阅读说明：本技术 电机 (Electric machine ) 是由 J.库尔菲斯 U.福尔默 于 2018-06-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电机。所述电机具有至少两个分别拥有相同的相数的子电机,所述子电机分别构造用于彼此独立地产生用于使转子旋转运动的旋转磁场。所述电机优选对每个子电机来说具有功率输出级,其中所述功率输出级分别构造用于彼此独立地给所述子电机通电。所述电机也具有至少一个控制单元或者仅仅具有一个控制单元,所述控制单元与所述功率输出级相连接并且构造用于产生用于对所述功率输出级进行操控的PWM信号。按照本发明,所述控制单元构造用于：如此产生用于所述子电机的PWM信号,使得用于一个子电机的PWM脉冲分别在PWM周期的开始时刻开始；并且/或者如此产生用于另一个子电机的PWM脉冲,使得所述PWM脉冲分别在用于所述另一个子电机的PWM周期的结束时刻结束。(The present invention relates to an electric machine. The electric machine has at least two partial electric machines each having the same number of phases, which are each designed to generate a rotating magnetic field for rotating the rotor independently of one another. The electric machine preferably has a power output stage for each partial electric machine, wherein the power output stages are each designed to energize the partial electric machines independently of one another. The electric machine also has at least one control unit or only one control unit, which is connected to the power output stage and is designed to generate a PWM signal for actuating the power output stage. According to the invention, the control unit is designed to: generating PWM signals for the sub-motors such that PWM pulses for one sub-motor start at a start time of a PWM cycle, respectively; and/or the PWM pulse for the further partial motor is generated in such a way that it ends at the end of the PWM cycle for the further partial motor.)

电机

技术领域

本发明涉及一种电机、尤其电动马达和/或发电机。所述电机具有定子和转子。所述电机具有至少两个分别拥有相同的相数的子电机。所述子电机优选分别具有定子的定子线圈的一部分并且分别构造用于彼此独立地产生用于使转子旋转运动的旋转磁场。所述电机优选对于每个子电机来说具有功率输出级，其中所述功率输出级分别构造用于彼此独立地给所述子电机通电。所述电机也具有至少一个或者仅仅一个控制单元，所述控制单元与功率输出级相连接并且构造用于产生用于对功率输出级进行操控的PWM信号（PWM=脉冲宽度调制）。所述子电机优选对于每个相来说分别具有至少一个、至少两个、至少三个或仅仅一个定子线圈。

背景技术

由DE 10 2005 043 576 A1已知一种用于运行电机的方法，所述电机具有至少两个电分离的定子绕组，其中第一定子绕组通过第一子变流器来馈给并且第二定子绕组通过第二子变流器来馈给。所述子变流器借助于错开地脉冲激励的信号来控制。

发明内容

根据本发明，所述控制单元构造用于：如此产生用于子电机的PWM信号，使得用于一个子电机的PWM脉冲分别在PWM周期的开始时刻开始；并且/或者如此产生用于另一个子电机的PWM脉冲，使得PWM脉冲分别在用于另一个子电机的PWM周期的结束时刻结束。通过如此构成的控制单元，用于子电机之一的PWM脉冲能够分别特别是左齐平地、与PWM周期的开始共同开始地来产生，其中用于另一个子电机的PWM脉冲能够分别特别是右齐平地、与PWM周期的结束共同结束地来产生。

就这样有利地形成无开关脉冲的时间间隔，在该时间间隔中不接通或切断从功率输出级切换到子电机的定子线圈上的相电流。也就是说，已经认识到，定子线圈电流的接通或切断会引起EMC干扰，这会影响到对于定子线圈电流的电流检测或者使其不可能。

在另一种变型方案中，所述控制单元构造用于如此产生用于子电机的PWM信号，使得用于一个子电机的PWM脉冲分别在PWM周期的开始时刻开始或结束，并且用于另一个子电机的PWM脉冲以居中的方式来产生。在此，能够有利地为调制范围产生无开关脉冲的、用于进行电流检测的时间窗。

在另一种优选的变型方案中，所述控制单元构造用于如此产生用于子电机的PWM信号，使得用于至少两个或所有子电机的PWM脉冲分别在PWM周期的开始时刻开始或结束。由此，能够通过所述功率输出级的如此形成的PWM操控来有利地形成用于在所述电机的大的调制范围上进行电流检测的时间间隔。

