DE102016224178A1 - Steuerung einer sechsphasigen PSM - Google Patents

Abstract

Eine sechsphasige permanenterregte Synchronmaschine umfasst einen Stator (105) und einen Rotor (110), der drehbar gegenüber dem Stator (105) gelagert ist. An der Maschine (100) sind eine erste Wicklung (125) mit drei ersten Phasen (U, V, W) und eine zweite Wicklung (130) mit drei zweiten Phasen (X, Y, Z) angebracht. Ein Verfahren (400) zum Steuern der Maschine umfasst Schritte des Bestimmens (305) von Phasenströmen der ersten Phasen; des Bestimmens von Phasenströmen der zweiten Phasen; des feldorientierten Bestimmens (315) von ersten Spannungen, die an den ersten Phasen einzustellen sind, und zweiten Spannungen, die an den zweiten Phasen einzustellen sind, wobei die Spannungen auf der Basis der jeweils bestimmten Phasenströme sowie einem Drehwinkel oder einer Drehgeschwindigkeit des Rotors (110) gegenüber dem Stator (105) bestimmt werden. Der Drehwinkel oder die Drehgeschwindigkeit wird dabei auf der Basis einer Spannung bestimmt (400, 500), die aufgrund der Drehung des Rotors (110) gegenüber dem Stator (105) in einer der Phasen induziert wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung einer elektrischen Maschine. Insbesondere betrifft die Erfindung die Bestimmung eines Drehwinkels oder einer Drehgeschwindigkeit eines Rotors der Maschine.
• Bekannt sind dreiphasige permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) als Drehfeldmaschinen mit einem Stator (Ständer) Ständer und einem Rotor (Läufer), auf oder in dem ein Permanentmagnet angebracht ist. Der Stator umfasst drei paarweise um 120° um eine Drehachse versetzte Spulen, die üblicherweise mit U, V und W bezeichnet werden. Zustandsgrößen der PSM (z.B. Strom, Spannung und magnetischer Fluss) können im Drei-Phasen Koordinatensystem (u, v, w), im (d,q) oder im (α,β)-Koordinatensystem dargestellt werden.
• Wird eine elektrische Maschine wie die beschriebene PSM in einer sicherheitsrelevanten Applikation verwendet, beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs, so ist eine zusätzliche Absicherung erforderlich. Sollte beispielsweise eine Spannungsversorgung des Motors ausfallen, so darf die Vorrichtung nicht in einen gefährlichen Zustand geraten. Eine kritische Situation, in dem ein durch den Motor bereitgestelltes Drehmoment größer oder kleiner als eine Vorgabe ist, soll vermieden werden.
• Zur Absicherung kann beispielsweise eine mehrphasige Maschine mit redundanter Spannungsversorgung eingesetzt werden. Zur feldorientierten Regelung der Maschine ist ein Drehwinkel oder eine Drehgeschwindigkeit des Rotors zu bestimmen. Wird eine dieser Größen falsch bestimmt, so kann ein durch die Maschine bereitgestelltes Drehmoment zu groß oder zu klein sein oder schlimmstenfalls ein falsches Vorzeichen tragen.
• Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Steuerung einer elektrischen Maschine bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
• Eine sechsphasige permanenterregte Synchronmaschine umfasst einen Stator und einen Rotor, der drehbar gegenüber dem Stator gelagert ist. An der Maschine sind eine erste Wicklung mit drei ersten Phasen und eine zweite Wicklung mit drei zweiten Phasen angebracht. Ein Verfahren zum Steuern der Maschine umfasst Schritte des Bestimmens von Phasenströmen der ersten Phasen; des Bestimmens von Phasenströmen der zweiten Phasen; des feldorientierten Bestimmens von ersten Spannungen, die an den ersten Phasen einzustellen sind, und zweiten Spannungen, die an den zweiten Phasen einzustellen sind, wobei die Spannungen auf der Basis der jeweils bestimmten Phasenströme sowie einem Drehwinkel oder einer Drehgeschwindigkeit des Rotors gegenüber dem Stator bestimmt werden. Der Drehwinkel oder die Drehgeschwindigkeit wird dabei auf der Basis einer Spannung bestimmt, die aufgrund der Drehung des Rotors gegenüber dem Stator in einer der Phasen induziert wird.
• Die sechsphasige PSM kann mittels des beschriebenen Verfahrens redundant angesteuert werden, um beispielsweise auch bei Vorliegen eines ernsthaften Fehlers wie etwa eines Wicklungskurzschlusses oder eines Ausfalls einer Versorgungsspannung noch weiter betrieben werden zu können. Bei Betrieb der Maschine mit nur einer Wicklung kann mehr als 50% der Leistung mit beiden Wicklungen erzielt werden. Ein erforderlicher Bauraum oder Kosten eines Antriebs mit einer sechsphasigen PSM statt zwei dreiphasigen PSM können können reduziert werden, sodass eine kostengünstige Variante als Alternative angeboten werden kann.
• Die Redundanz kann dabei im Vergleich zu einer Lösung mit zwei diskreten, jeweils dreiphasigen PSM mit weniger Aufwand erzielt werden. Da nur ein Rotor verwendet wird, können weniger Permanentmagneten erforderlich sein, die auf den Rotoren für ein permanentes Magnetfeld sorgen. Da weiter nur ein Stator verwendet wird, kann ein Einsatz an Eisen ähnlich groß sein wie bei einer einzigen, dreiphasigen PSM.
• Die Redundanz kann eine Betriebssicherheit der Maschine erhöhen, sodass die sechsphasige PSM verbessert in einer sicherheitsrelevanten Anwendung eingesetzt werden kann. Insbesondere im Automotive-Bereich kann die PSM verbessert als Traktions- oder Stellantrieb verwendet werden. Durch die Positions- oder Drehzahlschätzung des Rotors der sechsphasigen Maschine kann eine ungünstige oder sogar gefährliche Situation für eine Person im Bereich der Maschine vermieden werden. Insbesondere kann ein unbeabsichtigter Vorzeichenwechsel des Drehmoments vermieden werden, der erfolgen kann, wenn Drehinformationen der Maschine ungenau oder falsch bestimmt werden. Ein solcher Vorzeichenwechsel kann in bestimmten Anwendungen ansonsten die Gefahr eines Personenschadens mit sich bringen.
• Die in einer der Phasen aufgrund der Drehung des Rotors gegenüber dem Stator induzierte Spannung wird auch elektromotorische Kraft (EMK) gekannt. Die Schätzung der Position oder Drehzahl des Rotors auf der Basis der EMK kann verwendet werden, um die Maschine zu steuern. Die bestimmten Parameter können auch verwendet werden, um die Plausibilität anderweitig bestimmter Drehinformationen der Maschine zu überprüfen. Beispielsweise kann ein Ausfall eines Drehratensensors an der Maschine auf der Basis der EMK-basierten Drehinformationen schnell und sicher detektiert werden. Wechselwirkungen zwischen den beiden dreiphasigen Wicklungen der sechsphasigen Maschine können bei der EMK-basierten Bestimmung der Drehinformationen optimal berücksichtigt werden.
• Es ist insbesondere bevorzugt, dass eine einzige, integrierte feldorientierte Regelung (FOR) zur Steuerung beider Wicklungen der Maschine verwendet wird. Die gegenseitigen Beeinflussungen der Wicklungen können so verbessert modelliert werden.
