本發(fā)明涉及一種用于運行電動機裝置的方法。該電動機裝置包括至少一個電動機以及用于利用三相交流電運行電動機的電路。電動機具有至少一個帶有至少三個線圈的定子以及轉(zhuǎn)子。

背景技術(shù)：

1、電動機原則上可以以已知的方式作為電動機被運行并且尤其是也可以作為發(fā)電機被運行。關(guān)于電動機的實施相應(yīng)地適用于作為發(fā)電機的運行。

2、這樣的電路經(jīng)常包括至少一個第一電位端子和第二電位端子(例如正極和地)，所述第一電位端子和第二電位端子能夠與直流電壓源的不同電位連接。三個半橋布置在電位端子之間，所述半橋分別被分配給交流電的相。電動機的每個線圈分別經(jīng)由第一端子與相應(yīng)的半橋?qū)щ娺B接并且分別經(jīng)由第二端子與其他線圈導(dǎo)電連接。每個半橋彼此串聯(lián)連接地具有上部開關(guān)和下部開關(guān)以及在開關(guān)之間具有第一端子。每個開關(guān)可以在電流可以經(jīng)由開關(guān)被傳導(dǎo)的第一位置和電流的傳導(dǎo)中斷的第二位置之間被切換。

3、電路的三個半橋使得能夠產(chǎn)生三相交流系統(tǒng)或多相矩形電流，其中相彼此偏移120角度(winkelgrad)。每個電流或相電流分別經(jīng)由第一端子被傳輸?shù)骄€圈上或被注入到線圈中。線圈經(jīng)由第二端子彼此相互連接，其中不同的相電流在星點(公共第二端子)中互相抵消，使得不需要到分別另一電位端子的單獨的或附加的回線。

4、尤其是，半橋以已知的方式包括上晶體管和下晶體管的裝置，電位端子經(jīng)由所述裝置相互連接。尤其是，二極管與每個晶體管并聯(lián)連接。該實施也被稱為igbt-雙極b，即絕緣柵雙極晶體管(insulated-gate?bipolar?transistor)?？商娲兀撾娐芬部梢酝ㄟ^mosfet(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(metal?oxide?semiconductor?field-effecttransistor))來實現(xiàn)，所述mosfet可以在兩個方向上傳導(dǎo)電流。

5、為了運行電動機，經(jīng)常設(shè)置電容，所述電容以與半橋并聯(lián)連接的方式與電位端子連接。該電容經(jīng)由直流電壓源被充電，并且用于通過電動機隨時均可以調(diào)用足夠的功率。

6、對于這種電路存在恰好在機動車輛的情況下適用的安全準(zhǔn)則。因此，在關(guān)斷例如機動車輛之后或在碰撞之后，必須使電組件立即放電，至少直至組件的電壓未超過極限值，例如60伏特。這種放電在此必須在特定的時間間隔、例如1.95秒內(nèi)進(jìn)行。因此必要時需要進(jìn)一步放電，必要時放電到10伏特以下。

7、此外，電路同時被轉(zhuǎn)換到電動機的相彼此被短路的切換狀態(tài)。為此，所有上部開關(guān)均被切換到第二位置，并且所有下部開關(guān)均被切換到第一位置(也稱為主動短路-asc(active?short?circuit))。由此通過電動機生成電流(電動機作為發(fā)電機起作用)。在此，將電流朝向電路傳導(dǎo)并且再次傳導(dǎo)回給電動機，由此產(chǎn)生反作用力矩，使得電動機自身制動。在電動機的靜止?fàn)顟B(tài)(stillstand)中也存在這種切換狀態(tài)，使得不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并且在一些情況下可能使電動機保持在該位置。

8、迄今為止，存儲在電容中的能量通過電阻被轉(zhuǎn)化為熱量。在此必須監(jiān)控為此設(shè)置的電阻，以便不超過溫度，并且不發(fā)生對該安全裝置的由此必要時得到的損壞。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的任務(wù)是至少部分地解決關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)列舉的問題。尤其是，應(yīng)該提出一種用于輸送(abführen)存儲在電容中的能量的替代解決方案。

2、根據(jù)專利權(quán)利要求1的特征的方法對此做出貢獻(xiàn)。有利的改進(jìn)方案是從屬專利權(quán)利要求的主題。在專利權(quán)利要求中單獨舉出的特征可以以在技術(shù)上有意義的方式彼此組合，并且可以通過來自說明書的闡述性事實情況和來自圖的細(xì)節(jié)來補充，其中表明本發(fā)明的其他實施變型方案。

