專利名稱：確定電子換向電機(jī)的相電流過(guò)零、尤其是確定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)，尤其涉及電子換向的電機(jī)，在其上為驅(qū)動(dòng)，尤其是為確定其轉(zhuǎn)子位置，而探測(cè)相電流的過(guò)零。
背景技術(shù)：
電子換向電機(jī)，例如同步電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)和類似產(chǎn)品，從現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。一個(gè)這樣的電機(jī)具有一個(gè)被動(dòng)的轉(zhuǎn)子，其例如可以設(shè)置有永久磁鐵，以形成轉(zhuǎn)子磁極。通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)外部磁場(chǎng)將驅(qū)動(dòng)力施加在轉(zhuǎn)子上。該外部磁場(chǎng)必須依賴于轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置來(lái)產(chǎn)生，從而使得為了驅(qū)動(dòng)這種電子換向電機(jī)對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置的了解是必要的。外部磁場(chǎng)借助通常帶有多個(gè)相的定子線圈產(chǎn)生。所述轉(zhuǎn)子位置用來(lái)確定要施加在 所述定子線圈上的相電壓并且將其施加在定子線圈的相繞組上。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)借助一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路，其通常借助反相器電路形成，以借助H-橋或B6-橋電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相繞組。該驅(qū)動(dòng)按照一個(gè)依賴于當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置的通電模式，其如此選擇，使得一個(gè)由該相電壓所產(chǎn)生的定子磁場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)方向上超前于轉(zhuǎn)子中永久磁鐵的激勵(lì)磁場(chǎng)來(lái)提供，以提供驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。用于獲取轉(zhuǎn)子位置的方法在現(xiàn)有技術(shù)中是充分已知的。一方面可以借助一個(gè)位置探測(cè)器來(lái)探測(cè)當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置，該位置探測(cè)器參照一個(gè)相應(yīng)的控制單元的一個(gè)模擬或數(shù)字測(cè)量信號(hào)為該電機(jī)提供其當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置的數(shù)據(jù)。這樣的位置探測(cè)器可以借助多個(gè)霍爾傳感器或GMR-傳感器(GMR :巨磁阻)來(lái)探測(cè)當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置。為此所述位置探測(cè)器可以安排在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁極附近或磁性編碼器輪上并參照由位置探測(cè)器所測(cè)量的磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向給出該轉(zhuǎn)子的位置。另一方面也可以按照一個(gè)所謂的反電動(dòng)勢(shì)方法通過(guò)分析該定子線圈的一個(gè)相關(guān)的相繞組在無(wú)電流狀態(tài)下的一個(gè)感應(yīng)電壓的一個(gè)曲線來(lái)探測(cè)該電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置。為此首先探測(cè)或預(yù)測(cè)在相關(guān)相繞組中的一個(gè)相電流的過(guò)零并且使該相繞組的相電壓的電壓源對(duì)于一個(gè)預(yù)先給定的、包含該過(guò)零的測(cè)量時(shí)間窗失活。在該測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)確定該感應(yīng)電壓的曲線并參照該感應(yīng)電壓的該曲線計(jì)算出感應(yīng)電壓過(guò)零的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)。該感應(yīng)電壓過(guò)零的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)可以代表當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置的一個(gè)數(shù)據(jù)。迄今在一個(gè)或多個(gè)相繞組中的相電流過(guò)零通過(guò)測(cè)量在一個(gè)測(cè)量電阻(shunt分流器)上的一個(gè)電壓降或驅(qū)動(dòng)器電路中斷路器之一上的一個(gè)電壓降來(lái)確認(rèn)。但是所述方法耗費(fèi)很大并需要設(shè)置額外措施，用以監(jiān)視一個(gè)相電流的電流曲線，才可能確認(rèn)其過(guò)零。此外在采用測(cè)量電阻時(shí)必須將其與所述相繞組串聯(lián)連接，其中發(fā)生的損耗可能對(duì)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率有負(fù)面影響。因此本發(fā)明的任務(wù)是，提供用于以簡(jiǎn)單的方式確定一個(gè)相電流的一個(gè)過(guò)零的一種方法和一種設(shè)備，其中尤其是降低設(shè)計(jì)措施的成本。
發(fā)明內(nèi)容
