DE102012211315A1

DE102012211315A1 - Temperaturkompensation für verbesserte Feldschwächungsgenauigkeit

Info

Publication number: DE102012211315A1
Application number: DE102012211315A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Gallegos-Lopez; Min Dai; Brian A. Welchko
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-01-24
Also published as: CN102891647A; CN102891647B; US20130020971A1; US8519648B2

Abstract

Es werden Verfahren und Geräte für die Rotor- und Statortemperaturkompensation für den feldschwächenden Strom bereitgestellt. Das Verfahren weist auf: Erzeugen eines Phasenspannungs-Rückkopplungssignals V_ph, basierend zum Teil auf vorher definierten optimalen Strombefehlen (I_D* und I_Q*), welche von dem IPM empfangen werden, Erzeugen eines Phasenspannungsbefehls (V_phcmd), basierend zum Teil auf einer Temperatur eines magnetischen Rotors und Stators des IPM, und Erzeugen eines Phasenspannungsfehlers (V_error) durch Subtrahieren des Phasenspannungs-Rückkopplungssignals (V_ph) von dem Phasenspannungsbefehl (V_phcmd). Das Verfahren weist ferner auf: Erzeugen eines d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwertes (ΔI_d) und eines q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturfaktors (ΔI_q) von dem Phasenspannungsfehler (V_error); und Einstellen der vorher definierten optimalen Strombefehle (I_D* und I_Q*) durch die d-Achse- und die q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwerte (ΔI_d und ΔI_q).

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektrische Motoren, und spezieller ausgedrückt bezieht sie sich auf die Temperaturkompensation von feldschwächendem Strom für elektrische Motore, integriert mit einem Permanentmagnet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine elektrische Maschine wandelt elektrische Leistung in mechanische Kraft und Bewegung. Elektrische Maschinen werden in zahlreichen Anwendungen vorgefunden, wobei Haushaltsanwendungen, wie z. B. Ventilatoren, Kühlschränke und Waschmaschinen beinhaltet sind. Elektrische Antriebe werden auch zunehmend bei elektrischen und hybridelektrischen Fahrzeugen benutzt.
Eine rotierende elektrische Maschine besitzt im Allgemeinen einen innen rotierenden Magneten, Rotor genannt, welcher sich innerhalb eines stationären Stators dreht. Die Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld des Rotors mit dem Feld, welches durch die Statorwicklung erzeugt wird, erzeugt das Maschinendrehmoment. Der Rotor kann ein Permanentmagnet oder er kann ein Elektromagnet sein. Wenn jedoch der Rotor Permanentmagnete besitzt, welche darin eingebettet sind (d. h. die Permanentmagnete sind nicht in der Rotoroberfläche), kann die elektrische Maschine als eine Innen-Permanentmagnet-(IPM-)Maschine bezeichnet werden.
Der Teil der Maschine, über welchen die Eingangsspannung geliefert wird, wird der ”Anker” genannt. Abhängig von der Gestaltung der Maschine kann entweder der Rotor oder der Stator als der Anker dienen. In einer IPM-Maschine ist der Anker der Stator und ist ein Satz von Wicklungsspulen, welche durch die Eingangsspannung mit Leistung versorgt werden, um die elektrische Maschine zu treiben.
Die umgekehrte Aufgabe für das Wandeln der mechanischen Energie in elektrische Energie wird durch einen Generator oder Dynamo erreicht. Eine elektrische Maschine, wie sie oben diskutiert wurde, kann auch als ein Generator dienen, da die Komponenten die gleichen sind. Wenn die Maschine/der Generator durch ein mechanisches Drehmoment getrieben wird, wird elektrische Leistung ausgegeben. Traktions- bzw. Antriebsmaschinen, welche auf hybriden und elektrischen Fahrzeugen oder Lokomotiven benutzt werden, führen häufig beide Aufgaben durch.
Typischerweise, wenn sich eine elektrische Maschine beschleunigt, reduziert sich der Anker-(und damit der Feld-)Strom, um die Spannung des Stators innerhalb der Grenzen aufrechtzuerhalten. Die Reduzierung im Feldstrom, welche den magnetischen Fluss innerhalb der Maschine reduziert, wird auch der fluss- oder feldschwächende Strom genannt. Steuertechniken des feldschwächenden Stromes können benutzt werden, um die Leistungsfähigkeit in der Drehmoment-Geschwindigkeit-Charakteristik der Maschine zu erhöhen. Um die Steuerung des Statorstromes aufrechtzuerhalten, kann das Maschinenfeld durch einen feldschwächenden Stromsteuerkreis reduziert werden. Das Feld- oder Flussschwächen in einer IPM-Maschine kann beispielsweise durch das Einstellen der Statoranregung erreicht werden. Die Statoranregung in einer IPM-Maschine kann durch Spannungspulsbreitenmodulation (PWM) eines Spannungsquellen-Wechselrichters gesteuert werden.
Flussschwächende Techniken wurden in der Vergangenheit benutzt, wobei der IPM-Fluss zweckmäßigerweise geschwächt wird, um die Probleme zu reduzieren, welche mit hohem Fluss verbunden sind, z. B. Überspannung aufgrund einer hohen rückelektromotorischen Kraft (Rück-EMF). Beispielsweise während eines konstanten Drehmomentbereiches des Betriebs einer elektrischen Maschine wurde eine geschlossene Regelkreis-Stromregulier-Steuerung benutzt, um die angelegte PWM-Spannungsanregung zu steuern, so dass die momentanen Phasenströme ihren befohlenen Werten folgen. Jedoch kann eine Sättigung der Stromregulierglieder bei höheren Geschwindigkeiten auftreten, wenn sich die Maschinenzielspannung der maximalen Spannung des PWM-Wechselrichters nähert. Unterhalb dieses Punktes sollte der Fluss geschwächt werden, um eine richtige Stromregulierung bis zur maximal erreichbaren Geschwindigkeit der Maschine beizubehalten. Das Reduzieren des Magnetflusses innerhalb der Maschine liefert verbesserte Leistungscharakteristika der IPM-Maschine bei hohen Geschwindigkeiten.
Bei vielen Anwendungen werden korrekte Stromeingangssignale, um effektiv den Fluss zu schwächen, in die Flussteuerschaltungen eines IPM-Systems programmiert. Das Vorprogrammieren wird in einer Datenstruktur, wie z. B. einer Datentabelle, gespeichert. Unglücklicherweise verursachen mit der Zeit variierende Rotortemperaturänderungen eine Abweichung in dem Fluss, welcher durch die vorprogrammierten flussschwächenden Ströme erzeugt wird, was dazu führt, dass die vorprogrammierten flussschwächenden Ströme nicht optimal für den Fluss sind, welcher erzeugt wird.
Entsprechend ist es wünschenswert, die mit der Zeit variierende Temperatureffekte auf den Rotorfluss zu kompensieren. Zusätzlich ist es wünschenswert, den Statorstrom in Echtzeit für die Rotortemperaturänderungen einzustellen. Außerdem werden andere wünschenswerte Merkmale und Charakteristika 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.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein Verfahren für das Steuern der feldschwächenden Genauigkeit in einem integrierten Permanentmagnet-(IPM-)elektrischen Motor bereitgestellt. Das Verfahren weist das Erzeugen eines Phasenspannungs-Rückkopplungssignals Ψ_phCmd auf, basierend zum Teil auf vorher definierten optimalen Strombefehlen (I_d** und I_q**), welche durch den IPM und die Rotortemperatur der IPM-Maschine empfangen werden, wobei ein Phasenspannungsbefehl V_phCmd erzeugt wird, basierend zum Teil auf der Rotorgeschwindigkeit, der Stromgröße, dem Statorwiderstand und einer Statortemperatur. Ein Phasenspannungsfehler V_error wird durch Subtrahieren der Phasenspannungsrückkopplung V_ph von dem Phasenspannungsbefehl V_phCmd' erhalten. Das Verfahren weist ferner das Erzeugen eines d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwertes ΔI_d und eines q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwertes ΔI_q von dem Phasenspannungsfehler V_error auf; und das Einstellen der vorher definierten optimalen Strombefehle (I_D* und I_Q*) durch die d-Achse- und die q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwerte (ΔI_d und ΔI_q) auf.