• Es ist besonders bevorzugt, dass der Drehwinkel oder die Drehgeschwindigkeit erst oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl auf der Basis der induzierten Spannung bestimmt wird. Ein Betrag einer induzierten Spannung kann bei kleinen Drehzahlen zu gering sein, um eine genaue Bestimmung der Drehinformationen zu erlauben. Trotzdem kann die EMK-basierte Schätzung der Drehinformationen einen wertvollen Beitrag zur Überwachung der Maschine liefern. Oberhalb der vorbestimmten Drehzahl kann die FOR auf der Basis der mittels der EMK-basierten Schätzung oder auf der Basis anderweitig bestimmter Drehinformationen durchgeführt werden. Die Drehinformationen unterschiedlicher Quellen können miteinander abgeglichen oder fusioniert werden.
• Der Drehwinkel oder die Drehgeschwindigkeit können insbesondere mittels eines dedizierten Sensors bestimmt und mit dem auf der Basis der induzierten Spannung bestimmten Drehwinkel oder der Drehgeschwindigkeit verglichen werden. Dadurch kann insbesondere bestimmt werden, ob der Sensor funktionstüchtig ist. Weichen die mittels des Sensors und auf der Basis der induzierten Spannung bestimmten Drehzahlen oder Drehwinkel um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander ab, so kann ein Signal bereitgestellt werden. Das Signal kann mittels einer separaten Verarbeitungseinrichtung bestimmt bzw. bereitgestellt werden, sodass eine echte Überwachung möglichst ohne gemeinsame Fehlerquellen ermöglicht ist. In einer Ausführungsform kann die Maschine in Abhängigkeit des Signals auch abgeschaltet werden. In weiteren Ausführungsformen kann eine Abweichung der auf unterschiedliche Weisen bestimmten Drehinformationen protokolliert werden, um eine Langzeitüberwachung der Maschine zu verbessern.
• Eine Steuervorrichtung für die oben beschriebene sechsphasige permanenterregte Maschine umfasst eine Einrichtung zur Bestimmung von Phasenströmen der ersten Phasen; eine Einrichtung zur Bestimmung von Phasenströmen der zweiten Phasen; und eine feldorientierte Regelung zur Bestimmung von ersten Spannungen, die an den ersten Phasen einzustellen sind, und zweiten Spannungen, die an den zweiten Phasen einzustellen sind. Dabei ist die feldorientierte Regelung dazu eingerichtet, die Spannungen auf der Basis der jeweils bestimmten Phasenströme, sowie einem Drehwinkel oder einer Drehgeschwindigkeit des Rotors gegenüber dem Stator zu bestimmen. Außerdem ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Drehwinkels oder der Drehgeschwindigkeit auf der Basis einer Spannung vorgesehen, die aufgrund der Drehung des Rotors gegenüber dem Stator in einer der Phasen induziert wird.
• Die Steuervorrichtung kann insbesondere zur Ausführung wenigstens eines Teils des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet sein, sodass Merkmale oder Vorteile bezüglich des einen Gegenstands auf den jeweils anderen übertragen werden können. Die Steuervorrichtung kann insbesondere einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen.
• Die Steuervorrichtung kann darüber hinaus eine Abtasteinrichtung zur Bestimmung des Drehwinkels oder der Drehgeschwindigkeit des Rotors umfassen. Insbesondere wenn der Rotor eine geringere als eine vorbestimmte Drehzahl aufweist, kann die feldorientierte Regelung auf der Basis der Drehinformationen der Abtasteinrichtung durchgeführt werden. Bei höheren Drehzahlen kann auch eine Steuerung auf der Basis der EMK-basiert bestimmten Drehinformationen oder einer Fusion der Drehinformationen unterschiedlicher Quellen durchgeführt werden. Durch Vergleichen der Drehinformationen kann insbesondere ein Defekt an der Abtasteinrichtung bestimmt werden.
• Die Steuervorrichtung kann ferner eine Vorrichtung zum Vergleichen von auf unterschiedlichen Wegen bestimmten Drehwinkeln oder Drehzahlen umfassen, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Signal bereitzustellen, falls die betrachteten Größen um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen. Diese Vorrichtung kann mit der oben erwähnten Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung der FOR identisch oder von ihr separat ausgeführt sein. Es ist bevorzugt, dass die Vorrichtung zum Vergleichen der Größen eine separate Überwachungsebene bildet, um eine korrekte Funktion der Steuerung der Maschine möglichst wirkungsvoll zu überwachen.
• Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
• 1 verschiedene Koordinatensysteme einer elektrischen Maschine;
• 2 eine schematische Darstellung einer feldorientierten Regelung einer sechsphasigen permanenterregten Synchronmaschine;
• 3 ein Ablaufdiagramm einer feldorientierten Regelung einer sechsphasigen permanenterregten Synchronmaschine mit einem Entkoppelungsnetzwerk;
• 4 ein Überblick über eine Struktur eines Positions- oder Drehzahlschätzverfahrens auf der Basis einer elektromotorischen Kraft
• 5 eine schematische Darstellung eines Reglers bei der Positions- oder Drehzahlschätzung nach 4;
• 6 eine schematische Darstellung der Positions- oder Drehzahlschätzung nach 4 an einer feldorientierten Regelung einer sechsphasigen permanenterregten Synchronmaschine;
• 7 Ergebnisse einer ersten Simulation einer Steuerung einer sechsphasigen permanenterregten Synchronmaschine; und
• 8 Ergebnisse einer zweiten Simulation einer Steuerung der sechsphasigen permanenterregten Synchronmaschine
darstellt.
• In der Automobilindustrie werden häufig Drehfeldmaschinen eingesetzt, um eine gewünschte Kraft bzw. Leistung bereitzustellen. Eine Drehfeldmaschine kann beispielsweise zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, aber auch zum Antrieb einer Einrichtung an Bord des Kraftfahrzeugs verwendet werden, etwa an einer Lenkkraftunterstützung. Bestimmte Fehler im Antrieb, beispielsweise ein Wicklungskurzschluss oder ein Ausfall der Spannungsversorgung, können zu einer Abschaltung der Maschine oder im schlimmsten Fall zu einem sicherheitskritischen Zustand führen. Um eine redundante Steuerung zu ermöglichen, kann eine sechsphasige PSM eingesetzt werden.
• 1 zeigt verschiedene Koordinatensysteme an einer sechsphasigen permanenterregten Synchronmaschine 100. Die PSM 100 umfasst einen Stator 105 und einen Rotor 110, die um eine Drehachse 115 gegeneinander drehbar gelagert sind. Am Rotor 110 ist wenigstens ein Permanentmagnet 120 angebracht, üblicherweise mittels Aufmontieren oder Eingraben. Am Stator 105 sind eine erste dreiphasige Wicklung 125 (UVW) und eine zweite dreiphasige Wicklung 130 (XYZ) enthalten. Jede dreiphasige Wicklung besteht aus drei paarweise um 120° verteilen Spulen. Die beiden dreiphasigen Wicklungen 125, 130 können entweder in Phase liegen oder um einem Winkel ү (bzw. einen elektrischen Winkel zp*ү bei einer Polpaarzahl zp) gegeneinander versetzt sein.
• Der Rotor 110 ist ähnlich wie bei einer dreiphasigen permanenterregten Maschine aufgebaut. Sein magnetisches Feld, das mittels des Permanentmagneten 120 aufgebaut ist, durchfließt die Spulen der dreiphasigen Wicklungen 125, 130. Die Maschine 100 verhält sich wie zwei dreiphasige PSM, die denselben Rotor 110 und zwei unterschiedliche Wicklungen 125 und 130, die gegeneinander um einen Winkel ү um die Drehachse 115 versetzt sind, aufweist. Die einzelnen Spulen 135 einer Wicklung 125, 130 sind paarweise um 120° um die Drehachse 115 zueinander versetzt.
