DE102021107106A1

DE102021107106A1 - Detektion von unausgeglichenen phasenwiderständen in synchronmotorantrieben

Info

Publication number: DE102021107106A1
Application number: DE102021107106.2A
Authority: DE
Inventors: Prerit Pramod; Rakesh Mitra; Darren Qu; Subhra Paul; Julie A. Kleinau
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2021-09-30
Also published as: US20210305929A1; CN113466556A; US11804799B2

Abstract

Ein System zur Steuerung eines Synchronmotorantriebs kann dazu konfiguriert sein, ein Befehlsspannungssignal zu empfangen und in dem Synchronmotorantrieb eine Widerstandsungleichgewichtssignatur aus dem Befehlsspannungssignal zu identifizieren. Das System kann basierend auf der Widerstandsungleichgewichtssignatur jeweilige Phasenwiderstände ermitteln, die Phasen eines Synchronmotors des Synchronmotorantriebs entsprechen. Jeder jeweilige Phasenwiderstand kann einen Phasentransistorwiderstand und einen Phasenwicklungswiderstand umfassen. Das System kann basierend auf den Phasenwiderständen und einem geschätzten mittleren Widerstand der Phasen des Synchronmotors eine Phase oder mehrere Phasen des Synchronmotors identifizieren, die einem Phasenwiderstand oder mehreren Phasenwiderständen entsprechen, die ein Widerstandsungleichgewicht darstellen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf Motoren und insbesondere auf Systeme und Verfahren zur Detektion von unausgeglichenen Phasenwiderständen in Synchronmotorantrieben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Maschinen (z. B. Fahrzeuge, Boote, Flugzeuge, Drohnen, Leistungsgeräte, Hofgeräte, Pumpen, Kompressoren, etc.), die Synchronmotoren und Synchronmotorantriebe (z. B. Permanentmagnet-Synchronmotorantriebe (PMSM-Antriebe)) verwenden, können empfindlich gegenüber Parameterungleichgewicht sein. Parameterungleichgewicht in einer Maschine, die einen Synchronmotor und einen Synchronmotorantrieb (nachstehend bezeichnet als eine Synchronmaschine) verwendet, kann in einigen Fällen unerwünschte Strom- und Drehmomentpulsationen verursachen, die zu einer suboptimalen Strom- und Drehmomentsteuerung führen. Unerwünschte Strom- und Drehmomentpulsationen können in einem Synchronmotorantrieb, der eine Feedforward-Stromsteuerung verwendet, verstärkt werden. In einem Synchronmotorantrieb, der eine Feedback-Stromsteuerung verwendet, können Spannungsgrenzen (z. B. eine Maximalspannungsbusgrenze, etc.) und eine Regulierungsbandbreite ferner zu einer suboptimalen Strom- und Drehmomentsteuerung führen.
Typischerweise unterliegen Synchronmaschinen bestimmten Anforderungen und/oder Vorschriften. Beispielsweise kann eine Synchronmaschine, die Hochleistungs-Bewegungssteuerungsanwendungen verwendet, die empfindlich gegenüber Rauschen, Vibration und Härte sind (z. B. eine Synchronmaschine, die ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) unterstützt), Produktionsanforderungen unterliegen, die festlegen, dass die Synchronmaschine eine minimalen Teil-zu-Teil-Abweichung einhält. Parameterungleichgewicht in einem Synchronmotorantrieb der Synchronmaschine kann eine Einhaltung der Anforderungen erschweren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf eine Detektion von Parameterungleichgewichten in Synchronmotorantrieben.
Ein Aspekt der offenbarten Ausführungsformen umfasst ein System zur Steuerung eines Synchronmotorantriebs. Das System umfasst einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher umfasst Anweisungen, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor dazu veranlassen: ein Befehlsspannungssignal zu empfangen, in dem Synchronmotorantrieb eine Widerstandsungleichgewichtssignatur aus dem Befehlsspannungssignal zu identifizieren, basierend auf der Widerstandsungleichgewichtssignatur jeweilige Phasenwiderstände zu ermitteln, die Phasen eines Synchronmotors des Synchronmotorantriebs entsprechen, wobei jeder jeweilige Phasenwiderstand einen Phasentransistorwiderstand und einen Phasenwicklungswiderstand umfasst, und basierend auf den Phasenwiderständen und einem geschätzten mittleren Widerstand der Phasen des Synchronmotors eine Phase oder mehrere Phasen des Synchronmotors zu identifizieren, die einem Phasenwiderstand oder mehreren Phasenwiderständen entsprechen, die ein Widerstandsungleichgewicht darstellen.
Ein anderer Aspekt der offenbarten Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Detektion eines Phasenwiderstandsungleichgewichts in einem Synchronmotorantrieb. Das Verfahren umfasst ein Empfangen eines Befehlsspannungssignals, ein Identifizieren einer Widerstandsungleichgewichtssignatur aus dem Befehlsspannungssignal in dem Synchronmotorantrieb, ein Ermitteln von jeweiligen Phasenwiderständen, die Phasen eines Synchronmotors des Synchronmotorantriebs entsprechen, basierend auf der Widerstandsungleichgewichtssignatur, wobei jeder jeweilige Phasenwiderstand einen Phasentransistorwiderstand und einen Phasenwicklungswiderstand umfasst, und ein Identifizieren einer Phase oder mehrerer Phasen des Synchronmotors, die einem Phasenwiderstand oder mehreren Phasenwiderständen entsprechen, die ein Widerstandsungleichgewicht darstellen, basierend auf den Phasenwiderständen und einem geschätzten mittleren Widerstand der Phasen des Synchronmotors.
Ein weiterer Aspekt der offenbarten Ausführungsformen umfasst ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System). Das EPS-System umfasst einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher umfasst Anweisungen, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor dazu veranlassen: ein Befehlsspannungssignal zu empfangen, in dem Synchronmotorantrieb eine Widerstandsungleichgewichtssignatur aus dem Befehlsspannungssignal zu identifizieren, basierend auf der Widerstandsungleichgewichtssignatur jeweilige Phasenwiderstände zu ermitteln, die Phasen eines Synchronmotors des Synchronmotorantriebs entsprechen, wobei jeder jeweilige Phasenwiderstand einen Phasentransistorwiderstand und einen Phasenwicklungswiderstand umfasst, und basierend auf den Phasenwiderständen und einem geschätzten mittleren Widerstand der Phasen des Synchronmotors eine Phase oder mehrere Phasen des Synchronmotors zu identifizieren, die einem Phasenwiderstand oder mehreren Phasenwiderständen entsprechen, die ein Widerstandsungleichgewicht darstellen.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, den beigefügten Ansprüchen und den zugehörigen Figuren offenbart.
Figurenliste
Die Offenbarung wird am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale der Zeichnungen nach gängiger Praxis nicht maßstabsgetreu sind. Vielmehr werden die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit beliebig vergrößert oder verkleinert.

