CN114788163A - 用于运行电机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于运行电机（100）的方法以及用于执行该方法的计算机程序和控制单元（150），其中所述电机具有定子和转子、整流器（110）以及用于检测测量参量的传感器（120），其中所述定子具有定子绕组，其中所述整流器（110）具有直流电流连接端、交流电流连接端以及用于分别将所述直流电流连接端之一与所述交流电流连接端之一连接的半导体开关，其中所述定子绕组与所述交流电流连接端连接，其中在所确定的切换时间点闭合和断开所述整流器（110）的半导体开关，其中在所确定的测量时间点分别通过所述传感器（120）执行测量，其中根据所述所确定的测量时间点而如此适配所述所确定的切换时间点，使得在围绕所确定的测量时间点的所确定的时间区间内并不闭合和断开所述半导体开关。

Description

用于运行电机的方法

技术领域

本发明涉及一种运行带有整流器的电机的方法以及用于执行该方法的计算机程序和控制单元。

背景技术

电机、尤其是在车辆中使用的电机可以以电机驱动的方式在由直流电压回路供电的整流器、尤其是逆变器或换流器处被运行。针对这种换流器（也称为牵引换流器）通常例如通过块换向而以定时的方式断开和闭合开关元件、尤其是半导体开关、例如MOSFET或IGBT。

通常在操控电子装置和整流器之间进行电位隔离。在48V系统中，例如在所谓的助力回收电机（BRM）中，能够设想如下应用，在所述应用中出于结构空间和成本的原因而并不存在电位隔离。

然而，并不存在电位隔离则导致：开关过程、也即开关元件的断开和闭合在逻辑电源处的电位突变方面可能产生影响。例如，可能会因此干扰相电流测量和/或电机转子的转子位置测量。

为了补救可以根据开关过程而计算出该测量时间点并且可变地进行适配。尤其是，在多相电机和操控频率增大的情况下，对不被干扰的测量时间点的寻找是复杂的。此外，在此情况下，由于非等距测量而可能产生针对调整而言的负面方面，以及由于根据ISO26262的安全方面而可能产生针对合理性验证的附加耗费。

在汽车领域中的电机（或驱动装置）的情况下通常应用ISO 26262标准，在其中定义了这种所谓的“汽车安全完整性等级”（ASIL）（在此情况下其涉及的是车辆中的安全性等级）。针对具有ASIL分级的电机，通常所产生的扭矩受到安全负荷，也就是说所产生的扭矩必须具有预给定的精确度。

出于成本原因，可以借助所测量的相电流和相对应的机械方程式来确定电机的扭矩，于是不需要扭矩传感器。然而在此重要的是，尽可能精确地检测相电流，以满足ISO26262的要求。通常，相电流进入如下电流调整中，借助所述电流调整而能够实现额定扭矩。因此，不精确地检测的相电流导致了不精确地设置的扭矩，这又可能引起：违反根据ISO26262的安全性目标。

发明内容

根据本发明，提出具有独立专利权利要求的特征的用于运行带有整流器的电机的方法以及用于执行该方法的计算机程序和控制单元。有利的构型方案是从属权利要求以及接下来的描述的主题。

本发明基于如下措施，通过在必要时挪移半导体开关的切换时间点而由此实现不受干扰的并且尤其是等距的测量。

在此，使所确定的开关时间点如此适配于所确定的测量时间点，使得在围绕所确定的测量时间点的所确定的区间内并不闭合和断开半导体开关。所述区间可以尤其是时间区间或（转子的）旋转角区间。

这具有如下优点：并不会例如由于在逻辑电源处的电位突变而影响或干扰通过传感器进行的测量。该区间一方面被选择得尽可能长，以使得有足够时间用于测量，而另一方面被选择得尽可能短，从而使所述测量并不会不必要地延迟半导体开关的断开或闭合。优选地，使用10μs、尤其是5μs的时间区间。

有利地，在所确定的切换时间点处于围绕所确定的测量时间点的所确定的区间内的情况下，将所确定的切换时间点向所述所确定的区间之外挪移。这是有利的，因为由此而防止所述测量被半导体的开关所影响或干扰。在此，可以如此挪移所述所确定的切换时间点，使得所述所确定的切换时间点被挪移到所述区间之前的最后可能的时间点或者挪移到所述区间之后的最早可能的时间点。这也可以取决于切换时间点在所述区间内的位置，也即所述切换时间点是更接近于开始处还是结束处。

优选地，整流器的支路的第一半导体开关（尤其是高侧）的切换时间点被挪移到该时间区间之前，而整流器的所述支路的第二半导体开关（尤其是低侧）的切换时间点被挪移到该时间区间之后。更优选地，相对于原本切换时间点对称地进行所述挪移。通过这种方式，可以避免产生扭矩波动（波纹）。

