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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor auf, und einen Rotorpositionsschätzer zur insbesondere sensorlosen und Anisotropie-basierten Rotorpositionserfassung auf. Die Maschine, insbesondere der Rotorpositionsschätzer, ist ausgebildet, eine Rotorposition eines insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotors der Maschine in Abhängigkeit eines auf den Motorstrom aufgeprägten, insbesondere hochfrequenten, Testsignals zu erfassen.
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Aus der
DE 10 2015 105 007 A1 ist ein Verfahren zur sensorlosen Bestimmung der Rotorlage eines elektronisch kommutierten mehrphasigen Motors bekannt, wobei der Motor einen Rotor, einen Stator und eine Kommutierungsvorrichtung zur Erzeugung von Strangströmen im Spulensystem des Stators durch Einprägen eines Testsignals in das Spulensystem aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß weist die Maschine der eingangs genannten Art eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit der elektrischen Maschine ausgebildet ist, einen Betriebszustand der Maschine, insbesondere einen einen Maschinenstrom der Maschine repräsentierenden Stromzeiger in einer D-Q-Ebene, zu ändern, insbesondere derart zu ändern, dass die Rotorposition besser erfasst werden kann, als ohne die Betriebszustandsänderung. Bevorzugt weist die Maschine dazu einen Betriebszustandsmanipulator auf, welcher ausgebildet ist, den Betriebszustand der Maschine insbesondere gepulst zu ändern.
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Die Maschine weist dazu bevorzugt eine Rotorlageschätzer auf, welche ausgebildet ist, die Rotorposition in Abhängigkeit der Betriebszustandsänderung, insbesondere Arbeitspunkt-Verschiebung oder Arbeitspunkt-Änderung, insbesondere Änderung eines Betrags und/oder eine Phasenlage des Stromzeigers in der d-q-Ebene, der Maschine zu erfassen.
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Vorteilhaft kann die Rotorposition so bei einer Anisotropie-basierten Rotorpositionserfassung durch eine Änderung eines Sättigungszustands der Maschine, insbesondere eine Sättigung des magnetischen Flusses, bei einer verbesserten Rotorpositionserfassung bei niedrigen Drehzahlen, besser erfasst werden. Der Wechsel in einen Betriebszustand, insbesondere eine Verschiebung des Arbeitspunkts, bevorzugt eine Änderung des Stromvektors des Motorstroms in der d-q-Ebene, kann so als kurzzeitiger, insbesondere niederfrequenter Wechsel in einen anderen Betriebszustand durchgeführt werden, um so einen Arbeitspunkt mit hoher Rotorlageinformation zu erzeugen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, die Rotorposition des Rotors in Abhängigkeit einer durch das Motorstromsignal repräsentierten Testsignalantwort zu ermitteln. Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, die Maschine mit dem auf ein Soll-Spannungssignal aufmodulierten insbesondere hochfrequenten Testsignal anzusteuern. Vorteilhaft kann so eine Rotorposition in Abhängigkeit einer im Motorstrom enthaltenen Testsignalantwort - beispielsweise mittels eines Testsignalangepassten Kreuzkorrelationsfilters - von der Steuereinheit ermittelt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, den Arbeitspunkt mit der erhöhten Rotorlageinformation für höchstens die Hälfte eines Betriebszeitintervalls, zu verändern. Vorteilhaft können dadurch Kupferverluste kleingehalten werden. Es wurde nämlich erkannt, dass ein Betriebszustand mit erhöhter Rotorlageinformation mit einer Erhöhung der Stromamplitude, und somit auch mit einer Erhöhung von Verlusten im Kupfer, insbesondere ohmschen Verlusten im Kupfer der Statorspulen, erreicht werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Maschine einen Signalinjektor auf, welcher ausgebildet ist, das Testsignal derart zu erzeugen, dass eine Rotorposition des Rotors in Abhängigkeit des Testsignals erfasst werden kann. Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit ausgebildet, das Testsignal derart zu erzeugen, dass ein Magnetfluss in der Maschine nicht übersättigt werden kann. Vorteilhaft kann die Maschine so nicht übersteuert werden.
