用于控制逆变器/整流器的装置的制作方法

本发明涉及用于控制逆变器/整流器的装置，该逆变器/整流器能够电连接到旋转电机的电定子绕组，该旋转电机尤其具有永磁体转子。本发明例如集成在车辆中，例如机动车辆或涉及混合动力或电力推进的任何其他形式的机动车，并且旋转电机为该车辆提供电力或混合动力推进。在本技术中，逆变器/整流器可以插在电机的电定子绕组和车辆的车载电气系统之间。

背景技术：

1、已知的实践是，为了在主操作模式下控制逆变器/整流器，通过使用由温度传感器提供的测量值来考虑旋转电机的活动部件(例如定子和/或转子)的温度。以这种方式考虑温度使得可以以已知的方式通过调整其对所有或一些部件的温度的控制来热保护电机，以避免后者过热。该温度传感器例如是诸如ntc或ptc的温度探头。这种传感器的使用可能被证明是不够的，特别是在旋转电机的整个操作范围内获得足够的精度。此外，一个或多个传感器的这种使用可能被证明是限制性的，该传感器相对于电机的校准是必要的。

2、上述缺点需要解决。

技术实现思路

1、根据本发明的一方面，本发明旨在满足这种需求，并且通过用于控制逆变器/整流器的装置来实现这一点，该逆变器/整流器能够电连接到旋转电机的电定子绕组，该旋转电机也包括转子，特别是用于车辆，该装置包括：

2、-至少一个温度传感器，其能够提供代表旋转电机的转子和/或定子的温度的测量值，以及

3、-温度估计器模块，其能够提供代表该转子和/或该定子的温度的估计值，

4、对于转子的所有或一些旋转速度，控制装置在主操作模式下，通过使用由温度传感器提供的测量值和由温度估计器模块提供的估计值作为代表温度的信号，为逆变器/整流器产生设定点。

5、本发明使得可以在产生逆变器/整流器的控制时考虑旋转电机的温度而增加额外的鲁棒性，因为在主操作模式下，温度测量值和温度估计值对于这种产生都是可用的。就机动车辆的操作安全性而言，这种控制可与临界水平asil b或asil c兼容。

6、由温度传感器提供的测量值和由温度估计器模块提供的估计值产生对逆变器/整流器的控制的这种可用性可以存在于电机的整个操作范围内的主操作模式下。

7、温度传感器可以是一个或多个ntc或ptc温度探头。作为变型或补充，它可以是一个或多个热电偶。该传感器或这些传感器可以布置在定子的线圈头部的水平上，或者从轴向上讲与转子的端部相对。当转子是永磁体转子时，这种定位可以获得靠近这些永磁体的温度测量值，永磁体的性能对温度敏感。

8、温度估计器模块可以实现旋转电机的热模型，例如关联电定子绕组中的温度和相电流的图。该热模型可以实现以下的相关性：

9、-在电定子绕组中的相电流测量值和根据这些相电流的设定点重新计算的电机电动势之间，或者

10、-在这些相电流的测量值和电机的图之间。

11、对于上述电流或电压，可以在静态模式(即恒速)和动态模式下进行上述关联。

12、当使用由温度估计器模块提供的估计值和由温度传感器提供的测量值作为代表温度的信号时，控制装置可以融合这些数据以产生逆变器/整流器的设定点。在一示例中，由温度传感器提供的测量值可以默认地是唯一用作代表温度的信号的测量值，并且在使用时，将发动机扭矩设定点与通过电定子绕组的相电流值估计的该发动机扭矩进行比较。如果扭矩设定点和估计的扭矩之间的差超过给定值，则由温度估计器模块提供的估计值用作代表温度的信号，而不是由温度传感器提供的测量值。

13、控制装置可以包括：

14、-至少一个位置传感器，其能够提供代表转子位置的测量值，以及

15、-位置估计器模块，其能够提供代表转子位置的估计值，

16、并且，在主操作模式下，控制装置然后可以：

17、-对于转子的第一范围旋转速度，通过使用仅由位置传感器提供的测量值作为代表转子位置的信号，为逆变器/整流器产生设定点，和

18、-对于转子的第二范围旋转速度，通过使用至少由位置估计器模块提供的估计值，特别是该估计值和由位置传感器提供的测量值，作为代表转子位置的信号，为逆变器/整流器产生设定点，第二范围的值大于第一范围的值。

