DE102017200037A1

DE102017200037A1 - Verfahren zum erkennen eines magnetisierungsfehlers eines permanentmagnetmotors

Info

Publication number: DE102017200037A1
Application number: DE102017200037.6A
Authority: DE
Inventors: Ji Wan Cha; Gu Bae Kang; Jae Sang Lim; Seong Yeop Lim; Young Un Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2017-01-03
Publication date: 2018-04-05
Also published as: CN107918099A; US20180095131A1; KR101876064B1; CN107918099B; KR20180037701A

Abstract

Ein Verfahren zum Erkennen eines Magnetisierungsfehlers eines Permanentmagnetmotors wird bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Berechnen eines Drehmelderoffsetwerts zur Offsetkorrektur eines an dem Motor angebrachten Drehmelders, Berechnen einer Korrekturabweichung, nämlich eines Differenzwerts zwischen dem berechneten Drehmelderoffsetwert und einem vorbestimmten Referenzwert zum Vergleichen der berechneten Korrekturabweichung mit einem zulässigen Fehler. Vergleichen eines Differenzwerts zwischen der berechneten Korrekturabweichung und einem vorbestimmten Phasendifferenzwert einer umgekehrten Magnetisierung des Permanentmagneten mit dem zulässigen Fehler, wenn die berechnete Korrekturabweichung größer ist als der zulässige Fehler, und Ermitteln, dass sich der Motor in einem umgekehrten Magnetisierungszustand befindet, wenn der Differenzwert zwischen der berechneten Korrekturabweichung und dem vorbestimmten Phasendifferenzwert einer umgekehrten Magnetisierung des Permanentmagneten identisch ist mit oder geringer ist als der zulässige Fehler.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen eines Magnetisierungsfehlers eines Permanentmagnetmotors und insbesondere auf ein Verfahren zum Erkennen eines Magnetisierungsfehlers, welches dazu geeignet ist, einen umgekehrt magnetisierten Zustand eines Permanentmagneten des Motors zu erfassen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein Elektromotor wird als eine Antriebsquelle zum Fahren eines grünen Fahrzeuges verwendet, wie einem Elektrofahrzeug (EV), einem Hybridelektrofahrzeug (HEV), oder einem Brennstoffzellenelektrofahrzeug (FCEV). Ein grünes Auto kann ein Auto mit innerem Verbrennungsmotor ersetzen.
Ein innerer Permanentmagnetsynchronmotor (IPMSM) wird als ein Elektromotor (zum Beispiel ein Antriebsmotor) verwendet, das heißt, als die Antriebsquelle des grünen Autos.
Das grüne Auto weist ein Invertersystem zum Antreiben und Steuern des Motors auf. Ein Drehmelder bzw. Drehmelder wird als ein Positionssensor zum Erfassen einer Absolutwinkelposition θ eines Rotors des Motors verwendet, der zum Steuern des Motors verwendet wird.
Ein Koordinatensystem wird bei einer Flussposition des Motors nach der Synchronisierung ermittelt, um einen Vektor des Motors in dem grünen Auto zu steuern. Zu diesem Zweck wird die Absolutwinkelposition in Bezug auf den Rotor des Motors gelesen.
Der Drehmelder bzw. Resolver wird zum Erfassen der Absolutwinkelposition des Motorrotors verwendet. Jede Phase des Rotors des Motors wird genau erfasst durch den Drehmelder, um die Motorgeschwindigkeit und das Drehmoment zum Antreiben des grünen Autos zu steuern.
1 ist eine schematische Illustration eines Aufbaus eines Motors und eines Drehmelders bzw. Resolvers.
Bezugszeichen 2 bezieht sich auf einen Rotor des Motors 1. Bezugszeichen 3 bezieht sich auf eine Welle (oder eine Mittelwelle des Rotors) des Motors 1, und Bezugszeichen 4 bezieht sich auf einen Stator des Motors 1. Bezugszeichen 11 bezieht sich auf einen Rotor eines Drehmelders bzw. Resolvers, und Bezugszeichen 13 bezieht sich auf einen Stator des Drehmelders.
Wie gezeigt, weist der Drehmelder den Rotor 11 und den Stator 13 auf. Der Rotor 11 des Drehmelders kann an der Welle 3 des Motors 1 angebracht sein, und der Stator 13 des Drehmelders kann an dem Stator 4 des Motors 1 angebracht sein.
Ferner ist eine Spule um den Rotor 11 gewickelt, und der Stator 13 des Drehmelders ist zur Magnetflussverteilung, um einer Sinusform zu entsprechen, in Bezug auf Winkel gewickelt.
Wenn der Rotor 11 des Drehmelders durch den Rotor 3 des Motors 1 gedreht wird, in dem Zustand, dass ein Anregungssignal (M REZ+ M REZ–) an eine erste Spule (zum Beispiel ein Eingangsanschluss), die an dem Rotor 11 des Drehmelders gewickelt ist, wird ein magnetischer Kopplungskoeffizient verändert. Im Ergebnis wird ein Signal, in welchem eine Amplitude von jedem Träger verändert ist, bei einer zweiten Spule (zum Beispiel einem Ausgangsanschluss) erzeugt, der an den Stator 13 des Drehmelders gewickelt ist. Die Spule ist gewickelt, damit das zu verändernde Signal Kosinus(cos) und Sinus(sin)-Formen in Abhängigkeit eines Drehwinkels θ des Rotors 2 des Motors und des Rotors 11 des Drehmelders aufweist. In Bezug auf 2 und 3, erzeugt ein Anregungsspannungserzeugungskreis 29 einer Steuerungseinheit 20 (zum Beispiel eines Leistungsschaltkreises (PCU)) ein sinusförmiges Spannungssignal mit einer konstanten Amplitude, das heißt ein Anregungssignal (U₀:M_REZ+, M_REZ–). Im Ergebnis wird das Signal auf die erste Spule (als Referenzspule bezeichnet) angelegt, die an dem Rotor 1 des Drehmelders 10 gewickelt ist.