3、提出一種用于運行電動機裝置的方法。該電動機裝置包括至少一個電動機以及用于利用三相交流電運行該電動機的電路。電動機具有至少一個帶有至少三個線圈的定子和轉(zhuǎn)子。尤其是，還可以針對兩相系統(tǒng)來實現(xiàn)該方法，其中但是當(dāng)前涉及通常流行的三相系統(tǒng)。

4、電路包括至少一個第一電位端子和第二電位端子，所述第一電位端子和第二電位端子與直流電壓源的不同電位(例如正極和地)可連接或連接。三個半橋布置在電位端子之間，所述半橋分別分配給交流電的相。電動機或定子的每個線圈分別經(jīng)由第一端子與相應(yīng)半橋?qū)щ娺B接并且分別經(jīng)由第二端子(公共星點)與其他線圈導(dǎo)電連接。每個半橋以彼此串聯(lián)連接的方式具有上部開關(guān)和下部開關(guān)以及在開關(guān)之間具有第一端子。

5、電容以與半橋并聯(lián)連接的方式與電位端子連接。

6、每個開關(guān)能夠在第一位置和第二位置之間切換，在所述第一位置中能夠經(jīng)由開關(guān)傳導(dǎo)電流，在所述第二位置中電流的傳導(dǎo)中斷。

7、該方法至少包括以下步驟：

8、a)建立電路的第一切換狀態(tài)，其中僅上部開關(guān)中的一個上部開關(guān)布置在第一位置并且在下部開關(guān)中僅分配給與該上部開關(guān)相同的半橋的下部開關(guān)布置在第二位置。

9、原則上，電動機可以以已知的方式作為電動機被運行并且尤其是也可以作為發(fā)電機被運行。對電動機的實施相應(yīng)地適用于作為發(fā)電機的運行。電動機不被規(guī)定為特殊的設(shè)計方案。

10、電動機尤其是具有10瓦特至500千瓦(標(biāo)稱功率)的電功率消耗(即最大驅(qū)動功率)。但是，也可以與所提出的方法結(jié)合地使用其他電動機。

11、尤其是電路的三個半橋使得能夠產(chǎn)生三相交流系統(tǒng)或多相矩形電流，其中相彼此偏移120角度。每個電流或相電流分別經(jīng)由第一端子被傳輸?shù)骄€圈上或被注入到線圈中。線圈彼此經(jīng)由第二端子相互連接，其中不同的相電流在星點(公共第二端子)中相互抵消，使得不需要到分別另一電位端子的單獨的或附加的回線。

12、尤其是，半橋以已知的方式包括上晶體管(上部開關(guān))和下晶體管(下部開關(guān))的裝置，電位端子經(jīng)由所述裝置相互連接。尤其是，二極管與每個晶體管并聯(lián)連接。該實施也被稱為igbt-雙極b，即絕緣柵雙極晶體管?？商娲兀撾娐芬部梢酝ㄟ^mosfet(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)來實現(xiàn)，所述mosfet可以在兩個方向上傳導(dǎo)電流。也可以使用履行所描述的功能的其他開關(guān)元件。

13、尤其是，每個半橋具有至少一個作為第一開關(guān)的上晶體管(高側(cè)晶體管)和作為下部開關(guān)的下晶體管(低側(cè)晶體管)，其中這些晶體管彼此導(dǎo)電連接。上晶體管與第一電位端子導(dǎo)電連接，并且下晶體管與第二電位端子導(dǎo)電連接。每個半橋在上晶體管和下晶體管之間均具有接觸部，經(jīng)由該接觸部可以分別將第一端子與相應(yīng)的半橋連接。

14、因此，該電路包括第一半橋、第二半橋和第三半橋。

15、該電容尤其是通過一個電容器或通過多個電容器來實現(xiàn)。在機動車輛中，電容例如鑒于電動機的功率和當(dāng)前要求被設(shè)計。在此，電容可以例如具有200和1,000μf[微法]之間、優(yōu)選地350和750μf之間、特別優(yōu)選地約500μf。

16、對于這種電路例如存在在機動車輛的情況下適用的安全準(zhǔn)則。因此，在關(guān)斷例如機動車輛之后或在碰撞之后，必須使電組件立即放電，至少直至該組件的電壓未超過極限值、例如60伏特。這種放電在此必須在特定的時間間隔、例如1.95秒內(nèi)進(jìn)行。然后必要時需要進(jìn)一步放電，必要時放電到10伏特以下。放電尤其是從工作電壓開始進(jìn)行，所述工作電壓例如尤其是為多于300伏特。

