DE102014016816A1 - Tuning of a resolver frequency - Google Patents
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- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
Abstract
Zur Optimierung des akustischen und schwingungstechnischen Verhaltens wird eine elektrische Maschine mit einer Antriebseinrichtung, die mit einer Taktfrequenz (2), welche zu entsprechenden Seitenbändern (3 bis 6) führt, betreibbar ist, und mit einer Resolvereinrichtung, die bei Betrieb eine Trägerfrequenz (7, 7') aufweist, dahingehend verbessert, dass die Trägerfrequenz in Abhängigkeit von den Seitenbändern eingestellt wird.In order to optimize the acoustic and vibration behavior, an electric machine with a drive device which can be operated with a clock frequency (2) which leads to corresponding sidebands (3 to 6), and with a resolver device which, in use, has a carrier frequency (7, 7 ') is improved in that the carrier frequency is adjusted in dependence on the sidebands.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Antriebseinrichtung, die mit einer Taktfrequenz, welche zu entsprechenden Seitenbändern führt, betreibbar ist, und einer Resolvereinrichtung, die bei Betrieb eine Trägerfrequenz aufweist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit einer Antriebseinrichtung und einer Resolvereinrichtung.The present invention relates to an electric machine having a drive device which is operable with a clock frequency which leads to corresponding sidebands, and a resolver having a carrier frequency in operation. Moreover, the present invention relates to a corresponding method for operating an electric machine with a drive device and a resolver.
In Elektromotoren, insbesondere permanenterregten Synchronmotoren, werden zur Regelung die jeweiligen Rotorpositionen benötigt. Resolver als Winkelgeber stellen ein mögliches technisches Konzept dar, um die für die Regelung von elektrischen Maschinen benötigten Rotorlagewinkel zu messen.In electric motors, in particular permanent-magnet synchronous motors, the respective rotor positions are required for control. Resolvers as angle encoders represent a possible technical concept to measure the rotor position angle required for the regulation of electrical machines.
Eine hohe Genauigkeit der Resolversignale ist die wesentliche Voraussetzung für eine präzise Regelung von elektrischen Maschinen sowie für ein hochwertiges NVH-Verhalten (noise vibration harshness; Störgeräusche und Vibrationen im Kraftfahrzeug).A high accuracy of the resolver signals is the essential prerequisite for a precise control of electrical machines and for a high-quality NVH behavior (noise vibration harshness, noise and vibration in the motor vehicle).
Elektromotoren werden in Kraftfahrzeugen zum Antrieb, aber auch als Servomotoren eingesetzt. Diese Motoren werden von einer entsprechenden Leistungselektronik angesteuert. Andererseits werden die jeweiligen Rotorlagewinkel mit entsprechender Sensorik (z. B. Resolver) ausgelesen. Durch elektrische oder schwingungstechnische Interaktionen zwischen diesen beiden Systemen können die Signale der Resolver beeinflusst, d. h. gestört werden. Bei heute ausgeführten elektrischen Antriebssystemen sind die eingesetzten Resolver vielfach nicht optimal mit der jeweils verwendeten Leistungselektronik des Elektromotors abgestimmt.Electric motors are used in motor vehicles for driving, but also as servomotors. These motors are controlled by an appropriate power electronics. On the other hand, the respective rotor position angles are read out with corresponding sensors (eg resolver). Electrical or vibrational interactions between these two systems can affect the signals of the resolvers, i. H. be disturbed. In today executed electric drive systems, the resolver used are often not optimally tuned with the power electronics used in each case of the electric motor.
Aus der Druckschrift
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Antriebseinrichtung und die Resolvereinrichtung einer elektrischen Maschine weiter zu entkoppeln, sodass noch weniger Störungen auftreten. Insbesondere soll eine elektrische Maschine und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer solchen elektrischen Maschine bereitgestellt werden.The object of the present invention is therefore to further decouple the drive device and the resolver of an electrical machine, so that even fewer disturbances occur. In particular, an electric machine and a corresponding method for operating such an electric machine should be provided.
Erfindungsgemäß ist daher eine elektrische Maschine nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 5 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention therefore an electric machine according to
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine besitzt eine Antriebseinrichtung, die mit einer Taktfrequenz, welche zu entsprechenden Seitenbändern führt, betreibbar ist, und eine Resolvereinrichtung, die bei Betrieb eine Trägerfrequenz aufweist. Die Trägerfrequenz wird nun in Abhängigkeit von den Seitenbändern eingestellt. Auf diese Weise lässt sich vermeiden, dass Seitenbänder der Taktfrequenz der Leistungselektronik exakt auf die Trägerfrequenz der Resolversignale fallen und diese beeinträchtigen. Zur Verhinderung einer solchen Störung wird folglich die Trägerfrequenz in einen Frequenzbereich verschoben bzw. platziert, der von den Seitenbändern, welche typischerweise von der Drehzahl des Elektromotors abhängen, nicht beeinflusst wird.An electric machine according to the invention has a drive device which can be operated with a clock frequency which leads to corresponding sidebands, and a resolver device which has a carrier frequency during operation. The carrier frequency is now set as a function of the sidebands. In this way it can be avoided that sidebands of the clock frequency of the power electronics fall exactly on the carrier frequency of the resolver signals and affect them. Thus, to prevent such interference, the carrier frequency is shifted to a frequency range that is unaffected by the sidebands, which typically depend on the speed of the electric motor.