Wenn das Anregungssignal U₀ an die erste Spule 12 des Drehmelders angelegt wird, werden Ausgaben REZS1 und REZS3 (das heißt ein kosinusförmiges Spannungssignal U₁) und Ausgaben REZS2 und REZS4 (das heißt ein sinusförmiges Spannungssignal U₂) von zweiten Spulen 14 und 15 (als eine Ausgangsspule bezeichnet) ausgegeben, die an dem (nicht gezeigten) Stator gewickelt sind.
Eine Magnetflussverknüpfung wird auf Basis der Veränderung einer Reluktanz aufgrund einer Drehung des Rotors 11 des Drehmelders periodisch geändert. Amplituden der von den zweiten Spulen des Stators des Drehmelders ausgegebenen Spannungssignale U₁ und U₂ werden in Abhängigkeit eines Drehwinkels θ des Motors 1 geändert.
Wie in 3 gezeigt, sind Spitzenpunkte der Spannungssignale U1 und U2, die von dem Drehmelder 10 ausgegeben werden, mit einer Hülle bzw. umhüllenden bzw. Amplitude (”envelope”) durch ein Drehmelder-zu-Digitalwandler (RDC) 21 verbunden, um in ein Kosinussignal und ein Sinussignal umgewandelt zu werden, die eine Absolutwinkelposition θ (ein Positionswinkel) des Motors bei der Steuerungseinheit 20 anzeigen.
4 zeigt einen Magnetisierungszustand des Rotors in Abhängigkeit einer Polaritätsanordnung eines Permanentmagneten in einem inneren Permanentmagnetsynchronmotor (IPMSM). 4 zeigt einen Vergleich der Motoren in einem normalen Magnetisierungszustand und in einem abnormalen umgekehrten Magnetisierungszustand.
Wie gezeigt, zeigt der umgekehrte Magnetisierungszustand des Permanentmagneten des Motors an, dass die Polarität des Permanentmagneten umgekehrt ist, nämlich, dass ein N-Pol und ein S-Pol relativ zu dem normalen Magnetisierungszustand umgekehrt bzw. vertauscht sind.
Zudem weist der umgekehrt magnetisierte Permanentmagnet 5 eine elektrische Phasendifferenz von 180° in Bezug auf die normale Magnetisierung auf.
Der abnormale umgekehrte Magnetisierungszustand kann durch ein Fehler einer Bedienperson oder ein Verfahrensfehler während der Herstellung des Motors erzeugt werden.
Auf die Steuerung bzw. Kontrolle eines direkten Quadratur (d-q) Stromvektors hin, weist der innere Permanentmagnetsynchronmotor einen steuerbaren Bereich (zum Beispiel zweite und dritte Quadranten einer d-q Steuerebene) und einen nicht steuerbaren Bereich auf. Wenn die Stromvektorsteuerung des Motors mit dem Permanentmagneten in dem abnormalen umgekehrten Magnetisierungszustand auf konventionelle Weise durchgeführt wird, wird der Strom an den nicht steuerbaren Bereich in der d-q Steuerebene angelegt.
Wenn ein Steuerbefehl auf den umgekehrt magnetisierten Motor angewendet wird, wird ein Strombetriebspunkt in dem nicht steuerbaren Bereich ermittelt, sodass es unmöglich ist, den Motor zu steuern. Zum Beispiel treten Steuerprobleme auf. In einigen Fällen, ist es unmöglich, in einem mittleren/hohen Geschwindigkeitsbereich einen schwachen Magnetfluss zu steuern.
Wenn sich ein als eine Antriebsquelle eines Fahrzeugs dienender Antriebsmotor in einem umgekehrten Magnetisierungszustand befindet, ist es aufgrund der Unmöglichkeit der Steuerung des Motors unmöglich, das Fahrzeug zu fahren.
Hardware wie ein Leistungsmodus und ein Kondensator in einem Inverter können aufgrund einer Zunahme einer gegenelektromotorischen Kraft des Motors beschädigt werden, da der Permanentmagnet bei hoher Geschwindigkeit eine erhöhte Magnetisierung aufweist.
Ein Motor mit einem umgekehrt magnetisierten Permanentmagneten ist demensprechend ein während dem Herstellungsverfahren erzeugtes defektes Produkt. Im Ergebnis ist es nützlich, den Motor richtig zu überprüfen. Wenn ein umgekehrter Magnetisierungsdefekt auftritt, tritt nachteiligerweise eine Abnahme der Produktivität auf.