1 veranschaulicht allgemein ein System zur Detektion und Identifikation von Phasenwiderstandsungleichgewichten gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
2A und 2B veranschaulichen allgemein ein Blockschaltbild für mathematische Modelle gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht allgemein einen Widerstandsungleichgewichtsschätzer gemäß einigen Ausführungsformen.
4 veranschaulicht allgemein ein System zur Detektion und Identifikation von Phasenwiderstandsungleichgewichten gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das allgemein ein Verfahren zur Detektion und Identifikation von Phasenwiderstandsungleichgewichten gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das allgemein ein Verfahren zur Detektion und Identifikation von Phasenwiderstandsungleichgewichten gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Diskussion bezieht sich auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Obwohl eine oder mehrere dieser Ausführungsformen bevorzugt sein können, sollten die offenbarten Ausführungsformen nicht so interpretiert werden oder anderweitig verwendet werden, dass sie den Umfang der Offenbarung einschließlich der Ansprüche einschränken. Des Weiteren wird ein Fachmann verstehen, dass die folgende Beschreibung eine breite Anwendung hat und die Diskussion einer Ausführungsform nur beispielhaft für diese Ausführungsform sein soll und nicht bedeuten soll, dass der Umfang der Offenbarung einschließlich der Ansprüche auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
Synchronmaschinen können Synchronmotorantriebe umfassen, die empfindlich gegenüber Parameterungleichgewicht sind. Parameterungleichgewicht in einem Synchronmotorantrieb kann unerwünschte Strom- und Drehmomentpulsationen verursachen, die zu einer suboptimalen Strom- und Drehmomentsteuerung führen. Während die unerwünschten Strom- und Drehmomentpulsationen in Synchronmotorantrieben verstärkt werden, die eine Feedforward-Stromsteuerung verwenden, können Synchronmotorantriebe, die eine Feedback-Stromsteuerung verwenden, weiterhin aufgrund von Spannungsgrenzen (z. B. einer Maximalspannungsbusgrenze, etc.) und einer Regulierungsbandbreite betroffen sein.
Des Weiteren können bestimmte nichtlineare Effekte wie beispielsweise Temperatur- oder Fehlermodi zu einer signifikanten Änderung des Verhaltens einer Synchronmaschine führen. Beispielsweise umfasst das Wickeln eines Motors ein Platzieren von Drähten eines Synchronmotors der Synchronmaschine innerhalb von Spulen, die um einen beschichteten flexiblen Magnetkern geschlossen sind. Während eines Prozesses des Wickelns der Drähte (z. B. eines Phasenwicklungsprozesses) wird versucht, die Drähte so zu wickeln, dass die Drähte, die jeder jeweiligen Phase (z. B. Phase a, Phase b und Phase c) entsprechen, so gewickelt werden, dass der Widerstand gleich ist. Allerdings können Temperaturänderungen, die durch die während des Phasenwicklungsprozesses entstandene Hitze hervorgerufen werden, ein Widerstandsungleichgewicht in einer oder mehrerer der Phasen verursachen. Folglich können eine Detektion, Identifikation und/oder Korrektur solcher nichtlinearer Effekte für die Verbesserung der Leistung von Synchronmaschinen von Vorteil sein, die Synchronmotorantriebe verwenden.
Zusätzlich legen einige Anforderungen und/oder Vorschriften fest, dass bestimmte Synchronmaschinen eine minimale Teil-zu-Teil-Abweichung einhalten. Beispielsweise unterliegen Hochleistungs-Bewegungssteuerungsanwendungen, die sensitiv gegenüber Rauschen, Vibration und Härte (z. B. Anwendungen, die die Massenproduktion umfassen, wie beispielsweise EPS) sind, Anforderungen oder Vorschriften. Die Anforderungen oder Vorschriften können beispielsweise festlegen, dass die Synchronmaschinen eine minimale Teil-zu-Teil-Abweichung einhalten. Parameterungleichgewichte in Synchronmotorantrieben der Synchronmaschinen, die solchen Anforderungen unterliegen, können die Einhaltung solcher Anforderungen erschweren. Wenn die Parameterungleichgewichte unerkannt und/oder unkorrigiert bleiben, können die Parameterungleichgewichte zu einer Verschlechterung der Gesamtsystemleistung und/oder zu Fehlern führen. Die Verschlechterung der Gesamtsystemleistung und/oder die Fehler können die Langlebigkeit einer oder mehrerer Komponenten der Synchronmaschinen reduzieren, die Kosten in verschiedenen Phasen eines Produktlebenszyklus einer Komponente oder mehrerer Komponenten der Synchronmaschinen erhöhen, die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kunde eine bestimmte Synchronmaschine kauft, reduzieren und/oder dergleichen. Als ein Ergebnis kann die Detektion und Identifikation der Parameterungleichgewichte wünschenswert sein.
Entsprechend können Systeme und Verfahren wie die hierin beschriebenen dazu konfiguriert sein, Widerstandsungleichgewichte auf einem phasenspezifischen Granularitätslevel zu detektieren und identifizieren und/oder basierend auf den Widerstandsungleichgewichten präventive Maßnahmen durchzuführen. In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren einen sinusförmigen Teil eines Befehlsspannungssignals identifizieren (z. B. um den sinusförmigen Teil des Befehlsspannungssignals von einem Gleichstromteil (DC-Teil) des Befehlsspannungssignals zu unterscheiden).
In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren dazu konfiguriert sein, Phasenwicklungswiderstände (z. B. basierend auf Schätzungen von Phasentransistorwiderständen wie beispielsweise Feldeffekttransistorwiderständen (FET-Widerstände)) zu ermitteln und Phasenwicklungstemperaturen zu schätzen. In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren dazu konfiguriert sein, Phasentransistorwiderstände (z. B. basierend auf Schätzungen von Phasenwicklungswiderständen) zu ermitteln und Phasentransistortemperaturen zu schätzen.
In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren dazu konfiguriert sein, zu bewirken, dass eine präventive Maßnahme basierend auf dem identifizierten Widerstandsungleichgewicht (z. B. einem Ungleichgewicht, das einem Phasenwicklungswiderstand und/oder einem Phasentransistorwiderstand entspricht), basierend auf der Phase, für die ein Widerstandsungleichgewicht ermittelt wurde, basierend auf einer geschätzten Temperatur (z. B. einer Phasenwicklungstemperatur oder einer Phasentransistortemperatur), die dem Widerstandsungleichgewicht entspricht, oder einer Kombination davon ausgeführt wird. Die präventive Maßnahme kann eine Maßnahme zum Verlangsamen des Motors, eine Maßnahme zum Stoppen des Motors, eine Maßnahme, die dazu führt, dass ein unausgeglichener Widerstand in einer bestimmten Phase ausgeglichen wird, eine Maßnahme, die in Reaktion auf einen identifizierten oder vorhergesagten Defekt (z. B. identifiziert oder vorhergesagt basierend auf dem unausgeglichenen Widerstand) ausgeführt wird, eine Maßnahme, die in Reaktion auf ein identifiziertes oder vorhergesagtes Überhitzen einer Wicklung des Synchronmotors ausgeführt wird, jede andere geeignete präventive Maßnahme oder eine Kombination davon umfassen.
Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können dazu konfiguriert sein, zumindest die Vorteile eines Identifizierens eines Widerstandsungleichgewichts auf einem phasenspezifischen Granularitätslevel in einem Synchronmotor, eines Schätzens der Temperaturen einer Wicklung des Motors (oder der Temperaturen eines Transistors), der Durchführung der präventiven Maßnahmen basierend auf einer Identifikation des Widerstandsungleichgewichts und/oder der geschätzten Temperatur, und/oder dergleichen bieten. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können auf verschiedene Maschinenkonfigurationen (z. B. als Permanentmagnet oder gewickelt, unausgeprägt oder ausgeprägt, mit mehrere Phasen, etc.) angewendet werden. Außerdem können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren von einem Prozessor in Echtzeit implementiert werden, während der Synchronmotor betrieben wird. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können von einem Prozessor auch in Fertigungsanlagen am Ende der Kette (engl. end of line (EOL)) implementiert werden.
1 veranschaulicht allgemein ein System 100 zur Detektion und Identifikation von Phasenwiderstandsungleichgewichten (nachstehend bezeichnet als System 100) gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung. Das System 100 kann einen Motor wie beispielsweise einen Synchronmotor 102, einen Inverter 104, einen Pulsweitenmodulator 106, einen Positionsschätzer 108, eine Stromerfassungskomponente 110, einen Strombefehlserzeuger 112, einen Stromregler 114, einen Positionsschätzer 116, einen Stromschätzer 118 und einen Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das System 100 wie beschrieben eine geschlossene Stromregelung verwenden. Es sollte verstanden werden, dass das System 100 zusätzliche oder weniger Komponenten als die hierin beschriebenen umfassen kann. Der Synchronmotor 102 kann Rotations- oder Linearkraft erzeugen, die verwendet wird, um eine Maschine wie die hierin beschriebene anzutreiben. Während sich eine oder mehrere Ausführungsformen auf den Synchronmotor 102 beziehen, sollte verstanden werden, dass dieser als Beispiel dient und in der Praxis eine andere Art eines geeigneten Motors verwendet werden kann. Verschiedene Komponenten des Systems 100 können als Teil eines Synchronmotorantriebs 122 (z. B. Stromregler 114, Pulsweitenmodulator 106, Inverter 104 und/oder dergleichen) verwendet werden. Der Synchronmotorantrieb 122 kann eine elektronische Vorrichtung sein, die die elektrische Energie steuert, die dem Synchronmotor 102 zugeführt wird. Der Synchronmotorantrieb 122 kann dem Synchronmotor 102 Spannung in verschiedenen Mengen und zu verschiedenen Frequenzen bereitstellen und dadurch indirekt die Geschwindigkeit und das Drehmoment des Synchronmotors 102 steuern.
In einigen Ausführungsformen kann der Strombefehlserzeuger 112 ein befohlenes elektromagnetisches Drehmoment T_e* als Eingangssignal empfangen. Das befohlene elektromagnetische Drehmoment kann durch einen Nutzer unter Verwendung eines Computergeräts, eingegeben werden, für den Synchronmotor 102 vorprogrammiert werden und/oder über ein anderes geeignetes Verfahren empfangen werden. Der Strombefehlserzeuger 112 kann einen befohlenen Strom I*_dq basierend auf dem befohlenen elektromagnetischen Drehmoment erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann der Stromregler 114 den befohlenen Strom I*_dq von dem Strombefehlserzeuger 112 empfangen. In einigen Ausführungsformen kann der Stromregler 114 den befohlenen Strom I*_dq empfangen, der durch einen Nutzer unter Verwendung eines Computergeräts eingegeben wird. In einigen Ausführungsformen wird der Stromregler 114 in einem rückkopplungsgesteuerten Synchronmotorantrieb 122 verwendet, um die befohlenen Ströme mit einem minimalen Fehler zu verfolgen.
In einigen Ausführungsformen überträgt der Stromregler 114 ein Befehlsspannungssignal an den Pulsweitenmodulator 106. Zusätzlich oder alternativ überträgt der Stromregler 114 das Befehlsspannungssignal an den Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120. Das Befehlsspannungssignal, wie es hierin verwendet wird, kann sich auf ein Spannungssignal beziehen, von dem das System 100 annimmt, dass es gleich oder nahezu gleich einer gemessenen Spannung ist. In einigen Ausführungsformen kann das Befehlsspannungssignal einen konstanten Teil umfassen und in einigen Ausführungsformen kann das Befehlsspannungssignal einen konstanten Teil und einen sinusförmigen Teil umfassen. Wenn das Befehlsspannungssignal nur den konstanten Teil umfasst, dann kann es kein Widerstandsungleichgewicht geben, da der sinusförmige Teil des Spannungsausgangssignals die Pulsationen repräsentiert, die eine Widerstandsungleichgewichtssignatur umfassen. Wenn das Befehlsspannungssignal den konstanten Teil und den sinusförmigen Teil umfasst, wird der sinusförmige Teil als die Widerstandsungleichgewichtssignatur identifiziert, wie hierin weiter beschrieben wird.
Der Pulsweitenmodulator 106 kann über eine gegebene Zeitspanne eine Zeitdauer steuern, in der das Befehlsspannungssignal hoch ist, und eine Zeitdauer steuern, in der das Befehlsspannungssignal niedrig ist. Eine derartige Technik der Steuerung der Zeitdauer, wenn das Befehlsspannungssignal hoch bzw. niedrig ist, kann die Richtung des Synchronmotors 102 steuern. Der Inverter 104 kann ein Spannungsquelleninverter sein und die Frequenz der Spannung variieren, die dem Synchronmotor 102 bereitgestellt wird, um das Drehmoment des Synchronmotors 102 zu steuern. Der Inverter 104 kann dem Synchronmotor 102 das Befehlsspannungssignal als eine Eingangsspannung V_abc bereitstellen. Der Synchronmotor 102 kann die Spannung V_abc verwenden, um eine Strommenge zu erzeugen, die gleich dem befohlenen Strom I*_dq ist oder die sich von dem befohlenen Strom I*_dq unterscheidet (z. B. wenn ein Widerstandsungleichgewicht existiert).
Der Synchronmotor 102 kann einer Stromerfassungskomponente 110 einen Strom I_abc bereitstellen. Die Stromerfassungskomponente 110 (z. B. ein Stromsensor) kann dazu konfiguriert sein, einen elektrischen Strom in einer Schaltung zu detektieren. Die Stromerfassungskomponente 110 kann Signale bereitstellen, die dem Stromschätzer 118 den Strom I_abc angeben. Der Stromschätzer 118 kann auch von dem Positionsschätzer 116 Signale empfangen, die eine elektrische (Phasen-) Position θ des Synchronmotors 102 angeben. Beispielsweise kann die Positionserfassungskomponente 108 die Phase des Synchronmotors 102 messen oder wahrnehmen und ein Signal bereitstellen, das dem Positionsschätzer 116 die Position angibt. Der Positionsschätzer 116 kann das Signal bereitstellen, das dem Stromschätzer 118 die Phase θ angibt. Der Stromschätzer 118 kann die durch den Synchronmotor 102 ausgegebene Strommenge schätzen (z. B. basierend auf den Signalen, die den Strom I_abc und die Phase θ des Synchronmotors 102 angeben). In einigen Ausführungsformen stellt der Stromschätzer 118 dem Stromregler 114 einen geschätzten Strom I*_dq bereit. Zusätzlich oder alternativ stellt der Stromschätzer 118 dem Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 den geschätzten Strom I*_dq bereit.
Der Stromregler 114 kann den geschätzten Strom Î_dq empfangen und mit dem befohlenen Strom I*_dq vergleichen. Wenn der Stromregler ermittelt, dass es eine Differenz zwischen dem geschätzten Strom Î_dq und dem befohlenen Strom I*_dq gibt, kann der Stromregler 114 ein Spannungsbefehlssignal V*_dq übertragen, das bewirkt, dass der geschätzte Strom Î_dq genau dem befohlenen Strom I*_dq entspricht. Da der befohlene Strom I*_dq konstant ist und der geschätzte Strom Î_dq gleich dem befohlenen Strom I*_dq ist, ist auch der geschätzte Strom Î_dq konstant. Um den konstanten Strom aufrechtzuerhalten, kann der Stromregler 114 Pulsationen in dem Befehlsspannungssignal V*_dq verursachen.
Der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 liest das Befehlsspannungssignal V*_dq aus dem Stromregler 114. Der Widerstandsungleichgewichtschätzer 120 umfasst einen mathematischen Transformationsblock, einen Betrags- und Phasenberechnungsblock, einen Durchschnittswiderstandsschätzungsblock, einen Phasenwiderstandsberechnungsblock, einen Phasenwicklungs- und Transistorwiderstandsschätzungsblock und einen Phasenwicklungs- und Transistortemperaturschätzungsblock. Wie beschrieben wird, kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 mathematische Modelle verwenden, um eine Widerstandsungleichgewichtssignatur (z. B. in dem Ereignis, dass ein Widerstandsungleichgewicht vorliegt) identifizieren. Der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 empfängt das Befehlsspannungssignal V*_dq und empfängt das Signal, das die Phase θ des Synchronmotors 102 angibt. Der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 ermittelt basierend auf dem Befehlsspannungssignal V*_dq, ob ein Widerstandsungleichgewicht existiert. Wenn beispielsweise der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 ermittelt, dass das Befehlsspannungssignal V*_dq nur einen konstanten Teil ohne einen sinusförmigen Teil umfasst, so ermittelt der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120, dass kein in dem Befehlsspannungssignal V*_dq repräsentiertes Widerstandsungleichgewicht vorliegt. Der sinusförmige Teil kann sich auf den pulsierenden Teil des Befehlsspannungssignals V*_dq beziehen und zumindest die Widerstandsungleichgewichtssignatur darstellen. Wenn der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 ermittelt, dass das Befehlsspannungssignal V*_dq den konstanten Teil und den sinusförmigen Teil umfasst, so ermittelt der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120, dass ein Widerstandsungleichgewicht detektiert wird, da der sinusförmige Teil die Widerstandsungleichgewichtssignatur darstellt. In einigen Ausführungsformen kann die Identifikation der Widerstandsungleichgewichtssignatur in Echtzeit (z. B. in weniger als zwei Sekunden) erfolgen.
Weitere Details zum Befehlsspannungssignal V*_dq wie beispielsweise ein bestimmter Phasenwiderstand, der das Widerstandsungleichgewicht aufweist, können durch den Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 ermittelt werden. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 für jede jeweilige Phase des Synchronmotors 102 einen Phasenwiderstand basierend auf einer erfüllten Betriebsbedingung des Synchronmotors 102 ermitteln. Ein Phasenwiderstand stellt einen Schaltungswiderstand dar und kann einen Motorstatorwiderstand (hierin bezeichnet als ein Phasenwicklungswiderstand) und einen Phasentransistorwiderstand (z. B. der FETs der Stromrichter) umfassen. Die Betriebsbedingung kann eine Geschwindigkeit des Synchronmotors 102, die einen Grenzwert einhält, einen durch den Synchronmotor 102 ausgegebenen Strom, der einen bestimmten Grenzwert einhält, einen Strombetrag, der einen bestimmten Grenzwert einhält, einen Widerstand einer Phase des Synchronmotors 102, der einen bestimmten Grenzwert einhält, einen Widerstandsbetrag, der einen bestimmten Grenzwert einhält, einen Spannungsbetrag, der einen bestimmten Grenzwert einhält und/oder dergleichen betreffen.
Die folgende Diskussion betrifft mathematische Modelle, die verwendet werden, um die hierin beschriebenen Techniken durchzuführen. Beispielsweise kann ein mathematisches Modell eines dreiphasigen Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) in einem stationären Bezugssystem (d. h. einem abc-Bezugssystem) wie folgt beschrieben werden: $V_{a n} = R_{a} I_{a} + {\dot{λ}}_{a l} + ω_{e} λ_{m} sin θ$
$V_{b n} = R_{b} I_{b} + {\dot{λ}}_{b l} + ω_{e} λ_{m} sin (θ - β)$
$V_{c n} = R_{c} I_{c} + {\dot{λ}}_{c l} + ω_{e} λ_{m} sin (θ - 2 β)$

