DE102010042317A1

DE102010042317A1 - Ausfallsichere Steuerungen für elektrische Fahrantriebssysteme

Info

Publication number: DE102010042317A1
Application number: DE102010042317A
Authority: DE
Inventors: Nitinkumar R. Cypress Patel; Tim M. Northville Grewe; Yo Chan Torrance Son
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2011-06-01
Also published as: CN102045013B; US20110089876A1; CN102045013A; US8258736B2

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Innenpermanentmagnetmotors mit einem Rotor wird bereit gestellt. Das Verfahren schließt Ermitteln, ob ein Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche von einem ersten sensorlosen Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, wobei das erste sensorlose Signalabschätzverfahren das Neutralpunkt-Zugangssignal verwendet, um die Rotorposition und Rotordrehzahl zu erzeugen. Das verfahren schließt weiter Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche von einem zweiten sensorlosen Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird, wobei das zweite sensorlose Signalabschätzverfahren das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht verwendet, um die Rotorposition und die Rotordrehzahl zu erzeugen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen elektrische Fahrantriebssysteme und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von ausfallsicheren Steuerungen für elektrische Fahrantriebssysteme.
Hintergrund der Erfindung
Positionssensorlose elektrische Fahrantriebssysteme wurden für Elektrofahrzeug- und Hybridfahrzeuganwendungen entwickelt, um verlässlicher und mit weniger Kosten als herkömmliche drehmelderbasierte Antriebssysteme zu arbeiten. Solche positionssensorlosen Antriebssysteme können ein pulsbreiten-moduliertes Signalmodifikations-Verfahren für einen Niedrig-Drehzahlbetrieb verwenden, um eine schnelle dynamische Leistung bereitzustellen. Jedoch benötigt das pulsbreiten-moduliertes Signal-Modifikations-Verfahren einen verdrahteten Zugang zu einem neutralen Punkt der Motorwindungen des Permanentmagnetmotors des elektronischen Fahrantriebsystems. Diese mechanische verdrahtete Verbindung kann während des Fahrzeugbetriebs, z. B. durch normale Abnutzung und Abrisse verloren gehen. Wenn der Neutralpunktzugang verloren wird, ist die Motorsteuerung gestört und das Fahrzeug kann stoppen oder abdrosseln.
Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen ausfallssicherer Steuerungen für solche elektrischen Fahrantriebssysteme bereitzustellen. Außerdem werden weitere wünschenswerte Merkmale und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen und dem vorhergehenden technischen Gebiet und Hintergrund offensichtlich werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Verfahren zum Betrieb eines Innenpermanentmagnetmotors mit einem Rotor wird bereitgestellt. Das Verfahren schließt Ermitteln, ob ein Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch ein erstes sensorloses Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, ein. Das erste sensorlose Signalabschätzverfahren verwendet das Neutralpunkt-Zugangssignal, um die Rotorposition und die Rotordrehzahl zu erzeugen. Das Verfahren umfasst weiter den Innenpermanentmagnetmotor unter Verwendung von sensorlosen Signalen zu betreiben, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch ein zweites sensorloses Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird, wobei das zweite sensorlose Signalabschätzverfahren das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht verwendet, um die Rotorposition und die Rotordrehzahl zu erzeugen.
Zusätzlich eine Notlaufsteuerung zum Steuern eines Betriebs eines Innenpermanentmagnetmotors mit einem Rotor. Die Notlaufsteuerung schließt eine erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit, eine zweite sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit und eine Überwachungssteuerung ein.
Die erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit erzeugt sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale gemäß einem ersten sensorlosen Signalabschätzverfahren, wobei das erste sensorlose Signalabschätzverfahren ein Neutralpunkt-Zugangssignal verwendet, welches von dem Rotor empfangen wird, um die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale zu erzeugen. Die zweite sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit erzeugt sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale gemäß einem zweiten sensorlosen Signalabschätzverfahren, wobei das zweite sensorlose Signalabschätzverfahren das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht verwendet, um die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale zu erzeugen. Und die Überwachungssteuerung ist mit der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit und der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit gekoppelt. Die Überwachungssteuerung ermittelt, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird und stellt die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Steuern des Betriebs des Innenpermanentmagnetmotors bereit, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird und stellt die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Steuern des Betriebs des Innenpermanentmagnetmotors bereit, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird.
Weiter wird ein Elektromotorsystem bereitgestellt, welches einen Innenpermanentmagnetmotor, einen Inverter, eine Invertersteuerung und eine Notlaufsteuerung beinhaltet.
Der Innenpermanentmagnetmotor schließt eine Vielzahl von Phasen und einen Rotor ein. Der Inverter erzeugt als Reaktion auf modulierte Steuersignale eine Vielzahl von Phasensignalen und ist an den Innenpermanentmagnetmotor gekoppelt, um jedes der Vielzahl von Phasensignalen einer Entsprechenden der Vielzahl von Phasen des Permanentmagnetmotors bereitzustellen. Die Invertersteuerung erzeugt die modulierten Steuersignale als Reaktion auf ein Rotorpositionssignal, ein Rotordrehzahlsignal und Phasenstromsignale, wobei die Phasenstromsignale Strömen auf einer oder mehreren der Vielzahl von Phasensignalen entsprechen. Und die Notlaufsteuerung ist mit dem Innenpermanentmagnetmotor und der Invertersteuerung gekoppelt, um zu ermitteln, ob ein Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und um sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale der Invertersteuerung als das Rotorpositionssignal und das Rotordrehzahlsignal bereitzustellen, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, wobei die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von einem ersten sensorlosen Signalabschätzverfahren unter Verwendung des Neutralpunkt-Zugangssignals abgeleitet werden. Wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird, stellt die Notlaufsteuerung sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale der Invertersteuerung als das Rotorpositionssignal und das Rotordrehzahlsignal bereit, wobei die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von einem zweiten sensorlosen Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird.
Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird hier nachfolgend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren beschrieben werden, wobei ähnliche Ziffern ähnliche Elemente bezeichnen, und
1 ein Blockdiagramm eines Elektromotorsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ein Blockdiagramm einer Invertersteuerung des Elektromotorsystems von 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ein Blockdiagramm einer Notlaufsteuerung des Elektromotorsystems von 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ein Blockdiagramm einer ersten sensorlosen back-up Positions- und Drehzahlabschätzeinheit der Notlaufsteuerung von 3 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ein Blockdiagramm einer zweiten sensorlosen back-up Positions- und Drehzahlabschätzeinheit der Notlaufsteuerung von 3 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
6 ein Flussdiagramm des Betriebs einer Notlaufsteuerung des Elektromotorsystems von 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dafür vorgesehen, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung zu begrenzen. Außerdem besteht keinerlei Absicht durch irgendeine ausgedrückte oder implizierte Theorie, welche in dem vorhergehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt ist, gebunden zu sein.
