用于控制電機(jī)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制電機(jī)的運(yùn)行的方法、一種用于控制電機(jī)的運(yùn)行的控制系統(tǒng)以及一種電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]除了作為部件的轉(zhuǎn)子和定子之外，為了控制相電機(jī)還可以包括:可以設(shè)計(jì)為外部的開關(guān)調(diào)節(jié)器的預(yù)接裝置、整流器、逆變器和/或變流器，上述部件又可以作為電子構(gòu)件包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFETs)或電橋、具有絕緣的絕緣柵的雙極型晶體管(IGBT)。這種電機(jī)的脈寬調(diào)制(PffM)的時(shí)鐘脈沖可以具有大約IkHz至大約20kHz的頻率。外部的開關(guān)調(diào)節(jié)器可以在大約10kHz至大約IMHz的頻率下運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在上述背景下提出了一種具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的方法、一種控制系統(tǒng)和一種電機(jī)。方法、控制系統(tǒng)和電機(jī)的設(shè)計(jì)方案由從屬權(quán)利要求中得出。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的方法設(shè)計(jì)為用于控制和因此操控和/或調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行。該電機(jī)作為部件具有定子和轉(zhuǎn)子，其中，第一部件一一即定子或轉(zhuǎn)子一一包括多個(gè)導(dǎo)體棒，這些導(dǎo)體棒通過至少一個(gè)電路板的連接元件相互連接。電機(jī)的第二部件包括永磁體，其中，導(dǎo)體棒布置在永磁體的磁場內(nèi)部并具有內(nèi)部電感。而連接元件布置在磁場外部并具有外部電感。電機(jī)包括多個(gè)相，其中，每個(gè)相包括至少一個(gè)導(dǎo)體棒。為了控制電機(jī)的運(yùn)行，分別為每個(gè)相將至少一個(gè)與相應(yīng)的相的內(nèi)部電感和外部電感有關(guān)的電參數(shù)調(diào)節(jié)到額定值/理論值，該額定值設(shè)置用于相應(yīng)的相的相應(yīng)的至少一個(gè)參數(shù)。
[0005]將電壓和/或電流作為至少一個(gè)電參數(shù)調(diào)節(jié)到所設(shè)置的額定值，該電壓和/或電流被測量用于相應(yīng)的相。
[0006]在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，在導(dǎo)體棒與相應(yīng)的相的連接元件之間的量取點(diǎn)上量取相應(yīng)的相的至少一個(gè)電參數(shù)一一即電壓和/或電流一一的當(dāng)前實(shí)際值。
[0007]借助于用于對(duì)電機(jī)進(jìn)行預(yù)控制的算法、基于電機(jī)的至少一個(gè)機(jī)械的運(yùn)行參數(shù)計(jì)算和/或調(diào)節(jié)至少一個(gè)電參數(shù)的額定值。在此，可以將電機(jī)的轉(zhuǎn)速和/或轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的角位置考慮為至少一個(gè)機(jī)械的運(yùn)行參數(shù)。
[0008]所述方法可以被執(zhí)行用于被作為電動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)使用的電機(jī)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為用于控制電機(jī)的運(yùn)行，該電機(jī)作為部件具有定子和轉(zhuǎn)子。兩個(gè)部件中的第一部件包括多個(gè)導(dǎo)體棒，這些導(dǎo)體棒通過至少一個(gè)電路板的連接元件相互連接。兩個(gè)部件中的第二部件包括永磁體。導(dǎo)體棒布置在永磁體的磁場內(nèi)部并具有內(nèi)部電感。連接元件布置在磁場外部并具有外部電感。電機(jī)包括多個(gè)相，其中，每個(gè)相包括至少一個(gè)導(dǎo)體棒?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)用于，分別為電機(jī)的每個(gè)相將至少一個(gè)與相應(yīng)的相的內(nèi)部電感和外部電感有關(guān)的電參數(shù)調(diào)節(jié)到額定值。