Ein Steuerregelkreis wird für das Feldschwächen in einer elektrischen Maschine bereitgestellt, welche einen permanentmagnetischen Rotor aufweist. Der Steuerregelkreis weist ein erstes Stromregulierglied auf, welches konfiguriert ist, um einen eingestellten Strombefehl für die d-Achse (I_d**) in synchrone Befehlsspannungen (V_d*) zu wandeln, ein zweites Stromregulierglied, welches konfiguriert ist, einen eingestellten Strombefehl für die q-Achse (I_q**) in synchrone Befehlsspannungen (V_q*) zu wandeln, und eine arithmetische Einheit, welche konfiguriert ist, eine Phasenspannung (V_ph) aus den synchronen Befehlsspannungen (V_d* und V_q*) zu erzeugen. Der Steuerregelkreis empfängt ein Eingangssignal von einem Flussverkettungs-Korrekturmodul, dem Verkettungsfluss-Korrekturmodul. Das Flussverkettungs-Korrekturmodul ist konfiguriert, eine Rotortemperatur (T_R) und eine Rotorgeschwindigkeit zu empfangen, und ist konfiguriert, einen Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) herzustellen. Der Steuerregelkreis beinhaltet auch einen Rückkopplungspfad, welcher konfiguriert ist, die Phasenspannung (V_ph) von dem Phasenspannungsbefehl (V_phcmd) zu subtrahieren, und ist konfiguriert, sowohl einen d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_d als auch einen q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_q zu erzeugen, basierend auf der Aufsummierung als Eingangssignale für das erste Stromregulierglied und das zweite Stromregulierglied.
Ein Steuerregelkreis wird für das Feldschwächen in einer elektrischen Maschine, welche einen permanentmagnetischen Rotor aufweist, bereitgestellt. Der Steuerregelkreis weist auf: ein erstes Stromregulierglied, welches konfiguriert ist, einen eingestellten Strombefehl für die d-Achse (I_d**) in synchrone Befehlsspannungen (V_d*) zu wandeln, ein zweites Stromregulierglied, welches konfiguriert ist, einen eingestellten Strombefehl für die q-Achse (I_q**) in synchrone Befehlsspannungen (V_q*) zu wandeln, und eine arithmetische Einheit, welche konfiguriert ist, eine Phasenspannung (V_ph) aus den synchronen Befehlsspannungen (V_d* und V_q*) zu erzeugen. Der Steuerregelkreis empfängt das Eingangssignal von einem Flussverkettungs-Korrekturmodul, wobei das Flussverkettungs-Korrekturmodul konfiguriert ist, eine Rotortemperatur, eine Statortemperatur, den eingestellten d-Achse-Strombefehl, den eingestellten q-Achse-Strombefehl und eine Rotorgeschwindigkeit und einen Phasenstrom (I_ph) zu empfangen, und konfiguriert ist, einen Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) herzustellen. Der Steuerregelkreis weist einen Rückkopplungspfad aus, welcher konfiguriert ist, die Phasenspannung (V_ph) von dem Phasenspannungsbefehl (V_phcmd) zu subtrahieren, und ist konfiguriert, sowohl einen d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_d und einen q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_q zu erzeugen, basierend auf der Aufsummierung als Eingangssignale für das erste Stromregulierglied und das zweite Stromregulierglied.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird hier nachfolgend in Verbindung mit den folgenden gezeichneten Figuren beschrieben, wobei ähnliche Ziffern ähnliche Elemente anzeigen, und
1 ein Funktionsblockdiagramm ist, welches ein vorhandenes Steuersystem für eine vektorgesteuerte IPM-Maschine beinhaltet;
2 die Stromregulierungs-Leistungsfähigkeit für eine IPM-Maschine mit und ohne Drehmoment-Linearitätssteuerung darstellt;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines Steuerregelkreises für das Feldschwächen in einer elektrischen Maschine ist, welche einen permanentmagnetischen Rotor aufweist, entsprechend zu Ausführungsformen;
4 ein Funktionsblockdiagramm eines Steuerregelkreises für das Feldschwächen in einer elektrischen Maschine ist, welche einen permanentmagnetischen Rotor aufweist, entsprechend zu anderen Ausführungsformen;
5A und 5B die Beziehung zwischen den d-Achse- und q-Achse-Komponenten des Phasenstroms einer IPM-Maschine und dem d-Achse-Fluss und a-Achse-Fluss unter Berücksichtigung der Rotortemperatur darstellen;
6 die Beziehung zwischen der d-Achse- und q-Achse-Komponenten des Phasenstroms einer IPM-Maschine und des Phasenflusses und der Rotortemperatur darstellt; und
7 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens für das Steuern der feldschwächenden Genauigkeit in einem integrierten Permanentmagnet-(IPM-)elektrischen Motor ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist nur beispielhaft in ihrer Art, und es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung oder die Anwendung und das Gebrauchen der Erfindung einzugrenzen. Außerdem besteht keine Absicht, an irgendwelche ausgedrückte oder beinhaltete Theorie gebunden zu sein, welche in dem vorausgegangenen technischen Bereich, Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung ausgedrückt ist, gebunden zu sein.
Ausführungsformen der Erfindung können hier in Termen von funktionellen und/oder logischen Blockkomponenten und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Es sollte gewürdigt werden, dass derartige Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten realisiert werden können, welche konfiguriert sind, die spezifizierten Funktionen auszuführen. Beispielsweise kann eine Ausführungsform der Erfindung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten anwenden, z. B. Speicherelemente, Steuerschalter, Digitalsignal-verarbeitende Elemente, logische Elemente, Look-up- bzw. Verweis-Tabellen oder Ähnliches, welche eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuereinrichtungen ausführen können. Zusätzlich werden Fachleute würdigen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit jeder Anzahl von Fahrzeuganwendungen praktiziert werden können und dass das hier beschriebene System nur eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist.
Der Kürze wegen werden herkömmliche Techniken und Komponenten, welche sich auf fahrzeugelektrische Teile und andere funktionelle Gesichtspunkte des Systems (und die einzelnen Betriebskomponenten des Systems) beziehen, nicht im Detail hier beschrieben. Außerdem ist beabsichtigt, dass die Verbindungslinien, welche in den verschiedenen Figuren gezeigt werden, welche hier enthalten sind, beispielhafte funktionelle Beziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen repräsentieren sollen. Es sollte beachtet werden, dass viele alternative oder zusätzliche funktionelle Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden sein können.
