CN105813881A - 用于运行电机的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实现一种经改进的将电机从空转运行到主动短路的切换。在此，从空转到主动电短路的切换一直被延迟，直到在电机的外部端子处出现预先给定的电压情况或者电机的转子占据预先确定的、并且与所要求的电压情况相对应的转子位置。

Description

用于运行电机的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于运行电机的一种装置和一种方法。本发明尤其是涉及用于运行电机以用于从空转运行切换到短路运行的一种装置和一种方法。
背景技术
诸如永久激励的同步电机之类的电机被用在无数技术领域中。例如，这样的永久激励的同步电机被用在机动车辆中。在此，出于安全原因，必须采取针对在故障情况下的运行状态的预防措施。在此，调整这样的运行状态的一种方案是所谓的空转。在此，电机的所有接线端子彼此断开，并且不用电压对电机进行主动激励。另一安全运行状态是所谓的主动短路。在此，借助于合适的开关元件将电机的接线端子短路。
德国专利申请DE102012010508A1公开了用于将永久激励的同步电机短路的装置和方法，其中该电机通过整流阀被短路。在此，如果激励电路的中间电路中的电压与电机相差极限值，则整流阀再次被断开并且电机接着在空转中运行。
存在对一种装置和一种方法的需求，该方法使得能够尽可能安全和节省地从电机的空转切换到主动短路的运行状态中。
发明内容
为此，本发明提供了一种用于运行电机的装置，其具有逆变器，该逆变器被配置为在空转运行中将电机的接线端子彼此电断开、并且在短路运行中将电机的接线端子彼此电连接；其中逆变器还被配置为在电机的接线端子处的电压具有预先确定的值时从空转运行切换到短路运行。
本发明还提供了一种用于运行电机的方法，具有以下步骤：将电机在空转运行下运行；确定电机的接线端子处的电压；以及在电机的接线端子处的电压具有预先确定的值时将电机的接线端子短路。
发明优点
本发明所基于的思想是，将电机从空转到主动短路的切换限制到精确定义的框架条件上。在此，仅当在电机的接线端子处存在所定义的电压情况时，才进行从空转到主动短路的切换。通过这种方式，可以减小在从空转切换到主动短路时出现的瞬态相电流。相电流的该减小正面地影响电机的激励电路中的组件的寿命。除此之外，在此所使用的组件也可以由于预期更小的相电流而更弱并因此更廉价地被确定尺寸。同样，减小的瞬态相电流也正面地影响电机本身的尺寸确定和寿命。
在此，电压值以及因此应当从空转切换到主动短路的框架条件可以在之前被确定。因此，根据本发明的从空转到主动短路的切换可以特别简单地实施，而在此不导致不合比例地高的相电流。
根据一个实施例，该装置还包括电压传感器，该电压传感器被配置为检测电机中的接线端子处的电压。在此，当电机的接线端子处的这样检测的电压具有预先确定的值时，进行从空转运行到短路运行的切换。因此，从空转运行到主动短路的切换可以特别简单地发起。
根据一个实施例，该装置还包括旋转角编码器，该旋转角编码器被配置为检测电机的转子的角位置，其中电机的接线端子处的电压基于电机的转子的角位置来确定。通过旋转角编码器，可以推断出在空转中转子的位置并且因此推断出电机的接线端子处的电压情况。因此，不需要直接确定电接线端子处的电压情况。尽管如此，可以以这种方式实现从空转运行到短路运行的有效和节省的切换。
根据一个实施例，逆变器被配置为在电机的支路中的电压的绝对值最大时从空转运行切换到短路运行。如果在电机的支路处分别施加交变电压，则尤其是在所述交变电压之一恰好具有最大值时可以进行从空转运行到主动短路的特别节省的切换。
根据一个实施例，逆变器包括多个半导体开关，其中在短路运行中，电接线端子通过半导体开关彼此电连接。半导体开关优选地还分别包括并联的空转二极管。这样的半导体特别好地适于激励电机并且也适于在空转运行中以及在主动短路中激励电机。
根据一个实施例，本发明涉及一种电驱动装置，其具有电机和根据本发明的用于运行电机的装置。
在此，根据一个实施例，电机包括永久激励的同步电机。
根据另一实施例，本发明包括一种具有电驱动***的机动车辆，该电驱动***包括根据本发明的用于运行电机的装置。根据另一实施例，用于运行电机的方法还包括检测用于将电机的接线端子短路的请求的步骤，其中在检测到该请求以后，用于激励电机的步骤一直延迟该短路，直到电机的接线端子处的电压具有预先确定的值。
