電動(dòng)機(jī)的可變轉(zhuǎn)矩角的制作方法
【專利摘要】在此提出了一種用于控制電動(dòng)機(jī)(例如同步磁阻電動(dòng)機(jī))的方法，其中d-q參考系中的轉(zhuǎn)矩角是至少部分地和/或至少偶爾地依賴于該電動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)工作條件而變化的。
【專利說明】電動(dòng)機(jī)的可變轉(zhuǎn)矩角

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制電動(dòng)機(jī)的方法。
[0002]此外，本發(fā)明涉及一種控制器單元，特別是涉及一種用于電動(dòng)機(jī)的控制器單元。

【背景技術(shù)】
[0003]現(xiàn)今基本上在所有【技術(shù)領(lǐng)域】的眾多不同應(yīng)用中都采用了電動(dòng)機(jī)。取決于對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的實(shí)際用途，采用不同類型和不同尺寸的電動(dòng)機(jī)。
[0004]舉例而言，如果電動(dòng)機(jī)必須用于一種其中可以使用或者甚至要求該電動(dòng)機(jī)的恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的應(yīng)用，則可以使用一種不具有整流子的同步電動(dòng)機(jī)，特別是在可獲得交流電的情況下。然而，如果必須驅(qū)動(dòng)大慣性矩的負(fù)載，則啟動(dòng)這種電動(dòng)機(jī)將會(huì)是困難的。
[0005]然而，如果必須使該電動(dòng)機(jī)提供可變轉(zhuǎn)動(dòng)速度的話(并且另外在直流電流源的情況下)，傳統(tǒng)的方法是使用包括整流子的電動(dòng)機(jī)(即所謂的異步電動(dòng)機(jī))。與這樣的整流式電動(dòng)機(jī)器相關(guān)的一個(gè)問題是整流子，因?yàn)檫@是一個(gè)特別容易受到不可忽略的磨損的部件。此外，當(dāng)使用整流子時(shí)，典型地在該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生火花。這樣的火花可能導(dǎo)致所得到的電動(dòng)機(jī)不能用于某些應(yīng)用，特別是在周圍存在可燃?xì)怏w的情況下，除非采取額外的防護(hù)措施。
[0006]隨著現(xiàn)代的基于半導(dǎo)體的功率電子器件的出現(xiàn)，使用同步電動(dòng)機(jī)、特別是同步磁阻電動(dòng)機(jī)已經(jīng)變得越來越普遍。對(duì)于這樣的同步電動(dòng)機(jī)，可以省去整流子。此外，通過提供具有可變頻率的交流電流，基本上能夠以任何旋轉(zhuǎn)速度來驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)。甚至可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的改變。這使得某些以前難以實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用(如果實(shí)現(xiàn)了的話)成為可能。
[0007]隨著電動(dòng)機(jī)數(shù)量的增多以及能源價(jià)格的增長(zhǎng)，效率問題變得日益重要。效率并不一定僅涉及相對(duì)于由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械動(dòng)力而消耗的電能。而是，效率還可以涉及實(shí)現(xiàn)某一機(jī)械動(dòng)力水平所必需的電動(dòng)機(jī)的尺寸(體積)。
[0008]盡管現(xiàn)有技術(shù)中已知了用于電動(dòng)機(jī)的許多不同的控制器、各種各樣的電動(dòng)機(jī)以及如何驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的各種各樣的方法，但對(duì)于進(jìn)一步改善仍然存在需要。
[0009]因此，本發(fā)明的目的是提供在現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于控制電動(dòng)機(jī)的方法上改進(jìn)的一種用于控制電動(dòng)機(jī)的方法。此外，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供在現(xiàn)有技術(shù)中已知的控制器單元上改進(jìn)的一種控制器單元、特別是一種用于電動(dòng)機(jī)的控制器單元。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供在現(xiàn)有技術(shù)中已知的電動(dòng)機(jī)上改進(jìn)的一種電動(dòng)機(jī)。