Fachleute werden würdigen, dass die verschiedenen erläuternden logischen Blöcke, Module, Schaltungen und Algorithmenschritte, welche in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben sind, welche hier veröffentlicht sind, als elektronische Hardware, Computersoftware oder Kombinationen von beiden implementiert werden können. Einige der Ausführungsformen und Implementierungen werden nachfolgend in Termen von funktionellen und/oder logischen Blockkomponenten (oder Modulen) und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben. Jedoch sollte gewürdigt werden, das derartige Blockkomponenten (oder Module) durch jede Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten realisiert werden können, welche konfiguriert sind, die spezifizierten Funktionen durchzuführen. Um klar diese Austauschfähigkeit von Hardware und Software darzustellen, wurden verschiedene erläuternde Komponenten, Blöcke, Module, Schaltungen und Schritte oben im Allgemeinen in den Termen ihrer Funktionalität beschrieben. Ob eine derartige Funktionalität als Hardware oder Software implementiert wird, hängt von den speziellen Anwendungs- und Gestaltungsvorgaben ab, welche in dem Gesamtsystem vorliegen. Fachspezialisten können die beschriebene Funktionalität auf verschiedene Weisen für jede spezielle Anwendung implementieren, jedoch sollten derartige Implementierungsentscheidungen nicht interpretiert werden, dass sie eine Abweichung vom Umfang der vorliegenden Erfindung auslösen. Beispielsweise kann eine Ausführungsform eines Systems oder eine Komponente verschiedene integrierte Schaltungskomponenten anwenden, z. B. Speicherelemente, Digitalsignal-Verarbeitungselemente, logische Elemente, Look-up-Tabellen oder Ähnliches, welche eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuereinrichtungen ausführen können. Zusätzlich werden Fachleute würdigen, dass hier beschriebene Ausführungsformen nur beispielhafte Implementierungen sind.
Die verschiedenen erläuternden logischen Blöcke, Module und Schaltungen, welche in Verbindung mit den hier veröffentlichten Ausführungsformen beschrieben sind, können mit einem Prozessor für allgemeine Zwecke, einem Digitalsignalprozessor (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem feldprogrammierbaren Gate-Feld (FPGA) oder einer anderen programmierbaren logischen Einrichtung, diskreter Gate- oder Transistorlogik, diskreten Hardware-Komponenten oder jeder Kombination davon implementiert oder durchgeführt werden, welche gestaltet sind, die hier beschriebenen Funktionen durchzuführen. Ein Prozessor für allgemeine Zwecke kann ein Mikroprozessor sein, jedoch in der Alternative kann der Prozessor irgendein herkömmlicher Prozessor, ein Steuerglied, ein Mikrosteuerglied oder eine Zustandsmaschine sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Computereinrichtungen implementiert sein, z. B. eine Kombination von einem DSP und einem Mikroprozessor, eine Vielzahl von Mikroprozessoren, einer oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder irgendeine andere derartige Konfiguration. Das Wort ”beispielhaft” wird hier ausschließlich benutzt, dass es ”einem Beispiel, einem Umstand oder einer Erläuterung dienend” bedeutet. Jede Ausführungsform, welche hier als ”beispielhaft” beschrieben ist, muss nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen ausgelegt werden.
Die Schritte eines Verfahrens oder eines Algorithmus, welche in Verbindung mit den Ausführungsformen, welche hier veröffentlicht sind, beschrieben werden, können direkt in Hardware, in einem Software-Modul, welcher durch einen Prozessor ausgeführt wird, oder in einer Kombination von beiden eingebettet sein. Ein Software-Modul kann in einem RAM-Speicher, Flash-Speicher, ROM-Speicher, EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher, Registern, einer Festplatte, einer entfernbaren Platte, einer CD-ROM oder in irgendeiner anderen Art von Speichermedium, welches in der Fachwelt bekannt ist, untergebracht sein. Ein beispielhaftes Speichermedium ist an den Prozessor gekoppelt, so dass der Prozessor Information von dem Speichermedium und auf dieses schreiben kann. Als Alternative kann das Speichermedium mit dem Prozess integriert sein. Der Prozessor und das Speichermedium können in einer ASIC untergebracht sein. Die ASIC kann in einem Benutzerterminal untergebracht sein. Als Alternative können der Prozessor und das Speichermedium als diskrete Komponenten in einem Benutzerterminal untergebracht sein.
In diesem Dokument können Bezugsterme, wie z. B. erster und zweiter und Ähnliche, nur benutzt werden, um eine Einheit oder Aktion von einer anderen Einheit oder Aktion zu unterscheiden, ohne dass dabei notwendigerweise irgendeine aktuelle derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Einheiten oder Aktionen erforderlich oder beinhaltet ist. Numerische Ordnungsangaben, wie z. B. ”erster”, ”zweiter”, ”dritter” etc., bezeichnen einfach unterschiedliche Einzeleinheiten einer Vielzahl und beinhalten keine Ordnung oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird speziell durch die Sprache der Ansprüche definiert. Die Reihenfolge des Textes in irgendeinem der Ansprüche beinhaltet nicht, dass Prozessschritte in einer zeitlichen oder logischen Reihenfolge entsprechend zu einer derartigen Reihenfolge durchgeführt werden müssen, es sei denn, dies wird speziell durch die Sprache der Ansprüche definiert. Die Prozessschritte können in irgendeiner Reihenfolge ausgetauscht werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, solange ein derartiger Austausch nicht der Sprache der Ansprüche widerspricht und nicht logischerweise unsinnig ist.
Die folgende Beschreibung kann sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale beziehen, welche miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind. Wie es hier benutzt wird, es sei denn, es wird ausdrücklich in anderer Weise festgelegt, bedeutet ”verbunden”, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal direkt verbunden ist, und dies nicht notwendigerweise auf mechanische Weise. In ähnlicher Weise, es sei denn, es wird ausdrücklich in anderer Weise festgelegt, bedeutet ”gekoppelt”, dass ein Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt an ein anderes Element/Knoten/Merkmal verbunden ist (oder direkt oder indirekt mit diesem kommuniziert), und dies nicht notwendigerweise auf mechanische Weise. Demnach, obwohl die Schemata Beispielanordnungen von Elementen darstellen, können zusätzliche, dazwischen liegende Elemente, Einrichtungen, Merkmale, Module oder Komponenten in einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden sein (wobei angenommen wird, dass die Funktionalität des Systems nicht gegenteilig beeinträchtigt wird).
Ausführungsformen der Erfindung werden hier im Kontext einer praktischen, nicht eingrenzenden Anwendung beschrieben, nämlich einem Steuersystem für eine integrierte Permanentmagnet(IPM-)Maschine. In diesem Kontext ist die beispielhafte Technik für den Betrieb eines Systems anwendbar, welches für ein elektrisches Fahrzeug oder ein hybridelektrisches Fahrzeug geeignet ist. Ausführungsformen der Erfindung jedoch sind nicht auf derartige Fahrzeuganwendungen beschränkt, und die hier beschriebene Technik kann auch bei anderen elektrisch angetriebenen Steueranwendungen benutzt werden.
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches ein existierendes Steuersystem 100 für eine vektorgesteuerte IPM-Maschine, welche für den Gebrauch mit einem Hybridfahrzeug geeignet ist, darstellt. Derartige Systeme sind gut bekannt, und deshalb wird der Betrieb des Steuersystems 100 hier nicht im Detail beschrieben. Zusammenfassend stellt das Steuersystem 100 die q-Achse-Komponente des Statorstrombefehls I_Q* (q-Achse-Strombefehl) der IPM-Maschine ein, wobei ein flussschwächender Steuerregelkreis benutzt wird. Das Steuersystem 100 beinhaltet: ein Strombefel-3-D-Lookup-Tabelle-Modul 102, ein Synchronstrom-Reglermodul mit dynamischer Übermodulation 116, ein DC-zu-AC-Transformationsmodul 118, einen PWM-Wechselrichter 120, ein AC-zu-DC-Transformationsmodul 122, eine IPM-Maschine 124 und ein feldschwächendes Modul 114. Das Steuersystem 100 arbeitet wie nachfolgend beschrieben.
