DE102017207401A1

DE102017207401A1 - Verfahren und system zum steuern eines synchronmotors mit gewickeltem rotor

Info

Publication number: DE102017207401A1
Application number: DE102017207401.9A
Authority: DE
Inventors: Kyung Su Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2018-05-24
Also published as: CN108092597B; CN108092597A; KR20180057141A; US10164564B2; US20180145624A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt ein System zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor vor, das einschließt: eine Strom-/Spannungsbestimmungseinheit, die eingerichtet ist, einen optimalen Rotorstrom unter Verwendung eines Plans aus einer Echtzeit-Motorbetriebsinformation zu bestimmen und in Übereinstimmung mit dem bestimmten optimalen Rotorstrom eine Rotorspannung zu bestimmen und auszugeben, und eine Temperaturschätzeinheit, die eingerichtet ist, eine Rotorspulentemperatur aus der Rotorspannung und dem optimalen Rotorstrom, der von der Strom-/Spannungsbestimmungseinheit ausgegeben wird, unter Verwendung einer Rotorspulentemperaturschätzgleichung zu berechnen und auszugeben, die aus einer Korrelationsgleichung zwischen der Rotorspannung und der Rotorspulentemperatur für jeden Rotorstrom festgelegt wird.

Description

QUERVERWEIS ZU EINER IN BEZIEHUNG STEHENDEN ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Inhalt der koreanischen Patentanmeldung mit der Nr. 10-2016-0155418 , die am 22. November 2016 eingereicht wurde und die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme einbezogen wird.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor. Insbesondere betrifft es ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor zum Schätzen einer Temperatur einer Rotorspule in Echtzeit in Übereinstimmung mit einer Betriebsinformation eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich die vorliegende Offenbarung betreffende Hintergrundinformationen bereit und müssen nicht Teil des Stands der Technik sein.
In jüngster Vergangenheit wurden Anstrengungen unternommen, den Anwendungsbereich eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor aufgrund des Abbaus seltener Erdvorkommen, dem Anstieg von Herstellungskosten und dem Lieferengpass von seltenen Permanenterdmagnetmaterialien zu erweitern.
Zum Beispiel wurde ein Synchronmotor mit innerem Permanentmagneten (IPMSM) als elektrischer Motor (Antriebsmotor) und Antriebsquelle eines umweltfreundlichen Fahrzeugs verwendet, jedoch wurden Forschung & Entwicklung aktiv vorangetrieben, um einen Synchronmotor mit gewickeltem Rotor (WRSM) mit einem Rotor und einem Stator mit gewickelten Spulen als Antriebsquelle eines umweltfreundlichen Fahrzeugs einzusetzen.
Es ist bekannt, dass ein Synchronmotor mit gewickeltem Rotor ein Motor zum Einsetzen einer elektrischen Spule anstelle eines Permanentmagneten an einem Rotor ist und dieser eingerichtet ist, ein Drehmoment in Übereinstimmung mit einem Zusammenwirken mit einem Stator durch Wickeln einer Spule um den Rotor und Aufbringen eines Gleichstroms (DC-Strom) auf die Spule, um ein elektrisches Feld auszubilden, zu erzeugen.
Wie oben beschrieben, benötigt der Synchronmotor mit gewickeltem Rotor, bei dem der Rotor mit einer Spule anstatt eines Permanentmagneten umwickelt ist, zusätzlich eine Steuerung eines Rotorstroms I_f, der durch die Rotorspule fließt. Folglich kann, wenn ein konventionelles Steuerungsverfahren für einen Synchronmotor mit Permanentmagneten verwendet wird, eine Überlastung einer Central Processing Unit (CPU) zu und übermäßigen Plandaten aufgrund einer Kombination einer Steuerungsvariable von Vektorsteuerungsströmen Id und Iq und einem Rotorstrom I_f auftreten.
Zudem muss eine Kraft, die der Magnetkraft eines Permanentmagneten entspricht, als elektromagnetische Kraft eines Rotors durch Eingabe von Gleichstrom in einen Synchronmotor mit gewickeltem Rotor erzeugt werden. Folglich tritt aufgrund von Kupferverlusten einer Rotorspule häufig eine Erwärmung und ein Temperaturanstieg auf.
Wenn ein Synchronmotor mit gewickeltem Rotor eingesetzt wird, steigt dementsprechend eine Temperatur eines Rotors, der durch eine Spule umwickelt ist, an, sodass eine Technologie zum Schätzen einer Rotortemperatur wünschenswert ist.
Wenn keine Logik zum Vorbeugen gegen einen Temperaturanstieg einer Rotorspule und zum Schützen der Rotorspule in Übereinstimmung mit einer Betriebslastbedingung eingesetzt wird, kann Kupferverlust der Rotorspule und eine Begrenzung der Betriebsleistung auftreten.
Insbesondere kann in Übereinstimmung mit einer Betriebslastbedingung aufgrund eines Verlustes eines Rotors übermäßige Wärme in einem Synchronmotor mit gewickeltem Rotor erzeugt werden. Dementsprechend ist eine Verschlechterung der Motorleistung aufgrund eines verminderten Magnetflusses eines Rotors möglich und es tritt ein Verlust in einer Rotorspule auf, und es ist möglich, dass aufgrund einer Rotorüberhitzung ein Feuer ausbricht.
