DE102010040393A1

DE102010040393A1 - Verfahren und Vorrichtung für einen Niedrig-Drehzahl-Permanentmagnet-Motor-Betrieb

Info

Publication number: DE102010040393A1
Application number: DE102010040393A
Authority: DE
Inventors: Nitinkumar R. Cypress Patel; Yo Chan Torrance Son
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2011-04-21
Also published as: CN102025302A; CN102025302B; US8339081B2; US20110062902A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtungen zum Anfahren eines Permanentmagnet-Wechselstrom-(AC)-Motors werden bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erfassens eines Anfahrens des Permanentmagnet-AC-Motors; Erfassen einer mechanischen Oszillation des Permanentmagnet-AC-Motors, wenn ein Anfahren des Permanentmagnet-AC-Motors erfasst wird; und, als Reaktion auf ein Erfassen der mechanischen Oszillation des Permanentmagnet-AC-Motors wenn ein Anfahren erfasst wird, Unterdrücken der mechanischen Oszillationen des Permanentmagnet-AC-Motors.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Elektromotor-Systeme und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen sensorlosen Niedrig-Drehzahl-Betrieb eines Permanentmagnet-Wechselspannungs-(AC)-Elektromotors in einem Elektromotor-System.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Während eines Niedrig-Drehzahl-Betriebs eines Permanentmagnet(PM)-Elektromotors bzw. permanent-erregten Synchronmotors gemäß herkömmlicher Algorithmen, die die Rotorposition auf der Basis von Spannung und Strom abschätzen, ohne den Rotorposition- oder Drehzahlssensor (d. h. gemäß „sensorlosen Algorithmen”) zu verwenden, wird ein Hochfrequenzsignal in eine Flussachse der Motorstator Wicklung des PM-Elektromotors eingespeist und die Drehmomentachse der Motorstator Wicklung wird überwacht, um die Rotorposition und Drehzahlsinformationen abzuleiten, ohne einen mechanischen Positions- oder Drehzahlssensor zu verwenden. Während dieses sensorlose Verfahren für interne PM-Motoren gut arbeitet, die dafür ausgelegt sind, unter Volllast-Bedingungen nicht gesättigt zu sein, werden derzeit PM-Motoren benötigt, die die größtmögliche Leistungsdichte aufweisen. Solche PM-Motoren sollten notwendigerweise in der Lage sein, in hoher Sättigung bei Hochlast-Bedingungen zu arbeiten.
Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sensorlosen Betrieb eines Permanentmagnet-Motors bereitzustellen, die eine robuste Niedrig-Drehzahl-Controller unter hochgesättigten Betriebsbedingungen bereitstellen. Außerdem werden weitere wünschenswerte Merkmale und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und dem vorhergehenden technischem Gebiet und Hintergrund offensichtlich werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren für eine sensorlose Niedrig-Drehzahl-Controller eines Permanentmagnet-Motors wird bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Einspeisen eines Hochfrequenz-Signals in eine Flussachse eines Permanentmagnet-Motors und ein sensorloses Bestimmen einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl (Rotorgeschwindigkeit) als Reaktion auf sowohl ein Flussachsen-Fehlersignal auf einer Flussachse des Permanentmagnet-Motors und einem Drehmomentachsen-Fehlersignal auf der Drehmomentachse des Permanentmagnet-Motors. Sowohl das Flussachsen-Fehlersignal als auch das Drehmomentachsen-Fehlersignal werden als Reaktion auf Stromvektorsignale in einem synchronen Referenzrahmen bestimmt.
Außerdem wird ein sensorloser Controller für einen Permanentmagnet-Motor bereitgestellt. Der Controller schließt einen ersten Signal-Verarbeitpfad, einen zweiten Signal-Verarbeitpfad und einen Drehzahl/Positions-Generator ein. Der erste Signal-Verarbeitpfad bestimmt ein erstes Fehlerkomponenten-Signal als Reaktion auf eine Flussachse des Permanentmagnet-Motors. Der zweite Signal-Verarbeitpfad bestimmt ein zweites Fehlerkomponenten-Signal als Reaktion auf eine Drehmomentsachse des Permanentmagnet-Motors. Und der Drehzahl/Positions-Generator erzeugt eine sensorlose Rotor-Drehzahl und eine sensorlose Rotorposition als Reaktion auf das erste Fehlerkomponenten-Signal und das zweite Fehlerkomponenten-Signal.
Weiter wird ein Elektromotorsystem bereitgestellt, wobei das Elektromotorsystem einen Permanentmagnet-Motor, einen Inverter, ein Controller und eine sensorlosen Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit umfasst. Der Permanentmagnet-Motor schließt eine Vielzahl von Phasen ein und der Inverter erzeugt eine Vielzahl von Phasensignale als Reaktion auf modulierte Steuersignale. Der Inverter ist mit dem Permanentmagnet-Motor gekoppelt und stellt jedes der Vielzahl von Phasensignale einer entsprechenden der Vielzahl von Phasen des Permanentmagnet-Motors bereit. Der Controller erzeugt modulierte Steuersignale als Reaktion auf ein sensorloses Positionssignal, ein sensorloses Drehzahlsignal und Phasenstromsignale, wobei die Phasenstromsignale Strömen von einem oder mehreren der Vielzahl der Phasensignale entsprechen. Die sensorlose Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit erzeugt das sensorlose Positionssignal und das sensorlose Drehzahlsignal als Reaktion auf die Phasenstrom-Signale und enthält ein Niedrig-Drehzahl-Fehlerextraktions-Modul zum Bestimmen eines Niedrig-Drehzahl-Fehlersignals als Reaktion auf die Phasenströme, ein sensorloses Positions-Rückmelde-Signal, und ein sensorloses Drehzahl-Rück kopplungssignal; ein Hoch-Drehzahl-Fehlerextraktionsmodul zum Bestimmen eines Hoch-Drehzahl-Fehlersignal als Reaktion auf die Phasenströme, die Phasenspannungen, das sensorlose Positions-Rück kopplungssignal und das sensorlose Drehzahl-Rück kopplungssignal; und ein Fehler-Kombiniermodul zum Bestimmen des sensorlosen Positionssignals und des sensorlosen Drehzahlsignals als Reaktion auf das Hoch-Drehzahl-Fehlersignal und das Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal. Das sensorlose Positions-Rück kopplungssignal ist äquivalent zu dem sensorlosen Positionssignal und das sensorlose Drehzahl-Rück kopplungssignal ist äquivalent zu dem sensorlosen Drehzahlsignal. Außerdem entsprechen die Phasenströme Strömen auf der Vielzahl von Phasen des Permanentmagnet-Motors und die Phasenspannungen entsprechen Spannungen auf der Vielzahl von Phasen des Permanentmagnet-Motors. Das Niedrig-Drehzahl-Fehlerextraktionsmodul schließt einen ersten Signal-Verarbeitpfad, einen zweiten Signal-Verarbeitpfad und einen Drehzahl/Positions-Generator ein. Der erste Signal-Verarbeitpfad bestimmt ein erstes Fehlerkomponenten-Signal als Reaktion auf eine Flussachse des Permanentmagnet-Motors. Der zweite Signal-Verarbeitpfad bestimmt ein zweites Fehlerkomponenten-Signal als Reaktion auf eine Drehmomentsachse des Permanentmagnet-Motors. Und der Drehzahl/Positions-Generator erzeugt die sensorlose Rotor-Drehzahl und die sensorlosen Rotorposition als Reaktion auf das erste Fehlerkomponenten-Signal und das zweiten Fehlerkomponenten-Signal.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den folgenden schematischen Figuren beschrieben, wobei ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen, wobei
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Elektromotor-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Blockdiagramm einer sensorlosen Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit des Elektromotor-Systems aus 1 gemäß der Ausführungsform einer vorliegenden Erfindung darstellt;
3 zeigt ein Blockdiagramm eines Niedrig-Drehzahl-Extraktionsmoduls der sensorlosen Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit aus 2 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 zeigt ein Flussdiagramm für den Betrieb eines Niedrig-Drehzahl-Extraktionsmoduls der sensorlosen Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit aus 2 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dafür vorgesehen, die Erfindung, die Anmeldung oder die Verwendung der Erfindung einzuschränken. Des Weiteren ist keinerlei Absicht an irgend eine wiedergegebene oder implizierte Theorie gebunden, welche in dem vorstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird.