• Die Spulen u, v, w gehören zur ersten Wicklung 125 und die Spulen x, y, z zur zweiten Wicklung 130.
• Für die Regelung der Maschine 100 können ihre Zustandsgrößen in ein mit dem Rotor 110 drehendes Koordinatensystem (d,q) transformiert werden. Dabei wird die d-Achse bevorzugt im gleichen Sinn des Permanentflusses des Rotors 110 gerichtet. Das aß1-System ist das feste Zwei-Koordinatensystem der Spulen 135 (uvw) der ersten Wicklung 125 des Stators 105. Das aß2-System ist das feste Zwei-Koordinatensystem der Spulen 135 (xyz) der zweiten Wicklung 130 des Stators 105.
• Mit der Transformation der Zustandsgrößen der beiden Maschinenteile ins d,q-Koordinatensystem können sich differentielle Gleichungen zur Beschreibung der Maschine vereinfachen. Dabei liegen die d1q1- Koordinaten für den ersten Maschinenteil mit der ersten dreiphasigen Wicklung 125 (uvw) und die d2q2-Koordinaten für den zweiten Maschinenteil mit der zweiten dreiphasigen Wicklung 130 (xyz) übereinander. So kann jeder Maschinenteil wie eine Gleichstrommaschine behandelt werden; insbesondere kann für jeden Teil der Maschine eine feldorientierte Regelung (FOR) wie für eine dreiphasige PSM verwendet werden.
• 2 zeigt die schematische Darstellung einer FOR 200 für eine sechsphasige PSM 100 im Überblick. Es werden im Wesentlichen zwei separate FOR bezüglich zweier dreiphasiger PSM durchgeführt. In einer ersten Regelung 210 werden in Abhängigkeit von vorgegebenen gewünschten ersten d- und q-Strömen, bestimmten Strömen Is durch die einzelnen Phasen (uvw) der ersten Wicklung 125, einer bestimmten Rotorposition θ_mech und einer bestimmten Rotordrehzahl ω_mech mittels einer ersten FOR 215 drei Spannungen bestimmt, die mittels eines ersten Wechselrichters 220 an den jeweils zugeordneten Phasen uvw eingestellt werden. In entsprechender Weise werden in einer zweiten Regelung 230 in Abhängigkeit von vorgegebenen gewünschten zweiten d- und q-Strömen, bestimmten Strömen Is durch die einzelnen Phasen (xyz) der zweiten Wicklung 130, der bestimmten Rotorposition θ_mech und der bestimmten Rotordrehzahl ω_mech mittels einer zweiten FOR 235 drei Spannungen bestimmt, die mittels eines zweiten Wechselrichters 240 an den jeweils zugeordneten Phasen xyz eingestellt werden.
• In der in 2 dargestellten Ausführungsform sind zwei separate Spannungsversorgungen für die beiden Wechselrichter 220 und 240 vorgesehen. Jede Spannungsversorgung stellt eine Zwischenkreisspannung U_dc1 bzw. U_dc2 bereit, die in der Regel als konstant angesehen werden kann. In einer anderen Ausführungsform kann auch eine gemeinsame Spannungsversorgung mit nur einer einzigen Zwischenkreisspannung U_dc verwendet werden. Um die gegenseitige Wirkung der beiden Ströme Isd1,2 und Isq1,2 für jede dreiphasige Wicklung 125, 130 und die gegenseitigen Wirkungen der beiden dreiphasigen Wicklungen 125, 130 untereinander zu kompensieren, sind Entkopplungen einzuführen.
• Für die Durchführung der FOR 200 sind zusätzlich zu Stromwerten Is der durch die Phasen der Wicklungen 125, 130 fließenden Ströme und den Zwischenkreisspannungen U_dc1 und U_dc2 auch Informationen über die Rotorposition erforderlich um die Transformationen zwischen den Koordinatensystemen (vgl. 1) zu ermöglichen. Die Rotorposition bzw. -drehzahl ist wichtig, damit die richtige Richtung des Permanentflusses ermittelt wird und eine genaue Bildung des Drehmoments insbesondere bei geringem Phasenstrombetrag (und damit bei hohem Wirkungsgrad) erzielt werden kann. Ist die Rotorposition falsch, kann es dazu kommen, dass die Steuerung 200 ein zu kleines Drehmoment oder sogar ein entgegengesetztes Drehmoment an der Maschine 100 bewirkt. In manchen Anwendungen, beispielsweise an einer Lenkkraftunterstützung oder einem elektrischen Fahrzeugantrieb, könnte dies zu einem gefährlichen Zustand führen. Beispielsweise kann statt einer gewünschten Beschleunigung der Maschine 100 in eine vorbestimmte Richtung eine Abbremsung bis hin zu einer Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung erfolgen. Eine genaue und sichere Bestimmung der Rotorposition bzw. Drehzahl des Rotors 110 ist daher von großer Bedeutung.
• Die Rotorposition kann mittels eines Positionssensors 205, beispielsweise auf der Basis eines Inkrementalgebers oder eines Hallsensors, am Rotor 110 abgetastet werden. Verzichtet man auf den Positionssensor 205, so kann ein schaltungstechnischer oder mechanischer Aufwand verringert werden, sodass sich Preisvorteile der Maschine 100 oder der Steuerung 200 ergeben können. Im Fall des Ausfalls des Positionssensors 205 kann jedoch keine Information über die Rotorposition erhalten werden. Für die Redundanz kann ein zweiter Positionssensor 205 eingebaut werden, wodurch sich aber Kosten des Antriebs 100 oder der Steuerung 200 erhöhen. In einer preisgünstigen Variante, die beispielsweise für eine Servolenkung verwendet werden kann, wird im Fall eines Ausfalls des Positionssensors 205 die Rotorposition mittels eines Rechenmodells bestimmt.
• In einer anderen Ausführungsform kann die Funktionalität des Positionssensors 205 durch ein Rechenmodell überwacht werden. Das Rechenmodell kann mittels unterschiedlichen Verfahren für dreiphasige Maschinen entwickelt werden, die aus der Literatur bekannt sind, beispielsweise ein Leonberger-Beobachter, Kalman-Filter etc.
• Für die sechsphasige PSM-Maschine 100 ist kaum Literatur für sensorlose Verfahren zur Schätzung von Rotorposition oder Rotordrehzahl zu finden. Eine Ansatzmöglichkeit wäre, eines der beschriebenen Verfahren als Diagnose zu verwenden. Dabei kann man die FOR für die sechsphasige Maschine 100 mit allen Sensoren vorhandenen betreiben, während die geschätzte Rotorposition oder Rotordrehzahl für die Diagnose zur Überwachung des Positionssensors 205 sowie des Verhaltens der Maschine 100 verwendet werden kann.
• Im Folgenden wird ein Konzept zur Schätzung der Rotorposition und der Rotordrehzahl bei einer sechsphasigen permanenterregten Synchronmaschine 100 mit zwei dreiphasigen Wicklungen 125 (uvw) und 130 (xyz) vorgeschlagen. Dabei wird ein Modell, das die gegenseitigen Einflüsse der beiden Achsen in jeder Wicklung 125, 130 sowie die Einflüsse der beiden Wicklungen 125, 130 aufeinander berücksichtigt, aufgestellt. Das Verfahren basiert auf der elektromotorische Kraft (EMK) der Maschine 100 und kann die Rotorposition oder Rotordrehzahl bevorzugt im mittleren oder hohen Drehzahlbereich schätzen. Die Berechnungen werden bevorzugt im d,q-Koordinatensystem durchgeführt.
• 3 zeigt einen Vorschlag für eine feldorientierte Regelung 300 einer PSM nach Art der Maschine 100 von 1.
• Es werden folgende Bezeichnungen verwendet:

