专利名称：用于张紧机构的受控电动电机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于具有多个电动电机的电驱动装置的磁场定向调节 方法，例如为了实现特别是用于缆索和/或传动装置的张紧机构。针对 所述调节而测量多相的电机实际电流。该测量值以依赖于转子磁场角 或磁通角地方式，变换到与转子相关的d、 q坐标系统中，成为纵向电 流分量和横向电流分量。将所测量的横向电流分量与电流理想值的预 定横向电流分量进行比较，以由此获取用于电机电流调节装置的预定 值。
此外，本发明还涉及特别适于执行该调节方法的电动电机系统， 其具有至少两个分别多相可驱动的电动电机。此外，本发明还涉及位 置调节器和/或速度调节器用于磁场定向地调节电驱动装置，所述电驱 动装置特别适于在前述的调节方法或者前述的电动电机系统中使用。
另外，本发明还涉及运行方法，用于启动张紧驱动装置以及为其 设置的电动电机系统。
背景技术：
针对线控驱动转向装置(Steer-By-Wire-Lenkanlage) (DE 101 03 667 Al)提出了一种设有两个电动电机的转向致动器。电动电机的小 齿轮作用于传动齿轮，传动齿轮例如驱动其上固定有方向盘的转向柱 或者齿条式转向传动装置。若致动器仅需生成很小的力矩，那么可以 这样控制两个电动电机，即，它们相对张紧，进而在小齿轮和传动齿 轮之间的咬合不存在间隙。如果小齿轮和传动齿轮的齿面相互无间隙 贴靠，即可以保证上述情况。通过使得两个电动电机的旋转方向彼此 相对定向，借助适当控制两个电动电机就可以完成传动齿轮的无间隙驱动。此外建议，两个电动电机各自设有转子位置指示器，以通过冗 余预先防备两个电动电机之一出现可能的故障。
发明内容
相对于此，为能有效控制多电机式电驱动装置，提出了在权利要 求l中给出的调节方法。在独立权利要求ll中给出适于执行该调节方法 的电动电机系统。此外，在整个创造性思想下诞生的位置调节器和/或
速度调节器在独立权利要求22中限定。本发明的可选的、有利的构造 实施例由从属权利要求获得。
本发明包括以下基本思想，S卩，两个同步电机具有以串联方式联 接的相绕组，并且在此它们的两个磁极轮和转子磁通以相位偏移或者 角偏移相对转动。这两个同步电机根据本发明的使用用已经为提高效 率做出贡献，这两个同步电机以有效可控性、高效率、大功率因数以 及同时小的结构体积而著称，这对于如在张紧机构中的伺服应用来说 是有优点的。特别地同步机器以通过转子安设的回转主磁场而著称， 并且磁链更多地基于安装在转子表面上的永磁体，并且这些永磁体还 将引起近似恒定的转子磁通，这使得可调节性变得容易。
在根据本发明的方法中，这两个同步电机的磁极轮或者转子借助 它们的磁链或者其它磁取向以角度偏移，以使得同一个相电流可以在 一个电机中作为形成磁通的(纵向)电流分量起效并且可以在另一个 电机中作为形成扭矩的(横向)电流分量起效。相位偏移或者角偏移 被限定为与静止的或者说不动的坐标相关，特别是与关于定子的坐标 系相关。
由此得到根据本发明的另一个方法特征，即，这两个同步电机由 共用的变流器供应总是相同的相电流。由此在显著节省构件情况下， 仅还需要唯一一个变流器，特别是变频器或者逆变器。在根据本发明的调节的范围内，预张紧力矩理想值/调整值或者说 张紧力矩理想值/调整值是预定的， 一方面其被叠加到电流理想值横向 电流分量。另一方面，该预定张紧力矩调整值通过变号也被拟用作为 电流理想值的纵向电流分量。该纵向电流分量基于在第二同步电机中 的磁通的所述角偏移作为形成扭矩的横向电流分量起效，然而在第二 电机中，现在外加给第一电机的横向电流分量在第二电机中获得形成 磁通的纵向电流分量的结果。
因此可以达到电动电机的协调且相互协同的运动特性，这对于实 现目的在于通过传动装置或者缆索消除间隙的张紧机构是特别合适 的。运动过程的协调基于通过角偏移联接同步电机的各个磁链，其中， 同一个相电流在一个电机中归属于横向电流分量功能而在另一电机中 归属于纵向电流分量功能。
为简化调节技术性开销而力争在连续运行中恒定保持同步电机转 子相应的磁通的角偏移或者恒定保持针对预张紧力矩的调整值。由此 两个同步电机的相应的相电流可以容易地并且目标明确地匹配于预定 理想值。
在整个创造性思想范围内的同步电机系统以其串联连接方式著 称。这由此可以实现，即，第二同步电机通过其相绕组的起始端与第 一同步电机相绕组的末端部连接，该第一同步电机又通过其相绕组的 起始端与变流器连接。这样就获得了两个同步电机与共用的变流器的 联接。通过这种串联连接方式由变流器(特别是逆变器)、第一同步 电机和第二同步电机实现了根据本发明的方法特征，g卩，相同的相电 流流经两个电机。在此，两个同步电机中仅一个直接与共用的变流器 连接。相应地，同步电机通过其相绕组相互串联地这样联接，即，每 个同步电机由共用的变流器供应同一个相电流。
