CN112292808A

CN112292808A - 用于确定电机的转子的位置和转速的方法和设备

Info

Publication number: CN112292808A
Application number: CN201980043509.5A
Authority: CN
Inventors: G·格廷; 陈磊
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2039-06-05
Also published as: CN112292808B; US20210257945A1; WO2020001945A1; EP3815237A1; US11349421B2; DE102018210668A1

Abstract

本发明涉及一种用于在主动短路期间确定电机的转子的位置（θ_R）和转速（n_R）的方法和一种转子状态确定设备（10），其被设立为实施所述方法。该方法包括如下步骤：确定在短路时得出的短路电流（I_U，I_V，I_W），确定由所述短路电流（I_U，I_V，I_W）得出的总电流（I_α，I_ß），确定所述总电流（I_α，I_ß）相对于定子坐标系（α，ß）的定子电流角（Ψ_I），确定所述总电流（I_α，I_ß）相对于所述转子的磁通方向（d_R）的转子电流角（φ_I），其中该步骤包括如下步骤：计算所述总电流（I_α，I_ß）的数值上的大小（I），根据针对所述电机创建的在数值上的总电流（I）与所述转子电流角（φ_I）之间的特征相关性确定所述转子电流角（φ_I），其中所述转子位置（θ_R）对应于定子电流角（Ψ_I）和转子电流角（φ_I）之和并且其中所述转子转速（n_R）由对所述转子位置（θ_R）的监控得出。

Description

用于确定电机的转子的位置和转速的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于在主动短路期间确定电机的转子的位置和转速的方法。

背景技术

在很多技术领域中使用电机、诸如永久激励的同步机。例如，这种永久激励的同步机使用在机动车、尤其电动车辆和混合动力车辆中。

从WO 2016/066330中已知用于从电机的空转运行状态切换到短路运行状态中的方法和设备。

本发明的背景在于，在转子位置传感器发生故障的情况下在转子的转速在紧急运转转速范围之内时电机切换到紧急运行中。为了避免对电机的损害，在紧急运转转速之上自动地切换到主动短路中。由此，电机在紧急运行中的运行然而是不可能的。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种方法核一种设备，利用所述方法在转子位置传感器发生故障的情况下可以在主动短路期间确定电机的转子的位置和转速，使得可靠地过渡到紧急运行中是可能的。

该任务通过一种具有根据权利要求1的特征的用于在主动短路期间确定电机的转子的位置和转速的方法来解决。在用于执行这种方法的设备方面参考权利要求5。分别回引的从属权利要求再现本发明的有利的改进方案。

根据本发明的方法包括如下步骤：确定在短路时得出的短路电流，确定由短路电流得出的总电流，确定总电流相对于定子坐标系的定子电流角，确定总电流相对于转子的磁通方向的转子电流角。该步骤在此包括如下步骤：计算总电流的数值上（betragsmässig）的大小，根据针对电机创建的在数值上的总电流与转子电流角之间的特征相关性确定转子电流角，其中转子位置对应于定子电流角和转子电流角之和并且其中转子转速由对转子位置的监控得出。

转子相对于定子的位置被理解为在本发明意义上的转子的位置。所述位置在此优选地被说明为角度。与此相应地，转子的转速同样可以被理解为转子相对于定子的相对运动。在此在定子或转子与总电流之间的角度被理解为定子电流角或转子电流角。

本发明的优点在于，即使在转子位置传感器发生故障的情况下也可以确定位置和转子转速。由此，电机可以在主动短路期间可靠地转变到紧急运行中。在达到紧急运转转速时，因此可以开始紧急运行，而不发生对电机的损害。

在本发明的一个优选的实施方案中，特征相关性通过使数值上的总电流和转子电流角的与转速相关的值相关来确定。由此可能的是，通过确定数值上的总电流来计算转子电流角。

在本发明的另一优选的实施方案中，从多个转子位置值的平滑确定转子位置平滑值。由此，可以使由在各个值中的大偏差引起的不精确性最小化。测量值噪声由此被减小，使得所确定的转子位置的精确性被提高。

