用于运行电机的方法与流程

本发明涉及一种用于运行电机的方法和一种用于运行电机的系统。

背景技术：

电机可以针对第一电参量具有多个相，它们可以通过脉宽调制相对彼此调整。但是第二电参量的值仅仅可以在确定的时刻测量并且因此不能够持续地测量。

技术实现要素：

在这个背景下提出一种具有独立权利要求的特征的方法和系统。由从属权利要求和说明书中得知该方法和系统的设计方案。

按照本发明的方法被设置用于控制具有三个相的电机的运行，其中，针对三个相的电参量的脉冲，实施脉宽调制。根据电机的机电部件相对彼此的位置，针对三个相中的第一相第一电参量具有的脉冲脉宽最长，针对三个相中的第二相第一电参量具有的脉冲脉宽中等，针对三个相中的第三相第一电参量具有的脉冲脉宽最短。此外，脉宽调制的周期由两个时刻——即在周期开始时的时刻和在周期结束时的时刻——来限定。在所述方法中，所述三个相的第一脉冲被移向限定周期的两个时刻中的第一时刻，所述三个相的第二脉冲被移向限定周期的两个时刻中的第二时刻，而所述三个相的第三脉冲保持不变。第二电参量的至少一个值在周期期间在至少一个测量窗内被测量。

在该方法的范围中，作为电参量，考虑电压以及电流。如果在设计方案中将电压限定为第一电参量，那么，作为第一电参量的电压，作为该电压的脉冲，三个电压脉冲中的两个电压脉冲被移动。在这种情况下，可将电流限定为第二电参量并且在测量窗内以及在电压脉冲内或期间进行测量。也可以设想，将电流限定为第一电参量和将电压限定为第二电参量。

为此在设计方案中设置不同的变型方案，即三个脉冲的哪两个脉冲被移向、特别是移动到限定周期的两个时刻中的一个时刻，和哪一个脉冲保持不被移动。可能的变型方案借助于下面的表1示出:

表1

通常两个时刻中的第一时刻是周期开始的时刻，两个时刻中的第二时刻是周期结束的时刻。

在运行电机时电机的两个机电部件相对运动，一般地是转动，其中，依据电机的运行方式和/或设计方案的不同情况，电能被转换成机械能或机械能被转换成电能。两个机电部件中的一个通常被设计成定子和另一个被设计成转子和/或被称为定子和转子。此外，两个机电部件中的一个包括永磁体和另一个包括线圈，它们在要实施的能量转换中通过电磁场相互作用。如果两个机电部件相对转动，那么它们相对彼此的位置取决于角位置或者说角度位置。在电机运行期间相的脉冲的脉宽的长度依赖于位置和/或角度位置例如以排列(permutativ)的方式变化。

通常第一电参量，也就是说或者电压或者电流，的脉冲被移动。此外用于电机的一个中间电路的第二电参量，也就是说通常或者电流或者电压，的至少一个值被测量。

限定至少一个测量窗的一个时刻被设置在限定周期的两个时刻中的一个时刻上。因此测量窗在周期开始的时刻开始或在周期结束的时刻结束。一般地使用两个测量窗，即一个在脉宽调制的周期结束时和一个在脉宽调制的周期开始时，其中，在开始时的测量窗中，被移向、特别是移动到开始时的时刻的脉冲的值被测量，和在结束时的测量窗中，被移向、特别是移动到结束时的时刻的脉冲的值被测量。中等脉冲的值由该两个另外的脉冲的值计算出来。

本方法被实施用于设计成电动机和/或发电机的电机。本方法也适用于不仅要作为发动机而且要作为发电机运行的电机。

作为第二电参量，通过电机流动的电流被控制，该电流流过相中的至少一个相和/或中间电路，其中，作为第一电参量的电压的相应的相的两个由电压脉冲形成的脉冲被移动，电流的至少一个值在至少一个测量窗内被测量。