重要的是，两个同步电机的磁极轮或者转子的磁取向不是同相的，而是相互之间借助偏移角来偏移。这个偏移原则上可以在0。和±180 °之间，这样例如位于±45° 。在实践中，首先示出作为最佳方案的90 °的角偏移。
基于本发明机械联接用于实现在两个同步电机的磁链或者磁取向 之间的相移或者角偏移，这种机械联接例如通过在转子或者磁极轮之 间的缆索或者传动装置来实现。同时，相移或者角偏移的实现对于根 据本发明应用"机械张紧装置"的情况是有效率的，这是因为机械联 接可以通过待张紧的牵引索件或者齿轮或者其他驱动装置构建。如果 牵引索或者驱动装置被张紧了，那么就固定或者说限定了在同步电机 的转子之间的机械联接进而也由此固定或者说限定了同步电机的磁链 或者磁取向之间的角偏移。
根据本发明的基本原理不仅公开了具有仅一个逆变器或者变流器 的两个电动电机驱动装置的构成方式，而且因此还公开了，在两个同 步电机中仅一个设有用于识别位置的装置(传感装置和/或电机模型 (Motormodell))。由此最终获得节省构件进而廉价的另一发明构成 方式，即，控制逆变器的调节器在驱动调节回路中配属给两个同步电 机。附加的构件节约和成本节约可以与提高技术可靠性相关联地实现。
另一问题在于，上述张紧驱动装置在无电流的初始状态处于非限 定状态。两个同步电机的磁极轮可以彼此相对自由旋转，而在两个磁 极轮之间不存在优选是90。的所希望的相偏移。在未被制动的系统中， 在无电流状态下，待张紧元件可以通过外力或者力矩进入非限定位置。 机械制动是成本高昂的，其必须与另外的驱动系统一起被监视和评估。 这也就提出下述任务，即，在启动张紧驱动装置时实现在两个同步电 机的磁极轮之间构建所希望的相移。
解决办法参见权利要求5中说明的运行方法。可选的另一有利构成 方式由从属权利要求给出。适合的应用用于张紧具有间隙的机器元件和机器系统(如传动装置、机械引导的传递元件和联接元件)的开 启方法，优选具有间隙反转和运动反转装置(Spiel- und B ewegimgsumhkehr )或者在未张紧状态下未占据明确确定位置的系统。
根据本发明的运行方法被设计用于驱动装置，用以张紧弹性或者 具有间隙的对象，通过在对象处，至少两个多相可驱动的电动电机 以相反的力形成互动。使用调控电动电机的控制装置和/或调节装置， 为了将张紧驱动装置从停止状态或者说无电流的断电状态启动或者说 开启，首先仅控制两个电动电机中的一个去进行张紧运动，直至控制 装置和/或调节装置识别到预定的第一停机判据为止。随后控制第二电 动电机去进行张紧运动，直到控制装置和/或调节装置识别到预定的第 二停机判据为止。根据本发明的用于从无电流状态调节地启动驱动系 统(由驱动电机和张紧电机组成)的方法包括以下步骤首先生成张
紧力矩，以将待张紧的元件带入到限定位置；之后过渡至设置的运行中。
根据另一构成方式，在控制第一电动电机或第二电动电机时，相 应的另一电动电机将被短接和/或此外与控制装置和/或调节装置断开 联接。事实上于是，被短接的三相交流电机如电动力制动装置一样运 作。与此相应地，当控制电动电机之一时，相应另一电动电机通过其 相绕组的短接而被应用为电动力制动装置。在根据本发明的运行方法 中适当的是，将电机电流的提高和/或预定电机旋转位置的抵达和/或预 定时间长度用作为停机判据。根据本发明的具有多个电动电机的系统 的可达到的优点或者相应运行方法的优点在于，通过单独的逆变器单 独控制两个串联连接的电机。通过电机绕组的可简单实施的短接来获 得有效的制动力矩。
与根据本发明的运行方法相关联，适当的是，在相应的具有多个 电动电机的系统中， 一个或两个同步电机的相绕组设有开关装置，其 被布置用于使一个或两个电动电机与控制装置和/或调节装置断开联接。
根据独立权利要求13与本发明功能匹配的调节结构包括用于生成 预张紧力矩调整值或理想值以及张紧力矩调整值以及理想值的装置。 调整值以及理想值的输出一方面被叠加到针对电机力矩的已知的调节 器输出；另一方面，张紧力矩调整器输出经过变号，符合要求地经过 电机磁链的倒数加权之后，被作为纵向电流分量，用于后续的处理过 程。这样就可以借助测得的实际值对它进行针对纵向电流分量的理想 值/实际值比较，并且将调节偏差按照已知方式输送给电流调节器。分 别由纵向电流调节器或者横向电流调节器产生的d调整电流或者q调整 电流在一个同步电机内起到形成磁通的作用而在另一同步电机内起到 形成扭矩的作用。