[0010]此外，控制系統(tǒng)對(duì)于每個(gè)相具有一開關(guān)調(diào)節(jié)器和連接在所有相的開關(guān)調(diào)節(jié)器上游的控制單元?？刂茊卧O(shè)計(jì)為用于執(zhí)行用于對(duì)電機(jī)進(jìn)行預(yù)控制的算法，以及設(shè)計(jì)為用于為相應(yīng)的相提供至少一個(gè)電參數(shù)的額定值。
[0011]此外，控制系統(tǒng)對(duì)于每個(gè)相具有至少一個(gè)測量模塊，該至少一個(gè)測量模塊設(shè)計(jì)用于測量相應(yīng)的相的至少一個(gè)電參數(shù)的實(shí)際值。
[0012]在另一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，控制系統(tǒng)具有至少一個(gè)逆變器，該逆變器布置在通向電機(jī)的外部電壓源的觸點(diǎn)與電機(jī)的相之間并設(shè)計(jì)用于，為電機(jī)執(zhí)行開關(guān)調(diào)節(jié)。此外，控制系統(tǒng)可以具有中間電路電容器，該中間電路電容器布置在兩個(gè)觸點(diǎn)之間。根據(jù)定義，控制系統(tǒng)作為另外的部件可以包括電機(jī)相，其中，每個(gè)相包括內(nèi)部電壓源和對(duì)應(yīng)于相的至少一個(gè)導(dǎo)體棒的內(nèi)部電阻、布置在電機(jī)的磁場內(nèi)部的內(nèi)部電感、以及布置在電機(jī)的磁場外部的外部電感?？刂葡到y(tǒng)通常布置在電機(jī)的殼體中。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)作為部件具有定子和轉(zhuǎn)子，其中，第一部件一一通常是定子或轉(zhuǎn)子一一包括多個(gè)導(dǎo)體棒，這些導(dǎo)體棒通過至少一個(gè)電路板的連接元件相互連接。第二部件一一通常是轉(zhuǎn)子或定子一一包括永磁體。導(dǎo)體棒布置在永磁體的磁場內(nèi)部并具有內(nèi)部電感。至少一個(gè)電路板的連接元件布置在磁場外部并具有外部電感。電機(jī)包括多個(gè)相。在設(shè)計(jì)方案中，每個(gè)相包括相同數(shù)量的導(dǎo)體棒，其中，每個(gè)相包括至少一個(gè)導(dǎo)體棒。為了控制電機(jī)的運(yùn)行，分別為電機(jī)的每個(gè)相將至少一個(gè)與相應(yīng)的相的內(nèi)部電感和外部電感有關(guān)的電參數(shù)調(diào)節(jié)到額定值。
[0014]此外，電機(jī)具有所述控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式并能夠通過所述方法的實(shí)施方式控制。電機(jī)的第一部件的導(dǎo)體棒通常布置在軟磁性的材料中。
[0015]此外，每個(gè)相可以包括內(nèi)部電壓源、對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的相的至少一個(gè)導(dǎo)體棒的內(nèi)部電阻、布置在電機(jī)的磁場內(nèi)部的內(nèi)部電感、以及布置在電機(jī)的磁場外部的外部電感。
[0016]在控制系統(tǒng)和/或電機(jī)的運(yùn)行中，相應(yīng)的相的內(nèi)部電感和外部電感可用于執(zhí)行開關(guān)調(diào)節(jié)，而為了執(zhí)行電機(jī)的功能僅需使用布置在磁場中的導(dǎo)體棒內(nèi)部電感。
[0017]此外，電機(jī)的第一部件包括鐵芯，該鐵芯可由作為軟磁性材料的鐵粉制成。該鐵芯具有槽，在這些槽中布置有對(duì)應(yīng)于電機(jī)的相的導(dǎo)體棒。另選地，可以為第一部件使用作為軟磁性材料的鐵薄片，在這些鐵薄片中配設(shè)有導(dǎo)體棒。通過使用埋入鐵粉中的導(dǎo)體棒可以減小禍流并提尚電機(jī)的開關(guān)頻率。