該任務(wù)通過(guò)按照權(quán)利要求I的該用于確定一個(gè)相電流的一個(gè)過(guò)零的方法以及通過(guò)該用于確定一個(gè)電機(jī)的一個(gè)轉(zhuǎn)子位置的方法、用于確定該相電流的一個(gè)過(guò)零的設(shè)備，以及通過(guò)按照從屬權(quán)利要求的該電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)來(lái)完成。進(jìn)一步的有利的實(shí)施在從屬權(quán)利要求中公開(kāi)。按照一個(gè)第一個(gè)方面設(shè)置了一種方法用于確定在一個(gè)多相電機(jī)中一個(gè)相電流的一個(gè)過(guò)零的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。其中借助帶有斷路器的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路來(lái)驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，以提供多個(gè)相電壓，其被施加在從屬于相應(yīng)相的電機(jī)端子節(jié)點(diǎn)上，其中按照一個(gè)脈沖寬度調(diào)制以一個(gè)占空比循環(huán)地驅(qū)動(dòng)所述斷路器的至少一部分，以在一個(gè)端子節(jié)點(diǎn)上交替地獲得不同的電位。該方法包括以下步驟
-驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)器電路用于提供所述相電壓，以運(yùn)行該電機(jī)； -使該脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動(dòng)對(duì)于至少一個(gè)所述斷路器失活，這樣使得至少在每個(gè)脈沖寬度調(diào)制的循環(huán)中的一個(gè)時(shí)間段內(nèi)沒(méi)有電位通過(guò)該驅(qū)動(dòng)器電路被施加在所述端子節(jié)點(diǎn)上；-探測(cè)在一個(gè)續(xù)流二極管上在該時(shí)間段內(nèi)的一個(gè)二極管電壓，該二極管從屬于該失活的斷路器；
-將相電流的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)確認(rèn)為該時(shí)間點(diǎn)，從此點(diǎn)開(kāi)始在該時(shí)間段內(nèi)在該續(xù)流二極管上不再存在二極管電壓。上述方法的一個(gè)想法是，參照在屬于該驅(qū)動(dòng)器電路的一個(gè)斷路器的一個(gè)續(xù)流二極管上的一個(gè)二極管電壓識(shí)別一個(gè)相電流的出現(xiàn)。如果所述斷路器之一失活，其之前已經(jīng)按照一個(gè)脈沖寬度調(diào)制運(yùn)行，那么至少在時(shí)間段內(nèi)，在其中該相關(guān)的斷路器本來(lái)應(yīng)該處于導(dǎo)通狀態(tài)，該通過(guò)該斷路器來(lái)進(jìn)行切換電位未施加在該端子節(jié)點(diǎn)上。因此，該端子節(jié)點(diǎn)是懸浮的(schwebend)。基于該相電流使失活的斷路器的該續(xù)流二極管在其導(dǎo)通方向運(yùn)行并形成一個(gè)二極管電壓降，該二極管電壓在端子節(jié)點(diǎn)的電位上留下印記。尤其在端子節(jié)點(diǎn)上得到一個(gè)電位，其由該二極管電壓和由通過(guò)該失活斷路器所需施加的電位組成。該二極管上的電壓在該相電流的正負(fù)符號(hào)交換時(shí)對(duì)應(yīng)于一個(gè)通過(guò)該電氣回路給定的電壓，因?yàn)樵摾m(xù)流二極管現(xiàn)在截止方向運(yùn)行。因此可以通過(guò)探測(cè)二極管電壓為零的時(shí)間點(diǎn)來(lái)確認(rèn)該時(shí)間點(diǎn)，從此時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始該續(xù)流二極管反向運(yùn)行。此時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)于該相電流過(guò)零的時(shí)間點(diǎn)。為了使該相電流從該續(xù)流二極管流過(guò)，與傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法相反，在其中驅(qū)動(dòng)器電路的斷路器按照一個(gè)脈沖寬度調(diào)制的一個(gè)占空比交替運(yùn)行，必須使所述斷路器之一失活，并允許一個(gè)二極管電流流經(jīng)屬于該失活的斷路器的續(xù)流二極管。探測(cè)作為該失活的斷路器的續(xù)流二極管上二極管的電壓消失的時(shí)間點(diǎn)的相電流的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)具有可以免去額外用于測(cè)量相電流的探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)。該相電流的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)的確定僅基于原本就必需的對(duì)該電機(jī)的所述相繞組的端子節(jié)點(diǎn)的端子電壓的測(cè)量。此外可以在一個(gè)測(cè)量時(shí)間窗中進(jìn)行對(duì)至少一個(gè)所述斷路器的脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動(dòng)的失活，該測(cè)量時(shí)間窗以下述這個(gè)時(shí)間點(diǎn)為開(kāi)始，即該時(shí)間點(diǎn)依賴或相當(dāng)于相電壓正負(fù)符號(hào)交換的時(shí)間點(diǎn)，并且該測(cè)量時(shí)間窗最早在下述這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上結(jié)束，即在該時(shí)間點(diǎn)相電流的過(guò)零已被確認(rèn)。使該脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動(dòng)失活的步驟尤其可以包括僅使下述這個(gè)斷路器失活，即通過(guò)此斷路器該當(dāng)前相電流促成一個(gè)正向二極管電流。
按照一個(gè)實(shí)施形式可以通過(guò)該相電壓曲線的梯度來(lái)確定這個(gè)斷路器，通過(guò)此斷路器該當(dāng)前相電流促成一個(gè)正向二極管電流。此夕卜，該占空比可以在30%和70%之間。按照另外一個(gè)方面提供了用于確定一個(gè)電機(jī)的一個(gè)轉(zhuǎn)子的一個(gè)轉(zhuǎn)子位置的一種方法。該方法包括以下步驟
-借助上述方法確定一個(gè)相電流過(guò)零的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)；