本发明的另外的实施方式和优点从下面参考附图的描述中得出。
附图说明
在此：
图1示出了处于空转运行中的电机的激励的示意图；
图2示出了根据第一实施例的处于短路运行中的电机的激励的示意图；
图3示出了根据另一实施例的处于短路运行中的电机的激励的示意图；
图4示出了根据一个实施例的电驱动装置的示意图；
图5示出了三相同步电机的支路中的电压的如本发明的一个实施例所基于的电压图的示意图；以及
图6示出了另一实施例所基于的方法的流程图的示意图。
具体实施方式
图1示出了处于空转中的电机2的激励的示意图。电机2例如可以是永久激励的同步电机。在此，在该实施例中、如也在下面的实施例中，分别示出了电机的三相激励。但是原则上同样也可以激励具有与此不同数目个相的电机。
电机2由逆变器1来供应电能。例如，逆变器1在此可以是具有B6桥的逆变器。在此，该逆变器1由直流电压来馈电。例如，给该逆变器1馈电的直流电压源可以是电池、比如电动车辆的牵引电池。但是在此，用于给逆变器1馈电的其它直流电压源也或者AC-DC转换器也是可以的。
在此，在该图1中所示的实施例中，电机2通过逆变器1在空转中运行。在该空转中，所有开关元件10a-10f都被断开。在此，各一个空转二极管（在此未示出）优选与开关元件10a-10f中的每个连接。因此，通过这些空转二极管，电流流动可能继续可以。
图2示出了处于主动短路中的电机2的激励的示意图。在此，通过逆变器1对电机2的接线类似于图1中的接线。在此处所示的主动短路中，涉及所谓的下部主动短路（uAKS），其中三个下部开关元件10d-10f被闭合，而上部三个开关元件10a-10c被断开。因此，通过该开关状态，电机2的所有接线端子彼此电连接并且因此短路。在此，因为上部三个开关元件10a-10c被断开，所以不进行直流电压源的输入侧短路。
图3示出了主动短路的一个替代的实施方式。在该实施例中，上部三个开关元件10a-10c被闭合，而下部三个开关元件10d-10f保持断开。因此，通过这种方式，电机2的所有端子都彼此电连接并且因此短路。
另外，如下的主动短路运行也是可以的：在该主动短路运行中，所有存在的开关元件10a-10f都被闭合。但是在这种情况下，必须通过另外的电路措施来保证：不发生施加在逆变器1的输入端上的直流电压的短路。
在此，在从根据图1的空转运行切换到根据图2或3的主动短路运行时，可以根据电压或电流情况发生或多或少地大的瞬态相电流。在此，高的瞬态相电流不利地影响逆变器的器件以及电机。
但是通过合适地选择从空转切换到主动短路的切换时间点，可以减小所述瞬态相电流。由于相电流与电机的接线端子处的电压情况之间的物理关系，已经被证明为特别有利的是，在电机的支路中的电压的绝对值具有最大值时执行从空转到主动短路的切换。
图4示出了根据本发明的一个实施例的用于减小从空转到主动短路的切换的瞬态相电流的具有逆变器的电驱动装置的示意图。在此，逆变器1如之前已经描述的那样由直流电压来馈电。在此，电机2的接线端子处的电压借助于电压传感器11a-11c来监视。如果逆变器1在请求接线端子A处获得用于从空转切换到主动短路的信号，则然后分析电压传感器11a-11c的电压信号。在此，电机2仍然一直继续在空转运行中运行，直到电机2的接线端子处的电压根据绝对值具有最大值。在该时间点，然后在逆变器1中将开关元件激励为使得电机2的接线端子彼此电连接。在此，例如可以如图2和3中所示那样要么将B6桥的上部三个开关元件、要么将下部三个开关元件闭合。但是原则上根据逆变器的构造，也可以激励适于将电机2的电接线端子短路的其它电路配置。
因为在电机2的接线端子处的电压与电机的转子的角位置之间存在固定关系，所以也可以从电机的转子的当前角位置中推断出电机的接线端子处的电压。因此，附加于或替代于借助电压传感器11a-11c来测量电机2的接线端子处的电压，也可以借助于角编码器20来确定电机2的转子的角位置。基于角编码器20的该角位置，然后可以推断出电机2的接线端子处的电压并且因此同样确定适于在最小瞬态相电流的情况下执行从空转到主动短路的切换的角位置或电压情况。
除此之外，用于确定电机（2）的接线端子处的电压情况的另外的方案同样是可以的。因此，也可以例如基于数学模型来计算电压情况。必要时为此也可以向计算过程中一并引入另外的传感器数据。