In Übereinstimmung mit dem in Beziehung stehenden Stand der Technik ist eine Logik zum Vorbeugen gegen einen Temperaturanstieg einer Rotorspule und Schützen der Rotorspule basierend auf einer tatsächlich gemessenen Temperatur der Rotorspule für jeden Betriebszustand durch Speichern tatsächlich gemessener Werte für jeden Strom in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand/Stator in Form einer Datenbank eingerichtet, um einen Rotorspulenstromsteuerungsplan einzurichten und dann aus dem Rotorspulenstromsteuerungsplan einen optimalen Rotorstrom aus einer bestehenden Eingabevariable zu induzieren.
Jedoch kann ein übermäßiger Rotorspulenstromsteuerungsplan aufgrund einer übermäßigen Kombination von Steuerungsvariablen der Vektorsteuerungsströme Id und Iq, eines Rotorstroms I_f usw. und eine Verminderung der Verarbeitungsgeschwindigkeit aufgrund einer Überlast einer Steuerungs-CPU verursacht werden.
Zudem kann eine übermäßige Datenmenge und übermäßige Zeit, die zum Speichern einer Spulentemperatur einer Spule für jeden Rotorstrom in Form einer Datenbank notwendig ist, um einen Verlust in einer Rotorspule zu verhindern, verursacht werden.
Obwohl eine Technologie zum Bestimmen einer Temperatur einer Rotorspule in Übereinstimmung mit einer Rotortemperaturtabelle basierend auf einem interpretierten Wert bekannt war, ist es nicht möglich, die Temperatur der Rotorspule in Übereinstimmung mit einem Echtzeit-Betriebszustand genau zu messen.
Als Ergebnis kann eine Verminderung der Steuerungsleistung eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor aufgrund einer Abweichung der Temperaturmessung verursacht werden. Zudem können Designkriterien zum Schützen eines Rotors vor Überhitzung nicht akkurat sein, und zusätzliche Ausgaben zum Speichern von Daten können entstehen.
Es ist schwierig, eine Temperatur einer Rotorspule richtig einzuschätzen und folglich gibt es große Probleme hinsichtlich einer Leistungsaufnahme eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor aufgrund eines Widerstandsverlusts und einer Feuergefahr aufgrund eines Verlustes in einer Rotorspule.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor für ein genaues Schätzen einer Temperatur einer Rotorspule in Echtzeit in Übereinstimmung mit einer Betriebsinformation eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor bereit, um eine Steuerungsleistung eines Motors zu verbessern und einer Überhitzung/Verlust der Rotorspule effektiv vorzubeugen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt ein System zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor eine Strom-/Spannungsbestimmungseinheit, die eingerichtet ist, einen optimalen Rotorstrom unter Verwendung eines Plans aus einer Echtzeit-Motorbetriebsinformation zu bestimmen, und eine Rotorspannung in Übereinstimmung mit dem bestimmten optimalen Rotorstrom zu bestimmen und auszugeben, und eine Temperaturschätzeinheit ein, die eingerichtet ist, eine Rotorspulentemperatur aus der Rotorspannung und dem optimalen Rotorstrom, der von der Strom-/Spannungsbestimmungseinheit ausgegeben wird, unter Verwendung einer Rotorspulentemperaturschätzgleichung zu berechnen und auszugeben, die über eine Korrelationsgleichung zwischen der Rotorspannung und der Rotorspulentemperatur für jeden Rotorstrom festgelegt wird.
Das System kann ferner eine Bestimmungseinheit, die eingerichtet ist, die Rotorspulentemperatur, die von der Temperaturschätzeinheit ausgegeben wird, und einen voreingestellten Rotorschutztemperatureinstellwert zu vergleichen, um zu bestimmen, ob eine Logik zum Schützen einer Rotorspule ausgeführt wird, und eine Rotorbefehlbestimmungseinheit einschließen, die eingerichtet ist, einen Rotorstrombefehl zum Steuern eines an der Rotorspule angelegten Stroms in Übereinstimmung mit einem Ergebnis der Bestimmung durch die Bestimmungseinheit endgültig zu bestimmen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt ein Verfahren zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor ein Bestimmen eines optimalen Rotorstroms unter Verwendung eines Plans aus einer Echtzeit-Motorbetriebsinformation und ein Bestimmen einer Rotorspannung in Übereinstimmung mit dem bestimmten optimalen Rotorstrom, und ein Berechnen einer Rotorspulentemperatur aus der Rotorspannung und dem bestimmten optimalen Rotorstrom unter Verwendung einer Rotorspulentemperaturschätzgleichung ein, die aus einer Korrelationsgleichung zwischen der Rotorspannung und der Rotorspulentemperatur für jeden Rotorstrom festgelegt ist.
Das Verfahren kann ferner einen Vergleich der bestimmten Rotorspulentemperatur und einem voreingestellten Rotorschutztemperatureinstellwert, um zu bestimmen, ob eine Logik zum Schützen einer Rotorspule ausgeführt wird, und ein endgültiges Bestimmen eines Rotorstrombefehls zum Steuern eines an der Rotorspule angelegten Stroms in Übereinstimmung mit einem Ergebnis der Bestimmung einschließen.