-確認(rèn)該相電流過(guò)零的該時(shí)間點(diǎn)后在另一個(gè)測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)確定該相繞組上至少一個(gè)感應(yīng)電壓的高度，同時(shí)從屬于該相繞組的電機(jī)斷路器已切換至非導(dǎo)通狀態(tài)；
-從所述至少一個(gè)感應(yīng)電壓中確定該轉(zhuǎn)子位置。 按照另外一個(gè)方面設(shè)置了一種用于在一個(gè)多相電機(jī)中確定一個(gè)相電流過(guò)零的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的設(shè)備，該電機(jī)借助帶有斷路器的驅(qū)動(dòng)器電路驅(qū)動(dòng)，在其中提供多個(gè)相電壓，其中所述相電壓被施加在從屬于相應(yīng)的相的電機(jī)端子節(jié)點(diǎn)上，其中所述斷路器的至少一部分可以按照帶有一個(gè)占空比的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制被循環(huán)地驅(qū)動(dòng)，以為了在一個(gè)端子節(jié)點(diǎn)上提供各自的相電壓而交替施加不同的電位。該設(shè)備被構(gòu)成為
-用于提供多個(gè)相電壓而驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)器電路，以運(yùn)行該電機(jī)；
-用于使該脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動(dòng)對(duì)于至少一個(gè)所述斷路器失活，這樣使得至少在每個(gè)脈沖寬度調(diào)制的循環(huán)中的一個(gè)時(shí)間段內(nèi)沒(méi)有電位通過(guò)驅(qū)動(dòng)器電路被施加在端子節(jié)點(diǎn)上；
-用于探測(cè)在一個(gè)續(xù)流二極管上在該時(shí)間段內(nèi)的一個(gè)二極管電壓，所述失活的至少一個(gè)斷路器設(shè)置有該二極管；以及
-用于將相電流的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)確認(rèn)為該時(shí)間點(diǎn)，從此點(diǎn)開(kāi)始在該時(shí)間段內(nèi)在該續(xù)流二極管上不再有二極管電壓。按照另外一個(gè)方面設(shè)置了一種電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。該電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括
-一個(gè)多相電機(jī)；
-一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路，其具有在一個(gè)第一電位和一個(gè)第二電位之間分別與一個(gè)串聯(lián)電路相連接的斷路器的反相器電路；
-上述設(shè)備。按照另外一個(gè)方面設(shè)置了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括程序代碼，該程序代碼在一個(gè)數(shù)據(jù)處理單元上運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行該上述方法。
以下參照附圖進(jìn)一步解釋優(yōu)選的實(shí)施形式。其中
圖I不出了用于運(yùn)行一種電機(jī)的一種電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)不意 圖2示出了在一個(gè)2H-拓?fù)渲杏糜隍?qū)動(dòng)一個(gè)兩相電機(jī)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路的一個(gè)電路
圖3示出了一個(gè)經(jīng)由一個(gè)相繞組的相電流、一個(gè)在該相繞組中的感應(yīng)電壓和所施加的相電壓的曲線，以及相應(yīng)的用于運(yùn)行一個(gè)相繞組的所述H-橋之一的所述斷路器的切換信號(hào)的一個(gè)不意 圖4示出了該經(jīng)由該相繞組的相電流、該感應(yīng)電壓和該相電壓的曲線，所述斷路器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及所述在該相電流的過(guò)零范圍內(nèi)所得到的端子電壓的一個(gè)詳細(xì)圖示；圖5示出了用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)三相電機(jī)的一個(gè)B6-驅(qū)動(dòng)器電路的一個(gè)電路 圖6示出了所述相電流的所述曲線和所述斷路器的所屬驅(qū)動(dòng)信號(hào)的一個(gè)詳細(xì)圖示，以
及圖7示出了經(jīng)由所述相繞組之一的所述相電流之一的曲線，其相應(yīng)的屬于所述斷路器的驅(qū)動(dòng)以及所得到的端子電位的一個(gè)詳細(xì)圖示。
具體實(shí)施例方式圖I示出帶有一個(gè)電機(jī)2的一個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)I的示意圖。該電機(jī)2可以構(gòu)成為電子換向的同步電機(jī)、異步電機(jī)或同類產(chǎn)品。該電機(jī)2具有一個(gè)通常帶有多個(gè)相繞組的相線圈，所述相繞組可以分別通過(guò)各施加一個(gè)相電壓通電。常見(jiàn)的同步電機(jī)例如是雙相或三相的。所述此處所需的相電壓借助一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路3來(lái)提供。該驅(qū)動(dòng)器電路3依賴于驅(qū)動(dòng)信號(hào)T來(lái)產(chǎn)生相電壓，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)由控制單元4依賴于該電機(jī)2的一個(gè)轉(zhuǎn)子位置來(lái)產(chǎn)生。該電機(jī)2的該轉(zhuǎn)子位置對(duì)應(yīng)于該電機(jī)2的一個(gè)轉(zhuǎn)子的該當(dāng)前位置并在旋轉(zhuǎn)電機(jī)上作為位置角度給出。該用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的位置角度在本情況下無(wú)感應(yīng)器地按照該反電動(dòng)勢(shì)方法通過(guò)監(jiān)測(cè)相電流和通過(guò)分析在一個(gè)時(shí)間窗內(nèi)感應(yīng)電壓的一個(gè)高度以及其曲線來(lái)確定，在該時(shí)間窗內(nèi)相繞組是無(wú)電流的。