，控制所述转换器以供应所述悬浮电流分量，使得在所述最大距离点的第一侧上的所述至少两个线棒(109、110)中的每一个线棒的悬浮电流分量是正的，并且在所述最大距离点的第二侧上的所述至少两个线棒(113、114)中的每一个线棒的悬浮电流分量是负的。
5.根据权利要求1-3中的任意一项所述的控制设备，其中，
所述计算系统被配置为，控制所述转换器以供应所述悬浮电流分量，使得所述至少两个线棒中的每两个线棒(110、112)的悬浮电流分量是正的，并且所述至少两个线棒中的其它线棒(109、111)的悬浮电流分量是负的。
6.根据权利要求1-3中的任意一项所述的控制设备，其中，
所述计算系统被配置为对称地确定所述定子的所述扇区，使得所述最大距离点基本上位于所确定的扇区的中间。
7.根据权利要求1所述的控制设备，其中，
所确定的扇区(S)是所述定子的第一扇区，并且
所述计算系统被配置为：
-确定所述定子的第二扇区，使得所确定的第二扇区包括最小距离点，该最小距离点是在所述定子的所述气隙表面的所述圆周上的、到所述转子的所述旋转轴的距离为最小的点，以及
-控制所述转换器，以将所述悬浮电流分量供应到所述笼形绕组的所述线棒之中的属于所述定子的所确定的所述第一扇区的所述至少两个线棒，并且供应到所述笼形绕组的所述线棒之中的属于所述定子的所确定的第二扇区的至少两个线棒。
8.根据权利要求1-3中的任意一项所述的控制设备，其中，
所述计算系统被配置为基于指示所述转子的位置的信号来确定所述最大距离点。
9.一种电驱动器，包括：
-第一电机(103、203、303)，所述第一电机包括转子(104、204、304)和定子(105、205、305)，所述定子包括笼形绕组(106、206、306)，所述笼形绕组包括线棒(107-114、207、208、307、308)和将所述线棒彼此电连接的导体环(115、215、315)，
-第一转换器(116、216、316)，所述第一转换器包括与所述笼形绕组的所述线棒的第一末端相连接的第一端子，所述第一转换器被配置为将第一电流供应到所述笼形绕组的所述线棒，以及
-第一控制设备(101、201、301)，所述第一控制设备是用于控制所述第一转换器的根据权利要求1-3中的任意一项所述的控制设备。
10.根据权利要求9所述的电驱动器，其中：
-所述笼形绕组的所述导体环(215)在所述电机的轴向上处于所述线棒的所述第一末端和所述线棒的第二末端之间，
-所述电驱动器包括第二转换器(246)，所述第二转换器包括与所述线棒的所述第二末端相连接的第二端子，所述第二转换器被配置为将第二电流供应到所述线棒，以及
-所述电驱动器包括第二控制设备(241)，所述第二控制设备是用于控制所述第二转换器的根据权利要求1-3中的任意一项所述的控制设备。
11.根据权利要求9所述的电驱动器，其中，所述电驱动器包括：
-第二电机(343)，所述第二电机包括转子(344)和定子(345)，该转子(344)与所述第一电机的转子相连接，该定子(345)包括笼形绕组，该笼形绕组包括线棒(347、348)和将所述线棒彼此电连接的导体环(355)，
-第二转换器(346)，所述第二转换器包括与所述第二电机的所述笼形绕组的所述线棒的第一末端相连接的第二端子，所述第二转换器被配置为将第二电流供应到所述第二电机的所述笼形绕组的所述线棒，以及
-第二控制设备(341)，所述第二控制设备是用于控制所述第二转换器的根据权利要求1-3中的任意一项所述的控制设备。
12.根据权利要求9所述的电驱动器，其中，
所述第一电机是永磁电机，所述第一电机的所述转子包括永磁材料。
13.根据权利要求9所述的电驱动器，其中，
所述第一电机是直轴电感不同于交轴电感的磁阻电机。
14.根据权利要求9所述的电驱动器，其中，
所述第一电机是感应电机，所述第一电机的所述转子包括笼形绕组。
15.根据权利要求9所述的电驱动器，其中，
所述第一电机包括在所述第一电机的所述笼形绕组的所述线棒的内部或旁边的冷却通道。
16.一种用于控制电驱动器的方法，所述电驱动器包括：
-电机，所述电机包括转子和定子，所述定子包括笼形绕组，所述笼形绕组包括线棒和将所述线棒彼此电连接的导体环，以及
-转换器，所述转换器包括与所述笼形绕组的所述线棒的第一末端相连接的端子，所述转换器被配置为将电流供应到所述笼形绕组的所述线棒，
所述方法的特征在于所述方法包括：
-控制(401、403)所述转换器，以将扭矩产生电流分量供应到所述笼形绕组的所述线棒，使得根据电机控制来产生扭矩，以及
-控制(402、403)所述转换器，以基于所述转子的位置相对于参考位置的偏差来将悬浮电流分量供应到所述笼形绕组的所述线棒，以便控制指向所述转子的磁力，
其中，所述方法包括：
-确定所述定子的扇区(S)，使得所确定的扇区包括最大距离点，所述最大距离点是在所述定子的气隙表面的圆周上的、到所述转子的旋转轴的距离为最大(Dmax)的点，以及
-控制所述电驱动器的所述转换器，将所述悬浮电流分量供应到所述笼形绕组的所述线棒(109-114)之中的、属于所述定子的所确定的扇区的至少两个线棒。
17.一种非易失性计算机可读介质，其被编码有用于控制电驱动器的计算机程序，所述电驱动器包括：
-电机，所述电机包括转子和定子，所述定子包括笼形绕组，所述笼形绕组包括线棒和将所述线棒彼此电连接的导体环，以及
-转换器，所述转换器包括与所述笼形绕组的所述线棒的第一末端相连接的端子，所述转换器被配置为将电流供应到所述笼形绕组的所述线棒，
所述计算机程序的特征在于所述计算机程序包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于控制所述电驱动器的可编程处理系统，以便控制所述转换器：
-将扭矩产生电流分量供应到所述笼形绕组的所述线棒，使得根据电机控制来产生扭矩，以及
-基于所述转子的位置相对于参考位置的偏差，来将悬浮电流分量供应到所述笼形绕组的所述线棒，以便控制指向所述转子的磁力，
其中，所述计算机程序包括计算机可读指令，所述计算机可读指令用于控制所述电驱动器的所述可编程处理系统以便：
-确定所述定子的扇区(S)，使得所确定的扇区包括最大距离点，所述最大距离点是在所述定子的气隙表面的圆周上的、到所述转子的旋转轴的距离为最大(Dmax)的点，以及
-控制所述电驱动器的所述转换器，将所述悬浮电流分量供应到所述笼形绕组的所述线棒(109-114)之中的、属于所述定子的所确定的扇区的至少两个线棒。
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