Weitere Anwendungsbereiche werden von der hierin bereitgestellten Beschreibung deutlich. Es ist verständlich, dass die Beschreibung und spezifischen Beispiele lediglich zum Zwecke einer Veranschaulichung gedacht sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
Figurenliste
Damit die Offenbarung gut verständlich ist, werden nunmehr verschiedene Ausführungsformen davon mittels Beispielen beschrieben, wobei auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, bei denen:

1 ein Diagramm ist, das eine Struktur zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik veranschaulicht;
2 ein Diagramm ist, das einen allgemeinen Vorgang eines Verfahrens zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor veranschaulicht;
3 ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer Korrelation zwischen einer Rotorspannung V_f und einer Rotorspulentemperatur Temp_f für jeden Rotorstrom I_f veranschaulicht; und
4 ein Blockdiagramm ist, das eine Struktur eines Systems zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor veranschaulicht.

Die hierin beschriebenen Zeichnungen sind lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung und nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu beschränken.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung zu beschränken. Es ist verständlich, dass durch die Zeichnungen hindurch korrespondierende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale kennzeichnen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor für ein genaues Abschätzen einer Temperatur einer Rotorspule in Echtzeit entsprechend einer Betriebsinformation eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor bereit, um die Steuerungsleistung eines Motors zu verbessern und einer Überhitzung/Verlust der Rotorspule vorzubeugen.
Vor der Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung offenbarte das koreanische Patent mit der Nr. 10-1664680 vom 4. Oktober 2016 (Patentdokument 1), das durch die vorliegende Anmelderin eingereicht und registriert worden ist, ein System zum Steuern eines Synchronmotors mit einer Rotorspule zum Steuern eines Rotorstroms in Übereinstimmung mit einer Betriebsanweisung, um die Steuerungsleistung eines Antriebssynchronmotors mit gewickeltem Rotor zu verbessern und einem Verlust in der Rotorspule durch Einschränken des Rotorstroms in Echtzeit in Übereinstimmung mit einer Betriebsbedingung vorzubeugen, um einem übermäßigen Temperaturanstieg vorzubeugen.
Genauer gesagt ist 1 ein Diagramm, das eine Struktur des Systems zum Steuern des Synchronmotors mit gewickeltem Rotor veranschaulicht, der in dem Patentdokument 1 offenbart ist.
Als Erstes kann das System zum Steuern eines Synchronmotors mit einem gewickeltem Rotor, das in dem Patentdokument 1 offenbart ist, einen Rotorstrombefehlgenerator 10 zum Erzeugen eines Rotorstrombefehls I_f basierend auf einem Drehmomentbefehl T_e, einem maximalen Drehmoment T_e__max und einem maximalen Rotorstrom I_{f_max} von einem Antriebsmotor und einen Statorstromplan 20 zum Bestimmen eines Statorstrombefehls basierend auf dem Drehmomentbefehl T_e und einem maximalen Bandfluss Λ^-1 des Antriebsmotors einschließen.
Hierbei kann der Rotorstrombefehlgenerator 10 eingerichtet sein, den Rotorstrombefehl I_f in Übereinstimmung mit Gleichung 1 zu bestimmen: $I_{f} = \frac{T_{e} \cdot I_{f_m a x}}{T_{e_m a x}}$
In diesem Fall kann der Statorstrombefehlplan 20 eingerichtet sein, einen Plan für jeden einer Vielzahl von Rotorströmen mit einem Rotorstromwertkriteriensatz dafür einzuschließen, sowie eingerichtet sein, einen der Vielzahl von Plänen basierend auf dem Rotorstrombefehl I_f auszuwählen, der von dem Rotorstrombefehlgenerator 10 ausgegeben wird, und einen Statorstrombefehl (d-Achsen Strom und q-Achsen Strom) durch den ausgewählten Plan zu bestimmen.
Das System kann eine Rotorspulentemperaturbegrenzereinheit 30 zum Empfangen des Rotorstrombefehls If, der durch den Rotorstrombefehlgenerator 10 bestimmt wird, Bestimmen eines endgültigen Rotorstrombefehls basierend auf dem eingegebenen Rotorstrombefehl I_f und Ausgeben des endgültigen Rotorstrombefehls an den Statorstrombefehlplan 20 einschließen.
In diesem Fall kann der Statorstrombefehlplan 20 eingerichtet sein, einen Plan basierend auf der endgültigen Rotorstrombefehlausgabe von der Rotorspulentemperaturbegrenzereinheit 30 auszuwählen und einen Statorstrombefehl durch den ausgewählten Plan zu bestimmen.
Die Rotorspulentemperaturbegrenzereinheit 30 kann eine PI-Steuerung 34 zum Berechnen eines maximalen Rotorstroms If_com für eine Temperaturbeschränkung einschließen, sodass eine Rotorspulentemperatur Temp_f eine voreingestellte maximale Rotorspuleneinstelltemperatur Temp_fmax,_f, nicht übersteigt, und eine Auswahleinrichtung 36 zum Auswählen des Rotorstrombefehls I_f oder des maximalen Rotorstroms If_com für eine Temperaturbeschränkung basierend auf einem Vergleichsergebnis zwischen der Rotorspulentemperatur Temp_f und der maximalen Rotorspuleneinstelltemperatur Temp_fmax und Ausgeben des ausgewählten an den Statorstrombefehlplan 20 als endgültigen Rotorstrom befehlen.