如在表1中例如按照第一变型方案规定，最长脉冲被移向、特别是移动到周期开始的时刻，最短脉冲被移向、特别是移动到周期结束的时刻。备选地，按照第三变型方案，最长脉冲被移向、特别是移动到周期结束的时刻，最短脉冲被移向、特别是移动到周期开始的时刻。按照这两个变型方案，最长和最短脉冲在脉宽调制的范围中以布置在边缘的形式被移向、特别是移动到相应的、限定周期的时刻和/或被适配或被调整到所述相应的时刻。相反，中等脉冲，它的位置在周期期间未改变或者说保持不变，是居中布置的。在其它的借助于表1介绍的变型方案中相应地进行处理。

此外在考虑至少一个被测量的值的情况下下检查并由此控制和/或调节电机的运行。

按照本发明的系统或相应的用于控制具有三个相的电机的运行的装置包括微控制器和至少一个传感器。在此，微控制器被设计用于，针对三个相的第一电参量——或者电压或者电流——的脉冲，实施脉宽调制。相应地根据电机的机电部件相对彼此的位置，第一电参量对于三个相中的第一相具有的脉冲具有最长脉宽，第一电参量对于三个相中的第二相具有的脉冲具有中等脉宽，第一电参量对于三个相中的第三相具有的脉冲具有最短脉宽。此外，脉宽调制的周期通过两个时刻，即在周期开始时的时刻和在周期结束的时刻，来限定。微控制器此外被设计用于，将三个相中的第一脉冲移向、特别是移动到限定周期的两个时刻中的第一时刻，将三个相中的第二脉冲移向、特别是移动到限定周期的两个时刻中的第二时刻。至少一个传感器被设计用于，在周期期间在至少一个测量窗内测量第二电参量的至少一个值。

在一设计方案中，系统只有一个用于测量第二电参量的至少一个值的传感器。一般地，该至少一个传感器被设计成测量电阻。

微控制器此外被设计用于，异步地移动第一电参量的要移动的脉冲。

通过实施该方法，可以控制电机，通常是电动机或必要时是发电机。在此情况下通过适配第一电参量，例如电压或电流，的相的脉冲，通过借助于唯一的测量电阻或测量分流器的脉宽调制，可以重构第二电参量，例如电流或电压，的相、并由此实现相电流重构或相电压重构。

在此情况下，可以适配对作为用于电机的示例的电驱动装置的检查和由此控制和/或调节。此外可以在不限制对电机要实施的检查的情况下节省一个测量分流器、并由此节省一个用于测量电流或电压的部件并且提高电机的耐用性。

本发明的其它的优点和设计方案由说明书和附图中得出。

不言而喻，上面所述的和以下还要解释的特征不仅可以在各个给出的组合中使用，而且可以在其它的组合中或者单独地使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

本发明借助于实施方式在附图中示意地示出并且参照附图示意地和详细地进行描述。

图1示出用于电机的电压矢量的示意的空间矢量图。

图2示出按照现有技术的具有用于设置用于测量作为电参量的电流的测量窗的示例的简图。

图3示出具有用于测量作为电参量的电流的测量窗的简图，如这些测量窗在按照本发明的方法的实施方式中设置的那样。

图4在示意的图示中示出一个电系统的实施方式，借此可以实施按照本发明的方法的实施方式，以及关于作为电参量的电压的变化的简图。

具体实施方式

下面相互关联地并且在整体上对附图进行描述，相同的附图标记表示相同的部件。

图1中的用于说明电机的作为第一电参量的电压的电压矢量12的变化的空间矢量图10在此处包括一个六边形，该六边形被划分成第一区段1，它在此处覆盖0°至60°的角度位置，第二区段2，它在此处覆盖60°至120°的角度位置，第三区段3，它在此处覆盖120°至180°的角度位置，第四区段4，它在此处覆盖180°至240°的角度位置，第五区段5，它在此处覆盖240°至300°的角度位置，和第六区段6，它在此处覆盖300°至360°的角度位置。在此情况下，给出的角度位置涉及电角度。电压矢量12从六边形的中心点开始，如通过弯曲的箭头14表示的那样，该电压矢量在电机运行期间转动和在此规则地相继通过六个区段1，2，3，4，5，6。位置、在此处是电压矢量的角度位置，取决于电机的两个机电部件的相对位置或角度位置。