[0010]當(dāng)前提出的發(fā)明尋求的是實(shí)現(xiàn)這些目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]提出了以一種方式來執(zhí)行一種用于控制電動(dòng)機(jī)(例如同步磁阻電動(dòng)機(jī))的方法，從而使得d-q參考系中的轉(zhuǎn)矩角是至少部分地和/或至少偶爾地依賴于該電動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)工作條件而變化的。d-q參考系通常是與電動(dòng)機(jī)的軸相連的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的參考系。該參考系通常不同于定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)系統(tǒng)(該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)系統(tǒng)典型地被稱為所謂的定子參考系和/或χ-y系統(tǒng)和/或χ-y參考系)，特別是如果有負(fù)載強(qiáng)加在該電動(dòng)機(jī)上時(shí)。典型地，如果該電動(dòng)機(jī)上的負(fù)載增大，則d-q系統(tǒng)(d-q參考系)與χ-y系統(tǒng)之間的角度將增大。典型地，一旦d-q系統(tǒng)與x-y系統(tǒng)之間的角度超過90°，則該電動(dòng)機(jī)典型地不再可能維持正常的機(jī)械旋轉(zhuǎn)。d-q系統(tǒng)通常還被稱作該旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子相對(duì)于該機(jī)器的高磁導(dǎo)軸線(d軸線)的“機(jī)械取向”。轉(zhuǎn)矩角通常是所得到的(矢量的)定子電流is與d-q參考系(轉(zhuǎn)子參考系)的d軸線之間的角度。因此，可以通過該轉(zhuǎn)矩角來確定定子電流is在q方向上的那部分。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，通常建議的是當(dāng)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)使用典型地基本上45度的恒定轉(zhuǎn)矩角(如果提供了任何建議的話)，以便獲得每安培最大轉(zhuǎn)矩控制(MTPAC)，并且由此盡可能多得減少電子電阻的損耗。當(dāng)采用一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)使用變頻逆變器的電動(dòng)機(jī)的致動(dòng)信號(hào)時(shí)，尤其建議這個(gè)角度。出乎意料地，本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到當(dāng)產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)的電流時(shí)使用可變轉(zhuǎn)矩角可以實(shí)現(xiàn)該電動(dòng)機(jī)的行為的改善。提出的是至少部分地和/或至少偶爾地依賴于該電動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)工作條件來選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩角。當(dāng)然，除此之外，同樣可以使用不同的依賴關(guān)系，例如用戶輸入等等(這樣一種依賴關(guān)系可以相對(duì)于對(duì)電動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)工作條件的依賴而額外地和/或替代地使用)。最初的實(shí)驗(yàn)已顯示，通過使用一個(gè)可變轉(zhuǎn)矩角，用相同的電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更高的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。另外，最初的實(shí)驗(yàn)指明，通常甚至可以降低該電動(dòng)機(jī)的功率消耗。結(jié)合地采納這兩個(gè)效果，通?？梢詫?shí)現(xiàn)明顯的改進(jìn)。
[0012]提出的是，該電動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)工作條件是至少部分地從該電動(dòng)機(jī)的一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)和/或一個(gè)運(yùn)行參數(shù)、特別是一個(gè)電氣參數(shù)和/或一個(gè)機(jī)械參數(shù)得到的。該電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)特別地可以是該電動(dòng)機(jī)的定子和/或轉(zhuǎn)子的電氣繞組的布局和/或設(shè)計(jì)。特別地說，出于此目的可以使用這些對(duì)應(yīng)的線圈(或者甚至該電動(dòng)機(jī)的其他部分)的電感。然而，甚至更多的參數(shù)可以對(duì)至少一個(gè)工作條件具有影響，例如該電動(dòng)機(jī)器的重量、電線的厚度(可以施加的最大電流(短期極限/長(zhǎng)期極限))等等。作為運(yùn)行參數(shù)，特別地意指只可以在電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行(例如旋轉(zhuǎn))時(shí)得到的參數(shù)。這可以是所施加的實(shí)際電流、該電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度、該電動(dòng)機(jī)的溫度、實(shí)際的和/或希望的轉(zhuǎn)矩等等。對(duì)應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)有可能是從多個(gè)專門提供的傳感器得到的和/或由其他值(例如一個(gè)控制器單元本身產(chǎn)生的用于該電動(dòng)機(jī)的致動(dòng)信號(hào))計(jì)算出的。最初的實(shí)驗(yàn)已顯示，這些工作條件通常對(duì)應(yīng)當(dāng)選擇的轉(zhuǎn)矩角的大小具有特別大的影響。
