CN116034537A - 用于对三相电流操作型电机的转矩脉动和/或径向力进行调制的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对三相电流操作型电机(10)的转矩脉动和/或径向力、特别地能够由电动马达驱动的机动车辆的电驱动机器的转矩脉动和/或径向力进行调制的方法，所述方法包括以下方法步骤：‑选定电机(10)的转矩中的至少一个谐波(H_{M1_EM})和/或选定与电机(10)联接的负载(20)的至少一个谐波(H_{M_X})，其中，通过将选定的至少一个谐波(H_{M1_EM}、H_{M_X})施加至d电流和/或q电流或者施加至与d电流和/或q电流相关的变量来调制选定的至少一个谐波(H_{M1_EM}、H_{M_X})，以便生成用于驱动电机(10)的设定点变量(w)，其中，d电流(Id)中的谐波的相位角和/或q电流(Iq)中的谐波的相位角相对于转子角度至少暂时地被设定成是不同的。

Description

用于对三相电流操作型电机的转矩脉动和/或径向力进行调制的方法

技术领域

本发明涉及用于对三相电流操作型电机的转矩脉动和/或径向力、特别地能够由电动马达驱动的机动车辆的电驱动机器的转矩脉动和/或径向力进行调制的方法，该方法包括以下方法步骤：选定电机的转矩中的至少一个谐波和/或选定与电机联接的部件的至少一个谐波。

背景技术

DE 10 2014 208 384 A1公开了一种用于对具有带齿齿轮变速器和电动马达的可电驱动式传动系的齿轮啮合噪声进行降低的方法。该方法包括以下方法步骤：确定传动系(10)的操作状态；从数据存储器中读取与所确定的操作状态相关联的数据集；以及根据数据集来调整电动马达的转矩。提出了向变速器施加转矩信号，这抵消了变速器的振动或噪声。用于补偿转矩的信号被添加至其他所需的转矩、比如静态驱动转矩。

DE 10 2014 007 502 A1公开了一种用于对电动马达进行噪声调制的方法，其中，电动马达是借助于马达控制单元使用矢量控制而被驱动的三相同步马达，其中，在受控系统中获得用于旋转电流分量id和iq的实际值，其中，id对应于同步马达的磁化电流，并且iq对应于同步马达的转矩形成电流，并且其中，将实际值与指定的参考变量(iq_设定、id_设定)进行比较。实际值与参考变量之间的差经由第一控制器和用于PWM生成器的工作周期中的第一转换阶段而转换为操纵变量，以便将实际值(iq、id)调节至参考变量(iq_设定、id_设定)。另外，形成磁化电流的电流分量(id)借助于声学控制器根据已经由测量装置进行测量并借助于信号输出被转发至马达控制单元的声学状态而被调整至所需的声学状态。

此外，DE 10 2009 000 928 A1描述了一种用于将电动马达中的转矩脉动减少的方法。该方法包括接收转矩指令并确定基于该转矩指令的取消电流指令。该方法还包括生成基于取消电流指令的谐波取消指令，其中，谐波取消指令对由电流调节型控制模块引起的相移和阻尼进行补偿，并且其中，电流调节型控制模块联接至与电动马达联接的逆变器。该方法还包括向电流调节型控制模块提供谐波取消指令，其中，电流调节型控制模块配置成响应于谐波取消指令和转矩指令来控制逆变器。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于对三相电流操作型电机的转矩脉动和/或径向力进行调制的方法，该方法在调制种类方面得到改进。有利地，将提供一种下述方法：该方法与现有技术中已知的方法相比使在可电操作式机动车辆的传动系中发生的电驱动机器的转矩脉动或径向力减少，并且因此进一步减少车辆中的噪声排放。

本目标通过一种用于对具有权利要求1的特征的三相电流操作型电机的转矩脉动和/或径向力进行调制的方法来实现。为此，根据本发明的方法包括以下方法步骤：

选定电机的转矩中的至少一个谐波和/或选定机动车辆的传动系的与电机联接的部件的至少一个谐波。根据本发明，通过将选定的至少一个谐波施加至d电流和/或q电流或者施加至与d电流和/或q电流相关的变量、比如电机的定子电压或电机内的磁通量，来对选定的至少一个谐波进行调制，以便生成用于驱动电机的设定点变量，其中，

d电流的谐波的相位角和/或q电流的谐波的相位角相对于转子角度至少暂时地被设定成是不同的，使得d分量的相位角至少暂时不等于q分量的相位角。因此，用于影响由电机或由机动车辆的传动系中的部件所产生的振动和/或噪声的调制种类的带宽显著地增加，并且因此改善了用于对应影响的可能性。

因此，根据本发明的方法通过将谐波施加至d电流或q电流特别是以针对性的方式使电机的转矩的谐波或传动系中的转矩的谐波减少，并且因此使振动和噪声减少。然而，除了使谐波减少之外，这些谐波还可以被简单地调整至所需的规格。该电流可以通过振幅和相位表示：