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Bevorzugt ist die Steuereinheit ausgebildet, den Arbeitspunkt mittels einer Veränderung eines Strom-Sollwerts durchzuführen, wobei bei der Veränderung des Strom-Sollwerts ein flussbildender Anteil erhöht wird, welcher keinen Einfluss auf ein zu erzeugendes Drehmoment hat. Vorteilhaft kann so durch einen Drehmoment bildenden Anteil des Stroms - insbesondere im zeitlichen Mittel - ein vorgegebenes Drehmoment erzeugt werden. Mittels des Stromanstiegs zum Erhöhen des magnetischen Flusses in der Maschine kann ein Betriebszustand angesteuert werden, in dem ausreichend Rotorlageinformation vorliegt, sodass bei einer Rotorpositionserfassung ein hinreichend und gut auswertbares Rotorpositionssignal erzeugt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, bei einer Veränderung, insbesondere Verschiebung des Arbeitspunktes, einen Q-Anteil des Motorstroms wenigstens zeitabschnittsweise zu vergrößern. Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit ausgebildet, den Q-Anteil des Motorstroms derart drehmomenterzeugungsfrei zu vergrößern, dass die Maschine in einem zeitlichen Mittel der Ansteuerung in Abhängigkeit des erhöhten Q-Anteils kein zusätzliches Drehmoment erzeugen kann. Vorteilhaft kann so der magnetische Fluss der Maschine erhöht werden, und das Testsignal so von einer Rotorpositionserfassungsvorrichtung mit einem größeren Rauschabstand erfasst werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, zur Ansteuerung der Maschine eine Folge von insbesondere periodischen Strompulsen zu erzeugen, Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit ausgebildet ist, die Strompulse zur Veränderung des Betriebszustands jeweils zu invertieren, insbesondere eine Pulsamplitude mit einem dazu entgegengesetzten Vorzeichen, insbesondere negiert, zu erzeugen. Vorteilhaft kann so der Arbeitspunkt der Maschine, insbesondere ein Q-Anteil des Motorstroms, aufwandsgünstig zur Rotorlageerfassung verändert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Maschine ist die Steuereinheit ausgebildet, zur Veränderung des Betriebszustands den Q-Anteil des Motorstroms durch Aufmodulieren von aufeinander alternierend folgenden positiven und negativen Q-Strompulsen zu verändern, so dass die Pulse im zeitlichen Mittel über wenigstens zwei oder mehrere Betriebszustandsveränderungen hinweg einander kompensieren. Vorteilhaft kann die Rotorlageerfassung, insbesondere Rotorlageschätzung so ohne zusätzliche Drehmomentbildung erfolgen. Das an die Maschine angeforderte Drehmoment kann vorteilhaft so exakt eingehalten werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, zu dem ermittelten Rotorlagewert einen Gütewert zu ermitteln, und in Abhängigkeit des Gütewerts, oder zusätzlich eines Betriebszustands, eine Prädiktion der Rotorlage durchzuführen. Die Steuereinheit weist dazu bevorzugt einen Kalman-Filter, insbesondere Kalman-Schätzer, auf. Vorteilhaft kann so bei einem störenden Messrauschen, insbesondere einem Messrauschen eines Rotorwinkelsignals einer Rotorpositionserfassungsvorrichtung der Maschine, noch eine hinreichend genaue Rotorpositionserfassung erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, eine Prädiktion der Rotorlage in Abhängigkeit eines erfassten Messrauschens durchzuführen. Vorteilhaft kann so ein Messrauschen bei der Rotorlageprädiktion als Störfaktor berücksichtigt, oder sogar eliminiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, eine Veränderung des Arbeitspunktes, insbesondere Verschiebung des Arbeitspunktes über mehrere Perioden einer Hochfrequenzanregung durchzuführen, wobei die Veränderung des Arbeitspunktes derart erfolgen kann, dass ein mittleres Drehmoment der Maschine über mehrere Arbeitspunktveränderungen hinweg, einem vorgegebenen Drehmoment entspricht. Vorteilhaft kann so die Veränderung des Arbeitspunktes zur verbesserten Rotorpositionserfassung bei der Drehmomentbildung nicht als Veränderungsfaktor oder als Störfaktor hervortreten.
