DE102018206348A1

DE102018206348A1 - Verfahren zum geberlosen Ermitteln einer Drehwinkelstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine, elektrische Maschine und Schraubsystem

Info

Publication number: DE102018206348A1
Application number: DE102018206348.6A
Authority: DE
Inventors: Long Wang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2019-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum geberlosen Ermitteln einer Drehwinkelstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine mit Rotor und Stator, wobei der Rotorlagewinkel (φ_r) mittels eines Flussmodells (M) aus einem Rotorfluss (Ψ_αβ) ermittelt wird, wobei in dem Flussmodell (M) anhand des im Stator fließenden Stroms (I_αβ), der am Stator anliegenden Spannung (U_αβ), eines ohmschem Widerstands (R) des Stators und einer Streuinduktivität (L) des Stators der Rotorfluss (Ψ_αβ) ermittelt wird, und wobei in dem Flussmodell (M) bei der Ermittlung des Rotorflusses (Ψ_αβ) die am Stator anliegende Spannung (U_αβ) mit einem Spannungskorrekturwert (U_αβ,korr) korrigiert wird, der im Rahmen einer unterlagerten Regelung unter Berücksichtigung des Rotorlagewinkels (φ_r) und eines theoretischen Wertes (Ψ_r) des Rotorflusses ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum geberlosen Ermitteln einer Drehwinkelstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung sowie eine elektrische Maschine und ein Schraubsystem.
Stand der Technik
In verschiedenen industriellen Anwendungen wie Schraubsystemen können elektrische Maschinen, insbesondere Elektromotoren, als Antrieb rotierender Wellen verwendet werden. Zur Regelung von Drehzahl und/oder Drehmoment ist bei solchen elektrischen Maschinen in aller Regel die Kenntnis des aktuellen Rotorlagewinkels nötig. Während hierzu entsprechende Geber bzw. Sensoren verwendet werden können, gibt es immer mehr Bereiche, in denen eine sog. geberlose Regelung angestrebt wird, da damit ein zusätzliches Bauteil entfallen kann, das zudem oftmals aufgrund von Vibrationen bei Betrieb ungenaue Werte liefern kann.
Aus der US 8 378 605 B2 , der US 9 106 177 B2 und der EP 1 653 601 B1 sind beispielsweise Möglichkeiten einer solchen geberlosen Regelung bekannt. Hierbei werden sog. Flussmodelle verwendet, bei denen ein magnetischer Fluss im Elektromotor berücksichtigt wird.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum geberlosen Ermitteln einer Drehwinkelstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine sowie eine Recheneinheit, ein Computerprogramm, eine elektrische Maschine sowie ein Schraubsystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum geberlosen Ermitteln einer Drehwinkelstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine mit Rotor und Stator. Generell kommt im Rahmen der vorliegenden Erfindung als elektrische Maschine insbesondere eine motorisch betriebene elektrische Maschine bzw. ein Elektromotor in Betracht. Dabei wird ein Rotorlagewinkel anhand von im Stator fließendem Strom und am Stator anliegender Spannung ermittelt, der anschließend im weiteren Verlauf vorzugsweise zur Ermittlung der Drehzahl und/oder des Drehmoments und weiter vorzugsweise zur Regelung dieser Größen verwendet werden kann. Strom und Spannung können hierbei insbesondere in sog. α-β-Koordinaten, die durch die sog. Clarke-Transformation erhalten werden können, verwendet werden, wie dies später auch noch erwähnt wird.
Der Rotorlagewinkel wird dabei mittels eines Flussmodells aus einem magnetischen Rotorfluss ermittelt, wobei in dem Flussmodell anhand des im Stator (bzw. dessen Wicklungen oder Phasen) fließenden Stroms, der am Stator (bzw. dessen Wicklungen oder Phasen) anliegenden Spannung, eines ohmschem Widerstands des Stators (bzw. dessen Wicklungen oder Phasen) und einer Streuinduktivität des Stators der Rotorfluss ermittelt wird. Regelungstechnisch kann das Flussmodell als sog. Beobachter implementiert werden.