In Bezug auf 1 schließt ein Blockdiagramm eines Elektromotor-Systems 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Drei-Phasen-synchronen Permanentmagnet-Motor 102 ein, welcher unter Controller eines Inverters 104 und einem Controller 106 arbeitet, wobei der Controller 106 eine sensorlose Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 108 einschließt. Während die vorliegende Ausführungsform ein Drei-Phasen-synchronen Permanentmagnet-Motor 102 einschließt, kann das Elektromotor-System 100 Permanentmagnet-Motoren mit einem anderen Aufbau einschließen, bei denen die sensorlose Positions- und Drehzahls-Abschätzeinheit 108 die Position und Drehzahl eines rotierenden Rotors in solchen Permanentmagnet-Motoren gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt.
Der Inverter 104 ist mit einer Gleichstrom-(DC)-Quelle 110 gekoppelt und erzeugt eine Vielzahl von Phasensignalen als Reaktion auf modulierte Steuersignale 112, die von dem Controller 106 erhalten werden, die daran gekoppelt ist. Die Anzahl der Phasensignale entspricht der Anzahl von Phasen des Permanentmagnet-Motors 102 welcher, in der vorliegenden Ausführungsform, drei Phasen einschließt. Der Inverter 104 ist mit dem Permanentmagnet-Motor 102 gekoppelt und stellt eine Vielzahl von Phasensignalen auf Phasendrähten 114 zum Steuern des Betriebs des Permanentmagnet-Motors 102 bereit.
Der Controller 106 ist mit dem Inverter 104 gekoppelt und erzeugt die modulierten Steuersignale 112 als Reaktion auf ein sensorloses Positionssignal, ein sensorloses Drehzahlsignal, ein Drehzahl-Anweisungssignals und Phasenstromsignale, wobei der Controller 106 dem Inverter die modulierten Steuersignale 112 zum Erzeugen einer Vielzahl von Phasensignalen bereitstellt. Die Phasenstromsignale werden durch Abtasten von Strömen auf zwei oder mehreren der Vielzahl von Phasensignalen erzeugt. Die Phasenstrom-Signale werden durch Abtasten von Strömen auf den drei Phasendrähten 114 erzeugt, wobei die Phasenstrom-Signale auf einem Drei-zu-Zwei-Transformations-Modul 116 bereitgestellt werden, welches die drei Phasenstrom-Signale zu äquivalenten Zwei-Phasenstationär-Rahmen-alpha/beta-Strömen I_☐ und I_☐ konvertieren. Die Zwei-Phasen-alpha/beta-Ströme I_☐ und I_☐... werden der sensorlosen Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 108 und einem Stationär-zu-Synchron-Transformations-Modul 118 bereitgestellt. Das Stationär-zu-Synchron-Transformations-Modul 118 transformiert die Zwei-Phasen-alpha/beta-Ströme I_☐ und I_☐... zu Synchron-Rahmen^~Rückmelde^~Strömen, I_{qse_fb} und I_{dse_fb}. Die Synchron-Rahmen^~Rückmelde^~Ströme I_{qse_fb} und I_{dse_fb} werden Stromreglern 120 zum Erzeugen von Stationär-Rahmen-Spannungs-Anweisungen V_☐* und V_☐*. bereitgestellt.
Währenddessen wird das Drehzahl-Anweisungs-Signal Speed* von einem Höher-Pegel-Controller (nicht gezeigt), einem Addierern 122 der Controller 106 bereitgestellt, welche das sensorlose Drehzahlsignal Speed_Fdbk subtrahiert, welches von der sensorlosen Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 108 bereitstellt wird und das sich ergebende Anweisungssignal einem Drehzahl-Regelmodul 124 bereitstellt, das das Anweisungssignal zu einem Synchron-Rahmen-Drehmoment-Anweisungssignal T_e* konvertiert. Das Drehmoment-Anweisungssignal T_e* wird einer Optimal-Drehmoment-Anweisung und einem Optimal-Amplituden-Bahnbestimmungs-Block 126 bereitgestellt, welcher zwei Strom-Anweisungen in dem synchronen Referenz-Rahmen, I_dse* und I_qse* erzeugt, um sie dem Stromregler 120 bereitzustellen. Daraus ergibt sich, dass die Stationär-Rahmen-Spannungs-Anweisungen V_☐* und V_☐* durch die Stromregler 120 durch Kombinieren der Synchron-Rahmen-Strom-Anweisungen I_dse* und I_qse*, mit den Synchron-Rahmen-Rückmelde-Strömen I_{qse_fb} und I_{dse_fb}, um die sich ergebenden Spannungs-Anweisungssignale zu erhalten und durch Transformieren der sich ergebenden Spannungs-Anweisungssignale zu Stationär-Rahmen-Spannungsanweisungen V_☐* und V_☐* erzeugt werden, wobei die Rotorpositionssignale von der Rotorposition- und Drehzahl-Abschätzeinheit 108 verwendet werden. Die Stationär-Rahmen-Spannungsanweisungen V_☐* und V_☐* werden mit eingespeisten Spannungsanweisungen V_{☐_inject} und V_{☐_inject} 128 an Signal-Addierern 130, 132 kombiniert und die sich ergebenden Signale werden einem Generator 134 für zwei-zu-drei Phasen-Transformation und modulierte Steuersignale bereitgestellt, welcher die modulierten Steuersignale erzeugt, um sie Schaltelementen des Inverters 104 bereitzustellen.