在一种优选的实施方式中，所述控制单元具有脉宽调制器，该脉宽调制器构造用于改变用于至少一个或多个PWM周期的占空比，并且就这样改变所述电机、尤其是子电机的调制。所述PWM调制器优选构造用于：关于PWM周期共同开始地、尤其是左齐平地或者共同结束地、尤其是右对齐地产生用于子电机的脉宽调制的脉冲。

所述控制单元优选具有处理单元，该处理单元通过微处理器、微控制器或FPGA（FPGA=Field-Programable-Gate-Array）来构成。所述控制单元优选具有至少一个用于功率输出级的驱动器，该驱动器在输出侧与功率输出级的控制接头相连接并且构造用于根据PWM信号产生用于接通或切断功率输出级的半导体开关的控制信号并且将其发送给功率输出级。

在一种优选的实施方式中，所述电机具有至少一个与控制单元连接的电流传感器，其中所述电流传感器构造用于检测子电机的至少一个相或所有相的相电流。所述控制单元构造用于在子电机的PWM周期的共同的脉冲间隔的期间检测子电机的至少一个相的相电流。与对于子电机的居中的操控相比，有利的是在对子电机进行前面所提到的左齐平的操控时并且在对所述子电机中的与其不同的另一个子电机进行右齐平的操控时在较大的调制范围之内形成的时间窗、尤其是PWM周期期间的时间间隔，在所述时间间隔的期间没有进行所述功率输出级的、通过PWM脉冲、尤其是PWM脉冲的开始或结束引起的开关的开关过程。

在一种优选的实施方式中，所述控制单元构造用于相对于彼此相位偏移地产生用于彼此不同的子电机的PWM周期。对于子电机的操控与对于另一个子电机的操控之间的相位偏移、也被称为相位差优选在PWM周期持续时间的30%与70%之间、进一步优选在PWM周期持续时间的34%与66%之间并且特别优选为PWM周期持续时间的50%。

通过如此构成的控制单元，对所述子电机的调制范围的至少一部分来说减轻了尤其是由所述子电机共同使用的中间电路的负荷，其中所述中间电路包括中间电路电容器。通过在时间上错开地操控子电机的方式，能够有利地降低车载电网中的、由于中间电路中的纹波电流引起的电压波动。此外有利的是，通过相位偏移、尤其是结合对于彼此不同的子电机的左齐平的和右齐平的操控在宽的调制范围内无开关脉冲地构成用于电流测量的时间窗。对于相电流的电流测量因此能够在电磁方面不受用于对功率输出级的半导体开关进行开关的开关脉冲的干扰。由于在先前也被称为时间窗的时间间隔中-在所述时间间隔中没有在功率输出级上进行开关过程-进行电流测量，因而能够有利地特别小地并且因此损耗特别少地构造电流测量电阻。在电流测量电阻上下降的、代表着所检测到的电流的测量电压因此能够构造得非常小，并且能够-例如借助于测量放大器-来放大以便通过控制单元进行测评，并且因此能够得到扩大。

在一种优选的实施方式中，所述控制单元构造用于将用于子电机的所有相的占空比延长或者缩短预先确定的时间间隔。通过这种方式，能够在对于子电机的操控上加上或减去电压偏移，所述电压偏移在电方面对子电机的操控没有影响。然而，所述电压偏移有利地引起以下结果，即：用于进行无开关脉冲的电流检测的时间窗也为大的调制值而构造得相应地大。

在一种优选的实施方式中，所述控制单元构造用于相互交替地延长或缩短高侧脉冲和低侧脉冲的脉冲持续时间。通过这种方式，能够在产生电压偏移时减轻所述功率输出级的热负荷。

所述功率输出级优选对于每个相来说包括至少一个半导体开关-半桥。所述半导体开关-半桥包括彼此串联连接的低侧半导体开关和高侧半导体开关。所述功率输出级的、特别是功率输出级的半导体开关-半桥的高侧和低侧半导体开关因此能够有利地相互交替地经受热负荷。

在一种优选的实施方式中，所述控制单元构造用于产生电流检测间隔并且在所述电流检测间隔的期间检测电流。所述控制单元此外优选构造用于在对于子电机的操控的共同的脉冲间隔的持续时间的期间产生电流检测间隔。

本发明也涉及一种用于电机的控制器。所述控制单元包括已经描述的控制单元，所述控制单元在输出侧与功率输出级相连接。所述功率输出级构造用于与由定子的定子线圈的一部分构成的子电机相连接并且为此而具有用于与定子相连接的输出接头。