ωel

elektrische Winkelgeschwindigkeit

ωmech

elektrische Winkelgeschwindigkeit

θmech

mechanische Winkel

θel

elektrische Winkel

Zp

Polpaarzahl der Maschine

Isuvw

Phasenströme der ersten dreiphasigen Wicklung 125 (uvw) der sechsphasigen Maschine 100

Isxyz

Phasenströme der zweiten dreiphasigen Wicklung 130 (xyz) der sechsphasigen Maschine 100

Udc1

Zwischenkreisspannung zur Versorgung der ersten dreiphasigen Wicklung 125 (uvw) der sechsphasigen Maschine

Udc2

Zwischenkreisspannung zur Versorgung der zweiten dreiphasigen Wicklung 130 (xyz) der sechsphasigen Maschine

PWM123

die PWM-Werte zur Ansteuerung des Wechselrichters

• Die Zwischenkreisspannung entspricht in manchen Anwendungen, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, einer Bordnetz- oder Batteriespannung. In der dargestellten Ausführungsform werden Ströme durch die Phasen der ersten Wicklung 125 in einem Schritt 305 und durch die Phasen der zweiten Wicklung 130 in einem Schritt 310 bestimmt. Die bestimmten Ströme werden transformiert und mittels eines Entkopplungsnetzwerks auf die vorbestimmten Stromzeiger, die Sollwerte für die beiden Wicklungen 125, 130 bilden rückgekoppelt. Die dargestellte FOR 300 soll hier exemplarisch zur Illustration von Zusammenhängen dienen.
• Die sechsphasige Maschine 100 lässt sich über differentielle Gleichungen im dq-Koordinatensystem beschreiben. Für die erste Wicklung 125 (uvw) der Maschine 100 bekommt man in d1- und q1-Achse die folgende Zusammenhänge: $$U_{sd1}=R_s\cdot {{\rm I}}_{sd1}+L_{d11}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sd1}}{dt}+L_{sd12}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sd2}}{dt}-L_{q11}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sq1}-L_{q12}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sq2}$$

  

  $$U_{sq1}=R_s\cdot {{\rm I}}_{sq1}+L_{q11}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sd1}}{dt}+L_{q12}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sq2}}{dt}+L_{d11}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd1}+L_{d12}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd2}+{\mathrm{\Psi }}_{PM}\cdot {\omega }_s$$

  
• Für den zweiten Teil der Maschine 100 mit der zweiten Wicklung 130 (xyz) erhält man die beiden Spannungsgleichungen in d2- und q2-Achse: $$U_{sd2}=R_s\cdot {{\rm I}}_{sd2}+L_{d22}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sd2}}{dt}+L_{sd21}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sd1}}{dt}-L_{q22}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sq2}-L_{q21}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sq1}$$

  

  $$U_{sq2}=R_s\cdot {{\rm I}}_{sq2}+L_{q22}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sq2}}{dt}+L_{q21}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sq1}}{dt}+L_{d22}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd2}+L_{q21}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd1}+{\mathrm{\Psi }}_{PM}\cdot {\omega }_s$$

  
• Dabei werden die Induktivitäten im dq-Koordinatensystem aus den Achsen-Induktivitäten gewonnen. Man erhält die Hauptinduktivitäten in d1 und d2-Achsen: $$L_{d11}=L_{d22}=\left(\begin{array}{cc}\frac{3L_a}{2}& \frac{3L_b}{2}+L_{ls}\end{array}\right)$$

  
• Die Induktivitäten, die den Einfluss der d1-Achse auf die d2-Achse Ld21 und umgekehrt Ld12 darstellen, sind: $$L_{d12}=L_{d21}=\left(\begin{array}{cc}\frac{3L_a}{2}& \frac{3L_b}{2}\end{array}\right)$$