Das sensorlose Positionssignal und das sensorlose Drehzahlsignal entsprechen einer Position und einer Drehzahl eines Rotors, welche innerhalb des Permanentmagnet-Motors 102 rotiert und werden durch die sensorlose Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 108 erzeugt, welche gänzlich in einer Drehmoment-Drehzahl-Ebene arbeitet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt die sensorlose Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 108 das sensorlose Positionssignal und das sensorlose Drehzahlsignal in der Drehmoment-Drehzahl-Ebene als Reaktion auf die Stationär-Rahmen-Phasenstrom-Signale I_☐ und I_☐... und die Stationär-Rahmen-Spannungs^~-Anweisungssignale V_☐* und V_☐*.
In Bezug auf 2 wird eine exemplarische Struktur der sensorlosen Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 108 wiedergegeben. Ein Niedrig-Drehzahl-Fehler-Extraktionsmodul 202 und ein Hoch-Drehzahl-Fehlermodul 204 erzeugt ein Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal bzw. ein Hoch-Drehzahl-Fehlersignal. Ein Fehlerkombinier-modul 206 arbeitet als ein Drehzahl/Positions-Generator, um das sensorlose Positionssignal 208 und das sensorlose Drehzahlsignal 210 zu erzeugen, um es der Controller 106 (1) als Reaktion auf das Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal und das Hoch-Drehzahl-Fehlersignal bereitzustellen. Ein sensorloses Positions-Rückkopplungssignal 212 wird mit dem sensorlosen Positionssignal 208 verknüpfen, um dadurch äquivalent dazu zu werden. Gleichermaßen wird ein sensorloses Drehzahl-Rückmelde-Signal 214 mit dem sensorlosen Drehzahlsignal 210 verknüpft.
Das Niedrig-Drehzahl-Fehlerextraktionsmodul 202 bestimmt das Positionsfehlersignal als Reaktion auf das sensorlose Positions-Rückkopplungssignal 212, das sensorlose Drehzahl-Rückkopplungssignal 214 und die Zwei-Phasenströme (I_alpha/beta), wobei dieses Positionsfehlersignal als Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal bezeichnet wird. Auf eine ähnliche Weise bestimmt das Hoch-Drehzahl-Fehler-Modul 204 das Positionsfehlersignal als Reaktion auf das sensorlose Positions-Rückkopplungssignal 212, das sensorlose Drehzahl-Rückkopplungssignal 214, die Zwei-Phasen-Ströme (I_alpha/beta), und die zwei Stationär-Rahmen-Spannungs-Anweisungen (V_alpha/beta), wobei dieses Positions-Fehlersignal als das Hoch-Drehzahl-Fehlersignal bezeichnet wird.
Das Fehler-Kombiniermodul 206 schließt ein Niedrig-Drehzahl-Fehlerabbau-Modul 216 und ein Hoch-Drehzahl-Fehleraufbau-Modul 218 ein, um einen gleichmäßigen Übergang von einem sensorlosen Niedrig-Drehzahl-Betrieb auf einen sensorlosen Hoch-Drehzahl-Betrieb bereitzustellen. Das Niedrig-Drehzahl-Fehlerabbau-Modul 216 empfängt das Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal und das sensorlose Drehzahl-Rückkopplungssignal, um einen Niedrig-Drehzahl-Fehlerkomponenten-Wert durch Abbau des Niedrig-Drehzahl-Fehler-Signals zu berechnen, wenn die Drehzahl des Fahrzeugs als Reaktion auf das sensorlose Drehzahl-Rückkopplungssignal und einen vorbestimmten Abbau-Koeffizienten steigt. Auf ähnliche Weise empfängt das Hoch-Drehzahl-Fehleraufbau-Modul 218 das Hohe-Drehzahl-Fehlersignal und das sensorlose Drehzahl-Rückkopplungssignal, um ein Hohe-Drehzahl-Fehlerkomponenten-Wert durch Aufbau des Hoch-Drehzahl-Fehlersignals zu berechnen, wenn die Drehzahl des Fahrzeugs als Reaktion auf das sensorlose Drehzahl-Rückkopplungssignal und einen vorbestimmten Aufbau-Koeffizienten steigt. Der vorbestimmte Abbau-Koeffizient wird derart gewählt, dass der Niedrig-Drehzahl-Fehlerkomponenten-Wert gleich dem Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal bei Drehzahlen von nahezu Null ist und gleichmäßiger zu der Stelle abbaut (z. B. geradliniger Abbau), an der der Niedrig-Drehzahl-Fehlerkomponenten-Wert Null ist, wenn die Drehzahl eine vorbestimmte Niedrig-zu-Hoch-Drehzahl-Übergangs-Drehzahl erreicht. Auf eine ähnliche Weise wird das vorbestimmte Aufbau-Signal derart gewählt, dass der Hoch-Drehzahl-Fehlerkomponenten-Wert gleich Null ist bei einer Drehzahl nahe Null und gleichmäßige zu der Stelle aufbaut (z. B. geradliniger Aufbau), an der der Hoch-Drehzahl-Fehlerkomponenten-Wert gleich dem Hoch-Drehzahl-Fehlersignal ist, wenn die Drehzahl eine vorbestimmte Niedrig-zu-Hoch-Drehzahl-Übergangs-Drehzahl erreicht oder überschreitet. Ein Fehler-Signal-Addierer 220 kombiniert den Niedrig-Drehzahl-Fehlerkomponenten-Wert und den Hoch-Drehzahl-Fehlerkomponenten-Wert, um ein Rotor-Fehler-Positionssignal zu erzeugen. Ein Drehzahl-Überwachungs-Modul 222 empfängt das Rotor-Positions-Fehler-Signal und, als Reaktion darauf, berechnet das sensorlose Positionssignal 208 und ein beobachtetes Drehzahlsignal, wobei das beobachte Drehzahlsignal durch einen Drehzahlfilter 224 gefiltert wird, um eine sensorloses Drehzahlsignal 210 zu erzeugen.
Ein Niedrig-Drehzahl-Einspeisemodul 226 erzeugt die eingespeiste Spannungs-Anweisungen V_{☐_inject} und V_{☐_inject} als Niedrig-Drehzahl-Einspeisesignale 128, um es den Addierern 130, 132 beim Anfahren des Elektromotor-Systems 120 und bei niedriger Drehzahl nahe Null bereitzustellen, um ein Hochfrequenzsignal in die Flussachse des Permanentmagnet-Motors 102 zum Betrieb des Niedrig-Drehzahl-Extraktionsmodul 202 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einzuspeisen. Die Größe der eingespeisten Spannungsbefehle V_{☐_inject} und V_{☐_inject} werden als Reaktion auf eine eingespeiste Spannung V_inj erzeugt, die gemäß Gleichung 1 berechnet wird.
wobei V₀ die eingespeiste Spannung bei Drehzahl Null ist, ω_LH1 die maximale Drehzahl ist, um die gesamte Einspeise-Spannung von V₀ zu verwenden, und ω_LH2 die minimale Drehzahl ist, die die Einspeise-Spannung nicht verwendet. Auf diese Weise werden die Einspeise-Spannungen, die den Signal-Addierern 130, 132 zugeführt werden, zwischen ω_LH1 und ω_LH2 der absoluten Motordrehzahl abgebaut, wenn die Motordrehzahl steigt.