本发明也涉及一种用于操控电机的方法。所述电机具有至少两个子电机。所述子电机分别具有电机的定子的相同数目的定子线圈。在该方法中，为了操控定子线圈而产生包括多个PWM脉冲的脉宽调制的脉冲模式，其中用于一个子电机的PWM脉冲分别在PWM周期的开始时刻开始，并且用于另一个子电机的PWM脉冲分别在用于另一个子电机的PWM周期的结束时刻结束。

由此，对于所述电机来说，用于无开关脉冲地检测电流的时间窗能够有利地构造得大。

优选在该方法中，在电流检测间隔之内在用于所述子电机的脉冲的共同的脉冲间隔的期间检测通过定子线圈中的至少一个定子线圈流动的电流。通过在没有功率输出级的开关过程的情况下构成的时间间隔形成的电流测量窗能够有利地大于在进行居中的PWM操控时的电流测量窗。

优选在该方法中，所述子电机和所述另一个子电机的PWM周期分别相对于彼此相位偏移。相位偏移优选在周期持续时间的37%与66%之间、进一步优选为PWM周期持续时间的一半。因此，能够有利地优选结合前面所描述的左齐平的或右平齐的PWM产生来形成中间电路减荷。

优选所有子电机的PWM周期分别具有相同的周期持续时间。由此，对于所述子电机的操控能够彼此时间同步地进行。

附图说明

现在，下面借助于附图和其他实施例来描述本发明。其他有利的实施方式由在附图中和在从属权利要求中描述的特征得出。

图1示出了一种用于具有逆变器的电机的实施例，其中所述逆变器具有控制单元，所述控制单元构造用于如此产生用于子电机的PWM脉冲，使得所述逆变器的半导体开关-半桥能够在共同的开始时刻共同地被接通或者在共同的结束时刻被切断；

图2示出了具有已经由在图1中所示出的控制单元产生的PWM模式的图表。

具体实施方式

图1示意性地示出了一种用于电机1的实施例。所述电机1具有定子2。所述定子2在这种实施例中包括两个子电机，所述子电机分别构造为三相结构并且为此别具有三个定子线圈。在这种实施例中，子电机3包括定子线圈8、9和10。所述子电机的另一个子电机4具有定子线圈5、6和7。所述电机1也包括转子11，该转子例如构造为永磁的或他激的结构。所述电机1也具有输出级12，该输出级在这种实施例中由两个子输出级13和14构成。所述子输出级13和14中的每个子输出级分别具有B6桥，其中所述B6桥包括三个半导体开关-半桥。所述半导体开关-半桥包括低侧半导体开关和高侧半导体开关。半导体开关-半桥构造用于产生用于所述子电机的一个相的相电流。所述子输出级13在输出侧通过电连接23与子电机3相连接。所述子输出级14在输出侧通过电连接24与子电机4相连接。所述子输出级13构造用于给子电机3的定子线圈8、9和10通电，以用于产生用于使转子11旋转运动的旋转磁场。所述子输出级14构造用于给子电机4的定子线圈5、6和7通电，以用于产生用于使转子11旋转运动的旋转磁场。所述子输出级13和14能够与相应的子电机3或4一起彼此独立地激励转子11用于旋转运动。通过这种方式，所述电机1具有两个彼此独立的子电机，它们在正常运行中能够共同使转子11运动，或者在一个子电机出现故障的情况下，余下的子电机仍能够使转子11继续运动。

所述电机1也具有控制单元17。所述控制单元17在输出侧通过连接导线27与输出级12相连接并且在那里与子输出级13相连接并且构造用于通过连接导线27来操控所述子电机13并且为此产生控制信号、尤其是脉冲模式并且将其发送给子输出级13。所述控制单元17在输出侧通过连接导线28与子输出级14相连接并且构造用于操控子输出级14、尤其是子输出级14的控制接头，以便给所述子电机4通电。所述电机1也具有用于对子输出级13的电流进行检测的电流传感器16和用于对子输出级14的电流进行检测的电流传感器15。所述电流传感器15和16例如通过分路器-电阻构成。所述子输出级13和14-与在图1中示出的不同-也借助于共同的电流传感器来连接。为此，所述子输出级13和14能够分别对于每个相来说并且因此对于每个半导体开关-半桥具有电流检测电阻。