在一個(gè)第一實(shí)施例中從一個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)I出發(fā)，其中該驅(qū)動(dòng)器電路3以一個(gè)2H-橋電路的形式構(gòu)成，以運(yùn)行一個(gè)帶有兩個(gè)相繞組的兩相電機(jī)。這樣一種拓?fù)淙缭趫D2中所示。該在圖2中所示出的2H-橋電路31，具有兩個(gè)H-橋32，33，其各自包括兩個(gè)反相器電路34，35。每個(gè)所述反相器電路34，35具有以一個(gè)功率晶體管為形式的一個(gè)第一斷路器36和以一個(gè)第二功率晶體管為形式的一個(gè)第二斷路器37。所述功率晶體管可以由M0SFET、晶閘管、IGBT、IGCT和同類產(chǎn)品構(gòu)成。所述斷路器36，37分別串聯(lián)連接在一個(gè)高電源電位Vh和一個(gè)低電源電位'之間。在該第一和該第二斷路器36, 37之間的一個(gè)分別相應(yīng)的端子節(jié)點(diǎn)A1，A2，B1，B2與該電機(jī)2的所述相繞組38，39之一相連接。尤其該第一 H-橋32的該第一反相器電路34的端子節(jié)點(diǎn)Al與一個(gè)第一相繞組38的一個(gè)第一端子相連接，而該第一 H-橋32的該第二反相器電路35的端子節(jié)點(diǎn)A2與該第一相繞組38的一個(gè)第二端子相連接。該第二 H-橋33的所述反相器電路36，37以類似的方式與一個(gè)第二相繞組39相連接。該控制單元4提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)Tl - T8用于驅(qū)動(dòng)所述H-橋32，33的所述反相器電路34，35的各個(gè)功率晶體管36，37。通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)將所述功率晶體管作為開(kāi)關(guān)運(yùn)行，其可切換為導(dǎo)通或不導(dǎo)通。續(xù)流二極管40設(shè)置為與所述斷路器36，37并聯(lián)，所述續(xù)流二極管以其截止方向與在該高電源電位Vh和該低電源電位' 之間施加的電源電壓Udc連接。所述續(xù)流二極管40可以構(gòu)造為所述各斷路器36，37固有的或獨(dú)立的。為在該第一相繞組38中促成一個(gè)正的相電流(電流方向從左至右，如通過(guò)箭頭所示)，可以通過(guò)按照一個(gè)適當(dāng)?shù)拿}沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)該第一 H-橋32的功率晶體管36和37提供正的相電壓。同時(shí)將該第一 H-橋32的該第二反相器電路35的該第二斷路器37切換成導(dǎo)通的并將該第一 H-橋32的該第二反相器電路35的該第一斷路器36切換成非導(dǎo)通的。如果需要施加一個(gè)負(fù)的相電壓，則按照一個(gè)適當(dāng)?shù)拿}沖寬度調(diào)制通過(guò)該第一H-橋32的該第二反相器電路35的該第一和該第二斷路器36，37施加一個(gè)相電壓。相應(yīng)地將該第一 H-橋32的該第一反相器電路34的該第二斷路器37切換成導(dǎo)通的并將該第一H-橋32的該第一反相器電路34的該第一斷路器36切換成非導(dǎo)通的。用于在該第二相繞組39上調(diào)節(jié)一個(gè)正的或負(fù)的相電壓的驅(qū)動(dòng)控制是類似的。該脈沖寬度調(diào)制是一個(gè)循環(huán)的驅(qū)動(dòng)控制。該通過(guò)脈沖寬度調(diào)制調(diào)節(jié)的相電壓可以通過(guò)選擇一個(gè)占空比來(lái)調(diào)節(jié)。該占空比給出一個(gè)持續(xù)時(shí)間與一個(gè)總持續(xù)時(shí)間的一個(gè)比例，在該持續(xù)時(shí)間中施加了該高電源電位Vh，而該總持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)于該脈沖寬度調(diào)制的該循環(huán)時(shí)間。在下文中僅參照該第一 H-橋32解釋該用于探測(cè)所述電動(dòng)機(jī)電流Ia，Ib之一的該過(guò)零的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的方法。為確定該轉(zhuǎn)子位置通常在所述的兩個(gè)H-橋中執(zhí)行這個(gè)方法。為 探測(cè)該相電流Ia的該過(guò)零的該時(shí)間點(diǎn)在一個(gè)預(yù)先給定的測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)改變?cè)撨\(yùn)行模式。在按照脈沖寬度調(diào)制運(yùn)行的所述時(shí)鐘控制(getaktet)的反相器電路34，35在正常運(yùn)行中提供一個(gè)該第一和該第二斷路器36，37交替地導(dǎo)通切換以及一個(gè)相應(yīng)的非導(dǎo)通切換的同時(shí)，在該測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)該按照脈沖寬度調(diào)制運(yùn)行，亦即用脈沖開(kāi)關(guān)的反相器電路的所述斷路器36，37之一切換為永久非導(dǎo)通的，以使得該斷路器被排除在通過(guò)脈沖寬度調(diào)制的時(shí)鐘(Taktung)之外。在所示的實(shí)施例中，當(dāng)該相電壓是正的并且該相電流是正的和下降的時(shí)，將該第一反相器電路34的該第二斷路器37切換成非導(dǎo)通的并且僅在第一斷路器36上延續(xù)該通過(guò)該脈沖寬度調(diào)制預(yù)先給定的時(shí)鐘。換言之，在測(cè)量時(shí)間窗期間將所述按照脈沖寬度調(diào)制運(yùn)行的反相器電路34，35的所述斷路器36，37的這一個(gè)切換成為非導(dǎo)通的，以使得該相電流通過(guò)該從屬于該斷路器的續(xù)流二極管40促成一個(gè)正向的(導(dǎo)通方向)二極管電流以及由此一個(gè)二極管電壓。該測(cè)量時(shí)間窗優(yōu)選地如此選擇，使得可以在其中等到該相電流的過(guò)零。因?yàn)樵撓嚯娏鞯脑撉€通常在該相關(guān)相繞組中相對(duì)于該相位電壓的曲線是延遲的，只須將該測(cè)量時(shí)間窗的開(kāi)始設(shè)定為該相電壓的過(guò)零或在此之前一點(diǎn)。