DE102011080324A1

DE102011080324A1 - Verfahren und Systeme für das Diagnostizieren von Fehlern für Rotore von elektrischen Motoren

Info

Publication number: DE102011080324A1
Application number: DE102011080324A
Authority: DE
Inventors: Chia-Chou Yeh
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2012-02-16
Also published as: CN102520351A; US8497698B2; CN102520351B; US20120038304A1

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für das Diagnostizieren von Fehlern eines Rotors eines elektrischen Motors geliefert. Ein Strom wird von einem Wechselrichter erhalten, wobei ein Sensor benutzt wird. Ein vorläufiger Winkel wird durch eine Steuereinheit oder einen Prozessor bestimmt, wobei ein Drehmelderwinkel des Rotors benutzt wird. Eine Transformation wird durch die Steuereinheit oder den Prozessor ausgeführt, wobei ein Transformationswinkel benutzt wird, welcher gleich zu einem Multiplizierglied ist, welches mit dem vorläufigen Winkel multipliziert wird. Ein Fehlerzustand wird über die Steuereinheit oder den Prozessor identifiziert, wobei die Transformation benutzt wird.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf den Bereich von elektrischen Motoren und, spezieller ausgedrückt, auf Verfahren und Systeme für das Diagnostizieren von Fehlern für Rotore von elektrischen Motoren.
Hintergrund
Elektrische Motore (oder elektrische Maschinen) finden eine zunehmende Anzahl von Anwendungen in verschiedenen Bereichen, einschließlich der Automobilindustrie, beispielsweise aufgrund der Elektrifizierung des Automobil-Antriebssystems. Elektrische und/oder Hybridfahrzeug benützen elektrische Motore entweder als Primär- oder als zusätzliche Drehmomentquellen in dem automobilen Antriebssystem. Von diesen elektrischen Motoren wird erwartet, dass sie während extremer Betriebsbedingungen für eine ausgedehnte Zeitperiode mit hoher Zuverlässigkeit arbeiten. Jedoch können die Betriebsbeanspruchungen, welche an dem elektrischen Motor angelegt werden, mit der Zeit die Beschaffenheit eines oder mehrerer Rotoren des elektrischen Motors herabsetzen.
Entsprechend ist es wünschenswert, ein verbessertes Verfahren für das Durchführen einer Fehlerdiagnose für Rotore der elektrischen Motore zu liefern, wie z. B. in der Automobilindustrie, z. B. welche verbesserte Ergebnisse liefern können, welche weniger Sensoren und/oder ein anderes Gerät erfordern können und/oder welche leichter und/oder kosteneffizienter zu implementieren sind. Es ist auch wünschenswert, ein verbessertes System für das Durchführen der Fehlerdiagnose für Rotore der elektrischen Motore zu liefern, wie beispielsweise in der Automobilindustrie, z. B. welche verbesserte Ergebnisse liefern können, welche weniger Sensoren und/oder ein anderes Gerät erfordern können und/oder welche leichter und/oder kosteneffizienter zu implementieren sind. Außerdem werden andere wünschenswerte Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen offensichtlich, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorausgegangenen technischen Bereich und Hintergrund gegeben werden.
Kurze Zusammenfassung
Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren für die Fehlerdiagnose für einen Rotor eines elektrischen Motors geliefert, wobei der elektrische Motor auch einen Wechselrichter besitzt. Das Verfahren weist die Schritte auf: Erhalten eines Stromes für den Wechselrichter, Bestimmen eines vorläufigen Winkels, wobei ein Winkeldrehmelder des Rotors benutzt wird, Durchführen einer Transformation des Stromes, wobei ein Transformationswinkel benutzt wird, wobei der Transformationswinkel gleich einem Multiplizierglied ist, welches mit dem vorläufigen Winkel multipliziert wird, und Identifizieren eines Fehlerzustands über einen Prozessor, wobei die Transformation benutzt wird.
Entsprechend einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren für die Fehlerdiagnose für einen Rotor eines elektrischen Motors geliefert, wobei der elektrische Motor auch einen Wechselrichter besitzt. Das Verfahren weist die Schritte auf: Erhalten eines Stromes für den Wechselrichter, Bestimmen eines vorläufigen Winkels, wobei ein Winkeldrehmelder des Rotors benutzt wird, Multiplizieren des vorläufigen Winkels durch ein erstes Multiplizierglied, um einen ersten Transformationswinkel zu erzeugen, Multiplizieren des vorläufigen Winkels durch ein zweites Multiplizierglied, um einen zweiten Transformationswinkel zu erzeugen, Durchführen einer ersten Transformation des Stromes, wobei der erste Transformationswinkel benutzt wird, Durchführen einer zweiten Transformation des Stromes, wobei der zweite Transformationswinkel benutzt wird, und Identifizieren eines Fehlerzustands über einen Prozessor, wobei die erste Transformation und die zweite Transformation benutzt werden.
Entsprechend einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein System für das Gebrauchen mit einem elektrischen System geliefert, welches aufweist: einen elektrischen Motor, welcher einen Rotor und einen Statur besitzt, und ein Wechselrichtermodul, welches zwischen einer Energiequelle und dem Statur gekoppelt ist, wobei das Wechselrichtermodul konfiguriert ist, um eine befohlene Spannung von der Energiequelle an den Statur zu liefern. Das System weist einen Stromsensor und ein Steuermodul auf. Der Stromsensor ist zwischen der Energiequelle und dem Wechselrichtermodul gekoppelt. Der Stromsensor ist konfiguriert, um einen Eingangsstrom für das Wechselrichtermodul zu messen. Das Steuermodul ist an das Wechselrichtermodul und den Stromsensor gekoppelt. Das Steuermodul ist so konfiguriert, um einen vorläufigen Winkel zu bestimmen, wobei ein Winkeldrehmelder des Rotors benutzt wird, eine erste Transformation des Eingangsstromes durchzuführen, wobei ein erster Transformationswinkel benutzt wird, welcher gleich zu einem ersten Multiplizierglied ist, welches mit dem vorläufigen Winkel multipliziert wird, eine zweite Transformation des Eingangsstromes durchzuführen, wobei ein zweiter Transformationswinkel benutzt wird, welcher gleich zu einem zweiten Multiplizierglied ist, welches mit dem vorläufigen Winkel multipliziert wird, und einen Fehlerzustand zu identifizieren, wobei die erste Transformation und die zweite Transformation benutzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Veröffentlichung wird hier nachfolgend in Verbindung mit den folgenden gezeichneten Figuren beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente kennzeichnen, und wobei:
1 ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems ist, welches für den Gebrauch in einem Fahrzeug geeignet ist, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform;
2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Rotor-Diagnose-Prozesses ist, welcher für den Gebrauch mit dem elektrischen System der 1 geeignet ist, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform;
3 ein Ablaufdiagramm einer Variation des Rotor-Diagnoseprozesses der 2 ist, welcher für den Gebrauch für das Diagnostizieren von gebrochenen Rotorstäben gestaltet ist und welcher auch in Verbindung mit dem elektrischen System der 2 genutzt werden kann, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform; und
4 ein Ablaufdiagramm einer anderen Variation des Rotor-Diagnoseprozesses der 2 ist, welche für den Gebrauch in der Diagnose von rotorexzentrischen Fehlern gestaltet ist und welcher auch in Verbindung mit dem elektrischen System der 2 genutzt werden kann, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende detaillierte Beschreibung ist nur in ihrer Art beispielhaft, und es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung oder die Anwendung und das Benutzen derselben zu begrenzen. Außerdem gibt es keine Absicht, durch irgendeine Theorie, welche in dem vorausgegangenen Hintergrund oder der folgenden detaillierten Beschreibung präsentiert wird, gebunden zu sein.
1 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Systems 100 dar, welches für den Gebrauch in einem Fahrzeug geeignet ist. Das elektrische System 100 beinhaltet, ohne Einschränkung, eine Energiequelle 102, ein Wechselrichtermodul 104, einen elektrischen Motor 106, ein Drehmeldersystem 108, ein Steuermodul 110 und eine Vielzahl von Stromsensoren 112. Das Steuermodul 110 erzeugt vorzugsweise Motorstrom entsprechend zu einer Spannung, welche von der Energiequelle 102 an dem Stator des elektrischen Motors 106 über das Wechselrichtermodul 104 anzulegen ist. Diesbezüglich sind das Wechselrichtermodul 104 und das Steuermodul 110 kooperativ konfiguriert, um Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Techniken anzuwenden, um Phasenadern des Wechselrichtermoduls 104 zu modulieren und die befohlene Spannung an dem elektrischen Motor 106 anzuwenden oder in einer anderen Weise zu liefern. Es sollte davon ausgegangen werden, dass 1 eine vereinfachte Darstellung eines elektrischen Systems 100 ist, zum Zwecke der Erklärung, und es ist nicht beabsichtigt, den Umfang oder die Anwendbarkeit des Gegenstandes, welcher hier beschrieben wird, in irgendeiner Weise zu begrenzen. Diesbezüglich, obwohl 1 das Steuermodul 110 und das Wechselrichtermodul 104 als beabstandete und getrennte Elemente darstellt, kann in der Praxis das Steuermodul 110 integral mit dem Wechselrichtermodul 104 sein (oder in ihm eingearbeitet sein).