[0013]優(yōu)選地，以一種方式來執(zhí)行該方法而使得該電動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)工作條件是至少部分地從該d-q參考系得到的。原則上，為此可以選擇所有類型的工作條件。該工作條件可以在d-q系統(tǒng)中測(cè)量和/或被轉(zhuǎn)換到d-q系統(tǒng)中，例如按照要求地通過計(jì)算。最初的實(shí)驗(yàn)指明，如果實(shí)現(xiàn)所提出的這個(gè)實(shí)施例，則可以獲得一種特別先進(jìn)的方法。
[0014]此外提出的是，該電動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)工作條件是取自下組，該組包括:所要求的轉(zhuǎn)矩、至少一個(gè)電感、至少一個(gè)所施加的電流、至少一種飽和效應(yīng)、至少一個(gè)電感差、至少一個(gè)電流差以及至少一個(gè)輸入命令。最初的實(shí)驗(yàn)建議，當(dāng)開始確定最佳的或至少改進(jìn)的轉(zhuǎn)矩角時(shí)這些值是至關(guān)重要的。必須考慮一種飽和效應(yīng)，特別是電流的增大不會(huì)導(dǎo)致所得到的磁場(chǎng)明顯增強(qiáng)的一種效應(yīng)。
[0015]甚至更加優(yōu)選地提出的是，該轉(zhuǎn)矩角至少偶爾地和/或至少部分地是由該電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)工作條件的乘積確定的。當(dāng)本發(fā)明人試圖尋找如何獲得優(yōu)化的轉(zhuǎn)矩角的一種令人滿意的數(shù)學(xué)方法時(shí)，他意識(shí)到該電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)或更多工作條件的乘積是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的好方法。當(dāng)然，對(duì)這個(gè)基本公式進(jìn)行修改也是可能的，例如一個(gè)相乘因子和/或通過添加和/或減去一定值而進(jìn)行的補(bǔ)償(相對(duì)于總的結(jié)果和/或多個(gè)單獨(dú)的參數(shù))。
[0016]此外提出的是，該轉(zhuǎn)矩角至少部分地是由至少一個(gè)相乘因子與至少一個(gè)工作條件的乘積確定的，該至少一個(gè)工作條件優(yōu)選地取自下組，該組包括:一個(gè)電感、一個(gè)電感差、至少一個(gè)電流以及至少一個(gè)電流差。如最初的實(shí)驗(yàn)已顯示的，用于獲得優(yōu)化的轉(zhuǎn)矩角的這樣一種數(shù)學(xué)公式似乎產(chǎn)生了甚至更好的結(jié)果。
[0017]另外，提出了以一種方式來執(zhí)行該方法從而至少偶爾地使用至少一種衰減功能。使用這樣一種衰減功能，可以“過濾出”短期波動(dòng)。因此，可以實(shí)現(xiàn)不易發(fā)生波動(dòng)、數(shù)字假象和/或振動(dòng)(舉例而言)的更穩(wěn)定的系統(tǒng)。特別地說，可以過濾出電噪聲、特別是由逆變器單元(如果存在的話)產(chǎn)生的電噪聲?？扇菀椎乩斫獾氖牵@樣一種方法通常是有利的。
[0018]此外提出的是，該轉(zhuǎn)矩角是在作為下限的45度與作為上限的46度、47度、48度、49度、50度、55度、60度、65度、70度、75度、80度、85度以及90度之間的一個(gè)區(qū)間內(nèi)變化。盡管該轉(zhuǎn)矩角的相對(duì)寬的變化是可能的，但最初的實(shí)驗(yàn)已指明，轉(zhuǎn)矩角的“允許范圍”應(yīng)當(dāng)在某種程度上特別地局限于所建議的上限和/或下限。
[0019]如果對(duì)該轉(zhuǎn)矩角使用一個(gè)低效率運(yùn)行值(fallback value),特別是45度、46度、47度、48度、49度、50度、51度、52度、53度、54度或55度的轉(zhuǎn)矩角低效率運(yùn)行值，則可以實(shí)現(xiàn)該方法的另一個(gè)改進(jìn)的實(shí)施例。在不能夠合理地確定轉(zhuǎn)矩角的情形下可以特別地選擇這樣的轉(zhuǎn)矩角。舉例而言，如果一些輸入數(shù)據(jù)遺失(例如數(shù)據(jù)線損壞和/或傳感器發(fā)生故障和/或這些輸入值產(chǎn)生與該情形不一致的局面)則可能發(fā)生這樣一種情形。使用根據(jù)當(dāng)前提出的實(shí)施例的一個(gè)低效率運(yùn)行值，該電動(dòng)機(jī)的效率將典型地降低。然而，“緊急操作”仍是可能的，這樣使得通?？梢员苊馔C(jī)時(shí)間(這通常是非常昂貴的)。
[0020]盡管可以非常廣泛地采用所提出的方法，但優(yōu)選的是，該方法被用于驅(qū)動(dòng)變頻電動(dòng)機(jī)和/或同步電動(dòng)機(jī)和/或永磁鐵電動(dòng)機(jī)和/或同步磁阻電動(dòng)機(jī)。針對(duì)這樣的電動(dòng)機(jī)使用該方法將典型地產(chǎn)生特別的改進(jìn)。
[0021]此外，提出了一種控制器單元，特別提出了一種用于電動(dòng)機(jī)的控制器單元，該控制器單元以一種方式被設(shè)計(jì)和安排成用于執(zhí)行一種根據(jù)以上建議的方法。這樣一種控制器單元可以用于驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。所得到的控制器單元和/或由該控制器單元驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)可以至少類比地展示先前描述的特征和優(yōu)點(diǎn)。而且，針對(duì)該控制器單元同樣可以至少類比地使用根據(jù)先前說明的變化和改進(jìn)。