17、此外，電路應(yīng)該同時被轉(zhuǎn)換到以下切換狀態(tài)，其中電動機的相彼此被短路(所謂安全狀態(tài)(safe-state))。為此，在已知的電路的情況下將所有上部開關(guān)切換到第二位置并且將所有下部開關(guān)切換到第一位置(或者反之亦然，即將所有上部開關(guān)切換到第一位置并且將所有下部開關(guān)切換到第二位置)。由此，通過電動機生成電流(電動機作為發(fā)電機起作用)。在此，將電流朝向電路(朝向半橋的下部開關(guān))傳導(dǎo)并且再次傳導(dǎo)回給電動機，由此產(chǎn)生反作用力矩，使得電動機自身制動。這種切換狀態(tài)尤其是也存在于電動機的靜止?fàn)顟B(tài)中，使得不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并且電動機在一些情況下可以被保持在該位置中。

18、迄今為止，存儲在電容中的能量在已知的電路或方法中通過為此專門設(shè)置的電阻被轉(zhuǎn)化為熱量。在此必須監(jiān)控為此設(shè)置的電阻，以便不超過溫度，并且不發(fā)生對該安全裝置的由此必要時得到的損壞。通過電動機的繞組進(jìn)行放電迄今為止已經(jīng)是可能的，然而并不那么容易(nicht?ohne)同時遵守上述“安全狀態(tài)”。

19、現(xiàn)在在這里提出，這些電阻由特殊的方法代替或者所述電阻的功能至少部分地由特殊的方法接管。存儲在電容中的能量在此通過電動機被轉(zhuǎn)化，尤其是通過其電阻或阻抗。該方法尤其是在旋轉(zhuǎn)的電動機的情況下(即當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)時)被使用。

20、根據(jù)步驟a)，(尤其是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間)建立電路的第一切換狀態(tài)，其中在該第一切換狀態(tài)中例如僅第一半橋的上部開關(guān)布置在第一位置中。其他(第二和第三)半橋的上部開關(guān)在此布置在第二位置。在該第一切換狀態(tài)中，此外在下部開關(guān)中僅第一半橋的下部開關(guān)布置在第二位置，而其他(第二和第三)半橋的下部開關(guān)布置在第一位置。

21、由于該第一切換狀態(tài)(也由于稍后引入的第二切換狀態(tài))，來自電容的能量可以逐漸地朝向電動機被輸送。然后該能量逐漸地通過電動機被轉(zhuǎn)化，例如通過產(chǎn)生反作用力矩和/或通過其電阻或阻抗，電動機通過所述反作用力矩自動制動。

22、尤其是，僅當(dāng)電流從電位端子開始經(jīng)由分配給該上部開關(guān)的相朝向電動機被傳導(dǎo)時，(在轉(zhuǎn)子或電動機旋轉(zhuǎn)期間)才進(jìn)行步驟a)(或步驟b))。尤其是，否則存在原則上已知的第三切換狀態(tài)，其中所有上部開關(guān)布置在第二位置并且所有下部開關(guān)布置在第一位置(或者反之亦然)。尤其是為了輸送來自電容的能量，因此在第一切換狀態(tài)和第三切換狀態(tài)之間來回切換。

23、尤其是僅當(dāng)例如機動車行駛時，或者仍然在行駛期間切換到安全狀態(tài)并且電動機與此相應(yīng)地仍然旋轉(zhuǎn)時，電流才在逆變器和電動機之間流動。

24、在電動機的靜止?fàn)顟B(tài)中，尤其是有規(guī)則地電流不在電動機和逆變器之間流動。然而，通過所描述的方法斷開在電容和電動機之間的開關(guān)，并且由于電壓差，小的電流從電容開始流入電動機中。

25、尤其是，在緊接步驟a)的步驟b)中，建立第二切換狀態(tài)，其中僅上部開關(guān)中的(與在第一切換狀態(tài)中不同的)另一上部開關(guān)布置在第一位置并且在下部開關(guān)中僅分配給與該另一上部開關(guān)相同的半橋的下部開關(guān)布置在第二位置。在此，分別其他上部開關(guān)布置在第二位置并且分別其他下部開關(guān)布置在第一位置。

26、因此，該方法包括在步驟a)之后執(zhí)行步驟b)，其中在該第二切換狀態(tài)中，例如當(dāng)也即在第一切換狀態(tài)中第一半橋的上部開關(guān)布置在第一位置時，僅第二半橋的上部開關(guān)布置在第一位置。其他(第一和第三)半橋的上部開關(guān)在此布置在第二位置。在該第二切換狀態(tài)中，此外在下部開關(guān)中僅第二半橋的下部開關(guān)布置在第二位置，而其他(第一和第三)半橋的下部開關(guān)布置在第一位置。