在可选的、有利的本发明构成方式中，横向电流理想值输出端和 纵向电流理想值输出端分别设有限制器环节，特别是在应用"张紧机 构"情况下，可以提高技术可靠性和运行安全性。限制器环节被构成 用于分别将所属的理想值输出限制到具有统一符号的范围内。根据本 发明，所述两个理想值输出的符号借助限制器环节相互保持相反。由 此所达到的优点在于，可以始终保证机械联接，进而保证在两个同步 电机的磁链之间的相移或偏移角，以使得同一个相电流在一个同步电 机内可以起到形成扭矩的作用而在另一同步电机内可以起到形成磁通 的作用。此外，在应用情况"张紧弹性带或其它软缆索"下，以高运 行安全性排除松垂情况。
为了使电机扭矩区域可以被尽可能完全充分地利用，因此提出构 成根据本发明的速度调节器，电机扭矩调整值指示器和/或理想值指示 器的输出不仅被输入给横向电流理想值分量的支路，而且还优选全部 输入给纵向电流理想值分量的支路。在该思想的具体实施方案中为此 设有求和环节，在该求和环节的两个输入端输入电机调整力矩和将预 张紧力矩带有负号地输入。通过与磁链值(其根据特殊技术情况的状况确定)的倒数加权从差值中导出纵向电流分量。在该特别有利的构 成方式中，通过处理和应用电机力矩调整值(其不仅用于生成和给出 横向电流理想值分量而且还用于生成和给出纵向电流理想值分量)， 可以在两个方向上开动或者控制或者取用尽可支配的力矩调整范围的
100%。
根据本发明另一有利构成方式，将预张紧力矩调整到相当于最大
可能的电机力矩的大约50%。由此一来，即便在没有对上述电机力矩调 整值的分支的情况下，也可以允许在纵向理想值分量内在两个方向上 控制或者调适最大可能的电机力矩的至少大约50%。
从本发明优选的实施方式的如下描述以及附图中得出基于本发明 的其它细节、特征、组合特征、优点和效果。这将以相应的示意图示 出
图l示出根据本发明用于张紧和定位牵引索的应用的设备技术原
理图2示出根据本发明用于张紧齿轮传动装置的应用的设备技术原
理图3示出张紧驱动装置的电气系统； 图4示出匹配于本发明功能的调节结构的框图； 图5示出匹配于本发明功能的另一调节结构的框图； 图6a至6c示出不同运行情况的电流矢量图和磁通矢量图，其中a)
示出静止状态的运行情况，b)示出关于图l向左加速的运行情况，c)
示出关于图l向右加速的运行情况；
图7示出用于执行运行方法的电动电机系统；
图8示出按照运行方法采取措施的设备电路图，例如对于张紧驱动
装置的启动过程；
图9示出用于执行运行方法的另选的电动电机系统，其中1.) Sl 闭合、S2断开，由此仅可控制M1; 2.) Ml (有指示器)运行至在先的位置(切断电流前的位置)；3.) Sl断开、S2闭合，由此仅可控制M2， 并且M1在短接运行中；4.) M2 (以"无传感器"的方式运行)牵弓|， 直至M1 (有指示器)稍稍运动；5.) KTY:温度传感器。
具体实施例方式
根据图l，两个同步电机M1、 M2的相应的(未示出的)转子通过 可应用于不同目的的牵引索l来机械联接。如果两个同步电机M1、 M2 以互相相反的扭矩控制(参见下方)，那么通过同步电机M1、 M2的相 应转子就向牵引索l端部提供相反的加速度bl、 b2。由此导致张紧牵引 索l (例如牵引绳或牵引带)的结果，以避免同步电机M1、 M2之间出 现松垂。此外，同步电机M1、 M2的相应转子通过张紧彼此固定在其角 位置上。根据本发明该固定这样实现，即相应的磁链T^、 Tm2 (参见 图6)相互具有相移或优选为90。的角偏移。为了允许两个同步电机的 调节驱动，同步电机中的一个或者两个设有位置指示器2，其中，位置 指示器2仅探测两个同步电机M1、 M2中的一个就可以基本上满足本发 明的基本原理。
根据图2，两个同步电机M1、 M2，通过与其相应转子联接的齿轮， 形状配合地与中间齿轮3啮合，以张紧齿轮传动装置。但是齿轮啮合大 多在齿面之间带有不希望的间隙，这使定位精度受到消极影响。为了 减少齿轮间隙或者避免齿轮间隙，再次向两个同步电机M1、 M2提供相 反的扭矩或加速度bl、 b2。由此实现相互啮合的齿轮的对置齿面无间 隙地直接相互贴靠，也就是被张紧。这样将再次出现同步电机转子相 互明确地固定在其角位置中。此外，在这里该实施方式相应地适用于 图l。
根据图3，两个同步电机M1、 M2 (优选具有相等的额定电流)串 联布置并且由共用的变流器4 (例如逆变器)供电。另外，第一三相交 流同步电机Ml的电机相绕组Wu!、 WV1、 Wwi的起始端与变流器相接口 U、 V、 W直接连接。同步电机M1的电机相绕组的末端部相应于串联连接方式与第二同步电机M2的电机相绕组Wu2、 WV2、 Ww2的起始端直接
连接。第二同步电机M2的相绕组末端部根据图3以星形联接方式共同结 合，但是也可以以三角形联接方式连接。唯一的变流器4由调节装置5 控制，该调节装置5共同配属于两个同步电机M1、 M2。
根据图4，调节装置5以其被公知的方式包括速度理想值/实际值比 较环节6、跟着安排的转速调节器7以及电流调节器9，转速调节器7优 选实施为PI调节器并且在其输出端上设有限制器8。用于横向电压分量 和纵向电压分量usq^ef、 usdjef的电流调节器9的输出端用来控制后接 的脉宽调制器PWM，如其被公知的那样脉宽调制器PWM用于控制变流 器或者说逆变器4。