Bei diesem Flussmodell kann der Rotorfluss mittels eines Integrals über die am Stator anliegende Spannung, von der ein Produkt aus dem im Stator fließenden Strom mit dem ohmschen Widerstand des Stators abgezogen wird, ermittelt werden. Vom Wert dieses Integrals wird dann noch ein Produkt aus der Streuinduktivität des Stators mit dem im Stator fließenden Strom abgezogen. Aus dem auf diese Weise ermittelten Rotorfluss kann dann unter Anwendung der Arkustangens-Funktion der Rotorlagewinkel ermittelt werden. Eine zeitliche Ableitung des Rotorlagewinkels ergibt zudem die Winkelgeschwindigkeit des Rotors, welche der Drehzahl der elektrischen Maschine entspricht.
Da aufgrund von Ungenauigkeiten in der Spannung bzw. bei deren Messung im Rahmen der erwähnten Integration mitunter erhebliche Abweichungen vom tatsächlichen Wert auftreten können (da kleine Fehler aufintegriert werden), wird in dem Flussmodell bei der Ermittlung des Rotorflusses vorteilhafterweise zudem die am Stator anliegende Spannung mit einem Spannungskorrekturwert korrigiert. Dieser Spannungskorrekturwert wird im Rahmen einer unterlagerten Regelung (einer Fluss-Offset-Regelung) unter Berücksichtigung des Rotorlagewinkels und eines theoretischen Wertes des Rotorflusses ermittelt. Insbesondere kann die regelungstechnische Implementierung PI-Glieder umfassen.
Insbesondere kann basierend auf dem theoretischen Wert des Rotorflusses eine Abweichung des zuvor ermittelten Rotorlagewinkels vom tatsächlichen Wert ermittelt werden, was nachfolgend eine Korrektur des zuvor verwendeten Rotorflusses und daraus entsprechender Spannungswerte bzw. die Ermittlung eines Spannungskorrekturwertes erlaubt. Mit diesem wiederum kann die zuvor erwähnte Berechnung des Rotorflusses mittels des Flussmodells verbessert werden. Insgesamt wird damit also eine bessere bzw. genauere Ermittlung des Rotorlagewinkels und damit einhergehend eine bessere bzw. genauere Ermittlung und Regelung von Drehzahl bzw. Drehmoment möglich. Bei der Ermittlung des theoretischen Werts des Rotorflusses können insbesondere auch temperaturbedingte Änderungen des ohmschen Widerstands des Stators und/oder ein Sättigungseffekt der Streuinduktivität des Stators berücksichtigt werden.
Besonders bevorzugt wird als elektrische Maschine eine permanenterregte Synchronmaschine, bei der insbesondere Permanentmagnete an einer Oberfläche des Rotors (SPM, engl. surface mounted permanent magnet) oder eingebettet unterhalb der Oberfläche des Rotors (IPM, engl. interior mounted permanent magnet) angeordnet sind, verwendet. Bei einer elektrischen Maschine mit unterhalb der Oberfläche (bzw. im Rotor) eingebetteten Permanentmagneten ist ein Verhältnis von d-Anteil zu q-Anteil der Steuerinduktivität mitunter doppelt so hoch wie bei einer elektrischen Maschine mit an der Oberfläche des Rotors angeordneten Permanentmagneten, beispielsweise ca. 2,0 im Vergleich zu ca. 1,0. Die zugehörigen Flussmodelle unterscheiden sich ansonsten jedoch nicht wesentlich. Alternativ ist es jedoch auch bevorzugt, wenn als elektrische Maschine eine Asynchronmaschine verwendet wird. Das Flussmodell kann hieran dann angepasst werden.
Der theoretische Wert des Rotorflusses Ψ_r einer permanenterregten Synchronmaschine kann beispielsweise anhand folgender Gleichung ermittelt werden: $M_{r} = \frac{3}{2} p (I_{q} Ψ_{r} + I_{d} I_{q} (L_{d} - L_{q}))$
Dabei steht M_r für das Drehmoment, p für die Polpaarzahl, I_d für den d-Wert des Stroms, I_q für den q-Wert des Stroms und L_d und L_q für die zugehörigen Induktivitäten. Für an der Oberfläche des Rotors angeordnete Permanentmagnete (SPM) kann die Gleichung mit der Annahme L_d = L_q deutlich vereinfacht werden. Die Werte für das Drehmoment, den q-Wert des Stroms sowie die Polpaarzahl können von vorgegebenen Motordaten abgelesen bzw. berechnet werden.
