CN102754330A - 电路布置以及用于运行该电路布置的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电机（EM）的电路布置（CA），电机（EM）包含多个定子绕组（ST1，ST2，ST3），其中，各个定子绕组（ST1，ST2，ST3）包含至少一个第一相绕组（L1，L3，L5）和第二相绕组（L2，L4，L6）。电路布置（CA）包含至少一个预定第一与预定第二选择，其各自包含几个半桥（HB1_1-HB1_3，H2_1-H2_3）。第一选择的各个半桥（HB1_1，HB1_2，HB1_3）的两个开关元件（T1_1-T1_4,T1_2-T1_5,T1_3-T1_6）的公共连接各自电气耦合到所关联的定子绕组（ST1，ST2，ST3）的第一相绕组（L1，L3，L5）的连接。第二选择的各个半桥（HB2_1，HB2_2，HB2_3）的两个开关元件（T2_1-T2_4,T2_2-T2_5,T2_3-T2_6）的公共连接各自电气耦合到所关联的相绕组（ST1，ST2，ST3）的第二相绕组（L2，L4，L6）的连接。

Description

电路布置以及用于运行该电路布置的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于电机的电路布置，并涉及用于运行该电路布置的方法以及装置。

背景技术

电机——例如电动机——被用在例如汽车工程领域中，其中，它们用在用于对预先设定的转向运动进行辅助的转向***中。这种类型的电机能被设计为例如永磁无刷同步电机。

发明内容

本发明所基于的目的在于提供一种电路布置、方法以及对应的装置，其使得电机能够以可靠的方式运行。

该目的通过独立权利要求的特征实现。在从属权利要求中给出对本发明的有利优化。

根据第一实施形态，本发明的特点在于一种用于包含多个定子线圈的电机的电路布置。各个定子绕组至少包含第一绕组相（winding phase）和第二绕组相。电路布置至少包含各自具有多个半桥的预定的第一选择（selection）以及预定的第二选择。各个半桥具有第一开关元件和串联电气耦合到所述第一开关元件的第二开关元件。第一选择的相应的半桥的两个开关元件的公共连接点能各自电气耦合到相应的所关联定子绕组的第一绕组相的连接（connection）。在各自的情况下，不同的定子绕组与第一选择中的半桥相关联。第二选择的相应的半桥的两个开关元件的公共连接点能各自电气耦合到相应的所关联定子绕组的第二绕组相的连接。在各自的情况下，不同的定子绕组与第二选择的半桥相关联。这种类型的电路布置允许电机的可靠运行和相对较高的可用性。特别是，电机中典型地不再需要附加部件，例如，如果有故障时设置的星型继电器（star-point relays）。这使得简单且节省成本的电机成为可能。

电机被设计为例如永磁同步电机。相绕组的连接——半桥避开了这些连接——优选为在公共的电气星形点（star point）上彼此电气耦合。另外，被布置为电气并联的续流二极管典型地与半桥的各个开关元件相关联。半桥数量优选为与定子绕组数量相关联，取决于选择。不同的定子绕组优选为与相应的选择中的各个半桥相关联。

根据第二和第三实施形态，本发明的特点在于一种用于运行根据第一实施形态的电路布置的方法以及对应的装置，在该方法中，电路布置的至少一个预定特征变量被记录，根据至少一个所记录的特征变量，第一或第二选择的开关元件的错误（error）被检测。至少在电机转子旋转期间，由于错误导致的制动转矩作用在转子上。根据错误检测，相应的无错误选择的至少一个无错误开关元件以这样的方式被驱动：其导致预定的补偿电流以产生抵消制动转矩的相关联的反转矩的方式被供到相应的所关联绕组相。当存在错误时，这能防止电机转子旋转的堵塞。特别地，错误能导致电机运行为发电机，结果，典型地提供导致制动转矩的电流。特征变量能表达为例如电路布置的运行变量。相应的开关元件的驱动优选为代表这一开关元件的开通。

在第二和第三实施形态的有利优化中，电机的至少一个运行变量被确定。根据所述至少一个所确定的运行变量，所述至少一个无错误开关元件被驱动。这允许补偿电流被匹配到电机的当前运行状态。例如，将被驱动的无错误开关元件的数量和/或所述至少一个无错误开关元件的开通时间能够根据所述至少一个所确定的运行变量而被预先设定。

在第二和第三实施形态的有利优化中，转子的当前旋转速度和/或当前角位置和/或转子的旋转方向被确定为电机的至少一个运行变量。通过确定这些运行变量，特别有利的是，可以确定所述至少一个无错误开关元件的驱动。