In Bezug auf 1 schließt ein Blockdiagramm eines Elektromotorsystems 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen synchronen Dreiphasen-Permanentmagnetmotor 102 ein, welcher unter Steuerung eines Inverters bzw. Umrichters 104 und einer Invertersteuerung 106 arbeitet. Während die vorliegende Ausführungsform einen synchronen Dreiphasen-Innenpermanentmagnetmotor 102 einschließt, kann das Elektromotorsystem 100 Permanentmagnetmotoren anderer Ausgestaltungen einschließen, welche einen Rotor einschließen. Ein neutraler Punkt eines Rotors des Motors 102 ist mit einem Neutralpunkt-Zugangsdraht 108 gekoppelt, um dem Nullfolgen-Spannungsberechner 109 ein Neutralpunkt-Zugangssignal bereitzustellen, um einer Notlaufsteuerung 110 zu signalisieren. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Notlaufsteuerung 110 ein Rotorpositions-Signal θ und ein Rotordrehzahl-Signal, ω, als Reaktion auf ein Nullfolgenspannungssignal, Vzsn_abs, welches durch den Nullfolgen-Spannungsberechner 109 erzeugt wird.
Der Inverter 104 ist mit einer Gleichstrom(DC)-Quelle 112 gekoppelt und erzeugt eine Vielzahl von Phasensignale als Reaktion auf modulierte Steuersignale 114, welche von der daran gekoppelten Steuerung 106 empfangen werden. Die Anzahl der Phasensignale entspricht der Anzahl der Phasen des Motors 102, welcher, in der vorliegenden Ausführungsform, drei Phasen einschließt. Der Inverter 104 ist mit dem Permanentmagnetmotor 102 gekoppelt und stellt die Vielzahl von Phasensignalen auf Phasendrähten 116 zur Steuerung des Betriebs des Permanentmagnetmotors 102 bereit.
Die Invertersteuerung 106 ist mit dem Wandler 104 gekoppelt und erzeugt die modulierten Steuersignale 114 als Reaktion auf das Rotorpositionssignal θ, das Rotordrehzahl-Signal ω, ein Drehzahlbefehlssignal, Speed*, welche von einer Steuerung höheren Niveaus (nicht gezeigt) bereitgestellt werden, und Phasenstromsignale (I_a, I_b, I_c) welche von den Phasendrähten 116 abgetastet werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Invertersteuerung 106 auch die modulierten Steuersignale 114 als Reaktion auf gepulste Test-Signale V_a', V_b' und V_a', welche von der Notlaufsteuerung 110 empfangen werden. Die Invertersteuerung 106 stellt die modulierten Steuersignale 114 dem Inverter 104 zur Erzeugung der Vielzahl von Phasensignalen bereit.
Die Wandlersteuerung 104 stellt zwei Phasen-Stationärrahmen-alpha/beta-Ströme, I_α und I_β und zwei Stationär-Rahmen-Spannungsbefehle V*_α und V*_β der Notlaufsteuerung 110 bereit. Die Notlaufsteuerung 110 erzeugt das Rotorpositionssignal θ, und das Rotordrehzahlsignal, ω, als Reaktion auf die Nullfolgen-Spannung, V_{zfn_abc}, welche von dem Nullfolgen-Spannungsberechner 109 als Reaktion auf das Neutralpunkt-Zugangssignal, welches auf dem Neutralpunkt-Zugangsdraht 108, wie oben beschrieben, bereitgestellt wird, und auf Phasenspannungssignale (V_a, V_b, V_c) von den Phasendrähten 106 berechnet wird. Die Notlaufsteuerung 110 stellt die Rotorpositions- und die Rotordrehzahl-Signale, θ, ω der Invertersteuerung 106 bereit. Die Notlaufsteuerung 110 erzeugt auch zwei Stationär-Rahmen-Einspeisespannungsbefehle 118, V_{α_inj} und V_{β_inj}, und stellt die Einspeisespannungsbefehle 118 der Invertersteuerung 106 zum Betrieb des Motors 102 bei niedrigen Drehzahlen bereit. Weiter erzeugt, wie oben beschrieben, die Notlaufsteuerung 110 die gepulsten Testsignale V_a', V_b' und V_c und stellt sie der Invertersteuerung 106 zur Erzeugung von modulierten Steuersignalen an einer anfänglichen Aktivierung des technischen Systems bereit.
In Bezug auf 2 schließt ein beispielhaftes Blockdiagramm der Invertersteuerung 106 ein drei-zu-zwei-Transformationsmodul 202 ein, welches die drei abgetasteten Phasenstromsignale (I_a, I_b, I_c) zu äquivalenten zwei Phasen-Stationärrahmen-alpha/beta-Strömen, I_α und I_β, konvertiert. Die Zweiphasen-alpha/beta-Ströme, I_α und I_β werden einem stationär-zu-synchron-Transformationsmodul 204 und der Notlaufsteuerung 110 (1) bereitgestellt. Das stationär-zu-synchron-Transformationsmodul 204 transformiert die Zweiphasen-alpha/beta-Ströme I_α und I_β als Reaktion auf das Rotorpositionssignal θ zu Synchronrahmen-Rückmelde-Strömen, I_{qse_fb} und I_{dse_fb}. Die Synchron-Rahmen-Rückmelde-Ströme, I_{qse_fb} und I_{dse_fb} werden Stromreglern 206 zum Erzeugen von Stationär-Rahmen-Spannungsbefehlen V*_α und V*_β als Reaktion auf das Rotorpositionssignal θ und zwei Strombefehle in dem synchronen Referenzrahmen, I*_dse und I*_qse, bereitgestellt.
Das Drehzahlbefehlssignal, Speed*, welches, wie oben beschrieben, von einer Steuerung höheren Niveaus bereitgestellt wird, wird einem Addierer 208 bereitgestellt, welcher das Rotordrehzahlsignal ω subtrahiert und das sich ergebende Befehlssignal einem Drehzahlreglermodul 210 bereitstellt, welches das Befehlssignal in ein Drehmomentbefehlssignal, T*_e konvertiert. Das Drehmomentbefehlssignal T*_e und das Drehzahlsignal ω werden einem Optimal-Drehmoment-pro-Ampere-Kurven-Ermittlungsblock 212 bereitgestellt, welcher die zwei Strombefehle in dem synchronen Referenzrahmen, I*_dse und I*_qse, zur Bereitstellung an die Stromregulatoren 206 erzeugt.