[0022]特別地說，有可能的是，該控制器單元包括至少一個(gè)逆變器單元。這樣的逆變器單元典型地用于將直流電流改變成交流電流(典型地具有可變頻率)。這樣的逆變器單元還可以用于改變交流電流的頻率。原則上，該逆變器單元可以具有任何設(shè)計(jì)。例如，可以使用DIAC、TRIAC、晶閘管、IGBT、FET、MOSFET 等。
[0023]此外提出的是，該控制器單元包括至少一個(gè)可編程存儲(chǔ)器裝置。在該可編程存儲(chǔ)器裝置中，可以存儲(chǔ)一種根據(jù)先前說明的方法。
[0024]當(dāng)然，能以各種方式來設(shè)計(jì)該控制器單元。特別地說，一種部分模擬的和/或部分?jǐn)?shù)字的設(shè)計(jì)是可能的。特別地說，可以采用多個(gè)可編程的計(jì)算機(jī)裝置(例如單板計(jì)算機(jī))。
[0025]此外，提出了一種電動(dòng)機(jī)單元、特別是一種同步電動(dòng)機(jī)單元、優(yōu)選一種同步磁阻電動(dòng)機(jī)單元，該電動(dòng)機(jī)單元包括根據(jù)先前說明的至少一個(gè)控制器單元和/或以一種方式被設(shè)計(jì)和安排成用于執(zhí)行一種根據(jù)先前說明的方法。這樣的電動(dòng)機(jī)單元可以至少類比地展示如先前說明的相同特征和優(yōu)點(diǎn)。此外，同樣可以至少類比地根據(jù)先前說明來對(duì)這樣一種電動(dòng)機(jī)單元進(jìn)行修改。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]當(dāng)察看對(duì)于將參照附圖進(jìn)行描述的本發(fā)明可能實(shí)施例的以下說明時(shí)，本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，這些附圖中示出了:
[0027]圖1: 一種電動(dòng)機(jī)單元的可能實(shí)施例的框圖；
[0028]圖2:示出了不同參考系中不同矢量之間的關(guān)系的一個(gè)矢量圖；
[0029]圖3:用于控制電動(dòng)機(jī)的方法的一個(gè)可能實(shí)施例；
[0030]圖4:一個(gè)電動(dòng)機(jī)的線圈的飽和效應(yīng)的圖示；
[0031]圖5:對(duì)于不同的電流而言轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)矩角的依賴關(guān)系；
[0032]圖6:電動(dòng)機(jī)單元的另一個(gè)可能實(shí)施例的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]在圖1中示出了電動(dòng)機(jī)單元I的一個(gè)可能實(shí)施例的示意性框圖。當(dāng)前所示實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)單元I包括一個(gè)具有同步磁阻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)2。一個(gè)逆變器單元3電驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)2，該逆變器單元用于給電動(dòng)機(jī)2提供具有可變頻率的驅(qū)動(dòng)電流4。在當(dāng)前所示實(shí)施例中，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2的電流4 (并且因此由逆變器單元3提供的電流)是三相類型的。在當(dāng)前所示實(shí)施例中，逆變器單元3從直流電流(圖1中未示出的直流電流源)中產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電流4。
[0034]此外，圖1中示出了一個(gè)電子控制器5，在當(dāng)前所示實(shí)施例中該電子控制器是單板計(jì)算機(jī)類型的。在表示電子控制器5的方框內(nèi)，指明了表示一個(gè)電子存儲(chǔ)器6的另一個(gè)方框，用于經(jīng)由逆變器單元3致動(dòng)該電動(dòng)機(jī)2的一個(gè)程序被存儲(chǔ)在該電子存儲(chǔ)器中。
[0035]電子控制器5具多個(gè)不同的數(shù)據(jù)輸入源。首先，如在圖1中指明的，驅(qū)動(dòng)電流4(更準(zhǔn)確地講:驅(qū)動(dòng)電流4的三個(gè)不同相)是用于電子控制器5的多個(gè)輸入?yún)?shù)。另外，來自多個(gè)傳感器單元7的一些傳感器數(shù)據(jù)同樣可以被輸入電子控制器5中(在當(dāng)前所示實(shí)施例中，傳感器單元7是結(jié)合電動(dòng)機(jī)2進(jìn)行設(shè)計(jì)的。然而，不同的實(shí)施例也是可能的)。特別地說，有可能本質(zhì)上或者甚至完全地省去額外傳感器數(shù)據(jù)和/或額外傳感器單元7的使用。換言之，通?？梢栽诖蠖鄶?shù)情況下和/或在大部分時(shí)間僅僅依靠測(cè)量的電流4進(jìn)行有利的轉(zhuǎn)矩角控制。圖1中指明了又一條輸入線8，該輸入線可以用于輸入用戶命令，像請(qǐng)求的行駛速度和/或請(qǐng)求的電動(dòng)機(jī)2輸出轉(zhuǎn)矩。
[0036]迄今為止，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)以一種方式被設(shè)計(jì)成使得轉(zhuǎn)矩角10(參見圖2)被設(shè)定為45度的恒定角，以便運(yùn)行每安培最大扭矩控制(MATPAC)(如果指示和/或控制了任何希望的轉(zhuǎn)矩角的話)。
