用于控制電機的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于控制電機的運行的方法、一種用于控制電機的運行的控制系統以及一種電機。
【背景技術】
[0002]除了作為部件的轉子和定子之外，為了控制相電機還可以包括:可以設計為外部的開關調節器的預接裝置、整流器、逆變器和/或變流器，上述部件又可以作為電子構件包括金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFETs)或電橋、具有絕緣的絕緣柵的雙極型晶體管(IGBT)。這種電機的脈寬調制(PffM)的時鐘脈沖可以具有大約IkHz至大約20kHz的頻率。外部的開關調節器可以在大約10kHz至大約IMHz的頻率下運行。
【發明內容】
[0003]在上述背景下提出了一種具有獨立權利要求的特征的方法、一種控制系統和一種電機。方法、控制系統和電機的設計方案由從屬權利要求中得出。
[0004]根據本發明的方法設計為用于控制和因此操控和/或調節電機的運行。該電機作為部件具有定子和轉子，其中，第一部件一一即定子或轉子一一包括多個導體棒，這些導體棒通過至少一個電路板的連接元件相互連接。電機的第二部件包括永磁體，其中，導體棒布置在永磁體的磁場內部并具有內部電感。而連接元件布置在磁場外部并具有外部電感。電機包括多個相，其中，每個相包括至少一個導體棒。為了控制電機的運行，分別為每個相將至少一個與相應的相的內部電感和外部電感有關的電參數調節到額定值/理論值，該額定值設置用于相應的相的相應的至少一個參數。
[0005]將電壓和/或電流作為至少一個電參數調節到所設置的額定值，該電壓和/或電流被測量用于相應的相。
[0006]在電機運行時，在導體棒與相應的相的連接元件之間的量取點上量取相應的相的至少一個電參數一一即電壓和/或電流一一的當前實際值。
[0007]借助于用于對電機進行預控制的算法、基于電機的至少一個機械的運行參數計算和/或調節至少一個電參數的額定值。在此，可以將電機的轉速和/或轉子相對于定子的角位置考慮為至少一個機械的運行參數。
[0008]所述方法可以被執行用于被作為電動機和/或發電機使用的電機。
[0009]根據本發明的控制系統設計為用于控制電機的運行，該電機作為部件具有定子和轉子。兩個部件中的第一部件包括多個導體棒，這些導體棒通過至少一個電路板的連接元件相互連接。兩個部件中的第二部件包括永磁體。導體棒布置在永磁體的磁場內部并具有內部電感。連接元件布置在磁場外部并具有外部電感。電機包括多個相，其中，每個相包括至少一個導體棒。控制系統設計用于，分別為電機的每個相將至少一個與相應的相的內部電感和外部電感有關的電參數調節到額定值。
[0010]此外，控制系統對于每個相具有一開關調節器和連接在所有相的開關調節器上游的控制單元。控制單元設計為用于執行用于對電機進行預控制的算法，以及設計為用于為相應的相提供至少一個電參數的額定值。
[0011]此外，控制系統對于每個相具有至少一個測量模塊，該至少一個測量模塊設計用于測量相應的相的至少一個電參數的實際值。
[0012]在另一個設計方案中，控制系統具有至少一個逆變器，該逆變器布置在通向電機的外部電壓源的觸點與電機的相之間并設計用于，為電機執行開關調節。此外，控制系統可以具有中間電路電容器，該中間電路電容器布置在兩個觸點之間。根據定義，控制系統作為另外的部件可以包括電機相，其中，每個相包括內部電壓源和對應于相的至少一個導體棒的內部電阻、布置在電機的磁場內部的內部電感、以及布置在電機的磁場外部的外部電感。控制系統通常布置在電機的殼體中。