图5示出了三相同步电机的支路中的电压的示意图以及与之对应的用于在从空转切换到主动短路时实现瞬态相电流的有利切换时间点t1-t6。如在该图5中可见，在此在三相同步电机的情况下得出每旋转恰好六个时间点t1-t6，在所述时间点t1-t6可以实现从空转到主动短路的有利切换。这些有利的切换时间点t1-t6分别处于电机2的接线端子处的三个分别相移120°的电压的最大或最小相电压处。如从中可见，可以在三相同步电机的情况下分别在60°以后执行从空转到主动短路的特别有利的切换。因为这些时间点t1-t6是事先已经已知的，所以用于从空转切换到主动短路的激励可以特别简单和有效地实现，而为此不需要昂贵的电路或逻辑。
在此，从空转切换到主动短路的请求可以来自任意的源。例如，这样的请求可以由完全或部分电运行的机动车辆的控制装置来提供。如果这样的控制装置识别到机动车辆中的使得需要从空转切换到主动短路的故障情况，则然后可以将相应请求信号发送给逆变器1。逆变器1的激励然后在请求信号到达以后一直延迟从空转到主动短路的切换，直到达到之前描述的所要求的电压情况或合适的转子角位置。但是在此所需的延迟通常短得使得该延迟本身在关键故障的情况下不导致可能负面地影响总***的运行情况的显著延迟。
图6示出了根据另一实施例的用于运行电机的方法100所基于的流程图的示意图。
在步骤110中，电机2首先在空转运行中运行。如果应当进行从空转运行到主动短路的切换，则然后在步骤120中确定电机2的接线端子处的电压。接着在步骤130中，当电机2的接线端子处的电压具有预先确定的值时，将电机的接线端子短路。该预先确定的值如上面已经描述的那样优选地是电机2的在空转运行中出现的电压的按照绝对值的最大值。
除此之外，在步骤115中设置另一步骤，该步骤检测用于将电机2的接线端子短路的请求。在这种情况下，在步骤130中，在检测到请求以后一直延迟电机2的接线端子的短路，直到电机的接线端子处的电压具有预先确定的值。
总言之，本发明涉及一种经改进的将电机从空转运行到主动短路的切换。在此，从空转到主动短路的切换一直被延迟，直到在电机的外部端子处出现预先给定的电压情况或者电机的转子占据预先确定的、并且与所要求的电压情况相对应的转子位置。

Claims (10)

1.用于运行电机（2）的装置，具有逆变器（1），所述逆变器（1）被配置为在空转运行中将电机（2）的接线端子彼此电断开，并且在短路运行中将电机（2）的接线端子彼此电连接；
其中逆变器（1）还被配置为在电机（2）的接线端子处的电压具有预先确定的值时从空转运行切换到短路运行。
2.根据权利要求1所述的装置，具有电压传感器（11a，11b，11c），所述电压传感器（11a，11b，11c）被配置为检测电机（2）中的接线端子处的电压。
3.根据权利要求1或2所述的装置，具有旋转角编码器（2），所述旋转角编码器（2）被配置为检测电机（2）的转子的角位置，其中电机（2）的接线端子处的电压基于电机（2）的转子的角位置来确定。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其中逆变器（1）被配置为在电机（2）的支路中的电压的绝对值最大时从空转运行切换到短路运行。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中逆变器（1）具有多个半导体开关（10a-10f），其中在短路运行中，电接线端子通过半导体（10a-10f）开关彼此电连接。
6.一种电驱动装置，具有：
电机（2）；以及
根据权利要求1至5之一所述的装置。
7.根据权利要求6所述的电驱动装置，其中电机（2）包括永久激励的同步电机。
8.一种具有根据权利要求6或7所述的电驱动装置的机动车辆。
9.用于运行电机（2）的方法（100），具有以下步骤：
将电机（2）在空转运行中运行（110）；
确定（120）电机（2）的接线端子处的电压；以及
在电机（2）的接线端子处的电压具有预先确定的值时将电机（2）的接线端子短路（130）。
10.根据权利要求9所述的方法（100），具有步骤（115），所述步骤（115）用于检测用于将电机（2）的接线端子短路的请求；
其中在检测到所述请求以后，用于将电机（2）短路的步骤（130）一直延迟所述短路，直到电机（2）的接线端子处的电压已经达到预先确定的值。
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