[0037]在圖2中，指出了不同的參考系和不同的矢量參數(shù)以用于進(jìn)一步地闡述本發(fā)明。x-y參考系(x-y系統(tǒng))由X軸線12和y軸線13生成。該χ-y系統(tǒng)表示由電動(dòng)機(jī)2的定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的坐標(biāo)系。該x-y系統(tǒng)將以電動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)頻率ω旋轉(zhuǎn)。
[0038]由d軸線14和q軸線15生成的d_q參考系(d_q系統(tǒng))是該旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的參考系(也是旋轉(zhuǎn)的)。d-q系統(tǒng)以與x-y系統(tǒng)相同的頻率ω旋轉(zhuǎn)。如果將一個(gè)負(fù)載施加至電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，通常將發(fā)生x-y系統(tǒng)與d-q系統(tǒng)之間的偏移。這種偏移本身將表現(xiàn)為負(fù)載角11 (x-y坐標(biāo)系的I軸線13與d-q系統(tǒng)的q軸線15之間的角度)的形式。
[0039]以上提到的轉(zhuǎn)矩角10是所施加的電流is與d-q系統(tǒng)的d軸線14之間的角度。所施加的電流is可以被分成一個(gè)有功電流isd (平行于d軸線14)和一個(gè)無功分量isq (平行于d-q坐標(biāo)系的q軸線15)。
[0040]根據(jù)所提出的方法，施加的電流is是由逆變器單元3 (在電子控制器5的控制下)產(chǎn)生的，其方式為使得轉(zhuǎn)矩角10依賴于這些輸入信號(hào)、例如驅(qū)動(dòng)電流4和用戶輸入數(shù)據(jù)8而變化。
[0041]在圖3中，示出了所提出的控制方法16的示意性表示?？刂品椒?6以開始步驟17開始。在開始步驟17的過程中，有可能從一個(gè)存儲(chǔ)器裝置中讀入電動(dòng)機(jī)2和其他裝置的一些“硬件”設(shè)計(jì)參數(shù)，這樣使得隨后可以在控制方法16的不同步驟的過程中使用這些設(shè)計(jì)參數(shù)。
[0042]接下來，在輸入步驟18的過程中輸入各種數(shù)據(jù)。特別地說，一條用戶命令、電動(dòng)機(jī)2的電氣條件(例如由驅(qū)動(dòng)電流4指示的、具有同樣來自電動(dòng)機(jī)2的反饋信號(hào)部分)以及特定的傳感器數(shù)據(jù)(如果提供的話由多個(gè)傳感器單元7產(chǎn)生)被讀入。
[0043]如在下文詳細(xì)描述的，對(duì)于產(chǎn)生最佳轉(zhuǎn)矩角10而言，電動(dòng)機(jī)2的d軸線電感(Ld)和q軸線電感(Lq)是特別重要的。相應(yīng)地，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在這個(gè)階段Ld和Lq的值被輸入至該算法。
[0044]基于這些輸入數(shù)據(jù)18(包括d軸線電感(Ld)、q軸線電感(Lq)以及定子電流(is))，計(jì)算出一個(gè)最佳轉(zhuǎn)矩角10。在信號(hào)生成步驟19中由這個(gè)轉(zhuǎn)矩角10計(jì)算出逆變器單元3必須提供的致動(dòng)信號(hào)。
[0045]在本發(fā)明的一種形式中，通過控制d軸線電流來對(duì)電動(dòng)機(jī)2加以控制。該d軸線電流(isd)可以由以下公式給出(其中kt是轉(zhuǎn)矩角10):
[0046]isd = is*cos (kt)。
[0047]在輸出步驟20的過程中所計(jì)算出的電信號(hào)被輸出至逆變器單元3。在此之后，如由回路21指示的那樣，該控制方法16重復(fù)進(jìn)行。
[0048]在當(dāng)前所示實(shí)例中，所得到的轉(zhuǎn)矩可以由以下公式計(jì)算出
[0049]k* (ld(id)-lq(iq)) *isd* iSQO
[0050]其中:
[0051]ld(id)是表示為d電流的函數(shù)的d電感
[0052]lq(iq))是表示為q電流的函數(shù)的q電感
[0053]isd是所施加的電流is的有功部分；并且
[0054]iSq是所施加的電流is的無功部分。
[0055]如果對(duì)于這兩個(gè)電感1<!和Iq不考慮任何飽和效應(yīng)(例如電動(dòng)機(jī)2內(nèi)的不同電線圈的飽和效應(yīng))，則不可能實(shí)現(xiàn)對(duì)該電動(dòng)機(jī)2的最佳控制。那樣的話，由于從圖4中可看到的飽和效應(yīng)，這樣的差異可能在測(cè)量的電感與計(jì)算的電感之間發(fā)生。在這個(gè)圖表中，對(duì)于一個(gè)示例性同步磁阻機(jī)器系統(tǒng)(例如以下參照?qǐng)D6描述的)，依賴于多個(gè)相關(guān)單元中的定子電流(沿橫坐標(biāo)22)描繪出每相電感(沿縱坐標(biāo)23)。這種依賴關(guān)系以實(shí)線24示出，表示計(jì)算出的電感，而這些點(diǎn)25示出了這些測(cè)量值。上方曲線是d電感(Ld);下方曲線是q電感(Lq)。如從圖4的圖表可看到的，對(duì)于低的定子電流工況而言存在明顯的差異。
[0056]這似乎導(dǎo)致當(dāng)產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)電流4時(shí)有待施加的最佳扭矩角的變化。在示出了多個(gè)第一測(cè)量結(jié)果的圖5中展示出了使用不同轉(zhuǎn)矩角的效果。依賴于轉(zhuǎn)矩角10(沿圖5的橫坐標(biāo)22示出)指明了所得轉(zhuǎn)矩(沿圖5的縱坐標(biāo)23繪成曲線)。這些單獨(dú)的轉(zhuǎn)矩角曲線26形成一組曲線27。這些單獨(dú)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)矩角曲線各自相對(duì)于所施加的電流變化。