19、控制器然后可以使用以下作为代表转子位置的信号：

20、-对于第一速度范围，仅来自位置传感器的测量值，以及

21、-对于第二速度范围，仅来自位置估计器模块的估计值，或者对于第二速度范围，来自位置传感器的测量值和来自位置估计器模块的估计值。

22、为了确定旋转电机的转子的位置，通过测量获得的信号和通过估计获得的信号的优点因此可以结合起来，因为：对于第一速度范围，受益于已经由设备制造商校准的位置传感器的精度，而对于第二速度范围，受益于位置估计器模块对于这些速度的最佳扭矩精度，并且在适当的情况下，受益于位置传感器的最佳扭矩精度。

23、在主操作模式下，该装置可以在第一速度范围和第二速度范围中受益于由位置传感器提供的测量值；

24、-仅在第一速度范围内将其用作代表转子位置的信号，以控制逆变器/整流器，然后仅由位置估计器模块提供的估计值用作代表该控制的第二速度范围内的转子位置的信号，或者

25、-将其用作代表第一速度范围和第二速度范围内的转子位置的信号，以控制逆变器/整流器。

26、然而，当该位置测量不用于控制逆变器/整流器时，可以将其与来自位置估计器模块的估计进行比较，以验证该估计器模块的正确操作。

27、在该相同的主操作模式下，该装置可以在第一速度范围和第二速度范围内受益于由位置估计器模块提供的估计值，即使它使用该估计值作为仅在第二速度范围内代表转子位置的信号。当该估计值不用于控制逆变器/整流器时，然而，它可以与来自位置传感器的测量值进行比较，以验证该传感器的正确操作，并因此检测该传感器的任何故障。

28、当它使用由位置估计器模块提供的估计值和由位置传感器提供的测量值作为代表转子位置的信号时，该装置可以融合这些数据以为逆变器/整流器产生设定点。在这种情况的一示例中，即使在第二速度范围内，由速度传感器提供的测量值也可以默认地是唯一用作代表转子位置的信号的测量值，并且在使用时，将发动机扭矩设定点与通过电定子绕组的相电流值估计的发动机扭矩进行比较。如果扭矩设定点和估计的扭矩之间的差超过给定值，则由位置估计器模块提供的估计值用作代表转子位置的信号，而不是由位置传感器提供的测量值。

29、在本技术的含义内：

30、-代表转子位置的信号包括速度或加速度信号，然后通过一个或多个积分运算获得该位置，和/或还包括旋转电机的电定子绕组中相电压的频率信号，

31、-位置传感器还包括速度或加速度传感器，或用于电定子绕组中相电压的频率传感器，

32、-位置估计器模块还包括用于电定子绕组中相电压的速度或加速度或频率估计器模块，

33、-逆变器/整流器的主操作模式是控制装置没有检测到旋转电机和车辆的车载电气系统中的故障的模式，

34、-“轴向”是指“平行于轴的旋转轴线”，

35、-“径向”是指“在垂直于轴的旋转轴线的平面内，并沿着与该旋转轴线相交的线”，以及

36、-“周向”是指“在垂直于轴的旋转轴线的平面内并围绕该轴线运动”。

37、如上所述的控制装置可以具有足够的冗余度，以在机动车辆的操作安全性方面与临界水平asil b或asil c兼容。

38、在上述所有传感器中，位置传感器可以选自：霍尔效应传感器、分解器、感应传感器或转子轴端部的传感器。

39、在所有上述情况中，位置传感器可以具有小于或等于1°的绝对值的电精度。具有这种精度的传感器可能是有利的，因为它可以获得绝对值小于或等于1n.m的扭矩精度。在一示例中，对于高达20000rpm的速度，这种传感器可以具有小于每个谐波2％的谐波比。

40、位置估计器模块可以是自校准的。该估计器模块使用例如屏蔽的时间数据来调整自身。

41、在上述所有情况下，第一速度范围的上限可以与第二速度范围的下限一致，该共同极限例如大于100rpm，例如200rpm或300rpm，特别等于500rpm。

42、位置传感器和温度传感器可以一起分组在同一封装中，例如由同一外壳包覆成型。

43、控制装置可以具有辅助操作模式，在该辅助操作模式下，对于转子的所有或一些旋转速度，通过使用仅由位置估计器模块提供的估计值作为代表转子位置的信号，控制装置为逆变器/整流器产生设定点。这种辅助模式可以对应于位置传感器故障的检测，在这种情况下，控制装置可以决定不再使用由该位置传感器提供的测量值，即使该测量值仍可用。这种操作模式可以对应于已经提到的返回车库模式。

44、独立地或另外，在该辅助操作模式下，对于转子的所有或一些旋转速度，该装置可以通过使用仅由温度估计器模块提供的估计值作为代表温度的信号为逆变器/整流器产生设定点。因此，可以考虑温度传感器故障的检测。