Daher ist klar, dass die stationär-Rahmen-Spannungsbefehle V_α* und V_β* durch die Stromregulatoren 206 durch Ableiten von Spannungsbefehlsignalen aus einer Kombination der synchron-Rahmen-Strombefehle, I*_dse und I*_qse, und der Synchron-Rahmen-Rückmelde-Strömen, I_{qse_fb} und I_{dse_fb}, und durch Transformieren der sich ergebenden Spannungsbefehlsignale zu den stationär-Rahmen-Spannungsbefehlen, V*_α und V*_β, unter Verwendung des Rotorpositionssignals θ, erzeugt werden. Die stationär-Rahmen-Spannungsbefehle, V*_α und V*_β, werden mit Einspeisespannungsbefehlen, V_{α_inj} und V_{β_inj}, 118 bei den Signaladdierern 214, 216 kombiniert und die sich ergebenden Signale werden einer Zwei-zu-Drei-Phasentransformations- und moduliertes-Steuersignal-Erzeugungseinheit 218 bereitgestellt, welche die modulierten Steuersignale zum Bereitstellen an Schaltelemente des Inverters 104 (1) erzeugt. Als Nächstes in Bezug auf 3 schließt ein beispielhaftes Blockdiagramm der Notlaufsteuerung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine erste sensorlose Rotor- und Drehzahlabschätzeinheit 302 und eine zweite sensorlose Rotor- und Drehzahlabschätzeinheit 304 ein. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet die erste sensorlose Rotor- und Drehzahlabschätzeinheit 302 ein pulsbreiten-moduliertes-Signal-Modifikationsverfahren für Niedrig-Drehzahlbetrieb zum Bereitstellen einer schnellen dynamischen Leistung. Die erste sensorlose Rotor- und Drehzahl-Abschätzeinheit 302 empfängt die Nullfolgenspannung V_{zsn_abc}, welche durch den Nullfolgenspannungsberechner 109 (1) als Reaktion auf das Neutralpunkt-Zugangssignal von Draht 108 und die Stationär-Rahmen-Spannungsbefehle (V*_α und V*_β) von 206 und stationär-Rahmen-Stromsignale (I_a, I_b (Fehler im Original: I_☐, I_☐)) von 202 (2) erzeugt werden, um ein erstes Rotorpositionssignal θ₁ und ein erstes Rotordrehzahlsignal ω₁ zu erzeugen. Zusätzlich erzeugt die erste sensorlose Rotor- und Drehzahl-Abschätzeinheit 302, die gepulsten Testsignale V_a', V_b' und V_c' und stellt sie der Invertersteuerung 106 (1) zur Erzeugung der modulierten Steuersignalen auf anfängliche Aktivierung des technischen Systems hin bereit.
Die zweite sensorlose Rotor- und Drehzahl-Abschätzeinheit 304 arbeitet, um ein zweites Rotorpositionssignal θ₂ und ein zweites Rotordrehzahlsignal ω₂ durch ein Back-up-Verfahren zu erzeugen, welches kein Neutralpunkt-Zugangssignal zur Verwendung benötigt, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal als Reaktion auf einen Defekt des Drahtes 108 nicht durch die Notlaufsteuerung empfangen wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform empfängt die zweite sensorlose Rotor- und Drehzahl-Abschätzeinheit 304 die zwei Phasen-Stationärrahmen-alpha/beta-Ströme, I_α und I_β, und Stationär-Rahmen-Spannungsbefehle, V*_α und V*_β, und verwendet ein Hochfrequenzeinspeiseverfahren, um das zweite Rotorpositionssignal θ₂ und das zweite Rotordrehzahlsignal ω₂ zu erzeugen. Die zweite sensorlose Rotor- und Drehzahl-Abschätzeinheit 304 erzeugt auch die zwei Stationär-Rahmen-Einspeisespannungsbefehle 118, V_{α_inj} und V_{β_inj}, zum Einspeisen eines Hochfrequenzsignals in den Motor 102 bei niedrigen Drehzahlen.
Ein Signalwähler 306 empfängt die ersten Rotorpositions- und Drehzahl-Signale, θ₁ und ω₁, von der ersten sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahl-Abschätzeinheit 302 und die zweiten Rotorpositions- und Drehzahlsignale, θ₂ und ω₂, von der zweiten sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahl-Abschätzeinheit 304. Die ersten Rotorpositions- und Drehzahlsignale, θ₁ und ω₁, werden einem Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor 308 und einem Wähler 310 bereitgestellt. Da der Draht 108 eine mechanisch verdrahtete Verbindung ist, kann sie während des Fahrzeugsbetriebes sogar während der normalen Abnutzung und Abrisse verloren gehen, beschädigt oder gebrochen werden Der Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor 308 ermittelt, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Motor 102 empfangen wird (d. h. ob der Draht 108 nicht beschädigt oder gebrochen ist). Wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal verloren wird, ist die Steuerung des Motors 102 gestört und das Fahrzeug kann in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug stoppen oder abdrosseln.
Wenn der Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor 308 ermittelt, dass das Neutralpunkt-Zugangssignal verloren ist, erzeugt der Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor 308 ein Neutralpunkt-Zugangsverloren-Signal und stellt das Neutralpunkt-Zugangsverloren-Signal dem Wähler 310 bereit. Der Wähler 310 empfängt sowohl die ersten sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale, θ₁ und ω₁, von der ersten sensorlosen Rotor- und Drehzahl-Abschätzeinheit 302, als auch die zweiten sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale, θ₂ und ω₂, von der zweiten sensorlosen Rotor- und Drehzahl-Abschätzeinheit 304. In Abwesenheit des Neutralpunkt-Zugangsverloren-Signals (wobei das Fehlen des Neutralpunkt-Zugangsverloren-Signals anzeigt, dass das Neutralpunkt-Zugangssignal von der ersten sensorlosen Rotor- und Drehzahl-Abschätzeinheit 302 empfangen wird) stellt der Wähler 310 die ersten sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale, θ₁ und ω₁, der Invertersteuerung 106 (1) als das Rotorpositionssignal θ und das Rotordrehzahlsignal ω bereit. Auf der anderen Seite, wenn der Wähler 310 das Neutralpunkt-Zugangsverloren-Signal empfängt, welches anzeigt, dass der Draht 108 gebrochen oder beschädigt ist, stellt der Wähler 310 die zweiten sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale, θ₂ und ω₂, der Invertersteuerung 106 (1) als das Rotorpositionssignal θ und das Rotordrehzahl-Signal ω bereit. Auf diese Weise stellt die Notlaufsteuerung 110 vorteilhafterweise einen Notlaufbetriebsmodus durch Erzeugen der zweiten sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale, θ₂ und ω₂, bereit, wenn der Draht 108 gebrochen oder beschädigt ist, um diesen der Invertersteuerung 106 (1) als das Rotorpositionssignal θ und das Rotordrehzahlsignal ω bereitzustellen, wodurch ein ausfallsicherer Betrieb des Elektromotorsystems 100 ermöglicht wird, um eine Fahrzeugabdrosselbedingung zu verhindern.