[0057]此外，線28示出了用于驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)2的最佳轉(zhuǎn)矩角。如從圖5可看到的，依賴于所要求的轉(zhuǎn)矩和所施加的電流的轉(zhuǎn)矩角變化(并且除此之外可能還依賴于其他參數(shù))將得到更有效的電動(dòng)機(jī)。
[0058]在圖6中，示出了根據(jù)本發(fā)明原理的電動(dòng)機(jī)單元29的一種示例性實(shí)施方式的示意性框圖。當(dāng)前所示實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)單元29包括一個(gè)具有同步磁阻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)(同步磁阻機(jī)器)的電動(dòng)機(jī)30。一個(gè)逆變器單元31電驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)30，該逆變器單元用于給電動(dòng)機(jī)30提供具有可變頻率的電流32。在當(dāng)前所示實(shí)施例中，用于驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)30的電流32 (并且因此由逆變器單元31提供的電流32)是三相類型的。在當(dāng)前所示實(shí)施例中，逆變器單元31從直流電流(圖6中未示出直流電流源)中產(chǎn)生電流32。
[0059]對(duì)逆變器31的控制是由一個(gè)電子控制器單元33執(zhí)行，該電子控制器單元在當(dāng)前所示實(shí)施例中是單板計(jì)算機(jī)類型的。在表示電子控制器單元33的方框內(nèi)，指明了表示電子存儲(chǔ)器34的另一個(gè)方框，用于經(jīng)由逆變器單元31來致動(dòng)電動(dòng)機(jī)30的一個(gè)程序被存儲(chǔ)在該電子存儲(chǔ)器中。
[0060]應(yīng)當(dāng)理解的是，通過電動(dòng)機(jī)30的電流32不是由電子控制器單元33和/或電力逆變器單元31直接控制的。其實(shí)，該驅(qū)動(dòng)電壓矢量35的矢量值是一個(gè)受直接控制的值。這個(gè)值是電子控制器單元33的輸出值(電壓矢量35)并且因此是逆變器單元31的輸入值。電流32 (具體地說當(dāng)前是電流32的三個(gè)相u、v、w)已經(jīng)包含電動(dòng)機(jī)30的某種“響應(yīng)功能”，因此，可以測(cè)量電流32并將其用作電子控制器單元33的(通常)主要輸入值。另外，圖6中指明了一條用戶輸入線36。這條用戶輸入線36可以用于請(qǐng)求某個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度等。此外，可以預(yù)知一些傳感器37 (只在圖6中示意性地指明)被用于收集額外的數(shù)據(jù)。舉例而言，一個(gè)傳感器37可以探測(cè)溫度、轉(zhuǎn)子的機(jī)械位置、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度等。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)當(dāng)前提出的本發(fā)明，只使用電流32就足以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)30的非常先進(jìn)的控制，并且因此典型地這樣的額外傳感器被省去。因此，電動(dòng)機(jī)單元29 (特別是電子控制器單元33)可以是簡(jiǎn)單的、小的并且相對(duì)便宜的。
[0061]測(cè)量的電流32(其中該測(cè)量可以由在此未指明的電流傳感器來完成)形成了電子控制器單元33的“主要”數(shù)據(jù)輸入源。測(cè)量的電流32(是在一個(gè)靜止參考系中測(cè)量出的并且因此隨時(shí)間變化；典型地具有正弦形狀)首先被轉(zhuǎn)換到x-y系統(tǒng)(x-y參考系；還參見圖2 ;方框40)中。該x-y系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于由電動(dòng)機(jī)30的定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該χ-y系統(tǒng)將以電動(dòng)機(jī)30的驅(qū)動(dòng)軸38/轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率ω旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樵摝?y系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)30的轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，所以輸出電流39 isx和iSy隨時(shí)間是相對(duì)恒定的。具體地講，這些輸出電流不隨電動(dòng)機(jī)30的旋轉(zhuǎn)頻率變化。然而，當(dāng)然由于不同的旋轉(zhuǎn)速度、電動(dòng)機(jī)30上的不同負(fù)載等造成的改變?nèi)匀皇强赡艿摹?br> [0062]在X-y系統(tǒng)中計(jì)算出的電流isx、isy 39被傳遞至下一個(gè)邏輯方框41,在這里這些電流被重新計(jì)算一次而進(jìn)入d-q系統(tǒng)(還參見圖2)。該d-q系統(tǒng)(d_q參考系)以與x_y系統(tǒng)相同的、并且因此與電動(dòng)機(jī)30的轉(zhuǎn)子相同的頻率ω旋轉(zhuǎn)。然而，如果將一個(gè)負(fù)載施加至電動(dòng)機(jī)30的旋轉(zhuǎn)軸38，通常將發(fā)生x-y系統(tǒng)與d-q系統(tǒng)之間的偏移。如以上參照?qǐng)D2所描述的，這種偏移本身將表現(xiàn)為所謂的負(fù)載角11的形式。此時(shí)，我們具有在d-q系統(tǒng)中的電流42 (包括其多個(gè)不同的分量)。