Wenn ein umgekehrt magnetisierter Motor an einem Fahrzeug angebracht wird, muss eine Bedienperson Mühe und Zeit für die Entfernung, fürs Ersetzen, für das Abbauen und die Analyse des Motors investieren. Kosten zum Anbringen eines neuen Motors und Kosten für die Entsorgung des defekten Motors treten ebenfalls auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Es wird ein Verfahren zum Erkennen eines Magnetisierungsfehlers eines Permanentmagnetmotors geschaffen. Das Verfahren ist zum Erfassen eines umgekehrten Magnetisierungszustands unter Verwendung eines Prozesses (zum Beispiel eines logischen Prozesses) anstelle von zusätzlicher Hardware geeignet.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Erkennen eines Magnetisierungsfehlers eines Permanentmagnetmotors geschaffen. Das Verfahren umfasst: a) Berechnen eines Resolveroffsetwerts bzw. Drehmelderoffsetwert zur Offsetkorrektur eines Drehmelders, der an dem Motor angebracht ist, b) Berechnen einer Korrekturabweichung, zum Beispiel eines Differenzwerts zwischen den berechnetem Drehmelderoffsetwert und einem vorbestimmten Designreferenzwert zum Vergleichen der berechneten Korrekturabweichung mit einem Design-zulässigen Fehler, c) Vergleichen eines Differenzwerts zwischen der berechneten Korrekturabweichung und einem vorbestimmten Phasendifferenzwert einer umgekehrten Magnetisierung des Permanentmagneten mit dem Design-zulässigen bzw. für das Design zulässigen Fehler, wenn die berechnete Korrekturabweichung größer ist als der Design-zulässige Fehler, und d) Ermitteln, dass sich der Motor in dem umgekehrten Magnetisierungszustand befindet, wenn der Differenzwert zwischen der berechneten Korrekturabweichung und dem vorbestimmten Phasendifferenzwert einer umgekehrten Magnetisierung des Permanentmagneten identisch ist mit oder geringer ist als der Design-zulässige Fehler.
Der Phasendifferenzwert einer umgekehrten Magnetisierung kann auf 180° festgelegt werden.
Im Schritt a) kann der Drehmelderoffsetwert durch zu einem ursprünglichen Drehmelderoffsetwert Addieren eines Drehmelderoffsetkorrekturwerts berechnet werden, der in einem Nullstromzustand des Motors berechnet wird, in welchem direkte (d)-Achsen- und Quadratur (q)-Achsenströme gesteuert werden, einem Nullstrom zu entsprechen.
In Schritt b) kann die berechnete Korrekturabweichung mit dem Design-zulässigen Fehler verglichen werden, und wenn die Korrekturabweichung identisch ist mit oder geringer ist als der Design-zulässige Wert, kann der in Schritt a) berechnete Drehmelderoffsetwert zum Durchführen einer Drehmelderoffsetkorrektur verwendet werden.
In Schritt d) kann, wenn ermittelt wird, dass sich der Permanentmagnet des Motors in einem umgekehrten Magnetisierungszustand befindet, ein neuer Drehmelderoffsetwert berechnet werden, und zwar durch zu einem ursprünglichen Drehmelderoffsetwert Addieren eines Drehmelderoffsetkorrekturwerts, der in einem Nullstromzustand des Motors berechnet wird, in welchem d-Achsen- und q-Achsenströme gesteuert werden, einen Nullstrom zu entsprechen, und dem Phasendifferenzwert einer umgekehrten Magnetisierung eines Permanentmagneten, und der neue Drehmelderoffsetwert kann zum Korrigieren des Drehmelderoffsets verwendet werden.
Die Begriffe ”Fahrzeug”, ”fahrzeugtechnisch” und andere ähnliche Begriffe, wie hierin verwendet, schließen Motorfahrzeuge im Allgemeinen ein, sowie Personenfahrzeuge einschließlich von Geländewagen (SUV), Busse, LKWs, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Variation von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen, und schließen Hybridfahrzeuge ein, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoff-angetriebene Fahrzeuge und andere Alternativkraftstofffahrzeuge (zum Beispiel Kraftstoffe, die aus anderen Quellen als aus Erdöl gewonnen werden). Wie hierin verwendet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, beispielsweise sowohl Benzin-angetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und andere Eigenschaften der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen derselben in den begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben, die nur zum Zwecke der Illustration aufgeführt sind daher nicht beschränkend sind für die vorliegende Offenbarung, und wobei:
1 eine schematische Illustration eines Aufbaus eines Motors und eines Drehmelders ist;
2 eine Illustration eines allgemeinen Drehmelders und einer allgemeinen Steuerungseinheit ist;
3a bis 3c Illustrationen eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals des allgemeinen Drehmelders sind;
4 eine Illustration einer Polaritätsanordnung eines Permanentmagneten in Abhängigkeit einer Magnetisierungsrichtung eines Rotors des Motors ist;
5 ein Blockdiagramm ist, das einen Verbindungszustand zwischen einem Invertersystem und dem Motor zeigt;
6 und 7 Illustrationen von bekannten Drehmelderoffsetkorrekturen sind;
8 eine Illustration eines Verfahrens zum Korrigieren einer umgekehrten Magnetisierung eines Rotors eines Permanentmagneten unter Verwendung eines Drehmelderoffsets gemäß einer Ausführungsform ist;
9 eine Illustration einer Vektorsteuerung unter Verwendung eines Stromantriebspunktransfereffekts gemäß einer Ausführungsform ist; und
10 ein Flussdiagram ist, das ein Verfahren zum Erfassen und Korrigieren einer umgekehrten Magnetisierung gemäß einer Ausführungsform ist.