Der theoretische Wert ist für viele Anwendungen hinreichend genau. Dessen Wert ist jedoch temperaturabhängig, was bei einigen Anwendungen berücksichtigt werden sollte. Die vereinfachte Gleichung kann auch bei anderen Synchronmotoren, wie solchen mit unter der Oberfläche angeordneten Permanentmagneten (IPM) verwendet werden.
Für Asynchronmotoren kann man folgende Gleichung verwenden: $Ψ_{r} = L_{H} I_{d, s o l l},$
wobei L_H eine Hauptinduktivität und I_d,soll einen Sollwert des d-Werts des Stroms angeben.
Besonders bevorzugt ist es, wenn in dem Flussmodell die am Stator anliegende Spannung nur dann mit einem Spannungskorrekturwert korrigiert wird, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine unterhalb eines vorgebbaren und/oder vorgegebenen Schwellwertes liegt. Vorzugsweise wird der Rotorlagewinkel mittels des Flussmodells ohne Korrektur der am Stator anliegenden Spannung ermittelt, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine oberhalb des vorgebbaren und/oder vorgegebenen Schwellwertes liegt. Meistens ist ein solcher Schwellwert abhängig von einem Antriebsumrichter. Es handelt sich dabei um einen Spannungswert, den der Umrichter mit guter Auflösung und geringer Schwankung an seiner Endstufe ausgeben kann. Ein typischer 3-Phasen-Umrichter mit einer Zwischenkreisspannung von ca. 560 V kann beispielsweise eine Ausgangspannung ab ca. 10 V erzeugen, daher liegt der Schwellwert hier beispielsweise zwischen 10 V und 20 V. Die Erfahrung zeigt, dass beispielsweise 2% bis 3% der Zwischenkreisspannung, abhängig auch von der Hardware und Software (PWM-Modulation) der Antriebstechnik, zweckmäßig sind.
Insbesondere im Bereich geringer Drehzahlen treten bei der Ermittlung des Rotorlagewinkels mittels des Flussmodells mitunter starke Abweichungen auf, sodass hier die Korrektur der Spannung die Genauigkeit des ermittelten Rotorlagewinkels erhöht. So können insbesondere Fehler bei der Spannung in einer Endstufe auftreten, wobei gerade absolute Abweichungen bei geringen Drehzahlen und damit geringen Spannungen einen großen Anteil haben können. Ebenso kann es Ungenauigkeiten bei den Werten für ohmschen Widerstand und Streuinduktivität geben. Außerdem können gewisse Oberschwingungen in der Spannung auftreten, die sich oftmals nicht oder nicht hinreichend gut herausfiltern lassen.
Somit ist es möglich, auch bei niedrigen Drehzahlen möglichst das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine auch zu erreichen, da bei der Stromregelung, die insbesondere in den sog. d-q-Koordinaten erfolgt, eine besonders genaue, auf den tatsächlichen Rotorlagewinkel abgestimmte Einstellung des Stromes möglich ist. Bei höheren Drehzahlen hingegen kann der Effekt oftmals vernachlässigt werden, sodass dann keine entsprechende Korrektur nötig ist.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn als theoretischer Wert des Rotorflusses der mittels des Flussmodells ermittelte Rotorfluss verwendet wird, wenn wenigstens eine vorgebbare Bedingung erfüllt ist. Als solche Bedingung kommt beispielsweise eine Zeitdauer, in welcher die Regelung von Drehzahl bzw. Drehmoment erfolgt, in Betracht. So ist bei einer Zeitdauer von weniger als beispielsweise 10 ms oder 100 ms eine besondere Berücksichtigung eines theoretischen Werts des Rotorflusses nicht nötig, sodass hier auch der mittels des Flussmodells ermittelte Rotorfluss verwendet kann. Üblicherweise wird nämlich eine regelungstechnische Implementierung PI-Glieder umfassen, d.h. es ist eine gewisse Zeitdauer nötig, um die Eingangsgröße, den ermittelten Rotorfluss, relativ stabil zu regeln. Ansonsten könnte es zu großen Abweichung kommen, was später zu große Schwingung bei der Motorregelung bedeuten könnte.