27、尤其是，在步驟a)和b)之間的任何時間點均不經(jīng)由半橋之一連接電位端子。因此，在步驟a)和b)之間的每個時間點禁止或防止電位端子經(jīng)由半橋之一導(dǎo)電連接。

28、尤其是，重復(fù)地、尤其是交替地執(zhí)行步驟a)和b)。在此尤其是至少兩個或甚至所有三個上部或下部開關(guān)如所描述的那樣(在第一和第二位置之間來回)切換。

29、尤其是，在每個第一切換狀態(tài)和每個第二切換狀態(tài)之間建立第三切換狀態(tài)。在第三切換狀態(tài)中，所有上部開關(guān)布置在第二位置并且所有下部開關(guān)布置在第一位置。但是尤其是，還可以在第一切換狀態(tài)和第二切換狀態(tài)之間來回變換。

30、尤其是步驟a)利用第一切換狀態(tài)重復(fù)地、即多次相繼地被執(zhí)行(在不建立第二切換狀態(tài)的情況下)，其中在其間(即在第一切換狀態(tài)之間)建立第三切換狀態(tài)(或所述第三切換狀態(tài))，其中所有上部開關(guān)布置在第二位置并且所有下部開關(guān)布置在下部位置。

31、尤其是，以與電動機的相應(yīng)(當(dāng)前)轉(zhuǎn)速(下面中也稱為電動機頻率)有關(guān)的時鐘脈沖(尤其是分別交替地)執(zhí)行步驟a)和c)或a)、b)和c)。尤其是以是電動機的轉(zhuǎn)速的至少2倍、尤其是至少5倍、優(yōu)選地至少8倍或甚至10倍的時鐘脈沖(頻率)執(zhí)行所提到的步驟。步驟的時鐘脈沖的頻率例如處于2至40khz[千赫]、優(yōu)選地8至20khz的范圍中或優(yōu)選地為大約10khz。

32、由于電容經(jīng)由電動機相放電(步驟a)和b))與保持電動機相的主動短路(步驟c))之間的高時鐘脈沖或頻率，即使在電動機的高轉(zhuǎn)速的情況下也可以維持主動短路的電功能。

33、尤其是，步驟a)和b)的執(zhí)行(即在一個時間區(qū)間內(nèi)，存在根據(jù)步驟a)和/或b)的切換狀態(tài)的時間的總和)與步驟c)的執(zhí)行(即在該時間區(qū)間內(nèi)，存在切換狀態(tài)c)的時間的總和)之間的比例至多為1比2，即至多為0.5(步驟c)因此以兩倍長存在)，尤其是處于至多1比4(即至多0.25)，優(yōu)選地處于至多1比5(即至多0.2)。尤其是，該比例處于1比2(即0.5)至1比10(即0.1)的范圍內(nèi)，優(yōu)選地處于1比3(即約0.33)至1比7(即約0.14)的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地處于1比4(即0.25)至1比5(即0.2)的范圍內(nèi)。該時間區(qū)間尤其是被測定為使得其中步驟a)和/或b)以及c)被執(zhí)行多次，尤其是分別至少五次，或者甚至至少10次。

34、尤其是，至少(或僅僅)當(dāng)需要電容的放電時，即例如在機動車輛的情況下，如果在關(guān)斷之后或在碰撞之后必須進(jìn)行電組件的立即放電，則至少建立第一切換狀態(tài)。尤其是在此直流電壓源不再與電路連接，使得僅來自電容的能量通過電動機被消除(abbauen)(或必須被消除)。

35、尤其是，至少重復(fù)地建立第一切換狀態(tài)(或以所描述的方式所描述的其他切換狀態(tài))，直至在電位端子之間的電壓未超過極限值為止。該極限值尤其是小于100伏特、優(yōu)選地60伏特。

36、尤其是，從完全充電的電容(所述電容例如由至少一個電容器構(gòu)成)開始并且在首次建立至少第一切換狀態(tài)之后，在至多兩(2)秒之后、尤其是在至多1.95秒之后達(dá)到極限值。

37、已經(jīng)表明，本方法可以在電動機的高旋轉(zhuǎn)速度(轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在至少9,000轉(zhuǎn)每分鐘時，優(yōu)選地在至少10,000、特別優(yōu)選地在大約10,500轉(zhuǎn)每分鐘時)和連接的以及在切斷的直流電壓源的情況下可以被執(zhí)行，其中在此在電路中在組件之一處不出現(xiàn)不允許的溫度升高。