Es ist zu verstehen, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise skaliert sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von Aspekten der Offenbarung darstellen können. Die spezifischen Eigenschaften der vorliegenden Offenbarung beispielsweise einschließlich von spezifischen Abmessungen, Orientierungen, Positionierungen und Formen, werden teilweise durch die spezifisch vorgesehene Anwendung und Verwendungsumgebung festgelegt.
Bezugszeichen in den Figuren beziehen sich durch die verschiedenen Figuren der Zeichnungen hin auf dieselben oder äquivalente Teile oder Elemente der vorliegenden Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun wird detailliert auf verschiedene Beispiele der in den begleitenden Zeichnungen gezeigten und nachstehend beschriebenen offenbarten Verfahren Bezug genommen. Die offenbarten Verfahren können jedoch auch verschiedene Weisen verkörpert sein und sind nicht auf die nachstehenden Beispiele beschränkt.
Wenn nicht explizit gegenteilig angegeben werden die durch die Beschreibung hin verwendeten Wörter ”aufweist”, ”weist auf” oder ”aufweisend” nicht als andere Elemente ausschließend verstanden, sondern vielmehr als auf das mögliche Vorhandensein von anderen Elementen hinweisend.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verfahren zum Erkennen eines Magnetisierungsfehlers des Permanentmagnetmotors und insbesondere auf ein Verfahren zum Erkennen eines Magnetisierungsfehlers, welches dazu geeignet ist einen umgekehrten Magnetisierungszustand eines Permanentmagneten des Motors zu erfassen.
Der Motor kann ein innerer Permanentmagnetsynchronmotor (IPMSM) sein, bei dem ein Permanentmagnet an einem Rotor angebracht ist. Ein Nord (N)-Pol und ein Süd (S)-Pol des Permanentmagneten sind alternierend bei dem Rotor des inneren Permanentmagnetsynchronmotors angeordnet.
Der Motor kann ein Antriebsmotor sein, der als eine Antriebsquelle für ein Fahrzeug wie ein grünes Auto verwendet wird.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Magnetisierungsfehler des Permanentmagneten des Motors eine umgekehrte Magnetisierung des Permanentmagnets. Bei dem Beispiel von 4 ist ein umgekehrter Magnetisierungszustand des Permanentmagneten des Motors eine umgekehrte Anordnung eines N-Pols und eines S-Pols relativ zu dem normalen Magnetisierungszustand. Der Permanentmagnet des umgekehrt magnetisierten Motors weist eine elektrische Phasendifferenz von 180° in Bezug auf den Permanentmagneten des normal magnetisierten Motors auf.
Basierend auf den vorherigen Eigenschaften wird eine umgekehrte Magnetisierung des Permanentmagneten des Motors unter Verwendung eines an dem Motor angebrachten Positionssensors erfasst, das heißt, auf Basis eines Spannungsausgangssignals des Drehmelders bzw. Resolvers zum Erfassen einer Absolutwinkelposition θ des Rotors.
Ein Verfahren zum Korrigieren eines Offsets des Drehmelders wird bereitgestellt. Das Verfahren korrigiert den Offset unter Verwendung einer Polaritätsanordnungseigenschaft des Permanentmagneten des Motors auf das Erfassen hin einer umgekehrten Magnetisierung des Permanentmagneten des Motors.
Ein Verfahren zum Erfassen einer umgekehrten Magnetisierung des Permanentmagneten des Motors wird bereitgestellt. Das Verfahren korrigiert den Offset des an dem umgekehrt magnetisierten Motor angebrachten Drehmelders, nachdem die umgekehrte Magnetisierung erfasst worden ist. Im Ergebnis ist es möglich, eine normale Steuerung an dem umgekehrt magnetisierten Motor durchzuführen, indem der Offset des Drehmelders des umgekehrt magnetisierten Motors korrigiert wird.
Unter Bezugnahme auf 5 bis 7 wird ein bekanntes Verfahren zum Korrigieren eines Drehmelderoffsets bzw. -versatzes beschrieben.
5 ist ein Blockdiagramm, das einen Verbindungszustand zwischen einem Invertersystem 30 und einem Motor zeigt. Ein Strombefehlgenerator 31 in dem Invertersystem 30 nimmt einen Drehmomentbefehl und eine Rotationsgeschwindigkeit des Motors ω_rpm auf, um einen d-Achsenstrombefehl und einen q-Achsenstrombefehl zu erzeugen, unter Verwendung einer Stromkarte. Ein Pulsbreitenmodulations(PWM)-Signal wird in dem Inverter 32 in Abhängigkeit der erzeugten Strombefehle erzeugt, um ein Schalten des Leistungsmodus in dem Inverter 32 zu steuern. Ein an den Motor angelegter Dreiphasenstrom wird durch Schaltsteuerung des Leistungsmoduls gesteuert.
Der an dem Motor 1 angebrachte Drehmelder wird zum Vorhersagen einer Position, Geschwindigkeit und eines Winkels einer Mittelachse des Rotors (zum Beispiel einer Motorwelle) verwendet. Der Drehmelder 10 weist eine Referenzspule auf, das heißt, eine erste Spule 12 (1), und Ausgangsspulen, das heißt zweite Spulen 14 und 15 (1).