In den Gleichungen (1a)-(1c), stellt V_x (V_an, Vbn oder V_cn) eine Klemmenspannung, I_x (I_a, I_b oder I_c) einen Phasenstrom, R_x (R_a, R_b oder R_c) einen Phasenwiderstand, λ_xl (λ_al, λ_bl oder λ_cl) eine induktivitätsabhängige Flussverknüpfung für die Phase x (Phase a, b oder c), λ_m eine Permanentmagnet-Flussverknüfpung, L_d und L_q die d-Achsen- und q-Achseninduktivitäten, T_e das elektromagnetische Drehmoment, θ die elektrische (Phasen-)Position des Synchronmotors 102 und β eine Konstante gleich

\frac{2 π}{3}

rad dar. Es ist wünschenswert, dass die Phasenwiderstände in jeder Phase gleich sind. Das heißt, die Phasenwiderstände R_a,R_b und R_c sollten alle gleich sein. Wenn die Phasenwiderstände ungleich sind, können die Phasenwiderstände wie folgt geschrieben werden:

\begin{array}{l} R_{a} = R + Δ R_{a} \\ R_{b} = R + Δ R_{b} \\ R_{c} = R + Δ R_{c} \end{array}

wobei der ΔR_x-Term die Abweichung der Werte für die Phase x von dem Nominalwert R darstellt. In vielen Anwendungen wird das Phasenungleichgewicht ignoriert. Beispielsweise berücksichtigt das allgemein bekannte synchrone Bezugsystem (d. h. das dq-Modell), das aus Durchschnitts- oder DC-Gleichungen besteht, positionsabhängige Pulsationen nicht. Wenn die Widerstände der Phasen unausgeglichen sind, ist das analytische Maschinenmodell außerdem nicht länger positionsabhängig. Um dies zu adressieren, kann ein tatsächliches dq-Bezugsmodell unter Verwendung der korrekten stationären Systemgleichungen und durch Anwendung der geeigneten mathematischen Transformationen erhalten werden. Die resultierenden Spannungsgleichungen ergeben sich wie folgt:

$V_{d} = V_{d i} + V_{d R}$ $V_{d i} = R_{i} I_{d} + L_{s} {\dot{I}}_{d} + ω_{e} L_{s} I_{q}$ $V_{d R} = K_{R} cos (2 θ + ϕ_{R}) I_{d} + K_{R} sin (2 θ + ϕ_{R}) I_{q}$
$V_{q} = V_{q i} + V_{q R}$	(3)
$\begin{array}{l} V_{q i} = R_{i} I_{q} + L_{q} {\dot{I}}_{q} - ω_{e} L_{d} I_{d} + ω_{e} λ_{m} \\ V_{q R} = K_{R} sin (2 θ + ϕ_{R}) I_{d} - K_{R} cos (2 θ + ϕ_{R}) I_{q} \end{array}$	(4)
$\begin{array}{l} R_{i} = R + \frac{Δ R_{a} + Δ R_{b} + Δ R_{c}}{3} \\ K_{R} = \frac{1}{3} \sqrt{Δ R_{a}^{2} + Δ R_{b}^{2} + Δ R_{c}^{2} - Δ R_{a} Δ R_{b} - Δ R_{b} Δ R_{c} - Δ R_{c} Δ R_{a}} \\ ϕ_{R} = {tan}^{- 1} (\frac{\sqrt{3} (- Δ R_{b} + Δ R_{c})}{2 Δ R_{a} - Δ R_{b} - Δ R_{c}}) \end{array}$	(5)