为了借助于唯一的测量电阻或者说分流器和由此仅仅一个用于电流测量的传感器在此处作为电动机设计的三相电机的中间电路中测量电机的作为第二电参量的电流，和/或为了对其进行控制，或者一个相或者两个相被并联地接通。在此在测量电阻中或由测量电阻测量的、作为第二电参量的电流各对应于三个相中的一个相。电机的功率电子装置包括多个电子开关元件，在此处三个高压侧(highside)开关元件和三个低压侧(lowside)开关元件。如果或者全部三个高压侧或全部三个低压侧开关元件被接通，那么在中间电路中没有电流流动。电子开关元件或者由mosfet或者说金属氧化物半导体场效应晶体管或者由igbt或者说(绝缘栅)双极型晶体管构成。因此功率电子装置例如包括三个高压侧和三个低压侧mosfet或三个高压侧和三个低压侧igbt。

在表2中，与针对不同的接通可能性的三个流过相的电流i1(用于第一相)，i2(用于第二相)，i3(用于第三相)相对应地——它们在表2的左列中通过接通矢量(a，b，c)给出，在右列中示出流过中间电路的电流iz的值。在此情况下，为第一相分配单位矢量a，为第二相分配单位矢量b和为第三相分配单位矢量c。如果对于在左列中的单位矢量a，b，c的一个值给出值1，那么相应的相所对应的高压侧开关元件被接通。如果对于在左列中的一个单位矢量a，b，c给出值0，那么相应相所对应的低压侧开关元件被接通。因此表2示出一个用于电子开关元件的接通可能性和通过中间电路流动的电流iz的由此产生的值的示例，电流iz在此处依据电子开关元件的位置的情况对应于三个相电流i1，i2，i3之一的正的或负的值。如果电动机由直流电机构成，那么通过中间电路的电流iz同样是直流电idc。

表2

在接通电子开关元件的情况下，通常由于各自的电子开关元件的自电容和自感，流过中间电路的电流、进而中间电路电流发生振荡。备选地或补充地，在中间电路中的其它的效应，例如反向恢复效应，也可能导致振荡。但是为了能够正确地测量中间电路电流的值，为此设置的控制元件(控制器)必须等待，直到中间电路电流的振荡被衰减掉。只有在此时才能够精确地测量电流。在此始终只存在一个最小的测量窗，用于能够正确地，也就是说精确地和无振荡地测量电流。

电流的不可测量的区域在图1中划影线地标出。施加在电机上的电压借助于转动的电压矢量12示出，它的长度取决于施加的电压，它的转速取决于电机的机电部件相互相对旋转所用的转速。在低转速下，施加的电压小，在这种情况下电压矢量12绝大部分位于划影线地标出的区域中，在该区域中不可能进行电流的测量。要求的电压越小，电压矢量12就越小，其中，如果电压矢量12低于一个最小长度，则不能够进行电流的测量。在这种情况下电压矢量整个时间都位于划影线地标出的区域中。

图2中的简图包括三个横坐标16a，16b，16c，沿着它们分别标出时间。沿着第一纵坐标18a标出作为第一电参量的电压的值，也就是说第一相的电压u1，沿着第二纵坐标18b标出第二相的电压u2值，沿着第三纵坐标18c标出第三相的电压u3值。此外示出第一相的第一原始电压脉冲20a，第二相的第二原始电压脉冲20b和第三相的第三原始电压脉冲20c。在此情况下，第一原始电压脉冲20a具有最短脉宽，第二原始电压脉冲20b具有中等脉宽，第三原始电压脉冲20c具有最长脉宽。此外，在简图中示出在现有技术中要使用的、用于测量第二相的作为第二电参量的电流的旧的测量窗22和用于测量第三相的作为第二电参量的电流的旧的测量窗24。此外在简图中通过双箭头26示出用于电机的脉宽调制的周期，它在周期开始的时刻25开始，并在周期26结束的时刻27结束。

