具有谐波补偿的电子换向的电动机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电驱动装置，尤其是一种电子换向的电机或者具有定子和尤其永 磁地构造的转子的电子换向的电动机。该电动机还具有与定子连接的控制单元。该控制单 元构造用于，生成用于激励用于生成旋转磁场的定子的定子线圈的控制信号。该电动机构 造用于，至少部分地补偿由转子生成的转矩的转矩脉动。
【发明内容】
[0002] 根据本发明，电驱动装置、尤其是前述类型的电动机或者电机具有转子位置传感 器和电流传感器。该电流传感器构造用于，获取定子线圈中流动的电流W及生成表示运些 电流的电流信号。优选地该控制单元具有处理单元，该处理单元构造用于，根据该电流信号 和施加在定子线圈上的电压W及由转子位置传感器生成的转子位置信号确定电动势的谐 波并且生成补偿该谐波的作用的控制信号。该控制单元、尤其是该处理单元构造用于，叠加 该补偿的控制信号与控制信号，从而能够至少部分地或者完全地补偿该谐波的作用W及因 此补偿转矩脉动。
[0003] 即可W得知，在时间过程中呈正弦状的电动势的情况下该电动机的转矩引起恒定 的转矩，对此永磁地构造的转子在EMK(电动势）中生成谐波，运在时间转矩曲线中造成不 期望的频率成分，其明显地表现为所谓的转矩脉动。
[0004] 因此在生成转矩时该电驱动装置能够有利地不生成令人讨厌的噪声。在例如为机 动车的助力转向装置的组成部分的电动机中，由电动机生成的谐波能够将人耳可听见的噪 声传到车辆内部空间中或者作为振动越过转向柱传递。该电动机作为其他的电驱动装置的 组成部分，例如作为洗衣机的驱动装置、作为电动自行车的驱动装置或者作为电动车辆的 驱动装置也能够有利地生成更小的干扰噪声。
[0005] 该电子换向的电动机例如是现场电机、具有永磁地构造的转子的现场电机、异步 电机、磁阻电机或者横向磁通电机。
[0006] 本发明还设及一种具有前述类型的电动机的特征的电机。该电机能够不仅作为电 动机而且附加地作为发电机工作。在W下实施例中阐述该电动机的特征，因此其按照意义 也适用于电机。
[0007] 优选地该处理单元由微处理器、微控制器、ASIC(ASIC=专用集成电路）或者数字 信号处理器构成。
[0008] 在一优选的实施方式中，该电动机具有电压传感器，其中该电压传感器与定子线 圈连接且构造用于，获取在落在该定子线圈上的电压，其中该控制单元、尤其是处理单元构 造用于，根据该获取的、落在该定子线圈上的电压生成补偿谐波的控制信号。于是落在定子 线圈上的电压相当于前述的、施加在定子线圈上的电压。因此该电压能够有利地通过电压 传感器获取，对此众所周知通常能够假设该电压为预定的定压。
[0009] 在一优选的实施方式中该控制单元、尤其是处理单元具有，化S(最小二乘法）估 算器，其构造用于通过最小二乘法确定谐波、尤其是谐波的相位和幅度。进一步优选地，该 控制单元构造用于，根据所确定的谐波生成补偿的控制信号。因此能够有利地根据定子线 圈电流或者附加的定子线圈电压和转子位置电压由控制单元、尤其是处理单元执行对由电 动机生成的谐波的现场确定。
[0010] 该现场特征意味着，该确定进一步优选地能够在电动机运行的过程中在信号的尽 最快可能的处理路径上进行补偿谐波。
[0011] 在一优选的实施方式中该控制单元、尤其是处理单元构造用于，根据补偿的控制 信号，W及因此根据由化S估算器确定的EMK谐波借助于基于平整度的控制来控制定子。通 过该基于平整度的控制能够有利地控制由电动机表示的非线性系统。
[0012] 在一优选的实施方式中该控制单元构造用于，根据补偿的控制信号生成用于施加 给定子线圈的电压。因此该由电动机生成的转矩有利地消除转矩脉动，或者降低转矩中的 转矩脉动。
[0013] 在一优选的实施方式中处理单元构造用于，根据由化S估算器确定的谐波生成表 示补偿的转矩的转矩信号W及根据补偿的转矩信号生成补偿的控制信号。因此尤其能够 根据获取的相位电流和相位电压，有利地进行对由电动机生成的谐波的现场确定。因此同 样能够现场完成补偿谐波。该现场补偿意味着，在电动机运行过程中尽可能快地、尤其是通 过处理单元和提供的确定装置，在电动机的当前的电流馈电状态期间实现电动机生成的谐 波，从而实际上能够不导致谐波的明显福射，因为不出现具有补偿的转矩信号的谐波。