在从属权利要求中详细说明了本发明的其他有利实施方式。在从属权利要求中单独列出的特征可以以在技术上有意义的方式彼此组合并且可以限定本发明的其他实施方式。另外，权利要求中指示的特征在说明书中进行更详细地说明和解释，其中，本发明的其他优选实施方式被示出。

根据本发明的有利实施方式，可以选定电机的转矩中的至少一个谐波和/或选定与电机联接的部件的至少一个谐波，并且可以通过将选定的至少一个谐波施加至d电流和/或q电流或施加至与其相关的变量来调制选定的至少一个谐波，以在电机的转矩和/或传动系的转矩趋于平滑的条件下驱动电机，使得振动和噪音减少。从以针对性的方式使转矩中谐波降低的d电流和q电流的所有可能组合中，存在导致最低的电流振幅、电压振幅、损失振幅等的组合。这实现了下述优点：电机的转矩或与电机连接的传动系的转矩可以趋于平滑，使得可以以显著改进的方式对不需要的振动和噪声进行阻尼。

根据本发明的其他优选改进方案，d电流和/或q电流也可以被选定成使得所产生的定子电压的大小

或所产生的定子电流的大小

被最小化，其中，定子电压的d分量结果如下：

并且其中，定子电压的q分量结果如下：

在这方面，感应电压的大小独立于电机的速度以及电机中的磁通量的变化。

电机的转矩

又独立于磁通量以及在D方向上的电流和在q方向上的电流。这导致了显著更高数目的组合，其除了施加电机的通过i_d1和i_q1的扭矩以外，还施加了通过i_dk和i_qk的附加转矩(M_k)。用于转矩M_k的电流可以使用先前描述的自由度而被选定成使得该电流满足附加条件、比如用于定子电压振幅的最小幅度或用于定子电流振幅的最小幅度等。这提供了下述优势：更小的电压空间矢量(通过使定子电压振幅最小化)也允许电机在接近电压极限的情况下操作——例如，当电池已经相对较空时于较低的电压极限区域中——或者当电机在满载以进行加速的情况下操作时于较高的电压极限区域中。

此外，根据本发明的同样有利的实施方式，可能的是：

-通过将被执行的以下方法步骤来计算谐波以生成设定点变量，

-对电机的扭矩或径向力或产生的振荡进行建模，目的是通过考虑感应电压和/或径向力来使转矩脉动最小化，或者目的是通过考虑感应电压来使径向力最小化，以及

-通过考虑感应电压来生成转矩脉动和/或径向力，以及

-通过考虑转矩脉动和/或径向力来对感应电压进行建模。

根据本发明的另一特别优选实施方式，为了生成用于驱动电机的设定点变量，d电流、q电流、以及d相位角和q相位角可以从表中读取。

有利地，可以从四个不同的表中读取变量，以生成用于驱动电机的设定点变量，其中，这些表中的两个表各自包含d变量的振幅和q变量的振幅，并且其中，其他两个表各自包含d变量的相关相位和q变量的相关相位。作为其替代方案，为了生成用于驱动电机的设定点变量，从四个不同的表中读取变量，其中，这些表中的两个表各自包含d变量的真实振幅值和q变量的真实振幅值，并且其他两个表各自包含d变量的虚拟振幅值和q变量的虚拟振幅值。用于生成设定点变量以驱动电机的另一可能性是：可以从特别地仅包含振幅变量的表中读取变量，其中，其他所需的变量根据预定规则来确定。

附图说明

下面参照附图更详细地说明本发明和技术领域两者。应该注意的是，本发明并不意在受所示的示例性实施方式的限制。特别地，除非另有明确说明，否则还可以提取附图中概述的实质性内容的部分方面，并将它们与从本说明书和/或附图中的其他组成部分和知识相结合。特别地，应该注意的是，附图以及特别是所示的比例本质上仅是示意性的。相同的附图标记指示相同的物体，使得可以使用根据其他附图的说明。