装置IO (接下来被称为"横向电流理想值调整器"10)布置在速 度调节器7和电流调节器9之间，以导出横向电流理想值分量isq—ref，并 且横向电流理想值调整器10之后紧跟着布置有横向电流理想值/实际值 比较环节ll，其中，速度调节器7在输出端提供用于电机扭矩的理想值 或调整值m一ref。在根据图4的实施例中，横向电流理想值调整器10包括 乘法环节12以及后接的正限制器13，其中，乘法环节12用于将输进去 的电机力矩调整值m—ref以磁链Y的倒数加权。该正限制器13将从乘法 环节12出来的横向电流理想值分量isq一ref限制在正号范围内。
此外，预张紧力矩调整器14布置在转速调节器7或者说电机力矩调 整器7、 8和电流调节器9之间，电机力矩调整器7、 8由转速调节器7的 输出端和限制器8组成，预张紧力矩调整器14的输出一方面输送给第一 求和环节15。求和环节15的第二输入端与电机力矩调整器7、 8的输出 端连接。另一方面，预张紧力矩调整器14的输出端经过变号环节16与 纵向电流理想值调整器17连接，纵向电流理想值分量isd一ref通过纵向电 流理想值调整器17的输出端被输送给纵向电流理想值/实际值比较环节 18。纵向电流理想值调整器17同样具有乘法环节12以及输出端侧的负 限制器19，其中，乘法环节12用于将预张紧力矩调整值以磁链甲的倒数加权。负限制器19以与上述正限制器13相似功能的方式将从乘法环节 12出来的纵向电流理想值isd—ref限制在负号范围内。
通过两个正限制器或负限制器特别是在应用"张紧机构"情况下 可以保证在第一同步电机M1和第二同步电机M2中产生相应扭矩的电 流分量具有相互相反的符号或者说两个电机M1、M2为张紧以其扭矩相 互抵抗工作。另外，与根据图4的实施例相应，预张紧力矩调整器14被 调整或者说设置为用于预张紧力矩biasJorque的恒定调整值的输出。适 当的是，恒定调整的预张紧调整值大约为最大电机力矩的50%，以便还 能够保留50%的电机力矩调整区域用于控制或调节取用尽。
根据图5在电机力矩调整器7、 8和电流调节器9之间还附加布置有 第二求和环节20，以将可使用的电机力矩调节区域提高至大约100%， 带有负号的预张紧力矩调整器14的输出输送给第二求和环节20的一个 输入端。电机力矩调整器7、 8或电机力矩调整值m—ref的输出在没有变 号的情况下输送给第二求和环节20的另一输入端。第二求和环节20的 输出输送给纵向电流理想值调整器17 (参见上方)。因而由转速调节 器7给出的电机力矩调整值就其数量而言的全部不仅可以应用于横向 电流理想值调整器10也可以应用于纵向电流理想值调整器17。预张紧 力矩bias—torque的调整值通过第一或第二求和环节15、 20相加或相减地 叠加。在根据图4的实施例中获得-50%至+50%的加速度的可调整的力 矩范围，与此同时，借助根据图5的实施例达到-100%至+100%的加速 度的可调整的力矩范围。适当的是，在根据图5的实施例中，预张紧力 矩调整器14被实施为可从外部进行调整。
根据图6a-c，第二同步电机M2的磁链甲m2通过根据图l和图2的机械 联接朝向先前的旋转校准方向相对于第一同步电机Ml的磁链^m电滞 后移位大约90。。定子电流分量(即第一或第二同步电机M1、 M2的横 向电流分量iqi、 iq2和纵向电流分量icu、 id2)在针对运行情况a-静止状态、 b-根据图l向左加速以及c-根据图l向右加速的场坐标中示出。假设两个同步电机M1、 M2是大约100n/。的磁性对称，图4的实施例的力矩(力矩 可调整范围±50%)针对三个运行情况a、 b、 c如接下来那样计算。
运行情况a-静止状态
如果两个同步电机M1、M2扭矩就其数量而言是相同的但相互相反 定向(即具有相反符号)，那么就获得静止状态。此外，预定值"扭 矩0"由根据图4的电流调节器给出。因此不仅为横向电流理想值调整 器10而且为纵向电流理想值调整器17 (后者具有相反符号)分别仅导 入针对预张紧力矩bias—torque相等大小的调整值。在同步电机M1、 M2
的定子内产生的形成扭矩的横向电流分量iqi、 iq2虽然按照大小是相同 的，但具有相反符号。因此通过相应的向量积Y組Xiq,(用于第一同步 电机M1)和屮M2Xiq2 (用于第二同步电机M1)，获得彼此反向的大小 相同的扭矩，由此导致静止状态。
运行情况b-关于图l向左加速
通过在第一求和环节15内将电机力矩调整值累加至预张紧力矩 bias—torque的值上，由于通过转速调节器7生成的并且通过电机力矩调 整器7、 8给出的电机力矩调整值m^，根据图4向横向电流理想值调整 器10提供预定值以提高横向电流理想值分量。由此明显提高的横向电 流理想值分量isqje依第一同步电机Ml中表现为具有相应的扭矩上升