Die Rotorspulentemperaturbegrenzereinheit 30 kann ferner eine Rotortemperaturschätzeinheit 32 zum Berechnen einer Rotorspulentemperatur Temp_f in Echtzeit basierend auf einer Rotorspannung V_f, die in Echtzeit aufgenommen wird und einem Rotorstrombefehl If, der von dem Rotorstrombefehlgenerator 10 ausgegeben wird, einschließen.
Von dem vorgenannten Aufbau kann ein Statorstrombefehl von einem Statorstrombefehlplan unter Verwendung des Drehmomentbefehls T_e und des maximalen Bandflusses Λ^-1 als Eingabe bestimmt werden und ein Rotorstrombefehl I_f kann nach der obigen Gleichung 1 bestimmt werden.
Die Rotortemperaturschätzeinheit 32 kann die Rotorspulentemperatur Temp_f unter Verwendung einer interpretierten wertebasierten Rotortemperaturschätztabelle (R-T-Tabelle) von dem Rotorstrombefehl I_f schätzen, der von dem Rotorstrombefehlgenerator 10 ausgegeben wird.
Jedoch tritt in einem Synchronmotor mit gewickeltem Rotor aufgrund eines Temperaturanstiegs eines Rotors für jede Betriebszeit in Übereinstimmung mit einem Echtzeitmotorbetriebszustand eine Rotorerwärmung auf, und als Ergebnis gibt es bei dem obigen System einen großen Fehler zwischen einer tatsächlichen Temperatur und der Rotorspulentemperatur Temp_f, die unter Verwendung der interpretierten wertebasierten Rotortemperaturschätztabelle (R-T-Tabelle) abgeschätzt wird.
Dementsprechend lässt die Rotorsteuerbarkeit nach und es ist schwierig, Rotortemperaturspezifikationskriterien genau festzulegen.
Eine Temperaturbegrenzungslogik, d. h. eine Rotorschutzlogik, kann aufgrund von Fehlern hinsichtlich einer Abschätzung der Rotortemperatur nicht ausgeführt werden, und dementsprechend kann die Wahrscheinlichkeit ansteigen, dass ein Verlust in einer Rotorspule auftritt und Feuer aufgrund der hohen Temperatur ausbricht.
Zudem sind hohe Kosten zum Speichern und Verwalten von Daten aufgrund einer übermäßigen Datenmenge der Rotortemperaturschätztabelle (R-T-Tabelle) zu berücksichtigen.
Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor bereit, das ein verbessertes Verfahren zum Abschätzen einer Rotorspulentemperatur enthält.
Die vorliegende Offenbarung schlägt ein Verfahren zum Abschätzen einer Rotorspulentemperatur unter Verwendung eines thermischen Modells vor, das über eine Analyse einer Korrelation zwischen der Rotorspannung V_f und der Rotorspulentemperatur Temp_f für jeden Rotorstrom I_f festgelegt wird.
Die vorliegende Offenbarung schlägt ein Verfahren zum Erzeugen eines Rotorstrombefehls für ein Vorbeugen gegen eine Überhitzung/Verlust des Rotors durch Abschätzen einer Rotorspulentemperatur eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor in Übereinstimmung mit einer Betriebsbedingung in Echtzeit vor.
2 ist ein Diagramm, das einen gesamten Vorgang eines Verfahrens zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Wenn ein Betriebsbefehl (Drehmoment und Geschwindigkeit) für eine Motorbetriebsinformation, d. h. Motorsteuerung, in Echtzeit bestimmt wird (S1), kann, Bezug nehmend auf 2, ein optimaler Rotorstrom I_{f_opt} aus dem Betriebsbefehl bestimmt werden und gleichzeitig kann eine aktuelle Rotorspannung V_f in Übereinstimmung mit dem Rotorstrom bestimmt werden (S2).
Die Rotorspannung V_f kann durch eine Veränderung eines Rotorwiderstandswerts basierend auf einem Temperaturanstieg und dem optimalen Rotorstrom I_{f_opt} bestimmt werden und insbesondere kann sie als ein Wert bestimmt werden, der durch Multiplizieren der Veränderung eines Rotorwiderstandswerts und optimalen Rotorstroms erhalten wird.
Hier können Daten, wie zum Beispiel der Rotorwiderstandswert, ein experimenteller Wert sein, der durch vorheriges Testen und Bewertungsprozeduren erhalten wird, und der experimentelle Wert kann gespeichert und verwendet werden.
Dann kann die Rotorspulentemperatur Temp_f, die mit der aktuellen Rotorspannung V_f und dem optimalen Rotorstrom I_f = I_{f_opt} korrespondiert, abgeschätzt werden und unter Verwendung der Korrelation zwischen der Rotorspannung V_f und der Rotorspulentemperatur Temp_f für jeden Rotorstrom I_f in Echtzeit bestimmt werden (S3).
Dann kann eine Steuerungslogik zum Schützen der Rotorspule basierend auf der Rotorspulentemperatur Temp_f ausgeführt werden, die in Echtzeit abgeschätzt wird (S4).