  
• Die Hauptinduktivitäten in q1- und q2-Achsen: $$L_{q11}=L_{q22}=\left(\frac{3L_a}{2}+\frac{3L_b}{2}+L_{ls}\right)$$

  
• Die Induktivitäten, die den Einfluss der q1-Achse auf die q2-Achse Lq21 und umgekehrt Lq12 darstellen, sind: $$L_{q12}=L_{q21}=\left(\frac{3L_a}{2}+\frac{3L_b}{2}\right)$$

  
• Die Induktivität einer Achse setzt sich aus drei Teilen zusammen, welche im Folgenden genauer beschrieben werden.
1. 1. Lls: Streuinduktivität einer Spule
2. 2. La: Konstante Hauptinduktivität einer Spule
3. 3. Lb: winkelabhängige Induktivität des Rotors
• Mit:

Rs

Statorwiderstand [Ω]

ψ_PM

Fluss des Permanentmagnets der Maschine [Vs]

Usd1, Usq1

Spannungen der ersten Wicklung 125 (uvw) im d1,q1-Koordinatensystem

Usd2, Usq2

Spannungen der zweiten Wicklung 130 (xyz) im d2,q2-Koordinatensystem

Isd1, Isq1

transformierte Phasenströme der ersten Wicklung 125 (uvw) im d1,q1-Koordinatensystem

Isd2, Isq2

transformierte Phasenströme der zweiten Wicklung 130 (xyz) im d2,q2-Koordinatensystem

n

die Drehzahl der Maschine 100

Zp

die Polpaarzahl der Maschine 100

ωs

(=ωel) die elektrische Winkelgeschwindigkeit der Maschine 100 (=n*Zp*2*π/60)

• Für das entworfene EMK-basierte Verfahren, das die Drehzahl aus der induzierten Spannung berechnet, werden die Berechnungen in d,q-Koordinatensystem durchgeführt.
• Die Gleichungen der ersten Wicklung 125 (uvw) der sechsphasigen Maschine 100 im d1q1-Koordinatensystem lassen sich in Gleichungen GL.9 und GL.10 umschreiben: $$U_{sd1\text{Re }st}=U_{sd1}-\left(R_s\cdot {{\rm I}}_{sd1}-L_{q11}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sq1}-L_{sq12}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sq2}\right)-\left(L_{d11}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sd1}}{dt}+L_{sd12}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sd2}}{dt}\right)$$

  

  $$U_{sq1\text{Re }st}=U_{sq1}-\left(R_s\cdot {{\rm I}}_{sq1}+L_{d11}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd1}+L_{d12}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd2}\right)-\left(L_{q11}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sq1}}{dt}+L_{sq12}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sq2}}{dt}\right)$$

  
• Die Gleichungen der zweiten Wicklung 130 (xyz) der sechsphasigen Maschine 100 im d2q2-Koordinatensystem lassen sich in Gleichungen GL.11 und GL.12 umschreiben: $$U_{sd2\text{Re }st}=U_{sd2}-\left(R_s\cdot {{\rm I}}_{sd2}-L_{q22}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sq2}-L_{q21}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sq1}\right)-\left(L_{d22}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sd2}}{dt}+L_{d21}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sd1}}{dt}\right)$$

  

  $$U_{sq2\text{Re }st}=U_{sq2}-\left(R_s\cdot {{\rm I}}_{sq2}+L_{d22}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd2}+L_{q21}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd1}\right)-\left(L_{q22}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sq2}}{dt}+L_{q21}\cdot \frac{d{{\rm I}}_{sq1}}{dt}\right)$$

  
• Durch Betrachtung des stationären Zustands können die GL. 9 bis 12 vereinfacht werden. Man bekommt für die erste Wicklung 125 (uvw) im d1q1-Koordinatensystem: $$U_{sd1\text{Re }st}=U_{sd1}-\left(R_s\cdot {{\rm I}}_{sd1}-L_{q11}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sq1}-L_{q12}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sq12}\right)$$

  

  $$U_{sq1\text{Re }st}=U_{sq1}-\left(R_s\cdot {{\rm I}}_{sq1}+L_{d11}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd1}+L_{d12}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd2}\right)$$

  
• Für die zweiten Wicklung 130 (xyz) der sechsphasigen Maschine 100 im d2q2-Koordinatensystem erhält man: $$U_{sd2\text{Re }st}=U_{sd2}-\left(R_s\cdot {{\rm I}}_{sd2}-L_{q22}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sq2}-L_{d21}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd1}\right)$$

  

  $$U_{sq2\text{Re }st}=U_{sq2}-\left(R_s\cdot {{\rm I}}_{sq2}+L_{d22}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd2}+L_{d21}\cdot {\omega }_s\cdot {{\rm I}}_{sd1}\right)$$

  
• Theoretisch wird im idealen Fall, bei dem die Rotorposition zur Transformation der Zustandsgrößen (Spannungen und Ströme) und die Drehzahl korrekt sind und die Maschinenparameter bekannt sind, das Ergebnis in GL. 17 und GL. 18 für die GL. 13 und GL. 14 zu erwarten sein. Dabei sind die restlichen Spannungen für die erste Wicklung 125 (uvw) der sechsphasigen PSM-Maschine 100 in d1-Achse U_sd1Rest gleich Null und in q1-Achse U_sq1Rest gleich der induzierten Spannung: $$U_{sd1\text{Re}st}\approx 0$$

  

  $$U_{sq1\text{Re}st}\approx {\omega }_{el}\cdot {\Psi }_{PM}$$

  
• Analog dazu werden beim idealen Fall die restlichen Spannungen für die zweite Wicklung 130 (xyz) der sechsphasigen PSM-Maschine 100 (GL. 15 und GL. 16) gleich Null in d2-Achse U_sd2Rest (GL. 19) und gleich der induzierten Spannung in q2-Achse U_sq2Rest (GL.20): $$U_{sd2\text{Re}st}\approx 0$$