這可以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鲆┘拥南嚯妷旱乃銮€在該控制單元中是已知的。所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)Tl到T8也從所述相電壓中確定。由于所述各相繞組38，39的電感性負(fù)載以及由于通過(guò)該轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)引起的一個(gè)感應(yīng)電壓的感應(yīng)例如在失活，即在該第二斷路器37的非導(dǎo)通切換(截止)的情況下，在測(cè)量時(shí)間窗期間該相電流繼續(xù)流通。在測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)的時(shí)間周期中，在所述時(shí)間周期期間由于該第一斷路器36的該脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)該第一斷路器36被截止(在每個(gè)該脈沖寬度調(diào)制的循環(huán)內(nèi)從該第一斷路器36的關(guān)閉至該第一斷路器36在下一循環(huán)中的開(kāi)啟的時(shí)間窗)，該相電流流過(guò)該第二斷路器37的該續(xù)流二極管40。該相應(yīng)的續(xù)流二極管40在這種情況下由該相電流正向運(yùn)行并導(dǎo)致在該低電源電位\和所述相關(guān)的第一相繞組38的端子節(jié)點(diǎn)Al，A2之間的一個(gè)電壓降。只要該相電流從所述端子節(jié)點(diǎn)Al或A2流入該第一相繞組38并且該第二斷路器37是截止的，該相電流就流過(guò)該第二斷路器37的該續(xù)流二極管40。這在所述電流曲線和電壓曲線以及用于驅(qū)動(dòng)所述第一和第二斷路器36，37的所述信號(hào)曲線的詳細(xì)圖示中在圖4中可以看出。與此相關(guān)地可以看出，在第一端子節(jié)點(diǎn)Al上在該測(cè)量時(shí)間窗期間存在一個(gè)低于低電源電位電平的電位UAl，在此期間該驅(qū)動(dòng)控制以一個(gè)正的相電壓進(jìn)行。這也類似地適用于一個(gè)失活，即在繼續(xù)運(yùn)行該第二斷路器37的同時(shí)該第一斷路器36的非導(dǎo)通切換的情況，其中在這種情況下該相應(yīng)的續(xù)流二極管40與該第一斷路器36并聯(lián)地由該二極管電流在正方向運(yùn)行并導(dǎo)致在所述相關(guān)的端子節(jié)點(diǎn)Al，A2和該高電源電位Vh之間的一個(gè)電壓降。只要該相電流從該第一相繞組38流入端子節(jié)點(diǎn)Al或A2并且該第一斷路器36被永久截止，該二極管電流就流過(guò)該第一斷路器36的該續(xù)流二極管40。在2H-橋電路，如在圖3中所示，分別只按照一個(gè)脈沖寬度調(diào)制運(yùn)行每個(gè)H-橋的所述反相器電路之一并且如此切換該分別另一反相器電路的所述斷路器，使得能夠從所述電源電位之一提供該所需相電流。即，如果一個(gè)相電流流入該分別未按照該脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)的那個(gè)反相器電路，則將該第二斷路器37切換為導(dǎo)通的并將該第一斷路器36切換為非導(dǎo)通的以及反之。
如果在一個(gè)相位中該需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)促成的相電壓到達(dá)一個(gè)過(guò)零，則該2H-橋電路的該脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移至該從屬于該相關(guān)的相的H-橋的該相應(yīng)的另一反相器電路上并且將該分別另一反相器電路34，35的所述斷路器36，37，如上所述，如此切換，使得能夠從所述電源電位Vh之一提供該所需相電流。在圖4所示例子中施加了一個(gè)作為相電壓的負(fù)電壓之后，通過(guò)該第二反相器電路35進(jìn)行該脈沖寬度調(diào)制。在相電流Ia依然為正時(shí)為在那里為探測(cè)該相電流，在一個(gè)正向運(yùn)行的所述斷路器36，37之一的續(xù)流二極管40上得到一個(gè)電壓降，現(xiàn)在必須在測(cè)量時(shí)間窗期間使該第二反相器電路35的該第一斷路器36保持失活并僅借助該第二反相器電路35的該第二斷路器37進(jìn)行該脈沖寬度調(diào)制。這通過(guò)該第一無(wú)時(shí)鐘控制的反相器電路的被截止的第一斷路器36及其被導(dǎo)通的第二斷路器37實(shí)現(xiàn)。在測(cè)量時(shí)間窗期間，只要和如果該施加在該相繞組的相電壓為正，就在該第一端子節(jié)點(diǎn)Al監(jiān)控該電位。在時(shí)鐘控制的反相器電路的該第一斷路器36的循環(huán)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)間歇中(即如果按照該占空比該第一斷路器36被切換成非導(dǎo)通的)可以確認(rèn)是否由于與該第一反相器電路34的該第二斷路器37并聯(lián)的導(dǎo)通的續(xù)流二極管增加了一個(gè)二極管電壓。這在該第一端子節(jié)點(diǎn)Al表現(xiàn)為，與該低電源電位Vlj相比較一個(gè)負(fù)電壓被施加在該第一反相器電路34的該第二斷路器37上。在該脈沖寬度調(diào)制在負(fù)的相電壓下切換至該第二反相器電路35后，當(dāng)該施加在該第二端子節(jié)點(diǎn)A2上的電壓電位比該高電源電位Vh超出一個(gè)該續(xù)流二極管的二極管電壓時(shí)，可以確認(rèn)相電流流經(jīng)該第二反相器電路35的該失活的第一斷路器36的一個(gè)續(xù)流二極管。這在測(cè)量時(shí)間窗開(kāi)始時(shí)是成立的，因?yàn)橐粋€(gè)相電流向正方向流動(dòng)。但當(dāng)該相電流到達(dá)該過(guò)零時(shí)，則不再有續(xù)流電流流動(dòng)并且在相應(yīng)的被排除在時(shí)鐘之外的續(xù)流二極管上的相應(yīng)的電壓降不再出現(xiàn)。該相電流的過(guò)零因此可以按照上文所述的操作方法確認(rèn)為該時(shí)間點(diǎn)，從該時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始不能探測(cè)到在該相關(guān)的續(xù)流二極管上的一個(gè)二極管的電壓降。