该方法优选地包括步骤，在所述步骤中将所确定的转子位置和/或转子转速与传感器信息比较。由此可以再次验证传感器的缺陷。

附加地，本发明包括一种转子状态确定设备，该转子状态确定设备被设立为实施根据本发明的方法。该转子状态确定设备在此包括：电流确定单元，用于确定在短路时得出的短路电流；总电流确定单元，用于确定由短路电流得出的总电流；定子电流角确定单元，用于确定总电流相对于定子坐标系的定子电流角；转子电流角确定装置，用于确定总电流相对于转子的磁通方向的转子电流角，其中转子电流角确定装置包括用于计算总电流的数值上的大小的计算单元、和电流角相关单元，用于确定与数值上的总电流相关的转子电流角；转子位置确定单元，用于确定转子位置；转子转速确定装置，用于确定转子转速。

借助转子状态确定设备可以执行根据本发明的方法，使得可以获得关于该方法所提到的优点。

在一种优选的实施方式中，转子转速确定装置包括平滑单元。借助该平滑单元可以执行用于平滑转子位置值的方法，使得提高所确定的转子位置值的精确性。

在另一优选的实施方式中，电机是永磁同步机、电激励同步机或同步磁阻电机。永磁同步机具有如下优点：其具有高的效率和小的结构。同步磁阻电机具有如下优点：在制造时相对于永磁激励的同步电动机不使用基于所谓的稀土材料的磁性材料。在同步磁阻电机的情况下在转子中也几乎不出现损耗，由此所述同步磁阻电机具有好的效率。

优选地，电机是三相的。这种电机的优点是，所述电机具有高动态性、高转矩和高效率。

为了实施根据本发明的方法，本发明包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有程序代码装置，当该计算机程序产品存储在转子状态确定设备的控制单元上或在计算机可读的数据载体上时，所述程序代码装置用于执行该方法。此外，本发明包括一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有该计算机程序产品。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在随后的描述中更详细地解释。

图1示出用于确定电机的转子的位置和转速的方法和转子状态确定设备的实施例，

图2以三相电机为例示出转子相对于定子的位置确定的图形表示，

图3示出用于导出在数值上的总电流和转子电流角之间的特征相关性的图表，以及

图4示出在数值上的总电流和转子电流角之间的特征相关性的图表。

具体实施方式

图1示出用于确定电机（未示出）的转子（未示出）的位置θ_R和转速n_R的方法的实施例和转子状态确定设备10的实施例。在电流确定单元14中为此以三相电机为例确定在主动短路期间得出的短路电流I_U、I_V、I_W。得出的短路电流I_U、I_V、I_W在图2中示出。在转子状态确定设备10的总电流确定单元18中紧接着确定由短路电流I_U、I_V、I_W得出的总电流I_α、I_β。在图2中示出了由针对三相电机偏移了120°的短路电流I_U、I_V、I_W构成的总电流I_α、I_β的图形确定。

定子电流角确定单元22确定被称为定子电流角ψ_I的并且在图2中示出的总电流I_α、I_β相对于定子坐标系α、β的角度。经由该定子电流角ψ_I说明总电流I_α、I_β相对于定子坐标系α、β的电流方向。转子状态确定设备10附加地包括转子电流角确定装置26，该转子电流角确定装置包括计算单元30，在所述计算单元中计算总电流I_α、I_β的数值上的大小I。

此外，转子电流角确定装置26包括电流角相关单元34，所述电流角相关单元根据针对电机创建的在由计算单元30确定的数值上的总电流I和转子电流角φ_I之间的特征相关性确定转子电流角φ_I。

如在图2中所示出的，转子电流角φ_I说明在总电流I_α、I_β和转子的磁通方向d_R之间的角度。转子状态确定设备10附加地包括转子位置确定单元38，所述转子位置确定单元从定子电流角ψ_I和转子电流角φ_I计算转子位置θ_R。转子位置θ_R如在图2中所示出的那样对应于在转子的磁通方向d_R与定子之间的角度。借助转子转速确定装置42通过监控转子位置θ_R确定转子转速n_R。

从多个转子位置值θ_R和转子转速值n_R在平滑单元46中计算转子位置平滑值θ_Rg和转子转速平滑值n_Rg。由此，可以使由在各个值中的大偏差引起的不精确性最小化。