Basierend auf einem Drehmomentbefehl T* werden die Rotorrotationsgeschwindigkeit ω_R und eine DC-Anschlussspannung V_DC, vordefinierte optimale Strombefehle (I_D* und I_Q*) erzeugt, wobei das Strombefehl-3-D-Look-up-Tabelle-Modul 102 benutzt wird. Die Eingangssignale an das Look-up-Tabelle-Modul 102 werden durch einen Spannungssensor von dem V_DC-Eingangssignal an den Wechselrichter 120 und einen Positionssensor (nicht gezeigt in 1) von der IPM-Maschine 124 bereitgestellt. Der q-Achse-Strombefehl I_Q* wird eingestellt, um einen eingestellten Strombefehl (I_Q**) zu erhalten, wie nachfolgend erklärt wird.
Die I_D- und I_Q-stationären Ströme (d-Achse- und q-Achse-Komponenten des Statorstroms) von der IPM-Maschine 124 werden zu dem synchronen Stromreglermodul mit dynamischer Übermodulation 116 geführt, welche synchrone Spannungsbefehle (V_D* und V_Q*) erzeugt. Die Spannungsbefehle V_D* und V_Q* sind vektorgedreht, wobei die Rotorwinkelposition θ_R benutzt wird, welche durch die IPM-Maschine 124 bereitgestellt wird. Die Ausgangssignale des Stromreglers mit dynamischer Übermodulation 116 (nämlich V_D* und V_Q*) werden an das DC-zu-AC-Transformationsmodul 118 geführt, um stationäre Rahmenspannungsbefehle (V_AS*, V_BS* und V_CS*) zu erzeugen, basierend auf V_D* und V_Q*.
Die stationären Rahmenspannungsbefehle V_BS*, V_BS* und V_CS* werden zu dem Wechselrichter 120 geführt, um I_AS, I_BS und I_CS zu erzeugen, welche die jeweiligen stationären Rahmenströme sind. Der Wechselrichter 120 kann z. B. ein PWM-Wechselrichter sein, welcher eine alternierende Dreiphasenspannung an der Statorwicklung der IPM-Maschine 124 anlegt. Die IPM-Maschine 124 arbeitet dann bei der Rotationsgeschwindigkeit ω_R, basierend auf den stationären Rahmenströmen I_AS, I_BS und I_CS.
Das AC-zu-DC-Transformationsmodul 122 erzeugt I_D und I_Q (die d-Achse- und q-Achse-Komponenten des Statorrückkopplungsstromes), basierend auf I_AS, I_BS, I_CS und θ_R. Zusätzliche Details des Steuersystems 100 können in der Patentanmeldung der Vereinigten Staaten mit der Nummer 2005/0212471 gefunden werden, deren Inhalt hier als Referenz in ihrer Gesamtheit eingearbeitet ist.
Die rück-elektromotorische Kraft (”Rück-EMF”) ist proportional zu der Rotationsgeschwindigkeit ω_R. Darüber hinaus nimmt die Rück-EMF der IPM zu, wenn die Rotationsgeschwindigkeit ω_R des IPM erhöht wird. Oberhalb einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit kann die Spannung der IPM-Maschine höher als die Spannung eines Busses (nicht gezeigt) werden, was umgekehrt zu einem Stromfluss führt (regenerierend anstatt antreibend). Um die I_D- und I_Q-Komponenten des Statorstromes zu steuern, wird der Maschinenfluss durch einen feldschwächenden Steuerregelkreis reduziert. Das feldschwächende Modul 114 erzeugt einen Befehlsstrom-Einstellwert ΔI_Q (ΔI_Q ist der Einstell-q-Achse-Stromwert), welcher den Fluss in der Maschine erniedrigt, jedoch auch das Drehmoment erniedrigt, basierend auf V_D* und V_Q*, um den Strombefehl I_Q* einzustellen. Beispielsweise wird dann ΔI_Q zu I_Q* durch ein Addierglied 112 addiert, um den eingestellten Strombefehl I_Q** zu erzeugen.
Das Einstellen von I_D* und I_Q* auf diese Weise führt zu einer Verminderung in dem Drehmoment, wie dies im Kontext der 2 erklärt wird. Das zuvor erwähnte Reduzieren im Drehmoment reduziert das Maximaldrehmoment, welches von der IPM-Maschine verfügbar ist, und kann den Maschinenwirkungsgrad reduzieren. Zusätzliche Details des feldschwächenden Moduls 114 können in der Patentanmeldung der Vereinigten Staaten mit der Seriennummer 11/552,580 gefunden werden, ausgestellt am 25. Oktober 2006, welche hier als Referenz in ihrer Gesamtheit eingebaut ist.
2 stellt die Stromregulierungs-Leistungsfähigkeit, mit und ohne einer Drehmoment-Linearitätssteuerung, dar. Das feldschwächende Steuerregelkreis-Modul 114 (1) hält das Stromregulierglied bei der verfügbaren Spannung durch Einstellen des I_q*-Stromes durch einen Betrag ΔI_q, wie oben erklärt, stabil. Delta I_q jedoch bewegt den Stromvektor 210 vom Punkt 204 auf der T1-konstante Drehmomentkurve zum Punkt 208 auf der T2-konstanten Drehmomentkurve, wodurch das Drehmoment in direkter Abhängigkeit zum Fluss vermindert wird. Es ist wünschenswert, den aktuellen Vektor auf der T1-konstanten Drehmomentkurve in dem feldschwächenden Bereich der IPM-Maschine zu halten. Bis dahin erzeugt der Steuerregelkreis eines Drehmoment-Linearitätsmoduls (nicht gezeigt) ΔI_d, welches den Stromvektor 210 vom Punkt 208 auf der T2-Konstant-Drehmomentkurve zum Punkt 206 auf der T1-Konstant-Drehmomentkurve bewegt, wodurch das Drehmoment konstant gehalten wird und die Drehmomentlinearität in einem feldschwächenden Bereich der IPM-Maschine aufrechterhalten wird.
Die Techniken, welche hier beschrieben sind, stellen sowohl I_d als auch I_q-Komponenten des Statorstromes ein, um umgekehrt über die Zeit variierende Rotortemperatur-(T_R-)Änderungen zu berücksichtigen, welche den Fluss in dem feldschwächenden Bereich beeinflussen, um die Drehmoment-Leistungsfähigkeit beizubehalten.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Steuerregelkreises für das Feldschwächen in einer elektrischen Maschine, welche einen Permanentmagnet-Rotor entsprechend einer Ausführungsform aufweist. Als Eingangssignale werden der Motordrehmomentbefehl T*, die DC-Anschlussspannung V_DC und die Rotorgeschwindigkeit ω_R durch das Steuersystem 300 empfangen. Der Drehmomentbefehl T*, die DC-Anschlussspannung V_dc und die Rotorgeschwindigkeit ω_R sind Eingangssignale für die I_d-Look-up-Tabelle 302 und die I_q-Look-up-Tabelle 303, welche einen vordefinierten optimalen d-Achse-Strombefehl I_d* und einen vordefinierten optimalen q-Achse-Strombefehl I_q* erzeugen. Der vordefinierte d-Achse-Strombefehl I_d* und der vordefinierte q-Achse-Strombefehl I_q* werden an die Befehlsstrom-Korrekturwerte ΔI_d und ΔI_q addiert, um den d-Achse-eingestellten Strombefehl (I_d**) und den q-Achse-eingestellten Strombefehl (I_q**) als Eingangssignale für die Stromregler 316 und 317 zu erhalten. Die Stromregler 316 und 317 erzeugen synchrone Befehlsspannungen V_d* und V_q*, aus welchen eine Phasenspannung V_ph durch das arithmetische Modul 306 berechnet wird, als die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der synchronen Befehlsspannungen. Die Phasenspannung V_ph ist eine Eingangskomponente der Befehlsstrom-Korrekturwerte ΔI_d und ΔI_q zusammen mit dem Ausgangssignal des Flussverkettungs-Korrekturmoduls 350.