Vorzugsweise wird zur Regelung des Drehmoments ein Strom in dem Stator in d-q-Koordinaten im Rahmen einer Stromregelung verwendet, wobei der Strom in dem Stator in d-q-Koordinaten unter Berücksichtigung des Rotorlagewinkels aus dem in α-β-Koordinaten vorliegenden Strom in dem Stator ermittelt wird. Es handelt sich dabei um eine sog. feldorientierte Regelung. Bei der Vorgabe eines q-Anteils des Stromes kann insbesondere auch die Drehzahl berücksichtigt werden. Zweckmäßigerweise wird zur Regelung des Drehmoments eine Pulsbreitenmodulation unter Berücksichtigung des Rotorlagewinkels verwendet. Bei der Stromregelung kann es sich dabei insbesondere um eine P-I-Regelung mit insbesondere von der Drehzahl abhängigem proportionalem und integralem Anteil handeln. Insgesamt ist damit eine einfache und effektive Regelung von Drehmoment und Drehzahl möglich.
Besonders von Vorteil ist es, wenn die elektrische Maschine zum Antrieb in einem Schraubsystem verwendet wird. Gerade bei Schraubsystemen, wie sie beispielsweise bei der Montage verwendet werden, sind oft geringe Drehzahlen mit hohen Drehmomenten nötig. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können nun besonders hohe Drehmomente erreicht werden. Dies ist besonders für handgehaltene Schrauber vorteilhaft, die üblicherweise aus Platzgründen nur begrenzte Motorleistungen haben.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät oder eine Regeleinheit (oftmals auch nur als Regler bezeichnet) einer elektrischen Maschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine elektrische Maschine mit einer erfindungsgemäßen Recheneinheit. Die Recheneinheit dient dann insbesondere als Steuergerät bzw. Regeleinheit. Ebenso ist Gegenstand der Erfindung ein Schraubsystem mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine dann als Antrieb des Schraubsystems ausgebildet ist bzw. als Antrieb des Schraubsystems dient.
Hinsichtlich der Vorteile und weiterer Ausgestaltungen der elektrischen Maschine und des Schraubsystems sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zum Verfahren verwiesen, die hier entsprechend gelten.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Schraubsystem in einer bevorzugten Ausführungsform mit einer elektrischen Maschine als Antrieb.
2 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
3 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist schematisch und stark vereinfacht ein erfindungsgemäßes Schraubsystem 100 in einer bevorzugten Ausführungsform in Form eines Handschraubers mit einer elektrischen Maschine 150 als Antrieb gezeigt. Bei der elektrischen Maschine 150, die eine als Regeleinheit ausgebildete Recheneinheit 155 aufweist, handelt es sich insbesondere um eine erfindungsgemäße elektrische Maschine in einer bevorzugten Ausführungsform. Die elektrische Maschine weist einen Rotor 151 sowie einen Stator 152 auf und ist insbesondere als permanenterregte Synchronmaschine, insbesondere Synchronmotor, ausgebildet.
Neben der elektrischen Maschine 150 sind bei dem Schraubsystem 100 noch eine Energieversorgungseinheit 110 in Form eines Akkus, über den die elektrische Maschine 150 mit Energie bzw. Strom und Spannung versorgt werden kann, sowie ein Schraubkopf 120, der über die elektrische Maschine 150 in Drehung versetzt werden kann und zum Eindrehen von Schrauben dient, gezeigt.
In 2 ist schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Die nachfolgend beschriebenen Schritte können beispielweise in der in 1 gezeigten Recheneinheit 155 durchgeführt werden.
Ein Flussmodell M des Rotorflusses erhält als Eingangsgrößen Amplituden von dem am Stator der elektrischen Maschine anliegenden Spannung U_αβ und des im Stator fließenden Stroms I_αβ , jeweils in den erwähnten α-β-Koordinaten. Ebenso werden in dem Flussmodell M der ohmsche Widerstand R des Stators und die Streuinduktivität L des Stators berücksichtigt. Aus diesen Größen kann dann gemäß folgender Formel der magnetische Fluss Ψ_αβ im Rotor (bzw. dessen Amplitude) ermittelt werden: $Ψ_{α β} = \int (U_{α β} - R \cdot I_{α β}) d t - L \cdot I_{α β} .$
Aus dem Rotorfluss Ψ_αβ kann dann mittels der Arkustangens-Funktion der Rotorlagewinkel φ_r ermittelt werden: $φ_{r} = arctan (\frac{Ψ_{β}}{Ψ_{α}}) .$
Mit Ψ_α und Ψ_β sind dabei der α-Anteil bzw. der β-Anteil des Rotorflusses bezeichnet. Aus dem Rotorlagewinkel φ_r wiederum können durch zeitliche Ableitung die Winkelgeschwindigkeit ω_r des Rotors bzw. die Drehzahl der elektrischen Maschine ermittelt werden: $ω_{r} = \frac{d φ_{r}}{d t} .$
Der auf diese Weise mittels des Flussmodells M und den genannten Größen erhaltene Wert für den Rotorlagewinkel kann im Rahmen der Erfindung dann noch korrigiert werden, wie dies in Bezug auf 3 beschrieben werden soll. Zunächst soll jedoch noch der weitere Ablauf der Regelung von Drehzahl und Drehmoment, wie sie in 2 gezeigt ist, beschrieben werden.