In den Gleichungen (3)-(5) stellt i Idealterme (z. B. die Terme, die in dem Durchschnittsmaschinenmodell enthalten sind und die keine Ungleichgewichtseffekte aufweisen) dar, während die restlichen Terme basierend auf den Ungleichgewichten in den Maschinenwiderständen, angegeben durch den Index R, erzeugt werden. Diese Gleichungen stellen das tatsächliche oder reale Maschinenverhalten dar und umfassen keine Steuerungsstrategie.
Eine Rückkopplungsstromregelung verwendet Stromregler mit hoher Bandbreite, die bewirken, dass die gemessenen Ströme (bei denen es sich um Phasenströme handelt, die unter Verwendung der Positionsmessung in das synchrone Bezugssystem (d. h. das dq-Modell) transformiert werden) den befohlenen Strömen folgen. Unter der Annahme einer idealen geschlossenen Stromregelungsantwort erster Ordnung für sowohl die d- als auch q-Achse stehen Soll- und Ist-Ströme in dem synchronen Bezugssystem wie folgt zueinander in Beziehung: $\begin{array}{l} I_{d} = \frac{ω_{d}}{s + ω_{d}} I_{d}^{*} \\ I_{q} = \frac{ω_{q}}{s + ω_{q}} I_{q}^{*} \end{array}$
Wenn die Bandbreite des Stromsteuerungsreglers 114 als ausreichend hoch angenommen wird, kann davon ausgegangen werden, dass die Ist-Ströme gleich den Soll-Strömen ist. Unter dieser Annahme können die Spannungen, die bei einem stationären Zustand vom Stromsteuerungsregler 114 ausgegeben werden und die aufgrund eines Widerstandsungleichgewichts entstehen, wie folgt ausgedrückt werden: $\begin{array}{l} V_{d f} = R_{i} I_{d}^{*} + ω_{e} L_{s} I_{q}^{*} - K_{R} sin (2 θ + ϕ_{R}) I_{d}^{*} + K_{R} cos (2 θ + ϕ_{R}) I_{q}^{*} \\ V_{q f} = R_{i} I_{q}^{*} - ω_{e} L_{d} I_{d}^{*} + ω_{e} λ_{m} + K_{R} cos (2 θ + ϕ_{R}) I_{d}^{*} + K_{R} sin (2 θ + ϕ_{R}) I_{q}^{*} \end{array}$
Die auf ein Widerstandsungleichgewicht zurückzuführenden Spannungspulsationen werden mit den Motorströmen variieren. Man beachte, dass es in diesem Fall keine Strompulsationen in dem rückgekoppelten Steuerungsbetrieb gibt, sondern Spannungspulsationen mit der doppelten Synchronfrequenz. Dies kann intuitiv verstanden werden, wenn man berücksichtigt, dass die Stromregler inkonstante Spannungen anlegen müssen, um die maschinenverursachte Spannungsoberwellen auszugleichen, sodass die gemessenen oder tatsächlichen Ströme ohne Fehler verfolgt werden. In Wirklichkeit ist die Bandbreite des Stromsteuerungsreglers 114 nicht unendlich groß, sodass das Verfolgen nicht über den gesamten Betriebsfrequenzbereich ideal sein kann.
2 veranschaulicht allgemein Blockschaltbilder für mathematische Modelle, die ein Widerstandsungleichgewicht umfassen, gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht allgemein in ausführlicherer Form den Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 gemäß einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung eines Transformationsblocks 302) das Befehlsspannungssignal (V*d_q) von dem Stromregler 114 empfangen. Die geschlossene Stromregelung umfasst ein Unterdrücken der Pulsationen, die von Widerstandsungleichgewicht in den Strömen hervorgerufen werden, durch ein Anlegen von pulsierenden Spannungsbefehlen. Somit umfasst das Befehlsspannungssignal in dem synchronen Bezugssystem (dq-Modell) DC-Signale (V*d_q0) sowie Pulsationen (ΔV*_dq) wie beispielsweise Pulsationen zweiter elektrischer Ordnung.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Transformationsblocks 302) eine Transformationstechnik anwenden, um den pulsierenden Teil des Befehlsspannungssignals ΔV*_d und ΔV*_q zu identifizieren und in Diagnosespannungen V_u und V_v zu konvertieren (zu demodulieren). Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 den pulsierenden Teil des Befehlsspannungssignals ΔV*_d und ΔV*_q identifizieren und in Diagnosespannungen V_u und V_v unter Verwendung der Inversen Parktransformation oder einer ähnlichen Art von Demodulator konvertieren. Die resultierenden Diagnosespannungen (d.h. uv-Spannungen) sind unten angegeben: $[\begin{matrix} V_{u} \\ V_{v} \end{matrix}] = [\begin{matrix} cos 2 \hat{θ} & sin 2 \hat{θ} \\ sin 2 \hat{θ} & - cos 2 \hat{θ} \end{matrix}] [\begin{matrix} Δ V_{d}^{*} \\ Δ V_{q}^{*} \end{matrix}]$
$\begin{array}{l} V_{u} = V_{d} cos 2 θ + V_{q} sin 2 θ \\ = (V_{d i} + V_{d R}) cos 2 θ + (V_{q i} + V_{q R}) sin 2 θ \\ = V_{u r} + V_{u R} \end{array}$
$\begin{array}{l} V_{v} = V_{d} sin 2 θ - V_{q} cos 2 θ \\ = (V_{d i} + V_{d R}) sin 2 θ - (V_{q i} + V_{q R}) cos 2 θ \\ = V_{v r} + V_{v R} \end{array}$
In den Gleichungen (8)-(10) stellen V_u und V_v die demodulierten Diagnosespannungen, θ eine geschätzte (und mit dem Faktor zwei skalierte) Phase des Synchronmotors 102, ΔV*_d und ΔV*_q den pulsierenden Teil des Befehlsspannungssignals und i Idealterme dar, während die restlichen Terme basierend auf den Widerstandsungleichgewichten, angegeben durch den Index R, erzeugt werden. Diese Gleichungen stellen das tatsächliche oder reale Maschinenverhalten dar und umfassen keine Steuerungsstrategie. Somit können die Klemmenspannungsterme (V_uR und V_vR) basierend auf den Beiträgen der Spannungspulsationen, die aus den jeweiligen Widerständen resultieren, erhalten werden. Die endgültigen Ausdrücke ergeben sich wie folgt: $V_{u R} = K_{R} sin ϕ_{R} I_{d}^{*} + K_{R} cos ϕ_{R} I_{q}^{*}$
$V_{v R} = - K_{R} cos ϕ_{R} I_{d}^{*} - K_{R} sin ϕ_{R} I_{q}^{*}$
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 adaptive Tiefpassfilter verwenden, um den pulsierenden Teil des Befehlsspannungssignals zu identifizieren und zu konvertieren. Beispielsweise kann der adaptive Tiefpassfilter in dem synchronen Bezugssystem (dq-Modell) durch Anwendung einer mathematischen Transformation implementiert werden, die die geschätzte Phase gefolgt von einer Tiefpassfilterung wie folgt verwendet: $[\begin{matrix} V_{u} \\ V_{v} \end{matrix}] = [\begin{matrix} \frac{1}{τ_{d} \hat{s} + 1} & 0 \\ 0 & \frac{1}{τ_{q} \hat{s} + 1} \end{matrix}] [\begin{matrix} cos 2 \hat{θ} & sin 2 \hat{θ} \\ sin 2 \hat{θ} & - cos 2 \hat{θ} \end{matrix}] [\begin{matrix} Δ V_{d} \\ Δ V_{q} \end{matrix}]$
In der Gleichung (13) stellt τ_d und τ_q die Tiefpassfilter-Zeitkonstanten und ŝ eine Schätzung des Ableitungsoperators dar, die in diskreter Zeit unter Verwendung einer der allgemein bekannten Transformationsverfahren vom kontinuierlichen zum diskreten Zeitbereich implementiert werden kann. In einigen Ausführungsformen können die Bandpassfilter dazu konfiguriert sein, eine Vorfilterung in dem synchronen Bezugssystem (dq-Modell) vor der Transformation durchzuführen.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung eines Betrags- und Phasenberechnungsblocks 304) einen Betrag und eine Phase der Diagnosespannungen V_u und V_v ermitteln. Als ein Beispiel können unter Verwendung des Ausgangs der Gleichungen (8) oder (13) der mittlere Betrag und die mittlere Phase der Diagnosespannungen V_u und V_v wie folgt erhalten werden: ${\hat{V}}_{m} = \sqrt{V_{u}^{2} + V_{v}^{2}}$
$tan {\hat{ϕ}}_{m} = \frac{Δ V_{u}}{Δ V_{v}}$
In den Gleichungen (14) und (15) stellt V̂_m und tan ϕ̂_m den mittleren Betrag und die mittlere Phase der Diagnosespannungen dar. Wie hierin weiter gezeigt wird, kann der mittlere Betrag der Spannungsbefehle verwendet werden, um das Vorliegen eines Widerstandsungleichgewichts zu detektieren, und kann die Phase verwendet werden, um die relative Abweichung zwischen jeweiligen Phasenwiderständen zu identifizieren.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 basierend auf einer erfüllten Betriebsbedingung des Synchronmotors einen Phasenwiderstand oder mehrere Phasenwiderstände identifizieren, die das Parameterungleichgewicht darstellen. Außerdem erfolgt basierend auf der erfüllten Betriebsbedingung eine Identifikation des Phasenwiderstands, der ein Widerstandsungleichgewicht darstellt, in Reaktion darauf, dass der Betrag des Befehlsspannungssignals während der Betriebsbedingung ungleich null (z. B. signifikant) ist. Wenn beispielsweise die Betriebsbedingung umfasst, dass die Geschwindigkeit des Motors unter dem ersten Grenzwert (z.B. niedrig) ist und die ausgegebene Strommenge über dem zweiten Grenzwert (z. B. hoch) ist und ein Betrag der Diagnosespannung (z. B. des Befehlsspannungssignals) ungleich null ist, so wird ein Widerstandsungleichgewicht identifiziert.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Synchronmotorantrieb 122 einen (nicht gezeigten) Durchschnittswiderstandsschätzer, um den mittleren Widerstand der Phasen basierend auf einer Schätzung der mittleren Temperatur eines Transistors Ω̂_fav und einer Schätzung der mittleren Temperatur einer Phasenwicklung Ω̂_mav gemeinsam mit dem vorbestimmten nominalen mittleren Widerstand der Transistoren R_f0 und dem nominalen mittleren Widerstand der Phasenwicklungen R_mo zu schätzen. Die Temperaturschätzungen werden beispielsweise auf der Grundlage von Thermistoren ermittelt, die sich in unmittelbarer Nähe des Umrichterteils oder der Motorphasenwicklungen befinden, zusammen mit einem gemittelten thermischen Modell des Motorantriebssystems. Die mittlere Widerstandsschätzung R̂_av wird wie folgt ermittelt:

${\hat{R}}_{a v} = R_{f 0} (1 + α_{f} ({\hat{Ω}}_{f a v} - Ω_{0})) + R_{m 0} (1 + α_{w} ({\hat{Ω}}_{m a v} - Ω_{0}))$
(16)
In der Gleichung 16 entspricht Ω₀ einem nominalen Temperaturwert, bei dem die nominalen Transistor- und Phasenwicklungswiderstände ermittelt werden. Zusätzlich zu dieser Art von geschlossener oder rückgekoppelter Durchschnittswiderstandsschätzung kann ein Rückkopplungslernalgorithmus implementiert werden, um zusätzlich Temperaturschätzungsfehler oder Nominalwertfehler zu korrigieren. Dies stellt eine akkurate Schätzung des mittleren Gesamtwiderstandswerts bereit.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 eine Schätzung des mittleren Phasenwiderstands R verwenden, die einen Durchschnitt der drei (Gesamt-)Phasenwiderstände wie folgt angibt: $\frac{{\hat{R}}_{a} + {\hat{R}}_{b} + {\hat{R}}_{c}}{3} = \hat{R}$
In der Gleichung (17) stellt der Term ΔR̂ einen geschätzten mittleren Phasenwiderstand der Phasen a, b und c, der Term ΔR̂_a einen geschätzten Phasenwiderstand der Phase a, der Term ΔR̂_b einen geschätzten Phasenwiderstand der Phase b und der Term ΔR̂_c einen geschätzten Phasenwiderstand der Phase c dar. Wie hierin beschrieben wird, können die Ausgänge der Gleichungen (14) und (15) und/oder (16) verwendet werden, um jeden jeweiligen Phasenwiderstand zu ermitteln.
In einigen Ausführungsformen kann der mittlere Betrag und die mittlere Phase der Diagnosespannungen verwendet werden, um die Terme K_r und ϕ̂_r zu schätzen, indem der befohlene Strombetrag I*_m und der Winkel α* wie folgt verwendet werden: ${\hat{K}}_{r} = \frac{{\hat{V}}_{m}}{I_{m}^{*}}$
$tan {\hat{ϕ}}_{r} = \frac{tan {\hat{ϕ}}_{m} - tan α *}{1 + tan α *}$
In der Gleichung (18) stellt K̂_r einen Quotienten des Betrags der mittleren Spannung und eines Betrags der befohlenen Ströme dar. In der Gleichung (19) stellt tan ϕ̂_r einen Quotienten der Terme tan Φ̂_m- tan α* und 1 + tan α* dar.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung eines Phasenwiderstandsberechnungsblocks 306) für jede Phase einen Phasenwiderstand ermitteln. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 einen Phasenwiderstand basierend auf einer erfüllten Betriebsbedingung oder mehrerer erfüllter Betriebsbedingungen des Synchronmotors 102 ermitteln. Die eine Betriebsbedingung oder die mehreren Betriebsbedingungen betreffen eine Geschwindigkeit des Synchronmotors 102, die einen Grenzwert einhält, einen durch den Synchronmotor 102 ausgegebenen Strom, der einen bestimmten Grenzwert einhält, einen Strombetrag, der einen bestimmten Grenzwert einhält, einen Widerstand einer Phase des Synchronmotors 102, der einen bestimmten Grenzwert einhält, einen Widerstandsbetrag, der einen bestimmten Grenzwert einhält, einen Spannungsbetrag, der einen bestimmten Grenzwert einhält und/oder dergleichen.
Das analytische Modell der PMSM-Maschine umfasst einen Gesamtschaltungswiderstand (hierin bezeichnet als Phasenwiderstand), der einen Motorstatorwiderstand (hierin bezeichnet als einen Phasenwicklungswiderstand) und einen Phasentransistorwiderstand (z. B. der FETs der Stromrichter) umfassen, wie unten gezeigt: $\begin{array}{l} {\hat{R}}_{x} = {\hat{R}}_{m x} + {\hat{R}}_{f x} \\ = {\hat{R}}_{m x 0} (1 + α_{w} (Ω_{w} - Ω_{0})) + {\hat{R}}_{f x 0} (1 + α_{f} (Ω_{f} - Ω_{0})) \end{array}$
In der Gleichung (19) stellt R̂_x den Gesamtschaltungswiderstand für eine Phase x, R̂_mx den Motorstatorwiderstand (d. h. den Phasenwicklungswiderstand) für die Phase x und R̂_fx den Transistor-Widerstand (FET-Widerstand) für Phase x dar. Zusätzlich gibt der Index 0 einen Nominalwert, der Index m den Motorstatorwiderstand und der Nominalwert ƒ einen FET-Widerstand an.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 basierend auf einer erfüllten Betriebsbedingung oder mehrerer erfüllter Betriebsbedingungen des Synchronmotors 102 einen Phasenwiderstand ermitteln, der mit dem Widerstandsungleichgewicht zusammenhängt. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer ein Signal empfangen, das einen mittleren Betrag V̂_m der Diagnosespannungen V_uv angibt, das einen mittleren Phasenbetrag tan ϕ̂_m angibt, das eine mittlere Phasenwiderstandsschätzung R angibt, das den befohlenen Strombetrag I*_m angibt und/oder das den Winkel α* angibt. In diesem Fall kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 empfangene Werte mit Grenzwerten, die zu der einen Betriebsbedingung oder mehreren Betriebsbedingungen gehören, vergleichen und den Phasenwiderstand basierend auf dem Vergleich ermitteln. Der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 kann den Vergleich für Werte durchführen, die zu jeder Phase gehören. Wenn ein empfangener Wert einen Grenzwert erreicht, der einer Betriebsbedingung entspricht, kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 ermitteln, dass der Phasenwiderstand das Widerstandsungleichgewicht offenbart.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 Phasenwiderstandsfehlerterme ermitteln. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 Phasenwiderstandsfehlerterme unter Verwendung der Gleichung (17) und der folgenden Gleichung ermitteln: $Δ {\hat{R}}_{a}^{2} + Δ {\hat{R}}_{b}^{2} + Δ {\hat{R}}_{c}^{2} - Δ {\hat{R}}_{a} Δ {\hat{R}}_{b} - Δ {\hat{R}}_{b} Δ {\hat{R}}_{c} - Δ {\hat{R}}_{c} Δ {\hat{R}}_{a} = 9 {\hat{K}}_{r}^{2}$
$\frac{- Δ {\hat{R}}_{b} + Δ {\hat{R}}_{c}}{2 Δ {\hat{R}}_{a} - Δ {\hat{R}}_{b} - Δ {\hat{R}}_{c}} = \frac{tan {\hat{ϕ}}_{r}}{\sqrt{3}}$
Die Phasenwiderstandsfehlerterme können, wie weiter hierin beschrieben wird, verwendet werden, wenn eine Temperaturschätzung durchgeführt wird.
Somit kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Phasenwiderstandsberechnungsblocks 306) in einigen Ausführungsformen die Gleichungen (16), (21) und (22) in Echtzeit ausführen, um individuelle Phasenwiderstände zu ermitteln. Beispielsweise kann der Phasenungleichgewichtsschätzer 120 die Gleichung (16) ausführen, um R zu ermitteln, die Gleichung (21) ausführen, um K̂_r zu berechnen und die Gleichung (22) ausführen, um tan ϕ̂_r zu berechnen. Dies erlaubt dem Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120, R̂, K̂_r und tan ϕ̂_r zu verwenden, um R_a, R_b und R_c zu ermitteln.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung eines Phasenwicklungs- und Transistorwiderstandsschätzungsblocks 308), wie hierin weiter beschrieben wird, Phasentransistorwiderstände (Phasen-FET-Widerstände) für jede jeweilige Phase (abc) des Synchronmotors 102 schätzen und die geschätzten Phasentransistorwiderstände verwenden, um Phasenwicklungswiderstände zu ermitteln. Die ermittelten Phasenwicklungswiderstände können verwendet werden, um entsprechende Phasenwicklungstemperaturen zu schätzen. In einigen Ausführungsformen kann, wie hierin weiter beschrieben wird, der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 für jede jeweilige Phase die Phasenwicklungswiderstände schätzen, die verwendet werden können, um Phasentransistorwiderstände zu ermitteln. Die ermittelten Phasentransistorwiderstände können verwendet werden, um entsprechende Phasentransistortemperaturen zu schätzen.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 Phasentransistorwiderstände basierend auf Temperaturmesswerten schätzen. Beispielsweise kann ein thermischer Sensor Teil eines Temperaturschätzungssubsystems des Systems 100 sein und sich in einer Nähe des Inverters 104 befinden. Der thermische Sensor kann einen Negativtemperatur-Koeffizientthermistor, einen Widerstandstemperaturdetektor, einen Thermokoppler, einen halbleiterbasierten Sensor und/oder dergleichen umfassen. Der thermische Sensor kann Temperaturmesswerte, die den Transistorwiderständen entsprechen, messen oder wahrnehmen und ein Signal zur Verfügung stellen, das dem Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 die Temperaturmesswerte angibt. Der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 kann Phasentransistorwiderstände für jeweilige Phasen basierend auf dem Signal schätzen, das die Temperaturmesswerte angibt. Dies erlaubt dem Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 basierend auf geschätzten Phasentransistorwiderständen Phasenwicklungswiderstände zu ermitteln (z. B. durch Subtraktion der geschätzten Phasentransistorwiderstände von den zuvor ermittelten Phasenwiderständen).
In einigen Ausführungsformen kann der Ungleichgewichtsschätzer 120 einen Phasentransistorwiderstand unter Verwendung der folgenden Gleichung schätzen: $Δ {\hat{R}}_{a} = Δ {\hat{R}}_{m a} + Δ {\hat{R}}_{f a}$
In Gleichung (23) stellt ΔR̂_a einen Gesamtwiderstandsfehler für einen Phasenwiderstand der Phase a, ΔR̂_ma einen Widerstandsfehler eines Phasenwicklungswiderstands, der Teil eines Phasenwiderstands der Phase a ist, und Rfa einen Widerstandsfehler eines Transistorwiderstands dar, der auch Teil eines Phasenwiderstands der Phase a ist. Unter der Annahme, dass die Transistorwiderstandsschätzung genau ist, ist der Wert von ΔR̂_ƒa gleich Null, was eine Fehlerfreiheit in der Schätzung des Transistorwiderstands impliziert und impliziert, dass das Gesamtwiderstandsungleichgewicht durch eine Wicklungstemperaturabweichung verursacht wird. Da das Widerstandsungleichgewicht der Phase mit der entsprechenden Temperatur der Wicklung zusammenhängt, kann die Transistorwiderstandsschätzung in einem solchen Fall ferner verwendet werden, um die Temperatur der Wicklungen zu schätzen, die der Phase a entsprechen, wie hierin weiter gezeigt wird.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Phasenwicklungs- und Transistorwiderstandsschätzungsblocks 308) Phasenwicklungswiderstände basierend auf Temperaturmesswerten schätzen. Beispielsweise kann ein thermischer Sensor Teil eines Temperaturschätzungssubystems des Systems 100 sein und sich in einer Nähe der Wicklungen des Motors 102 befinden. Der thermische Sensor kann Temperaturmesswerte messen oder wahrnehmen, die den Phasenwicklungswiderständen entsprechen, und ein Signal bereitstellen, das dem Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 die Temperaturmesswerte angibt. Der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 kann Phasenwicklungswiderstände für jeweilige Phasen basierend auf dem Signal schätzen, das die Temperaturmesswerte angibt. Dies erlaubt dem Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 Phasentransistorwiderstände basierend auf den geschätzten Phasenwicklungswiderständen zu ermitteln (z. B. durch Subtraktion der geschätzten Phasenwicklungswiderstände von den zuvor ermittelten Phasenwiderständen).