的提高的横向电流iql (参见上述，与Ym的向量积)，与此同时，该提 高的电流分量在第二同步电机M2中仅作为形成磁通的分量id2而工作。 因此第一同步电机M1带来比第二同步电机M2更高的扭矩，导致牵引索 l的左向运动，该扭矩最大可以是第二同步电机M2的扭矩的二倍。
运行情况c-关于图l向右加速
由于来自电机力矩调整器7、 8的具有负号的相应的电机力矩调整 值输出mref，在与横向电流理想值调整器10内正号的预张紧力矩预定值 相加之后，获得就其数量而言显著降低的横向电流理想值分量，在图
6C中通过用于横向电流分量iqi的相应縮短的矢量指针形象地示出了该横向电流理想值分量。该电流分量在第二同步电机M2中作为形成磁通 的纵向电流分量id2而工作。在旁边以虚线显示的是电流矢量或电流指
针，其对应于恒定调整的预张紧bias一torque。该电流矢量通过其被输送 给纵向电流理想值调整器17而在第二同步电机M2的恒定保持的形成扭 矩的纵向电流分量iq2中反映出来(相应的电流值在第一同步电机M1中 仅应用来形成磁通)。在此情况下由第一同步电机M1带来的扭矩仅为 由第二同步电机M2带来的扭矩的一小部分，其仅归因于被固定地调整 的预张紧力矩调整器14。
根据图7，在第一或者第二电机M1、 M2中，第二电机M2的绕组 W2被短接，第二电机M2未设有位置指示器G或者说位置传感器。短接 通过布置在两个电机M1、 M2之间的开关系统S2的操控来实现。开关系 统的各个开关元件与绕组W2的端部相互连接。仅具有指示器G的电机 Ml仍保持连接在逆变器上。本发明的基本思想在于，两个电机中的一 个在起始阶段短接或者说此外与控制装置或调节器断开联接，由此另 一电机可以以不依赖于被短接或断开联接的电机的方式被控制和运 转，直至识别到电机控制装置的第一停机判据为止。
启动方法短接的电机M2以和制动器一样的方式运作。具有现在 以星形联接方式连接的相绕组端部位置指示器G的另一电机或者说第 一电机M1被如普通的伺服电机那样控制并且一直运转至确定位置，直 至可以确定通过电机的升高的电流为止(例如通过电机调节器)。如 果电流强度被明显提高，就意味着，出现了增强的作为负载的反作用 力矩，例如由于短接的和制动的电机M2 (停机判据)。这还意味着， 张紧对象(例如传动装置或牵引绳l)被张紧。牵引绳1的端部分L1、 L2在图8中以虚线表示的部分松垂将被去除。
另选的启动方法首先，在第二电机M2短接的情况下，具有指示 器G的第一电机M1如伺服电机那样运转至确定的、预定的旋转位置(第 一停机判据)。张紧对象现在是否张紧还是不重要的。在第二步骤中，第二电机M2解除短接(例如通过分离布置在两个电机M1、 M2之间的 开关系统S2)并且一直运转直至可以确定通过第一电机M1的升高的电 流为止(第二停机判据)。这意味着，提高的力矩应被克服，并且张 紧对象被张紧。
根据图7，在起动时无指示器的电机M2被短接。之后电机M1—直 运转直至确定了升高的电流(停机判据)。当电机M1必须强力拖拽时， 例如抵抗作为短接制动装置作用的电机M2，那么就会出现该升高的电 流。根据图7的实施例虽然已经表达了本发明的基本原则，但是还存在 一些缺点，例如在图8中描述的关于弹性牵引绳1。
在图8中描述的牵引绳1上标出中间部分A，其不允许被调位或偏 移。该部分A位于端部分L1、 L2之间，首先端部分L1、 L2在开始阶段 经常松弛地松垂。在起动的第一步骤中，具有指示器的电机M1相应地 如伺服电机那样运转到确定位置(例如在断电之前的终点位置)上(第 一停机判据)。松弛地悬垂的牵引绳端部分L1、 L2 (在图8中以虚线表 示)可以被张紧，但却不必被张紧。
根据本发明的起动方法的另一改进方法在电机M1中，可以基于 电机M1的位置指示器G存储端部位置，(该端部位置是在先前断电时 占据的)，电机M1在该端部位置被断电。在重新通电时，首先这个先 前的端部位置被再次起动(第一停机判据)。在这里，起初松弛的第 一端部分L1也被重新张紧。在这里，另一松弛的端部分L2还可以保持 松弛；其与电机M2 (无指示器)联接。
根据图8在张紧机构中存在这样的要求，即中间部分A不沿纵向来 回移动，而是保持紧绷。该缆索终结在两个松弛部分L1和L2内。基于 本发明的改进现在见下文(也参见图9及其文本)
首先根据图9闭合第一开关系统S1，结果，电机M2a (无指示器) 的绕组W2被旁通。为此，第一开关系统S1的开关元件配属给各个相绕组。这使得仅带有指示器G的电机M1仍被控制。其被这样控制，即伺 服电机M1返回运转直至之前离开的端点(第一停机判据)。在此，松