由于旧的测量窗22，24相对于电压脉冲20a，20b，20c的时间位置，通过唯一的测量电阻来测量电流仅仅在有限的程度上是可能的，这是因为电机例如在低的转速下不能够可靠地进行调节。在高的转速下，电流的测量在一些区域中也是不可能的。因此各自的相的电流的测量和由此需要的电流的重构是不精确的，这又对电机的可调节性具有影响。一般地，在磁场定向的调节的情况下在脉宽调制的周期内需要两次测量。

图3中的用于说明按照本发明的方法的实施方式的简图基于图2中的简图。为此在这个简图中除了原始电压脉冲20a，20b，20c和旧的测量窗22，24以外还示出在该方法的范围中在第一箭头30a的方向上被向右移动的第一电压脉冲28a，它在此处由具有最短脉宽的第一原始电压脉冲20a产生，在该方法的范围中在第二箭头30c的方向上被向左移动的第三电压脉冲28c，它在此处由具有最长脉宽的第三原始电压脉冲20c产生，用于测量第一相的电流i1的新的测量窗32，它的时间长度通过双箭头34表示，用于测量第三相的电流i3的第一新的测量窗40，它的时间长度通过双箭头42表示，和用于测量第三相的电流i3的第二新的测量窗44，它的时间长度通过双箭头46表示。

为了总是实现电流的有用的测量，依赖于图1中的电压矢量12的角度位置，原始电压脉冲20a，20b，20c中的至少两个在脉宽调制的周期内(双箭头26)被移动，其中，在此处出现用于第一和第三相的第一和第三被移动的电压脉冲28a，28c，相反，第二相的、具有中等脉宽的原始第二电压脉冲20b保持不变。

在此规定，第一被移动的电压脉冲28a在周期结束的时刻27开始和第三被移动的电压脉冲28c在周期开始的时刻25开始。两个被移动的电压脉冲28a，28c由此是设置在边缘的。中等的原始电压脉冲20b在时间上保持不变并且由此是设置为居中的。第一新的测量窗32在周期开始的时刻25开始。第三新的测量窗44在周期结束的时刻27结束。通常测量窗32，40，44相对于被移动的电压脉冲28a，28e在时间上与这些电压脉冲相交地布置。

在每个区段1，2，3，4，5，6中，三个相中的第一相的电压脉冲20a或28a，20b，20c或28c，在图3的简图中目前是第一相的电压脉冲20a或28a，具有最短脉宽，三个相中的第二相的电压脉冲20a或28a，20b，20c或28c，在图3的简图中目前是第二相的电压脉冲20b，具有中等脉宽；三个相中的第三相的电压脉冲20a或28a，20b，20c或28c，在图3的简图中目前是第三相的电压脉冲20c或28c，具有最长脉宽。

以下的表3显示出三个相的电压脉冲20a或28a，20b，20c或28c的脉宽的长度在各自的区段1，2，3，4，5，6(图1)中的分配:

表3

在实施本方法的实施方式时，具有最长脉宽的原始最长的电压脉冲20a，20b，20c，在此处是第三原始电压脉冲20c，被向左移到脉宽调制的周期开始的时刻25(布置在左边缘)。具有中等脉宽的原始中等的电压脉冲20a，20b，20c，在此处是第二原始电压脉冲20b保持未被移动(居中布置)。具有最短脉宽的原始最短的电压脉冲20a，20b，20c，在此处是第一电压脉冲20a，被向右移到脉宽调制的周期结束的时刻27(布置在右边缘)。

根据各自的脉宽来移动原始电压脉冲20a，20b，20c的变型方案在下面的表4给出:

表4

在本方法的介绍的实施方式中，为三个相中的两个相设置新的测量窗32，40，44。通过移动三个原始电压脉冲20a，20b，20c中的两个，由此在此处产生两个被移动的电压脉冲28a，28c，为传感器提供用于测量电流的值的较大的测量窗32，40，42，在此处是用于第一相的电流i1的新的测量窗32以及用于第三相的电流i3的两个新的测量窗40，44。通常在脉宽调制的每个周期中对电流的两次采样和由此测量足以可靠地测量电流。在此处未被测量的第二相的电流i2的值由两个另外的相的电流i1，i3的值通过等式i1+i2+i3＝0计算，该等式表明，在同一时刻全部三个电流的总和为零。