Wenn der Synchronmotor mit gewickeltem Rotor in Realität betrieben wird, gibt es eine Abweichung zwischen einem Schätzwert und einem tatsächlichen Messwert in Bezug auf eine Temperatur der Rotorspule entsprechend eines Betriebszustands, und dementsprechend können Fehler bei einem Stromplanbefehl und ein Verlust in der Rotorspule aufgrund der Abweichung verursacht werden.
Dementsprechend kann eine Korrelation zwischen einem Rotorverlust basierend auf einem tatsächlichen Messwert und einer Temperatur einer Rotorspule analysiert werden, um ein thermisches Modell zum Abschätzen einer Rotortemperatur in Echtzeit zu erstellen, und dann muss ein Rotorstrom zum Vorbeugen gegen Rotorverluste in einem Betriebsbereich durch das aufgebaute thermische Modell gesteuert werden.
Durch die vorangehenden Test- und Bewertungsprozeduren kann bei manchen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie in 3 gezeigt, die Korrelation zwischen der Rotorspannung V_f und der Rotorspulentemperatur Temp_f für jeden Rotorstrom I_f analysiert werden, eine Schätzgleichung für eine Temperatur einer Rotorspule kann aus dem Analyseergebnis gewonnen werden, und dann kann ein thermisches Modul basierend auf der Schätzgleichung aufgebaut werden.
D. h., um die Schätzgleichung für eine Rotorspulentemperatur zu erstellen, kann, wie in 3 gezeigt, ein tatsächlicher Messwert und ein Änderungswert der Temperatur von der Rotorspule in Übereinstimmung mit einer Rotorspannung V_f für jeden Rotorstrom, zum Beispiel I_f = 0, 5, 10, 15, 20 A, ..., durch einen grundlegenden Test aufgenommen werden, und die Schätzgleichung der Korrelation zwischen der aufgenommenen Rotorspannung V_f und der Rotorspulentemperatur Temp_f kann erhalten werden.
Zum Beispiel kann die Schätzgleichung für eine Temperatur einer Rotorspule unter Verwendung der Daten aus 3 erlangt werden, die über die vorangegangenen Test- und Bewertungsprozeduren erhalten worden sind. $T e m p_{f} = A \times V_{f} + B$
Hierbei ist Temp_f eine Rotorspulentemperatur, V_f ist eine Rotorspannung, A ist ein Proportionalkoeffizient einer Rotorspulentemperatur und B ist eine Proportionalkonstante einer Rotorspulentemperatur.
Der Koeffizient A und die Konstante B können bei den vorangegangenen Test- und Bewertungsprozeduren für jeden Rotorstrom, wie zum Beispiel 0, 5, 10, 15, 20 A, ..., vorher erlangt werden, können in Form einer Datenbank für jeden Rotorstrom eingerichtet sein und dann können Koeffizienten und Konstanten für jeden in einer Datenbank gespeicherten Rotorstrom zuvor festgelegt, eingegeben, gespeichert und in einem Steuerungssystem, d. h. einer später beschriebenen Temperaturschätzeinheit, verwendet werden.
In Bezug auf den Rotorstrom I_f kann mit Ausnahme eines Stromwerts mit der Rotorspulentemperatur Temp_f, der für die Rotorspannung V_f definiert ist, d. h. einem aktuellen Wert (0, 5, 10, 15, 20 A, ...) mit dem Koeffizienten und der Konstanten durch die Beziehung der obigen Gleichung 2 voreingestellt, eine Temperatur einer Rotorspule in Bezug auf eine Änderung bei der Rotorspannung über eine Interpolation der Korrelation zwischen der Rotorspannung und der Rotorspulentemperatur geschätzt werden.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur eines Systems zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das Blockdiagramm schließt einen Aufbau zum Schätzen der Rotorspulentemperatur Temp_f in Echtzeit über eine Echtzeit-Motorbetriebsinformation und einen Aufbau zum endgültigen Bestimmen eines Strombefehls basierend auf einer in Echtzeit geschätzten Rotorspulentemperatur Temp_f ein, d. h. ein Rotorstrombefehl I_f* zum Steuern eines an der Rotorspule angelegten Stroms, um die Rotorspule vor einer Überhitzung/Verlust der Rotorspule zu schützen.
D. h., dass das System zum Steuern des Synchronmotors mit dem gewickelten Rotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Strom-/Spannungsbestimmungseinheit 110 zum Bestimmen des optimalen Rotorstroms I_{f_opt} unter Verwendung eines Rotorbefehlplans If_map aus der Echtzeit-Motorbetriebsinformation und Bestimmen und Ausgeben der aktuellen Rotorspannung V_f entsprechend des bestimmten optimalen Rotorstroms I_{f_opt} in Echtzeit, eine Temperaturschätzeinheit 120 zum Schätzen und Ausgeben der Rotorspulentemperatur Temp_f aus der aktuellen Rotorspannung V_f und des optimalen Rotorstroms I_{f_opt}, der von der Strom-/Spannungsbestimmungseinheit 110 unter Verwendung der voreingestellten Rotorspulentemperaturschätzgleichung ausgegeben wird, eine Bestimmungseinheit 130 zum Vergleichen eines voreingestellten Rotorschutztemperatureinstellwerts Temp_limit und der Rotorspulentemperatur Temp_f, die von der Temperaturschätzeinheit 120 ausgegeben wird, um zu bestimmen, ob die Logik zum Schützen der Rotorspule ausgeführt wird, und eine Rotorbefehlbestimmungseinheit 140 zum endgültigen Bestimmen des Rotorstrombefehls I_f* entsprechend des Bestimmungsergebnisses der Bestimmungseinheit 130 einschließt.