Das Wechselrichtermodul 104 ist zwischen der Energiequelle 102 und dem elektrischen Motor 106 gekoppelt. Die Stromsensoren 112 sind zwischen der Energiequelle 102 und dem Wechselrichtermodul 104 gekoppelt und sind konfiguriert, um einen Eingangsstrom für das Wechselrichtermodul 104 (nämlich einen Gleichstrom für das Wechselrichtermodul 104) zu messen. Das Steuermodul 110 ist an die Stromsensoren 112 gekoppelt und erhält die gemessenen Eingangsströme des Wechselrichtermoduls 104 von den Stromsensoren 112. Das Drehmeldersystem 108 ist zwischen dem elektrischen Motor 106 und dem Steuermodul 110 gekoppelt, und das Drehmeldersystem 108 ist geeigneterweise so konfiguriert, die Position des Rotors des elektrischen Motors 106 zu messen, abzutasten oder in einer anderen Weise zu erhalten. Wie in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird, ist das Steuermodul 110 so konfiguriert, den Strom durch den Stator auf einen befohlenen Wert durch Steuern der Spannung zu regeln, welche von der Energiequelle 102 an den elektrischen Motor 106 geliefert wird. Das Steuermodul 110 ist so konfiguriert, um einen Fehlerzustand in dem Rotor des elektrischen Motors 106 zu detektieren, basierend auf dem Rotorfehler-Diagnoseverfahren, wie dies in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird.
In einem Beispiel weist das Fahrzeug ein Automobil auf. Jedoch kann das Fahrzeug irgendeines aus einer Anzahl von unterschiedlichen Typen von Automobilen aufweisen, wie z. B. eine Limousine, ein Wagen, ein Lastwagen oder ein Fahrzeug für sportliche Verwendung (SUV) und kann ein Fahrzeug mit Zweiradantrieb (2WD) (d. h. Hinterradantrieb oder Vorderradantrieb), mit Vierradantrieb (4WD) oder mit Allradantrieb (AWD), oder es kann irgend eine andere Art von Fahrzeug sein. Das Fahrzeug kann auch eine, oder eine Kombination aus einer Anzahl von unterschiedlichen Arten von Maschinen eingebaut haben, wie z. B. eine Benzin- oder Dieselkraftstoff-Verbrennungsmaschine, eine ”flex fuel vehicle”- bzw. ”Fahrzeug mit flexiblem Brennstoff”-(FFV-)Maschine (d. h. wobei eine Mischung von Benzin und Alkohol benutzt wird), eine mit einem Gasbestandteil (z. B. Wasserstoff und/oder Naturgas) betriebene Maschine, eine Verbrennungs-/Elektromotor-Hybridmaschine und einen elektrischen Motor. Alternativ kann des Fahrzeug ein Hybrid-Fahrzeug mit Steckerverbindung, ein vollständig elektrisches Fahrzeug, ein Brennstoffzellen-Fahrzeug (FCV) oder ein anderes geeignetes Fahrzeug mit alternativem Brennstoff sein.
Die Energiequelle 102 (oder Leistungsquelle) ist vorzugsweise in der Lage, eine Gleichstrom-(DC-)Spannung an das Wechselrichtermodul 14 zu liefern, um den elektrischen Motor 106 zu betreiben. Jedoch kann die Energiequelle 102 eine Batterie, eine Brennstoffzelle, einen wiederaufladbaren Hochspannungs-Batteriestapel, einen Ultra-Kondensator oder eine andere geeignete Energiequelle, welche in der Fachwelt bekannt ist, aufweisen.
Der elektrische Motor 106 weist vorzugsweise einen Induktionsmotor auf. Jedoch kann der elektrische Motor 106 auch einen aus einer Anzahl von unterschiedlichen Arten von Motoren aufweisen. Der hier beschriebene Gegenstand sollte nicht angesehen werden, als wäre er auf das Anwenden mit irgendeiner speziellen Art von elektrischem Motor begrenzt. Beispielweise kann der elektrische Motor 106 einen internen Permanentmagnet(IPM-)Motor, einen synchronen Reluktanzmotor oder einen anderen geeigneten Motor, welcher in der Fachwelt bekannt ist, aufweisen. Diesbezüglich kann der elektrische Motor 106 als eine Vollpolmaschine (z. B. ein Induktionsmotor, ein Permanentoberflächen-montierter Motor) realisiert sein, welcher eine räumliche Impedanz besitzt, welche unabhängig von der Rotorposition ist, oder eine Schenkelpolmaschine (z. B. ein Synchron-Reluktanzmotor, ein interner Permanentmagnetmotor), welcher eine räumliche Impedanz besitzt, welche von der Rotorposition in Bezug auf den Stator abhängt, wie dies in der Fachwelt geschätzt werden wird, neben anderen möglichen unterschiedlichen Arten von Motoren.
In einem Beispiel ist der elektrische Motor 106 eine Dreiphasen-Wechselstrom-(AC-)elektrische Maschine, welche einen Rotor und Statorwicklungen (oder Spulen) besitzt. Der Stator ist in drei Sätzen von Wicklungen angeordnet, wobei jeder Satz von Wicklungen einer Phase des elektrischen Motors 106 entspricht. Es sollte davon ausgegangen werden, dass, obwohl der Gegenstand hier im Kontext eines elektrischen Dreiphasenmotors beschrieben wird, der Gegenstand nicht auf Dreiphasenmaschinen begrenzt ist und für einen elektrischen Motor angewendet werden kann, welcher irgendeine Anzahl von Phasen besitzt, oder ein elektrisches System, welches eine beliebige Anzahl von Stromsensoren besitzt.
Das Wandlermodul 104 beinhaltet vorzugsweise einen Leistungswechselrichter, welcher so konfiguriert ist, die DC-Leistung von der Energiequelle 102 in AC-Leistung umzuwandeln, um den elektrischen Motor 106 in einer herkömmlichen Weise zu treiben, wie dies entsprechend in der Fachwelt gewürdigt werden wird. Diesbezüglich beinhaltet das Wechselrichtermodul 104 eine oder mehrere Phasenadern, entsprechend der einen oder den mehreren Phasen des elektrischen Motors 106, wobei die Schalter der Phasenader moduliert sind (geöffnet oder geschlossen) bei einer speziellen Schaltfrequenz, um eine AC-Spannung über den Stator des elektrischen Motors 106 hinweg und eine DC-Spannung über den Wechselrichtermodul 104 zu liefern, welcher umgekehrt Drehmoment-erzeugenden Strom in dem Stator schafft und den elektrischen Motor 106 betreibt, wie dies in der Fachwelt gewürdigt werden wird.
Das Drehmeldersystem 108 weist vorzugsweise einen Drehmelder auf, welcher an den elektrischen Motor 106 gekoppelt ist, und der Ausgang des Drehmelders ist an einen Drehmelder-zu-digital-Wandler gekoppelt. Der Drehmelder (oder eine ähnliche abtastende Einrichtung) erfasst die Position des Rotors (θ_r) des elektrischen Motors 106. Der Drehmelder-zu-Digital-Wandler wandelt die Signale von dem Drehmelder in digitale Signale (z. B. ein digitales Rotorpositionssignal), welche an das Steuermodul 110 geliefert werden.
Das Steuermodul 110 repräsentiert im Allgemeinen die Hardware, welche geeigneterweise konfiguriert ist, um feldorientierte Steuerung oder stromregulierte Steuerung des elektrischen Motors 106 durch das Steuern und/oder Betreiben des Wechselrichtermoduls 104 zu implementieren, um eine befohlene Spannung von der Energiequelle 102 an den elektrischen Motor 106 zu liefern. Diesbezüglich ist die befohlene Spannung eine stromgeregelte Spannung, d. h. eine Spannung, welche so konfiguriert ist, um einen Eingangsstrom des Wechselrichtermoduls 104 in einen speziellen Wert zu regeln, wie dies im größerem Detail nachfolgend beschrieben wird. Das Steuermodul 110 kann mit einem Prozessor für allgemeine Zwecke, einem Inhalt-adressierbaren Speicher, einem Digitalsignalprozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, einem feldprogrammierbaren Gate Array, einer beliebigen geeigneten programmierbaren logischen Einrichtung, einer diskreten Gate- oder Transistorlogik oder irgendeine Kombination davon, welche geeignet ist, die beschriebenen Funktionen hier durchzuführen, implementiert werden oder realisiert werden. Diesbezüglich kann das Steuermodul 110 als ein Mikroprozessor, ein Steuerglied, ein Mikrosteuerglied, eine Zustandsmaschine oder Ähnliches realisiert sein. Das Steuermodul 110 kann auch als eine Kombination von berechnenden Einrichtungen implementiert sein, z. B. einer Kombination von einem Digitalsignalprozessor und einem Mikroprozessor, einer Vielzahl von Mikroprozessoren, einem oder mehreren Mikroprozessoren in Verbindung mit einem Digitalsignalprozessorkern oder irgendeine andere derartige Konfiguration. In der Praxis beinhaltet das Steuermodul 110 eine Verarbeitungslogik, welche so konfiguriert sein kann, die Funktionen, Techniken und Verarbeitungsaufgaben, welche zu dem Betrieb des elektrischen Systems 100 gehören, auszuführen, wie dies in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird. Außerdem können die Schritte eines Verfahrens oder eines Algorithmus, welche in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben werden, welche hier veröffentlicht sind, direkt in Hardware, in Firmware, in einem Modul, welcher durch das Steuermodul 110 ausgeführt wird, oder in irgendeiner praktischen Kombination davon eingebettet sein.
Das Steuermodul 110 ist vorzugsweise in dem d-q-Synchronreferenzrahmen implementiert, d. h. die d-q-Achsen des Referenzrahmens drehen sich im Gleichschritt mit einer Referenzcharakteristik des Rotors (z. B. der Rotorposition, des Rotorflusswinkels) des elektrischen Motors 106, so dass die Drehung (oder der Winkelversatz) der Rotorcharakteristik eine entsprechende Drehung (oder einen entsprechenden Winkelversatz) der d-q-Achsen erzeugt. Das Steuermodul 110 ist in dem gegen den Uhrzeigersinn laufenden Synchronreferenzrahmen implementiert, so dass die Drehung der Rotorcharakteristik eine entsprechende gegen den Uhrzeigersinn laufende Drehung der d-q-Achsen erzeugt. Wie in 1 gezeigt wird, wird in dem Fall eines Induktionsmotors der synchrone Referenzrahmen vorzugsweise relativ zu dem Rotorflusswinkel (θ_e) bestimmt.