Analog hierzu wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit einer Antriebseinrichtung und einer Resolvereinrichtung durch Betreiben der Antriebseinrichtung mit einer Taktfrequenz, welche zu entsprechenden Seitenbändern führt, und Betreiben der Resolvereinrichtung bei einer Trägerfrequenz bereitgestellt. Auch hier wird die Trägerfrequenz in Abhängigkeit von den Seitenbändern eingestellt, und zwar vorzugsweise so, dass diese die Trägerfrequenz der Resolvereinrichtung nicht beeinflussen.Analogously, according to the invention, a method is provided for operating an electrical machine with a drive device and a resolver device by operating the drive device with a clock frequency which leads to corresponding sidebands, and operating the resolver device at a carrier frequency. Again, the carrier frequency is adjusted in dependence on the sidebands, and preferably so that they do not affect the carrier frequency of the resolver.
Vorzugsweise besitzt die Antriebseinrichtung einen Synchronmotor, welcher durch PWM (Pulsweitenmodulation) betrieben wird. Durch diese PWM entstehen Seitenbänder, welche nicht auf die Trägerfrequenz des Resolvers fallen sollten.The drive device preferably has a synchronous motor which is operated by PWM (pulse width modulation). This PWM creates sidebands that should not fall on the carrier frequency of the resolver.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Taktfrequenz der Antriebseinrichtung variabel, und die Trägerfrequenz der Resolvereinrichtung ist auch in Abhängigkeit von der Taktfrequenz steuerbar oder regelbar. In diesem Fall kann die Taktfrequenz der Leistungselektronik des Elektromotors zur Leistungsoptimierung variabel sein, und dennoch kann das erfindungsgemäße Prinzip ausgenutzt werden, wonach die Trägerfrequenz der Resolvereinrichtung nicht durch die Seitenbänder der Antriebseinrichtung gestört wird.According to a particularly preferred embodiment, the clock frequency of the drive device is variable, and the carrier frequency of the resolver can also be controlled or regulated as a function of the clock frequency. In this case, the clock frequency of the power electronics of the electric motor for power optimization can be variable, and yet the inventive principle can be exploited, according to which the carrier frequency of the resolver is not disturbed by the sidebands of the drive device.
Wie oben bereits angedeutet wurde, lässt sich eine erfindungsgemäße elektrische Maschine vorteilhaft in einem Kraftfahrzeug einsetzen. Einsatzgebiet dabei ist nicht nur der Antrieb wie beispielsweise bei reinen Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, sondern auch Servofunktionalitäten, die für die Lenkung, die Einstellung von Klappen und Sitzen oder dergleichen gebräuchlich sind. As already indicated above, an electric machine according to the invention can be used advantageously in a motor vehicle. Field of application here is not only the drive such as in pure electric vehicles or hybrid vehicles, but also servo functions that are common for the steering, the adjustment of flaps and seats or the like.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.
Ein Elektromotor, insbesondere ein permanenterregter Synchronmotor, wird beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Antrieb oder für die Servoaufgaben eingesetzt. Ein dem Elektromotor zugeordneter Resolver wird benötigt, um beispielsweise für die Regelung des Elektromotors den Rotorlagewinkel zu messen.An electric motor, in particular a permanent-magnet synchronous motor, is used for example in a motor vehicle for driving or for the servo tasks. A resolver assigned to the electric motor is required in order to measure the rotor position angle, for example for the regulation of the electric motor.
Ein Resolver besitzt beispielsweise eine Läuferwicklung und im Ständer zwei Messwicklungen, die senkrecht zueinander stehen. Die Läuferwicklung, welche mit der Motorwelle verbunden ist, wird mit einem hochfrequenten Erregersignal erregt, dessen Frequenz hier als Trägerfrequenz bezeichnet wird.A resolver has, for example, a rotor winding and in the stator two measuring windings which are perpendicular to each other. The rotor winding, which is connected to the motor shaft is energized with a high-frequency exciter signal whose frequency is referred to here as the carrier frequency.