Hier kann die Motorbetriebsinformation eine Information sein, die mit einer Echtzeit-Motorbetriebsbedingung übereinstimmt, d. h. eine Information über den Motordrehmomentbefehl T_e und Motorgeschwindigkeit und der Rotorspulentemperatur Temp_f kann entsprechend der Information unter Verwendung der Echtzeit-Betriebsbedingung des Synchronmotors mit gewickeltem Rotor in Echtzeit geschätzt werden.
Die Information über die Motorgeschwindigkeit kann der maximale Bandfluss Λ^-1 des Motors sein.
Für diesen Fall kann der Rotorbefehlplan If_map der Strom-/Spannungsbestimmungseinheit 110 ein Plan sein, bei dem der Wert des optimalen Rotorstroms I_{f_opt} auf einen Wert entsprechend des Motordrehmomentbefehls T_e und des maximalen Bandflusses Λ^-1 eingestellt werden und die Strom-/Spannungsbestimmungseinheit 110 kann gleichzeitig den Wert der Rotorspannung V_f in Übereinstimmung mit dem optimalen Rotorstrom I_{f_opt} erhalten, der aus dem Rotorbefehlplan If_map bestimmt wird.
Die Rotorspulentemperaturschätzgleichung der Temperaturschätzeinheit 120 kann eine Korrelationsgleichung zwischen der Rotorspannung V_f und der Rotorspulentemperatur Temp_f für jeden Rotorstrom I_f sein, die durch die obige Gleichung 2 gezeigt wird, und in diesem Fall können der Koeffizient A und die Konstante B der Gleichung 2 voreingestellt, eingegeben und für jeden Rotorstrom in der Temperaturschätzeinheit 120 gespeichert werden.
Wenn die obige Gleichung 2 verwendet wird, kann der optimale Rotorstrom I_{f_opt}, der durch die Strom-/Spannungsbestimmungseinheit 110 und Eingabe in die Temperaturschätzeinheit 120 bestimmt wird, ein Echtzeit-Rotorstrom I_f in Übereinstimmung mit der aktuellen Betriebsinformation und Betriebsbedingung sein, und die Temperaturschätzeinheit 120 kann eine Korrelationsgleichung, d. h. eine Rotorspulentemperaturschätzgleichung, bestimmen, die den Koeffizienten A und die Konstante B aufweist, die in Übereinstimmung mit dem optimalen Rotorstrom I_f = I_{f_opt} bestimmt werden, und aus der Korrelationsgleichung die Rotorspulentemperatur Temp_f bestimmen und schätzen.
Bezüglich des optimalen Rotorstromwerts mit Ausnahme des aktuellen Werts mit den Koeffizienten A und der Konstante B bestimmt, kann die Rotorspulentemperatur Temp_f über eine Interpolation bei der Korrelationsgleichung zwischen der Rotorspannung V_f und der Rotorspulentemperatur Temp_f für jeden Rotorstrom I_f unter Verwendung des optimalen Rotorstroms I_{f_opt} und der Rotorspannung V_f erlangt werden.
Wenn die Temperaturschätzeinheit 120 die Rotorspulentemperatur Temp_f erfasst und ausgibt, kann dann die Bestimmungseinheit 130, wie oben beschrieben, die eingegebene Rotorspulentemperatur Temp_f mit dem voreingestellten Rotorschutztemperatureinstellwert Temp_limit vergleichen.
Wenn hierbei die Rotorspulentemperatur Temp_f niedriger ist als der Rotorschutztemperatureinstellwert Temp_limit (Temp_f < Temp_limit), kann die Bestimmungseinheit 130 bestimmen, dass die Rotorspulenschutzlogik ausgeführt werden muss.
In diesem Fall kann die Rotorbefehlbestimmungseinheit 140 das Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit 130 empfangen und den Rotorstrombefehl I_f* zum Steuern des Stroms, der an der Rotorspule als optimaler Rotorstrom I_f__opt angelegt wird, bestimmen, sodass keine separate Rotorspulenschutzlogik ausgeführt wird und der an dem Rotor angelegte Strom nicht beschränkt wird.
Wenn andererseits die Rotorspulentemperatur Temp_f gleich oder größer als der Rotorschutztemperatureinstellwert Temp_limit (Temp_f ≥ Temp_limit) ist, kann die Bestimmungseinheit 130 bestimmen, dass die Rotorspulenschutzlogik zum Beschränken des an der Rotorspule angelegten Stroms ausgeführt werden muss.
In diesem Fall kann die Rotorbefehlbestimmungseinheit 140 das Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit 130 empfangen, den Rotorstrombefehl I_f* als voreingestellten Rotorschutzbegrenzungsstromwert I_{f_limit} bestimmen und somit den an der Rotorspule angelegten Strom als aktuellen Rotorschutzbegrenzungswert I_{f_limit} beschränken.