Das Steuermodul 110 beinhaltet einen Geschwindigkeitsregler 114, einen Flussregler 116, einen Stromregler 118, einen ersten Transformationsblock 120, einen zweiten Transformationsblock 122, ein Geschwindigkeitsberechnungsglied 124, ein Flussschätzglied 126 und einen Rotordiagnoseblock 128. Die Elemente des Steuermoduls 110 sind geeigneterweise so konfiguriert, um eine stromgeregelte Steuerschleife zu erzeugen (oder alternativ eine feldorientierte Steuerschleife oder eine stromgesteuerte Rückkopplungsschleife), wie dies in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird. Der Rotordiagnoseblock 128 ist so konfiguriert, das Vorhandensein eines Fehlerzustandes in dem Rotor des elektrischen Motors 106 (wie z. B. Fehler eines gebrochenen Rotors oder Fehler einer Rotorexzentrizität) zu detektieren, wie dies in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird. Der Rotordiagnoseblock 128 weist ein Steuermodul 129 auf, welches einen Prozessor 130 besitzt, welcher die Berechnungen, Bestimmungen und andere Funktionen, Schritte und Prozesse des Rotordiagnoseblockes 128 durchführt. Der Rotorblock 128 empfängt einen Flusswinkel (θ_e) 168, einen Winkeldrehmelder (θ_r) 180 und eine oder mehrere Gleichstrommessungen 173 eines Eingangsstromes für das Wechselrichtermodul 104.
Der Ausgang 132 einer ersten Summieranschlussstelle 113 ist an den Eingang des Geschwindigkeitsreglers 114 gekoppelt, und der Ausgang 134 (i^e _q ^*) des Geschwindigkeitsreglers 114 ist an eine zweite Summieranschlussstelle 115 gekoppelt. Der Ausgang 136 einer dritten Summieranschlussstelle 117 ist an den Eingang des Flussreglers 116 gekoppelt, und der Ausgang 138 (i^e _d ^*) des Flussreglers 116 ist an eine vierte Summieranschlussstelle 119 gekoppelt. Der Ausgang 140 (i^e* _{q_err}) der zweiten Summieranschlussstelle 115 und der Ausgang 142 (i^e* _{d_err}) der vierten Summieranschlussstelle 119 sind jeweils als Eingangssignale an den Eingang des Stromreglers 118 gekoppelt. Die Ausgänge 144 (v_e ^q*), 146 (v_e ^d*) des Stromreglers 118 sind an den ersten Transformationsblock 120 gekoppelt, und die Ausgänge 148 (v^s _a ^*), 150 (v^s _c ^*), 152 (V^s _b ^*) des ersten Transformationsblocks 120 sind an das Wechselrichtermodul 104 gekoppelt. Der zweite Transformationsblock 122 ist an die Stromsensoren 112 gekoppelt, und die einzelnen Ausgangssignale 154 (i^e _q), 156 (i^e _d) des zweiten Transformationsblocks 122 sind an die zweite Summieranschlussstelle 115 und die vierte Summieranschlussstelle 119 gekoppelt, wie dies in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird. Die Eingangssignale des Flussschätzgliedes 126 weisen die Ausgangssignale 154 (i^e _q), 156 (i^e _d) des zweiten Transformationsblockes 122 und die Ausgangssignale 144 (v^e _q ^*), 146 (v^e _d ^*) des Stromreglers 118 auf, wie dies in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird. Ein erstes Ausgangssignal 166 (ein geschätzter Rotorfluss λ^e) des Flussschätzgliedes 126 ist an die dritte Summieranschlussstelle 117 gekoppelt, und ein zweites Ausgangssignal 168 (ein Flusswinkel θ_e) des Flussschätzgliedes 126 ist an die Transformationsblöcke 120, 122 und den Rotordiagnoseblock 128 gekoppelt.
Die erste Summieranschlussstelle 113 ist so konfiguriert, um einen Geschwindigkeitsbefehl (ω * / r ) 170 zu empfangen, welcher eine gewünschte Geschwindigkeit (oder eine befohlene Geschwindigkeit) für den Rotor des elektrischen Motors 106 repräsentiert. Der Geschwindigkeitsbefehl kann durch ein anderes Modul in dem Fahrzeug geliefert werden, wie z. B. eine elektronische Steuereinheit (ECU). Das Geschwindigkeitsberechnungsglied 124 berechnet oder bestimmt in anderer Weise die beobachtete (oder gemessene) Rotorgeschwindigkeit (ω_r) 182, basierend auf der Veränderung in der Rotorposition (θ_r) 180 in Abhängigkeit von der Zeit, wie dies in der Fachwelt gewürdigt werden wird. Die erste Summieranschlussstelle 113 ist so konfiguriert, um die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl (ω * / r ) und der beobachteten Rotorgeschwindigkeit (ω_r) zu bestimmen, und liefert die Differenz an den Geschwindigkeitsregler 114. Basierend auf der Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl (ω * / r ) und der Rotorgeschwindigkeit (ω_r) bestimmt der Geschwindigkeitsregler 114 und/oder erzeugt einen q-Achsen-Synchronrahmen-Strombefehl (i e* / q ) (z. B. den Drehmoment erzeugenden q-Achsen-Strombefehl).
Der Geschwindigkeitsregler 114 kann als ein Proportional-Integral-(PI-)Steuerglied oder ein anderes geeignetes Element, welches in der Fachwelt bekannt ist, realisiert werden.
Die dritte Summieranschlussstelle 117 ist so konfiguriert, um einen Flussbefehl (λ^e*) 172 zu empfangen, welcher einen gewünschten Rotorfluss für den elektrischen Motor 106 repräsentiert. Der Flussbefehl kann durch ein anderes Modul in dem Fahrzeug geliefert werden, wie z. B. eine elektronische Steuereinheit (ECU). Das Flussschätzglied 126 berechnet oder andernfalls schätzt den Rotorfluss (λ^e) 166, basierend auf der Beziehung zwischen den Synchronmotorströmen (i e / d , i e / q ) und den Synchronmotorspannungen (ν e / d , ν e / q ), wie dies entsprechend in der Fachwelt gewürdigt werden wird und später im Detail beschrieben wird. Die dritte Summieranschlussstelle 117 ist so konfiguriert, um die Differenz zwischen dem Flussbefehl (λ^e*) und dem geschätzten Rotorfluss (λ^e) zu bestimmen und um die Differenz 136 an den Flussregler 116 zu liefern. Basierend auf der Differenz zwischen dem Flussbefehl und dem geschätzten Fluss bestimmt und/oder erzeugt der Flussregler 116 einen d-Achsen-Synchronrahmen-Strombefehl (i e* / d ) 138 (z. B. den Fluss erzeugenden d-Achsen-Strombefehl). Der Flussregler 116 kann als ein Proportional-Integral-(PI-)Steuerglied oder ein anderes geeignetes Element, welches in der Fachwelt bekannt ist, realisiert werden.
Das Flussschätzglied 126 berechnet auch oder andernfalls schätzt den Rotorflusswinkel (θ_e) 168 für den Rotor des elektrischen Motors 106, basierend auf der Beziehung zwischen dem Synchronmotorstrom (i e / d , i e / q ) und der Synchronmotorspannung (ν e / d , ν e / q ). In der dargestellten Ausführungsform der 1 wird der Rotorflusswinkel (θ_e) als ein Transformationswinkel für die Steuerschleife benutzt, wie dies in der Fachwelt gewürdigt werden wird. Diesbezüglich stellt der Transformationswinkel den Winkel dar, welcher benutzt wird, wenn eine Menge in dem Synchronreferenzrahmen zu einer entsprechenden Menge in dem stationären Referenzrahmen transformiert wird und/oder übersetzt wird und umgekehrt (z. B. eine ’dqo’ oder ’dq0’ in eine ’abc’-Transformation, und umgekehrt). In alternativen Ausführungsformen kann der Transformationswinkel die Winkelrotorposition (θ_r) oder eine andere geeignete Winkelposition aufweisen. Das Ausgangssignal des Flussschätzgliedes 126 ist so konfiguriert, um den geschätzten Rotorflusswinkel (θ_e) an die ersten Transformationsblöcke 120, 122 zu liefern. Der zweite Transformationsblock 122 ist an die Stromsensoren 112 gekoppelt und so konfiguriert, um die gemessenen Wechselrichterströme von dem stationären Referenzrahmen (i s / a , i s / b , i s / c ) 174–178 an den synchronen Referenzrahmen (i e / d , i e / q ) 154, 156 zu liefern, basierend auf dem Transformationswinkel, d. h. dem geschätzten Rotorflusswinkel (θ_e). In einer ähnlichen Weise ist der erste Transformationsblock 120 so konfiguriert, um eine befohlene Spannung (oder einen Spannungsbefehl) von dem synchronen Referenzrahmen (ν e* / d , ν e* / q ) 144, 146 an den stationären Referenzrahmen (ν s* / a , ν s* / b , ν s* / c ) 148–152 zu liefern, basierend auf dem geschätzten Rotorflusswinkel (θ_e), wie dies in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird.