[0014] 在电动机的一优选的的实施方式中，该处理单元具有电动机的电模型，该电模型 表示根据定子线圈的电感和所确定的磁通的用于施加在定子线圈上的电压的调节量，其中 该磁通具有待补偿的谐波，且该处理单元构造用于，根据该调节量生成补偿的控制信号。因 此能够有利地生成补偿的控制信号，而不用测量由电动机实际上福射的谐波一-例如通过 麦克风或者固体声音接收器测量。
[0015] 在一优选的实施方式中，该磁通表示W傅立叶级数的形式的谐波。因此能够借助 于补偿的转矩信号尤其有利地有针对性地补偿奇次谐波，该奇次谐波决定性地参与转矩干 扰谱。
[0016] 本发明还设及一种用于具有前述类型的电动机的车辆的电的助力转向装置。该助 力转向装置构造用于，通过电动机生成转向辅助的转向矩。
[0017] 本发明还设及一种用于具有前述类型的电动机的车辆的制动力放大器。该制动力 放大器构造用于，通过电动机生成辅助制动的制动力。
[0018] 本发明还设及一种具有前述类型的电动机的电动自行车。该电动机为电动自行车 的驱动电机。
【附图说明】
[0019] 在此下文根据附图和其他的实施例阐述本发明。其他有利的实施变型由附图和从 属权利要求书的特征得出。
[0020] 图1示出了用于一种电驱动装置，尤其是电子换向的电动机的实施例。
【具体实施方式】
[0021] 图1示出了用于一种电驱动装置、尤其是电子换向的电动机的实施例，该电动机 构造用于，补偿转矩中的脉动且为此根据电动机的电模型和所获取的定子线圈电流、定子 线圈电压和算出的转子位置，来确定生成的谐波并且生成起补偿谐波的作用的控制信号W 及控制具有补偿的控制信号的电动机，从而消除在电动机中生成的转矩的转矩脉动。
[0022] 图1示出了用于电子换向的电动机1的实施例。该电动机1具有控制单元2、定子 3和转子5。在该实施例中，定子3具有=个定子线圈4、6和7。电动机1还具有功率放大 器9。该功率放大器9在输出端一侧通过电流传感器10与定子线圈4、6和7连接并且构 造用于，激励用于生成转动磁场的定子线圈4、6和7。在该实施例中转子5构造为永磁的。 电动机1还具有转子位置传感器8,该转子位置传感器8构造用于，获取转子5的转子位置 并且生成或者发送对应于该转子位置的转子位置信号。该转子位置传感器8例如是磁阻传 感器，尤其是AMR传感器（AMR=异性磁阻）或者GMR传感器（GMR=巨磁阻）。在该实施例 中该电流传感器由每个定子线圈的分流电阻构成。
[0023] 该电动机1还具有溫度传感器18,该溫度传感器18构造用于，获取定子的溫度、 尤其是获取定子3的叠片组的溫度，并且生成表示该溫度的溫度信号。该控制单元2在输 入端一侧与转子位置传感器8通过连接线路19W及与溫度传感器18通过连接线路20连 接。该电动机1还具有电压传感器11，该电压传感器11在输入端一侧与定子线圈4、6和7 连接并且构造用于，获取经过落在定子线圈上的电压并且生成及在输出端一侧发送相应的 电压信号。该电压传感器11在输出端一侧通过连接线路21与控制单元2连接。
[0024] 电流传感器10构造用于，获取流过定子线圈4、6和7的电流并且生成表示该电流 的电流信号W及在输出端一侧通过连接线路22向控制单元2发送。在该实施例中电流传感 器10通过坐标变换器12与控制单元2连接。该坐标变换器12能够是控制单元2的组成 部分，构造用于获取流过定子线圈4、6和7的相位电流并且用于转换到转子坐标系中一一 尤其通过派克转换一一并且在输出端一侧发送。该转子坐标系例如为d-q坐标系。
[0025] 控制单元2具有脉冲宽度调制器16,该脉冲宽度调制器16构造用于，生成用于生 成旋转磁场的控制信号并且在输出端一侧通过连接线路24、25和26向功率放大器9发送。 在该实施例中该功率放大器9具有用于每个定子线圈4、6和7的半导体开关半桥。
[00%] 在该实施例中控制单元2具有补偿单元17,该补偿单元17能够由前述提及的处理 单元构成。
[0027] 该补偿单元17构造用于，根据在输出端一侧由电流传感器10接收的电流信号、由 转子位置传感器8接收的转子位置信号和在输入端一侧由电压传感器11接收的电压信号 W及由溫度传感器18接收的溫度信号估计谐波关于电动机1的EMK的时间曲线（EMK=电 动势）W及生成补偿谐波的作用的控制信号27并在输出端一侧向用于