Ein Niedrig-Drehzahl-Polaritäts-Detektor 230 vergleicht den Niedrig-Drehzahl-Fehler, der als Reaktion auf das sensorlose Positions-Rückkopplungssignal 212 bestimmt wird, mit den Zwei-Phasen-Strömen (I_alpha/beta). Wenn die anfängliche Rotorpositions-Information durch die sensorlose Rotorpositions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 108 bestimmt wird, ist es zwingend erforderlich, zwischen der positiven und negativen D-Achse (d. h. den Rotormagnet-Nord- und Süd-Polen) zu unterscheiden. Der Niedrig-Drehzahl-Polaritäts-Detektor 230 ermittelt aus dem Niedrig-Drehzahl-Fehler und den Zwei-Phasen-Strömen (I_alpha/beta), ob das sensorlose Rotorpositions-Signal genau nach dem Rotor-Nordpol ausgerichtet ist. Wenn die sensorlose Rotorposition nicht genau nach dem Rotor-Nordpol ausgerichtet ist, wird ein Rückstell-Positionssignal 232 dem Drehzahl-Überwachungs-Modul 222 bereitgestellt. In Reaktion auf das Rückstell-Positionssignal 232 schaltet das Drehzahl-Überwachungs-Modul 222 die Polarität des sensorlosen Rotor-Positionssignals so, dass das Positionssignal 208 korrekt nach der Rotorposition ausgerichtet ist.
Auf diese Weise stellt die sensorlose Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 108 das sensorlose Positionssignal 208 und das sensorlose Drehzahlsignal 210 als Rückkopplungssignale bei sowohl niedrigen als auch hohen Drehzahlen bereit. Insbesondere stellt das Fehler-Kombiniermodul 206, einschließlich des Niedrig-Drehzahl-Fehler-Abbaumoduls 216 und des Hoch-Drehzahl-Fehler-Aufbaumoduls 218 einen gleichmäßigen Übergang von einem sensorlosen Niedrig-Drehzahl-Betrieb zu einem sensorlosen Hoch-Drehzahl-Betrieb.
In Bezug auf 3, schließt ein Blockdiagramm eines Niedrig-Drehzahl-Extraktionsmoduls 202 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Stationär-zu-Synchron-Transformationsmodul 302 zum Übergehen der stationären Stromsignalen, I_☐ und I_☐ in synchrone Stromsignale, I_d und I_q, auf den Fluss- und Drehmomentsachsen als Reaktion auf Positions-Rückkopplungssignale, θ_est, ein. Die synchronen Stromsignale I_d und I_q werden jeweils mit entsprechenden ersten und zweiten Signal-Verarbeitpfaden 304 und 306 zum Verarbeiten derselben bereitstellt, um entsprechende erste und zweite Komponentensignale zu bestimmen. Das erste Fehler-Komponentensignal wird dem ersten Signal-Wichtungsmodul 308 zur Multiplikation des ersten Fehler-Komponentensignal mit einem Flussachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor bereitgestellt, um ein Flussachsen-Fehlersignal zu erzeugen. Auf eine ähnliche Weise wird das zweite Fehlerkomponenten-Signal einem zweiten Signal-Wichtungsmodul 310 zur Multiplikation des zweiten Fehlerkomponenten-Signals mit einen Drehmomentachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor bereitgestellt, um ein Drehmomentachsen-Fehlersignal zu erzeugen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kombiniert ein Fehlersignal-Addierer 312 das Flussachsen-Fehlersignal und das Drehmomentachsen-Fehlersignal, um ein starkes Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal zu erzeugen, um es dem Fehler Kombiniermodul 206 (2) und daher dem Drehzahl-Überwacher 222 (2) bereitzustellen. Der Drehzahl-Überwacher 222 arbeitet in Verbindung mit den ersten und zweiten Signal-Wichtungsmodulen 308, 310 und dem Fehlersignal-Addierer 312 als ein Drehzahl/Positions-Generator zum sensorlosen Erzeugen der Rotordrehzahl- und Positionssignale als Reaktion auf die ersten und zweiten Fehlerkomponenten-Signale.
Der erste Verarbeitpfad 304 schließt einen Dekodierpfad 314 ein, wobei das Flussachsen-Stromsignal durch einen Bypassfilter zweiter Ordnung 316 gefiltert wird und dann an dem Mischer 318 frequenzgemischt wird, um das gefilterte Signal als Reaktion auf das Hochfrequenz-Signal abzustimmen, welches in die Flussachse des Motors 102 eingespeist wird. Nachdem der Mischer 318 das gefilterte Signal mit einem Signal cos(ω_init) frequenzmischt, das als Reaktion auf das eingespeiste Hochfrequenz-Signal erzeugt wird, um das gefilterte Signal zu einer Zwischenfre-quenz zu konvertieren, wird das konvertierte Signal durch einen Tiefpassfilter zweiter Ordnung 320 gefiltert.
Auf eine ähnliche Weise schließt der zweite Verarbeitpfad 306 einen Dekodierpfad 322 ein, wobei das Drehmomentachsen-Stromsignal durch einem Bandpassfilter zweiter Ordnung 324 gefiltert wird und dann an einem Mischer 326 mit dem Signal –cos(ω_intt) frequenzgemischt wird, um das gefilterte Signal zu der Zwischenfrequenz zu konvertieren, wobei das konvertierte Signal dann mit einem Tiefpassfilter zweiter Ordnung 328 gefiltert wird, um das zweite Fehlerkomponenten-Signal für den zweiten Signal-Verarbeitpfad 306 zu erzeugen.
Zurückkommend auf den ersten Signal-Verarbeitpfad 304, wird nach Filtern des konvertierten Flussachsensignals mit dem Tiefpassfilter 320 ein Flussachsen-Synchron-Referenzrahmen-Versatzstrom, I_{d_offset} dann von dem sich ergebenden Signal an einem Addierer 330 subtrahiert. Das Fehlerkomponenten-Signal für den ersten Verarbeitpfad 304 wird dann durch einen Winkel-Rechner 332 erzeugt, der das Flussachsen-Signal durch eine Winkeldifferenz in dem synchronen Referenzrahmen zwischen dem Flussachsen-Signal und dem zweiten Fehlerkomponenten-Signal, das mit dem zweiten Signal-Verarbeitpfad 306 erzeugt wird, abstimmt.