In Bezug auf 4 wird eine weitere beispielhafte Struktur der ersten sensorlosen Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 302 dargestellt. Der Nullfolgenberechner 109 (1), welcher außerhalb der Notlaufsteuerung 110 aktiviert wird, kann alternativ ein Nullfolgen-Spannungsberechner 402 sein, welcher innerhalb der ersten sensorlosen Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 302 ermöglicht wird. Der Nullfolgen-Spannungsberechner 402 empfängt das Neutralpunkt-Zugangssignal auf Draht 108. Der Nullfolgenspannungsberechner 402 empfängt auch die Phasenspannungssignale (V_a, V_b, V_c) von den Phasendrähten 116 (1). Als Reaktion auf das Neutralpunkt-Zugangssignal und die Phasenspannungssignale (V_a, V_b, V_c) berechnet der Nullfolgen-Spannungsberechner 402 ein Nullfolgen-Spannungssignal für eine sensorlose Niedrig-Drehzahl-Rotorpositions- und Rotordrehzahl-Abschätzung.
Eine Phasenbreitemodulations-(PWM)-Modifikationssteuerung 404 ist auch ein Teil der ersten sensorlosen Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 302 und empfängt das Nullfolgen-Spannungssignal von dem Nullfolgenspannungsberechner 402, die stationär-Referenzrahmen-Phasenströme, I_α und I_β, und die stationär-Rahmen-Spannungsbefehle, V*_α und V*_β, und schätzt gemäß eines pulsbreiten-modulierten-Signal-Modifikations-Verfahrens für zumindest einen Niedrigdrehzahl-Betrieb des Elektromotors 102, die ersten sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahl-Signale, θ₁ und ω₁, ab. Auf diese Weise stellt die erste sensorlose Drehzahl- und Positions-Abschätzeinheit 302 sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale für verlässliche und schnelle dynamische Leistung des Elektromotorsysteme 100 bereit, solange der Draht 108 nicht beschädigt oder gebrochen ist. Zusätzlich erzeugt die PWM-Modifikationssteuerung 404 die gepulsten Test-Signale V_a', V_b' und V_c' und stellt diese der Invertersteuerung 106 (1) zur Erzeugung der modulierten Steuersignale auf eine anfängliche Aktivierung des technisches Systems hin bereit.
Als nächstes in Bezug auf 5 wird eine beispielhafte Struktur der zweiten sensorlosen Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 304 dargestellt. Ein Niedrig-Drehzahl-Fehlerextraktions-Modul 502 und ein Hoch-Drehzahl-Fehlermodul 504 erzeugen ein Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal bzw. ein Hoch-Drehzahl-Fehlersignal. Ein Fehlerkombinationsmodul 506 arbeitet als ein Drehzahl-/Positionserzeuger, um das sensorlose Positionssignal 508 und das sensorlose Drehzahlsignal 510 zum Bereitstellen an den Signalauswähler 306 (3) als Reaktion auf das Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal und das Hoch-Drehzahl-Fehlersignal zu erzeugen. Ein sensorloses Positionsrückmeldesignal 512 ist mit dem sensorlosen Positionssignal 508 verbunden, wodurch es äquivalent dazu wird. Ähnlich ist ein sensorloses Drehzahl-Rückmeldesignal 514 mit dem sensorlosen Drehzahl-Signal 510 verbunden.
Das Niedrig-Drehzahl-Fehlerextraktionsmodul 502 ermittelt das Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal als Reaktion auf das sensorlose Positions-Rückmeldesignal 512, das sensorlose Drehzahl-Rückmeldesignal 514 und die zwei Phasenströme (I_alpha/beta). Auf ähnliche Weise ermittelt das Hoch-Drehzahl-Fehlermodul 504 das Hoch-Drehzahl-Fehlersignal als Reaktion auf das sensorlose Positions-Rückmelde-Signal 512, das sensorlose Drehzahl-Rückmeldesignal 514, die zwei Phasenströme (I_alpha/beta) und die zwei Stationär-Rahmen-Spannungsbefehle (V_alpha/beta).
Das Fehlerkombiniermodul 506 schließt ein Niedrig-Drehzahl-Fehlerabbau-Modul 516 und ein Hoch-Drehzahl-Fehleraufbau-Modul 518 ein, um einen gleichmäßigen Übergang vom sensorlosen Niedrig-Drehzahl-Betrieb zum sensorlosen Hoch-Drehzahl-Betrieb bereitzustellen. Das Niedrig-Drehzahl-Fehlerabbaumodul 516 empfängt das Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal und das sensorlose Drehzahl-Rückmeldesignal, um einen Niedrig-Drehzahl-Fehlerkomponentenwert durch Abbau des Niedrig-Drehzahl-Fehlersignals zu berechnen, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs als Reaktion auf das sensorlose Drehzahl-Rückmeldesignal und einen vorbestimmten Abbaukoeffizienten steigt. Ähnlich empfängt das Hoch-Drehzahl-Fehleraufbaumodul 518 das Hoch-Drehzahl-Fehlersignal und das sensorlose Drehzahl-Rückmeldesignal, um einen Hoch-Drehzahl-Fehlerkomponentenwert durch Aufbau des Hoch-Drehzahl-Fehlersignals zu berechnen, wenn die Drehzahl des Fahrzeugs als Reaktion auf das sensorlose Drehzahl-Rückmeldesignal und einen vorbestimmten Aufbaukoeffizienten steigt. Der vorbestimmte Abbaukoeffizient wird derart gewählt, dass der Niedrig-Drehzahl-Fehlerkomponenten-Wert gleich dem Niedrig-Drehzahl-Fehlersignal bei Drehzahlen nahe Null ist und gleichmäßig (zum Beispiel geradliniger Abbau) an die Stelle abbaut, an der der Niedrig-Drehzahl-Fehlerkomponenten-Wert Null ist, wenn die Drehzahl eine vorbestimmte niedrig-zu-hoch-Drehzahl-Übergangsdrehzahl erreicht. Auf eine ähnliche Weise wird das vorbestimmte Aufbausignal derart gewählt, dass der Hoch-Drehzahl-Fehlerkomponenten-Wert bei Drehzahlen nahe Null, gleich Null ist, und gleichmäßig (zum Beispiel ein geradliniger Aufbau) an die Stelle aufbaut, an der der Hoch-Drehzahl-Fehlerkomponentenwert gleich dem Hoch-Drehzahl-Fehlersignal ist, wenn die Drehzahl die vorbestimmte Niedrig-zu-Hoch-Drehzahl-Übergangsdrehzahl erreicht oder überschreitet. Ein Fehlersignaladdierer 520 kombiniert den Niedrig-Drehzahl-Fehlerkomponentenwert und den Hoch-Drehzahl-Fehlerkomponentenwert, um ein Rotorfehlerpositionssignal zu erzeugen. Das Drehzahl-Beobachtungsmodul 522 empfängt das Rotorpositionsfehlersignal und berechnet, als Reaktion darauf, das sensorlose Positionssignal 508 und ein beobachtetes Drehzahlsignal, wobei das beobachtete Drehzahlsignal durch einen Drehzahlfilter 524 gefiltert wird, um das sensorlose Drehzahlsignal 510 zu erzeugen.