[0013]根據本發明的電機作為部件具有定子和轉子，其中，第一部件一一通常是定子或轉子一一包括多個導體棒，這些導體棒通過至少一個電路板的連接元件相互連接。第二部件一一通常是轉子或定子一一包括永磁體。導體棒布置在永磁體的磁場內部并具有內部電感。至少一個電路板的連接元件布置在磁場外部并具有外部電感。電機包括多個相。在設計方案中，每個相包括相同數量的導體棒，其中，每個相包括至少一個導體棒。為了控制電機的運行，分別為電機的每個相將至少一個與相應的相的內部電感和外部電感有關的電參數調節到額定值。
[0014]此外，電機具有所述控制系統的一個實施方式并能夠通過所述方法的實施方式控制。電機的第一部件的導體棒通常布置在軟磁性的材料中。
[0015]此外，每個相可以包括內部電壓源、對應于相應的相的至少一個導體棒的內部電阻、布置在電機的磁場內部的內部電感、以及布置在電機的磁場外部的外部電感。
[0016]在控制系統和/或電機的運行中，相應的相的內部電感和外部電感可用于執行開關調節，而為了執行電機的功能僅需使用布置在磁場中的導體棒內部電感。
[0017]此外，電機的第一部件包括鐵芯，該鐵芯可由作為軟磁性材料的鐵粉制成。該鐵芯具有槽，在這些槽中布置有對應于電機的相的導體棒。另選地，可以為第一部件使用作為軟磁性材料的鐵薄片，在這些鐵薄片中配設有導體棒。通過使用埋入鐵粉中的導體棒可以減小禍流并提尚電機的開關頻率。
[0018]在電機中將其逆變器至少隱含地用于開關調節，因此電機對于每個相都具有一個集成的開關調節器，利用該開關調節器可以實現10kHz至IMHz的數量級的高開關頻率。
[0019]電機具有逆變器和開關調節器的控制系統內置在電機的殼體中，由此使得控制系統在電磁相容性(EMV)方面受到保護。控制系統可以作為電子開關元件具有金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFETs)以及中間電路電容器、例如布置在控制系統的觸點到外部電壓源之間的陶瓷的片式電容器。
[0020]通過將導體棒用于電機，可以摒棄一般常見的線圈或繞組。替代繞組的導體棒或能夠導電的桿通過可以設計為印制導線和/或電子構件的電路板連接元件相互連接。通過將導體棒埋入作為軟磁性復合材料(SMC，soft magnetic composite)的鐵粉中可以使得禍流最小化。
[0021]電機的每個相的等效電路圖包括:具有內部電壓源的串聯電路，該內部電壓源提供具有與電機的轉速值成比例的值的電壓；和內部電阻，該內部電阻的值相當于導體棒電阻、連接元件、MOSFETs的電阻值以及中間電路電容器的等效電阻(ESR)的總和。此外，這種串聯電路包括布置在引起電機的洛倫茲力的磁場內部的相應的相的導體棒的有效內部電感。串聯電路還包括布置在位于磁場外部的至少一個電路板上的相連接元件一一例如印制導線一一的外部電感。在此，為實現用于執行開關調節的開關調節器的功能，使用所有的、亦即內部的和外部的電感，而為實現電機的功能僅使用有效的內部電感。通常，通過設計為開關調節器的逆變器分開由外部電壓源提供的電壓并相應分配給相，其中，可將外部電壓源分配給內部電壓源。
[0022]所提出的控制系統還可以執行開關調節器的功能，利用開關調節器可以將同步轉換器的中間電路的電壓調節并因此降低到相應的相的電壓的當前期望的實際值。相應地可以將流過相應的相的電流調節并因此降低到當前期望的額定值。為了執行調節可以執行常用的開關調節方法、脈沖方法或所謂的斬波方法。在此，開關調節器的數量相當于相的數量，其中，控制系統的開關調節器被彼此分開。此外，每個開關調節器可以具有集成開關電路或芯片。
[0023]通常利用同樣彼此分開的測量模塊可以為每個相測量電壓的實際值和/或電流的實際值。此外，可以為每個相分配輸出級(Endstufe)以及各一個用于調節電壓和電流的模塊。在此，可以由流過相應的相的電流的一個或兩個測量值例如通過計算確定待測量電流的實際值。可通過控制系統執行的算法也可以設計為預控制算法。相應的開關調節器的功能可被快速執行，由此可控制轉動的電機的相應的相的交流電壓。
[0024]電機和進而是電動機和/或發電機可以具有高的開關頻率，由此實現