Dementsprechend wird ein Anregungssignal an die Referenzspule des Drehmelders 10 angelegt, und die Geschwindigkeit und Position des Rotors werden mittels einer Steuerung unter Verwendung eines an der Ausgangsspule erzeugten Spannungsausgabesignals geschätzt.
Verschiedene Bedingungen, die eine Zusammenbautoleranz zwischen dem Motor 1 und dem Drehmelder 10 und der Positionsungenauigkeit der Spulen im Drehmelder, können jedoch einen Positionsoffset zwischen dem Rotor des Motors und dem Drehmelder generieren. Wenn nicht das Ausgangssignal des Drehmelders durch den Offset korrigiert wird, ist es unmöglich, eine genaue Position des Rotors auf die Steuerung des Motors hin anzugeben. Daher ist eine Korrektur des Offsets des Drehmelders garantiert.
6 zeigt die Korrektur des Offsets des Drehmelders. Um einen idealen Stromvektor des Motors zu steuern, ist es nützlich, Information über eine absolute Winkelposition θ, das heißt Information über einen Positionswinkel des Rotors (zum Beispiel einen Motorrotationswinkel) zu erhalten.
Um nach dem Anbringen des Drehmelders präzise Informationen über den Positionswinkel des Rotors zu erhalten, wird eine Offsetkorrektur durchgeführt. Dies wird durchgeführt, um einen Fehler zu korrigieren, der durch mechanische und elektrische Toleranz beim Installieren des Drehmelders erzeugt wird. Die Stromvektorsteuerung, die einen Drehmelderoffsetwert θ_offset und einen Korrekturwert Q_comp berücksichtigt, wird durchgeführt, sodass es möglich ist, die Motorgeschwindigkeit und das Drehmoment zu steuern (vor der Korrektur: d'-Achse und q'-Achse in 5).
Um den Motorvektor zu steuern, wie in 6 gezeigt, sind der Positionswinkel π des Drehmelders und eine Peakposition einer U-Phase einer gegenelektromotorischen Kraft des Motors zueinander identisch. Wenn sich der Positionswinkel π des Drehmelders und die Peakposition einer U-Phase der gegenelektromotorischen Kraft des Motors voneinander unterscheiden, kann die Differenz (zum Beispiel der Offset) unter Verwendung eines Prozesses (zum Beispiel eines Logikprozesses) korrigiert werden.
Wie in 6 gezeigt, ist es, wenn der Positionswinkel θ des Drehmelders und die Peakposition einer U-Phase der gegenelektromotorischen Kraft des Motors identisch sind, nicht notwendig, den Offset des Drehmelders zu korrigieren. Wenn sich der Positionswinkel π des Drehmelders und die Peakposition der U-Phase der gegenelektromotorischen Kraft des Motors voneinander unterscheiden, ist eine Korrektur des Offsets des Drehmelders garantiert.
Auf die Steuerung des Motorvektors hin, wird eine Drehmelderoffsetkorrektur für eine Vd-Achsenspannung einer Synchronkoordinate durchgeführt, 0 Grad zu betragen. Auf die Steuerung des Motorvektors hin wird die Differenz zwischen dem Winkeln Vd und Vq der Synchronkoordinate um eine Winkeldifferenz korrigiert.
Ferner gibt es unter Bezugnahme auf 7, beispielsweise, wenn Vd = 0 und Vq = α, keine Winkeldifferenz zwischen Vd und Vq. Im Ergebnis ist es nicht notwendig den Drehmelderoffset zu korrigieren. Alternativ dazu, wenn Vd = β und Vq = α, beträgt eine Winkeldifferenz zwischen Vd und Vq θ_comp, sodass die Korrektur des Drehmelderoffsets garantiert wird.
Um den Drehmelderoffset zu korrigieren, wird der Motor daher durch Null (0) Strom gesteuert, und der Drehmelderoffset wird korrigiert, sodass die d-Achsenspannung Vd der Synchronkoordinate 0 wird.
Beim Korrigieren des Drehmelderoffsets werden die d-Achsen- und q-Achsenströme gesteuert, um einem Nullstrom (Id = 0 und Iq = 0) zu entsprechen, sodass die Winkeldifferenz (θ_comp = tan^–1 (α/β) von Vd und Vq als ein Korrekturwert θ_comp des Drehmelderoffsets berechnet wird. Wie unten in Gleichung 1 gezeigt, wird der berechnete Korrekturwert θ_comp des Drehmelderoffsets zu einem ursprünglichen Drehmelderoffsetwert θ_{original_offset} hinzugefügt, um einen neuen Drehmelderoffsetwert θ_{new_offset} zu berechnen.
Gleichung 1

θ_{new_offset} = θ_{original_offset} + θ_comp

Im Ergebnis wird der berechnete neue Drehmelderoffsetwert angewendet, um den Drehmelderoffset automatisch zu korrigieren.
Der vorstehende Prozess der Korrektur des Drehmelderoffsets kann bei der Steuerung (zum Beispiel einer Steuerplatine, in welche Komponenten integriert sind, die zur Invertersteuerung benutzt werden) zum Steuern eines Gesamtbetriebs des Inverters in dem Invertersystem durchgeführt werden.
Wenn der abnormale umgekehrte Magnetisierungszustand durch einen Diagnoseprozess (zum Beispiel einen Logikprozess) erfasst wird und als ein umgekehrter Magnetisierungszustand des Permanentmagneten des Motors ermittelt wird, kann der Motor in dem umgekehrten Magnetisierungszustand normal gesteuert werden mittels einer Anwendung eines Offsetkorrekturwerts einer umgekehrten Magnetisierung.