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Die Hochfrequenzanregung der Steuereinheit wird bevorzugt durch den Testsignalinjektor und das insbesondere hochfrequente Testsignal durchgeführt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Maschine ist die Steuereinheit ausgebildet, die Testsignaleinspeisung, insbesondere Hochfrequenzanregung, und die Positionsschätzung nur, oder überwiegend während des Arbeitspunktwechsels zu aktivieren. Vorteilhaft können so Eisenverluste in magnetisch durchfluteten Teilen der Maschine verringert sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, die Rotorlageschätzung mittels eines Beobachters, insbesondere Kalman-Beobachters oder Luenberger-Beobachters zu filtern, wobei eine Filterwirkung des Beobachters in Abhängigkeit von dem Arbeitspunkt der Maschine verändert werden kann. Vorteilhaft kann so eine Güte der Rotorlageschätzung optimiert sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Ermitteln einer Rotorposition einer elektrischen Maschine, wobei bei dem Verfahren eine Rotorposition in Abhängigkeit eines insbesondere hochfrequenten Testsignals geschätzt wird.
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Weiter wird bei dem Verfahren ein Betriebszustand der Maschine, insbesondere in einer d-q-Ebene, derart geändert, dass die Rotorposition besser geschätzt werden kann als ohne die Betriebszustandsänderung.
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Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen erläutert. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale.
- 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine elektrische Maschine mit eine Steuereinheit, welche ausgebildet ist, eine Rotorposition eines Rotors der Maschine zu schätzen und einem Betriebszustandsmanipulator, welcher ausgebildet ist, den Betriebszustand der Maschine insbesondere periodisch durch Aufmodulieren von Q-Strompulsen auf den Motorstrom zu verändern;
- 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Betriebszustandsmanipulator der Maschine;
- 3 zeigt die von der in 1 gezeigten Steuereinheit und dem in 2 gezeigten Betriebszustandsmanipulator erzeugten Signale zur Stromerhöhung und Rotorpositionsschätzung.
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1 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2 mit Statorspulen, einen Rotor 3, und eine Leistungsendstufe 4 auf. Die Leistungsendstufe 4, insbesondere Inverter, weist in diesem Ausführungsbeispiel für jede Statorspule des Stators 2 wenigstens eine, oder nur eine Halbleiterschalter-Halbbrücke auf.
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Die Maschine 1 weist auch einen Stromsensor 5 auf, welcher in diesem Ausführungsbeispiel einen Shunt-Widerstand aufweist, oder für jede Phase des Stators 2 jeweils einen Shunt-Widerstand aufweist. Der Stromsensor 5 ist ausgebildet, einen Maschinenstrom der Maschine 1, insbesondere Statorspulenstrom, zu erfassen, und ein den erfassten Strom repräsentierendes Stromsignal zu erzeugen und ausgangsseitig auszugeben.
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Die Maschine 1 weist auch eine Steuereinheit 6 auf. Die Steuereinheit 6 weist einen Eingang 26 für das Stromsignal des Stromsensors 5 auf, und ist eingangsseitig mit dem Stromsensor 5 verbunden. Die Steuereinheit 6 weist auch einen Ausgang 27 für ein insbesondere pulsweitenmoduliertes Steuersignal zum Ansteuern der Leistungsendstufe 4, insbesondere von Steueranschlüssen der Halbleiterschalter-Halbbrücken der Leistungsendstufe 4 auf. Die Leistungsendstufe 4 ist ausgebildet, in Abhängigkeit des am Ausgang 27 empfangenen Steuersignals die Statorspulen des Stators 2 zu bestromen. Auf diese Weise kann von der Leistungsendstufe 4 ein Bestromungsmuster zum Bestromen des Stators 2 erzeugt werden, das dem pulsweitenmodulierten Ansteuermuster des Steuersignals, empfangen am Ausgang 22, entspricht.