  

  $$U_{sq2\text{Re}st}\approx {\omega }_{el}\cdot {\Psi }_{PM}$$

  
• Die Drehzahl kann theoretisch einfach aus einer der beiden Spannungsgleichungen GL. 18 oder 20 geschätzt werden. Anschließend kann man durch Integration der Drehzahl den Winkel bestimmen. Allerdings ist dieses Vorgehen im stationären Fall bei nicht exakt bekannten Parametern, Strom und Spannung fehlerbehaftet. Man bekommt durch ein so offenes System mit direkter Drehzahlschätzung und ohne selbstkorrigierende Maßnahmen Abweichungen, die aufintegriert werden und große Fehler in der Rotorposition verursachen können. Da nach dem Verfahren der direkten Drehzahlschätzung die stationäre Genauigkeit nicht gegeben ist, soll eine PLL-Struktur für diese stationäre Genauigkeit sorgen.
• 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zur Abschätzung der Rotorposition und/oder der Rotordrehzahl der Maschine 100. Dabei werden die Spannungen der beiden dreiphasigen Wicklungen 125, 130 der Maschine 100 aus den eingestellten PWM-Werten der Wechselrichter 220, 240 und den Zwischenkreisspannungen der Wechselrichter 220, 240 berechnet.
• Für die erste dreiphasige Wicklung 125 (uvw) erhält man in einem Schritt 405 die beiden Spannungen Us1a und Us1β im Stator-Koordinatensystem (α1, β1) aus den PWM-Signalen PWM123_1 des ersten Vektormodulators 305 für die erste Wicklung 125 und der Zwischenkreisspannung Udc1 des ersten Wechselrichters (GL. 21).
• Für die zweite dreiphasige Wicklung 130 (xyz) erhält man in einem Schritt 410 die beiden Spannungen Us2a und Us2β im Stator-Koordinatensystem (α2, β2) aus den PWM-Signalen PWM123_2 des zweiten Vektormodulators 310 für die zweite Wicklung 130 und der Zwischenkreisspannung Udc2 des zweiten Wechselrichters (GL. 22). $$\left(\begin{array}{c}Us\alpha 1\\ Us\beta 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{lll}\frac{2}{3}\hfill & -\frac{1}{3}\hfill & -\frac{1}{3}\hfill \\ 0\hfill & \frac{1}{\sqrt{3}}\hfill & -\frac{1}{\sqrt{3}}\hfill \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}PWM1\_1\\ PWM2\_1\\ PWM3\_1\end{array}\right)\cdot Udc1$$

  

  $$\left(\begin{array}{c}Us\alpha 2\\ Us\beta 2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{lll}\frac{2}{3}\hfill & -\frac{1}{3}\hfill & -\frac{1}{3}\hfill \\ 0\hfill & \frac{1}{\sqrt{3}}\hfill & -\frac{1}{\sqrt{3}}\hfill \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}PWM1\_2\\ PWM2\_2\\ PWM3\_2\end{array}\right)\cdot Udc2$$

  
• Durch Park-Transformation der beiden Spannungen Us1a, Us1β im d1,q1-Koordinatensystem mit dem geschätzten Winkel θ̂_el erhält man in einem Schritt 415 die beiden Spannungen Us1d und Us1q der ersten Wicklung 125 (uvw). In entsprechender Weise können die Spannungen Us2a, Us2β im d2,q2-Koordinatensystem mit dem geschätzten Winkel θ̂_el und dem Phasenversatz der Wicklungen 125, 130 zueinander (zp*ү) in einem Schritt 420 in die beiden Spannungen Us2d und Us2q transformiert werden.
• Aus den Phasenströmen Isu, Isv, Isw der ersten Wicklung 125 (uvw) erhält man durch Umrechnung ins (α1,β1)-Koordinatensystem in einem Schritt 425 die Ströme Is1α und Is1β. Diese können in einer anschließenden Park-Transformation in einem Schritt 430 mit dem geschätzten Winkel θ̂_el in die beiden Ströme Is1d und Is1q im d1,q1-Koordinatensystem transformiert werden.
• Die Ströme Isd2 und Isq2 erhält man aus den drei Phasenströmen Isx, Isy, Isz der zweiten Wicklung 130 (xyz) mittels Umrechnung ins (α2,β2)-Koordinatensystem in einem Schritt 435 und anschließender Transformation ins d2,q2- Koordinatensystem mit dem geschätzten Winkel θ̂_el und dem Phasenversatz der Wicklungen zueinander von (zp*ү) in einem Schritt 440.
• Aus den Spannungen Us1d, Us1q kann man in einem Schritt 445 anhand der GL. 13 und 14 die restlichen Spannungen U_sd1Rest und U_sq1Rest in der ersten dreiphasigen Wicklung 125 ermitteln. Aus den Spannungen Us2d, Us3q können in einem Schritt 450 analog anhand der GL. 15 und 16 die restlichen Spannungen U_sd2Rest und U_sq2Rest in der zweiten dreiphasigen Wicklung 130 ermittelt werden. Dabei wird die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω_s der Maschine 100 durch die geschätzte elektrische Winkelgeschwindigkeit (gefiltert) ω̂_elFilt ersetzt. Die bestimmten restlichen Spannungen U_sd1Rest U_sq1Rest, U_sd2Rest und U_sq2Rest werden bevorzugt einem Regler bereitgestellt, der in 5 dargestellt ist.
• Sind die geschätzten elektrischen Winkel θ̂_el und die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω̂_elFilt richtig, so können die restlichen Spannungen mittels der GL. 17 bis 20 bestimmt werden. Sind Abweichungen vorhanden, so werden vor allem U_sd1Rest und U_sd2Rest einen restlichen Anteil aufweisen, der als Fehler in die Regelung eingeht.
• 5 zeigt die Struktur eines Reglers 500 zur Korrektur von Fehlern in der bestimmten Rotordrehzahl oder Rotorposition. Um gleichzeitig die Einflüsse beider dreiphasiger Wicklungen 125, 130 auf Winkelfehler zu berücksichtigen wird in einem Schritt 505 ein Mittelwert aus den Fehlern (Unterschieden) der Spannungen U_sd1Rest und U_sd2Rest ermittelt. Der bestimmte Mittelwert wird als Eingang eines PI-Reglers 510, 515 in einer PLL-Struktur 520 verwendet. Dazu wird der Mittelwert der beiden Spannungen U_sq1Rest und U_sq2Rest für die Ermittlung der direkt berechneten elektrischen Winkelgeschwindigkeit für die Vorsteuerung des Reglers 510 verwendet. Dadurch ist der PI-Regler 510, 515 stark entlastet und versucht hauptsächlich die restlichen Abweichungen zu kompensieren, um einen stationären Zustand zu erreichen.
• Die beiden Parameter des PI-Reglers (Ki und Kp) sind abhängig von der Drehzahl (bzw. der elektrischen Winkelgeschwindigkeit). Die geschätzte elektrische Winkelgeschwindigkeit wird bevorzugt in einem Schritt 525 gefiltert, beispielsweise durch Bildung eines gleitenden Durchschnitts oder mittels eines Tiefpassfilters erster Ordnung. Je nach Einsatz kann man die Filterung durch passende Wahl einer Filterkonstanten stärker oder schwächer einstellen. Werden Abweichungen im Winkel und/oder der Winkelgeschwindigkeit detektiert, so wird der Regler versuchen, diese zu kompensieren, bis die beiden restlichen Spannungen U_sd1Rest und U_sd2Rest jeweils annähernd gleich Null sind.
• Über folgenden Zusammenhang kann die Drehzahl aus der elektrischen Winkelgeschwindigkeit (oder umgekehrt) bestimmt werden: $${\omega }_{el}=\frac{2\cdot \pi \cdot zp}{60}\cdot n$$