Der Magnetisierungsfehler des Permanentmagneten des Motors wird unter Verwendung einer Drehmelderoffsetkorrektur erkannt. Ferner wird der Motor mit der abnormalen umgekehrten Magnetisierung auf eine Feststellung einer umgekehrten Magnetisierung hin normal gesteuert, und zwar durch Anwendung des Drehmelderoffsetkorrekturwerts, der in dem umgekehrten Magnetisierungszustand berechnet wird, das heißt, dem Offsetkorrekturwert einer umgekehrten Magnetisierung.
8 zeigt ein Verfahren zum Korrigieren einer umgekehrten Magnetisierung des Rotors des Permanentmagneten unter Verwendung des Drehmelderoffsets. 9 zeigt eine Vektorsteuerung, die einen Stromantriebsantriebspunkttransfereffekt verwendet.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Permanentmagnet des umgekehrt magnetisierten Motors eine elektrische Phasendifferenz von 180 Grad relativ zu dem Permanentmagneten des normal magnetisierten Motors auf (4).
Wie in 9 gezeigt, weist der innere Permanentmagnetsynchronmotor auf die Steuerung hin des d-q-Stromvektors den steuerbaren Bereich (die zweiten und dritten Quadrante der d-q-Steuerebene) und die nicht steuerbaren Bereiche (die ersten und vierte Quadrante) auf. Wenn der Stromvektor auf die konventionelle Weise gesteuert wird, wird ein Strom an den nicht steuerbaren Bereich in der d-q-Steuerebene angelegt.
Wenn der Steuerbefehl auf den umgekehrt magnetisierten Motor angewendet wird, wird der Stromantriebspunkt P' als der nicht steuerbare Bereich ermittelt, sodass es unmöglich ist, den Motor zu steuern. Außer wenn sich der Antriebspunkt bewegt, ist es unmöglich den Motor zu steuern.
Eine Drehmelderoffsetkorrektur hat einen Effekt der Rotation der d-q-Steuerachse. Wie in 8 gezeigt, kann sich der Stromantriebspunkt zu dem normalen Steuerbereich bewegen (der Antriebspunkt P' bewegt sich zu P), wenn ein Wert (180° + θ_comp) der ermittelt wird, indem die Phasendifferenz von 180 Grad des umgekehrt magnetisierten Permanentmagneten zu dem Offsetkorrekturwert θ_comp hinzugezählt wird, als der Drehmelderoffsetkorrekturwert des umgekehrt magnetisierten Motors verwendet wird, das heißt, der Offsetkorrekturwert der umgekehrten Magnetisierung, wie in 9 gezeigt. Dementsprechend kann der Motor mit abnormaler umgekehrter Magnetisierung normal gesteuert werden.
Hierin ist 180 Grad eine vorbestimmte Phasendifferenz einer umgekehrten Magnetisierung des Permanentmagneten, unter Berücksichtigung, dass der Permanentmagnet des umgekehrt magnetisierten Motors eine elektrische Phasendifferenz von 180 Grad relativ zu dem Permanentmagneten des normal magnetisierten Motors aufweist.
Unter Bezugnahme auf 10 wird der Prozess der Erfassung und Korrektur einer umgekehrten Magnetisierung des Permanentmagneten des Rotors unter Verwendung einer Drehmelderoffsetkorrektur beschrieben.
Eine automatische Drehmelderoffsetkorrektur wird mittels der Steuerung gestartet, S11. Auf die Korrektur des Drehmelderoffsets hin, werden die d-Achsen- und q-Achsenströme gesteuert, um einem Nullstrom (Id = 0 A und Iq = 0 A) zu entsprechen, sodass der Korrekturwert θ_comp, welche der Winkeldifferenz zwischen der Ausgangs-d-Achsen-Spannung Vd und der Ausgangs-q-Achsen-Spannung Vq entspricht, durch die Steuerung berechnet wird, S12.
Der ursprüngliche Drehmelderoffsetwert θ_{original_offset} wird zu dem berechneten Korrekturwert θ_comp mittels der Steuerung hinzugezählt, wodurch der neue Drehmelderoffsetwert θ_{original_offset} berechnet wird (θ_{new_offset} = θ_{original_offset} + θ_comp), S13.
Die Berechnung des Korrekturwerts und des neuen Drehmelderoffsetwerts wird unter Verwendung einer bekannten Drehmelderoffsetkorrekturverarbeitung durchgeführt.
Der neue Drehmelderoffsetwert θ_{new_offset} wird mit einem vorbestimmten Designreferenzwert θ_design verglichen. Wenn die Differenz (ein Absolutwert der Differenz) zwischen dem neuen Drehmelderoffsetwert θ_{new_offset} und dem vorbestimmten Designreferenzwert θ_design, nämlich eine Korrekturabweichung, identisch ist mit oder kleiner ist als ein vorbestimmter Design zulässiger Wert θ_{design_error} das heißt, ”|θ_design θ_{new_offset}| ≤ θ_{design_error}”, wird der Prozess der automatischen Drehmelderoffsetkorrektur durch Anwendung des neuen Drehmelderoffsetwerts θ_{new_offset} vervollständigt, S14, S15 und S16.