Herkömmliche sensorlose Niedrig-Drehzahl-Rotor-Drehzahl- und Positions-Berechnungs-Schemen speisen ein Hochfrequenz-Signal in die Flussachse eines Permanentmagnet-Motors ein und bestimmen sensorlos die Rotor-Drehzahl und die Rotor-Position als Reaktion auf Fehler, die auf der Drehmomentachse des Permanentmagnet-Motors beobachtet wurden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestimmt das Niedrig-Drehzahl-Extraktionsmodul 202 sensorlos die Rotor-Drehzahl und -Position als Reaktion auf Fehler, die sowohl auf der Drehmomentachse (über den zweiten Signal-Verarbeitpfad 306) als auch auf der Flussachse (über den ersten Signal-Verarbeitpfad 304) des Motors 102 überwacht werden. Auf diese Weise stellt das Niedrig-Drehzahl-Extraktionsmodul 202 stellt eine stärkeres Fehlersignal von dem Addierer 312 zur Verwendung bei niedrigen Drehzahlen durch den Drehzahl-Überwacher 222 (2) bereit. Dementsprechend stellt das Niedrig-Drehzahl-Extraktionsmodul 202 stabile Niedrig-Drehzahl- sensorloser Controller bereit, der fähig ist, unter hoch gesättigter Hochlast-Betriebsbedingungen des Elektromotorsystems 100 zu arbeiten, wobei dadurch dem Aufbau von Elektromotor-Systemen gemäß der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht wird, gesteigerte Leistungsdichte aufzuweisen.
Während ein beispielhafter Aufbau des Niedrig-Drehzahl-Extraktionsmoduls 202 in 3 dargestellt wurde, wird es für Fachleute offensichtlich sein, dass ein Niedrig-Drehzahl-Extraktionsmodul 202, welches ein sensorloses Drehzahlsignal und ein sensorloses Positionssignal bei Null-Drehzahl (z. B. beim Anfahren) und bei Nahe-Null-Drehzahlen berechnet, mit jeder einer Anzahl verschiedener Konfigurationen erstellt werden kann. Zum Beispiel können Phasensteuersignale (I_alpha/beta) digitalisiert werden und die Berechnung des sensorlosen Positionssignals und des sensorlosen Drehzahlsignals mit Software ermöglicht werden. Dementsprechend stellt 4 ein Flussdiagramm 400 des Betriebs des Niedrig-Drehzahl-Extraktionsmoduls 202 dar, das sensorlose Positions- und Drehzahlabschätzung bei Null-Drehzahl und Nahe-Null-Drehzahlen gemäß der vorliegenden Ausführungsform verarbeitet.
Sensorlose Niedrig-Drehzahl-Controller des Motors 102 bestimmt 402 zunächst, ob die Drehzahl des Motors sich innerhalb eines Niedrig-Drehzahl-Bereichs befindet, wie beim Anfahren oder bei Fast-Null-Drehzahlen (d. h. ob die Drehzahl weniger als eine vorbestimmte maximal-niedrige Drehzahl ist). Wenn sich die Drehzahl innerhalb des Niedrig-Drehzahl-Bereichs 402 befindet, wird ein Hochfrequenz-Signal in die Flussachse des Motors 102 eingespeist 404.
Ein Drehmomentachsen-Fehlersignal wird dann durch Filtern 412 eines Drehmomentachsen-Synchron-Referenzrahmen-Stromsignals und Wiederherstellen des Drehmomentachsen-Fehlersignals aus dem gefilterten Signal als Reaktion auf das eingespeiste Hochfrequenz-Signal 414 erzeugt 410.
Weiter wird ein Flussachsen-Signal erzeugt 420. Zunächst wird ein Flussachsen-Synchron-Referenzrahmen-Stromsignal gefiltert 422 und das gefilterte Signal wird als Reaktion auf das eingespeiste Hochfrequenz-Signal abgestimmt, um ein Fehler-Signal wiederherzustellen. Ein Synchron-Referenzrahmen-Versatzstrom-Wert wird dann von dem Fehlersignal subtrahiert 426. Schlussendlich wird das Flussachsen-Fehlersignal durch Abstimmen des addierten Werts 428 als Reaktion auf eine Winkeldifferenz in dem synchronen Referenzrahmen zwischen dem addierten Wert und dem Drehmomentachsen-Fehlersignal erzeugt.
Das kombinierte Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal wird dann durch Kombinieren 430 eines gewichteten Faktors des Flussachse-Fehlersignals (G1·Error_d) und einem gewichteten Faktor des Drehmomentachsen-Fehlersignals (G2·Error_q) erzeugt. Die Rotor-Position und die Rotor-Drehzahl werden dann sensorlos als Reaktion auf das kombinierte Niedrig-Drehzahl-Fehler-Signal bestimmt 440. Ein Verarbeiten erwidert dann, um zu bestätigen, dass der Betrieb ein Niedrig-Drehzahl-Betrieb 402 ist, bevor die Rotor-Position und Rotor-Drehzahl sensorlos wiederberechnet wird.
Deshalb ist es offensichtlich, dass das vorliegende Verfahren und Vorrichtung zum sensorlosen Niedrig-Drehzahl-Erzeugen der Rotor-Drehzahl- und Rotor-Position Fehlersignale verwendet, die sowohl in der Drehmoment- als auch in der Flussachse hergestellt werden, wobei dadurch ein stärkeres Fehlersignal bei niedrigen Drehzahlen für den Drehzahl-Beobachter 222 (2) bereitgestellt wird, um das sensorlose Positionssignal 208 und das sensorlose Drehzahlsignal 210 zu erzeugen. Das starke kombinierte Fehlersignal, stellt dadurch eine stabile Niedrig-Drehzahl-Controller für alle Betriebsbedingungen, einschließlich hoch gesättigte Betriebsbedingungen bereit. Auf diese Weise stellen das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung zur sensorlosen Niedrig-Drehzahl-Erzeugung von Rotor-Drehzahl und Rotor-Position ein Elektromotorsystem 100 mit der höchst möglichen Leistungsdichte bereit, da solche Hochleistungsdichten-Elektromotorsysteme unter hohen Sättigungs-Bedingungen mit einer hohen Last bei niedrigen Drehzahlen arbeiten können.
Während mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden detaillierten Beschreibung dargelegt wurde, sollte daran gedacht werden, dass eine gewaltige Anzahl von Variationen existiert. Zum Beispiel könnte die Struktur der Rotor-Drehzahl und Positions-Abschätzeinheit 108, wie in 2 dargestellt, weitere Aufbauten für das Fehler-Kombiniermodul 206 verwenden, welche eine andere Struktur als die dargestellt aufweisen. Es sollte auch daran gedacht werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind, und nicht dafür vorgesehen sind, den Gegenstand, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung auf irgend eine Weise zu beschränken. Stattdessen wird die vorhergehende detaillierte Beschreibung Fachleuten einen geeigneten Fahrplan zur Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es sollte verstanden werden, das verschieden Veränderungen in der Funktion oder der Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne von dem Gegenstand der Erfindung abzuweichen, wie sie in den angehängten Ansprüchen oder den legalen Entsprechungen davon, dargelegt sind.