In einigen Ausführungsformen kann der Ungleichgewichtsschätzer 120 einen Phasenwicklungswiderstand unter Verwendung der Gleichung (23) schätzen. Beispielsweise ist der Wert von ΔR̂_ma unter der Annahme, dass die Phasenwicklungswiderstandsschätzung genau ist, gleich null, was eine Fehlerfreiheit in der Schätzung des Phasenwicklungswiderstands impliziert und impliziert, dass das Gesamtwiderstandsungleichgewicht durch die Transistortemperaturabweichung (FET-Temperaturabweichung) verursacht wird. Da das Widerstandsungleichgewicht der Phase mit der entsprechenden Temperatur des Transistors zusammenhängt, kann in solch einem Fall die Phasenwicklungswiderstandsschätzung ferner verwendet werden, um die Temperatur des Transistors zu schätzen, wie hierin weiter gezeigt wird.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung eines Phasenwicklungs- und Transistortemperaturschätzungsblock 310) Phasenwicklungstemperaturen schätzen. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 die Phasenwicklungstemperaturen für jeweilige Phasen des Synchronmotors 102 unter Verwendung des Folgenden schätzen: ${\hat{Ω}}_{m a} = {\hat{Ω}}_{m a v} + Δ {\hat{Ω}}_{m a} = {\hat{Ω}}_{m a v} + \frac{1}{α_{w}} (\frac{Δ {\hat{R}}_{m a}}{R_{0}})$
${\hat{Ω}}_{m b} = {\hat{Ω}}_{m a v} + Δ {\hat{Ω}}_{m b} = {\hat{Ω}}_{m a v} + \frac{1}{α_{w}} (\frac{Δ {\hat{R}}_{m b}}{R_{0}})$
${\hat{Ω}}_{m c} = {\hat{Ω}}_{m a v} + Δ {\hat{Ω}}_{m c} = {\hat{Ω}}_{m a v} + \frac{1}{α_{w}} (\frac{Δ {\hat{R}}_{m c}}{R_{0}})$
In Gleichung (24a), (24b) und (24c) stellen Ω̂_ma, Ω̂_mb und Ω̂_mc Phasenwicklungstemperaturschätzungen für die Phasen a, b und c, Ω₀ eine nominale Phasenwicklungstemperatur, α_w eine thermische Diffusivität der Wicklungen, ΔR̂_a, ΔR̂_b und ΔR̂_c die Gesamtwiderstandsfehler für die Phasen a, b und c, R₀ einen nominalen Widerstandsfehler und ΔR̂_ma, ΔR̂_mb und ΔR̂_mc, Gesamtphasenwicklungswiderstandsfehler für die Phasen a, b und c dar.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Phasenwicklungs- und Transistortemperaturschätzungsblocks 310) Phasentransistortemperaturen schätzen. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 Phasentransistortemperaturen für jeweilige Phasen des Synchronmotors 102 schätzen. In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 Phasentransistortemperaturen unter Verwendung von Gleichungen schätzen, die ähnlich zu den beschriebenen Gleichungen in (24a), (24b) und (24c) sind, wo die Temperaturschätzungen Transistortemperaturschätzungen sind, die Nominaltemperatur eine nominale Transistortemperatur ist, eine thermische Diffusivität eine thermische Diffusivität des Transistors ist und die Gesamtphasenwicklungswiderstandsfehler Gesamtphasentransistorwiderstandsfehler sind.
In einigen Ausführungsformen kann es nur einen thermischen Sensor geben, der als Teil des Systems 100 implementiert ist (z. B. als ein thermischer Sensor in einer Nähe eines Transistors oder als ein thermischer Sensor in einer Nähe der Phasenwicklungen). Durch die Implementierung von nur einem thermischen Sensor zum Erhalten eines ersten Temperaturmesswerts (eines Transistors oder von Phasenwicklungen) und unter Verwendung von hierin beschriebenen Ausführungsformen zum Schätzen einer zweiten Temperatur (der Phasenwicklungen oder des Transistors) werden Kosten (z. B. Hardwarekonfigurationskosten, Nutzungskosten, Wartungskosten und/oder dergleichen) im Vergleich zu einem System reduziert, das zwei oder mehrere thermische Sensoren benötigt, um eine oder mehrere der hierin beschriebenen Ausführungsformen zu verwirklichen.
In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 bewirken, dass eine präventive Maßnahme oder mehrere präventive Maßnahmen ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 ein Signal bereitstellen, das einem Controller oder Prozessor die Widerstandsungleichgewichts- und/oder Temperaturschätzung angibt, um den Controller oder Prozessor dazu zu veranlassen, eine präventive Maßnahme oder mehrere präventive Maßnahmen auszuführen. Zusätzlich oder alternativ kann das Signal, das von dem Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 bereitgestellt wird, ein anderes Gerät oder eine andere Komponente dazu veranlassen, die präventive Maßnahme auszuführen. Die präventive Maßnahme kann eine Maßnahme zum Verlangsamen des Synchronmotors 102, eine Maßnahme zum Stoppen des Synchronmotors 102, eine Maßnahme, die bewirkt, dass ein Ungleichgewichtswiderstand einer bestimmten Phase ausgeglichen wird, eine Maßnahme, die in Reaktion auf einen identifizierten oder vorhergesagten Defekt (z. B. identifiziert oder vorhergesagt basierend auf dem unausgeglichenen Widerstand) ausgeführt wird, eine Maßnahme, die in Reaktion auf ein identifiziertes oder vorhergesagtes Überhitzen einer Wicklung des Synchronmotors 102 ausgeführt wird, und/oder eine andere geeignete präventive Maßnahme umfassen.
Als ein spezifisches Beispiel wird angenommen, dass sich ein Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fortbewegt oder in einer Stopp-Position befindet. Wenn sich das Fahrzeug in einer gestoppten Position befindet, sollte die Verteilung der Temperatur der jeweiligen Wicklung gleich sein. Wenn jedoch ein Widerstandsungleichgewicht vorliegt, kann eine der Wicklungen signifikant heißer sein als die anderen Wicklungen. Die hohe Temperatur kann Defekte/Schäden an den Wicklungen oder an betroffenen Komponenten innerhalb des Fahrzeugs verursachen. Durch ein Identifizieren des Phasenwiderstands und ein Schätzen der Temperatur der Wicklungen wird Schaden am Fahrzeug verhindert oder reduziert, werden zum Reparieren des Fahrzeugs benötigte Ressourcen eingespart, hat der Fahrer ein sichereres Gesamtfahrerlebnis und oder dergleichen.
4 veranschaulicht allgemein ein System 400 zur Detektion und Identifikation von Phasenwiderstandsungleichgewichten gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung. Das System 400 zur Detektion und Identifikation von Phasenwiderstandsungleichgewichten umfasst den Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120, der kommunikativ mit einem Speicher 402 gekoppelt ist. Der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 kann einen Prozessor umfassen. Der Prozessor kann jeden geeigneten Prozessor wie beispielsweise die hierin beschriebenen umfassen. Der Speicher 402 kann Anweisungen speichern, die bei Ausführung durch den Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 den Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 dazu veranlassen, zumindest die hierin beschriebenen Techniken auszuführen. Insbesondere können die Computeranweisungen bei Ausführung durch den Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 den Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 dazu veranlassen, die Operationen des Verfahrens 500 und des Verfahrens 600 auszuführen, wie unten mit Bezug auf 5 und 6 weiter beschrieben wird. In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 eine Eingabekomponente oder mehrere Eingabekomponenten empfangen, die verwendet werden können, um Daten zu empfangen, und eine Ausgabekomponente oder mehrere Ausgabekomponenten empfangen, die verwendet werden können, um Daten zu übertragen.
In einigen Ausführungsformen kann ein System (z. B. das System 100 oder das System 400 zur Detektion und Identifikation von Phasenwiderstandsungleichgewichten) die hierin beschriebenen Verfahren ausführen. Allerdings sollen die hierin beschriebenen Verfahren, wie durch das System ausgeführt, nicht einschränkend sein und kann jede Art von auf einem Controller ausgeführten Software die hierin beschriebenen Verfahren ausführen, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise kann ein Controller wie beispielsweise ein Prozessor, der Software innerhalb eines Rechengeräts ausführt, die hierin beschriebenen Verfahren ausführen.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das allgemein ein Verfahren 500 zur Detektion und Identifikation eines Parameterungleichgewichts gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. In 502 empfängt das Verfahren 500 ein Befehlsspannungssignal. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 102 (z. B. unter Verwendung einer Eingabekomponente, eines Prozessors, eines Speichers und/oder dergleichen) das Befehlsspannungssignal empfangen, wie hierin weiter beschrieben wird.
In 504 identifiziert das Verfahren 500 in dem Synchronmotorantrieb eine Widerstandsungleichgewichtssignatur aus der Befehlsspannung. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) in dem Synchronmotorantrieb eine Widerstandsungleichgewichtssignatur aus der Befehlsspannung identifizieren, wie hierin beschrieben wird.
In 506 ermittelt das Verfahren 500 basierend auf der Widerstandsungleichgewichtssignatur jeweilige Phasenwiderstände, die Phasen eines Synchronmotors des Synchronmotorantriebs entsprechen, wobei jeder jeweilige Phasenwiderstand einen Phasentransistorwiderstand und einen Phasenwicklungswiderstand umfasst. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) basierend auf der Widerstandsungleichgewichtssignatur jeweilige Phasenwiderstände ermitteln, die Phasen eines Synchronmotors des Synchronmotorantriebs entsprechen, wie hierin weiter beschrieben wird. Jeder jeweilige Phasenwiderstand kann einen Phasentransistorwiderstand und einen Phasenwicklungswiderstand umfassen.
In 508 identifiziert das Verfahren 500 basierend auf den Phasenwiderständen und einem geschätzten mittleren Widerstand der Phasen des Synchronmotors eine Phase oder mehrere Phasen des Synchronmotors, die einem Phasenwiderstand oder mehreren Phasenwiderständen entsprechen, die ein Widerstandsungleichgewicht darstellen. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) basierend auf den Phasenwiderständen und einem geschätzten mittleren Widerstand der Phasen des Synchronmotors eine Phase oder mehrere Phasen des Synchronmotors identifizieren, die einem Phasenwiderstand oder mehreren Phasenwiderständen entsprechen, die ein Widerstandsungleichgewicht darstellen, wie hierin beschrieben wird.
In 510 schätzt das Verfahren 500 für jeden Phasenwiderstand einen Phasenwicklungswiderstand. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) für jeden jeweiligen Phasenwiderstand einen Phasenwicklungswiderstand schätzen, wie hierin beschrieben wird. In einigen Ausführungsformen empfängt das Verfahren 500 zuerst von einem thermischen Sensor ein Signal, das eine Phasentransistortemperatur angibt, und schätzt jeden Phasenwicklungswiderstand basierend auf dem Signal. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung der Eingabekomponente, des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) von einem thermischen Sensor ein Signal empfangen, das eine Phasentransistortemperatur angibt, und schätzt jeden Phasenwicklungswiderstand basierend auf dem Signal.
In 512 ermittelt das Verfahren 500 für jeden Phasenwiderstand basierend auf geschätzten Phasenwicklungswiderständen einen Phasentransistorwiderstand. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) für jeden Phasenwiderstand basierend auf geschätzten Phasenwicklungswiderständen einen Phasentransistorwiderstand ermitteln, wie hierin beschrieben wird.