45、在所有上述内容中，控制装置可以是数字处理电路，实现逻辑门、计数器和存储器。例如，电子部件是专用集成电路(asic)。

46、根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种用于控制逆变器/整流器的装置，该逆变器/整流器能够电连接到旋转电机的电定子绕组，该旋转电机也包括转子，特别是用于车辆，该装置包括：

47、-至少一个位置传感器，其能够提供代表转子位置的测量值，以及

48、-位置估计器模块，其能够提供代表转子位置的估计值，

49、控制装置具有主操作模式，其中：

50、-对于转子的第一范围旋转速度，通过使用仅由位置传感器提供的测量值作为代表转子位置的信号，为逆变器/整流器产生设定点，和

51、-对于转子的第二范围旋转速度，通过使用至少由位置估计器模块提供的估计值，特别是该估计值和由位置传感器提供的测量值，作为代表转子位置的信号，为逆变器/整流器产生设定点，第二范围的值大于第一范围的值。

52、上面提到的所有内容都适用于本发明的该其他方面，特别是第一范围旋转速度的上限的值的选择，无论该上限是否等于第二范围旋转速度的下限，特别是位置传感器的灵敏度。

53、根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种电动或混合动力车辆的推进单元，包括：

54、-旋转电机，其包括定子和特别是永磁体转子，

55、-逆变器/整流器，其电连接到电定子绕组，并且能够连接到车辆的车载电气系统，以及

56、-如上定义的控制装置。

57、旋转电机可以具有48v的额定供电电压。作为变型，该旋转电机可以具有大于200v的额定供电电压。

58、转子可以是永磁体转子。例如，转子没有电励磁绕组。转子可以由叠片堆形成，永磁体位于叠片内部。

59、在上述所有内容中，电定子绕组可以是多相型的。与其相数无关，电定子绕组可以由电线或由彼此连接的导体条形成。定子框架的每个狭槽可以接收多个导体，例如2个、4个或6个。

60、在所有上述内容中，旋转电机可以包括用于定子的冷却回路，诸如空气或液体的流体在该冷却回路中流通。这种液体可以是水或油。

61、转子可由该相同的冷却回路或由空气或液体比如油在其中流通的另一冷却回路来冷却。

62、在上述所有内容中，转子可以包括任意数量的极对，例如三、四、六或八个极对。

63、旋转电机可以具有4kw、8kw、15kw、25kw或更高的额定电功率。

64、车辆的车载电气系统包括例如两个子系统，在这两个子系统之间插入了定义dc/dc电压转换器的开关系统。

65、逆变器/整流器和dc/dc电压转换器之一可以实现可控电子开关，例如氮化镓(gan)、碳化硅(sic)或硅晶体管。

66、适于连接到逆变器/整流器的第一电气子系统具有例如48v的额定电压或大于200v的额定电压，第二电气子系统具有例如12v的额定电压。

67、第一子系统可以具有电池和电能存储单元，该电能存储单元由一个或多个电容器形成，并且与逆变器/整流器的dc输出并联布置。该电能存储单元的电容尤其在2000μf和4000μf之间，例如约3000μf。

68、根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种混合动力或电动车辆动力系，包括：

69、-上文定义的单元，

70、-齿轮箱，其包括小齿轮，限定齿轮箱传动比，以及

71、-前轴和后轴，

72、旋转电机的轴刚性连接到以下用于共同旋转：

73、-齿轮箱的输入轴，或者

74、-齿轮箱的输出轴，或者

75、-齿轮箱的空转小齿轮，或者

76、-前轴或后轴。

77、作为变型，当动力系包括这种内燃机时，电机的轴可以刚性地连接到车辆的内燃机的曲轴，以便共同旋转。在这种情况下，旋转电机可以包括滑轮或连接到车辆动力系的其余部分的任何其他装置。电机例如特别是通过皮带连接到车辆内燃机的曲轴上。

78、动力系可包括干式或湿式双离合器，双离合器的每个输出轴形成齿轮箱的输入轴。

79、根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种用于控制逆变器/整流器的方法，该逆变器/整流器电连接到旋转电机的电定子绕组，该旋转电机具有转子，特别是永磁体转子，特别是用于车辆，在该方法中，根据主操作模式，对于转子的所有或一些旋转速度，通过使用由温度传感器提供的代表温度的测量值和由温度估计器模块提供的代表温度的估计值作为代表转子的永磁体的温度的信号，为逆变器/整流器产生设定点。

80、上述全部或部分也适用于本发明的该其他方面。