Die Rotorspulenschutzlogik kann eine Logik zum Begrenzen des an der Rotorspule angelegten Stroms sein, um ein Überhitzen einer Rotorspule und einen Verlust in der Rotorspule zu verhindern, und kann den Strom der Rotorspule beschränken, um einen übermäßigen Temperaturanstieg der Rotorspule zu verhindern.
Der Rotorschutztemperatureinstellwert Temp_limit kann ein voreingestellter Wert sein, der über vorangegangene Test- und Bewertungsprozeduren erhalten wird, und kann ein Temperaturwert sein, der zuvor eingegeben und durch die Bestimmungseinheit 130 verwendet wird, und, wenn eine Temperatur der Rotorspule die Temperatur erreicht, kann der Rotorschutztemperatureinstellwert Temp_limit unter Berücksichtigung einer Temperaturbedingung voreingestellt werden, bei der die Möglichkeit eines übermäßigen Temperaturanstiegs einer Rotorspule vorliegt und ein Verlust in der Rotorspule auftritt.
Der Rotorschutzbegrenzungsstromwert I_{f_limit} ist zudem ein Wert, der über vorherige Test- und Bewertungsprozeduren voreingestellt wird, und ist ein Stromwert, der zuvor in die Rotorbefehlbestimmungseinheit 140 eingegeben wird, und, wenn ein an der Rotorspule angelegter Strom als ein Stromwert beschränkt ist, kann der Rotorschutzbegrenzungsstromwert I_{f_limit} unter Berücksichtigung eines Rotorstromwerts zum sicheren Vorbeugen gegen einen übermäßigen Temperaturanstieg der Rotorspule und eines Verlustes in der Rotorspule voreingestellt werden.
Dementsprechend können einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor, eine Temperatur einer Rotorspule in Übereinstimmung mit einer Motorbetriebsinformation in Echtzeit während einer Betriebslast eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor genau bestimmen, um die Motorsteuerungsleistung zu verbessern und einem Überhitzen/Verlust in der Rotorspule, Feuer usw. effektiv vorzubeugen.
Eine Temperatur einer Rotorspule kann in Echtzeit genau bestimmt werden, um eine Steuerungsgenauigkeit des Motorsystems zu verbessern, eine Abweichung der Motorausgabe entsprechend der Verbesserung der Steuerungsgenauigkeit zu reduzieren, den Systemwirkungsgrad zu verbessern und die Energieeffizienz eines Fahrzeugs zu verbessern.
Zudem können Ausgaben zum Ersetzen von Komponenten und Motoren aufgrund eines Verlustes in einem Rotor reduziert werden, Feuer kann verhindert werden, um die Fahrzeugsicherheit zu erhöhen, und die Genauigkeit von Kriterien zum Schützen einer inneren Rotorspannung kann in Übereinstimmung mit Abschätzungen bei der Rotorspule in Echtzeit verbessert werden.
Bei dem Verfahren zum Schätzen einer Rotorspulentemperatur, das in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen wird, kann eine innere Temperatur eines Rotors durch Entwicklung und Anwendung eines thermischen Modells der Rotorspule abgeschätzt werden und Herstellungskosten können durch Weglassen eines Rotortemperatursensors reduziert werden.
Es kann ein Plan im Vergleich zu dem in Beziehung stehenden Stand der Technik verbessert werden und beispielsweise kann eine Verwendung eines Temperaturschätzplans, der eine übermäßige Datenmenge benötigt, vermindert werden, eine Speichereinrichtung zum Speichern großer Datenmengen kann weggelassen und reduziert werden und Herstellungskosten können dementsprechend vermindert werden.
Die Beschreibung der Offenbarung ist lediglich beispielhaft und folglich sind Abwandlungen, die nicht von dem Grundlegendem der Offenbarung abweichen, dazu gedacht, in dem Schutzbereich der Offenbarung einbezogen zu sein. Solche Abwandlungen sind nicht als ein Verlassen des Rahmens und Umfangs der Offenbarung zu verstehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020160155418 [0001]
KR 101664680 [0028]

Claims

System zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor, das aufweist: eine Strom-/Spannungsbestimmungseinheit, die eingerichtet ist, einen optimalen Rotorstrom unter Verwendung eines Plans aus einer Echtzeit-Motorbetriebsinformation zu bestimmen und basierend auf einem optimalen Rotorstrom eine Rotorspannung zu bestimmen und auszugeben; und eine Temperaturschätzeinheit, die eingerichtet ist, eine Rotorspulentemperatur aus der Rotorspannung und dem optimalen Rotorstrom, der von der Strom-/Spannungsbestimmungseinheit ausgegeben wird, basierend auf einer Rotorspulentemperaturschätzgleichung zu berechnen und auszugeben, wobei die Rotorspulentemperaturschätzgleichung eine Korrelationsgleichung für jeden einer Vielzahl von Rotorströmen zwischen der Rotorspannung und der Rotorspulentemperatur ist.
System nach Anspruch 1, ferner mit: einer Bestimmungseinheit, die eingerichtet ist, zu bestimmen, ob eine Logik zum Schützen einer Rotorspule in einem Ein-Zustand oder einem Aus-Zustand ist, wobei die Logik zum Schützen der Rotorspule auf einem Vergleich der Rotorspulentemperatur mit einem voreingestellten Rotorschutztemperatur Wert basiert; und einer Rotorbefehlbestimmungseinheit, die eingerichtet ist, einen Rotorstrombefehl basierend auf einem Ergebnis der Bestimmungseinheit zu bestimmen, wobei der Rotorstrombefehl an der Rotorspule angelegten Strom steuert.