在附图中：

图1以框图示出了可电驱动的机动车辆的传动系的示意图，

图2在上方图中示出了电机在三种不同驱动程序的情况下的转矩曲线，以及在下方图中示出了对应从动电机的定子上的与图2上面所示的转矩曲线相关联的电压曲线，

图3以更详细的图示出了来自图1的控制调节单元的框图，

图4以更详细的图示出了来自图1的设定点生成器的框图，

图5以比较的方式示出了来自图4的根据现有技术的谐波的框图和根据本发明的谐波的框图，以及

图6以扩展的图示出了来自图4的设定点生成器的框图。

具体实施方式

图1以框图示出了可电驱动的机动车辆的传动系100的示意图。电机10在输出侧上机械联接至负载20、比如机动车辆的驱动轴。在输入侧上，电机10由动力电子单元30驱动，该动力电子单元例如向电机10的定子绕组提供三相电流。为此，动力电子单元连接至能源件40、比如机动车辆的车载电池，其中，由电池提供的DC电压或直流电流经由动力电子单元30的对应逆变器而被转换为三相电流。动力电子单元30经由输入侧上的另一接口而连接至控制/调节单元50，该控制/调节单元根据与输入侧连接的设定点生成器60的设定点规格来对动力电子单元进行驱动。在这方面，控制/调节单元50可选地经由对应传感器而设置有电机10的操作变量、由电机10驱动的负载20的操作变量、以及对动力电子单元30或电机10进行供应的能源件40的操作变量，这些操作变量对于驱动电机10是重要的。

图2在上方图中示出了电机10在三种不同驱动程序下的转矩曲线。第一转矩曲线M1(实线)示出了当电机10根据现有技术在无谐波分量的正弦激励的情况下被驱动时发生的转矩。第二转矩曲线M2(虚线)示出了根据现有技术在具有标准谐波分量的正弦激励情况下发生的转矩曲线。最后，与此相比，余下的第三转矩曲线M3(虚线)示出了根据本发明在具有谐波分量的正弦激励的情况下发生的转矩曲线，其中，d变量和/或q变量具有至少暂时不同于转子角度的相位角。

图2在下方图中示出了对应从动电机10的定子上的与图2中上面所示的转矩曲线相关联的电压曲线。第一电压曲线U1(实线)示出了当电机10根据现有技术在无谐波分量的正弦激励的情况下驱动时发生的电压。第二电压曲线U2(点划线)示出了根据现有技术在具有标准谐波分量的正弦激励的情况下发生的电压曲线。最后，与此相比，余下的第三电压曲线U3(虚线)示出了根据本发明在具有谐波分量的正弦激励的情况下发生的电压曲线，其中，d变量和/或q变量具有至少暂时不同于转子角度的相位角。所示的示例清楚地表明，可以如与使用常规方法一样地使用根据本发明的方法来提供相同的转矩，其中，需要明显较低的电压振幅。

图3以更详细的图示出了来自图1的控制/调节单元50的框图。控制/调节单元50被示出具有其d电流和q电流的静态输入变量I_d0和I_q0，并且具有根据转子角度而改变的动态d输入变量I_dk(γ)和动态q输入变量I_dq(γ)。在输出侧上，示出了用于驱动动力电子单元30的设定点变量U_a,b,c。设定点值/实际值比较以及对应的调节可以使用附加的部件或通过对设定点值/实际值比较中的动态部分进行过滤并在随后的调整过程期间再次增加该动态部分(所谓动态部分作为电压的盲加)而是可能的。

图4以更详细的图示出了来自图1的设定点生成器60的框图，设定点生成器用于将设定点值指定至控制/调节单元50。所示的设定点生成器60为输出侧上的控制/调节单元50提供输入变量，其已经在上面参照图3进行了说明。这些输入变量是通过使用转矩部分61对转矩请求进行建模而产生的，其中，电机10的转矩中的谐波H_{M1_EM}和/或传动系的与电机10联接的负载20的谐波H_{M_X}被选定。然后通过将选定的至少一个谐波H_{M1_EM}、H_{M_X}应用于d电流和/或q电流来调制选定的至少一个谐波H_{M1_EM}、H_{M_X}，以便生成用于驱动电机10的设定点变量w。d电流Id中的谐波H_Id的和/或q电流Iq中的谐波H_Iq的相位角

相对于转子角度(γ)至少暂时设置成是不同的，使得适用于

电流(Id、Iq)的相位角(相对于转子角度)因此可以独立于Id和Iq设置，使得如果这是有利的，则相位角可以设定成是不同的。

谐波部分62所基于的计算策略包括至少以下部分：

-转矩和/或径向力的调制，

-通过考虑感应电压和/或径向力来使转矩脉动最小化，

-通过考虑转矩脉动和/或感应电压来使径向力最小化，

-通过考虑感应电压来生成转矩脉动和/或径向力，

-通过考虑转矩脉动和/或径向力来调制感应电压。

可选地，谐波部分62在外部接收呈脉动请求的形式的输入变量，并在内部从转矩部分61接收输入变量。在输出侧上，作为用于控制/调节单元50的输入变量的静态变量和作为用于控制/调节单元50的输入变量的动态变量两者然后通过设定点生成器60使用转矩部分61来提供。

图5以比较的方式示出了来自图4的根据现有技术的谐波部分62的框图(上方)和根据本发明的谐波部分的框图(下方)。很容易看出的是，根据本发明，d电流的相位角和q电流的相位角是完全不同的。