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Die Steuereinheit 6 ist ausgebildet, eine Rotorposition des Rotors 3 - insbesondere sensorlos - in Abhängigkeit eines auf das Ansteuersignal aufmodulierten Hochfrequenz-Injektionssignals zu ermitteln.
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Die Steuereinheit 6 weist ein Phasenstromerfassungsglied 8 auf, welches in diesem Ausführungsbeispiel einen Park-Transformator aufweist. Der Park-Transformator ist ausgebildet, die vom Stromsensor 5 erfassten Phasenströme der drei Statorspulen in eine D-Q-Ebene zu transformieren, und ausgangsseitig ein einen D-Anteil des Phasenstrom repräsentierendes D-Signal, und ein einen Q-Anteil des Phasenstroms repräsentierendes Q-Signal zu erzeugen, und dieses an einem Ausgang 28 bereitzustellen.
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Die Steuereinheit 6 weist auch einen Demodulator 9 auf, welcher eingangsseitig mit dem Ausgang 28 des Phasenstromglieds verbunden und ausgebildet ist, mittels Demodulation aus den Phasenstromsignalen den hochfrequenten, durch Spannungsinjektion auf das Ansteuersignal aufmodulierten Hochfrequenz-Anteil von einem niederfrequenten Stromanteil zu trennen, und ausgangsseitig ein Niederfrequenz-Stromsignal an einem Ausgang 29 bereitzustellen, und an einem Ausgang 23 ein Hochfrequenz-Stromsignal bereitzustellen, welches den aufmodulierten hochfrequenten Anteil repräsentiert.
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Die Steuereinheit 6 weist auch einen Rotorlageschätzer 10, zuvor auch Rotorpositionsschätzer genannt, auf. Der Rotorlageschätzer 10 ist eingangsseitig mit dem Ausgang 23 des Demodulators 9 verbunden, und kann von dort das Hochfrequenz-Stromsignal, im Folgenden auch HF-Stromsignal genannt, empfangen. Der Rotorlageschätzer 10 ist auch eingangsseitig mit dem Ausgang 29 des Demodulators 9 verbunden, und kann so eingangsseitig das Niederfrequenz-Stromsignal empfangen. Der Rotorlageschätzer 10 ist ausgebildet, in Abhängigkeit der eingangsseitig empfangenen Stromsignale, insbesondere des HF-Stromsignals und des Niederfrequenz-Stromsignals, eine Rotorlage des Rotors 3 - insbesondere durch Schätzen - zu ermitteln. Der Rotorlageschätzer 10 weist dazu ein Rose-Filter 18, und ein Kalman-Filter 19 auf. Das Rose-Filter 18 ist ausgebildet, ein Winkelmessrauschen, insbesondere ein Rauschen eines Erfassungssignals, das einen Rotorwinkel des Rotors 3 repräsentiert, in Abhängigkeit eines von dem Rotorlageschätzer 10 ermittelten Strommessrauschen des HF-Stromsignals zu ermitteln. Das Strommessrauschen kann beispielsweise mittels eines Luenberger-Beobachters ermittelt, insbesondere geschätzt werden. Der Luenberger-Beobachter kann Bestandteil des Rotorlageschätzers 10 sein.