所述控制单元17在这种实施例中构造用于相对于彼此相位偏移地操控所述子电机3和4。所述相位偏移例如在PWM周期持续时间的33%至67%之间。因此，能够减轻由所述子输出级13和14共同使用的中间电路电容器29的负荷。所述电流传感器16在输出侧通过连接导线25与控制单元17相连接。所述电流传感器15在输出侧通过连接导线26与控制单元17相连接。所述电流传感器16和15分别构造用于检测在相应的子输出级13或14中流动的电流并且产生代表着所述电流的电流信号并且在输出侧将其发送给控制单元17。

所述控制单元17具有脉冲模式发生器18。所述脉冲模式发生器18构造用于产生用于对功率输出级12、尤其是功率输出级12的控制接头进行操控的脉宽调制的控制信号并且在输出侧输出所述控制信号。为此，所述脉冲模式发生器18具有脉宽调制器19。所述脉宽调制器19具有输入端22并且构造用于根据在输入端22处所接收的控制信号、尤其是幅度信号来产生PWM脉冲持续时间和脉冲间隔持续时间之间的占空比并且根据所述占空比来产生用于接通并且切断开功率输出级12的半导体开关的控制脉冲。

所述脉宽调制器19在输入侧与操控模式发生器20相连接。在这种实施例中，所述操控模式发生器构造用于为每个相并且因此为子电机的每个与所述相对应的定子线圈产生操控信号。所述操控信号例如代表着正弦波形或者作为其补充代表着与正弦波形-作为基波-相对应的三次谐波。

所述控制单元17构造用于至少在电流检测时刻或者在电流检测间隔之内检测由电流传感器15和16产生的电流信号，所述电流检测间隔处于控制脉冲的控制脉冲持续时间的时间范围内或一半的时刻。所述控制单元17因此能够检测在功率输出级中、特别是在子输出级13和14中流动的电流-特别是在由PWM调制器产生的控制脉冲的脉冲中心的时刻检测所述电流。所述PWM调制器19例如构造用于在一个脉冲周期之内共同开始地或共同结束地产生控制脉冲。电流检测例如在一个PWM周期的脉冲间隔的期间进行。所述控制单元17、尤其是操控模式发生器20构造用于相对于彼此相位偏移地操控所述子电机3和4。为此，所述PWM调制器19例如构造用于相对于彼此相位偏移地产生用于彼此不同的子电机的控制脉冲。用于子电机3和4的脉冲模式之间的相位偏移例如为脉冲周期持续时间的一半。

所述控制单元17构造用于共同地开始用于所述子电机3的PWM脉冲并且共同地结束用于另一个子电机4的PWM脉冲。PWM脉冲的开始对应于功率输出级的半桥的接通并且因此对应于定子线圈与用于和功率输出级相连接的定子线圈的中间电路电位的连接，并且PWM脉冲的结束对应于半桥的切断并且因此对应于定子线圈与中间电路地电位的连接。

所述控制单元17在这种实施例中构造用于：根据PWM操控的调制程度至少在电流检测的持续时间里或者持续地至少在一个周期节拍里或者多个周期节拍里改变、尤其是延长或者缩短用于所述子电机的控制脉冲的控制脉冲持续时间，并且就这样借助于用于所述子电机的PWM模式来产生电压偏移。由此，能够额外地扩大用于在调制范围内用于电流测量的时间间隔。

所述控制单元17、在这种实施例中所述脉冲模式发生器18为此具有加法单元21，该加法单元构造用于根据电流检测间隔之内的切换沿的汇合来扩大用于所述子电机的控制脉冲的控制脉冲持续时间并且为此如此产生延长的控制脉冲，使得所述切换沿处于电流检测间隔之外。所述脉冲模式发生器18在输入侧与计时器41相连接并且构造用于接收由所述计时器41产生的代表着时间周期（Zeittakt）的时间周期信号并且根据所述时间周期信号来产生PWM信号。所述计时器41例如通过石英振荡器来构成。