图6以扩展的图示出了来自图4的设定点生成器60的框图。已经在图4中示出并说明的设定点生成器60的图示在该实施方式中通过对应的表部分63进行扩展，使用该表部分来生成用于驱动电机10的设定点变量w，例如可以从表中读取d电流Id、q电流Iq以及d相位角

和q相位角

为了生成用于驱动电机10的设定点变量w，可以从四个不同的表中读取变量，其中，这些表中的两个表各自包含d变量的振幅和q变量的振幅，并且其中，其他两个表各自包含d变量的相关相位和q变量的相关相位。替代性地，为了生成用于驱动电机的设定点变量，从四个不同的表中读取变量，其中，这些表中的两个表各自包含d变量的真实振幅值和q变量的真实振幅值，并且其中，其他两个表各自包含d变量的虚拟振幅值和q变量的虚拟振幅值。最后，为了生成用于驱动电机的设定点变量，可以从特别地仅包含振幅变量的表中读取变量，其中，其他所需的变量根据预定规则来确定。

本发明不限于附图中所示出的实施方式。因此，以上描述不被认为限制性的，而是说明性的。所附权利要求应被理解为意味着所指定的特征存在于本发明的至少一个实施方式中。这不排除其他特征的存在。如果专利权利要求和上述描述限定了“第一”和“第二”特征，则这种命名用于区分相同类型的两个特征而不限定优先顺序。

附图标记列表

10 电机

20 负载(传动系)

30 动力电子单元

40 电池/能源件

50 控制/调节单元

60 设定点生成器

61 转矩部分

62 谐波部分

63 表部分

100 传动系

Claims (8)

1.一种用于对三相电流操作型电机(10)的转矩脉动和/或径向力、特别地能够由电动马达驱动的机动车辆的传动系(100)的电驱动机器的转矩脉动和/或径向力进行调制的方法，所述方法包括以下方法步骤：

-选定所述电机(10)的转矩中的至少一个谐波(H_{M1_EM})和/或选定所述传动系(100)的与所述电机(10)联接的负载(20)的至少一个谐波(H_{M_X})，其特征在于

-通过将选定的所述至少一个谐波(H_{M1_EM}、H_{M_X})施加至d电流和/或q电流或施加至与所述d电流和/或所述q电流相关的变量来调制选定的所述至少一个谐波(H_{M1_EM}、H_{M_X})，以便生成用于驱动所述电机(1)的设定点变量()，其中，所述d电流(Id)中的谐波(H_Id)的和/或所述q电流(Iq)中的谐波(H_Iq)的相位角

相对于转子角度()至少暂时地被设定成是不同的，使得

适用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-选定所述电机(10)的所述转矩中的至少一个谐波(H_{DM_EM})和/或选定所述传动系(100)的与所述电机(10)联接的负载(20)的至少一个谐波(H_{DM_X})，以及

通过将选定的所述至少一个谐波(H)施加至所述d电流(Id)和/或所述q电流(Iq)或施加至与所述d电流(Id)和/或所述q电流(Iq)相关的变量来调制选定的所述至少一个谐波(H_{DM_EM}、H_{DM_X})，以在所述电机(10)的所述转矩和/或所述传动系(100)的所述转矩趋于平滑的情况下驱动所述电机(10)，使得振动和噪声减少。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，

所述d电流(Id)和/或所述q电流(Iq)被选定成使得所产生的定子电压的大小

或所产生的定子电流的大小

被最小化，其中，

并且

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，

为了生成所述设定点变量(w)

-通过执行以下方法步骤来计算谐波：

-对所述电机(10)的所述转矩进行建模，目的是通过考虑感应电压和/或所述径向力来使所述转矩脉动最小化，或者目的是通过考虑所述感应电压来使所述径向力最小化，以及

-通过考虑所述感应电压来生成转矩脉动和/或径向力，以及

-通过考虑所述转矩脉动和/或所述径向力来对所述感应电压进行建模。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，

为了生成用于驱动所述电机(1)的设定点变量(w)，所述d电流(Id)、所述q电流(Iq)以及所述d相位角

和所述q相位角

能够从表中读取。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

为了生成用于驱动所述电机的设定点变量(w)，能够从四个不同的表中读取变量，其中，所述表中的两个表各自包含d变量的振幅和q变量的振幅，并且其中，

其他两个表各自包含所述d变量的相关相位

和所述q变量的相关相位

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

为了生成用于驱动所述电机的设定点变量(w)，从四个不同的表中读取变量，其中，所述表中的两个表各自包含d变量的真实振幅值和q变量的真实振幅值，并且其中，其他两个表各自包含所述d变量的虚拟振幅值和所述q变量的虚拟振幅值。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

为了生成用于驱动所述电机的设定点变量(w)，能够从特别地仅包含振幅变量的表中读取变量，其中，其他所需的变量根据预定规则来确定。

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