弛端部分L1将被张紧。中间部分A不允许被移动或偏移。第二松弛端部 分L2首先保持松弛。现在在下一步骤中，第一开关系统S1断路，而闭 合布置在两个电机Ml、M2a之间的第二开关系统S2或者说在相U2、 V2、 W3之间的第二开关系统S2的开关元件。之后第一伺服电机M1被短接并 且作为电动力制动装置起作用。这样的优点在于该一个端部分L1保持 张紧。这对于第二"特殊电机"M2a的任何形式的位置识别也是适当的， 即便假如其具有附加的传感器，或者假如其采用按照软件方式的嵌入 法和/或电机模型(所谓的"无传感运转")。特殊电机M2a (也称为 "从动机")现在将一直运转，也就是说经过位置识别沿正确方向一 直运转直至可以通过电流调节装置识别到基于提高的负载力矩的提高 的电流为止(第二停机判据)。之后，张紧机构完全有效的并且启动 过程可以过渡到正常运行状态。
根据图9驱动系统包括驱动电机和张紧电机，其中，两个电机M1 中的一个优选是具有指示器G的标准同步电机。另一 电机例如是特殊电 机M2a，特殊电机M2a的绕组W2的绕组端部例如导出到固定板上。特 殊电机M2a的绕组W2可以通过第一开关系统(Sl)短接或者可以被旁 通。此外，设有第二开关系统(S2)，其使得两个电机之间的连接可 以所有极地短接闭合。该短接优选通过开关元件实现，开关元件被整 合到特殊电机M2a内，以使得在两个电机M1、 M2串联情况下通过短接 连接，电机M1或电机M2可以被分开地控制。
第一同步电机、第二同步电机
牵引索
加速度
第一同步电机磁链、第二同步电机磁链 位置指示器
附图标记列表: Ml、 M2
1
bl、 b2
、 ？m2
23 齿轮
4 变流器
wm、 WU2 电机三相交流相绕组
WV1、 WV2 电机三相交流相绕组
Wwl、 WW2 电机三相交流相绕组
U、 V、 W 变流器相接口
5 调节装置
6 速度理想值/实际值比较环节
7 转速调节器
8 限制器
9 电流调节器 usq_ref 横向电压分量 usd_ref 纵向电压分量 PWM 脉宽调制器 m_ref 电机力矩调整值 isq_ref 横向电流理想值分量
10 横向电流理想值调整器
11 横向电流理想值/实际值比较环节
12 乘法环节 甲 磁链
13 正限制器
7、 8 电机力矩调整器
14 预张紧力矩调整器
15 第一求和环节
16 变号环节
17 纵向电流理想值调整器
18 纵向电流理想值/实际值比较环节 isd_ref 纵向电流理想值分量
19 负限制器 bias_torque 预张紧力矩20 第二求和环节
iql、 iq2 第一同步电机M1横向电流分量、第二同歩
电机M2横向电流分量
idl、 id2 纵向电流分量
V 角偏移
G 指示器
M2a 特殊电机
Wl、 W2 电机绕组
Ll、 L2 牵引绳l的端部分
U、 V、 W 相。
权利要求
1. 一种磁场定向调节方法，用于具有多个电动电机的电驱动装置，以实现特别是用于缆索和/或传动装置(1、3)的张紧机构，所述调节方法采用对多相的电机实际电流(U、V、W)进行测量，其测量值以依赖于转子磁场角或磁通角的方式变换到与转子磁通相关的d、q坐标系中成为纵向电流分量和横向电流分量，并且所述实际电流的所述横向电流分量和所述纵向电流分量被与电流理想值的预定的横向电流分量和纵向电流分量(isq_ref、isd_ref)进行比较，具有下述步骤a)使用两个同步电机(M1、M2)作为电动电机；b)所述两个同步电机(M1、M2)的磁极轮或者转子相互这样旋转或者取向以及然后机械联接，即，在它们的磁链(Ψm1、Ψm2)之间或者其它磁通之间形成角偏移(V)；c)所述两个同步电机分别由共用的变流器供应同样的相电流或者说被同样的相电流穿流；d)针对预张紧力矩预定理想值或者调整值，并且将所述理想值或者调整值与从调节器(7)给出的电机力矩调整值(m_ref)叠加，由此导出所述电流理想值的横向电流分量(isq_ref)；e)由所述预定的预张紧力矩调整值(m_ref)带有变号地导出所述电流理想值的纵向电流分量(isd_ref)。
2. 根据权利要求l所述的调节方法，其特征在于，在连续运行中， 所述预张紧力矩调整值(m—ref)和/或角偏移(V)保持恒定。
3. 根据权利要求1或2所述的调节方法，其特征在于，某一电流 分量在所述第一同步电机(Ml)中被应用为形成扭矩的横向电流分量(iql)或者被应用为形成磁通的纵向电流分量(idl)，而分别地同时在 所述第二同步电机(M2)中被应用为形成磁通的纵向电流分量(id2) 或者被应用为形成扭矩的横向电流分量(iq2)。
4. 根据前述权利要求之一所述的调节方法，其特征在于，分别根据数量和相位，在所述第一同步电机(Ml)中的所述横向电流分量(iq。与在所述第二同步电机(M2)中的所述纵向电流分量(id2)相一致， 并且在所述第一同步电机(Ml)中的所述纵向电流分量(idl)与在所 述第二同步电机(M2)中的所述横向电流分量(iq2)相一致。