[0063]平行地，使用測(cè)量的總定子電流is 43并且將其與不同的用戶輸入36進(jìn)行比較。由此，在isdRef計(jì)算方框45中計(jì)算所命令的d方向上的參考定子電流isdRef44。
[0064]所命令的參考電流44的值是定子電流控制器框46的三個(gè)主要輸入?yún)?shù)之一。另外兩個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)是該定子電流的與x-y系統(tǒng)中的X軸線平行的部分isx 39a以及該定子電流的與d-q系統(tǒng)中的q軸線平行的部分isq 42a，如在圖5中可看到的。定子電流控制器框46計(jì)算出在X方向上應(yīng)當(dāng)存在的定子電流并且將其與在X方向上測(cè)量出的定子電流isx39a進(jìn)行比較。在X方向上的計(jì)算出的與相對(duì)應(yīng)測(cè)量出的定子電流部分之間的差異被用于產(chǎn)生一個(gè)電壓誤差項(xiàng)u_p 47，該電壓誤差項(xiàng)是定子電流控制框46的主要輸出。這個(gè)誤差電壓47用作電壓矢量控制框48的一個(gè)輸入，在該電壓矢量控制框中計(jì)算電壓矢量Usy35。電壓矢量35的計(jì)算值被傳輸至用于驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)30的電力逆變器單元31。
[0065]在當(dāng)前所示實(shí)施例中，用戶輸入36的一個(gè)相關(guān)部分是參考頻率Wramp 49。這個(gè)參考頻率Wramp 49不僅被用作d方向44上的電流的計(jì)算“框”45的一個(gè)輸入值、并且還被用于計(jì)算這些矢量角，這是在矢量角計(jì)算框50中完成的。特別地說，在矢量角計(jì)算框50中，計(jì)算出theta角53 (空間矢量PWM調(diào)制器所使用的電壓矢量的角度)并且將其作為一個(gè)輸入?yún)?shù)傳遞至逆變器單元31。
[0066]衰減回路51被提供用于調(diào)制該具有功率擾動(dòng)的參考頻率(WsRef)以便使該機(jī)器穩(wěn)定。在沒有這個(gè)衰減回路的情況下總體上不可能使同步磁阻機(jī)器穩(wěn)步增長(zhǎng)(ramp-up)。
[0067]提供一個(gè)電感計(jì)算單元54以用于計(jì)算該系統(tǒng)的d電感(Ld)和q電感(Lq)。這些電感與該最佳轉(zhuǎn)矩角相關(guān)并且被用于在電壓矢量控制框48中產(chǎn)生電壓矢量。
[0068]可以從與由同一 申請(qǐng)人:于同一天以 申請(qǐng)人:參考號(hào)PA15277提交的標(biāo)題為“Methodfor controlling a synchronous reluctance electric motor(用于控制同步磁阻電動(dòng)機(jī)的方法)”(該申請(qǐng)要求GB 1210705.8的優(yōu)先權(quán))的另一篇申請(qǐng)中獲取額外的信息。這篇申請(qǐng)的內(nèi)部被全部結(jié)合到本申請(qǐng)中。
[0069]本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是通過舉例的方式提供的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)知道可以在不背離本發(fā)明范圍的情況下做出許多修改、改變和替換。本發(fā)明的權(quán)利要求旨在覆蓋所有落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的此類修改、變化和替換。
[0070]參考號(hào)列表
[0071]1.電動(dòng)機(jī)單元30.電動(dòng)機(jī)
[0072]2.電動(dòng)機(jī)31.逆變器單元
[0073]3.逆變器單元32.驅(qū)動(dòng)電流
[0074]4.驅(qū)動(dòng)電流33.電子控制器
[0075]5.電子控制器34.電子存儲(chǔ)器
[0076]6.電子存儲(chǔ)器35.電壓矢量
[0077]7.傳感器單元36.用戶輸入線
[0078]8.輸入線37.傳感器
[0079]9.不同的參考系38.軸
[0080]10.轉(zhuǎn)矩角39.1sx，iSy
[0081]11.負(fù)載角40.轉(zhuǎn)換到x-y系統(tǒng)
[0082]12.X軸線41.轉(zhuǎn)換到d-q系統(tǒng)
[0083]13.y軸線42.d-q系統(tǒng)中的電流
[0084]14.d軸線43.總定子電流is
[0085]15.q軸線44.d方向上的定子電流
[0086]16.流程圖參考值isdRef
[0087]17開始45.對(duì)44的計(jì)算
[0088]18.輸入步驟46.定子電流控制框
[0089]19.信號(hào)生成步驟47.誤差電壓Uramp
[0090]20.輸出步驟48.電壓矢量控制框
[0091]21.回路49.參考頻率Wramp
[0092]22.橫坐標(biāo)50.矢量角計(jì)算框
[0093]23.縱坐標(biāo)51.衰減回路
[0094]24.計(jì)算的電感52.濾波后的參考頻率
[0095]25.測(cè)量的電感WsRef
[0096]26.轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)矩角線 53.theta角