當(dāng)該相電流的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)到達(dá)時(shí)，則為確定轉(zhuǎn)子位置在一個(gè)下一個(gè)測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)截止所述反相器電路34，35的所述第一和第二斷路器36，37，其與該相關(guān)的相繞組相連接，并確定該在該相繞組38，39上的感應(yīng)電壓Uind的高度和/或梯度。該在該相繞組38，39上的感應(yīng)電壓Uind的高度可以通過(guò)測(cè)量該第一和該第二端子節(jié)點(diǎn)Al，A2上的所述電壓電位或該第二斷路器37上的所述電壓并隨后求一個(gè)所述如此得到的值之間的差來(lái)確定。該感應(yīng)電壓的梯度可以通過(guò)一個(gè)在時(shí)間上移位的對(duì)在所述端子節(jié)點(diǎn)Al，A2上的電壓電位或電壓的多次測(cè)量并隨后求差來(lái)確定，以確定兩個(gè)值。從中和借助下一個(gè)測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)的所述測(cè)量值之間的該時(shí)間間距可以以已知的方式確定下一個(gè)測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)該感應(yīng)電壓的曲線的時(shí)間梯度。借助測(cè)得的感應(yīng)電壓的梯度和高度可近似地例如通過(guò)線性回歸推算出感應(yīng)電壓的過(guò)零，例如通過(guò)計(jì)算一條帶有一個(gè)斜率約為所測(cè)量的梯度的直線的過(guò)零以及參照在該下一個(gè)測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)的一個(gè)特定的時(shí)間點(diǎn)所測(cè)量的感應(yīng)電壓的高度。該感應(yīng)電壓的該過(guò)零時(shí)間點(diǎn)可以用來(lái)衡量該轉(zhuǎn)子位置。如果參照上述方法確定了該相電流的過(guò)零并且確定到了在該下一個(gè)測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)的該感應(yīng)電壓，則按照正常運(yùn)行重新啟動(dòng)所述電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，即重新啟動(dòng)該之前按照該脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)的反相器電路，在本例中該第二反相器電路35的兩個(gè)斷路器36，37的該脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)。該上述驅(qū)動(dòng)方法的原理設(shè)置了，在一個(gè)多相電子換向電機(jī)上，其借助脈沖寬度調(diào)制的相電壓運(yùn)行，在一個(gè)在其中期待一個(gè)相電流的過(guò)零的測(cè)量時(shí)間窗中，將該時(shí)鐘控制的反相器電路的所述斷路器36，37之一排除在外并將其在該測(cè)量時(shí)間窗的持續(xù)時(shí)間內(nèi)完全 截止。該時(shí)鐘控制的反相器電路的被截止的斷路器對(duì)應(yīng)于下述這個(gè)斷路器，即在該斷路器上由于該相應(yīng)的相電流而出現(xiàn)一個(gè)正向的二極管電流。如果該相電流然后到達(dá)過(guò)零處，則該續(xù)流電流也為零并且在該相應(yīng)的續(xù)流二極管40上沒(méi)有二極管電壓下降。相反該現(xiàn)在主導(dǎo)的極性將續(xù)流二極管截止，以使降在該二極管上的電壓對(duì)應(yīng)于該從屬的斷路器上的電壓。該二極管電壓消失的時(shí)間點(diǎn)，其可以通過(guò)對(duì)在該第一端子Al和在該第二端子A2上的所述端子電位的相應(yīng)的監(jiān)測(cè)和分析來(lái)探測(cè)，可以被確定為相電流的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)。在圖5中不出了一個(gè)B6-橋電路50作為該電機(jī)系統(tǒng)I的一種替代的驅(qū)動(dòng)器電路。該B6-橋電路50尤其適用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)三相電機(jī)。該B6-橋電路50具有三個(gè)反相器電路51，其如前所述分別具有一個(gè)第一斷路器52和一個(gè)第二斷路器53。如在圖2的實(shí)施例中所述各斷路器52，53串聯(lián)連接，其中該所要運(yùn)行的電機(jī)2的一個(gè)相繞組連接在所述斷路器52，53之間的該節(jié)點(diǎn)A上。所述相繞組在所示的實(shí)施例中連接成星形電路，然而也可以設(shè)置電機(jī)相繞組的其它連接類型。所述斷路器52，53中的每一個(gè)被配置有一個(gè)續(xù)流二極管54，其如前所述可以構(gòu)造成固有的或獨(dú)立的。在B6-橋電路50中所述反相器電路51的每一個(gè)都從屬于一個(gè)相位，即該電機(jī)的一個(gè)相繞組。在B6-橋電路中所述反相器電路51由該控制單元4分別按照一個(gè)驅(qū)動(dòng)模式來(lái)驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)模式對(duì)應(yīng)于帶有一定占空比的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制。因此通過(guò)選擇單個(gè)相電壓將所希望的電壓矢量(Spannungszeiger)施加到該電動(dòng)機(jī)2。原則上,為確認(rèn)一個(gè)相的一個(gè)相電流的該過(guò)零時(shí)間點(diǎn)將從屬于該相的反相器電路51在該測(cè)量時(shí)間窗期間按照被動(dòng)時(shí)鐘(passive Taktung)運(yùn)行。如此選擇該測(cè)量時(shí)間窗，使其一定在該相關(guān)相電流的過(guò)零到達(dá)前開(kāi)始，例如在該相關(guān)相電壓的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)或在此時(shí)間之前，并最早在識(shí)別了該相電流的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)時(shí)結(jié)束。