WEITERE AUSFÜHRUNGSFORMEN

1. Verfahren zur sensorlosen Niedrig-Drehzahl-Controller eines Permanentmagnet-Motors, umfassend: Einspeisen eines Hochfrequenz-Signals in eine Flussachse des Permanentmagnet-Motors; und sensorloses Bestimmen einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl als Reaktion auf sowohl ein Flussachsen-Fehlersignal auf einer Flussachse des Permanentmagnet-Motors als auch ein Drehmomentachsen-Fehlersignal auf der Drehmomentachse des Permanentmagnet-Motors, wobei sowohl das Flussachsen-Fehlersignal als auch das Drehmomentachsen-Fehlersignal als Reaktion auf Stromvektorsignale in einem synchronen Referenzrahmen bestimmt werden.
2. Verfahren gemäß Ausführungsform 1, wobei der Schritt des Bestimmens der Rotorposition und der Rotordrehzahl umfasst: Erzeugen des Flussachsen-Fehlersignals als Reaktion auf ein erstes Fehler-Signal und auf einen Flussachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor; Erzeugen des Drehmomentachsen-Fehlersignals als Reaktion auf ein zweites Fehler-Signal und einen Drehmomentachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor; Kombinieren des ersten Fehlersignals und des zweiten Fehlersignals, um ein kombiniertes Fehlersignal zu erzeugen; und sensorloses Bestimmen der Rotorposition und der Rotordrehzahl als Reaktion auf das kombinierte Fehlersignal.
3. Verfahren gemäß Ausführungsform 2, wobei der Schritt des Erzeugens des Flussachsen-Fehlersignals ein Erzeugen des ersten Fehlersignals als Reaktion auf einen Synchron-Referenzrahmen-Offsetwert umfasst.
4. Verfahren nach Ausführungsform 3, wobei der Schritt des Erzeugens des ersten Fehlersignals ferner ein Erzeugen des ersten Fehlersignals als Reaktion auf eine Winkeldifferenz in dem synchronen Referenzrahmen zwischen dem ersten Fehlersignal und dem zweiten Fehlersignal umfasst.
5. Verfahren gemäß Ausführungsform 4, wobei der Schritt des Erzeugens des ersten Fehlersignals ferner ein Filtern eines Flussachsen-Synchron Referenzrahmen-Stromsignals umfasst, um ein gefiltertes Flussachsen-Signal zu erzeugen und um das gefilterte Flussachsen-Signals als Reaktion auf das Hochfrequenzsignal, welches in die Flussachse des Permanentmagnet-Motors eingespeist wird, anzupassen.
6. Verfahren gemäß Ausführungsform 5, wobei der Schritt des Erzeugens des Drehmomentachsen-Fehlersignals ein Filtern eines Drehmomentachsen-Synchron-Referenzrahmen-Stromsignals umfasst, um ein Drehmomentachsen-gefiltertes Signal zu erzeugen und um das gefilterte Drehmomentachsen-Signals als Reaktion auf das Hochfrequenzsignal, welches in die Flussachse des Permanentmagnet-Motors eingespeist wird, anzupassen.
7. Sensorloser Controller für einen Permanentmagnet-Motor, umfassend: einen ersten Signal-Verarbeitpfad zum Bestimmen eines ersten Fehlerkomponenten-Signals als Reaktion auf eine Flussachse des Permanentmagnet-Motors; einen zweiten Signal-Verarbeitpfad zum Bestimmen eines zweiten Fehlerkomponenten-Signals als Reaktion auf eine Drehmomentsachse des Permanentmagnet-Motors; und einen Drehzahl/Positions-Generator zum Erzeugen einer sensorlosen Rotordrehzahl und einer sensorlosen Rotorposition als Reaktion auf das erste Fehlerkomponenten-Signal und das zweite Fehlerkomponenten-Signal.
8. Sensorloser Controller gemäß Ausführungsform 7, wobei der Drehzahl/Positions-Generator umfasst: ein erstes Signal-Wichtungsmodul, welches mit dem ersten Signal-Verarbeitpfad zum Erzeugen eines Flussachsen-Fehlersignals als Reaktion auf das erste Fehlerkomponentensignal und eines Flussachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor gekoppelt ist; ein zweites Signal-Wichtungsmodul, welches mit dem zweiten Signal-Verarbeitpfad zum Erzeugen eines Drehmomentachsen-Fehlersignals als Reaktion auf das zweite Fehlerkomponentensignal und eines Drehmomentachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor gekoppelt ist; und einen Fehlersignal-Addierer, welcher mit dem ersten Signal-Wichtungsmodul und dem zweiten Signal-Wichtungsmodul zum Kombinieren des Flussachsen-Fehlersignals und des Drehmomentsachsen-Fehlersignals gekoppelt ist, um ein kombiniertes Fehlersignal zum Erzeugen der sensorlosen Rotordrehzahl als Antwort darauf zu erzeugen.
9. Sensorloser Controller gemäß Ausführungsform 8, wobei der Drehzahl/Positions-Generator ferner einen Positions-Drehzahl-Überwacher umfasst, der mit dem Fehlersignal-Addierer zum Erzeugen der sensorlosen Rotorposition als Reaktion auf die sensorlose Rotor-Drehzahl gekoppelt ist.
10. Sensorloser Controller gemäß Ausführungsform 7, wobei der erste Signal-Verarbeitpfad einen Winkel-Rechner zum Erzeugen des ersten Fehlerkomponenten-Signals als Reaktion auf eine Winkel-Differenz in dem synchronen Referenzrahmen zwischen dem ersten Fehlersignal und dem zweiten Fehlersignal umfasst.
11. Sensorloser Controller gemäß Ausführungsform 10, wobei der erste Signal-Verarbeitpfad weiter einen Addierer zum Empfangen eines Synchron-Referenzrahmen-Versatzstroms einschließt, wobei der erste Signal-Verarbeitpfad das erste Fehlerkomponenten-Signal als Reaktion auf den Synchron-Referenzrahmen-Versatzstrom erzeugt.
12. Sensorloser Controller gemäß Ausführungsform 7, wobei der erste und zweite Signal-Verarbeitpfad jeweils erste und zweite Dekodierpfade einschließen, wobei jeder der ersten und zweiten Dekodierpfade mindestens einen Bandpass-Filter zweiter Ordnung und einen Tiefpass-Filter zweiter Ordnung einschließt.