Das Flussverkettungs-Korrekturmodul 350 kann als Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination davon eingebettet sein und kann durch einen Prozessor oder eine Kombination von vielen Prozessoren gesteuert und ausgeführt werden. Das Flussverkettungskorrekturmodul 350 empfängt die aktuelle Rotortemperatur (T_R) und die eingestellten Strombefehle I_d** und I_q** als Eingangssignale für die Flussverkettungs-Look-up-Tabelle 355. Die Flussverkettungs-Look-up-Tabelle 355 enthält die vorher festgelegten Rotorflussdaten als eine Funktion der Rotortemperatur (T_R) (siehe 5–7). Demnach gibt für eine spezielle Kombination von I_d**, I_q** und der Rotortemperatur die Flussverkettungs-Look-up-Tabelle 355 einen Rotorflussbefehl Ψ_phCmd aus, welcher darauf folgend mit der Rotorgeschwindigkeit ω_R multipliziert wird, um einen Spannungsbefehl V_phCmd herzustellen. Die Phasenspannung V_ph, welche durch das arithmetische Modul 306 erzeugt ist, wird dann von dem Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) subtrahiert.
Die Phasenspannung V_ph ist ein Rückkopplungssignal, welches von dem Phasenspannungsbefehl V_phCmd subtrahiert wird, um den Spannungsbefehl V_error zu erzeugen, welcher durch einen proportional Integral-(PI-)Regler bearbeitet wird, um die Befehlsstrom-Korrekturwerte ΔI_d und ΔI_q zu erzeugen, wobei jeder mit seinem jeweilig vorher definierten d-Achse-Strombefehl Id* und vordefinierten q-Achse-Strombefehl I_q* summiert wird, wie dies oben diskutiert wurde.
Der Phasenspannungsfehler (V_error = V_phCmd – V_ph) wird dann durch ein proportionales Integral-Steuerglied 357 bearbeitet, um den Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_d zu erzeugen. Der Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_d wird ferner durch einen Verstärker 359 mit einer Verstärkung K bearbeitet, um den Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_q zu erzeugen. In äquivalenten Ausführungsformen kann der Verstärker K mit einer Funktions-Look-up-Tabelle als Funktion von I_d** und I_q** ersetzt werden, um den Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_q aus dem Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_d zu erzeugen.
4 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Steuerregelkreises für das Feldschwächen in einer elektrischen Maschine, welche einen Permanentmagnet-Rotor aufweist, entsprechend einer anderen Ausführungsform. Als Eingangssignale werden der Motordrehmomentbefehl T*, die DC-Verkettungsspannung V_DC und die Rotorgeschwindigkeit ω_R durch das Steuersystem 400 empfangen. Der Drehmomentbefehl T*, die DC-Verkettungsspannung V_DC und die Rotorgeschwindigkeit ω_R sind jeweils Eingangssignale für die I_d-Look-up-Tabelle 302 bzw. die I_q-Look-up-Tabelle 303, welche einen vordefinierten d-Achse-Strombefehl I_d* und einen vordefinierten q-Achse-Strombefehl I_q* erzeugt. Der vordefinierte d-Achse-Strombefehl I_d* und ein vordefinierter q-Achse-Strombefehl I_q* werden zu den Befehlsstrom-Korrekturwerten ΔI_d und ΔI_q addiert, um den d-Achse-eingestellten Strombefehl (I_D**) und den q-Achse-eingestellten Strombefehl (I_Q**) als Eingangssignale für die Stromregler 316 und 317 zu erhalten. Die Stromregler 316 und 317 erzeugen synchrone Befehlsspannungen V_d* und V_q*, aus welchen eine Phasenspannung V_ph durch das arithmetische Modul 406 berechnet wird, als die Summe der Quadrate der synchronen Befehlsspannungen. Die Phasenspannung V_ph ist eine Komponente der Befehlsstrom-Korrekturwerte ΔI_d und ΔI_q zusammen mit dem Ausgangssignal des Flussverkettungs-Korrekturmoduls 350.
Das arithmetische Modul 406 stellt auch die Phasenspannung V_ph für jegliche festen Spannungsabfälle über dem Wechselrichter 120 ein. Derartige feste Spannungsabfälle können Spannungsabfälle für jegliche zusammenhängende Anschlussverbindungen und/oder Leistungsschalter beinhalten, wie z. B. einen isolierten Gate-bipolaren Transistor (IGBT). Das arithmetische Modul 406 stellt auch die vom Phasenstrom getriebenen Spannungsabfälle (I_ph*R_inv) über dem Wechselrichter 120 ein.
Das Flussverkettungs-Korrekturmodul 350 kann als Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination davon eingebettet sein und kann durch einen Prozessor oder eine Kombination von vielen Prozessoren gesteuert oder ausgeführt werden. Das Flussverkettungs-Korrekturmodul 350 empfängt als Eingangssignale die aktuelle Rotortemperatur (T_R) und die eingestellten Strombefehle I_d** und I_q**, welche weiter nachfolgend diskutiert werden. Die Rotortemperatur I_d** und I_q** werden als Eingangssignale für die Flussverkettungs-Look-up-Tabelle 355 empfangen, welche vorher festgelegte Rotorflussdaten als eine Funktion der Rotortemperatur enthält. Die Flussverkettungs-Look-up-Tabelle 355 gibt einen Rotorflussbefehl Ψ_phCmd aus, welcher nachfolgend mit der Rotorgeschwindigkeit ω_R multipliziert wird, um einen dazwischen liegenden Phasenspannungsbefehl (V_phCmd') zu erzeugen.
Zusätzlich dazu, dass es ein Eingangssignal ist, um den dazwischen liegenden Phasenspannungsbefehl V_phCmd' zu erzeugen, wird die Rotorgeschwindigkeit ω_R auch als ein Eingangssignal für eine Statorwiderstands-Look-up-Tabelle 360 benutzt. Diese Statorwiderstandseinstellung kompensiert die Änderungen in dem Statorwiderstand R_s aufgrund von Stator-Temperaturänderungen und der Rotorgeschwindigkeit ω_R. Nahe der Raumtemperatur erhöht sich der elektrische Widerstand eines typischen Metalls linear mit der steigenden Temperatur. Der Betrag einer derartigen Änderung im Widerstand kann berechnet werden, indem der Temperaturkoeffizient des spezifischen elektrischen Widerstands des Leiters benutzt wird, wobei die folgende Formel benutzt wird: R(T) = R₀[1 + α(T – T₀)] wobei T dessen Temperatur ist, T₀ eine Referenztemperatur (gewöhnlich die Raumtemperatur) ist, R₀ der Widerstand bei T₀ ist und α die prozentuale Änderung im spezifischen elektrischen Widerstand pro Temperatureinheit ist. Die Konstante α hängt nur von dem Leitermaterial ab, welches in Betracht gezogen wird. Die aufgeführte Beziehung ist aktuell nur eine ungefähre, die tatsächliche Physik ist in gewisser Weise nichtlinear. Schaut man darauf in einer anderen Weise, ändert sich α selbst mit der Temperatur. Aus diesem Grund ist es allgemeine Praxis, die Temperatur zu spezifizieren, dass α bei einer Suffix gemessen wurde, wie z. B. α₁₅, und die Beziehung nur in einem Bereich der Temperaturen standhält, rund um die Referenz.