[0018]在電機(jī)中將其逆變器至少隱含地用于開關(guān)調(diào)節(jié)，因此電機(jī)對(duì)于每個(gè)相都具有一個(gè)集成的開關(guān)調(diào)節(jié)器，利用該開關(guān)調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)10kHz至IMHz的數(shù)量級(jí)的高開關(guān)頻率。
[0019]電機(jī)具有逆變器和開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)內(nèi)置在電機(jī)的殼體中，由此使得控制系統(tǒng)在電磁相容性(EMV)方面受到保護(hù)?？刂葡到y(tǒng)可以作為電子開關(guān)元件具有金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFETs)以及中間電路電容器、例如布置在控制系統(tǒng)的觸點(diǎn)到外部電壓源之間的陶瓷的片式電容器。
[0020]通過將導(dǎo)體棒用于電機(jī)，可以摒棄一般常見的線圈或繞組。替代繞組的導(dǎo)體棒或能夠?qū)щ姷臈U通過可以設(shè)計(jì)為印制導(dǎo)線和/或電子構(gòu)件的電路板連接元件相互連接。通過將導(dǎo)體棒埋入作為軟磁性復(fù)合材料(SMC，soft magnetic composite)的鐵粉中可以使得禍流最小化。
[0021]電機(jī)的每個(gè)相的等效電路圖包括:具有內(nèi)部電壓源的串聯(lián)電路，該內(nèi)部電壓源提供具有與電機(jī)的轉(zhuǎn)速值成比例的值的電壓；和內(nèi)部電阻，該內(nèi)部電阻的值相當(dāng)于導(dǎo)體棒電阻、連接元件、MOSFETs的電阻值以及中間電路電容器的等效電阻(ESR)的總和。此外，這種串聯(lián)電路包括布置在引起電機(jī)的洛倫茲力的磁場內(nèi)部的相應(yīng)的相的導(dǎo)體棒的有效內(nèi)部電感。串聯(lián)電路還包括布置在位于磁場外部的至少一個(gè)電路板上的相連接元件一一例如印制導(dǎo)線一一的外部電感。在此，為實(shí)現(xiàn)用于執(zhí)行開關(guān)調(diào)節(jié)的開關(guān)調(diào)節(jié)器的功能，使用所有的、亦即內(nèi)部的和外部的電感，而為實(shí)現(xiàn)電機(jī)的功能僅使用有效的內(nèi)部電感。通常，通過設(shè)計(jì)為開關(guān)調(diào)節(jié)器的逆變器分開由外部電壓源提供的電壓并相應(yīng)分配給相，其中，可將外部電壓源分配給內(nèi)部電壓源。
[0022]所提出的控制系統(tǒng)還可以執(zhí)行開關(guān)調(diào)節(jié)器的功能，利用開關(guān)調(diào)節(jié)器可以將同步轉(zhuǎn)換器的中間電路的電壓調(diào)節(jié)并因此降低到相應(yīng)的相的電壓的當(dāng)前期望的實(shí)際值。相應(yīng)地可以將流過相應(yīng)的相的電流調(diào)節(jié)并因此降低到當(dāng)前期望的額定值。為了執(zhí)行調(diào)節(jié)可以執(zhí)行常用的開關(guān)調(diào)節(jié)方法、脈沖方法或所謂的斬波方法。在此，開關(guān)調(diào)節(jié)器的數(shù)量相當(dāng)于相的數(shù)量，其中，控制系統(tǒng)的開關(guān)調(diào)節(jié)器被彼此分開。此外，每個(gè)開關(guān)調(diào)節(jié)器可以具有集成開關(guān)電路或芯片。
[0023]通常利用同樣彼此分開的測量模塊可以為每個(gè)相測量電壓的實(shí)際值和/或電流的實(shí)際值。此外，可以為每個(gè)相分配輸出級(jí)(Endstufe)以及各一個(gè)用于調(diào)節(jié)電壓和電流的模塊。在此，可以由流過相應(yīng)的相的電流的一個(gè)或兩個(gè)測量值例如通過計(jì)算確定待測量電流的實(shí)際值?？赏ㄟ^控制系統(tǒng)執(zhí)行的算法也可以設(shè)計(jì)為預(yù)控制算法。相應(yīng)的開關(guān)調(diào)節(jié)器的功能可被快速執(zhí)行，由此可控制轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)的相應(yīng)的相的交流電壓。
[0024]電機(jī)和進(jìn)而是電動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)可以具有高的開關(guān)頻率，由此實(shí)現(xiàn)