有利地，所确定的测量时间点是在时间上等距的。这些测量因此以规律的时间间隔执行。因此，可以获得时间上等距的测量值，以满足例如开头所提到的要求。

有利地，所述传感器被用于测量流过这些定子绕组之一的相电流或该转子的转子位置。该相电流可以例如通过所谓的分流器得以测量。通常，这些分流器并不直接被安置在这些定子绕组的相中，而是例如被安置在整流器的高侧路径和/或低侧路径中。

如果分流器仅仅被安置在低侧路径中，那么只有在低侧路径被接通的情况下才能够测量该相电流。类似内容也适用于高侧路径。

有利地，这些定子绕组以块换向的方式被运行。自所确定的转速（所谓的特征转速）起，电机就达到所谓的电压极限。在所述电压极限的情况下，所产生的感应器电压大于施加在这些相的电压。为了使高于该转速的机器可以产生电机力矩，以所谓的弱磁运行的方式来运行所述机器。然而，因为这种运行方式具有较低效率，应使所述特征转速尽可能高，这可以例如通过更高的相电压而实现。因此，相对应的机器以块运行的方式在弱磁范围内被操控，这是因为与PWM操控情况下相比在所述块运行中能够在定子绕组处产生更大的有效电压。

在块换向的情况下，并不使用固定的操控频率（也即没有PWM整流），而是使这些半导体开关同步于电机的电气角速度地以块形式接通和关断。根据相数而定地实现不同的块宽度。产生最大有效相电压的操控方式是所谓的180°块换向，在所述180°块换向的情况下，在电气的一转之内对于每个相而言，分别针对180°电气角而接通高压测和低侧的半导体开关。

有利地，由控制单元来确定所述所确定的切换时间点和所述所确定的测量时间点。该控制单元首先计算出或确定例如这些测量时间点。接下来，该控制单元计算出或确定所述半导体开关的切换时间点并且将所确定的测量时间点与所确定的切换时间点进行比较。如果所确定的切换时间点在围绕所确定的测量时间点的区间内，则该控制单元确定：是将该切换时间点挪移到该区间之前的时间点还是挪移到该区间之后的时间点。

此外，根据本发明的控制单元、例如机动车的控制设备被设立用于，执行根据本发明的方法。

根据本发明的方法以具有用于执行所有方法步骤的程序代码装置的计算机程序或计算机程序产品的形式的实现方案也是有利的，因为这造成特别低的成本，尤其是在进行执行的控制设备还被用于其他任务并且总归存在的情况下。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁的、光学的和电的存储器，诸如硬盘、闪存存储器、EEPROM、DVD等等。程序经由计算机网（因特网、内联网等）的下载也是可能的。

本发明的另外的优点和构型方案由说明书和所附附图中得出。

本发明根据在附图中的实施例来示意性示出并且在下面参照附图来描述。

附图说明

图1示意性地示出带有整流器的电机，其中能够执行根据本发明的方法。

图2示意性地示出在优选实施方式中根据本发明的方法的流程。

具体实施方式

在图1中示意性示出带有整流器110的电机100，其中能够执行根据本发明的方法。电机（在未示出的定子中）具有六个相（绕组），这六个相形成了作为子系统的两个三相电流组，并且以U1、V1和W1以及U2、V2和W2来标记。在此，在这两个三相子系统U1、V1、W1以及U2、V2、W2之间例如适用30°的电相位偏移。三相电流组的特征在于定子中的相绕组的电连接，在此例如为共同的星形接点，然而在定子中并不与其他三相电流组的相电连接并且能够因此具有自己的操控模式，所述操控模式可以原则上与其他三相电流组的操控模式不同。

整流器110具有两个部分111和112，这些部分分别被构造为常见的桥式整流器，并且具有六个（在此未详细标出的）开关元件，例如半导体开关，如MOSFET并且分别用于操控这些三相子系统U1、V1、W1或U2、V2、W2之一（也即用于与其整流器的直流电压连接端连接）。整流器110经由两个（未详细标出的）电容器利用正连接端和负连接端而被并入到作为直流电压连接端的例如车辆的车载电网中。此外，示例性地示出控制和/或调节单元150，所述控制和/或调节单元用于操控整流器110、尤其是用于断开和闭合开关元件。应理解，这样的控制和/或调节单元也能够被集成到整流器110中。

这两个三相子系统U1、V1、W1或U2、V2、W2的操控在此通过两个分开的操控电路115和116而进行。在此，在这些相中，分别有相电流I_u1、I_v1和I_w1或I_u2、I _v2和I_w2流动。这些相电流可以例如借助相电流传感器或电流测量装置（这种电流测量装置示意性且示例性地以120标出）而得以测量或检测。

如果在操控电路115和116与整流器110之间并不存在电位分离，那么开关过程、也即开关元件的断开和闭合就可能在逻辑电源处的电位突变方面产生影响。例如，可能因此而干扰电机100的相电流测量。