  
• Mit:
• n: die Drehzahl des Rotors der Maschine [U/min]
• zp: die Polpaarzahl der Maschine
• ωel: die elektrische Winkelgeschwindigkeit der Maschine [Rad/sec]
• 6 zeigt eine schematische Darstellung der sensorlosen Positions- oder Drehzahlbestimmung 400 nach 4 und 5 an einer feldorientierten Regelung 200 einer sechsphasigen PSM 100 in Anlehnung an die oben mit Bezug auf 2 beschriebene Ausführungsform.
• Ein Block 605 umfasst das oben mit Bezug auf 4 und 5 beschriebene Verfahren. Ein geschätzter Winkel, eine Drehzahl oder eine elektrische Winkelgeschwindigkeit des Rotors 110 kann an eine Überwachungsebene 610 übergeben werden, in der der geschätzte Parameter mit einem aktuell gemessen Winkel, einer Drehzahl bzw. einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit verglichen werden können. Die ermittelte Abweichung kann beispielsweise für eine spätere Analyse eines Maschinenzustands protokolliert werden. Beispielsweise wenn die ermittelte Abweichung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, kann ein Warnsignal ausgegeben werden oder eine Maßnahme zur Schadensvermeidung oder -begrenzung getroffen werden. Insbesondere kann die Maschine abgeschaltet werden, um einen unkontrollierten Zustand zu vermeiden.
• 7 und 8 zeigen beispielhafte Simulationsergebnisse für die Regelung einer sechsphasigen PSM mit dem Ansteuerkonzept nach 3 sowie die Ergebnisse von Positions- und Drehzahlschätzungen des Rotors bei unterschiedlichen Zwischenkreisspannungen.
• Im Rahmen der Simulationen wird eine exemplarische Maschine jeweils aus dem Stillstand auf eine Drehzahl von 3000 U/min beschleunigt. Zum Zeitpunkt t=0.05s wird ein Lastsprung in beiden Teilen der Maschine durchgeführt. Das Schätzverfahren der Rotorposition und der Rotordrehzahl ist bevorzugt erst oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl von nLimit = 250 U/min aktiv, da es bei kleinen Drehzahlen wegen zu geringen induzierten Spannungen nicht immer gute Ergebnisse liefert.
• In beiden Figuren sind jeweils von oben nach unten folgende Größen dargestellt:
• • ein Verlauf 705 der Sollströme und ein Verlauf 710 der Istströme nach der d1-Achse für die erste Wicklung 125 der Maschine (uvw) in [Ampère];
• • ein Verlauf 715 der Sollströme und ein Verlauf 720 der Istströme nach der q1-Achse für die erste Wicklung 125 der Maschine (uvw) in [Ampère];
• • ein Verlauf 725 der Sollströme und ein Verlauf 730 der Istströme nach der d2-Achse für die zweite Wicklung 130 der Maschine (xyz) in [Ampere];
• • ein Verlauf 735 der Sollströme und ein Verlauf 740 der Istströme nach der q2-Achse für die zweite Wicklung 130 der Maschine (xyz) in [Ampere];
• • ein Verlauf 745 des gesamten Drehmoments, ein Verlauf 750 des Drehmoments der ersten Wicklung und ein Verlauf 755 des Drehmoments der zweiten Wicklung in [Nm];
• • Ein Verlauf 760 der realen Drehzahl und ein Verlauf 765 der nach dem Verfahren der 4 und 5 geschätzten Drehzahl;
• • ein Verlauf einer Differenz 770 zwischen realer und geschätzter Drehzahl in [U/min]; und
• • ein Verlauf der Differenz 770 zwischen dem realen und dem geschätzten elektrischen Winkel der Maschine 100 in [Grad].
• Die Zwischenkreisspannungen Udc1 und Udc2 sind bei der vorliegenden Simulation beispielhaft leicht unterschiedlich gewählt, nämlich beispielhaft Udc1=12V und Udc2=13V. In der Simulation von 7 wurde kein Fehler im Positions- und Drehzahlsensor 205 des Rotors 110 angenommen. Trotz der unterschiedlichen Randbedingungen zeigen die beiden dreiphasigen Wicklungen 125, 130 der Maschine 100 bei ihrer Ansteuerung nach 3 ein ruhiges Verhalten. Während die erste dreiphasige Wicklung 125 (uvw) mit der kleineren Zwischenkreisspannung (Udc1=12V) einen großen d-Strom bei hohen Drehzahlen erzeugt, benötigt die zweite dreiphasige Wicklung 130 (xyz) mit der größeren Zwischenkreisspannung (Udc=13V) nur einen kleineren d-Strom bei hohen Drehzahlen. Trotz dieses Unterschieds in den Zwischenkreisspannungen der beiden Wechselrichter 220, 240 zur Versorgung der beiden Wicklungen 125, 130 sind die geschätzten Rotorpositionen und Rotordrehzahlen mit den realen Werten praktisch identisch. Der Fehler der Positionsschätzung ist geringer als 1 Grad elektrisch, was bei der beispielhaft zu Grunde gelegten Maschine 100 mit einer Polpaarzahl zp = 5 einem Fehler des Sensors 205 von kleiner als 0,2 Grad mechanisch entspricht. Die geschätzte Drehzahl hat in einem Drehzahlbereich von 250 U/min bis 3000 U/min sehr kleine Abweichungen (stationär ca. 5 U/min) von der tatsächlichen Drehzahl.
• 8 zeigt Ergebnisse einer weiteren Simulation, bei der im Unterschied zu der von 7 zusätzlich ein Offset-Fehler von 12 Grad im Positionssensor 205 (entspricht einem elektrischen Winkel von 60 Grad bei einer Polpaarzahl zp=5) besteht. Man kann feststellen, dass das entwickelte Schätzverfahren nach 4 und 5 die Fehler im elektrischen Winkel auch bei unterschiedlichen Zwischenkreisspannungen gut erkennt.
• Dieser bestimmte Fehler kann etwa von der übergeordneten Überwachungsebene 610 verarbeitet werden um beispielsweise Maßnahmen zu ergreifen, die die Maschine 100 schützen kann, etwa durch Aktivieren einer Drehmomentbegrenzung oder Abschaltung der Maschine 100. Wie man an den Ergebnissen sieht, besteht im Grunddrehzahlbereich eine Abweichung des Ist-Drehmoments vom Soll-Drehmoment. Diese Abweichung kann bei einer hohen Drehzahl zu einem gefährlichen Zustand führen. Das geforderte Drehmoment ist positiv, während das gesteuerte Drehmoment der beiden dreiphasigen Wicklungen 125, 130 sowie das gesamte Drehmoment 745 der Maschine 100 negativ sind. Die transformierten Ströme mit dem falschen Winkel werden eingeregelt und verfolgen die Sollwerte, während die tatsächlichen Ströme in der Maschine 100 andere Werte mit großen Abweichungen annehmen. Treibt die Maschine 100 beispielsweise ein Kraftfahrzeug an, kann eine Situation entstehen, in der das Kraftfahrzeug an einer Steigung abgebremst statt beschleunigt wird. Ein größerer Winkelfehler kann schon im Stillstand oder bei einer kleinen Drehzahl der Maschine 100 zu einem Vorzeichenwechsel des gesteuerten Drehmoments führen. Im Beispiel eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs kann beispielsweise bei einem gewünschten Beschleunigen nach vorne eine Beschleunigung nach hinten (rückwärts) entstehen. Eine Person im Bereich des Kraftfahrzeugs kann dadurch lebensbedrohlich gefährdet werden.
• Bezugszeichenliste