如果該相電流在該測(cè)量時(shí)間窗開(kāi)始的時(shí)間點(diǎn)時(shí)是正的(即電流從相關(guān)的反相器電路流入電機(jī))，則為該被動(dòng)時(shí)鐘將相關(guān)的第二斷路器53切換為非導(dǎo)通，同時(shí)以相應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制繼續(xù)運(yùn)行該第一斷路器52。如果該相電流在該測(cè)量時(shí)間窗開(kāi)始的時(shí)間點(diǎn)時(shí)是負(fù)的，則截止該第一斷路器52，同時(shí)相應(yīng)地時(shí)鐘控制該第二斷路器53。在后者的情況下，該第二斷路器53的驅(qū)動(dòng)信號(hào)仍然是該在正常運(yùn)行中(即該被動(dòng)時(shí)鐘之外的)促使該第二斷路器53連通的信號(hào)，而該第一斷路器52應(yīng)該是關(guān)閉的。這個(gè)斷路器52、53 (通過(guò)其該當(dāng)前相電流引發(fā)一個(gè)正向的二極管電流)可以例如通過(guò)該預(yù)先給定的相電壓的曲線的梯度來(lái)確定。如果該梯度為正，則該相電壓的過(guò)零在正值的方向，這引發(fā)(滯后地)從負(fù)的相電流至正的相電流的該相電流的一個(gè)過(guò)零。即在測(cè)量時(shí)間窗起始該相電流是負(fù)的并從該相繞組流入該相關(guān)的端子節(jié)點(diǎn)。在這種情況下應(yīng)該只有該第一斷路器52的該續(xù)流二極管可能正向運(yùn)行。因此使該第一斷路器52的時(shí)鐘在該測(cè)量時(shí)間窗期間失活。如果該梯度為負(fù)，則該相電壓的過(guò)零在負(fù)值的方向，這引發(fā)(滯后地)從正的相電流至負(fù)的相電流的該相電流的一個(gè)過(guò)零。即在測(cè)量時(shí)間窗起始該相電流是正的并從該相關(guān)的端子節(jié)點(diǎn)流入該相繞組。在這種情況下應(yīng)該只有該第二斷路器53的該續(xù)流二極管可能正向運(yùn)行。因此使該第二斷路器53的時(shí)鐘在該測(cè)量時(shí)間窗期間失活。圖6示出所述相電流Ia，lb, Ic的曲線和所述斷路器52，53的控制信號(hào)Tl至T6 的相關(guān)信號(hào)曲線以及該被動(dòng)時(shí)鐘的所述單個(gè)時(shí)間窗，在此期間該相應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)于分別所述斷路器52，53之一切換至使該相關(guān)的斷路器52，53非導(dǎo)通(截止)。類似于上述實(shí)施形式圖7示出該B6-電路的所述反相器電路51之一的被動(dòng)時(shí)鐘。類似于該前述的情況，這里也將該相關(guān)相電流過(guò)零的時(shí)間點(diǎn)確認(rèn)為該時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)該相電流不再在所述失活的斷路器52，53的續(xù)流二極管54上引發(fā)二極管電壓。如前所述，當(dāng)該相關(guān)相電流過(guò)零的時(shí)間點(diǎn)已確認(rèn)時(shí)，通過(guò)在一個(gè)直接與該相電流過(guò)零的時(shí)間點(diǎn)相連的下一個(gè)測(cè)量時(shí)間窗中測(cè)量一個(gè)在該相應(yīng)的相繞組上的感應(yīng)電壓的高度和梯度可以借助已知的方法推導(dǎo)出一個(gè)轉(zhuǎn)子位置。
權(quán)利要求
1.一種用于確定在多相電機(jī)(2)中的相電流的過(guò)零的時(shí)間點(diǎn)的方法，其中借助帶有斷路器(36，37 ;52，53)的驅(qū)動(dòng)器電路(31 ;50)來(lái)驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)(2)，以提供被施加在電機(jī)(2)的從屬于相應(yīng)的相的端子節(jié)點(diǎn)(Al，A2，BI，B2)上的多個(gè)相電壓，其中能夠按照帶有占空比的脈沖寬度調(diào)制來(lái)循環(huán)驅(qū)動(dòng)所述斷路器(36，37 ;52，53)的至少一部分，以在所述端子節(jié)點(diǎn)(Al，A2，BI, B2)之一上交替施加不同的電位，所述方法具有以下步驟 -驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)器電路(31 ;50)用于提供所述相電壓，以運(yùn)行該電機(jī)(2); -把該脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動(dòng)對(duì)于至少一個(gè)所述斷路器(36，37 ;52，53)失活，使得至少在該脈沖寬度調(diào)制的每個(gè)循環(huán)中的時(shí)間段內(nèi)沒(méi)有電位通過(guò)該驅(qū)動(dòng)器電路(31 ;50)被施加在所述端子節(jié)點(diǎn)(Al，A2，B1，B2)上; -探測(cè)在該時(shí)間段內(nèi)在續(xù)流二極管上的二極管電壓，該失活的斷路器(36，37;52，53)設(shè)置有所述的續(xù)流二極管； -將該相電流的該過(guò)零時(shí)間點(diǎn)確認(rèn)為所述時(shí)間點(diǎn)，從該時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始在所述時(shí)間段內(nèi)在該續(xù)流二極管(40 ;54)上不再有二極管電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中使該脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動(dòng)對(duì)至少一個(gè)所述斷路器(36，37 ;52，53)在測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)失活，該測(cè)量時(shí)間窗以下述的時(shí)間點(diǎn)為開(kāi)始，S卩該時(shí)間點(diǎn)依賴于該相電壓的正負(fù)符號(hào)變化的時(shí)間點(diǎn)或者與這一時(shí)間點(diǎn)相等，并且最早在以下的時(shí)間點(diǎn)終止，即在此時(shí)間點(diǎn)該相電流的過(guò)零被確認(rèn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中使該脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動(dòng)失活的步驟包括只使所述斷路器(36，37 ;52，53)中的以下這個(gè)斷路器失活，即通過(guò)此斷路器該當(dāng)前相電流引發(fā)正向的二極管電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過(guò)該相電壓的曲線的梯度來(lái)確定以下這個(gè)斷路器(36，37 ;52，53)，即通過(guò)該斷路器該當(dāng)前相電流引發(fā)正向的二極管電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一所述的方法，其中該占空比處于30%和70%之間。