Der neue Drehmelderoffsetwert wird zum Korrigieren des Drehmelderoffsets verwendet. Der korrigierte Offsetwert wird als eine Drehmeldererfassungsinformation (zum Beispiel die Absolutwinkelposition des Rotors) zum Steuern des Motors verwendet.
Die Steuerung des Motorantriebs unter Verwendung der korrigierten Drehmeldererfassungsinformation wird gemäß einem bekannten Prozess implementiert. Eine detaillierte Beschreibung des Prozesses wird dementsprechend ausgelassen.
In Schritt S14 erkennt die Steuerung, dass die Korrekturabweichung des Drehmelderoffsets exzessiv ist, S14 und S17, wenn die Korrekturabweichung zwischen dem neuen Drehmelderoffsetwert θ_{new_offset} und dem vorbestimmten Designreferenzwert θ_design größer ist als der vorbestimmte Design zulässige Fehler θ_{design_error}, nämlich ”|θ_design – θ_{new_offset}| > θ_{design_error}”.
Hierin bezeichnet ”||” einen Absolutwert.
Wenn der Permanentmagnet an dem Rotor des Motors in einem umgekehrt magnetisierten Zustand angebracht wird, erkennt die Steuerung in Schritt S14 des Drehmelderoffsetkorrekturprozesses immer, dass die Korrekturabweichung des Drehmelderoffsets exzessiv ist.
In einem Fall ohne umgekehrten Magnetisierungszustand kann ebenfalls ein Exzess der Korrekturabweichung des Drehmelderoffsets auftreten. Daher kann nach dem Erkennen der exzessiven Korrekturabweichung des Drehmelderoffsets ermittelt werden, ob wirklich eine umgekehrte Magnetisierung vorliegt oder nicht.
In dem Prozess der Erkennung eines Magnetisierungsfehlers des Rotors des Motors, zum Beispiel dem Prozess der Erkennung einer umgekehrten Magnetisierung, wird ein Logikprozess unter Verwendung der Polaritätsanordnung des Permanentmagneten verwendet. In dem Fall des umgekehrt magnetisierten Motors wird der umgekehrt magnetisierte Motor mit der elektrischen Phasendifferenz von 180 Grad verwendet.
Nach Schritt S14, wenn eine exzessive Korrekturabweichung des Drehmelderoffsets erkannt wird (Schritt S17), in dem Fall, dass ein durch Subtrahieren des Werts, der 180 Grad der Phasendifferenz der umgekehrten Magnetisierung beträgt, von der berechneten Korrekturabweichung |θ_design – θ_{new_offset}|, namentlich ||θ_design – θ_{new_offset}| – 180°|, ermittelt wird, identisch ist mit oder kleiner ist als der Design-zulässige Wert θ_{design_error}, wird der Permanentmagnet daher als in einem umgekehrten Magnetisierungszustand ermittelt, S18 und S19.
Auf ”||θ_design – θ_{new_offset}| – 180°| ≤ θ_{design_error}” hin, wird der Permanentmagnet als in einem umgekehrt Magnetisierungszustand ermittelt.
Hierin bezeichnet ”||” ein Absolutwert.
180 Grad ist die vorbestimmte Phasendifferenz einer umgekehrten Magnetisierung des Permanentmagneten unter Berücksichtigung, dass der Permanentmagnet des umgekehrt magnetisierten Motors eine elektrische Phasendifferenz von 180 Grad relativ zu dem Permanentmagneten des normal magnetisierten Motors aufweist.
Wenn der Wert, der ermittelt wird durch Subtrahieren des Werts, der 180 Grad beträgt der Phasendifferenz einer umgekehrten Magnetisierung, von der berechneten Korrekturabweichung |θ_design – θ_{new_offset}|, nämlich ||θ_design – θ_{new_offset}| – 180°|, größer ist als der Design-zulässige Wert θ_{design_error}, wird eine Fehlerbedingung erkannt bzw. diagnostiziert aufgrund der exzessiven Korrekturabweichung. Dementsprechend wird die Drehmelderoffsetkorrektur erneut durchgeführt.
Auf ”||θ_design – θ_{new_offset}| – 180°| > θ_{design_error}” hin, wird ermittelt, dass der Permanentmagnet als in einem Fehlerzustand aufgrund der exzessiven Korrekturabweichung diagnostiziert wird und nicht in einem umgekehrten Magnetisierungszustand, wobei die Drehmelderoffsetkorrektur erneut durchgeführt wird. Schritt S11, S12 und S13 werden erneut durchgeführt zum Berechnen eines neuen Drehmelderoffsetwerts.
Nachdem ermittelt wird, dass sich der Permanentmagnet in einem umgekehrten Magnetisierungszustand befindet, kann unmittelbar Feedback gegeben werden an einen Herstellungsprozess. Nachdem der neue Drehmelderoffsetwert θ_{new_offset}, in dem die Phasendifferenz 180 Grad widerspiegelt ist, berechnet wird, wird der Prozess der automatischen Korrektur des Drehmelderoffsets unter Verwendung des berechneten Drehmelderoffsetwerts vervollständigt, S20 und S21.
Der neue Drehmelderoffsetwert θ_{new_offset}, der die Phasendifferenz von 180 Grad widerspiegelt, wird durch Verwendung des Werts (180° + θ_comp) als ein Drehmelderoffsetkorrekturwert (der Offsetkorrekturwert mit umgekehrter Magnetisierung) ermittelt, der durch Addieren der Phasendifferenz von 180 Grad des umgekehrt magnetisierten Permanentmagneten zu dem Offsetkorrekturwert θ_comp berechnet wird, wie nachstehend in Gleichung 2 gezeigt.