Ein Niedrig-Drehzahl-Einspeisemodul 526 erzeugt die Einspeise-Spannungsbefehle V_{α_inj} und V_{β_inj}, als Niedrig-Drehzahl-Einspeisesignale 118, um sie den Addierern 214, 216 (2) beim Start des Elektromotorsystems 100 und bei niedrigen Drehzahlen nahe Null bereitzustellen, um ein Hochfrequenzsignal in die Flussachse des Permanentmagnetmotors 102 zum Betrieb des Niedrig-Drehzahl-Extraktionsmoduls 502 einzuspeisen. Die Einspeise-Spannungsbefehle V_{α_inj} und V_{β_inj} werden als Reaktion auf eine eingespeiste Spannung V_inj erzeugt, welche gemäß Gleichung (1) berechnet wird: V_inj ≡ V₀ – V * / inj_slope(abs(ω_r – ω_LH) (1) wobei V₀ die eingespeiste Spannung beim Start ist, V*_{inj_slope} die Steigung ist, mit der die Spannung als Funktion der Motordrehzahl gesenkt oder erhöht wird und die Differenz (ω_r – ω_LH) die Differenz zwischen der Rotordrehzahl ω_r und der Niedrig-zu-Hoch-Drehzahl-Schwellendrehzahl ω_LH ist. Das Niedrigdrehzahl-Einspeisemodul 526 erzeugt ein vorbestimmtes Niedrigdrehzahl-Einspeisesignal V_{α/β_inj}) zum Einspeisen eines Hochfrequenzsignals in eine Flussachse des Motors 102 bei niedrigen Drehzahlen und stellt die vorbestimmten Niedrig-Drehzahl-Einspeisesignale als Spannungssignale 118 den Signaladdierern 214, 216 (2) zum Kombinieren mit den synchronen Rahmenspannungsbefehlssignalen, V*_α und V*_β, bereit. Das Hochfrequenzsignal wird in die Flussachse des Motors 102 bei niedrigen Drehzahlen eingespeist, um das sensorlose Drehzahl-Rückmeldesignal 518 und das sensorlose Positionsrückmeldesignal 512 bei niedrigen Drehzahlen zu erzeugen.
Das erste Mal, wenn die zweite sensorlose Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 304 aktiviert wird, vergleicht der Niedrigdrehzahl-Polaritäts-Detektor 530 den Niedrigdrehzahlfehler, welcher als Reaktion auf das sensorlose Positionsrückmeldesignal 512 erfasst wird, mit den zwei Phasenströmen (I_alpha/beta). Wenn die anfängliche Rotorpositionsinformation durch die zweite sensorlose Rotorpositions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 304 erfasst wird, ist es zwingend notwendig, zwischen der positiven und der negativen d-Achse (d. h. den Rotormagnet-Nord- und Südpolen) zu differenzieren. Der Niedrig-Drehzahl-Polaritätsdetektor 530 ermittelt aus dem Niedrig-Drehzahl-Fehler und den Zweiphasenströmen (I_alpha/beta), ob das sensorlose Rotorpositionssignal richtig nach dem Rotornordpol ausgerichtet ist. Wenn das sensorlose Rotorpositionssignal nicht richtig nach dem Rotornordpol ausgerichtet ist, wird dem Drehzahlbeobachtermodul 522 ein Rückstellpositionssignal 532 bereitgestellt. Als Reaktion auf das Rückstellpositionssignal 532 schaltet das Drehzahlbeobachtermodul 522 die Polarität des sensorlosen Rotorpositionssignals derart, dass das Positionssignal 508 korrekt mit der Rotorposition ausgerichtet wird.
Auf ähnliche Weise stellt die zweite sensorlose Positions- und Drehzahl-Abschätzeinheit 304 das zweite sensorlose Positionssignal 508, θ₂ und das sensorlose Drehzahlsignal 510, ω₂ als Rückmeldesignale bei sowohl niedrigen als auch hohen Drehzahlen bereit. Insbesondere stellt das Fehlerkombinier-Modul 506, einschließlich des Niedrig-Drehzahl-Fehlerabbau-Moduls 516 und des Hoch-Drehzahl-Fehleraufbaumoduls 518, einen gleichmäßigen Übergang von sensorlosem Niedrig-Drehzahl-Betrieb zu sensorlosem Hoch-Drehzahl-Betrieb bereit.
Während eine beispielhafte Konstruktion der Notlaufsteuerung 110 in den 3, 4 und 5 dargestellt wurde, werden Fachleute wahrnehmen, dass eine Notlaufsteuerung 110, welche Rotorpositions- und Rotor-Drehzahl-Signale, θ und ω, bereitstellen, wenn ein Drehmelder korrekt arbeitet und wenn ein Drehmelder versagt, in einer beliebigen einer Anzahl von verschiedenen Konfigurationen konstruiert werden kann. Zum Beispiel kann die Notlaufsteuerung 106, einschließlich der Erzeugung des sensorlosen Positionssignals und des sensorlosen Drehzahlsignals in Software ermöglicht werden. Dementsprechend zeigt 6 ein Flussdiagramm 600 des Betriebs der Notlaufsteuerung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Anfänglich erfasst 602 die Notlaufsteuerung 110, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal empfangen wird. Wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal empfangen wird 602, ermittelt 604 die Notlaufsteuerung 110, ob die Drehzahl des Motors 102 größer ist als der Niedrig-Drehzahlschwelle. Wenn die Drehzahl des Motors 102 größer als die Niedrig-Drehzahlschwelle 604 ist, erzeugt 606 die Notlaufsteuerung 110 sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahl-Signale gemäß einem dynamischen sensorlosen Leistungs-Hochdrehzahl-Verfahren. Nach Durchführung einer sensorloser Drehzahl- und Positionssignalberechnung 606 wird der Betrieb des Motors 102 unter Verwendung der sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahl-Signale gesteuert 608. Ein Ausführen ermittelt 610 dann, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal immer noch empfangen wird. Wenn dem so ist, kehrt die Notlaufsteuerung zu Schritt 604 zurück.
Wenn die Drehzahl des Motors 102 niedriger oder gleich der Niedrig-Drehzahlschwelle 604 ist, erzeugt 612 die Notlaufsteuerung 110 sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahl-Signale gemäß einem pulsbreiten-modulierten-Signal-Modifikationsverfahren. Nach Ausführen des pulsbreiten-modulierten-Signal-Modifikations-Verfahrens wird, um das sensorlosen Drehzahl- und Positionssignal 612 zu berechnen, wird der Betrieb des Motors 102 unter Verwendung der sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahl-Signale gesteuert 608. Das Ausführen ermittelt 610 dann, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal weiterhin empfangen wird. Wenn dem so ist, kehrt die Notlaufsteuerung zu Schritt 604 zurück.
Wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht länger empfangen wird 610, geht der Betrieb zu einem sensorlosen Hochfrequenz-Signaleinspeiseverfahren über. Das Ausführen ermittelt 614, ob der momentane Betriebsstatus ein Niedrigdrehzahlmodus ist (d. h. ob die Drehzahl des Motors 102 weniger oder gleich der Niedrigdrehzahlschwelle ist).
Wenn der Betrieb in einem Niedrigdrehzahlmodus 614 ist, führt das Ausführen ein anfängliches Polarisationserfassen 616 durch, um zu ermitteln, ob das sensorlose Niedrig-Drehzahl-Rotorpositionssignal die korrekte Polarität aufweist. Nach der Korrektur der Polarität des sensorlosen Niedrig-Drehzahl-Rotorpositionssignals, wenn nötig 616, fährt die Steuerung des Motors 102 gemäß dem Niedrig-Drehzahlmodus fort 618 bis die Drehzahl des Motors 102 größer als eine vorbestimmte obere Niedrigdrehzahl-Schwelle wird 620.
Wenn die Drehzahl des Motors 102 größer als die vorbestimmte obere Niedrigdrehzahl-Schwelle wird 620, geht der Betrieb zu einem sensorlosen Hochdrehzahl-Modus über 622. Der Betrieb fährt dann gemäß dem sensorlosen Hochdrehzahl-Modus fort 624 bis die Drehzahl des Motors 102 weniger als eine vorbestimmte untere Hochdrehzahl Schwelle wird 626. Wenn die Drehzahl des Motors 102 niedriger als die vorbestimmte untere Hochdrehzahl Schwelle 626 wird, kehrt der Betrieb zu Schritt 618 zurück, um den Motor 102 gemäß dem sensorlosen Niedrigdrehzahl-Modus zu steuern.
Wenn bei Schritt 614 ermittelt wird, dass ein Betrieb des Motors 102, wenn der Verlust des Neutralpunkt-Zugangssignals ermittelt wird 610, in einem Hochdrehzahlmodus ist, springt das Ausführen zu Schritt 622, um in den sensorlosen Hochdrehzahl-Modus überzugehen. Weiter startet der Betrieb, wenn beim Start das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht empfangen wird 602, durch Durchführen 616 einer anfänglichen Polaritätserfassung in dem sensorlosen Niedrigdrehzahl-Betriebsmodus.
Daher sollte klar sein, dass das vorliegende Verfahren und Vorrichtung zum Notlaufbetriebsmodus des Elektromotorsystems 100 ein sensorloses Back-up-Steuerverfahren bereitstellt, wenn der Draht 108 bricht oder genügend beschädigt wird, so dass der Empfang des Neutralpunkt-Zugangssignal verloren geht, um ein Back-up für Motorsteuerungen bereitzustellen, wodurch ein Notlaufbetriebsmodus bereitgestellt wird, welcher dem Fahrer ein sicheres Fahren des Fahrzeugs mit einem fehlerhaften Drehmelder zu einer Werkstatt ermöglicht. Auf diese Weise kann ein ausfallsicheres hochdynamisches sensorloses Leistungs-Motorsteuerverfahren für elektrische Fahrantriebssysteme bereitgestellt werden, welches ein Neutralpunkt-Zugangssignal verwendet.
Während mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden detaillierten Beschreibung dargelegt wurde, sollte daran gedacht werden, dass eine gewaltige Anzahl von Variationen existiert. Es sollte auch daran gedacht werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind, und nicht dafür vorgesehen sind, den Geltungsbereich, 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 Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen oder den legalen Entsprechungen davon, dargelegt ist.
Weitere Ausführungsformen

1. Verfahren zum Betrieb eines Innenpermanentmagnetmotors mit einem Rotor, wobei das Verfahren aufweist: Ermitteln, ob ein Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird; Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch ein erstes sensorloses Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird; und Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch ein zweites sensorloses Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird, wobei das erste sensorlose Signalabschätzverfahren das Neutralpunkt-Zugangssignal verwendet, um die Rotorposition und die Rotordrehzahl zu erzeugen, und wobei das zweite sensorlose Signalabschätzverfahren das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht verwendet, um die Rotorposition und die Rotordrehzahl zu erzeugen.
2. Verfahren gemäß Ausführungsform 1, wobei ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch das erste sensorlose Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen umfasst, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch ein pulsbreiten-moduliertes-Signal-Modifikations-Verfahren abgeleitet werden.
3. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch das pulbreiten-moduliertes-Signal-Modifikations-Verfahren abgeleitet werden, ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors bei Drehzahlen des Permanentmagnetmotors welche niedriger als eine vorgegebene Niedrigdrehzahlschwelle unter Verwendung von sensorlosen Signalen aufweist, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche von dem pulsbreiten-modulierten-Signal-Modifikations-Verfahren als Reaktion auf das Neutralpunkt-Zugangssignal abgeleitet werden.
4. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung sensorloser Signale, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch ein zweites sensorloses Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung sensorloser Signale aufweist, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch ein sensorloses Hochfrequenz-Signaleinspeisverfahren abgeleitet werden.
5. Verfahren nach Ausführungsform 4, wobei ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch ein sensorloses Hochfrequenz-Signaleinspeisverfahren abgeleitet werden, weist auf: Einspeisen eines Hochfrequenzsignals in eine Flussachse des Permanentmagnetmotors; und sensorloses Ermitteln der Rotorposition und der Rotordrehzahl als Reaktion auf sowohl ein Flussachsenfehlersignal auf einer Flussachse des Permanentmagnetmotors und ein Drehmoment-Achsenfehler-Signal auf der Drehmomentachse des Permanentmagnetmotors, wobei sowohl das Flussachsenfehlersignal als auch das Drehmomentachsenfehlersignal als Reaktion auf Stromvektorsignale in einem synchronen Referenzrahmen ermittelt werden.
6. Verfahren gemäß Ausführungsform 5, wobei ein Einspeisen des Hochfrequenzsignals in die Flussachse des Permanentmagnetmotors ein Einspeisen eines Hochfrequenz-Niedrigdrehzahl-Einspeisesignals in die Flussachse des Permanentmagnetmotors bei Drehzahlen des Permanentmagnetmotors aufweist, welche geringer als eine vorbestimmte Niedrigdrehzahlschwelle sind.
7. Verfahren gemäß Ausführungsform 3, wobei ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch ein zweites sensorloses Signalabschätzverfahren abgeschätzt werden, aufweist: Einspeisen eines Hochfrequenzsignals in eine Flussachse des Permanentmagnetmotors; und sensorloses Ermitteln der Rotorposition und der Rotordrehzahl als Reaktion auf sowohl ein Flussachsenfehlersignal auf einer Flussachse des Permanentmagnetmotors und ein Drehmomentachsenfehlersignal auf der Drehmomentachse des Permanentmagnetmotors, wobei sowohl das Flussachsenfehlersignal als auch das Drehmomentachsenfehlersignal als Reaktion auf Stromvektorsignale in einem synchronen Referenzrahmen ermittelt werden.