Der Stromregler 118 reguliert den Ausgangsstrom für das Wechselrichtermodul 104 durch Erzeugen und/oder Liefern eines Spannungsbefehls für das Wandlermodul 104, entsprechend einer befohlenen Spannung für das Wechselrichtermodul 104, so dass die gemessenen Ausgangsströme für das Wechselrichtermodul 104 für den befohlenen Motorstrom (oder Strombefehl) geregelt werden oder andernfalls diese ziehen. Der Stromregler 118 wird vorzugsweise als ein Synchronrahmen-Stromregler konfiguriert, um den Spannungsbefehl in dem Synchronreferenzrahmen (ν e* / d , v e* / q ) (alternativ hier als die Synchronrahmen-Spannungsbefehle bezeichnet) zu erzeugen, basierend auf der Differenz zwischen dem befohlenen Strom (i e / d , i e / q ) (alternativ hier als die Synchronrahmen-Motorströme bezeichnet). Diesbezüglich bestimmt die zweite Summieranschlussstelle 115 einen q-Achsen-Stromfehlerbefehl (i e* / q_err ) 140, basierend auf einer Differenz zwischen dem q-Achsen-Strombefehl (i e* / q ) 134 und dem gemessenen q-Achsen-Motorstrom (i e / q ) 154, und die vierte Summieranschlussstelle 119 bestimmt einen d-Achsen-Stromfehlerbefehl (i e* / d_err ) 142 basierend auf einer Differenz zwischen dem d-Achsen-Strombefehl (i e* / d ) 138 und dem gemessenen d-Achsen-Motorstrom (i e / d ) 156. Der Stromregler 118 erzeugt die Synchronrahmen-Spannungsbefehle (ν e* / d , ν e* / q ) 146, 144 basierend auf den Synchronrahmen-Stromfehlerbefehlen (i e* / d_err , i e* / q_err ) 142, 140, welche die Differenz zwischen dem befohlenen Strom und dem gemessenen Motorstrom reflektieren, welcher in dem Synchronreferenzrahmen ausgedrückt wird. Diesbezüglich kann der Stromregler 118 als ein Proportional-Integral-Ableitungs-(PID-)Steuerglied, ein Hysterese-Stromsteuerglied, ein komplexer Vektorstromregler oder ein anderes geeignetes stromregelndes Element, welches in der Fachwelt bekannt ist, ausgeführt werden. Es sollte beachtet werden, dass der Stromregler 118 im Wesentlichen ausgeglichene und symmetrische Ströme in dem elektrischen Motor 106 erzeugt.
Wie oben dargestellt wurde, transformiert der erste Transformationsblock 120 die Synchronrahmen-Spannungsbefehle (ν e* / d , ν e* / q ) 146, 144 von dem Ausgang des Stromreglers 118 in den stationären Referenzrahmen, was zu Dreiphasen-Stationärspannungsbefehlen (ν s* / a , ν s* / b , ν s* / c ) 148, 150, 152 führt, entsprechend zu befohlenen Spannungen für das Wechselrichtermodul 104. Das Wechselrichtermodul 104 ist so konfiguriert, um die stationären Spannungsbefehle 148–152 zu bearbeiten, und erzeugt PWM-Befehlssignale, um die Phasenadern des Leistungswechselrichters zu betreiben, um die befohlenen Spannungen an die jeweiligen Phasen des Stators in einer herkömmlichen Weise zu liefern, wie dies von der Fachwelt gewürdigt werden wird. Auf diese Weise erzeugen Veränderungen in den Synchronrahmen-Spannungsbefehlen (ν e* / d , ν e* / q ) 144, 146 entsprechende Veränderungen in den stationären Spannungsbefehlen und damit in den Arbeitszyklen der PWM-Befehle, welche benutzt werden, um die Schalter der Wechselrichter-Phasenadern zu modulieren. Diesbezüglich können die Synchronrahmen-Spannungsbefehle (ν e* / d , ν e* / q ) benutzt werden, um den Rotorfluss (λ^e) und den Transformationswinkel (θ_e) (z. B. ν e* / d ≈ ν e / d , ν e* / q ≈ ν e / q ) zu schätzen, basierend auf der Annahme, dass das Wechselrichtermodul 104 genau die Befehlsspannungen (ν s* / a , ν s* / b , ν s* / c ) in dem Stator reproduziert, und anstelle des Benutzens der Spannungssensoren, um die Spannung über den Stator zu erfassen oder andere computerintensive Aufgabe durchzuführen, um die Motorspannung zu erhalten.
Mit Bezug nun auf 2 kann ein elektrisches System so konfiguriert sein, um einen Rotor-Diagnoseprozess 200 und zusätzliche Aufgaben, Funktionen und Operationen, welche nachfolgend beschrieben werden, durchzuführen. Die verschiedenen Aufgaben können durch Software, Hardware, Firmware oder eine Kombination davon durchgeführt werden. Für erläuternde Zwecke kann sich die folgende Beschreibung auf Elemente beziehen, welche oben in Verbindung mit 1 erwähnt wurden. In der Praxis können Aufgaben, Funktionen und Operationen durch verschiedene Elemente des beschriebenen Systems ausgeführt werden, wie z. B. das Wechselrichtermodul 104, das Steuermodul 110, den Stromregler 118, das Flussschätzglied 126 und/oder den Rotordiagnoseblock 128. Es sollte gewürdigt werden, dass eine beliebige Anzahl von zusätzlichen oder alternativen Aufgaben beinhaltet sein kann und in einer mehr komprimierten Prozedur oder in einem Prozess eingebaut sein kann, welcher zusätzliche Funktionalität besitzt, welche hier nicht im Detail beschrieben werden.
Mit Bezug wieder auf 2 und mit fortlaufendem Bezug auf 1, ebenso wie auf 3 und 4, wird der Rotor-Diagnoseprozess 200 durchgeführt, um den Rotor eines elektrischen Motors während des Betriebs des elektrischen Motors unter der Steuerung einer stromgeregelten Steuerschleife zu diagnostizieren. 3 und 4 diskutieren beispielhafte Variationen des Rotor-Diagnoseprozesses 200 für jeweils spezielle Adaptionen für das Diagnostizieren von Fehlern gebrochener Rotorstäbe (nämlich 3 und der erste Variationsalgorithmus 300, welcher darin dargestellt ist) bzw. für das Diagnostizieren der Rotorexzentrizitäts-Fehler (nämlich 4 und der zweite Variationsalgorithmus 400, welcher darin dargestellt ist), und wird in größerem Detail weiter nachfolgend beschrieben.
Wie in 2 dargestellt wird, beginnt der Rotor-Diagnoseprozess 200 mit dem Erzeugen eines Eingangsstromes für einen Wechselrichter des Motors (Schritt 202). Der gemessene Strom wird durch den Prozessor 130 der 1 erzeugt, basierend auf einem Gleichstrom-(DC-)Verbindungsstrom, welcher von dem Stromsensor 112 der 1 erhalten wird.
Zusätzlich wird ein Drehmelderwinkel (θ_r) erhalten (Schritt 204). Der Drehmelderwinkel (θ_r) repräsentiert einen Winkel des Rotors. Der Drehmelderwinkel (θ_r) wird durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 von dem Drehmeldersystem 108 der 1 erhalten, wie dies mit der Referenznummer 180 in 1 bezeichnet ist. Der Drehmelderwinkel (θ_r) kommt von dem Drehmeldersystem 108. Der Drehmelderwinkel (θ_r) wird in Einheiten von mechanischen Radians ausgedrückt. Der Drehmelderwinkel (θ_r) wird als oder für einen vorläufigen Winkel benutzt, um erste und zweite Transformationswinkel zu berechnen, wie dies in größerem Detail weiter unten in Zusammenhang mit 3 und 4 beschrieben wird. In der Ausführungsform der 3 wird der Drehmelderwinkel (θ_r) benutzt, um die Transformationswinkel zu berechnen, welche in Einheiten von elektrischen Radians ausgedrückt werden. Dies kann durch Multiplizieren des Drehmelderwinkels (θ_r) in mechanischen Radians mit dem Polpaar 311 des Motors erhalten werden, um einen Drehmelderwinkel in elektrischen Radians zu liefern. Umgekehrt wird für die spezifizierte Fehlerdetektierung der 4 der benutzte Drehmelderwinkel, um die Transformationswinkel zu berechnen, in Einheiten von mechanischen Radians ausgedrückt.
Ein Flusswinkel (θ_e) wird auch erhalten (Schritt 206). Der Flusswinkel (θ_e) repräsentiert einen Winkel des Flusses des Rotors. Der Flusswinkel (θ_e) wird durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 von dem Flussschätzglied 126 der 1 erhalten, wie dies mit der Referenznummer 168 der 1 bezeichnet wird. In der Ausführungsform der 3 wird der Flusswinkel (θ_e) auch benutzt, um die Transformationswinkel zu berechnen.
Ein erster Transformationswinkel wird dann berechnet (Schritt 208). Der erste Transformationswinkel wird als ein erstes Vielfaches eines vorläufigen Winkels berechnet, welcher berechnet wird, indem der Drehmelderwinkel (θ_r) benutzt wird. Der erste Transformationswinkel wird vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 berechnet, vorzugsweise durch den Prozessor 130 davon der 1.
Ein zweiter Transformationswinkel wird auch berechnet (Schritt 210). Der erste Transformationswinkel wird als ein erstes Vielfaches eines vorläufigen Winkels berechnet, welcher berechnet wird, indem der Drehmelderwinkel (θ_r) benutzt wird. Der erste Transformationswinkel wird vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 berechnet, vorzugsweise durch den Prozessor 130 desselben der 1.
In der Ausführungsform der 3 wird der Transformationswinkel (bezeichnet mit der Referenzziffer 350 in 3) als ein erstes Vielfaches eines Schlupfwinkels ((θ_slip) (bezeichnet mit der Referenzziffer 352 in 3) berechnet, welcher eine Differenz zwischen dem Drehmelderwinkel (θ_r) und dem Flusswinkel (θ_e) aufweist. Auch in dieser Ausführungsform wird der zweite Transformationswinkel (bezeichnet mit der Referenzziffer 356 in 3) als ein zweites Vielfaches eines Schlupfwinkels (θ_slip) (bezeichnet mit der Referenzziffer 352 in 3) bezeichnet, wobei dieser eine Differenz zwischen dem Drehmelderwinkel (θ_r) und dem Flusswinkel (θ_e) aufweist. In dieser Ausführungsform besitzt das erste Multiplizierglied einen negativen Wert, das zweite Multiplizierglied besitzt einen positiven Wert und die ersten und zweiten Multiplizierglieder besitzen absolute Werte, welche gleich zueinander sind. Vorzugsweise ist das erste Multiplizierglied gleich zu minus Zwei, und das zweite Multiplizierglied ist gleich zu Zwei in der Ausführungsform der 3.