38、此外，已經(jīng)表明，本方法即使在電動機的靜止?fàn)顟B(tài)(轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等于零轉(zhuǎn)每分鐘)時和連接的以及在切斷的直流電壓源的情況下也可以被執(zhí)行，其中在此在電路中在組件之一處不出現(xiàn)不允許的溫度升高。

39、在具有切斷的直流電壓源的情況下，分別完全充電的電容可以在所需要的時間內(nèi)被降低直到極限值或被降低到所述極限值以下。

40、此外提出一種控制裝置，所述控制裝置被設(shè)立用于執(zhí)行所描述的方法，其中該控制裝置僅僅具有模擬電開關(guān)元件(例如信號發(fā)生器、放大器、邏輯運算器、門等)，通過所述模擬電開關(guān)元件可以建立至少一個第一切換狀態(tài)。尤其是，通過控制裝置可以建立所有所描述的切換狀態(tài)?？刂蒲b置在此尤其是動用電動機的信號，所述信號由轉(zhuǎn)子相對于定子的轉(zhuǎn)動被產(chǎn)生。

41、在此尤其是必須確定或已知轉(zhuǎn)子的位置，即該轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了多少角度的位置。從而可以確定相恰好彼此必須在哪個方向上切換或被切換。為此可以使用多個信號，所述信號例如可以從電動機中被截取(例如電動機的位置)。例如也可以測量和使用在相上(逆變器和電動機之間)的電流。為此在其他系統(tǒng)中存在原則上已知的其他可能性。

42、控制裝置尤其是被裝備、配置或編程為使得電路可以根據(jù)所描述的方法被運行。

43、尤其是，因此利用控制裝置對該方法僅僅通過硬件能夠?qū)崿F(xiàn)的實施是可能的。

44、此外提出一種用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)具有適當(dāng)?shù)乇辉O(shè)立用于執(zhí)行所描述的方法的部件。

45、該部件例如包括處理器和其中存儲通過處理器要執(zhí)行的指令的存儲器以及數(shù)據(jù)線路或傳輸裝置，所述數(shù)據(jù)線路或傳輸裝置使得能夠在所列舉的元件之間傳輸指令、測量值、數(shù)據(jù)等。

46、“部件(mittel)”尤其是可以包括以下組件中的一個或多個：(一個或多個)控制器、微控制器、數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)連接、顯示設(shè)備(諸如顯示器)、計數(shù)器或限時元件(計時器)、至少一個其他傳感器、能量源等。

47、此外提出一種計算機可讀存儲介質(zhì)，包括指令，所述指令在由計算機執(zhí)行時促使所述計算機執(zhí)行所描述的方法或所描述的方法的步驟。

48、因此，利用該系統(tǒng)尤其是對該方法至少部分地通過軟件能夠?qū)崿F(xiàn)的執(zhí)行是可能的。在此尤其是，該系統(tǒng)動用電動機的信號，所述信號由轉(zhuǎn)子相對于定子的轉(zhuǎn)動被產(chǎn)生。

49、如上面已經(jīng)陳述的，在此尤其是必須確定或已知轉(zhuǎn)子的位置，即該轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了多少角度的位置。從而可以確定相恰好彼此必須在哪個方向上切換或被切換。為此可以使用多個信號，所述信號例如可以從電動機中被截取(例如電動機的位置)。例如也可以測量和使用在相上(逆變器和電動機之間)的電流。為此在其他系統(tǒng)中存在原則上已知的其他可能性。

50、此外提出一種機動車輛，至少具有電動機裝置，所述電動機裝置具有至少一個作為用于機動車輛的牽引驅(qū)動裝置的電動機以及用于利用三相交流電運行電動機的電路，其中機動車輛具有所描述的控制裝置或所描述的系統(tǒng)。

51、機動車輛尤其是可以被實施為pkw(載客汽車)、lkw(載重汽車)、列車、機器人、無人機等。

52、關(guān)于方法的實施尤其是可以被轉(zhuǎn)用到機動車輛、控制裝置、用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)和/或計算機實現(xiàn)的方法(即計算機程序和計算機可讀存儲介質(zhì))上，并且反之亦然。

53、預(yù)備性地應(yīng)該注釋的是，在這里使用的數(shù)詞(“第一”、“第二”……)首要地(僅)用于區(qū)分多個同類的對象、參量或過程，即尤其是不強制性地預(yù)先給定這些對象、參量或過程彼此間的相關(guān)性和/或順序。如果應(yīng)該需要相關(guān)性和/或順序，則這在這里明確地說明，或者對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言在研究具體描述的設(shè)計方案時明顯地得出。