8. Verfahren nach Ausführungsform 7, wobei ein Einspreisen des Hochfrequenzsignals in die Flussachse des Permanentmagnetmotors ein Einspeisen eines Hochfrequenz-Niedrigdrehzahl-Einspeisesignals in die Flussachse des Permanentmagnetmotors bei Drehzahlen des Permanentmagnetmotors umfasst, welche niedriger als eine vorbestimmte Niedrigdrehzahlschwelle sind.
9. Notlaufsteuerung zum Steuern eines Betriebs eines Innenpermanentmagnetmotors mit einem Rotor, wobei die Notlaufsteuerung aufweist: eine erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Erzeugen von sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignalen gemäß einem ersten sensorlosen Signalabschätzverfahren, wobei das erste sensorlose Signalabschätzverfahren ein Neutralpunkt-Zugangssignal verwendet, welches von dem Rotor empfangen wird, um die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale zu erzeugen; eine zweite sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Erzeugen von sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignalen gemäß einem zweiten sensorlosen Signalabschätzverfahren, wobei das zweite sensorlose Signalabschätzverfahren die Neutralpunkt-Zugangssignale nicht verwendet, um die sensorlose Rotorposition- und Rotordrehzahlsignale zu erzeugen; und eine Überwachungssteuerung, welche mit der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit und der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit gekoppelt ist, wobei die Überwachungssteuerung ermittelt, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Steuern des Betriebs des Innenpermanentmagnetmotors bereit stellt, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Steuern des Betriebs des Innenpermanentmagnetmotors bereit stellt, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird.
10. Notlaufsteuerung gemäß Ausführungsform 9, wobei die erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit einen Nullfolgenspannungsberechner umfasst, welcher mit dem Permanentmagnetmotor gekoppelt ist, um das Neutralpunkt-Zugangssignal daher zu empfangen und um ein Nullfolgenspannungssignal als Reaktion auf das Neutralpunkt-Zugangssignal zu erzeugen, wobei die erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale als Reaktion auf das Nullfolgenspannungssignal erzeugt.
11. Notlaufsteuerung gemäß Ausführungsform 10, wobei die erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale mittels eines pulsbreiten-modulierten-Signal-Modifikationsverfahrens als Reaktion auf das Nullfolgenspannungssignal ableitet.
12. Notlaufsteuerung gemäß Ausführungsform 9, wobei die Überwachungssteuerung einen Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor aufweist, welche ermittelt, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird.
13. Notlaufsteuerung gemäß Ausführungsform 12, wobei die Überwachungssteuerung weiter einen Wähler aufweist, welcher mit den ersten und zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheiten und dem Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor gekoppelt ist, wobei der Wähler die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit, zum Steuern des Betriebs des Innenpermanentmagnetmotors bereitstellt, wenn der Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor ermittelt, dass das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und zum Bereitstellen der sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Steuern des Betriebs des Innenpermanentmagnetmotors, wenn der Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor ermittelt, dass das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird.
14. Notlaufsteuerung gemäß Ausführungsform 9, wobei die zweite sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale mittels eines sensorlosen Hochfrequenzsignal-Einspeise-Verfahrens ableiten.
15. Elektromotorsystem aufweisend: einen Innenpermanentmagnetmotor, welcher eine Vielzahl von Phasen aufweist und einen Rotor einschließt; einen Inverter zum Erzeugen einer Vielzahl von Phasensignalen als Reaktion auf modulierte Steuersignale und an den Innenpermanentmagnetmotor gekoppelt, um jedes der Vielzahl von Phasensignalen einer entsprechenden der Vielzahl von Phasen des Permanentmagnetmotors bereitzustellen; eine Invertersteuerung zum Erzeugen von modulierten Steuersignalen als Reaktion auf ein Rotorpositionssignal, ein Rotordrehzahlsignal und Phasenstromsignale, wobei die Phasenstromsignale Strömen auf einem oder mehreren der Vielzahl von Phasensignalen entsprechen; und eine Notlaufsteuerung, welche mit dem Innenpermanentmagnetmotor und der Invertersteuerung gekoppelt ist, um zu ermitteln, ob ein Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird und um sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale der Invertersteuerung als das Rotorpositionssignal und das Rotordrehzahlsignal bereitzustellen, wobei die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von einem ersten sensorlosen Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, welches das Neutralpunkt-Zugangssignal verwendet, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, wobei die Notlaufsteuerung weiter sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale, welche von einem zweiten sensorlosen Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, an die Invertersteuerung, als das Rotorpositionssignal und das Rotordrehzahlsignal bereitstellt, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird.
16. Elektromotorsystem nach Ausführungsform 15, wobei die Notlaufsteuerung aufweist: eine erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Erzeugen der sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale gemäß dem ersten sensorlosen Signalabschätzverfahren; eine zweite sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Erzeugen der sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale gemäß dem zweiten sensorlosen Signalabschätzverfahren, wobei das zweite sensorlose Signalabschätzverfahren nicht das Neutralpunkt-Zugangssignal verwendet, um die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale zu erzeugen; und eine Überwachungssteuerung, welche mit der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit und der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit gekoppelt ist, wobei die Überwachungssteuerung ermittelt, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit als ein Rotorpositionssignal und ein Rotordrehzahlsignal der Invertersteuerung bereitstellt, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird und die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit als das Rotorpositionssignal und das Rotordrehzahlsignal der Invertersteuerung bereitstellt, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird.
17. Elektromotorsystem nach Ausführungsform 16, wobei die erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit einen Nullfolgenspannungsberechner aufweist, welcher mit dem Innenpermanentmagnetmotor zum Empfangen eines Neutralpunkt-Zugangssignals daher und zum Erzeugen eines Nullfolgenspannungs-Signal als Reaktion auf das Neutralpunkt-Zugangssignal gekoppelt ist, wobei die erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale durch ein pulsbreitenmoduliertes-Signal-Modifikationsverfahren als Reaktion auf das Nullfolgenspannungssignal erzeugt.
18. Elektromotorsystem nach Ausführungsform 16, wobei die Überwachungssteuerung einen Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor aufweist, welcher ermittelt, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird.
19. Elektromotorsystem nach Ausführungsform 18, wobei die Überwachungssteuerung weiter einen Wähler aufweist, welcher mit den ersten und zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheiten und dem Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor gekoppelt ist, wobei der Wähler die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit als das Rotorpositionssignal und das Rotordrehzahlsignal der Invertersteuerung bereitstellt, wenn der Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor ermittelt, dass das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und um die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit als das Rotorpositionssignal und das Rotordrehzahlsignal der Invertersteuerung bereitzustellen, wenn der Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor ermittelt, dass das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird.