在图2中示意性地示出优选实施方式中的根据本发明的方法的流程。为此，可以使用如图1中所示的带有整流器110的电机100。为了简化而仅示出了这两个三相子系统其中的一个：U1、V1、W1，在此该三相子系统以180°块换向的方式被运行。

在图2的图表2a中示出围绕相电流测量的所确定的测量时间点的所确定的时间区间。在此示例性地，在这些时间点50μs、150μs、250μs、350μs和450μs分别进行测量。因此总体上（针对当前转速而言）在转子的完整一转期间执行五次测量。在所确定的测量时间点之间有100μs的等距间隔。围绕所确定的时间点的所述时间区间为10μs，其中该时间区间开始于所确定的测量时间点之前的5μs并结束于所确定的测量时间点之后的5μs（参见箭头）。因此，围绕所确定的测量时间点250μs的所述时间区间开始于时间点245μs并且结束于时间点255μs。

在图表2b至2d中，分别示出所确定的切换时间点，也即各个相U1、V1和W1的接通或断开的时间点。经接通的（导电的）高侧FET和经关断的（不导电的）低侧FET在此通过值1来表示，经接通的低侧FET和经关断的高侧FET在此通过值-1来表示。在切换时间点，因此通常总是对所属开关元件的相的这两侧FET进行切换。在此，有意义的是，应注意：并不产生短接，使得因此总是有一个开关元件不导电。如果这两个开关均被关断，那么这通过值0来表示。

在时间点50μs、150μs、350μs、450μs的测量无干扰地进行，也即并不执行同时的开关过程，而在时间点250μs，相电流测量则会与相U1的切换时间点、也即相U1的高侧FET的关断以及低侧FET的接通产生冲突。

因此，高侧FET已经在时间点245μs被关断，这是在围绕所确定的测量时间点250μs的时间区间之前的最后可能的时间点。此外，该低侧FET并不在时间点250μs被接通，而是在时间点255μs才被接通，这是在围绕所确定的测量时间点250μs的时间区间之后的最早可能的时间点。然而，在此可用电压向量的长度则减小。替代性地，开关时间点的挪移也可以根据角度来进行，也即例如在175°和185°。然而，应理解的是，也可以在所述区间之前或之后，不仅对高侧FET也对低侧FET共同进行开关。然而，操控角还是由此发生改变，因此出现扭矩波纹。

对所确定的测量时间点和所确定的切换时间点的计算在此由控制单元150（参见图1）执行。此外，该控制单元150还确定：所确定的切换时间点是否处于围绕所确定的测量时间点的所确定的区间内并且必要时对所述切换时间点进行挪移。

Claims (10)

1.用于运行电机（100）的方法，其中所述电机具有定子和转子、整流器（110）以及用于检测测量参量的传感器（120），其中所述定子具有定子绕组，其中所述整流器（110）具有直流电流连接端、交流电流连接端以及用于分别将所述直流电流连接端之一与所述交流电流连接端之一连接的半导体开关，其中所述定子绕组与所述交流电流连接端连接，其中在所确定的切换时间点闭合和断开所述整流器（110）的半导体开关，其中在所确定的测量时间点分别通过所述传感器（120）执行测量，其中根据所述所确定的测量时间点而如此适配所述所确定的切换时间点，使得在围绕所确定的测量时间点的所确定的区间内并不闭合和断开所述半导体开关。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所确定的切换时间点处于围绕所确定的测量时间点的所述所确定的区间内的情况下，将所述所确定的切换时间点向所述所确定的时间区间之外挪移。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述整流器（110）的支路的第一半导体开关的切换时间点被挪移到所述时间区间之前，而所述整流器（110）的所述支路的第二半导体开关的切换时间点被挪移到所述时间区间之后。

4.根据上述权利要求其中任一项所述的方法，其中所述所确定的测量时间点是在时间上等距的。

5.根据上述权利要求其中任一项所述的方法，其中所述传感器（120）被用于测量流过所述定子绕组之一的相电流或所述转子的转子位置。

6.根据上述权利要求其中任一项所述的方法，其中所述定子绕组以块换向的方式被运行。

7.根据上述权利要求其中任一项所述的方法，其中由控制单元（150）来确定所述所确定的切换时间点和所述所确定的测量时间点。

8.控制单元（150），所述控制单元被设立用于，执行根据上述权利要求其中任一项所述的方法的所有方法步骤。

9.具有程序代码装置的计算机程序，在所述计算机程序在尤其是根据权利要求8所述的控制单元（150）上被执行的情况下，所述计算机程序促使所述控制单元（150）执行根据权利要求1至7其中任一项所述的方法的所有方法步骤。

10.机器可读存储介质，在所述机器可读存储介质上具有根据权利要求9所述的计算机程序。

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