5. —种运行方法，用于驱动装置，用以张紧弹性对象或带有间隙 的对象，通过在所述对象处，至少两个多相可驱动的电动电机(Ml、 M2)以相反的力形成互动，通过使用调控所述电动电机的控制装置和/ 或调节装置(WR、 G)，其特征在于，为了从停止状态或者说无电流 的断电状态启动或者开启张紧驱动装置，所述两个电动电机之一 (Ml) 将被控制去进行张紧运动，直至所述控制装置和/或调节装置(WR、 G) 识别到预定的、可能是第一停机判据的停机判据为止。
6. 根据权利要求5所述的运行方法，其特征在于，随后控制第二 所述电动电机(M2)去进行张紧运动，直至所述控制装置和/或调节装 置(WR、 G)识别到预定的第二停机判据为止。
7. 根据权利要求5或6所述的运行方法，其特征在于，在控制所 述第一电动电机或第二电动电机(Ml、 M2)时，另一个所述电动电机 总是被短接和/或否则与所述控制装置和/或调节装置(WR、 G)断开联 接。
8. 根据权利要求5、 6或7所述的运行方法，其特征在于，为了 使一个或者两个所述电动电机(Ml、 M2)与所述控制装置和/或调节 装置(WR、G)断开联接，在所述电动电机之一(M1)中，相绕组(W1) 在两个分别的端部优选以星形联接方式或者三角形联接方式短接，而 在另一所述电动电机(M2)中，各个所述相绕组被旁通和/或在它们自 己的两端部处连接。
9. 根据前述权利要求之一所述的运行方法，其特征在于，当控制 所述电动电机(Ml、 M2)之一时，另一个所述电动电机总是通过其相 绕组的短接(Sl、 S2)而被应用为电动力制动装置。
10. 根据前述权利要求之一所述的运行方法，其特征在于，电机 电流的提高和/或预定的电机旋转位置的抵达和/或预定的时间长度被 用作为停机判据。
11. 一种电动电机系统，特别是用于具有缆索和/或传动装置(1、 3)的张紧机构，所述电动电机系统具有至少两个分别多相可驱动的电 动电机，特别是用于执行根据前述权利要求之一所述的调节方法，其 特征在于如下特征a) 所述两个电动电机被实现为同步电机(Ml、 M2)，b) 所述同步电机通过它们的相绕组(Wm、 WU2; WV1、 WV2; WW1、 WW2; Ul、 U2; VI、 V2; Wl、 W2)相互串联连接，c) 所述同步电机(M1、 M2)为了它们的供电与共用的变流器(4) 联接，d) 所述同步电机(M1、 M2)机械地通过它们的磁极轮或者说转 子这样相互联接，即，它们在它们的角位置上相互偏移，和/或它们的 磁链(*ml、 *m2)或者其它磁取向彼此包含偏移角(V)。
12. 根据权利要求11所述的电动电机系统，其特征在于，所述磁 极轮或者说转子的所述角偏移(V)和/或所述磁极轮或者说转子的磁 取向彼此成90度或者位于0度至± 180度之间。
13. 根据权利要求11或12所述的电动电机系统，其特征在于， 在所述转子或者磁极轮之间的机械联接是借助所述缆索或传动装置(1、 3)实现的。
14. 根据权利要求13所述的电动电机系统，其特征在于，所述缆索或驱动装置(1、 3)包括紧绷拖拽的牵引索、或者啮合的且通过 其相互贴靠的齿面而张紧的齿轮。
15. 根据前述权利要求之一所述的电动电机系统，其特征在于， 所述两个同步电机(Ml、 M2)中的一个第一同步电机通过它的相绕组(Wm、 WV1、 Ww。直接与所述变流器(4)连接，而第二同步电机(M2) 由所述变流器(4)通过所述第一同步电机(Ml)间接供电或者说通电。
16. 根据前述权利要求之一所述的电动电机系统，其特征在于， 在那个在同步电机串联中相对于所述共用的变流器布置在最后的位置 上的同步电机中，所述相绕组(WU2、 WV2、 WW2)以星形联接方式或 者三角形联接方式连接，而与此同时，在那个或者那些在串联中不布 置在最后位置的同步电机(Mitl)中，其相绕组(Wu,、 WV1、 WW1) 的起始端和末端部被用于外部连接所述变流器(4)或者相邻的同步电 机(M2)。
17. 根据前述权利要求之一所述的电动电机系统，其特征在于， 为实现驱动调节回路， 一个或者两个同步电机(Ml、 M2)设有用于位 置识别的装置(2)，所述装置(2)的输出被输送给控制所述变流器(4)的调节装置(5)。
18. 根据前述权利要求之一所述的电动电机系统，其特征在于， 包括位置调节器和/或速度调节器(7)的共用的所述调节装置(5)被 配属于所述同步电机(Ml、 M2)，所述调节装置(5)与所述变流器(4、 WR)联接以便控制所述变流器。
19. 根据前述权利要求之一所述的电动电机系统，其中，所述两 个分别多相可驱动的电动电机与共用的控制装置和/或调节装置(WR、 G)联接，特别是用于执行根据前述权利要求之一所述的运行方法，其 特征在于， 一个或者两个同步电机(Ml、 M2)的所述相绕组(Ul、U2; VI、 V2; Wl、 W2)设有开关装置(Sl、 S2)，所述开关装置(Sl、 S2)被布置以使一个或者两个电动电机(Ml、 M2)与所述控制装置和 /或调节装置(WR、 G)断开联接。
