用于运行电机以输出预先给定的转矩和预先给定的转速的方法和设备与流程

本发明涉及用于运行电机以输出预先给定的转矩和预先给定的转速的方法和设备。此外，本发明涉及逻辑单元、具有相应的逻辑单元的传动系和具有相应的传动系的车辆以及计算机程序和机器可读的存储介质。

背景技术：

电传动装置、尤其电机在运行中变热。为了电机能够输出转矩和旋转，将磁体装入电机中，尤其装入转子中。磁体的材料特性与温度有关。磁体的温度越高，允许的反向磁场负荷就越小。如果超过借助施加的反向磁场的允许的反向磁场负荷，则磁体不可逆地消磁。电机利用至少部分消磁的磁体不再提供所规定的功率或当磁体消磁时完全失灵。在电机运行时，磁体暴露于反向磁场。只要该反向磁场小于允许的反向磁场负荷，磁体就不受损害。随着电机（不仅以电动机方式而且以发电机方式）的负荷升高和通过电机的相电流与此相联系地升高，在电机之内构成的反向磁场变得更大。在电机的所谓的主动短路接通时短期地得出在电机之内的非常大的相电流幅值。为此，电机的例如三个相借助逆变器被切换到共同的电位、尤其电池组的负电位上。当在电传动系统中存在故障情况时，将电机切换到主动短路，以便使电机转变到安全状态中。关于电机的转速示出了电机的转矩并绘出了在接通主动短路时形成的电流幅值的大小的图表表明：当在发电机的角点（generatorischeneckpunkt）中接通主动短路时，在电机内形成最大的相电流幅值。在该运行点中，相应地在电机之内构成最强的反向磁场，该最强的反向磁场使磁体承受负荷。对于电机的安全运行而言，接通到主动短路中必须随时是可能的。为了在故障情况下避免电机上的损害或缺陷，因此必须确保：形成的反向磁场始终小于允许的反向磁场负荷。因为允许的反向磁场负荷随着温度升高而减少，所以随着温度升高必须限制电机的运行范围。至今，为此在电机的温度升高的情况下限制要输出的转矩。因此，在接通主动短路时形成的电流幅值和形成的反向磁场小于在低温度的情况下的电流幅值和反向磁场。这样保证电机在大的温度范围上的安全运行。然而在此不利的是，在温度较高时可输出的转矩受限制。针对在车辆中安装这种传动装置的情况，这对于车辆的驾驶员意味着，车辆与电机的温度有关地不同强度地加速。

在接通主动短路时出现的场负荷在现有技术中因此规定转子极限温度并且因此也直接影响关于电机的转矩或功率可获得的持续性能或持续效率。除了限制可输出的转矩之外，可以改进对转子的冷却，以便降低磁体温度，例如通过对转子轴的主动液体冷却。替代地，也可以超尺寸地设计机器，以便延迟转子的变热。另一解决方案是具有较高份额的重稀土的磁体材料的使用，所述重稀土具有消磁的较低的倾向。

技术实现要素：

因此，存在对如下解决方案的需求，所述解决方案尤其在不对机器或其设计进行结构改变的情况下根据温度进行电机的运行范围的限制、尤其要输出的转矩的限制、至少最小化。有利地，提高电机的可获得的持续力矩和可获得的持续功率。

提供用于运行电机以输出预先给定的转矩和预先给定的转速的方法。该方法包括如下步骤：提供用于运行电机的第一运行模式和第二运行模式；检测电机的温度；当所检测到的温度低于阈值时在第一运行模式中运行电机，以及当所检测到的温度对应于阈值或超过该阈值时在第二运行模式中运行电机。其中与在所述电机在所述第一运行模式中运行时在作为结果输出预先给定的转矩和预先给定的转速的情况下所述电机的定子磁通相比，在所述电机在所述第二运行模式中运行时在作为结果输出预先给定的转矩和预先给定的转速的情况下所述电机的定子磁通被减小。