图2示出了图表，在该图表中示出了由在图1中示出的用于子电机3和子电机4的PWM调制器19所产生的PWM操控信号。图表50具有时间轴51和幅度轴52。在幅度轴52上绘示了由脉宽调制器19产生的PWM脉冲的幅度。图表50示出了用于由定子2的定子线圈8、9和10构成的子电机3的PWM操控模式53和用于由定子2的定子线圈5、6和7构成的子电机4的PWM操控模式54。所述操控模式53包括代表着PWM脉冲序列的用于操控功率输出级13并且因此用于给定子线圈8通电的PWM信号55、代表着PWM脉冲序列的用于给定子线圈9通电的PWM信号56和代表着PWM脉冲序列的用于给定子线圈10通电的PWM信号57。所述PWM操控模式54包括代表着PWM脉冲序列的用于操控功率输出级14并且因此用于给定子线圈5通电的PWM信号58、代表着PWM脉冲序列的用于给定子线圈6通电的PWM信号59和代表着PWM脉冲序列的用于给定子线圈7通电的PWM信号60。

所述PWM信号分别包括时间上彼此先后相随的PWM脉冲，其中示范性地标出PWM脉冲序列56的PWM脉冲61。所述PWM脉冲61具有脉冲持续时间62并且在具有PWM周期持续时间64的PWM周期的开始时刻63开始。在PWM脉冲61上连接着脉冲间隔69，该脉冲间隔在PWM周期持续时间结束时结束。在开始时刻，给对应于PWM脉冲61的、在图1中示出的定子线圈9通电并且在PWM脉冲61结束时切断电流。

图1中的脉宽调制器19构造用于彼此同步地以脉冲周期持续时间66产生用于子电机4的PWM脉冲序列58、59和60。示范性地标出了用于子电机4的定子线圈9的PWM脉冲序列59的PWM脉冲65。所述PWM操控模式54的、尤其是PWM脉冲序列58、59和60的PWM脉冲相应共同地在PWM周期66的结束时刻67结束。

此外，用于子电机3的PWM操控模式53的PWM周期64和用于子电机4的PWM操控模式54的PWM周期66相对于彼此相位偏移。图1中的PWM调制器19构造用于：彼此独立地并且相对于彼此相位移动地用相位偏移来产生用于彼此不同的子电机3和4的PWM脉冲。操控模式53和54之间的相位偏移68在这种实施例中为PWM周期持续时间的50%。PWM周期64和65的PWM周期持续时间在这种实施例中构造得一样长。

对于所述子电机3和4的在图2中的图表50中示出的、由PWM操控模式53和54来表示的调制程度来说，保留不含开关脉冲地构成的时间间隔70，在该时间间隔中能够通过在图1中示出的电流传感器16或电流传感器15在不受由于接通或切断功率输出级13或14的半导体开关而引起的开关脉冲的干扰的情况下进行电流检测。所述时间间隔70通过PWM操控模式53的左齐平地与PWM周期64的开始时刻63共同开始的PWM脉冲并且通过PWM操控模式54的-尤其是右齐平地-与之前也被称为结束时刻的切断时刻67共同地、即与在PWM周期66结束时共同地结束的PWM脉冲而构造得特别大。

图表50也示出了电流检测间隔71，在该电流检测间隔中通过在图1中示出的控制单元17借助于电流传感器15和16-在这种实施例中同时-能够检测所述子电机3和4的相电流。所述电流检测间隔71例如通过对于时间上的电流变化曲线的采样、尤其是模数转换以及对于在电流检测间隔71中在相应的功率输出级上的平均电流值的求取来确定。

通过相位偏移68能够有利地减轻在图1中示出的中间电路电容器23的负荷。此外能够有利地通过相位偏移68结合PWM操控模式53的与脉冲周期64的开始时刻63共同开始的PWM脉冲和PWM操控模式54的在PWM周期65的结束时刻67结束的PWM脉冲为另一个子电机将时间间隔70构造得特别大，所述时间间隔代表着用于进行无干扰的、尤其是无开关脉冲的电流检测的时间窗。

图3示出了图表80。所述图表80具有横坐标81，该横坐标代表着在图1中示出的电机1的调制程度。所述图表80的纵坐标82代表着中间电路中的平均纹波电流，所述平均波纹电流则代表着中间电路中的电流波动。曲线83代表着取决于具有两个子电机的电机的调制程度的纹波电流，所述两个子电机分别居中地并且无相位偏移地***控。曲线84代表着取决于具有两个子电机的电机的调制程度的纹波电流，其中-如图2中所示-左齐平地操控一个子电机并且右齐平地操控另一个子电机，并且其中所述子电机的PWM信号相对于彼此具有占PWM周期持续时间的50%的相位偏移。可见的是，与按照曲线83的在没有相位偏移的情况下进行的居中的操控相比，中间电路中的纹波电流由于子电机的通过按照曲线84的操控引起的彼此分开的开关过程而能够减半。