13. Sensorloser Controller gemäß Ausführungsform 12, wobei die ersten und zweiten Dekodierpfade weiter jeweils einen Mischer einschließen, um Signale auf den ersten und zweiten Dekodierpfaden als Reaktion auf das Hochfrequenzsignal anzupassen, welches in die Flussachse des Permanentmagnet-Motors eingespeist wird.
14. Elektromotorsystem: einen Permanentmagnet-Motor, welcher eine Vielzahl von Phasen umfasst; einen Inverter zum Erzeugen einer Vielzahl von Phasensignalen als Reaktion auf modulierte Steuersignale der mit dem Permanentmagnet-Motor gekoppelt ist, um jedes der Vielzahl von Phasensignalen einer entsprechenden der Vielzahl von Phasen des Permanentmagnet-Motors bereitzustellen; ein Controller zum Erzeugen der modulierten Steuersignale als Reaktion auf ein sensorloses Positionssignal, ein sensorloses Drehzahlsignal und Phasenstromsignale, wobei die Phasenstromsignale Strömen einem oder mehreren der Vielzahl von Phasensignalen entsprechen; und eine sensorloser Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit, zum Erzeugen des sensorlosen Positionssignals und des sensorlosen Drehzahlsignals als Reaktion auf die Phasenstrom-Signale, wobei die sensorlose Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit umfasst: ein Niedrig-Drehzahl-Fehlerextraktions-Modul zum Bestimmen eines Nieder-Drehzahl-Fehlersignals als Reaktion auf die Phasenströme, ein sensorloses Positions-Rückmelde-Signal und ein sensorloses Drehzahl-Rückkopplungssignal; ein Hoch-Drehzahl-Fehlerextraktionsmodul zum Bestimmen eines Hoch-Drehzahl-Fehlersignal als Reaktion auf die Phasenströme, das sensorlose Positions-Rückmelde-Signal und das sensorlose Drehzahl-Rückkopplungssignal; und ein Fehler-Kombiniermodul zum Bestimmen des sensorlosen Positionssignals und des sensorlosen Drehzahlsignals als Reaktion auf das Hoch-Drehzahl-Fehlersignal und das Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal, wobei das sensorlose Positions-Rückmeldesignal äquivalent zu dem sensorlosen Positionssignal ist und das sensorlose Drehzahl-Rückkopplungssignal äquivalent zu dem sensorlosen Drehzahlsignal ist, wobei die Phasenströme Strömen der Vielzahl von Phasen des Permanentmagnet-Motors entsprechen, wobei das Niedrig-Drehzahl-Fehlerextraktionsmodul umfasst: einen ersten Signal-Verarbeitpfad zum Bestimmen eines ersten Fehlerkomponenten-Signals als Reaktion auf eine Flussachse des Permanentmagnet-Motors; einen zweiten Signal-Verarbeitpfad zum Bestimmen eines zweiten Fehlerkomponenten-Signals als Reaktion auf eine Drehmomentsachse des Permanentmagnet-Motors; und einen Drehzahl/Positions-Generator zum Erzeugen der sensorlosen Rotor-Drehzahl und der sensorlosen Rotorposition als Reaktion auf das erste Fehlerkomponenten-Signal und das zweiten Fehlerkomponenten-Signal.
15. Elektromotor-System gemäß Ausführungsform 14, wobei der Drehzahl/Positions-Generator umfasst: ein erstes Signal-Wichtungsmodul, welches mit dem ersten Signal-Verarbeitpfad zum Erzeugen eines Flussachsen-Fehlersignals als Reaktion auf das erste Fehlerkomponentensignal und einen Flussachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor gekoppelt ist; ein zweites Signal-Wichtungsmodul, welches mit dem zweiten Signal-Verarbeitpfad zum Erzeugen eines Drehmomentachsen-Fehlersignals als Reaktion auf das zweite Fehlerkomponentensignal und einen Drehmomentachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor gekoppelt ist; und einen Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal-Addierer, welcher mit dem ersten Signal-Wichtungsmodul und dem zweiten Signal-Wichtungsmodul gekoppelt ist, zum Kombinieren des Flussachsen-Fehlersignals und des Drehmomentachsen-Fehlersignals, um ein kombiniertes Fehlersignal zum Erzeugen der sensorlosen Rotordrehzahl als Antwort darauf zu erzeugen.
16. Elektromotor-System gemäß Ausführungsform 15, wobei das Fehler-Kombiniermodul einen Position-Drehzahl-Überwacher umfasst, der mit dem Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal-Addierer des Niedrig-Drehzahl-Fehlerextraktionsmodul gekoppelt ist und der mit dem Hoch-Drehzahl-Fehlermodul zum Erzeugen der sensorlosen Rotorposition als Reaktion auf die sensorlose Rotor-Drehzahl gekoppelt ist.
17. Elektromotor-System gemäß Ausführungsform 14, wobei der erste Signal-Verarbeitpfad einen Winkel-Rechner zum Erzeugen des ersten Fehlerkomponenten-Signals als Reaktion auf eine Winkel-Differenz in dem synchronen Referenzrahmen zwischen dem ersten Fehlersignal und dem zweiten Fehlersignal umfasst.
18. Elektromotor-System gemäß Ausführungsform 17, wobei der erste Signal-Verarbeitpfad ferner einen Addierer zum Empfangen eines Synchron-Referenzrahmen-Versatzstroms einschließt, wobei der erste Signal-Verarbeitpfad das erste Fehlerkomponenten-Signal als Reaktion auf den Synchron-Referenzrahmen-Versatzstrom erzeugt.
19. Elektromotor-System gemäß Ausführungsform 14, wobei die ersten und zweiten Signal-Verarbeitpfade entsprechende erste und zweite Dekodierpfade einschließen, wobei jeder der ersten und zweiten Dekodierpfade mindestens einen Bandpass-Filter zweiter Ordnung und einen Tiefpass-Filter zweiter Ordnung einschließt.
20. Elektromotor-System gemäß Ausführungsform 19, wobei die ersten und zweiten Dekodierpfade ferner Mischer einschließen, um Signale auf dem ersten und dem zweiten Dekodierpfad als Reaktion auf das Hochfrequenzsignal anzupassen, welches in die Flussachse des Permanentmagnet-Motor eingespeist wird.