提供一种用于运行或调节电机的方法。电机被运行，使得预先给定的转矩由该机器输出或接收并且电机的转速在此对应于预先给定的转速。在理想情况下，在运行时或在调节时实际值与预先给定的值一致，由于所使用的调节器的受限制的调节品质，可能出现最小偏差。为了不使表述加长，在本说明书的范围内“输出转矩”也包括“接收转矩”。例如在车辆的滑移运行（schubbetrieb）期间在电机以发电机方式运行的情况下。同样，表述“输出预先给定的转速”包括由于电机的运行或调节而得出的正转速以及负转速。为电机的运行提供两个运行模式。不同的运行模式可以借助硬件或软件来实现。这可以是不同的调节器模块、软件算法、要使用的参数集或特性曲线或滤波器模块。此外，检测电机的温度。这意味着，检测温度，所述温度实现电机的部件、例如电机的壳体、定子或转子或磁体的至少一个温度的确定。根据所检测到的温度，进行电机在第一运行模式中或在第二运行模式中的运行。当该温度低于优选地可预先给定的阈值时，进行电机在第一运行模式中的运行。优选地这是电机的用于输出预先给定的转矩和预先给定的转速的通常的运行。优选地，在此情况下以尽可能少的电损耗有效地进行电机的运行。如果所述温度对应于所述阈值或超过所述阈值，则进行所述电机在第二运行模式中的运行。在此，电机的定子磁通与在第一运行模式中的运行在输出预先给定的转矩和预先给定的转速的情况下进行时电机的定子磁通相比被减小。尤其，在第二运行模式中运行时在逆变器中以及在电机中出现提高的电损耗。然而，在此，相对于在第二运行模式中运行时不利地略微提高的损耗，潜在短期电流幅值的减小的有利效果占优势。有利地，在电机中的定子磁通减小的情况下主动短路的接通引起显著更小的短期电流幅值、例如小20%的电流幅值，使得构建更小的反向磁场。因此，即使对于主动短路的接通变得必要的情况，尽管温度提高并且在输出预先给定的转矩和预先给定的转速时也避免电机的磁体的消磁。尤其，定子磁通的减小导致最大可达到的转矩的减小，例如减小10%。然而，根据温度，该限制在这里所描述的方案中显著地小于纯转矩限制，例如小30%。

在本发明的另一设计方案中，在第二运行模式中借助场弱化调节器进行电机的定子磁通的减小。

在输出预先给定的转矩和预先给定的转矩的情况下定子磁通的减小借助场弱化调节器进行。尤其，在达到最大相电压时场弱化调节器与转速有关地限制用于在高转速的情况下运行机器的定子磁通。该功能性在第二运行模式中被扩展，其方式是：尤其附加地根据所检测到的温度减小定子磁通。尤其因此在接通主动短路时减小最大形成的反向场强度。有利地，提供用于减小电机的定子磁通的可能性，该定子磁通实现在温度提高的情况下并且在输出预先给定的转矩和预先给定的转矩的情况下电机的运行。

在本发明的另一设计方案中，在第二运行模式中借助负的d电流的提高进行电机的定子磁通的减小。

在输出预先给定的转矩和预先给定的转速的情况下定子磁通的减小借助负的d电流的提高进行。尤其，借助负的d电流的改变来改变定子磁通的大小。尤其，在转速低时，提高负的d电流，以便提高机器的最大效率和转矩。该方法在现有技术中作为mtpa（maximumtorqueperampere（最大转矩电流比））或mmpa（每安培最大力矩）已知。该功能性在第二运行模式中被扩展并且负的d电流尤其相对于mtpa方法根据所检测到的温度被提高并且因此定子磁通被减小。尤其因此在接通主动短路时减小最大形成的反向场强度。有利地，提供用于减小电机的定子磁通的可能性，该定子磁通实现在温度提高的情况下并且在输出预先给定的转矩和预先给定的转矩的情况下电机的运行。

在本发明的另一设计方案中，在第二运行模式中随着所检测到的电机的温度升高而进行电机的定子磁通的更强的减小。

所检测到的温度越高，磁通的允许的反向场强度就越小。为了避免磁体的可能的消除，定子磁通随着温度升高而进一步被减小。有利地，在接通主动短路时在进一步减小电机中的定子磁通的情况下得出进一步降低的短期电流幅值，使得构建更小的反向磁场并且避免磁体的损害。

在本发明的另一设计方案中，检测温度包括确定电机的转子或电机的磁体的温度。

检测电机的温度优选地包括确定转子的温度，磁体安装到该定子中，或确定磁体本身的温度。为此，可以使用一个传感器或例如多个传感器，所述传感器直接在相应的部件处记录温度。借助间接测量也可以优选地在使用热模型构建的情况下推断出磁体或转子的温度。有利地，磁体的温度的精确了解允许精确地确定定子磁通的必要的减小，所述减小为此足以可靠地防止电机中的磁体的消磁。

此外，本发明涉及一种计算机程序，该计算机程序被配置为执行至今所描述的方法之一。

此外，本发明涉及一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有所描述的计算机程序。

此外，本发明涉及一种用于运行电机以输出预先给定的转矩和预先给定的转速的逻辑单元。该逻辑单元被配置为：提供用于运行电机的第一运行模式和第二运行模式；检测电机的温度；当所检测到的温度低于阈值时在第一运行模式中运行电机，以及当所检测到的温度对应于阈值或超过该阈值时在第二运行模式中运行电机。其中与在所述电机在所述第一运行模式中运行时在作为结果输出预先给定的转矩和预先给定的转速的情况下所述电机的定子磁通相比，在所述电机在所述第二运行模式中运行时在作为结果输出预先给定的转矩和预先给定的转速的情况下所述电机的定子磁通被减小。