图3示出用于导出在数值上的总电流I和转子电流角φ_I之间的特征相关性的图表。为此，针对电机根据机器转速n分别确定由总电流I_α、I_β确定的数值上的总电流I和转子电流角φ_I。在此所确定的这些与转速相关的值对于每个电机而言是不同的并且表征该电机。

经由相同的机器转速值n可以使数值上的总电流I和转子电流角φ_I彼此相关，而转速不是已知的。在图4中示出了两个值的这种关系。在该图中示出了在数值上的总电流I和转子电流角φ_I之间的特征相关性。经由该图表，电流角相关单元34基于数值上的总电流I确定与该总电流相关的转子电流角φ_I。

Claims

1.一种用于在主动短路期间确定电机的转子的位置（θ_R）和转速（n_R）的方法，其中所述方法包括如下步骤：

- 确定在所述短路时得出的短路电流（I_U，I_V，I_W），

- 确定由所述短路电流（I_U，I_V，I_W）得出的总电流（I_α，I_ß），

- 确定所述总电流（I_α，I_ß）相对于定子坐标系（α，ß）的定子电流角（Ψ_I），

- 确定所述总电流（I_α，I_ß）相对于所述转子的磁通方向（d_R）的转子电流角（φ_I），其中这些步骤包括如下步骤：

- 计算所述总电流（I_α，I_ß）的数值上的大小（I），

- 根据针对所述电机创建的在数值上的总电流（I）与转子电流角（φ_I）之间的特征相关性确定所述转子电流角（φ_I），

其中所述转子位置（θ_R）对应于定子电流角（Ψ_I）和转子电流角（φ_I）之和并且其中所述转子转速（n_R）由对所述转子位置（θ_R）的监控得出。

2.根据权利要求1所述的用于确定电机的转子的位置（θ_R）和转速（n_R）的方法，其特征在于，通过使数值上的总电流（I）和转子电流角（φ_I）的与转速相关的值相关来确定所述特征相关性。

3.根据权利要求1或2所述的用于确定电机的转子的位置（θ_R）和转速（n_R）的方法，其特征在于，由对多个转子位置值（θ_R）的平滑确定转子位置平滑值（θ_Rg）。

4.根据上述权利要求中任一项所述的用于确定电机的转子的位置（θ_R）和转速（n_R）的方法，其特征在于，所述方法包括步骤，在所述步骤中将所确定的转子位置（θ_R）和/或转子转速（n_R）与传感器信息比较。

5.一种转子状态确定设备（10），所述转子状态确定设备被设立为实施根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述转子状态确定设备包括：

- 电流确定单元（14），用于确定在短路时得出的短路电流（I_U，I_V，I_W），

- 总电流确定单元（18），用于确定由所述短路电流（I_U，I_V，I_W）得出的总电流（I_α，I_ß），

- 定子电流角确定单元（22），用于确定所述总电流（I_α，I_ß）相对于定子坐标系（α，ß）的定子电流角（Ψ_I），

- 转子电流角确定装置（26），用于确定所述总电流（I_α，I_ß）相对于所述转子的磁通方向（d_R）的转子电流角（φ_I），其中所述转子电流角确定装置（26）包括：

- 计算单元（30），用于计算所述总电流（I_α，I_ß）的数值上的大小（I），和

- 电流角相关单元（34），用于确定与数值上的总电流（I）相关的转子电流角（φ_I），

- 转子位置确定单元（38），用于确定转子位置（θ_R），

- 转子转速确定装置（42），用于确定转子转速（n_R）。

6.根据权利要求5所述的转子状态确定设备（10），其特征在于，所述转子转速确定装置（42）包括平滑单元（46）。

7.根据权利要求5或6所述的转子状态确定设备（19），其特征在于，所述电机是永磁同步机、电激励的同步机或同步磁阻电机。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的转子状态确定设备（10），其特征在于，所述电机是三相的。

9.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有程序代码装置，当所述计算机程序产品在根据权利要求5至8中任一项所述的转子状态确定设备（10）的控制单元（14， 18，22， 26， 38， 42）上运行或存储在计算机可读的数据载体上时，所述程序代码装置用于执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法。

10.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有根据权利要求9所述的计算机程序产品。