在第二和第三实施形态的有利优化中，根据被检测到的错误，包含故障开关元件的选择的所有其余开关元件被调节为高阻抗开关状态。这能降低这一选择对于制动转矩的建立的进一步的影响。

在第二和第三实施形态的有利优化中，永久低阻抗开关状态被检测为开关元件的错误。优选为，这种错误有助于建立制动转矩。对这种错误的检测以及根据这一点的反转矩的提供能防止转子堵塞。

在第二和第三实施形态的有利优化中，半桥电压被记录为电路布置的预定特征变量。在各自的情况下，半桥电压与一个半桥相关联，并代表与相应的半桥的两个开关元件的公共连接点相关联的电压。这允许错误、特别是故障开关元件的永久低阻抗开关状态以特别可靠的方式被确定。

在第二和第三实施形态的有利优化中，补偿电流以这样的方式被预先确定：反转矩等于制动转矩。这允许转子继续转动。

附图说明

下面，参照附图详细阐释本发明的示例性实施例，其中：

图1示出了电路布置；以及

图2示出了流程图。

具体实施方式

贯穿附图，具有相同设计或功能的元件具有同样的参考标号。

用于电机EM的电路布置CA（图1）具有第一与第二驱动器级DU1、DU2，其各自包含用于驱动电机EM的B6桥。电路布置CA能与例如转向***相关联，转向***例如为机动车的动力转向***。

各个驱动器级DY1、DU2各自具有三个半桥HB1_1-HB1_3、HB2_1-HB2_3。各个半桥HB1_1-HB1_3、HB2_1-HB2_3又各自具有一个第一开关元件T1_1、T1_2、T1_3以及第二开关元件T1_4、T1_5、T1_6，这些开关元件串联电气连接，并且在各自的情况下具有公共连接点。第一驱动器级DU1也能被指定为多个半桥中的第一选择，第二驱动器级DU2也能被指定为多个半桥中的第二选择。各个半桥电气耦合在例如12V的供电电位U和基准电位GND之间，基准电位GND采用例如机动车的车体（mass）的形式。

半桥HB1_1-HB1_3、HB2_1-HB2_3的相应的开关元件T1_1-T1_6、T2_1-T2_6被设计为例如功率晶体管，举例而言，功率场效应管，并且各自具有续流二极管，续流二极管电气并联耦合到相应的开关元件的非控制连接。

电机EM被设计为例如永磁无刷同步电机，其包含例如三个定子绕组ST1、ST2、ST3。各个定子绕组ST1、ST2、ST3包含第一绕组相L1、L3、L5以及第二绕组相L2、L4、L6。所有的绕组相L1-L6各自具有两个连接，所有绕组相L1-L6借助其两个连接中的一个在星形点SP上彼此电气耦合。

第一驱动器级DU1的相应的半桥HB1_1、HB1_2、HB1_3的两个开关元件的公共连接点可电气耦合到相应的所关联定子绕组ST1、ST2、ST3的第一绕组相L1、L3、L5。第二驱动器级DU2的相应的半桥HB2_1、HB2_2、HB2_3的两个开关元件的公共连接点可电气耦合到相应的所关联定子绕组ST1、ST2、ST3的第二绕组相L2、L4、L6。在这种情况下，第一驱动器级DU1的各个半桥HB1_1-HN1_3与不同的定子绕组ST1-ST3相关联，第二驱动器级DU2的各个半桥HB2_1-HB2_3与不同的定子绕组ST1-ST3相关联。

另外，电路布置CA具有驱动器单元GDU，其具有多个输入连接和多个输出连接。各个输出连接与开关元件的控制输入相关联。在无错误状态下，第一开关元件T1_1-T1_3、T2_1-T2_3——其与相同的定子绕组ST1、ST2、ST3相关联——优选为关于时间并行地受到驱动。例如，第一半桥HB1_1的第一开关元件T1_1与第一驱动器级DU1中的第一定子绕组ST1相关联，第一半桥H2_1的第一开关元件T2_1与第二驱动器级DU2中的第一定子绕组ST1相关联，因此，所述开关元件关于时间并行地受到驱动。然而，如果存在错误，例如，彼此相应地关联的第一开关元件也能不同地受到驱动。同样的情况适用于第二开关元件。