提供一种逻辑单元，该逻辑单元被配置为运行或调节电机。该电机被运行，使得预先给定的转矩由该机器输出或接收并且电机的转速在此对应于预先给定的转速。在理想情况下，在运行时或在调节时实际值与预先给定的值一致，由于所使用的调节器的受限制的调节品质，可能出现最小偏差。为电机的运行设置两个运行模式。不同的运行模式可以借助硬件或软件来实现。此外，逻辑单元检测电机的温度。根据所检测到的温度，进行电机在第一运行模式中或在第二运行模式中的运行。当该温度低于优选地可预先给定的阈值时，进行电机在第一运行模式中的运行。如果所述温度对应于所述阈值或超过所述阈值，则进行所述电机在第二运行模式中的运行。在此，电机的定子磁通与在第一运行模式中的运行在输出预先给定的转矩和预先给定的转速的情况下进行时电机的定子磁通相比被减小。有利地，在电机中的定子磁通减小的情况下主动短路的接通引起显著更小的短期电流幅值，使得构建更小的反向磁场。因此，即使对于主动短路的接通变得必要的情况，尽管温度提高并且在输出预先给定的转矩和预先给定的转速时也避免电机的磁体的消磁。

此外，本发明涉及一种具有所描述的逻辑单元的设备。该设备尤其是电机或控制设备或逆变器。

提供一种设备，所述设备包括所描述的逻辑单元。优选地，该设备除了逻辑单元之外例如包括功率半导体开关，借助所述功率半导体开关将供电电压转换成三相交流电压，用于为电机供电。该设备尤其可以是控制设备、脉冲逆变器或在集成情况下可以是电机本身。有利地，提供用于集成逻辑单元以优化地运行电机的不同变型方案。

此外，本发明涉及一种具有所描述的设备的车辆的传动系。尤其，传动系包括控制单元或逆变器，用于操控电机。优选地，传动系进一步包括用于借助逆变器为电机供给电能的电池组。同样，借助逆变器也可以将在电机以发电机方式运行时形成的电能馈送到电池组中。这种传动系例如用于驱动电气化车辆。借助该方法和该设备实现传动系的可靠运行。

此外，本发明涉及一种具有所描述的传动系的车辆。有利地，因此提供一种车辆，其借助该方法和设备能够可靠地运行，其中尽管电机的温度提高并且在输出预先给定的转矩和预先给定的转速的情况下也可靠地避免磁体的消磁。

易于理解的是，根据本发明的方法的特征、特性和优点相应地适合于或可应用于逻辑装置、设备或传动系和车辆，反之亦然。

本发明的实施方式的其他的特征和优点从随后的参考所附的附图的描述得出。

附图说明

在下文中应借助几个图更详细地解释本发明，为此：

图1示出具有用于运行电机的逻辑单元的设备的示意图，

图2示出示意性示出的具有传动系的车辆，

图3示出示意性所示的用于运行电机的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出设备140，该设备包括用于运行电机10的逻辑单元110和控制单元150。根据电机10的所检测到的温度，逻辑单元110运行或调节电机10。逻辑单元110可以与电机10分开地，例如布置在控制设备150中或在逆变器中。此外，逻辑单元110、控制设备150和/或电机10可以一起布置在壳体之内或在设备140之内。

图2示出示意性示出的具有传动系200的车辆300。该图示示例性地示出具有四个轮子170的车辆，其中本发明同样可以使用在用于陆地、水中和空气中的具有任意数量的轮子的任意交通工具中。传动系200例如包括电池组160，用于为传动系200的电机10供电。此外，传动系优选地包括控制设备150或逆变器，所述逆变器将来自电池组160的直流电转换成交流电。电机10至少与轮子170之一耦合并被配置为驱动该轮子。

图3示出用于运行电机10以输出预先给定的转矩和预先给定的转速的方法400的示意性流程。该方法以步骤410开始。在步骤420中，提供用于运行电机10的第一运行模式和第二运行模式。在步骤430中，检测电机10的温度。当所检测到的温度低于阈值时，在步骤440中在第一运行模式中进行电机10的运行。当所检测到的温度对应于阈值或超过该阈值时，在步骤450中在第二运行模式中进行电机10的运行。在电机10在第二运行模式中运行时在作为结果输出预先给定的转矩和预先给定的转速的情况下，与在所述电机10在所述第一运行模式中运行时在作为结果输出预先给定的转矩和预先给定的转速的情况下所述电机10的定子磁通相比，所述电机10的定子磁通减小。该方法以步骤460结束。