System nach Anspruch 2, bei dem, wenn die Rotorspulentemperatur niedriger ist als der voreingestellte Rotorschutztemperaturwert, die Bestimmungseinheit eingerichtet ist, zu bestimmen, dass die Logik zum Schützen der Rotorspule in dem Aus-Zustand ist.
System nach Anspruch 3, bei dem, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Logik zum Schützen der Rotorspule in dem Aus-Zustand ist, die Rotorbefehlbestimmungseinheit eingerichtet ist, zu bestimmen, den Rotorstrombefehl als den optimalen Rotorstrom zu bestimmen.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem, wenn die Rotorspulentemperatur gleich oder größer als der voreingestellte Rotorschutztemperaturwert ist, die Bestimmungseinheit eingerichtet ist, zu bestimmen, dass die Logik zum Schützen der Rotorspule in dem An-Zustand ist.
System nach Anspruch 5, bei dem, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Logik zum Schützen der Rotorspule in dem An-Zustand ist, die Rotorbefehlbestimmungseinheit eingerichtet ist, den Rotorstrombefehl als einen voreingestellten Rotorschutzbeschränkungsstromwert zu bestimmen, und wobei die Rotorbefehlbestimmungseinheit eingerichtet ist, den an der Rotorspule angelegten Strom auf den Rotorschutzbeschränkungsstromwert zu beschränken.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Temperaturschätzeinheit die Rotorspulentemperaturschätzgleichung einstellt als: $T e m p_f = A \times V_{f} + B$
wobei Temp_f die Rotorspulentemperatur ist, V_f die Rotorspannung ist und A und B ein Koeffizient und eine Konstante sind, die für jeden Rotorstrom der Vielzahl von Rotorströmen voreingestellt sind, und wobei A und B basierend auf dem optimalen Rotorstrom bestimmt werden.
System nach Anspruch 7, bei dem, wenn der optimale Rotorstrom kein voreingestellter Rotorstrom mit einem voreingestellten Koeffizienten und Konstante ist, die Temperaturschätzeinheit eingerichtet ist, die Rotorspulentemperatur in Übereinstimmung mit dem optimalen Rotorstrom über eine Interpolation basierend auf der Rotorspulentemperaturschätzgleichung zu bestimmen.
Verfahren zum Steuern eines Synchronmotors mit gewickeltem Rotor, das umfasst: Bestimmen eines optimalen Rotorstroms unter Verwendung eines Plans aus einer Echtzeit-Motorbetriebsinformation und Bestimmen einer Rotorspannung basierend auf dem optimalen Rotorstrom; und Berechnen einer Rotorspulentemperatur aus der Rotorspannung und dem optimalen Rotorstrom basierend auf einer Rotorspulentemperaturschätzgleichung, wobei die Rotorspulentemperaturschätzgleichung eine Korrelationsgleichung für jeden einer Vielzahl von Rotorströmen zwischen der Rotorspannung und der Rotorspulentemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: Bestimmen, ob eine Logik zum Schützen einer Rotorspule in einem An-Zustand oder einem Aus-Zustand ist, wobei die Logik zum Beschützen der Rotorspule basierend auf einem Vergleich der Rotorspulentemperatur mit einem voreingestellten Rotorschutztemperaturwert bestimmt wird; und Bestimmen eines Rotorstrombefehls, wobei der Rotorstrombefehl einen an der Rotorspule angelegten Strom steuert.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem, wenn die Rotorspulentemperatur niedriger als der voreingestellte Rotorschutztemperaturwert ist, bestimmt wird, dass die Logik zum Schützen der Rotorspule in dem Aus-Zustand ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem, wenn die Logik zum Schützen der Rotorspule in dem Aus-Zustand ist, der Rotorstrombefehl als der optimale Rotorstrom bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem, wenn die Rotorspulentemperatur gleich wie oder größer als der voreingestellte Rotorschutztemperaturwert ist, bestimmt wird, dass die Logik zum Schützen der Rotorspule in dem Aus-Zustand ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem, wenn die Logik zum Schützen der Rotorspule in dem An-Zustand ist, der Rotorstrombefehl als ein voreingestellter Rotorschutzbeschränkungsstromwert bestimmt wird und der an der Rotorspule angelegte Strom auf den Rotorschutzbeschränkungsstromwert beschränkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem die Rotorspulentemperaturschätzgleichung eingestellt ist als: $T e m p_f = A \times V_{f} + B$
wobei Temp_f die Rotorspulentemperatur ist, V_f die Rotorspannung ist und A und B ein Koeffizient und eine Konstante sind, die für jeden der Vielzahl von Rotorströmen voreingestellt sind, und wobei A und B basierend auf dem optimalen Rotorstrom bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem, wenn der optimale Rotorstrom kein voreingestellter Rotorstrom mit voreingestelltem Koeffizienten und voreingestellter Konstante ist, eine Rotorspulentemperatur in Übereinstimmung mit dem optimalen Rotorstrom über eine Interpolation basierend auf der Rotorspulentemperaturschätzgleichung bestimmt wird.