驱动器单元GDU通过输入连接电气耦合到控制单元CU的脉宽调制单元PWM。控制单元CU被设计为，借助脉宽调制单元PWM，向驱动器单元GDU提供多个预定的脉宽调制控制信号。根据预定脉宽控制信号，借助驱动器单元GDU提供用于开关元件的控制信号。例如，电机EM的转子的旋转方向、转矩、旋转速度n能通过预先设定预定脉宽调制控制信号而被预先设定。结果，例如，机动车驾驶员的预定转向运动能得到辅助。在这种情况下，驱动器单元GDU被设计为，例如，对在输入上提供的脉宽调制控制信号进行放大，和/或增加死区时间，以便防止供电电位U和基准电位GND之间通过相应半桥的开关元件的低阻抗耦合。

电路布置CA也具有记录单元M1、M2，其与控制单元CU相关联，且其各自电气耦合到驱动器级DU1、DU2中的一个。相应的记录单元M1、M2被设计为记录与之相关联的各个半桥的半桥电压U1_1-U1_3、U2_1-U2_3。各个半桥电压U1_1-U1_3、U2_1-U2_3代表在各自的情况下在所关联的半桥的开关元件的公共连接与基准电压GND之间的电压。

参照流程图（图2）来介绍例如由控制单元CU实现以运行电路布置CA的程序。控制单元CU也可被指示为用于运行电路布置CA的装置。

该程序在步骤S0中开始。在步骤S2中，借助于记录单元M1、M2，半桥电压U1_1-U1_3、U2_1-U2_3被记录为电路布置CA的特征变量。在步骤S4中，根据所记录的半桥电压U1_1-U1_3、U2_1-U2_3，确定是否在第一驱动器级DU1或第二驱动器级DU2的开关元件中存在错误ERR。这能通过所记录的半桥电压U1_1-U1_3、U2_1-U2_3与预定电压的比较来进行，根据电压在时间上的偏差，确定存在作为错误ERR源头的故障开关元件的可能性。在这种情况下，优选为，在步骤S6中，故障开关元件的永久低阻抗开关状态被施加（imposed）。

在驾驶员的转向运动的情况下，根据转子的当前位置和旋转速度，错误ERR能导致电机EM的发电机运行，这导致制动转矩，其抵消与驾驶员的转向运动相关联的转向转矩，并可能导致机动车转向的阻塞。在这种情况下，典型地，制动转矩越大，转子旋转越快。在这种情况下，给定驾驶员的对应转向运动以及由驾驶员操作的电机EM到转向轮的机械耦合，转子能达到例如每秒三十度的旋转速度。

例如，如果开关元件T2_3处于永久低阻抗开关状态，根据电机EM的旋转方向、当前位置、转子速度n，在发电机运行期间，电压可在例如定子绕组ST3中感应出，此电压可能导致例如开关元件T1_3的续流二极管以前向方向运行，因此导致结果产生电流，抵消转向转矩的制动转矩再度由此电流产生。优选为，具有故障开关元件的驱动器级的所有其余的开关元件在步骤S8中被调节为高阻抗开关状态，作为此结果，转向辅助被解除致动。这能借助控制单元CU由驱动器单元GDU的对应的驱动进行。

电机EM的至少一个运行变量——例如电机EM的转子的旋转方向和/或转子的当前位置和/或当前旋转速度n——在步骤S10中确定。在步骤S12中，根据所确定的至少一个运行变量确定补偿电流I的值，特别是补偿电流I的幅度的值。为此，根据在步骤S12中所确定的补偿电流I的值，驱动不具有故障开关元件的驱动器级的至少一个无错误开关元件。通过对此至少一个无错误开关元件进行驱动，补偿电流I以这样的方式被供到电机EM的至少一个定子绕组：导致至少部分地抵消制动转矩的补充转矩。补偿电流I优选为以这样的方式确定：其幅度与错误情况下由电机EM的发电机运行导致的电流的幅度具有相等的量值，因此，结果得到的补充转矩等于制动转矩。这能作为例如电机EM的场削弱运行的一部分进行。程序在步骤S14中结束。或者，所述程序也可重新从步骤S2进行。

考虑到补充转矩的提供，典型地，机动车可仍被转向，即使在存在错误ERR，甚至没有转向辅助时。

参考编号列表

CA电路布置

CU控制单元

DU1，DU2驱动器级（driver stage）

EM电机

ERR错误

GDU驱动器单元

GND基准电位

H1_1-H1_3半桥

H2_1-H2_3半桥

I补偿电流

L1-L6绕组相

M1，M2记录单元

n旋转速度

PWM脉冲宽度调制单元

SP星形点

ST1，ST2，ST3定子绕组

T1_1-T1_6开关元件

T2_1-T2_6开关元件

U供电电位

U1_1-U1_3半桥电压

U2_1-U2_3半桥电压

Claims (9)