In der Ausführungsform der 4 wird der erste Transformationswinkel (bezeichnet mit der Referenzziffer 450 in 4) als ein erstes Vielfaches des Drehmelderwinkels (θ_r) (bezeichnet mit der Referenzziffer 452 in 4) berechnet. Auch in dieser Ausführungsform wird der zweite Transformationswinkel (bezeichnet mit der Referenzziffer 456 in 4) als ein zweites Vielfaches des Drehmelderwinkels (θ_r) 452 berechnet. In dieser Ausführungsform besitzt das erste Multiplizierglied einen negativen Wert, das zweite Multiplizierglied besitzt einen positiven Wert und die ersten und zweiten Multiplizierglieder besitzen absolute Werte, die gleich zueinander sind. Vorzugsweise ist das erste Multiplizierglied gleich zu minus Eins, und das zweite Multiplizierglied ist gleich zu Eins in der Ausführungsform der 4.
Wie oben beschrieben, wird in der Ausführungsform der 3 der Drehmelderwinkel (θ_r), welcher benutzt wird, um einen Transformationswinkel zu berechnen, in Einheiten von elektrischen Radians ausgedrückt. Dies kann durch Multiplizieren des Drehmelderwinkels (θ_r) in mechanischen Radians mit dem Polpaar 311 des Motors erhalten werden, um den Winkel in elektrischen Radians zu ergeben. Umgekehrt, für die spezifizierte Fehlerdetektierung der 4, wird der Drehmelderwinkel, welcher benutzt wird, um den Transformationswinkel zu berechnen, in Einheiten von mechanischen Radians ausgedrückt.
Transformationen werden dann für den Motorstrom des Schrittes 202 ausgeführt, wobei die ersten und zweiten Transformationswinkel benutzt werden (Schritt 212). Die Transformationen werden vorzugsweise für den gemessenen DC-Verbindungsstrom durchgeführt, nämlich den Eingangsstrom für das Wechselrichtermodul. Die Transformation wird vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Viele Fehlerkomponenten werden berechnet, wobei die unterschiedlichen Transformationen benutzt werden (Schritt 214). Die Fehlerkomponenten werden vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 berechnet, vorzugsweise durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Die Fehlerkomponenten werden dann benutzt, um einen Fehlerindex für den Rotor zu berechnen (Schritt 216). Der Fehlerindex weist einen Wert auf, welcher dann für den Vergleich mit einer bekannten Tabelle oder einem anderen Satz von Werten für das Identifizieren benutzt werden kann, ob es irgendwelche Fehler in dem Rotor gibt, und welcher auch für das Identifizieren der speziellen Art und den Schweregrad jeder dieser Fehler benutzt werden kann. Der Fehlerindex wird vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 berechnet, vorzugsweise durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Speziellerweise wird erst eine Bestimmung durchgeführt, ob ein Fehler in dem Rotor vorliegt (Schritt 217). Diese Bestimmung wird vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1, wobei der Fehlerindex benutzt wird, welcher im Schritt 216 berechnet wurde und wobei der Fehlerindexwert mit einer Wissenstabelle oder einem anderen Satz von Werten verglichen wird, welche den möglichen Fehlern in dem Rotor entsprechen, beispielsweise basierend auf einer vorherigen Kenntnis, auf Veröffentlichungen und/oder experimentellen Daten.
Wenn der Rotor-Diagnoseprozess 200 im Schritt 218 bestimmt, dass ein Fehlerzustand nicht vorhanden ist, dann kehrt der Prozess zum Schritt 202 zurück, und die Schritte 202–217 werden wiederholt, bis es eine Bestimmung in einer Iteration des Schrittes 218 gibt, dass ein Fehler in dem Rotor der Maschine vorhanden ist. Wenn eine Bestimmung in irgendeiner Iteration des Schrittes 218 durchgeführt ist, dass ein Fehler in dem Rotor vorhanden ist, dann werden die spezielle Art und der Schweregrad des Fehlers in dem Schritt 219 bestimmt, wobei der Fehlerindex benutzt wird, welcher im Schritt 216 berechnet wurde, und wobei der Fehlerindexwert mit einer Wissenstabelle oder einem anderen Satz von Werten verglichen wird, welche den möglichen Fehlern in dem Rotor und des Schweregrades davon entsprechen, beispielsweise basierend auf früherer Kenntnis, auf Veröffentlichungen und/oder experimentellen Daten. Diese Bestimmungen werden vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Eine oder mehrere abhelfende Aktionen werden vorzugsweise implementiert, um eine Abhilfemaßnahme für einen derartigen Fehler des Rotors zu unterstützen (Schritt 220). Die abhelfende Maßnahme wird vorzugsweise auf den speziellen Fehler und den Schweregrad desselben maßgeschneidert, wie er oben im Schritt 219 bestimmt ist. Zusätzlich wird die abhelfende Maßnahme durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 initialisiert, vorzugsweise durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Wie oben Bezug genommen wurde, diskutieren 3 und 4 beispielhafte Variationen des Rotor-Diagnoseprozesses 200. Speziell zeigt 3 einen ersten Variationsalgorithmus für eine erste spezielle Adaption für das Diagnostizieren von Fehler gebrochener Rotorstangen, und 4 zeigt einen zweiten Variationsalgorithmus für eine zweite spezielle Adaption für das Diagnostizieren von Rotor-Exzentrizitätsfehlern, beide entsprechend beispielhaften Ausführungsformen. Sowohl 3 als auch 4 werden nachfolgend diskutiert.
In dem ersten Variationsalgorithmus 300 der 3 wird ein Schlupfwinkel (θ_slip) für den Rotor berechnet (Schritt 301). Speziell wird der Drehmelderwinkel (θ_r) (wie er in geeignete Messeinheiten durch die unterschiedlichen Ausführungsformen der 3 und 4 jeweils gewandelt ist, wie oben beschrieben) von dem Flusswinkel (θ_e) im Schritt 301 subtrahiert, um den Schlupfwinkel (θ_slip) zu erzeugen. Diese Berechnung wird vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Der erste Transformationswinkel (auf welchen im Schritt 208 der 2 Bezug genommen wird) wird durch Multiplizieren eines ersten Multipliziergliedes mit dem Schlupfwinkel (θ_slip) berechnet (Schritt 302). Das erste Multiplizierglied besitzt vorzugsweise einen negativen Wert. In der dargestellten Ausführungsform ist das erste Multiplizierglied gleich zu minus Zwei. Diese Berechnung wird vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Zusätzlich wird der zweite Transformationswinkel (auf welchen im Schritt 210 der 2 Bezug genommen wird) durch Multiplizieren eines zweiten Multipliziergliedes mit dem Schlupfwinkel (θ_slip) berechnet (Schritt 310). Das zweite Multiplizierglied besitzt vorzugsweise einen positiven Wert. Der absolute Wert des zweiten Multipliziergliedes ist vorzugsweise gleich zu dem des ersten Multipliziergliedes. In der dargestellten Ausführungsform ist das zweite Multiplizierglied gleich zu Zwei. Diese Berechnung wird vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Die Transformationen (mit Bezug auf Schritt 212) des gemessenen DC-Verbindungsstroms (speziell des Eingangsstroms für das Wechselrichtermodul) von dem Stromsensor 112, welcher in dem oben beschriebenen Schritt 202 erhalten werden, welche während des Transformationsprozesses benutzt wurden, werden dann entsprechend zu den Schritten 303 und 312 der 3 getrennt für den DC-Verbindungsstrom des Schrittes 202 bezüglich des ersten bzw. zweiten Transformationswinkels durchgeführt. Speziell wird eine erste Transformation während des Schrittes 303 der 3 durchgeführt, wobei der erste Transformationswinkel des Schrittes 303 in einem Synchron-Referenzrahmen entsprechend mit den folgenden Gleichungen benutzt wird: ixcos(–θ) und ixsin(–θ). Zusätzlich wird eine zweite Transformation während des Schrittes 312 der 3 durchgeführt, wobei der zweite Transformationswinkel des Schrittes 310 in einem Fehlerreferenzrahmen entsprechend zu den folgenden Gleichungen benutzt wird: ixcos(–θ) und ixsin(–θ). Die Transformationen der Schritte 303 und 312 werden vorzugsweise entsprechend der folgenden Gleichung durchgeführt, welche die Fehlerfrequenz für den ersten Variationsalgorithmus 300 repräsentiert, um Fehler gebrochener Stäbe der Rotoren zu diagnostizieren, wie dies weiter unten diskutiert wird: f_brokenbar = +/–2ksf₁, wobei der gebrochene Stab die geschätzte Anzahl von gebrochenen Stäben ist, f₁ die Grundfrequenz ist, s der Schlupfwinkel ist und k eine vorher festgelegte Konstante ist. Zusätzlich werden die ersten und zweiten Transformationen der Schritte 303 und 312 jeweils bevorzugt durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Die Fehlerkomponentenberechnungen (mit Bezug auf Schritt 214) werden dann entsprechend den Schritten 304, 306, 314 und 316 der 3 getrennt für den DC-Verbindungsstrom des Schrittes 202 bezüglich der ersten und zweiten Transformationswinkel jeweils durchgeführt. Speziell, als Teil von oder auf die erste Transformation des Schrittes 303 folgend, werden die ersten Transformationsergebnisse über ein Tiefpass-Digitalfilter im Schritt 304 geleitet, und eine erste Fehlerkomponente wird im Schritt 306 als eine Quadratwurzel der Summe der Quadrate der ersten Komponententeile bezüglich zu dem ersten Transformationswinkel des Schrittes 301 und der ersten