In 514 schätzt das Verfahren 500 Phasentransistortemperaturen basierend auf ermittelten Phasentransistorwiderständen. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) Phasentransistortemperaturen basierend auf ermittelten Phasentransistorwiderständen schätzen, wie hierin beschrieben wird. In einigen Ausführungsformen bewirkt das Verfahren 500 ferner, dass eine präventive Maßnahme basierend auf einer gemessenen Temperatur und/oder einer geschätzten Temperatur ausgeführt wird, wobei die gemessene Temperatur einer Phasenwicklungstemperatur entspricht und die geschätzte Temperatur der Phasentransistortemperatur entspricht. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers, einer Ausgabekomponente und/oder dergleichen) bewirken, dass eine präventive Maßnahme basierend auf der gemessenen Temperatur und/oder der geschätzten Temperatur ausgeführt wird.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das allgemein ein Verfahren 600 zur Detektion und Identifikation von Parameterungleichgewicht gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. In 602 empfängt das Verfahren 600 ein Befehlsspannungssignal. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 102 (z. B. unter Verwendung einer Eingabekomponente, eines Prozessors, eines Speichers und/oder dergleichen das Befehlsspannungssignal empfangen, wie hierin weiter beschrieben wird.
In 604 identifiziert das Verfahren 600 in dem Synchronmotorantrieb eine Widerstandsungleichgewichtssignatur aus der Befehlsspannung. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) in dem Synchronmotorantrieb eine Widerstandsungleichgewichtssignatur aus der Befehlsspannung identifizieren, wie hierin beschrieben wird.
In 606 ermittelt das Verfahren 600 basierend auf der Widerstandsungleichgewichtssignatur jeweilige Phasenwiderstände, die Phasen eines Synchronmotors des Synchronmotorantriebs entsprechen, wobei jeder jeweilige Phasenwiderstand einen Phasentransistorwiderstand und einen Phasenwicklungswiderstand umfasst. Beispielsweise kann der Phasenungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) basierend auf der Widerstandsungleichgewichtssignatur jeweilige Phasenwiderstände ermitteln, die Phasen eines Synchronmotors des Synchronmotorantriebs entsprechen, wie hierin weiter beschrieben wird. Jeder jeweilige Phasenwiderstand kann einen Phasentransistorwiderstand und einen Phasenwicklungswiderstand umfassen.
In 608 identifiziert das Verfahren 600 basierend auf den Phasenwiderständen und einem geschätzten mittleren Widerstand der Phasen des Synchronmotors eine Phase oder mehrere Phasen des Synchronmotors, die einem Phasenwiderstand oder mehreren Phasenwiderständen entsprechen, die ein Widerstandsungleichgewicht darstellen. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z.B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) basierend auf den Phasenwicklungswiderständen und einem geschätzten mittleren Widerstand der Phasen des Synchronmotors eine Phase oder mehrere Phasen des Synchronmotors ermitteln, die einem Phasenwiderstand oder mehreren Phasenwiderständen entsprechen, die ein Widerstandsungleichgewicht darstellen, wie hierin beschrieben wird.
In 610 schätzt das Verfahren 600 für jeden Phasenwiderstand einen Phasentransistorwiderstand. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) für jeden Phasenwiderstand einen Phasentransistorwiderstand schätzen, wie hierin beschrieben wird. In einigen Ausführungsformen empfängt das Verfahren 500 zuerst von einem thermischen Sensor ein Signal, das eine Phasenwicklungstemperatur angibt, und schätzt jeden Phasentransistorwiderstand basierend auf dem Signal. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung der Eingabekomponente, des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) von einem thermischen Sensor ein Signal empfangen, das eine Phasenwicklungstemperatur angibt, und schätzt basierend auf dem Signal jeden Phasentransistorwiderstand.
In 612 ermittelt das Verfahren 600 basierend auf geschätzten Phasentransistorwiderständen für jeden Phasenwiderstand einen Phasenwicklungswiderstand. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) basierend auf geschätzten Phasentransistorwiderständen für jeden Phasenwiderstand einen Phasenwicklungswiderstand ermitteln, wie hierin weiter beschrieben wird.
In 614 schätzt das Verfahren 600 Phasenwicklungstemperaturen basierend auf ermittelten Phasenwicklungswiderständen. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers und/oder dergleichen) Phasenwicklungstemperaturen basierend auf ermittelten Phasenwicklungswiderständen schätzen, wie hierin beschrieben wird.
In einigen Ausführungsformen bewirkt das Verfahren 500 ferner, dass eine präventive Maßnahme basierend auf einer gemessenen Temperatur und/oder einer geschätzten Temperatur ausgeführt wird, wobei die gemessene Temperatur einer Phasentransistortemperatur entspricht und die geschätzte Temperatur der Phasenwicklungstemperatur entspricht. Beispielsweise kann der Widerstandsungleichgewichtsschätzer 120 (z. B. unter Verwendung des Prozessors, des Speichers, einer Ausgabekomponente und/oder dergleichen) bewirken, dass eine präventive Maßnahme basierend auf der gemessenen Temperatur und/oder der geschätzten Temperatur ausgeführt wird.
Die obige Diskussion soll veranschaulichend für die Grundsätze und verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sein. Zahlreiche Variationen und Modifikationen werden für den Fachmann deutlich, wenn die obige Offenbarung vollständig verstanden wird. Die folgenden Ansprüche sollen so interpretiert werden, dass alle derartigen Variationen und Modifikationen berücksichtigt werden.
Das Wort „Beispiel“ wird hier verwendet, um als Beispiel, Fall oder Illustration zu dienen. Jeder Aspekt oder Entwurf, der hier als „Beispiel“ beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Entwürfen auszulegen. Die Verwendung des Wortes „Beispiel“ soll vielmehr Konzepte konkret darstellen. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein inklusives „oder“ anstatt eines exklusiven „oder“ bedeuten. Das heißt, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, bedeutet „X umfasst A oder B“ eine der natürlichen inklusiven Permutationen. Das heißt, wenn X A umfasst; X B umfasst; oder X sowohl A als auch B umfasst, dann ist „X umfasst A oder B“ unter jedem der vorstehenden Fälle erfüllt. Darüber hinaus sollten die Artikel „ein/eine“, wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, und die beigefügten Ansprüche allgemein so ausgelegt werden, dass sie „ein/eine oder mehrere“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, dass auf eine Singularform hingedeutet wird. Darüber hinaus soll die Verwendung des Begriffs „eine Implementierung“ (englisch: „an implementation“) oder „eine Implementierung“ (englisch: „one implementation“) nicht die gleiche Ausführungsform oder Implementierung bedeuten, es sei denn, sie wird als solche beschrieben.
Darüber hinaus soll der hier verwendete Begriff „Menge“ ein oder mehrere Elemente umfassen (z. B. verwandte Elemente, nicht verwandte Elemente, eine Kombination aus verwandten und nicht verwandten Elementen usw.) und kann austauschbar mit „ein oder mehrere“ verwendet werden. Wenn nur ein Element gemeint ist, wird der Begriff „eins“ oder eine ähnliche Formulierung verwendet. Auch die hier verwendeten Begriffe „umfassen“, „aufweisen“ oder ähnliches sind als offene Begriffe zu verstehen. Des Weiteren soll der Ausdruck „basierend auf“ „zumindest teilweise basierend auf“ bedeuten, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
Wie hierin verwendet, kann sich das Einhalten eines Grenzwerts darauf beziehen, dass ein Wert größer als der Grenzwert, mehr als der Grenzwert, höher als der Grenzwert, größer oder gleich dem Grenzwert, kleiner als der Grenzwert, weniger als der Grenzwert, niedriger als der Grenzwert, kleiner oder gleich dem Grenzwert, gleich dem Grenzwert oder ähnlich ist.
Implementierungen der hierin beschriebenen Systeme, Algorithmen, Verfahren, Anweisungen usw. können als Hardware, Software oder eine beliebige Kombination davon realisiert werden. Die Hardware kann beispielsweise Computer, Intellectual Property (IP) Kerne, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), programmierbare Logik-Arrays, optische Prozessoren, programmierbare Logik-Controller, Mikrocode, Mikrocontroller, Server, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder jede andere geeignete Schaltung umfassen. In den Ansprüchen sollte der Begriff „Prozessor“ so verstanden werden, dass er eine der vorgenannten Hardware entweder einzeln oder in Kombination umfasst. Die Begriffe „Signal“ und „Daten“ werden synonym verwendet.
Wie hierin verwendet, kann der Begriff Modul eine gebündelte funktionale Hardwareeinheit, die zur Verwendung mit anderen Komponenten ausgelegt ist, einen Satz von Anweisungen, die von einer Steuerung ausgeführt werden können (beispielsweise einem Prozessor, der Software oder Firmware ausführt), eine Verarbeitungsschaltung, die konfiguriert ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, und eine eigenständige Hardware- oder Softwarekomponente umfassen, die mit einem größeren System verbunden ist. Beispielsweise kann ein Modul eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine Schaltung, eine digitale Logikschaltung, eine analoge Schaltung, eine Kombination von diskreten Schaltungen, Gates und anderen Arten von Hardware oder eine Kombination davon umfassen. In anderen Ausführungsformen kann ein Modul einen Speicher umfassen, der Anweisungen speichert, die von einem Controller ausgeführt werden können, um ein Merkmal des Moduls zu implementieren.
Ferner können in einem Aspekt beispielsweise hierin beschriebene Systeme unter Verwendung eines Allzweckcomputers oder eines Allzweckprozessors mit einem Computerprogramm implementiert werden, dass bei Ausführung eines der jeweiligen Verfahren, Algorithmen und/oder hierin beschriebenen Anweisungen ausführt. Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise ein Spezialcomputer/-prozessor verwendet werden, der andere Hardware zum Ausführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, Algorithmen oder Anweisungen enthalten kann.
Ferner können alle oder ein Teil der Implementierungen der vorliegenden Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, auf das beispielsweise von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium aus zugegriffen werden kann. Ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium kann ein beliebiges Gerät sein, das beispielsweise das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Prozessor greifbar enthalten, speichern, kommunizieren oder transportieren kann. Das Medium kann beispielsweise eine elektronische, magnetische, optische, elektromagnetische oder eine Halbleitereinrichtung sein. Andere geeignete Medien sind ebenfalls verfügbar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen, Implementierungen und Aspekte wurden beschrieben, um ein leichtes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen und schränken die vorliegende Erfindung nicht ein. Vielmehr soll die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche umfassen, wobei der Geltungsbereich die breiteste Auslegung erhalten soll, um alle Modifikationen und äquivalenten Strukturen zu umfassen, die nach dem Gesetz zulässig sind.