Gleichung 2

θ_{new_offset} = θ_{original_offset} + (180 ± θ_comp)

Wenn der neue Drehmelderoffsetwert θ_{new_offset} unter Anwendung des Drehmelderoffsetkorrekturwerts 180° + θ_comp berechnet wird, wird der berechnete neue Drehmelderoffsetwert θ_{new_offset} angewendet, um den automatischen Korrekturprozess des Drehmelderoffsets zu vervollständigen bzw. abzuschließen.
Der neue Drehmelderoffsetwert wird verwendet, sodass der Offset des Drehmelders korrigiert wird (zum Beispiel die umgekehrte Magnetisierung des Rotors des Permanentmagneten wird korrigiert) und ein Motorantrieb wird unter Verwendung des korrigierten Offsetwerts als die Drehmeldererfassungsinformation gesteuert (zum Beispiel die Absolutwinkelposition des Rotors).
Daher kann der Motor durch Erfassen und Korrigieren der umgekehrten Magnetisierung normal gesteuert werden, obwohl der Motor mit der abnormalen umgekehrten Magnetisierung ein während einem Herstellungsprozess defektes Produkt ist anstelle dessen, dass die Komponente ersetzt wird.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, kann mit dem Verfahren des Erkennens eines Magnetisierungsfehlers der Permanentmagnetmotoren ein umgekehrter Magnetisierungszustand des Motors unter Verwendung eines Logikprozesses ohne Hinzufügen von separater Hardware erfasst werden. Nach dem Erfassen einer umgekehrten Magnetisierung kann der Motor in einem umgekehrten Magnetisierungszustand durch die Offsetkorrektur des an dem Motor angebrachten Drehmelders normal gesteuert werden.
Verschiedene Ausführungsformen wurden in dieser Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen offenbart. Obwohl hierin spezifische Begriffe verwendet werden, werden die Begriffe zum Beschreiben der verschiedenen Ausführungsformen verwendet und beschränken nicht die Bedeutungen und den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen widergegeben.
Dementsprechend wird ein Fachmann mit durchschnittlicher Fachkenntnis in dem technischen Gebiet der vorliegenden Erfindung verstehen, dass verschiedene Abwandlungen und verschiedene äquivalente Ausführungsformen von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen abgeleitet werden können. Daher ist der Rahmen des Schutzes der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Magnetisierungsfehlers einer Permanentmagnetmotors, wobei das Verfahren umfasst: a) Berechnen eines Drehmelderoffsetwerts zur Offsetkorrektur eines an einem Motor angebrachten Drehmelders; b) Berechnen einer Korrekturabweichung, wobei die Korrekturabweichung einen Differenzwert zwischen dem berechneten Drehmelderoffsetwert und einem vorbestimmten Referenzwert aufweist, zum Vergleichen der berechneten Korrekturabweichung mit einem zulässigen Fehler; c) Vergleichen eines Differenzwerts zwischen der berechneten Korrekturabweichung und einem vorbestimmten Phasendifferenzwert einer umgekehrten Magnetisierung eines Permanentmagneten mit dem zulässigen Fehler, wenn die berechnete Korrekturabweichung größer ist als der zulässige Fehler; und d) Ermitteln, dass sich der Permanentmagnetmotor in einem umgekehrten Magnetisierungszustand befindet, wenn der Differenzwert zwischen der berechneten Korrekturabweichung und dem vorbestimmten Phasendifferenzwert einer umgekehrten Magnetisierung des Permanentmagneten identisch ist mit oder kleiner ist als der zulässige Fehler.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Phasendifferenzwert einer umgekehrten Magnetisierung auf 180 Grad festgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem im Schritt a) das Berechnen des Drehmelderoffsetwerts ein zu einem ursprünglichen Drehmelderoffsetwert Addieren eines Drehmelderoffsetkorrekturwerts umfasst, der in einem Nullstromzustand des Motors berechnet wird, in welchem d-Achsen und q-Achsenströme gesteuert werden, einem Nullstrom zu entsprechen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Schritt b) ein Vergleichen der berechneten Korrekturabweichung mit dem zulässigen Fehler umfasst, sodass wenn die Korrekturabweichung identisch ist mit dem oder geringer ist als der zulässige Fehler, der in Schritt a) berechnete Drehmelderoffsetwert zum Durchführen einer Drehmelderoffsetkorrektur verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Schritt d) umfasst, wenn ermittelt wird, dass sich der Permanentmagnet des Motors in dem umgekehrten Magnetisierungszustand befindet, Berechnen eines neuen Drehmelderoffsetwerts durch zu einem ursprünglichen Drehmelderoffsetwert Addieren eines Drehmelderoffsetkorrekturwerts, der in einem Nullstromzustand des Motors berechnet wird, in welchem d-Achsen- und q-Achsenströme gesteuert werden, einem Nullstrom zu entsprechen, und dem Phasendifferenzwert einer umgekehrten Magnetisierung des Permanentmagneten, wobei der neue Drehmelderoffsetwert zum Korrigieren des Drehmelderoffsets verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Phasendifferenzwert einer umgekehrten Magnetisierung auf 180 Grad festgelegt ist.