Transformation des Schrittes 303 berechnet. Zusätzlich, als Teil oder auf die zweite Transformation des Schrittes 312 folgend, werden die zweiten Transformationsergebnisse durch ein Tiefpass-Digitalfilter im Schritt 314 geleitet, und eine zweite Fehlerkomponente wird im Schritt 316 als eine Quadratwurzel der Summe der Quadrate der zweiten Komponententeile bezüglich des zweiten Transformationswinkels des Schrittes 310 und der zweiten Transformation des Schrittes 312 berechnet. Die erste Fehlerkomponente des Schrittes 306 weist einen unteren Seitenband-Gleichstromwert (I_LSB) in dem Fehlerreferenzrahmen auf, und die zweite Fehlerkomponente des Schrittes 316 weist einen oberen Seitenband-Gleichstromwert (I_USB) in dem Fehlerreferenzrahmen auf. Diese Berechnungen und Schritte werden vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Die unterschiedlichen Fehlerkomponenten werden dann zusammen im Schritt 318 kombiniert und im Schritt 319 normiert, um einen Fehlerindex des Schrittes 320 zu erzeugen. Die Fehlerkomponenten der Schritte 306 und 316 werden vorzugsweise zusammen im Schritt 318 addiert, entsprechend der folgenden Gleichung: I_USB + I_LSB = kombinierter Wert, wobei I_LSB den unteren Seitenband-Stromwert (d. h. die erste Fehlerkomponenten des Schrittes 306) repräsentiert und I_USB den oberen Seitenband-Stromwert (d. h. die zweite Fehlerkomponente de Schrittes 316) repräsentiert. Der sich ergebende kombinierte Wert ist dann vorzugsweise bezüglich eines Nichtlaststromes im Schritt 319 normiert. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Berechnungen und Normierungen der Schritte 318 und 319 durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, vorzugsweise durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Der normierte Wert wird dann für den Fehlerindex des Schrittes 320 benutzt (auch entsprechend dem Schritt 216 der 2). Der Fehlerindex des Schrittes 320 kann dann benutzt werden, um die Art und den Schweregrad einer oder mehrerer Fehler gebrochener Rotorstäbe, falls überhaupt, in dem Rotor im Schritt 322 (auch entsprechend Schritt 218 der 2) zu bestimmen, und kann auch als eine Basis für das Implementieren helfender Maßnahmen im Schritt 324 benutzt werden (auch entsprechend Schritt 220 der 2). Diese beiden Schritte werden vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt oder initiiert, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
In der zweiten Variationsalgorithmus-400-Ausführungsform der 4 wird der erste Transformationswinkel (auf welchen in Schritt 208 der 2 Bezug genommen wird) berechnet (Schritt 402). Speziell wird der Drehmelderwinkel (θ_r) (welcher, wie oben beschrieben, in mechanischen Radians ausgedrückt ist) durch ein erstes Multiplizierglied im Schritt 402 multipliziert, um den ersten Transformationswinkel zu berechnen. Das erste Multiplizierglied besitzt vorzugsweise einen negativen Wert. In der dargestellten Ausführungsform ist das erste Multiplizierglied gleich zu minus Eins. Diese Berechnung wird vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Zusätzlich wird der zweite Transformationswinkel (auf welchen im Schritt 210 der 2 Bezug genommen wird) berechnet (Schritt 410). Speziell wird der Drehmelderwinkel (θ_r) (welcher, wie oben beschrieben, in mechanischen Radians ausgedrückt wird) mit einem zweiten Multiplizierglied im Schritt 410 multipliziert, um den zweiten Transformationswinkel zu berechnen. Das zweite Multiplizierglied besitzt vorzugsweise einen positiven Wert. Der Absolutwert des zweiten Multipliziergliedes ist vorzugsweise gleich zu dem des ersten Multipliziergliedes. In der dargestellten Ausführungsform ist das zweite Multiplizierglied gleich Eins. Diese Berechnung wird vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Die Transformationen (auf welche im Schritt 212 Bezug genommen wird) des DC-Verbindungsstroms werden dann durchgeführt, entsprechend den Schritten 404 und 412 der 4, getrennt für den DC-Verbindungsstrom des Schrittes 202 mit Bezug auf den ersten bzw. zweiten Transformationswinkel. Speziell wird eine erste Transformation während des Schrittes 404 der 4 durchgeführt, wobei der ersten Transformationswinkel des Schrittes 402 in einem Fehlerreferenzrahmen entsprechend den folgenden Gleichungen benutzt wird: ixcos(–θ) und isxin(–θ). Zusätzlich wird eine zweite Transformation während des Schrittes 412 der 4 durchgeführt, wobei der zweite Transformationswinkel des Schritts 410 in dem Fehlerreferenzrahmen entsprechend den folgenden Gleichungen durchgeführt wird: ixcos(–θ) und ixsin(–θ). Die ersten und zweiten Transformationen der Schritte 404 und 412 werden jeweils vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1. Die Transformationen der Schritte 404 und 412 werden vorzugsweise entsprechend der folgenden Gleichung durchgeführt, welche die Fehlerfrequenz durch den zweiten Variationsalgorithmus 400 repräsentiert, um die Rotorexzentrizitätsfehler der Rotoren zu diagnostizieren, wie dies weiter unten diskutiert wird: f_{Exzentrizität} = +/–m(1 – s)f₁/(p/2).
Zusätzlich werden auch die ersten und zweiten Transformationen der Schritte 404 und 412 jeweils durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Die Fehler-Komponentenberechnungen (auf welche im Schritt 214 Bezug genommen wird) werden dann entsprechend zu den Schritten 406, 408, 414 und 416 der 4, getrennt für den DC-Verbindungsstrom des Schrittes 202 mit jeweils Bezug auf die ersten und zweiten Transformationswinkel durchgeführt. Speziell als Teil von oder auf die erste Transformation des Schrittes 404 folgend werden die ersten Transformationsergebnisse über ein Tiefpass-Digitalfilter im Schritt 406 geführt, und eine erste Fehlerkomponente wird im Schritt 408 als eine Quadratwurzel der Summe der Quadrate der ersten Komponententeile bezüglich des ersten Transformationswinkels des Schrittes 402 und der ersten Transformation des Schrittes 404 berechnet. Zusätzlich, als Teil der oder auf die zweite Transformation des Schrittes 412 folgend, werden die zweiten Transformationsergebnisse über ein Tiefpass-Digitalfilter im Schritt 414 geführt, und eine zweite Fehlerkomponente wird im Schritt 416 als eine Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Komponententeile bezüglich des zweiten Transformationswinkels des Schrittes 410 und der zweiten Transformation des Schrittes 412 berechnet. Die erste Fehlerkomponente des Schrittes 408 weist einen unteren Seitenbandstromwert in dem Fehlerreferenzrahmen auf, und die zweite Fehlerkomponente des Schrittes 416 weist einen oberen Seitenbandstromfehler in dem Fehlerreferenzrahmen auf. Diese Berechnungen und Schritte werden vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, vorzugsweise durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Die unterschiedlichen Fehlerkomponenten werden dann miteinander im Schritt 417 kombiniert und im Schritt 418 normiert, um einen Fehlerindex des Schrittes 420 zu erzeugen. Die Fehlerkomponenten der Schritte 408 und 416 werden zusammen im Schritt 417 entsprechend der folgenden Gleichung addiert: I_USB + I_LSB = kombinierter Wert, wobei I_LSB den unteren Seitenbandstromwert (d. h. die erste Fehlerkomponente des Schrittes 408) darstellt und I_USB den oberen Seitenbandstromwert (d. h. die zweite Fehlerkomponente des Schrittes 416) darstellt. Der sich ergebende kombinierte Wert wird dann vorzugsweise bezüglich eines Keine-Last-Stromes im Schritt 418 normiert. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Berechnungen und die Normierung der Schritte 417 und 418 durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt, vorzugsweise durch den Prozessor 120 desselben der 1.
Der normierte Wert wird dann für den Fehlerindex des Schrittes 420 benutzt (auch entsprechend Schritt 216 der 2). Der Fehlerindex des Schrittes 420 kann dann benutzt werden, um die Art und den Schweregrad eines oder mehrerer Rotor-Exzentrizitätsfehler, falls vorhanden, in dem Rotor im Schritt 422 zu bestimmen (auch entsprechend zu Schritt 218 der 2), und kann auch als eine Basis für das Implementieren abhelfender Maßnahmen im Schritt 424 benutzt werden (auch entsprechend zu Schritt 220 der 2). Beide dieser Schritte werden vorzugsweise durch den Rotor-Diagnoseblock 128 der 1 durchgeführt oder initiiert, am meisten bevorzugt durch den Prozessor 130 desselben der 1.
Aufgrund der Transformationswinkel und Techniken, welche in den oben beschriebenen Systemen und Prozessen benutzt werden, kann eine verbesserte Diagnose für die Rotore der elektrischen Systeme durchgeführt werden, z. B. bieten die veröffentlichten Systeme und Prozesse ein Verfahren einer Online-Diagnose und Zustandsüberwachung von Rotorfehlern in Induktionsmaschinen, wobei die Wechselrichter-Eingangs-DC-Verbindungsstrommessung benutzt wird. Die veröffentlichten Systeme und Prozesse benutzen eine Referenzrahmentheorie-Vorgehensweise und sind gestaltet, um unter einem feldorientierten Steuer-(FOC-)Betrieb zu funktionieren.