Claims

System zur Steuerung eines Synchronmotorantriebs, umfassend: einen Prozessor; und einen Speicher, der Anweisungen umfasst, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor dazu veranlassen: ein Befehlsspannungssignal zu empfangen; in dem Synchronmotorantrieb eine Widerstandsungleichgewichtssignatur aus dem Befehlsspannungssignal zu identifizieren; basierend auf der Widerstandsungleichgewichtssignatur jeweilige Phasenwiderstände zu ermitteln, die Phasen eines Synchronmotors des Synchronmotorantriebs entsprechen, wobei jeder jeweilige Phasenwiderstand einen Phasentransistorwiderstand und einen Phasenwicklungswiderstand umfasst; und basierend auf den Phasenwiderständen und einem geschätzten mittleren Widerstand der Phasen des Synchronmotors eine Phase oder mehrere Phasen des Synchronmotors zu identifizieren, die einem Phasenwiderstand oder mehreren Phasenwiderständen entsprechen, die ein Widerstandsungleichgewicht darstellen.
System nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen ferner den Prozessor dazu veranlassen: von einem thermischen Sensor ein Signal zu empfangen, das eine Phasentransistortemperatur angibt; basierend auf dem Signal für jeden jeweiligen Phasenwiderstand den Phasentransistorwiderstand zu schätzen; und basierend auf dem geschätzten Phasentransistorwiderstand den Phasenwicklungswiderstand zu ermitteln.
System nach Anspruch 2, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, basierend auf dem ermittelten Phasenwicklungswiderstand eine Phasenwicklungstemperatur zu schätzen.
System nach Anspruch 3, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, zu bewirken, dass basierend auf einer gemessenen Temperatur und/oder einer geschätzten Temperatur eine präventive Maßnahme ausgeführt wird, wobei die gemessene Temperatur einer Phasentransistortemperatur entspricht und die geschätzte Temperatur der Phasenwicklungstemperatur entspricht.
System nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, von einem thermischen Sensor ein Signal zu empfangen, das eine Phasenwicklungstemperatur angibt; basierend auf dem Signal für jeden jeweiligen Phasenwiderstand den Phasenwicklungswiderstand zu schätzen; und basierend auf dem geschätzten Phasenwicklungswiderstand den Phasentransistorwiderstand zu ermitteln.
System nach Anspruch 5, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, basierend auf dem ermittelten Phasentransistorwiderstand eine Phasentransistortemperatur zu schätzen.
System nach Anspruch 6, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, zu bewirken, dass eine präventive Maßnahme basierend auf einer gemessenen Temperatur und/oder einer geschätzten Temperatur ausgeführt wird, wobei die gemessene Temperatur eine Phasenwicklungstemperatur ist und die geschätzte Temperatur die Phasentransistortemperatur ist.
Verfahren zur Detektion eines Ungleichgewichts in einem Synchronmotorantrieb, umfassend: ein Empfangen eines Befehlsspannungssignals; ein Identifizieren einer Widerstandsungleichgewichtssignatur aus dem Befehlsspannungssignal in dem Synchronmotorantrieb; ein Ermitteln jeweiliger Phasenwiderstände, die Phasen eines Synchronmotors des Synchronmotorantriebs entsprechen, basierend auf der Widerstandsungleichgewichtssignatur, wobei jeder jeweilige Phasenwiderstand einen Phasentransistorwiderstand und einen Phasenwicklungswiderstand umfasst; und ein Identifizieren einer Phase oder mehrerer Phasen des Synchronmotors, die einem Phasenwiderstand oder mehreren Phasenwiderständen entsprechen, die ein Widerstandsungleichgewicht darstellen, basierend auf den Phasenwiderständen und einem geschätzten mittleren Widerstand der Phasen des Synchronmotors.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein Empfangen eines Signals, das eine Phasentransistortemperatur angibt, von einem thermischen Sensor; ein Schätzen des Phasentransistorwiderstands basierend auf dem Signal für jeden jeweiligen Phasenwiderstand; und ein Ermitteln des Phasenwicklungswiderstands basierend auf dem geschätzten Phasentransistorwiderstand.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend ein Schätzen einer Phasenwicklungstemperatur basierend auf dem ermittelten Phasenwicklungswiderstand.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend ein Bewirken, dass eine präventive Maßnahme basierend auf einer gemessenen Temperatur und/oder einer geschätzten Temperatur ausgeführt wird, wobei die gemessene Temperatur einer Phasentransistortemperatur entspricht und die geschätzte Temperatur der Phasenwicklungstemperatur entspricht.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein Empfangen eines Signals, das eine Phasenwicklungstemperatur angibt, von einem thermischen Sensor; ein Schätzen des Phasenwicklungswiderstands basierend auf dem Signal für jeden jeweiligen Phasenwiderstand; und ein Ermitteln des Phasentransistorwiderstands basierend auf dem geschätzten Phasenwicklungswiderstand.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Schätzen einer Phasentransistortemperatur basierend auf dem ermittelten Phasentransistorwiderstand.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend ein Bewirken, dass eine präventive Maßnahme basierend auf einer gemessenen Temperatur und/oder einer geschätzten Temperatur ausgeführt wird, wobei die gemessene Temperatur eine Phasenwicklungstemperatur ist und die geschätzte Temperatur die Phasentransistortemperatur ist.
Elektrisches Servolenksystem (EPS-System) umfassend: einen durch einen Synchronmotorantrieb gesteuerten Synchronmotor; einen Prozessor; und einen Speicher, der Anweisungen umfasst, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor dazu veranlassen: ein Befehlsspannungssignal zu empfangen; in dem Synchronmotorantrieb eine Widerstandsungleichgewichtssignatur aus dem Befehlsspannungssignal zu identifizieren; basierend auf der Widerstandsungleichgewichtssignatur jeweilige Phasenwiderstände zu ermitteln, die Phasen eines Synchronmotors des Synchronmotorantriebs entsprechen, wobei jeder jeweilige Phasenwiderstand einen Phasentransistorwiderstand und einen Phasenwicklungswiderstand umfasst; und basierend auf den Phasenwiderständen und einem geschätzten mittleren Widerstand der Phasen des Synchronmotors eine Phase oder mehrere Phasen des Synchronmotors zu identifizieren, die einem Phasenwiderstand oder mehreren Phasenwiderständen entsprechen, die ein Widerstandsungleichgewicht darstellen.
EPS-System nach Anspruch 15, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen: von einem thermischen Sensor ein Signal zu empfangen, das eine Phasentransistortemperatur angibt; basierend auf dem Signal für jeden jeweiligen Phasenwiderstand den Phasentransistorwiderstand zu schätzen; und basierend auf dem geschätzten Phasentransistorwiderstand den Phasenwicklungswiderstand zu ermitteln.
EPS-System nach Anspruch 16, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, basierend auf dem ermittelten Phasenwicklungswiderstand eine Phasenwicklungstemperatur zu schätzen.
EPS-System nach Anspruch 17, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, zu bewirken, dass basierend auf einer gemessenen Temperatur und/oder einer geschätzten Temperatur eine präventive Maßnahme ausgeführt wird, wobei die gemessene Temperatur einer Phasentransistortemperatur entspricht und die geschätzte Temperatur der Phasenwicklungstemperatur entspricht.
EPS-System nach Anspruch 18, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, von einem thermischen Sensor ein Signal zu empfangen, das eine Phasenwicklungstemperatur angibt; basierend auf dem Signal für jeden jeweiligen Phasenwiderstand den Phasenwicklungswiderstand zu schätzen; und basierend auf dem geschätzten Phasenwicklungswiderstand den Phasentransistorwiderstand zu ermitteln.
EPS-System nach Anspruch 19, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, basierend auf dem ermittelten Phasentransistorwiderstand eine Phasentransistortemperatur zu schätzen.