1.一种用于电机（EM）的电路布置（CA），电机包含多个定子绕组（ST1，ST2，ST3），各个定子绕组（ST1，ST2，ST3）至少包含第一绕组相（L1，L3，L5）和第二绕组相（L2，L4，L6），电路布置（CA）至少包含预定的第一选择与预定的第二选择，其各自包含多个半桥（HB1_1-HB1_3，H2_1-H2_3），各个半桥具有第一开关元件（T1_1-T1_3，T2_1-T2_3）以及串联电气耦合到所述第一开关元件的第二开关元件（T1_4-T1_6，T2_4-T2_6），

-第一选择的相应半桥（HB1_1，HB1_2，HB1_3）的两个开关元件（T1_1-T1_4,T1_2-T1_5,T1_3-T1_6）的公共连接点在各自的情况下能够电气耦合到相应的所关联定子绕组（ST1，ST2，ST3）的第一绕组相（L1，L3，L5）的连接，在各自的情况下，不同的定子绕组（ST1，ST2，ST3）与第一选择中的半桥（HB1_1,HB1_2,HB1_3）关联，

-第二选择的相应半桥（HB2_1，HB2_2，HB2_3）的两个开关元件（T2_1-T2_4,T2_2-T2_5,T2_3-T2_6）的公共连接点在各自的情况下能够电气耦合到相应的所关联定子绕组（ST1，ST2，ST3）的第二绕组相（L2，L4，L6）的连接，在各自的情况下，不同的定子绕组（ST1，ST2，ST3）与第二选择中的半桥（HB2_1,HB2_2,HB2_3）关联。

2.根据权利要求1的运行电路布置（CA）的方法，其中，

-电路布置（CA）的至少一个预定特征变量被记录，

-根据所述至少一个所记录的特征变量，第一或第二选择的开关元件（T1_1-T1_3，T2_1-T2_3）的错误（ERR）被检测，至少在电机（EM）的转子的旋转期间，由所述错误，导致作用在转子上的制动转矩，

-根据错误（ERR）的检测，相应的无错误选择的至少一个无错误开关元件以这样的方式被驱动：使得预定的补偿电流（I）以导致抵消制动转矩的相关联的反转矩的方式被供到相应的所关联绕组相（L1-L6）。

3.根据权利要求2的方法，其中，

-电机（EM）的至少一个运行变量被确定，

-根据所确定的所述至少一个运行变量，所述至少一个无错误开关元件被驱动。

4.根据权利要求3的方法，其中，转子的当前旋转速度（n）和/或当前角位置和/或转子的旋转方向被确定为电机（EM）的至少一个运行变量。

5.根据权利要求2-4中的一项的方法，其中，根据错误（ERR）的被检测到，包含故障开关元件的选择中所有其余的开关元件被调节为高阻抗开关状态。

6.根据权利要求2-5中的一项的方法，其中，永久低阻抗开关状态被检测为开关元件中的错误（ERR）。

7.根据权利要求2-6中的一项的方法，其中，

-半桥电压（U1_1-U1_3，U2_1-U2_3）被记录为电路布置（CA）的预定特征变量，半桥电压（U1_1-U1_3，U2_1-U2_3）在各自的情况下与一个半桥（HB1_1-HB1_3,HB2_1-HB2_3）相关联，并代表与相应的半桥（HB1_1-HB1_3,HB2_1-HB2_3）的两个开关元件（T1_1-T1_4,T1_2-T1_5,T1_3-T1_6,T2_1-T2_4,T2_2-T_5,T2_3-T2_6）的公共连接点相关联的电压。

8.根据权利要求2-7中的一项的方法，其中，补偿电流（I）以这样的方式被预先设定：使得反转矩等于制动转矩。

9.一种运行权利要求1所述的电路布置的装置，该装置被设计为：

-检测第一或第二选择的开关元件（T1_1-T1_3,T2_1-T2_3）中的错误（ERR），至少在电机（EM）的转子旋转期间，由于所述误差，导致作用在转子上的制动转矩，

-根据错误（ERR）的检测，以这样的方式驱动相应的无错误选择的至少一个无错误开关元件：使得预定的补偿电流（I）以导致抵消制动转矩的相联的反转矩的方式至少被供到所关联的绕组相（L1-L6）。

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