20. 根据权利要求19所述的电动电机系统，其特征在于，所述开 关装置(Sl、 S2)完全或者部分构成为在电机绕组(W2)端部旁通所 述电机绕组(W2)的开关(S2)，或者为构成连接不同相(U2、 V2、 W2)的开关(S2)。
21. 根据权利要求19或20所述的电动电机系统，其特征在于， 所述开关装置(Sl、 S2)被构成为是可被所述控制装置和/或调节装置(WR、 G)操控的。
22. —种位置调节器和/或速度调节器，用于磁场定向地调节电驱 动装置，特别是根据前述权利要求之一所述的电动电机系统，所述位 置调节器和/或速度调节器具有至少一个用以计算和给出电机力矩调整 值(mit—ref)的装置(7、 8)，以下称为"电机力矩调整器"，由所 述电机力矩调整器的输出，基于与转子磁通相关的d、 q坐标系，导出 并给出用于后接的横向电流调节器的横向电流理想值分量(iSq_ref)， 其特征在于一种用于生成预张紧力矩调整值的装置(14)，以下称为"预张紧力矩调整器"，所述预张紧力矩调整器的输出一方面与所述 电机力矩调整器(7、 8)的输出连结，且另一方面输送给用于导出用 于后接的纵向电流调节器的纵向电流理想值分量(isd一ref)的装置(17)， 以下称为"纵向电流理想值调整器"。
23. 根据权利要求22所述的调节器，其特征在于，所述电机力矩 调整器(7、 8)的输出和所述预张紧力矩调整器(14)的输出彼此相 加地连结，特别是通过求和环节(15)来连结。
24. 根据权利要求22或23所述的调节器，其特征在于，所述预张紧力矩调整器输出端经由变号环节(-1)与所述用于导出所述纵向电流理想值(isd一ref)的纵向电流理想值调整器(1/f)连接。
25. 根据权利要求22至24之一所述的调节器，其特征在于，附 加于所述预张紧力矩调整器输出端，所述电机力矩调整器(7、 8)的 输出端与所述纵向电流理想值调整器(1/*)的输入端联接。
26. 根据权利要求22至25之一所述的调节器，其特征在于，在 所述纵向电流理想值调整器(17)的输入端上布置求和环节(20)， 由此所述预张紧力矩调整器(14)的输出值与所述电机力矩调整器(7、 8)的输出值相减，并且将减的结果输送给所述纵向电流理想值调整器(17; 12、 1/卞、19)的输入端。
27. 根据权利要求22至26之一所述的调节器，其特征在于，所 述预张紧力矩调整器(14)具有优选外部可操控的输入端，用于调整 预张紧力矩。
28. 根据权利要求22至27之一所述的调节器，其特征在于，所 述预张紧力矩调整器(14)的输出带有变号(16)地输送给求和环节(20)，所述求和环节(20)的第二输入端与所述电机力矩调整器(7、 8)的输出端连接，并且所述求和环节输出端与用于导出所述纵向电流 理想值(isd—ref)的所述纵向电流理想值调整器(17; 12、 1/*、 19) 的输入端连接。
29. 根据权利要求22至28之一所述的调节器，其特征在于，所 述横向电流理想值输出端和所述纵向电流理想值输出(isq_ref、 isd-ref) 分别配备有限制器环节(13、 19)，所述限制器环节(13、 19)被构 成为用于将所述输出限制在具有彼此相反的符号的范围内。
30. 根据权利要求22至29之一所述的调节器，其特征在于，所述预张紧力矩调整器(14)如此调整和/或构成，g卩，在用于导出横向 电流理想值(isq_ref)和/或纵向电流理想值(isd_ref)的所述装置(10、 19、 1/*)的各个输入端上给出与最大可能的电机力矩的50%或者大约 50%相应的调整值。
全文摘要
用于具有多个电机的驱动装置的磁场定向调节方法、运行方法及执行该调节方法的用于张紧机构的受控电动电机系统。测量电机实际电流，将测量值变换到d、q坐标系中成为纵向-和横向电流分量，比较它们与电流理想值预定横向-和纵向电流分量；用两个同步电机，使其转子相互旋转及然后机械联接，使得在其磁链之间形成角偏移；两个电机分别由共用变流器供应同一相电流；预定预张紧力矩调整值，将其与从调节器给出的电机力矩调整值叠加，由此导出电流理想值横向电流分量；由预张紧力矩调整值带有变号地导出电流理想值纵向电流分量。为了启动驱动装置，两个电机之一被控制去进行张紧运动，直至所述控制装置和/或调节装置识别到预定的、停机判据为止。
文档编号H02P21/00GK101453189SQ20081016809
公开日2009年6月10日 申请日期2008年9月27日 优先权日2007年9月27日
发明者维克托·巴林贝格, 蒋金生 申请人:包米勒公司