在此情况下在每个相上的作为第一电参量的电压保持相等。此外，为了实现作为第二电参量的电流的测量，没有针对电压的任何电压脉冲20a，20b，20c，28a，28b延长或改变脉宽。本方法可以简单地实施并且不需要使电机的电子装置承受任何附加的负荷以及不需要在控制中任何不对称性。为了测量作为第二电参量的相应电流，在正弦整流和/或磁场定向的调节的情况下没有功率限制地使用唯一的用于测量的测量电阻。

图4a示出电机49的一个示例，该电机在此处构造成电动机并且具有机电部件50、功率电子装置52和控制单元54。在此情况下，功率电子装置52在此处包括三个高压侧(highside)开关元件56a，56b，56b和三个低压侧(lowside)开关元件57a，57b，57c、由此总共六个电子开关元件，它们例如由mosfet金属氧化物半导体场效应晶体管或igbt构成。控制单元54包括微控制器58和驱动器60，其中，通过控制单元54也可以与本方法的在此处介绍的实施方式相独立地针对电机49的三个相62a，62b，62c的作为至少一个电参量的电流和/或电压实施作为功率脉宽调制设计的脉宽调制。

为此参见两个图4b和4c中的简图，它们各包括一个横坐标64，沿着该横坐标标出时间。图4b中的简图包括用于电机49的第一相62a的要脉宽调制的第一电参量——在此处是电压——的第一控制信号的变化曲线66a，用于第二相62b的要脉宽调制的电压的第二控制信号的变化曲线66b和用于第三相62c的要脉宽调制的电压的第三控制信号的变化曲线66c。由此得到在图4c中的简图中示出的、用于相62a，62b，62c的电压的变化曲线68a，68b，68c。在此情况下，在此处第一相62a的电压的变化曲线68a对应于为第一相预先规定的控制信号的变化曲线66a，第二相62b的电压的变化曲线68b对应于为第二相预先规定的控制信号的变化曲线66b和68c，第三相62c的电压的变化曲线对应于为第三相预先规定的控制信号的变化曲线66c。

按照本发明的系统70或相应的装置的在此处介绍的实施方式仅仅包括一个由测量电阻构成的传感器72以及一个放大器80，传感器用于测量在此处在电机49的中间电路76中电机49的至少一个相62a，62b，62c的在此处由电流74iz构成的第二电参量的值，其中，要测量的电流iz也可以称为中间电路电流。

此外，在此处至少微控制器58也构造成系统70的部件。驱动器60和由此控制单元54在此处同样构造成系统70的部件，其中，在设计方案中驱动器60由微控制器58控制。

微控制器58，它已经在电机49的与本方法相独立的运行中被设计用于提供借助于变化曲线66a，66b，66c示出的、用于实施脉宽调制的控制信号，在实施本方法的实施方式时补充地被设计用于，在时间上移动变化曲线66a，66b，66c和由此控制信号的脉冲，其中，变化曲线66a，66b，66c和由此脉冲的形状被保持。控制信号由微控制器58传输到在此处由功率放大器构成的驱动器60并且从此处出发被用于控制功率电子装置52的mosfet56a，56b，56c，57a，57b，57c。在此情况下，用于三个控制信号中的两个控制信号的脉冲和由此电机50的相62a，62b，62c的至少一个电参量的三个脉冲，也就是说电压的原始电压脉冲20a，20b，20c，中的两个脉冲，被微控制器58异步地移动。这种异步的移动分别针对具有最长脉宽和最短脉宽的控制信号实施，由此，如已经借助于图3的简图示例性地解释的那样，具有最短脉宽的原始电压脉冲20a以及就具有最长脉宽的原始电压脉冲20c被移动，由此产生为了实施测量被移动的电压脉冲28a，28b。