Beispielsweise in dem Fall des Fehlers gebrochener Rotorstäbe (entsprechend dem ersten Variationsalgorithmus 300 der 3) kann der gemessene Strom in die korrekten Referenzrahmen entsprechend der folgenden Gleichung transformiert werden: f_{gebrocheneStange} = +/–2ksf₁.
Speziell durch wirksames Einsetzen der verfügbaren Informationssignale (wie z. B. der Motorgeschwindigkeit von einem Drehmelder oder einem Rotor-Positionssensor), welche in dem FOC-System vorhanden sind, kann der gemessene Strom in einen Referenzrahmen eingesetzt werden, welcher bei –2sf₁ rotiert. In diesem Referenzrahmen wird die jeweilige Seitenbandkomponente bei –2sf₁ als eine dc-Komponente erscheinen, wohingegen der Rest der harmonischen Terme, welche in dem DC-Verbindungsstromsignal vorhanden sind, als harmonische Komponenten erscheinen wird. Benutzt man ein Tiefpassfilter, so kann die Amplitude der Seitenbandkomponente für die Bewertung des Fehlerschweregrads extrahiert werden.
Anhand eines weiteren Beispiels können im Falle der Rotorfehler-Exzentrizitätsfehler (entsprechend dem zweiten Variationsalgorithmus 400 der 4) die veröffentlichten Verfahren und Systeme auch auf die Diagnose der Rotor-Exzentrizitätsfehler ausgedehnt werden, wobei der korrekte Fehlerreferenzrahmen, dessen Frequenz in der folgenden Gleichung geliefert wird, benutzt wird: f_{Exzentrizität} = +/–m(1 – s)f₁/(p/2).
Durch das Überwachen und Vergleichen der Amplituden der Seitenbandkomponenten bei den jeweiligen Frequenzen, wie sie in der obigen Gleichung mit den Grundzügen der gesunden Daten gegeben sind, kann man identifizieren, ob es einen Exzentrizitätsfehler basierend auf der Änderungsrate der Seitenbandamplituden gibt, und kann auch eine Information bezüglich des Schweregrades eines derartigen Exzentrizitätsfehlers des Rotors erhalten, falls einer vorhanden ist.
Entsprechend liefern die veröffentlichten Verfahren und Systeme verbesserte Techniken für das Durchführen der Fehlerdiagnose für Rotore von elektrischen Motoren, wie z. B. in der Automobilindustrie. Beispielsweise können die veröffentlichten Verfahren und Systeme verbesserte Ergebnisse liefern, können weniger Sensoren und/oder anderes Gerät erfordern und/oder können leichter und/oder kosteneffizienter zu implementieren sein, verglichen zu früheren Techniken. Zusätzlich liefern die veröffentlichten Verfahren und/oder Systeme verbesserte Techniken für das Extrahieren und Identifizieren der Fehler anzeigenden Frequenzkomponenten verglichen zu früheren Techniken.
Beispielsweise entwickeln sich in einer früheren Technik die Fehler anzeigenden Frequenzkomponenten um die Grundfrequenzkomponente der Motorstatorströme herum, was schwer zu extrahieren oder zu unterscheiden ist, speziell bei extrem hoher Motorgeschwindigkeit, wo die Motorstatorstrom-Abtastbegrenzung vorhanden ist, welche möglicherweise den Effekt der Fehler anzeigenden Frequenzkomponenten verdecken oder reduzieren kann.
In den veröffentlichten Verfahren und Systemen entwickeln sich die Fehler anzeigenden Frequenzkomponenten um die dc-(Null-)Frequenzkomponente des Wechselrichter-dc-Verbindungsstroms, welcher nicht frequenzabhängig ist und deshalb leicht durch Filtern entfernt werden kann. Entsprechend macht dies die Fehler anzeigenden Frequenzseitenbandkomponenten, nämlich die ±2sf (gebrochener Rotorstab) oder ±(1 – s)f/(p/2) (exzentrischer Fehler) besser in dem Frequenzspektrum des Wechselrichter-dc-Verbindungsstroms unterscheidbar, da es keine andere dominante Komponente nahe dieser Seitenbänder gibt.
Es wird gewürdigt werden, dass das veröffentlichte Verfahren und die Systeme gegenüber jenen variieren können, welche in den Figuren und hier beschrieben sind. Beispielsweise, wie oben erwähnt, können bestimmte Elemente des elektrischen Systems 100 der 1, wie z. B. der Rotor-Diagnoseblock 128, eine oder mehrere andere Komponenten und/oder Teile davon variieren und/oder können Teil eines und/oder aneinander und/oder an eines oder mehrere andere Systeme und/oder Einrichtungen gekoppelt sein. Zusätzlich wird gewürdigt werden, dass bestimmte Schritte des Rotor-Diagnoseprozesses 200, des ersten Variationsalgorithmus 300, des zweiten Variationsalgorithmus 400 und/oder Schritte, Komponenten und/oder Teile davon von jenen variieren können, welche in den 2–4 und/oder hier in Verbindung damit beschrieben sind, und/oder können simultan und/oder in einer unterschiedlichen Reihenfolge durchgeführt werden, als die, welche in 2–4 dargestellt wird und/oder hier in Verbindung damit beschrieben wird. Es wird in ähnlicher Weise gewürdigt werden, dass die veröffentlichten Verfahren und Systeme in Verbindung mit verschiedenen unterschiedlichen Arten von Fahrzeugen und/oder anderen Einrichtungen implementiert und/oder benutzt werden können.
Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorausgegangenen detaillierten Beschreibung präsentiert wurde, sollte gewürdigt werden, dass eine große Anzahl von Variationen existiert. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen, welche hier beschrieben sind, nicht den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration des beanspruchten Gegenstandes in irgendeiner Weise eingrenzen sollen. Vielmehr wird die vorausgegangene detaillierte Beschreibung Fachleuten eine bequeme Anleitung für das Implementieren der beschriebenen Ausführungsform oder Ausführungsformen liefern. Es sollte davon ausgegangen werden, dass verschiedene Veränderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente durchgeführt werden können, ohne vom Umfang, wie er in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen, wobei bekannte Äquivalente und vorhersehbare Äquivalente zur Zeit des Aufstellens dieser Patentanmeldung eingeschlossen sind.
Weitere Ausführungsformen

1. Verfahren zur Fehlerdiagnose für einen Rotor eines elektrischen Motors, wobei der elektrische Motor auch einen Wechselrichter besitzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erhalten eines Stromes für den Wechselrichter; Bestimmen eines vorläufigen Winkels, wobei ein Drehmelderwinkel des Rotors benutzt wird; Durchführen einer Transformation des Stromes, wobei ein Transformationswinkel benutzt wird, wobei der Transformationswinkel gleich einem Produkt des vorläufigen Winkels und eines Multipliziergliedes ist; und Identifizieren, mit Hilfe eines Prozessors, eines Fehlerzustandes, wobei die Transformation benutzt wird.
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei der vorläufige Winkel den Drehmelderwinkel aufweist.
3. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei der vorläufige Winkel einen Schlupfwinkel des Rotors aufweist und der Schritt des Bestimmens des vorläufigen Winkels die folgenden Schritte aufweist: Berechnen eines Flusswinkels des Rotors; Berechnen des Drehmelderwinkels des Rotors; und Subtrahieren des Drehmelderwinkels von dem Flusswinkel, um dadurch den Schlupfwinkel zu berechnen.
4. Verfahren nach Ausführungsform 1, welches ferner den folgenden Schritt aufweist: Durchführen einer zweiten Transformation des Stromes, wobei ein zweiter Transformationswinkel benutzt wird, wobei der zweite Transformationswinkel gleich zu einem Produkt des vorläufigen Winkels und eines zweiten Multipliziergliedes ist; wobei der Schritt des Identifizierens des Fehlerzustands den Schritt des Identifizierens, mit Hilfe des Prozessors, des Fehlerzustandes aufweist, wobei die Transformation und die zweite Transformation benutzt werden.
5. Verfahren nach Ausführungsform 4, wobei: der Schritt des Durchführens der Transformation den Schritt des Durchführens der Transformation aufweist, wobei ein Fehlerreferenzrahmen benutzt wird; und der Schritt des Durchführens der zweiten Transformation im Schritt des Durchführens der zweiten Transformation aufweist, wobei der Fehlerreferenzrahmen benutzt wird.
6. Verfahren nach Ausführungsform 4, wobei: das zweite Multiplizierglied einen positiven Wert besitzt; und das Multiplizierglied einen negativen Wert mit einem Absolutwert besitzt, welcher gleich dem positiven Wert ist.
7. Verfahren nach Ausführungsform 4, wobei der Schritt des Identifizierens des Fehlerzustandes die folgenden Schritte aufweist: Verarbeiten der Ergebnisse der Transformation durch ein Digitalfilter, wobei eine erste Fehlerkomponente erzeugt wird; Verarbeiten der Ergebnisse der zweiten Transformation durch das Digitalfilter, wobei eine zweite Fehlerkomponente erzeugt wird; Erzeugen eines Fehlerindexes, wobei die erste Fehlerkomponente und die zweite Fehlerkomponente benutzt werden; und Identifizieren des Fehlerzustands, wobei der Fehlerindex benutzt wird.
8. Verfahren zur Fehlerdiagnose für einen Rotor eines elektrischen Motors, wobei der elektrische Motor auch einen Wechselrichter besitzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erhalten eines Stromes für den Wechselrichter; Bestimmen eines vorläufigen Winkels, wobei ein Drehmelderwinkel des Rotors benutzt wird; Multiplizieren des vorläufigen Winkels mit einem ersten Multiplizierglied, um einen ersten Transformationswinkel zu erzeugen; Multiplizieren des vorläufigen Winkels mit einem zweiten Multiplizierglied, um einen zweiten Transformationswinkel zu erzeugen; Durchführen einer ersten Transformation des Stromes, wobei der erste Transformationswinkel benutzt wird; Durchführen einer zweiten Transformation des Stromes, wobei der zweite Transformationswinkel benutzt wird; und Identifizieren, mit Hilfe eines Prozessors, eines Fehlerzustandes, wobei die erste Transformation und die zweite Transformation benutzt werden.
9. Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei: der Schritt des Durchführens der ersten Transformation den Schritt des Durchführens der ersten Transformation aufweist, wobei ein Fehlerreferenzrahmen benutzt wird; und der Schritt des Durchführens der zweiten Transformation den Schritt des Durchführens der zweiten Transformation aufweist, wobei ein Fehlerreferenzrahmen benutzt wird.
10. Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei: das zweite Multiplizierglied einen positiven Wert besitzt; und das erste Multiplizierglied einen negativen Wert mit einem Absolutwert besitzt, welcher gleich zu dem positiven Wert ist.
11. Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei der vorläufige Winkel den Drehmelderwinkel aufweist.
12. Verfahren nach Ausführungsform 11, wobei: das erste Multiplizierglied gleich zu minus Eins ist; und das zweite Multiplizierglied gleich zu Eins ist.
13. Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei der vorläufige Winkel einen Schlupfwinkel des Rotors aufweist und der Schritt des Bestimmens des vorläufigen Winkels die folgenden Schritte aufweist: Berechnen eines Flusswinkels des Rotors; Berechnen des Drehmelderwinkels des Rotors; und Subtrahieren des Drehmelderwinkels von dem Flusswinkel, um dadurch den Schlupfwinkel zu berechnen.
14. Verfahren nach Ausführungsform 13, wobei: das erste Multiplizierglied gleich zu minus Zwei ist; und das zweite Multiplizierglied gleich zu Zwei ist.
15. Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei der Schritt des Identifizierens des Fehlerzustands die folgenden Schritte aufweist: Bearbeiten der Ergebnisse der ersten Transformation durch ein Digitalfilter, wobei eine erste Fehlerkomponente erzeugt wird; Bearbeiten der Ergebnisse der zweiten Transformation durch das Digitalfilter, wobei eine zweite Fehlerkomponente erzeugt wird; Erzeugen eines Fehlerindexes, wobei die erste Fehlerkomponente und die zweite Fehlerkomponente benutzt werden; und Identifizieren des Fehlerzustands, wobei der Fehlerindex benutzt wird.
16. System zum Gebrauch bzw. die Anwendung mit einem elektrischen System, welches einen elektrischen Motor aufweist, welcher einen Rotor und einen Stator besitzt, und ein Wechselrichtermodul, welches zwischen einer Energiequelle und dem Stator gekoppelt ist, wobei das Wechselrichtermodul so konfiguriert ist, um eine befohlene Spannung von der Energiequelle zu dem Stator zu liefern, wobei das System aufweist: einen Stromsensor, welcher zwischen der Energiequelle und dem Wechselrichtermodul gekoppelt ist, wobei der Stromsensor so konfiguriert ist, um einen Eingangsstrom für das Wechselrichtermodul zu messen; und ein Steuermodul, welches an das Wechselrichtermodul und den Stromsensor gekoppelt ist, wobei das Steuermodul so konfiguriert ist, um: einen vorläufigen Winkel zu bestimmen, wobei ein Drehmelderwinkel des Rotors benutzt wird; eine erste Transformation des Eingangsstromes durchzuführen, wobei ein erster Transformationswinkel benutzt wird, welcher gleich zu einem ersten Multiplizierglied ist, welches mit dem vorläufigen Winkel multipliziert wird; eine zweite Transformation des Eingangsstromes durchzuführen, wobei ein zweiter Transformationswinkel benutzt wird, welcher gleich zu einem zweiten Multiplizierglied ist, welches mit dem vorläufigen Winkel multipliziert wird; und einen Fehlerzustand zu identifizieren, wobei die erste Transformation und die zweite Transformation benutzt werden.
17. System nach Ausführungsform 16, wobei der vorläufige Winkel den Drehmelderwinkel aufweist.
18. System nach Ausführungsform 17, wobei: das erste Multiplizierglied gleich zu minus Eins ist; und das zweite Multiplizierglied gleich zu Eins ist.
19. System nach Ausführungsform 16, wobei der vorläufige Winkel einen Schlupfwinkel des Rotors aufweist.
20. System nach Ausführungsform 19, wobei: das erste Multiplizierglied gleich zu minus Zwei ist; und das zweite Multiplizierglied gleich zu Zwei ist.

Claims

Verfahren zur Fehlerdiagnose für einen Rotor eines elektrischen Motors, wobei der elektrische Motor auch einen Wechselrichter besitzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erhalten eines Stromes für den Wechselrichter; Bestimmen eines vorläufigen Winkels, wobei ein Drehmelderwinkel des Rotors benutzt wird; Durchführen einer Transformation des Stromes, wobei ein Transformationswinkel benutzt wird, wobei der Transformationswinkel gleich einem Produkt des vorläufigen Winkels und eines Multipliziergliedes ist; und Identifizieren, mit Hilfe eines Prozessors, eines Fehlerzustandes, wobei die Transformation benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorläufige Winkel den Drehmelderwinkel aufweist.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der vorläufige Winkel einen Schlupfwinkel des Rotors aufweist und der Schritt des Bestimmens des vorläufigen Winkels die folgenden Schritte aufweist: Berechnen eines Flusswinkels des Rotors; Berechnen des Drehmelderwinkels des Rotors; und Subtrahieren des Drehmelderwinkels von dem Flusswinkel, um dadurch den Schlupfwinkel zu berechnen.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welches ferner den folgenden Schritt aufweist: Durchführen einer zweiten Transformation des Stromes, wobei ein zweiter Transformationswinkel benutzt wird, wobei der zweite Transformationswinkel gleich zu einem Produkt des vorläufigen Winkels und eines zweiten Multipliziergliedes ist; wobei der Schritt des Identifizierens des Fehlerzustands den Schritt des Identifizierens, mit Hilfe des Prozessors, des Fehlerzustandes aufweist, wobei die Transformation und die zweite Transformation benutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei: der Schritt des Durchführens der Transformation den Schritt des Durchführens der Transformation aufweist, wobei ein Fehlerreferenzrahmen benutzt wird; und der Schritt des Durchführens der zweiten Transformation im Schritt des Durchführens der zweiten Transformation aufweist, wobei der Fehlerreferenzrahmen benutzt wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei: das zweite Multiplizierglied einen positiven Wert besitzt; und das Multiplizierglied einen negativen Wert mit einem Absolutwert besitzt, welcher gleich dem positiven Wert ist.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Identifizierens des Fehlerzustandes die folgenden Schritte aufweist: Verarbeiten der Ergebnisse der Transformation durch ein Digitalfilter, wobei eine erste Fehlerkomponente erzeugt wird; Verarbeiten der Ergebnisse der zweiten Transformation durch das Digitalfilter, wobei eine zweite Fehlerkomponente erzeugt wird; Erzeugen eines Fehlerindexes, wobei die erste Fehlerkomponente und die zweite Fehlerkomponente benutzt werden; und Identifizieren des Fehlerzustands, wobei der Fehlerindex benutzt wird.
Verfahren zur Fehlerdiagnose für einen Rotor eines elektrischen Motors, wobei der elektrische Motor auch einen Wechselrichter besitzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erhalten eines Stromes für den Wechselrichter; Bestimmen eines vorläufigen Winkels, wobei ein Drehmelderwinkel des Rotors benutzt wird; Multiplizieren des vorläufigen Winkels mit einem ersten Multiplizierglied, um einen ersten Transformationswinkel zu erzeugen; Multiplizieren des vorläufigen Winkels mit einem zweiten Multiplizierglied, um einen zweiten Transformationswinkel zu erzeugen; Durchführen einer ersten Transformation des Stromes, wobei der erste Transformationswinkel benutzt wird; Durchführen einer zweiten Transformation des Stromes, wobei der zweite Transformationswinkel benutzt wird; und Identifizieren, mit Hilfe eines Prozessors, eines Fehlerzustandes, wobei die erste Transformation und die zweite Transformation benutzt werden.
System für den Gebrauch bzw. die Anwendung mit einem elektrischen System, welches einen elektrischen Motor aufweist, welcher einen Rotor und einen Stator besitzt, und ein Wechselrichtermodul, welches zwischen einer Energiequelle und dem Stator gekoppelt ist, wobei das Wechselrichtermodul so konfiguriert ist, um eine befohlene Spannung von der Energiequelle zu dem Stator zu liefern, wobei das System aufweist: einen Stromsensor, welcher zwischen der Energiequelle und dem Wechselrichtermodul gekoppelt ist, wobei der Stromsensor so konfiguriert ist, um einen Eingangsstrom für das Wechselrichtermodul zu messen; und ein Steuermodul, welches an das Wechselrichtermodul und den Stromsensor gekoppelt ist, wobei das Steuermodul so konfiguriert ist, um: einen vorläufigen Winkel zu bestimmen, wobei ein Drehmelderwinkel des Rotors benutzt wird; eine erste Transformation des Eingangsstromes durchzuführen, wobei ein erster Transformationswinkel benutzt wird, welcher gleich zu einem ersten Multiplizierglied ist, welches mit dem vorläufigen Winkel multipliziert wird; eine zweite Transformation des Eingangsstromes durchzuführen, wobei ein zweiter Transformationswinkel benutzt wird, welcher gleich zu einem zweiten Multiplizierglied ist, welches mit dem vorläufigen Winkel multipliziert wird; und einen Fehlerzustand zu identifizieren, wobei die erste Transformation und die zweite Transformation benutzt werden.
System nach Anspruch 9, wobei der vorläufige Winkel den Drehmelderwinkel aufweist.