6.一種用于確定電機(jī)(2)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置的方法，具有以下步驟 -借助按照權(quán)利要求I至5之一所述的方法來(lái)確定相電流過(guò)零的時(shí)間點(diǎn)； -在確認(rèn)了該相電流過(guò)零的時(shí)間點(diǎn)后，在該電機(jī)的所述從屬于該相繞組的斷路器切換為非導(dǎo)通期間，確定該相繞組(38，39)上的在另一測(cè)量時(shí)間窗內(nèi)的一或多個(gè)感應(yīng)電壓； -從至少一個(gè)所述感應(yīng)電壓中確定該轉(zhuǎn)子位置。
7.一種用于確定多相電機(jī)(2)中相電流過(guò)零的時(shí)間點(diǎn)的設(shè)備，借助帶有斷路器(36，37 ;52，53)的驅(qū)動(dòng)器電路(3 ；31 ;50)來(lái)驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)，其中提供多個(gè)相電壓，這些相電壓被施加在電機(jī)(2)的從屬于相應(yīng)相的端子節(jié)點(diǎn)上，其中所述斷路器的至少一部分按照帶有占空比的脈沖寬度調(diào)制被循環(huán)驅(qū)動(dòng)，以為了在所述端子節(jié)點(diǎn)上提供各自的相電壓而交替施加不同的電位， 其中所述設(shè)備被構(gòu)成為 -用于為提供多個(gè)相電壓而驅(qū)動(dòng)所述的驅(qū)動(dòng)器電路(3 ；31 ；50),以運(yùn)行電機(jī)(2)； -以使該脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動(dòng)對(duì)于至少一個(gè)所述斷路器(36，37 ;52，53)失活，使得至少在脈沖寬度調(diào)制的每個(gè)循環(huán)的時(shí)間段期間沒(méi)有電位通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)器電路(3，31 ；50)被施加在所述端子節(jié)點(diǎn)(Al，A2，B1，B2)上; -以在該時(shí)間段內(nèi)探測(cè)續(xù)流二極管(40 ;54)上的二極管電壓，所述至少一個(gè)失活斷路器(36，37 ;52，53)設(shè)置有所述續(xù)流二極管； -以將相電流的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)確認(rèn)為所述時(shí)間點(diǎn)，從該時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始在該時(shí)間段內(nèi)在該續(xù)流二極管(40 ;54)上不再有二極管電壓。
8.—種電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(I),包括 -多相電機(jī)(2); -驅(qū)動(dòng)器電路(3)，其具有分別帶有串聯(lián)連接在第一電位和第二電位之間的斷路器(36,37 ;52，53)的反相器電路(34，35，51)； -根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備。
9.一種包含程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)該程序代碼在數(shù)據(jù)處理單元上執(zhí)行時(shí)，該程序代碼執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I至6之一所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種確定在多相電機(jī)(2)中相電流的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)的方法，其中該電機(jī)(2)借助帶有斷路器(36，37；52，53)的驅(qū)動(dòng)器電路(31；50)來(lái)驅(qū)動(dòng)，以提供被施加在電機(jī)(2)的從屬于相應(yīng)的相的端子節(jié)點(diǎn)(A1，A2，B1，B2)上的多個(gè)相電壓，其中按照帶有占空比的脈沖寬度調(diào)制來(lái)循環(huán)驅(qū)動(dòng)所述斷路器(36，37；52，53)的至少一部分，以在所述端子節(jié)點(diǎn)(A1，A2，B1，B2)之一上交替施加不同的電位，該方法包括以下步驟驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)器電路(31；50)用于提供所述相電壓，以運(yùn)行該電機(jī)(2)；使該脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動(dòng)對(duì)于至少一個(gè)所述斷路器(36，37；52，53)失活，這樣使得至少在該脈沖寬度調(diào)制的每個(gè)循環(huán)中的一個(gè)時(shí)間段內(nèi)沒(méi)有電位通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)器電路(31；50)施加在所述端子節(jié)點(diǎn)(A1，A2，B1，B2)上；探測(cè)在續(xù)流二極管上在該時(shí)間段內(nèi)的二極管電壓，該二極管從屬于該失活的斷路器(36，37；52，53)；確認(rèn)相電流的過(guò)零時(shí)間點(diǎn)作為該時(shí)間點(diǎn)，從此點(diǎn)開(kāi)始在該時(shí)間段內(nèi)在該續(xù)流二極管(40；54)上不再有二極管電壓。
文檔編號(hào)H02P6/18GK102906990SQ201180027057
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者D.弗里克 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司