In einem hier als PI-Glied ausgeführten Rechenglied 202 wird aus einer Abweichung zwischen der mittels des Flussmodells M ermittelten Drehzahl ω_r und einem Sollwert ω_soll für die Drehzahl als Stellgröße ein Sollwert I_q,soll für den q-Anteil des Stroms ermittelt.
Weiterhin werden der im Stator fließende Strom I_αβ in α-β-Koordinaten sowie der Rotorlagewinkel φ_r einem Rechenglied 201 zur d-q-Koordinatentransformation zugeführt, sodass Istwerte für den q-Anteil I_q und d-Anteil I_d des Stroms erhalten werden.
Im Rahmen einer PI-Glieder 203, 204 umfassenden Stromregelung werden aus den Istwerten I_q und I_d und zugehörigen Sollwerten I_q,soll und I_d,soll Spannungssollwerte U_q und U_d als Stellgrößen berechnet.
Für eine robuste Regelung bei geringer Drehzahl kann der Sollwert I_d,soll von Null an beginnend angehoben werden und im Falle einer Feldschwächung auf einen negativen Wert eingestellt werden. Für eine bessere Robustheit kann auch eine Querkopplung von Strömen, Drehzahl und Streuinduktivität bzw. Induktivität berücksichtigt werden.
Durch die Stromregelung können Spannungssollwerte U_d und U_q in d-q-Koordinaten für eine Pulsbreitenmodulation 205 erhalten werden, um die elektrische Maschine für ein gewisses Drehmoment M_r anzusteuern. Bei der Pulsbreitenmodulation 205 wird auch der Rotorlagewinkel φ_r berücksichtigt.
In 3 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt, der insbesondere eine Korrektur der am Stator anliegenden Spannung, die in dem Flussmodell M, wie es in Bezug auf 2 erläutert wurde, betrifft.
Im Rahmen einer Fluss-Offset-Regelung 301 werden hier aus einem theoretischen Wert Ψ_r des Rotorflusses und dem zuvor ermittelten Rotorlagewinkel φ_r ein Spannungskorrekturwert (bzw. zugehörige α- und β-Anteile) für die am Stator anliegende Spannung ermittelt. Hierzu werden aus dem theoretischen Wert Ψ_r entsprechende α- und β-Anteile Ψ_r,α und Ψ_r,β ermittelt, die dann mit den α- und β-Anteilen Ψ_α und Ψ_β des zuvor ermittelten Rotorflusses verrechnet und jeweils einem hier als PI-Glied ausgeführten Rechenglied zugeführt werden. werden. Insbesondere kann eine Adaption der Proportional- und Integralverstärkungen K_P bzw. K_I des PI-Glieds an die Drehzahl gemäß folgenden Formeln vorgenommen werden: $K_{P} = \frac{ω_{r}}{4} und K_{I} = {(\frac{ω_{r}}{4})}^{2} .$
Auf diese Weise können ein α-Anteil U_α,korr und β-Anteil U_β,korr erhalten werden, deren Amplitude U_αβ,korr als Spannungskorrekturwert in der Berechnung des Rotorflusses wie folgt berücksichtigt werden kann: $Ψ_{α β} = \int (U_{α β} - U_{α χ, k o r r} - R \cdot I_{α β}) d t - L \cdot I_{α β} .$
Wie schon erwähnt, können bei der Ermittlung des theoretischen Werts Ψ_r des Rotorflusses auch temperaturbedingte Änderungen des ohmschen Widerstands des Stators und/oder ein Sättigungseffekt der Streuinduktivität des Stators berücksichtigt werden.