Claims

Verfahren zur sensorloser Niedrig-Drehzahl-Controller eines Permanentmagnet-Motors, umfassend: Einspeisen eines Hochfrequenz-Signals in eine Flussachse des Permanentmagnet-Motors; und sensorloses Bestimmen einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl als Reaktion auf sowohl ein Flussachsen-Fehlersignal auf einer Flussachse des Permanentmagnet-Motors als auch ein Drehmomentachsen-Fehlersignal auf der Drehmomentachse des Permanentmagnet-Motors, wobei sowohl das Flussachsen-Fehlersignal als auch das Drehmomentachsen-Fehlersignal als Reaktion auf Stromvektorsignale in einem synchronen Referenzrahmen bestimmt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens der Rotorposition und der Rotordrehzahl umfasst: Erzeugen des Flussachsen-Fehlersignals als Reaktion auf ein erstes Fehler-Signal und auf einen Flussachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor; Erzeugen des Drehmomentachsen-Fehlersignals als Reaktion auf ein zweites Fehler-Signal und einen Drehmomentachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor; Kombinieren des ersten Fehlersignals und des zweiten Fehlersignals, um ein kombiniertes Fehlersignal zu erzeugen; und sensorloses Bestimmen der Rotorposition und der Rotordrehzahl als Reaktion auf das kombinierte Fehlersignal.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Erzeugens des Flussachsen-Fehlersignals ein Erzeugen des ersten Fehlersignals als Reaktion auf einen Synchron-Referenzrahmen-Offsetwert umfasst.
Sensorloser Controller für einen Permanentmagnet-Motor, umfassend: einen ersten Signal-Verarbeitpfad zum Bestimmen eines ersten Fehlerkomponenten-Signals als Reaktion auf eine Flussachse des Permanentmagnet-Motors; einen zweiten Signal-Verarbeitpfad zum Bestimmen eines zweiten Fehlerkomponenten-Signals als Reaktion auf eine Drehmomentsachse des Permanentmagnet-Motors; und einen Drehzahl/Positions-Generator Generator zum Erzeugen einer sensorlosen Rotordrehzahl und einer sensorlosen Rotorposition als Reaktion auf das erste Fehlerkomponenten-Signal und das zweite Fehlerkomponenten-Signal.
Sensorloser Controller gemäß Anspruch 4, wobei der Drehzahl/Positions-Generator umfasst: ein erstes Signal-Wichtungsmodul, welches mit dem ersten Signal-Verarbeitpfad zum Erzeugen eines Flussachsen-Fehlersignals als Reaktion auf das erste Fehlerkomponentensignal und eines Flussachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor gekoppelt ist; ein zweites Signal-Wichtungsmodul, welches mit dem zweiten Signal-Verarbeitpfad zum Erzeugen eines Drehmomentachsen-Fehlersignals als Reaktion auf das zweite Fehlerkomponentensignal und eines Drehmomentachsen-Fehlersignal-Wichtungsfaktor gekoppelt ist; und einen Fehlersignal-Addierer, welcher mit dem ersten Signal-Wichtungsmodul und dem zweiten Signal-Wichtungsmodul zum Kombinieren des Flussachsen-Fehlersignals und des Drehmomentsachsen-Fehlersignals gekoppelt ist, um ein kombiniertes Fehlersignal zum Erzeugen der sensorlosen Rotordrehzahl als Antwort darauf zu erzeugen.
Sensorloser Controller gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Signal-Verarbeitpfad einen Winkel-Rechner zum Erzeugen des ersten Fehlerkomponenten-Signals als Reaktion auf eine Winkel-Differenz in dem synchronen Referenzrahmen zwischen dem ersten Fehlersignal und dem zweiten Fehlersignal umfasst.
Sensorloser Controller gemäß Anspruch 6, wobei der erste Signal-Verarbeitpfad weiter einen Addierer zum Empfangen eines Synchron-Referenzrahmen-Versatzstroms einschließt, wobei der erste Signal-Verarbeitpfad das erste Fehlerkomponenten-Signal als Reaktion auf den Synchron-Referenzrahmen-Versatzstrom erzeugt.
Sensorloser Controller gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der erste und zweite Signal-Verarbeitpfad jeweils erste und zweite Dekodierpfade einschließen, wobei jeder der ersten und zweiten Dekodierpfade mindestens einen Bandpass-Filter zweiter Ordnung und einen Tiefpass-Filter zweiter Ordnung einschließt.
Sensorloser Controller gemäß Anspruch 8, wobei die ersten und zweiten Dekodierpfade weiter jeweils einen Mischer einschließen, um Signale auf den ersten und zweiten Dekodierpfaden als Reaktion auf das Hochfrequenzsignal anzupassen, welches in die Flussachse des Permanentmagnet-Motors eingespeist wird.
Elektromotorsystem: einen Permanentmagnet-Motor, welcher eine Vielzahl von Phasen umfasst; einen Inverter zum Erzeugen einer Vielzahl von Phasensignalen als Reaktion auf modulierte Steuersignale der mit dem Permanentmagnet-Motor gekoppelt ist, um jedes der Vielzahl von Phasensignalen einer entsprechenden der Vielzahl von Phasen des Permanentmagnet-Motors bereitzustellen; ein Controller zum Erzeugen der modulierten Steuersignale als Reaktion auf ein sensorloses Positionssignal, ein sensorloses Drehzahlsignal und Phasenstromsignale, wobei die Phasenstromsignale Strömen einem oder mehreren der Vielzahl von Phasensignalen entsprechen; und eine sensorloser Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9 zum Erzeugen des sensorlosen Positionssignals und des sensorlosen Drehzahlsignals als Reaktion auf die Phasenstrom-Signale, wobei die sensorlose Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit umfasst: ein Niedrig-Drehzahl-Fehlerextraktions-Modul zum Bestimmen eines Nieder-Drehzahl-Fehlersignals als Reaktion auf die Phasenströme, ein sensorloses Positions-Rückmelde-Signal und ein sensorloses Drehzahl-Rückkopplungssignal; ein Hoch-Drehzahl-Fehlerextraktionsmodul zum Bestimmen eines Hoch-Drehzahl-Fehlersignal als Reaktion auf die Phasenströme, das sensorlose Positions-Rückmelde-Signal und das sensorlose Drehzahl-Rückkopplungssignal; und ein Fehler-Kombiniermodul zum Bestimmen des sensorlosen Positionssignals und des sensorlosen Drehzahlsignals als Reaktion auf das Hoch-Drehzahl-Fehlersignal und das Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal, wobei das sensorlose Positions-Rückmeldesignal äquivalent zu dem sensorlosen Positionssignal ist und das sensorlose Drehzahl-Rückkopplungssignal äquivalent zu dem sensorlosen Drehzahlsignal ist, wobei die Phasenströme Strömen der Vielzahl von Phasen des Permanentmagnet-Motors entsprechen, wobei das Niedrig-Drehzahl-Fehlerextraktionsmodul umfasst: einen ersten Signal-Verarbeitpfad zum Bestimmen eines ersten Fehlerkomponenten-Signals als Reaktion auf eine Flussachse des Permanentmagnet-Motors; einen zweiten Signal-Verarbeitpfad zum Bestimmen eines zweiten Fehlerkomponenten-Signals als Reaktion auf eine Drehmomentsachse des Permanentmagnet-Motors; und einen Drehzahl/Positions-Generator zum Erzeugen der sensorlosen Rotor-Drehzahl und der sensorlosen Rotorposition als Reaktion auf das erste Fehlerkomponenten-Signal und das zweiten Fehlerkomponenten-Signal.