100

sechsphasige PSM

105

Stator

110

Rotor

115

Drehachse

120

Permanentmagnet

125

erste Wicklung (uvw)

130

zweite Wicklung (xyz)

135

Spule

200

feldorientierte Regelung (FOR)

205

Positionssensor

210

erste Regelung

215

erste FOR

220

erster Wechselrichter

230

zweite Regelung

235

zweite FOR

240

zweiter Wechselrichter

300

feldorientierte Regelung

305

erster Vektormodulator

310

zweiter Vektormodulator

400

Verfahren

405

Transformieren

410

Transformieren

415

Transformieren

420

Transformieren

425

Transformieren

430

Transformieren

435

Transformieren

440

Transformieren

445

Bestimmen erste Restspannung

450

Bestimmen zweite Restspannung

500

Regler

505

Mittelwert bilden

510

Regeln

515

Integrieren

520

PLL-Struktur

525

Filtern

530

Integrieren

605

Positions- und Drehzahlschätzung

610

Überwachungsebene

705

Sollströme d1 erste Wicklung

710

Istströme q1 erste Wicklung

715

Sollströme q1 erste Wicklung

720

Istströme q1 erste Wicklung

725

Sollströme d2 zweite Wicklung

730

Istströme d2 zweite Wicklung

735

Sollströme q2 zweite Wicklung

740

Istströme q2 zweite Wicklung

745

Drehmoment gesamt

750

Drehmoment der ersten Wicklung

755

Drehmoment der zweiten Wicklung

760

Drehzahl

765

geschätzte Drehzahl

770

Drehzahlfehler

775

Fehler elektrischer Winkel

Claims (8)

1. Verfahren (200) zum Steuern einer sechsphasigen permanenterregten Synchronmaschine (100), wobei die Maschine (100) einen Stator (105) und einen Rotor (110), der drehbar gegenüber dem Stator (105) gelagert ist, eine erste Wicklung (125) mit drei ersten Phasen (U, V, W) und eine zweite Wicklung (130) mit drei zweiten Phasen (X, Y, Z) umfasst, und wobei das Verfahren (400) folgende Schritte umfasst: Bestimmen (305) von Phasenströmen der ersten Phasen; Bestimmen (310) von Phasenströmen der zweiten Phasen; feldorientiertes Bestimmen (315) von ersten Spannungen, die an den ersten Phasen einzustellen sind, und zweiten Spannungen, die an den zweiten Phasen einzustellen sind, wobei die Spannungen auf der Basis der jeweils bestimmten Phasenströme sowie einem Drehwinkel oder einer Drehgeschwindigkeit des Rotors (110) gegenüber dem Stator (105) bestimmt werden; wobei der Drehwinkel oder die Drehgeschwindigkeit auf der Basis einer Spannung bestimmt (400, 500) wird, die aufgrund der Drehung des Rotors (110) gegenüber dem Stator (105) in einer der Phasen induziert wird.
2. Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei der Drehwinkel oder die Drehgeschwindigkeit erst oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl auf der Basis der induzierten Spannung bestimmt (400, 500) wird.
3. Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drehwinkel oder die Drehgeschwindigkeit mittels eines dedizierten Sensors (205) bestimmt und mit dem auf der Basis der induzierten Spannung bestimmten Drehwinkel oder der Drehgeschwindigkeit verglichen (610) wird.
4. Verfahren (200) nach Anspruch 3, wobei ein Signal erzeugt (610) wird, falls die mittels des Sensors und auf der Basis der induzierten Spannung bestimmten Drehzahlen oder Drehwinkel um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen.
5. Verfahren (200) nach Anspruch 4, ferner umfassend ein Abschalten der Maschine (100) in Abhängigkeit des Signals.
6. Steuervorrichtung (200) für eine sechsphasige permanenterregte Synchronmaschine (100) mit einem Stator (105) und einem Rotor (110), der drehbar gegenüber dem Stator (105) gelagert ist, einer ersten Wicklung (125) mit drei ersten Phasen (Uv V, E) und einer zweiten Wicklung (130) mit drei zweiten Phasen (X, Y, Z), wobei die Steuervorrichtung (200) folgendes umfasst: eine Einrichtung (305) zur Bestimmung von Phasenströmen der ersten Phasen; eine Einrichtung (310) zur Bestimmung von Phasenströmen der zweiten Phasen; eine feldorientierte Regelung (300) zur Bestimmung von ersten Spannungen, die an den ersten Phasen einzustellen sind, und zweiten Spannungen, die an den zweiten Phasen einzustellen sind, wobei die feldorientierte Regelung (300) dazu eingerichtet ist, die Spannungen auf der Basis der jeweils bestimmten Phasenströme, sowie einem Drehwinkel oder einer Drehgeschwindigkeit des Rotors (110) gegenüber dem Stator (105) zu bestimmen; ferner umfassend eine Vorrichtung (605) zur Bestimmung des Drehwinkels oder der Drehgeschwindigkeit auf der Basis einer Spannung, die aufgrund der Drehung des Rotors (110) gegenüber dem Stator (105) in einer der Phasen induziert wird.
7. Steuervorrichtung (200) nach Anspruch 6, ferner umfassend eine Abtasteinrichtung (205) zur Bestimmung des Drehwinkels oder der Drehgeschwindigkeit des Rotors (110).
8. Steuervorrichtung (200) nach Anspruch 6 oder 7, ferner umfassend eine Vorrichtung (610) zum Vergleichen von auf unterschiedlichen Wegen bestimmten Drehwinkeln oder Drehzahlen, wobei die Vorrichtung (610) dazu eingerichtet ist, ein Signal bereitzustellen, falls die betrachteten Größen um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen.

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