20. Elektromotorsystem nach Ausführungsform 16, wobei die zweite sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale mittels eines sensorlosen Hochfrequenzsignal-Einspeiseverfahrens ableitet.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Innenpermanentmagnetmotors mit einem Rotor, wobei das Verfahren aufweist: Ermitteln, ob ein Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird; Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche von einem ersten sensorlosen Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird; und Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche von einem zweiten sensorlosen Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird, wobei das erste sensorlose Signalabschätzverfahren das Neutralpunkt-Zugangssignal verwendet, um die Rotorposition und die Rotordrehzahl zu erzeugen, und wobei das zweite sensorlose Signalabschätzverfahren das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht verwendet, um die Rotorposition und die Rotordrehzahl zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch das erste sensorlose Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen aufweist, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch ein pulsbreiten-moduliertes-Signal-Modifikations-Verfahren und/oder durch ein sensorlose Hochfrequenz-Signaleinspeis-Verfahren abgeleitet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors unter Verwendung von sensorlosen Signalen, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche durch das pulsweiten-moduliertes-Signal-Modifikations-Verfahren abgeleitet werden, ein Betreiben des Innenpermanentmagnetmotors bei Drehzahlen des Permanentmagnetmotors von niedriger als einer vorgegebene Niedrigdrehzahlschwelle unter Verwendung von sensorlosen Signalen aufweist, welche einer Rotorposition und einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen, welche von dem pulsbreitenmoduliertes-Signal-Modifikations-Verfahren in Reaktion auf das Neutralpunkt-Zugangssignal abgeleitet werden.
Notlaufsteuerung zum Steuern eines Betriebs eines Innenpermanentmagnetmotors, insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens eines der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Rotor, wobei die Notlaufsteuerung aufweist: eine erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Erzeugen von sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignalen gemäß eines ersten sensorlosen Signalabschätzverfahrens, wobei das erste sensorlose Signalabschätzverfahren ein Neutralpunkt-Zugangssignal verwendet, welches von dem Rotor empfangen wird, um die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale zu erzeugen; eine zweite sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Erzeugen von sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignalen gemäß eines zweiten sensorlosen Signalabschätzverfahrens, wobei das zweite sensorlose Signalabschätzverfahren das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht verwendet, um die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale zu erzeugen; und eine Überwachungssteuerung, welche mit der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit und der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit gekoppelt ist, wobei die Überwachungssteuerung erfasst, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zur Steuerung des Betriebs des Innenpermanentmagnetmotors bereitstellt, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit, zur Steuerung des Betriebs des Innenpermanentmagnetmotors bereitstellt, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird.
Notlaufsteuerung gemäß Anspruch 4, wobei die erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit einen Nullfolgenspannungsberechner aufweist, welcher mit dem Permanentmagnetmotor gekoppelt ist, um das Neutralpunkt-Zugangssignal daher zu empfangen, und um ein Nullfolgenspannungssignal als Reaktion auf das Neutralpunkt-Zugangssignal zu erzeugen, wobei die erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale als Reaktion auf das Nullfolgenspannungssignal erzeugt.
Notlaufsteuerung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit die sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale mit einem pulsbreiten-modulierten-Signal-Modifikationsverfahren als Reaktion auf das Nullfolgenspannungssignal ableitet.
Notlaufsteuerung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Überwachungssteuerung einen Neutralpunkt-Zugangssignal-Detektor aufweist, welcher ermittelt, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird.
Elektromotorsystem aufweisend: einen Innenpermanentmagnetmotor, welcher eine Vielzahl von Phasen aufweist und einen Rotor einschließt; einen Inverter zum Erzeugen einer Vielzahl von Phasensignalen als Reaktion auf modulierte Steuersignale und welcher an den internen Permanentmagnetmotor gekoppelt ist, um jedes der Vielzahl von Phasensignalen einer entsprechenden der Vielzahl von Phasen des Permanentmagnetmotors bereitzustellen; eine Invertersteuerung zur Erzeugung der modulierten Steuersignalen als Reaktion auf ein Rotorpositionssignal, ein Rotordrehzahlsignal und Phasenstromsignale, wobei die Phasenstromsignale Strömen auf einem oder mehreren der Vielzahl von Phasensignalen entsprechen; und eine Notlaufsteuerung, insbesondere eine Notlaufsteuerung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, welche mit dem Innenpermanentmagnetmotor und der Invertersteuerung dazu gekoppelt ist, zu Ermitteln, ob ein Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und um sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale der Invertersteuerung als das Rotorpositionssignal und das Rotordrehzahlsignal bereitzustellen, wobei die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von einem ersten sensorlosen Signalabschätzverfahren unter Verwendung des Neutralpunkt-Zugangssignals abgeleitet werden, welches das Neutralpunkt-Zugangssignal verwendet, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, wobei die Notlaufsteuerung weiter sensorlose Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale, welche von einem zweiten sensorlosen Signalabschätzverfahren abgeleitet werden, an die Invertersteuerung, als das Rotorpositionssignal und das Rotordrehzahlsignal, bereitstellt, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird.
Elektromotorsystem nach Anspruch 8, wobei die Notlaufsteuerung aufweist: eine erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Erzeugen der sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale gemäß dem ersten sensorlosen Signalabschätzverfahren; eine zweite sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit zum Erzeugen der sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale gemäß dem zweiten sensorlosen Signalabschätzverfahren, wobei das zweite sensorlose Signalabschätzverfahren nicht das Neutralpunkt-Zugangssignal verwendet, um die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale zu erzeugen; und eine Überwachungssteuerung, welche mit der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit und der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit gekoppelt ist, wobei die Überwachungssteuerung ermittelt, ob das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der ersten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit als ein Rotorpositionssignal und ein Rotordrehzahlsignal an die Invertersteuerung bereitstellt, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal von dem Rotor empfangen wird, und die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale von der zweiten sensorlosen Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit als die Rotorpositionssignale und die Rotordrehzahlsignale der Invertersteuerung bereitstellt, wenn das Neutralpunkt-Zugangssignal nicht von dem Rotor empfangen wird.
Elektromotorsystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit einen Nullfolgenspannungsberechner aufweist, welcher zum Empfangen des Neutralpunkt-Zugangssignals daher mit dem internen Permanentmagnetmotor gekoppelt ist, und ein Nullfolgenspannungs-Signal als Reaktion auf das Neutralpunkt-Zugangssignal erzeugt, wobei die erste sensorlose Drehzahl- und Positionsabschätzeinheit die sensorlosen Rotorpositions- und Rotordrehzahlsignale durch ein pulsbreitenmoduliertes-Signal-Modifikationsverfahren als Reaktion auf das Nullfolgenspannungssignal erzeugt.