Fährt man weiter fort, so ist I_ph als die Quadratwurzel der Summe der quadrierten Werte der eingestellten Strombefehle (I_d** und I_q**) auch ein Eingangssignal zu der R_s-Look-up-Tabelle 360, welche einen eingestellten Statorwiderstand (R') ausgibt. Eine Statorspannungseinstellung (V') wird dann durch Multiplizieren des eingestellten Statorwiderstandes (R') mit dem Phasenstrom (I_ph) bestimmt. Die Stator-Widerstandsspannung (V') wird dann mit dem Phasenspannungsbefehl (V_phCmd') summiert, um den Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) zu erzeugen. Die Phasenspannung (V_ph), welche durch das arithmetische Modul 406 erzeugt ist, wird von dem Phasenspannungsbefehl V_phCmd subtrahiert, um den Phasenspannungsfehler zu erzeugen (V_error = V_phCmd – V_ph).
Der Phasenspannungsfehler (V_error = V_phCmd – V_ph) wird dann durch das PI-Steuerglied 357 bearbeitet, um einen Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_d zu erzeugen. Der Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_d wird weiter durch einen Verstärker 359 bearbeitet, mit einer Verstärkung K, um einen Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_q zu erzeugen.
5A und 5B stellen graphische Darstellungen, welche die Flussverkettungsdaten Ψ_d und Ψ_q bei 25°C und 90°C jeweils repräsentieren, als eine Funktion der stationären Ströme I_d und I_q dar. Jede farbige Kurve repräsentiert eine unterschiedliche Flussstärke. 5A und 5B zeigen, dass größere Werte für die stationären Ströme I_d und I_q erforderlich sind, um die gleiche Flussverkettung zu erhalten, wenn der Rotormagnet (die Rotormagnete) warmer ist (sind). Wie ersehen werden kann, wenn man die 5A und 5B vergleicht, weist die Flussverkettung Ψ_d eine signifikante Änderung in der Größe als eine Funktion der Temperatur auf, während die Flussverkettung Ψ_q eine kleine Veränderung mit der Temperatur aufweist. Die Flussverkettung ist umgekehrt proportional zu der Temperatur. In den hier beschriebenen Ausführungsformen können die Flussverkettungsdaten, welche in den 5A und 5B präsentiert werden, als die Daten in der Flussverkettungs-Look-up-Tabelle 355 in dem feldschwächenden Modul 350 (3) des feldschwächenden Steuerregelkreises 114 (1) benutzt werden.
6 ist eine graphische Darstellung der Phasenflussverkettung Ψ_ph, welche die Flussverkettungsgröße der kombinierten Flussverkettungen Ψ_d und Ψ_q ist, wobei die Verschiebung in I_ph bei Veränderungen in der Temperatur gezeigt wird.
7 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften, von einem Computerprozessor ausgeführten Verfahrens 700 entsprechend zu der Ausführungsform der 4, welche hier für das Steuern der feldschwächenden Genauigkeit in einem integrierten Permanentmagnet-(IPM-)elektrischen Motor aufgrund der Temperaturänderungen veröffentlich ist. Die beispielhafte Ausführungsform der 4 ist im Wesentlichen identisch zu jener der 3 mit dem Zusatz der Stator-Widerstands-Look-up-Tabelle 360. Demnach wird hier unten nur das Verfahren der 4 der Kürze wegen diskutiert.
Das Verfahren 700 beginnt beim Prozess 701, bei welchem ein Prozessor (nicht gezeigt) als Eingangssignale einen Drehmomentbefehl (T*) von einem Bediener oder einem Autopilot, eine Rotorgeschwindigkeit (ω_R) und eine DC-Anschlussspannung (V_dc) empfängt. Beim Prozess 707 schaut der Prozessor nach den q-Achse-(I_q*-) und die d-Achse-(I_d*-)Komponenten eines entsprechenden Statorstrombefehls. Die Nachschlagoperation kann eine Look-up-Tabelle oder irgendeine andere geeignete Datenspeicherstruktur benutzen.
Beim Prozess 714 werden die q-Achse-(I_q*-) und die d-Achse-(I_d*-)Komponenten eines entsprechenden Statorstrombefehls eingestellt, indem (I_q* und I_d*) mit ihren entsprechenden Strombefehl-Korrekturwerten (ΔI_q und ΔI_d) jeweils aufsummiert werden, um die eingestellten Strombefehle (I_d** und I_q**) zu erzeugen. Die Bestimmung von (ΔI_q und ΔI_d) wird detaillierter unten diskutiert.
Beim Prozess 756 werden die d-Achse- und q-Achse-Komponenten (I_d und I_q) des Phasenstromes (I_ph) von den eingestellten Strombefehlen (I_d** und I_q**) subtrahiert, um den Stromfehler in der d-Achse und q-Achse zu erhalten, welche durch das PI-Steuerglied 357 bearbeitet werden, um synchrone Befehlsspannungen (V_d* und V_q*) jeweils zu erzeugen, indem ein Paar von Stromreglern 316 und 317 (4) benutzt wird. Fachleute mit gewöhnlichem Wissen werden würdigen, dass die spezielle Einrichtung, welche die eingestellten Strombefehle in synchrone Befehlsspannungen wandelt, nicht notwendigerweise ein Stromregler sein muss. Andere geeignete Einrichtungen, Software, Firmware oder eine Kombination davon können ebenso gut ausreichend sein. Beispielsweise kann eine Funktion ausreichend sein.
Beim Prozess 763 wird eine eingestellte Phasenspannung (V_ph) berechnet, indem die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der synchronen Befehlsspannungen (V_d* und V_q*) hergenommen wird, und sie wird weiter für den festen Spannungsabfall über den Wechselrichter 120 (siehe 1) und den Spannungsabfall über den Wechselrichter aufgrund des äquivalenten Widerstands des Wechselrichters eingestellt.
Simultan zu den Prozessen 756 und 763 empfängt beim Prozess 745 ein Prozessor (nicht gezeigt) die IPM-Rotortemperatur (T_R) und die eingestellten Strombefehle I_d** und I_q** als Eingangssignale. Der Prozessor schaut dann nach einem jeweilig entsprechenden Phasenflussbefehl (Ψ_phCmd). Der Nachschlagbetrieb für den Phasenflussbefehl (Ψ_phCmd) kann eine Look-up-Tabelle oder irgendeine andere geeignete Datenspeicherstruktur benutzen. Der Phasenflussbefehl (Ψ_phCmd) kann dann benutzt werden, um einen dazwischen liegenden Phasenspannungsbefehl (Ψ_phCmd') zu bestimmen, indem diese mit der Rotorgeschwindigkeit (ω_R) multipliziert wird. In der alternativen Ausführungsform der 3 kann dann Ψ_phCmd benutzt werden, um den Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) direkt zu bestimmen.
Beim Prozess 735 empfängt ein Prozessor (nicht gezeigt) einen Phasenstrom (I_ph), welcher als die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der eingestellten Strombefehle (I_d** und I_q**), einer Statortemperatur und der Rotorgeschwindigkeit (ω_R) als Eingangswerte für die Statorwiderstands-Look-up-Tabelle R_s berechnet werden kann. Ein Widerstandseinstellwert R' wird von der Statorwiderstands-Look-up-Tabelle ausgegeben und wird benutzt, um eine Stator-Spannungseinstellung (V') zu bestimmen, indem der Phasenstrom mit dem Widerstandswert (R') beim Prozess 742 multipliziert wird.