Da sich solche zu korrigierende Fehler oder Effekte in der Spannung insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der elektrischen Maschine bemerkbar machen, ist es besonders zweckmäßig, die beschriebene Korrektur nur dann vorzunehmen, wenn die Drehzahl ω_r kleiner als ein vorgebbarer Schwellwert ω_s ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8378605 B2 [0003]
US 9106177 B2 [0003]
EP 1653601 B1 [0003]

Claims

Verfahren zum geberlosen Ermitteln einer Drehwinkelstellung eines Rotors (151) einer elektrischen Maschine (150) mit Rotor (151) und Stator (152), wobei der Rotorlagewinkel (φ_r) mittels eines Flussmodells (M) aus einem Rotorfluss (Ψ_αβ) ermittelt wird, wobei in dem Flussmodell (M) anhand des im Stator (152) fließenden Stroms (I_αβ), der am Stator (152) anliegenden Spannung (U_αβ), eines ohmschem Widerstands (R) des Stators (152) und einer Streuinduktivität (L) des Stators (152) der Rotorfluss (Ψ_αβ) ermittelt wird, und wobei in dem Flussmodell (M) bei der Ermittlung des Rotorflusses (Ψ_αβ) die am Stator (152) anliegende Spannung (U_αβ) mit einem Spannungskorrekturwert (U_αβ,korr) korrigiert wird, der im Rahmen einer unterlagerten Regelung unter Berücksichtigung des Rotorlagewinkels (φ_r) und eines theoretischen Wertes (Ψ_r) des Rotorflusses (Ψ_αβ) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem Flussmodell (M) die am Stator (152) anliegende Spannung (U_αβ) nur dann mit dem Spannungskorrekturwert (U_αβ,korr) korrigiert wird, wenn die Drehzahl (ω_r) der elektrischen Maschine unterhalb eines vorgebbaren Schwellwertes (cos) liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Rotorlagewinkel (ω_r) mittels des Flussmodells (M) ohne Korrektur der am Stator (152) anliegenden Spannung (U_αβ) ermittelt wird, wenn die Drehzahl (ω_r) der elektrischen Maschine oberhalb des vorgebbaren Schwellwertes (ω_s) liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei dem theoretischen Wert (Ψ_r) des Rotorflusses (Ψ_αβ) temperaturbedingte Änderungen des ohmschen Widerstands (R) des Stators (152) und/oder ein Sättigungseffekt der Streuinduktivität des Stators (152) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als theoretischer Wert (Ψ_r) des Rotorflusses (Ψ_αβ) der mittels des Flussmodells (M) ermittelte Rotorfluss (Ψ_αβ) verwendet wird, wenn wenigstens eine vorgebbare Bedingung erfüllt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die unterlagerte Regelung zur Ermittlung des Spannungskorrekturwerts (U_αβ,korr) wenigstens ein PI-Glied umfasst, dessen Proportional- und/oder Intergralverstärkung in Abhängigkeit von der Drehzahl vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Rotorlagewinkel (φ_r) zur Ermittlung einer Drehzahl (ω_r) und/oder eines Drehmoments (M_r) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Drehzahl (ω_r) und/oder das Drehmoment (M_r) geregelt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei zur Regelung des Drehmoments (M_r) ein Strom in dem Stator (152) in d-q-Koordinaten im Rahmen einer Stromregelung verwendet wird, wobei der Strom in dem Stator (152) in d-q-Koordinaten unter Berücksichtigung des Rotorlagewinkels (φ_r) aus dem in α-β-Koordinaten vorliegenden Strom in dem Stator (152) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei zur Regelung des Drehmoments (M_r) eine Pulsbreitenmodulation (205) unter Berücksichtigung des Rotorlagewinkels (φ_r) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als elektrische Maschine (150) eine permanenterregte Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine verwendet wird und/oder wobei die elektrische Maschine (150) als Antrieb in einem Schraubsystem (100) verwendet wird.
Recheneinheit (155) mit Mitteln zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (155) veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (155) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 13.
Elektrische Maschine (150) mit einer Recheneinheit (155) nach Anspruch 12.
Schraubsystem (100) mit einer elektrischen Maschine (150) nach Anspruch 15, wobei die elektrische Maschine (150) als Antrieb des Schraubsystems (100) ausgebildet ist.