[0097]27.曲線組54.電感計(jì)算單元
[0098]28.最佳轉(zhuǎn)矩角
[0099]29.電動(dòng)機(jī)單元
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制電動(dòng)機(jī)⑵的方法(16),其特征在于，d-q參考系(14,15)中的轉(zhuǎn)矩角(10)是至少部分地和/或至少偶爾地依賴于該電動(dòng)機(jī)(2)的至少一個(gè)工作條件(4，7，8)而變化的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(16)，其特征在于，該電動(dòng)機(jī)(2)的至少一個(gè)工作條件(4.7.8)是至少部分地從該電動(dòng)機(jī)(2)的一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)和/或一個(gè)運(yùn)行參數(shù)(4，7)、特別是一個(gè)電氣參數(shù)(4)和/或一個(gè)機(jī)械參數(shù)(X)得到的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法(16)，其特征在于，該電動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)工作條件(4.7.8)是至少部分地從該d-q參考系(14，15)得到的。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法(16)，其特征在于，該電動(dòng)機(jī)(2)的至少一個(gè)工作條件(4，7，8)是取自下組，該組包括:要求的轉(zhuǎn)矩、至少一個(gè)電感(I)、至少一個(gè)施加的電流(i)、至少一種飽和效應(yīng)、至少一個(gè)電感差、至少一個(gè)電流差以及至少一個(gè)輸入命令。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法(16)，其特征在于，該轉(zhuǎn)矩角(10)至少偶爾地和/或至少部分地是由該電動(dòng)機(jī)(2)的至少兩個(gè)工作條件(4，7，8)的乘積確定的。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法(16)，其特征在于，該轉(zhuǎn)矩角(10)至少部分地是由至少一個(gè)相乘因子(k)與至少一個(gè)工作條件(4，7，8)的乘積確定的，該至少一個(gè)工作條件優(yōu)選地取自下組，該組包括:一個(gè)電感(I)、一個(gè)電感差、至少一個(gè)電流⑴以及至少一個(gè)電流差。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法(16)，其特征在于，該轉(zhuǎn)矩角(10)是在作為下限的45度與作為上限的45度、46度、47度、48度、49度、50度、55度、60度、65度、70度、75度、80度、85度以及90度之間的一個(gè)區(qū)間內(nèi)變化。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法(16)，其特征在于，對(duì)該轉(zhuǎn)矩角(10)使用一個(gè)低效率運(yùn)行值，特別是該轉(zhuǎn)矩角(10)的為45度、46度、47度、48度、49度、50度、51度、52度、53度、54度或55度的低效率運(yùn)行值。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法(16)，其特征在于，該方法是用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)變頻電動(dòng)機(jī)和/或一個(gè)同步電動(dòng)機(jī)和/或一個(gè)永磁鐵輔助同步磁阻機(jī)器和/或一個(gè)同步磁阻電動(dòng)機(jī)(2)。
10.控制器單元(5)、特別是用于電動(dòng)機(jī)(2)的控制器單元(5)，其特征在于，所述控制器單元(5)是以一種方式被設(shè)計(jì)和安排成用于執(zhí)行根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法(16)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制器單元(5)，其特征為至少一個(gè)逆變器單元(3)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的控制器單元(5)，其特征為至少一個(gè)可編程的存儲(chǔ)器單元(6)。
13.電動(dòng)機(jī)單元(I)，其特征為至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的控制器單元(5)和/或是以一種方式被安排和設(shè)計(jì)成用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法。
14.如權(quán)利要求13中所述的電動(dòng)機(jī)單元，其中該電動(dòng)機(jī)單元是一個(gè)同步磁阻電動(dòng)機(jī)單J Li ο
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK104335479SQ201380029813
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2013年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月15日
【發(fā)明者】邁克爾·勞爾森 申請(qǐng)人:丹佛斯動(dòng)力公司