用于运行旋转无刷电机的方法以及用于驱控该电机的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到旋转电机的领域并且涉及到一种无刷机器，该无刷机器具有至少三个彼此连接的相绕组。
【背景技术】
[0002]为了避免具有形式为电刷的机械换向器装置的旋转电机的已知缺点，像例如随着相应的有效功率损失而出现的机械换向器装置的电刷火花和损耗问题，在尽可能充分利用功率电子器件的情况下研发了所谓的无刷电机，其易受干扰性明显变小了，并且其磨损基本上是由轴承磨损来确定的并且因此是非常小的。
[0003]在这种无刷电动驱动器中，转子通常具有永磁体，这些永磁体本身在配设有相绕组的定子的旋转磁场中运动。定子的绕组利用功率半导体开关，尤其是利用功率晶体管，尤其是MOSFET驱控。循环地进行对定子的不同的相绕组的驱控，其中，在驱控各个相绕组时通常应用到脉波调制，以便给这些相绕组加载能准确且快速控制的电流。
[0004]由W02008/006745公知了一种具有多个相绕组的旋转电机，在这些相绕组中，通过交替地将不同的电压电位施加到相绕组端子来发生驱控，并且其中，在相绕组其中之一中，终端电位分别按时间分区段地保持恒定。在此，在其余的相绕组端子上的电位可以以如下方式进行动态控制，即，在这些相绕组端子中产生相应的电流进程。合理地借助在低电压电平与高电压电平之间以高频反复切换的脉宽调制的信号发生对电压电位的施加和对其余的相绕组的电流加载，其中，在相绕组中产生的电流强度例如由所配属的脉宽调制信号的占空比来确定。因为相绕组例如是以星形电路或三角形电路地彼此联接的，并且所产生的电流强度基本上依赖于在第一相绕组端子上施加的电压之间的电压差，所以被选出的相绕组的第一相绕组端子可以与固定的电位连接，例如与地电位连接或与直流电压中间回路的较高的电压电位连接，并且所有相绕组端子之间的电压差可以通过适当计算和产生在其余的相绕组端子上的电压预先给定。由此得出，不必在不同的水平之间反复切换给选出的第一相绕组加载的馈给电压，从而消除了关于该相的通过切换产生的开关损耗。因此，总体上减少了机器的开关损耗。此外，作为减小开关频繁性的结果还得到电磁兼容性(EMV)的改善。
[0005]由US 2004/0080293 Al公知了一种被选出的相绕组有时与恒定的电平连接，而给其余的相绕组加载脉宽调制信号，并且这些脉宽调制信号的脉冲彼此相对相移的方法。
【发明内容】
[0006]在该现有技术的背景下，本发明提出了如下任务，S卩，要进一步减少开关损耗并且同样要使电流和/或电压源的负载得以优化。
[0007]关于用于运行旋转电机的方法，该任务利用权利要求1的特征来解决。从属权利要求包含本发明的有利的设计方案。关于用于驱控旋转电机的设备，该任务利用权利要求9的特征来解决。
[0008]在根据本发明的方法中，被选出的相绕组同样有时与恒定的电平连接，而给其余的相绕组加载脉宽调制信号。为了总体上尽可能地使开关损耗保持得很小，并且此外，使交流电压分量在供给给相绕组的电流源中保持得很小，此外还设置，在被选出的相绕组与恒定的电位连接的时间期间，给其余的相绕组加载的脉宽调制信号的脉冲依赖于在这些其余的相绕组中的电流方向地至少有时彼此相对相移。
[0009]通过不与固定的电位连接的相绕组(所谓的其余的相绕组)的各个电压脉冲的至少有时的相偏移，各个要加载的相绕组对共同的电流/电压源的电流和电压需求都随时间变化地得到修正。于是，在脉宽调制的计时的范围中，并不同时给两个相绕组加载相同指向的电流。由此，原则上保护了电压源。通过将第一相绕组规定到固定的电压水平上，总体上降低了切换的数量，这是因为电压脉冲只提供给降低了一个⑴的数量的相绕组。
[0010]本发明的有利的设计方案设置，给其余的相绕组加载的脉宽调制的电压信号在被选出的相绕组与恒定的电平连接的时间期间持续彼此相对相移。
[0011]在本发明的该设计方案中，至少在电流在其余的相绕组中具有同样的方向的时间期间，通过对脉宽调制的电压信号的计时进行相偏移降低了电流/电压源的最大负荷，并且很均匀地降低了电流/电压源的电流负荷，从而也降低了交流电流分量。此外，在提到的在其余的相绕组中的电流方向相一致的时间段中，通过电流/电压源中的电流强度的较小的变化性能够更简单地实现电流强度测量，这是因为将在循环周期内更长的测量时间提供给电流强度测量。