An den Messwicklungen wird dann ein Signal bereitgestellt, das das Erregersignal mit einer überlagerten Hüllkurve enthält. Die eigentliche Lageinformation liegt in der Hüllkurve.At the measuring windings, a signal is then provided which contains the exciter signal with a superimposed envelope. The actual position information lies in the envelope.
Der Elektromotor besitzt typischerweise eine PWM-Steuerung. Die Leistungselektronik des Elektromotors ist dementsprechend durch eine PWM-Taktfrequenz geprägt. Es können in einer Leistungselektronik aber auch andere Taktfrequenzen auftreten. Zusätzlich zu der jeweiligen Taktfrequenz ergeben sich abhängig von der Drehzahl des Elektromotors Seitenbänder.The electric motor typically has a PWM control. The power electronics of the electric motor is characterized accordingly by a PWM clock frequency. However, other clock frequencies may also occur in power electronics. In addition to the respective clock frequency arise depending on the speed of the electric motor sidebands.
Häufig liegt die Taktfrequenz der Antriebseinrichtung (speziell die PWM-Taktfrequenz der Leistungselektronik des Elektromotors) in einem ähnlichen Frequenzbereich wie die Trägerfrequenz der Resolversignale. Im Beispiel von
Als Lösung dieses Problems ist es daher vorgesehen, im Drehzahlbereich
Erfindungsgemäß ist also der Resolver bezüglich der durch die Leistungselektronik (insbesondere PWM-Steuerung) verursachten elektrischen Signale bzw. Schwingungen isoliert. In dem Beispiel von
- a) Steuerung der variablen Resolverträgerfrequenz (
2 ) - b) drehzahlbasierte Regelung der variablen Resolverträgerfrequenz (
3 ).
- a) Controlling the variable resolver carrier frequency (
2 ) - b) Speed-based control of the variable resolver carrier frequency (
3 ).
In beiden
In dem Beispiel von
In dem Beispiel von
Durch die vorliegende Erfindung kann die Störempfindlichkeit von Resolvern in Elektromotoren effizient reduziert werden. Dadurch ergeben sich Verbesserungen bei der Regelung der Elektromotoren bzw. elektrischen Maschinen sowie bei deren NVH-Verhalten. Das akustische und schwingungstechnische Verhalten des Antriebs stellt ein wesentliches Qualitätskriterium mit hoher Kundenrelevanz dar. Darüber hinaus kann durch variable Resolverträgerfrequenzen die eingespeiste elektrische Energie reduziert werden.The present invention can efficiently reduce the susceptibility of resolvers in electric motors. This results in improvements in the control of electric motors and electrical machines and their NVH behavior. The acoustic and vibrational behavior of the drive is an essential quality criterion with high customer relevance. In addition, the fed electrical energy can be reduced by variable resolver frequencies.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- DrehzahlbereichSpeed range
- 2, 2'2, 2 '
- Taktfrequenzclock speed
- 3, 3'3, 3 '
- Seitenbandsideband
- 4, 4'4, 4 '
- Seitenbandsideband
- 5, 5'5, 5 '
- Seitenbandsideband
- 6, 6'6, 6 '
- Seitenbandsideband
- 7, 7'7, 7 '
- Trägerfrequenzcarrier frequency
- 88th
- Schnittstelleinterface
- 99
- Schnittstelleinterface
- 1010
- Abstanddistance
- 1111
- optimaler Abstandoptimal distance
- 1212
- Drehzahlrotation speed
- 17, 17'17, 17 '
- Trägerfrequenzcarrier frequency
- 18, 18', 18''18, 18 ', 18' '
- Trägerfrequenzcarrier frequency
- ff
- Frequenzfrequency
- nn
- Drehzahlrotation speed
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10216597 A1 [0005] DE 10216597 A1 [0005]
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DE102014016816.6A Withdrawn DE102014016816A1 (en) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | Tuning of a resolver frequency |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021115635A1 (en) | 2021-06-17 | 2022-12-22 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Electrical machine with selective acoustic excitation and motor vehicle |
Citations (1)
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DE10216597A1 (en) | 2002-04-15 | 2003-10-30 | Siemens Ag | Steering for a motor vehicle has electric steering aids with an electric servomotor commutated by control electronics and a resolver to detect the angular position of a rotor on the servomotor. |
-
2014
- 2014-11-14 DE DE102014016816.6A patent/DE102014016816A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
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DE10216597A1 (en) | 2002-04-15 | 2003-10-30 | Siemens Ag | Steering for a motor vehicle has electric steering aids with an electric servomotor commutated by control electronics and a resolver to detect the angular position of a rotor on the servomotor. |
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DE102021115635A1 (en) | 2021-06-17 | 2022-12-22 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Electrical machine with selective acoustic excitation and motor vehicle |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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