Beim Prozess 749 wird der Phasenspannungsbefehl (VphCmd) berechnet, indem die Stator-Spannungseinstellung (V') mit dem Spannungseinstellbefehl (V_ph') aufsummiert wird. Beim Prozess 770 wird der Phasenspannungsfehler (V_error) bestimmt, indem die Phasenspannung (V_ph), welche beim Prozess 763 bestimmt ist, von dem Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) subtrahiert wird.
Beim Prozess 777 wird der Phasenspannungsfehler (V_error) in die Befehlsstrom-Korrekturwerte ΔI_q und ΔI_d gewandelt, wobei ein Proportional-Integral-Steuerglied 357 und ein Verstärker 359 (4) benutzt werden. Die Befehlsstrom-Korrekturwerte ΔI_q und ΔI_d werden dann benutzt, um die q-Achse-(I_q*-) und die d-Achse-(I_d*-)Komponenten des Statorstrombefehls einzustellen, wie dies oben in Bezug auf den Prozess 714 diskutiert wurde.
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 die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und dass nicht beabsichtigt ist, dass diese den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in irgendeiner Weise einschränken. Vielmehr wird die vorausgegangene detaillierte Beschreibung Fachleuten als eine bequeme Anleitung für das Implementieren der beispielhaften Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen dienen. Es sollte davon ausgegangen werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und in der Anordnung der Elemente durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen und den rechtlichen Äquivalenten davon dargelegt wird.
WEITERE AUSFÜHRUNGSFORMEN

1. Verfahren für das Steuern feldschwächender Genauigkeit in einem integrierten Permanentmagnet-(IPM-)elektrischen Motor, welches aufweist: Erzeugen eines Phasenspannungs-Rückkopplungssignals V_ph, basierend zum Teil auf vorher definierten optimalen Strombefehlen (I_d* und I_q*), welche durch den IPM empfangen werden; Erzeugen eines Phasenspannungsbefehls V_phcmd, basierend zum Teil auf einer Temperatur (T_R) eines magnetischen Rotors des IPM; Erzeugen eines Phasenspannungsfehlers V_error durch Subtrahieren des Phasenspannungs-Rückkopplungs-Signals V_ph von dem Phasenspannungsbefehl V_phcmd; Erzeugen eines d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwertes ΔI_d und eines q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwertes ΔI_q aus dem Phasenspannungsfehler V_error; und Einstellen der vorher definierten optimalen Strombefehle (Id* und Iq*) durch die d-Achse- und die q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwerte (ΔI_d und ΔI_q).
2. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei der Phasenspannungsbefehl V_phcmd' ein Produkt aus einer Geschwindigkeit des magnetischen Rotors des IPM und eines Rotorflussbefehls Ψ_phCmd ist.
3. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei der Rotorflussbefehl (Ψ_phCmd) aus einer Datenstruktur erzeugt wird, welche die temperaturbasierte Flussverkettungsdaten enthält, auf welche durch eine Temperatur des magnetischen Rotors des IPM, einen d-Achse-eingestellten Strombefehl (I_d**) und einen q-Achse-eingestellten Strombefehl (I_q**) zugegriffen wird.
4. Feldschwächender Steuerregelkreis für eine elektrische Maschine, welche einen permanentmagnetischen Rotor beinhaltet, welcher aufweist: einen ersten Stromregler, welche konfiguriert ist, einen d-Achse-eingestellten Strombefehl (I_d**) und eine d-Achse-Stromrückkopplung (I_d) in einen synchronen Spannungsbefehl (V_d*) zu wandeln; einen zweiten Stromregler, welcher konfiguriert ist, einen q-Achse-eingestellten Strombefehl (I_q**) und eine q-Achse-Stromrückkopplung (I_q) in einen synchronen Spannungsbefehl (V_q*) zu wandeln; eine arithmetische Einheit, welche konfiguriert ist, eine Phasenspannung (V_ph) aus den synchronen Spannungsbefehlen (V_d* und V_q*) zu erzeugen; ein Flussverkettungs-Korrekturmodul, wobei das Flussverkettungs-Korrekturmodul konfiguriert ist, eine Rotortemperatur (T_R) und eine Rotorgeschwindigkeit (ω_R) zu empfangen, und konfiguriert ist, einen Phasenspannungsbefehl (V_phcmd) zu erzeugen; und einen Rückkopplungspfad, welcher konfiguriert ist, die Phasenspannung (V_ph) von dem Phasenspannungsbefehl (V_phcmd) zu subtrahieren, und konfiguriert ist, sowohl einen d-Achse-Strombefehl-Korrekturwert ΔI_d als auch einen q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_q zu erzeugen, basierend auf der Subtraktion als Eingangssignale zu dem ersten Stromregler und dem zweiten Stromregler.
5. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 4, wobei das Flussverkettungs-Korrekturmodul eine Speichereinrichtung aufweist, welche Flussverkettungsdaten, welche darin gespeichert sind, enthält, wobei die Flussverkettungsdaten einen synchronen d-Achse-Strom (I_d) auf einen entsprechenden q-Achse-Strom (I_q) bei einer speziellen magnetischen Rotortemperatur beziehen.
6. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 5, wobei die Flussverkettungsdaten in einer Look-up-Tabelle gespeichert werden, welche eine Temperatur (T_R) des permanentmagnetischen Rotors, den d-Achse-eingestellten Strombefehl (I_d**) und den q-Achse-eingestellten Strombefehl (I_q**) als Eingangswerte benutzt und einen Rotorflussbefehl (Ψ_phCmd) erzeugt.
7. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 6, wobei der Rotorflussbefehl (Ψ_phCmd) mit der Rotorgeschwindigkeit multipliziert wird, um einen Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) zu erzeugen.
8. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 7, welcher ferner ein Proportional-Integrierglied aufweist, welches konfiguriert ist, eine Differenz zwischen dem Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) und der Phasenspannung (V_ph) in den d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert (ΔI_d) zu wandeln.
9. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 7, welcher ferner einen Verstärker aufweist, welcher konfiguriert ist, den d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert (ΔI_d) in den d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert zu wandeln.
10. Feldschwächender Steuerregelkreis für eine elektrische Maschine mit einem permanentmagnetischen Rotor und einem Wechselrichter, welcher aufweist: einen ersten Stromregler, welcher konfiguriert ist, einen d-Achse-eingestellten Strombefehl (I_d**) und eine d-Achse-Stromrückkopplung (I_d) in eine synchrone Befehlsspannung (V_d*) zu wandeln; einen zweiten Stromregler, welcher konfiguriert ist, einen q-Achse-eingestellten Strombefehl (I_q**) und eine q-Achse-Stromrückkopplung (I_q) in eine synchrone Befehlsspannung (V_q*) zu wandeln; eine arithmetische Einheit, welche konfiguriert ist, eine Phasenspannung (V_ph) aus den synchronen Befehlsspannungen (V_d* und V_q*), welche für einen Spannungsabfall (V_drop) und einen Widerstandsverlust (R_inv) über den Wechselrichter eingestellt sind, zu erzeugen; ein Flussverkettungs-Korrekturmodul, wobei das Flussverkettungs-Korrekturmodul konfiguriert ist, eine Rotortemperatur (T_R), eine Rotorgeschwindigkeit (ω_R) und einen Phasenstrom (I_ph) zu empfangen, und konfiguriert ist, einen Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) zu erzeugen; und einen Rückkopplungspfad, welcher konfiguriert ist, die Phasenspannung (V_ph) von dem Phasenspannungsbefehl (V_phcmd) zu subtrahieren, und konfiguriert ist, sowohl einen d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert (ΔI_d) und einen q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert (ΔI_q) zu erzeugen, basierend auf der Subtraktion als Eingangssignale für den ersten Stromregler und den zweiten Stromregler.
11. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 10, wobei das Flussverkettungs-Korrekturmodul eine Speichereinrichtung aufweist, welche Flussverkettungsdaten, welche darin gespeichert sind, enthält, wobei die Flussverkettungsdaten einen stationären d-Achse-Strom (I_d) auf einen entsprechenden q-Achse-Strom (I_q) bei einer speziellen magnetischen Rotortemperatur beziehen.
12. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 11, wobei die Flussverkettungsdaten in einer Look-up- bzw. Verweistabelle gespeichert sind, welche eine Temperatur des permanentmagnetischen Rotors, den d-Achse-eingestellten Strombefehl (I_d**) und den q-Achse-eingestellten Strombefehl (I_q**) für die Eingangswerte benutzt und einen Rotorflussbefehl (Ψ_phcmd) erzeugt.
13. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 12, wobei der Rotorflussbefehl (Ψ_phCmd) mit der Rotorgeschwindigkeit multipliziert wird, um eine eingestellte Phasenspannung (V_ph*) zu erzeugen.
14. Feldschwächender Steuerregelkeis nach Ausführungsform 13, welcher ferner eine Statorwiderstands-Look-up-Tabelle aufweist.
15. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 14, wobei die Statorwiderstands-Look-up-Tabelle den Phasenstrom (I_ph), die Rotorgeschwindigkeit und eine Temperatur eines Stators als Eingangswerte empfängt und einen Widerstandseinstellwert (R') erzeugt.
16. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 15, wobei der Phasenstrom (I_ph) mit dem Widerstandseinstellwert (R') multipliziert wird, um eine Spannungseinstellung (V') zu erzeugen.
17. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 16, wobei die Spannungseinstellung (V') zu der eingestellten Phasenspannung (V_ph*) addiert wird, um den Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) zu erzeugen.
18. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 17, welcher ferner ein Proportional-Integrierglied aufweist, welches konfiguriert ist, eine Differenz zwischen dem Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) und der Phasenspannung (V_ph) in den d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert (ΔI_d) zu wandeln.
19. Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ausführungsform 18, welcher ferner einen Verstärker aufweist, welcher konfiguriert ist, den d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert (ΔI_d) in den d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert zu wandeln.

Claims

Verfahren für das Steuern feldschwächender Genauigkeit in einem integrierten Permanentmagnet-(IPM-)elektrischen Motor, welches aufweist: Erzeugen eines Phasenspannungs-Rückkopplungssignals V_ph, basierend zum Teil auf vorher definierten optimalen Strombefehlen (I_d* und I_q*), welche durch den IPM empfangen werden; Erzeugen eines Phasenspannungsbefehls V_phcmd, basierend zum Teil auf einer Temperatur (T_R) eines magnetischen Rotors des IPM; Erzeugen eines Phasenspannungsfehlers V_error durch Subtrahieren des Phasenspannungs-Rückkopplungs-Signals V_ph von dem Phasenspannungsbefehl V_phcmd; Erzeugen eines d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwertes ΔI_d und eines q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwertes ΔI_q aus dem Phasenspannungsfehler V_error; und Einstellen der vorher definierten optimalen Strombefehle (Id* und Iq*) durch die d-Achse- und die q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwerte (ΔI_d und ΔI_q)
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Phasenspannungsbefehl V_phcmd' ein Produkt aus einer Geschwindigkeit des magnetischen Rotors des IPM und eines Rotorflussbefehls Ψ_phCmd ist.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Rotorflussbefehl (Ψ_phCmd) aus einer Datenstruktur erzeugt wird, welche die temperaturbasierte Flussverkettungsdaten enthält, auf welche durch eine Temperatur des magnetischen Rotors des IPM, einen d-Achse-eingestellten Strombefehl (I_d**) und einen q-Achse-eingestellten Strombefehl (I_q**) zugegriffen wird.
Feldschwächender Steuerregelkreis für eine elektrische Maschine, welche einen permanentmagnetischen Rotor beinhaltet, welcher aufweist: einen ersten Stromregler, welche konfiguriert ist, einen d-Achse-eingestellten Strombefehl (I_d**) und eine d-Achse-Stromrückkopplung (I_d) in einen synchronen Spannungsbefehl (V_d*) zu wandeln; einen zweiten Stromregler, welcher konfiguriert ist, einen q-Achse-eingestellten Strombefehl (I_q**) und eine q-Achse-Stromrückkopplung (I_q) in einen synchronen Spannungsbefehl (V_q*) zu wandeln; eine arithmetische Einheit, welche konfiguriert ist, eine Phasenspannung (V_ph) aus den synchronen Spannungsbefehlen (V_d* und V_q*) zu erzeugen; ein Flussverkettungs-Korrekturmodul, wobei das Flussverkettungs-Korrekturmodul konfiguriert ist, eine Rotortemperatur (T_R) und eine Rotorgeschwindigkeit (ω_R) zu empfangen, und konfiguriert ist, einen Phasenspannungsbefehl (V_phcmd) zu erzeugen; und einen Rückkopplungspfad, welcher konfiguriert ist, die Phasenspannung (V_ph) von dem Phasenspannungsbefehl (V_phcmd) zu subtrahieren, und konfiguriert ist, sowohl einen d-Achse-Strombefehl-Korrekturwert ΔI_d als auch einen q-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert ΔI_q zu erzeugen, basierend auf der Subtraktion als Eingangssignale zu dem ersten Stromregler und dem zweiten Stromregler.
Feldschwächender Steuerregelkreis nach Anspruch 4, wobei das Flussverkettungs-Korrekturmodul eine Speichereinrichtung aufweist, welche Flussverkettungsdaten, welche darin gespeichert sind, enthält, wobei die Flussverkettungsdaten einen synchronen d-Achse-Strom (I_d) auf einen entsprechenden q-Achse-Strom (I_q) bei einer speziellen magnetischen Rotortemperatur beziehen.
Feldschwächender Steuerregelkreis nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Flussverkettungsdaten in einer Look-up-Tabelle gespeichert werden, welche eine Temperatur (T_R) des permanentmagnetischen Rotors, den d-Achse-eingestellten Strombefehl (I_d**) und den q-Achse-eingestellten Strombefehl (I_q**) als Eingangswerte benutzt und einen Rotorflussbefehl (Ψ_phCmd) erzeugt.
Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ansprüchen 4 bis 6, wobei der Rotorflussbefehl (Ψ_phCmd) mit der Rotorgeschwindigkeit multipliziert wird, um einen Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) zu erzeugen.
Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ansprüchen 4 bis 7, welcher ferner ein Proportional-Integrierglied aufweist, welches konfiguriert ist, eine Differenz zwischen dem Phasenspannungsbefehl (V_phCmd) und der Phasenspannung (V_ph) in den d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert (ΔI_d) zu wandeln.
Feldschwächender Steuerregelkreis nach Ansprüchen 4 bis 8, welcher ferner einen Verstärker aufweist, welcher konfiguriert ist, den d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert (ΔI_d) in den d-Achse-Befehlsstrom-Korrekturwert zu wandeln.