[0012]本发明的另一有利的设计方案设置，在被选出的相绕组与恒定的电位连接的时间期间给其余的相绕组加载的脉宽调制的电压信号有时彼此相对相移，并且有时彼此相对不相移。
[0013]本发明的该变型方案允许，只有当相应的电流信号具有相同的方向时，其余的相绕组的电压信号才彼此相对移位。在经过其余的相绕组的电流具有相反的方向的时间段中，不允许在电压脉冲之间有相移会是有利的，这是因为在该情况下，所要提供的电流强度彼此相减，进而不仅电压源的电流负荷而且电压源的交流电流分量都会保持得很小。
[0014]因此，测量在各个以脉冲调制信号加载的相绕组中的电流方向。依赖于电流强度和电流方向判定，是否在电压信号之间产生了相移或没有产生。
[0015]在此，电流方向可以被理解为关于基准点的，例如在电机存在星形电路的情况下的星点的，电流的取向。于是，指向星点的部分电流具有同样的方向，而从星点流出的电流与要流向该星点的电流相反地指向。在三角形电路的情况下，顺时针方向流动的电流例如可以被看作为同一方向并且指向相同，而逆时针方向的电流与顺时针方向的电流相反。
[0016]本发明也可以通过如下方式被有利地设计，即，给其余的相绕组加载的脉宽调制的电压信号在如下的时间段期间彼此相对相移，在这些时间段中，流经其余的相绕组的电流关于在其上彼此连接其中至少两个其余的相绕组的电连接点，尤其关于在星形电路的情况下的星点具有相一致的电流方向。
[0017]在本发明的该变型方案中，持续测量在其余的相绕组中的电流强度和方向，以及依赖于此地持续或周期性地判定，给其余的相绕组加载的电压信号是否彼此相对相移或没有。
[0018]在此，还可以有利地设置，给其余的相绕组加载的脉宽调制的电压信号仅在如下的时间段中彼此相对相移，在这些时间段中，流经其余的相绕组的电流关于至少两个相绕组的连接点，尤其是关于在星形电路的情况下的星点具有同样的流动方向。
[0019]在该情况下，在其余的相绕组中的电流方向是相同的时间段中，在比较小的交流电压分量的情况下使电压源的负荷得以最小化，而在其余的相绕组中的电流强度是不同的阶段中，至少使电压源的电流负荷得以优化。
[0020]此外，可以有利地设置，在给其余的相绕组加载的脉宽调制的电压信号之间的相移在150°与210°之间，尤其为180°。
[0021]本发明的另一有利的设计方案设置，从一个或多个对在供给给相绕组的共同的电流源上的，尤其是直流电压中间回路上的电流强度的测量确定了在其余的相绕组中的并且尤其也是被选出的相绕组中的电流强度的瞬时值。
[0022]因为给其余的相绕组加载的脉宽调制的电压信号由于在各个相绕组中各自不同的电流需求而在脉宽调制的计时之中的不同的时间接通并切断，也就是说，具有不同的占空比，所以在脉宽调制周期的期间，在第一时刻测量经过单个加载的相绕组的电流负荷，而在两个相绕组同时被加载时的第二时刻，可以测量提供的电流之和。由这两个测量值可以在考虑电感、感应出的电压和反馈(RUckwirkung)的情况下不仅确定了相绕组中的各个电流强度，而且确定了电流的方向。原则上，在提供的相绕组的脉宽调制信号有相移时简化了测量，这是因为恒定的电流强度的阶段(在该阶段中没有接合或断开PWM信号)在该情况下更久。
[0023]本发明的另一有利的设计方案设置，尤其在相电压的基础上估算流经其余的相绕组的并且尤其也流经被选出的相绕组的电流强度的瞬时值。
[0024]如果出于由状况而造成的原因而不能以上述方式实施测量，那么可以基于施加到相绕组上的电压估算出电流强度。在此，视所提供的资源而定地也可以考虑电感、感应出的电压和电机的负荷。
[0025]此外，本发明除了涉及上文提到的类型的方法外，还涉及一种具有至少三个相绕组的无刷旋转电机，这些相绕组各具有第一相绕组端子和第二相绕组端子，其中，相绕组彼此连接(尤其分别以两个相绕组端子与共同的星点连接)，并且具有用于驱控的设备，其中，分别能分开地给各个相绕组加载脉宽调制的电压信号。