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Der Rotorlageschätzer 10 weist auch ein Kalman-Filter 19 auf, welches eingangsseitig mit einem Ausgang des Rose-Filters 18 verbunden und ausgebildet ist, eine Rotorlageprädiktion, insbesondere in Abhängigkeit einer von dem Rotorlageschätzer erzeugten Prädiktor-Korrektor-Struktur, zu ermitteln, insbesondere in Abhängigkeit des eingangsseitig von dem Rose-Filter erfassten Winkelrauschsignals. Der Rotorwinkel kann von dem Rotorlageschätzer in Abhängigkeit eines - beispielsweise in einer Look-Up-Tabelle - abgespeicherten Modells geschätzt werden, und eine Korrektur der Schätzung in Abhängigkeit des Winkelwerts, repräsentiert durch das Rotorwinkelsignal - insbesondere zu vorbestimmten Schätzzeitpunkten ermittelt, oder berechnet.
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Die Steuereinheit 6 weist auch einen Regler 11 auf, welcher ausgebildet ist, Soll-Spannungssignale zum mittelbaren Ansteuern der Leistungsendstufe 4 zu erzeugen, welche jeweils eine auf den Stator 2 zu beaufschlagende Spannung zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes repräsentiert. Der Regler 11 weist einen Eingang 24 für das von dem Rotorlageschätzer 10 erzeugtes Rotorlagesignal, und einen Eingang 25 für ein von dem Rotorlageschätzer 10 erzeugtes Rotorgeschwindigkeitssignal auf. Der Rotorlageschätzer 10 ist ausgangsseitig mit dem Eingang 24 und auch mit dem Eingang 25 verbunden, und ausgebildet, das Rotorlagesignal am Eingang 24, und das Rotorgeschwindigkeitssignal am Eingang 25 des Reglers 11 bereitzustellen.
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Der Regler 11 weist auch einen Eingang 22 für ein manipuliertes Betriebszustandssignal auf. Der Regler 11 ist ausgebildet, in Abhängigkeit des manipulierten Betriebszustandssignals einen Betriebszustand der Maschine 1 zu erzeugen, in dem insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, beispielsweise von weniger als 20 Prozent, oder 10 Prozent einer Maximaldrehzahl der Maschine die Leistungsendstufe 4 derart mittelbar anzusteuern, dass das injizierte HF-Signal in dem von dem Stromsensor 5 erzeugten Stromsignal von dem Rotorlageschätzer 10 besser erfasst werden kann, als ohne den manipulierten Betriebszustand.
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Die Steuereinheit 6 weist auch einen HF-Generator 12 auf, zuvor auch Signalinjektor genannt, welcher ausgebildet ist, das HF-Spannungssignal zum Aufmodulieren auf das von dem Regler 11 erzeugte Soll-Spannungssignal zu erzeugen, und ausgangsseitig an einen Signaladdierer 15 auszugeben. Der Signaladdierer 15 ist eingangsseitig mit dem HF-Generator 12 verbunden, und auch eingangsseitig mit dem Regler 11, und ausgebildet das von dem Regler 11 erzeugte Soll-Spannungssignal und das von dem HF-Generator 12 erzeugte HF-Spannungssignal zu addieren, und als Additionsergebnis ein moduliertes Soll-Spannungssignal zum mittelbaren Ansteuern der Leistungsendstufe 4 zu erzeugen und ausgangsseitig auszugeben. Der Signaladdierer 15 ist ausgangsseitig mit einem PWM-Modulator 14 verbunden, welcher ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Soll-Spannungssignale ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal zum Ansteuern der Leistungsendstufe 4, insbesondere der Halbleiterschalter-Halbbrücken der Leistungsendstufe 4 zu erzeugen, und diese ausgangsseitig an einem Ausgang 27 an die Leistungsendstufe 4 auszugeben.
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Die Steuereinheit 6 weist auch einen Betriebszustandsmanipulator 13 auf. Der Betriebszustandsmanipulator 13 ist ausgebildet, einen Q-Anteil des Maschinenstroms unabhängig von einem D-Anteil einzustellen, insbesondere derart einzustellen, dass der Q-Anteil im zeitlichen Mittel innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls verschwindet. Dazu kann der Q-Anteil des Maschinenstroms gepulst erzeugt werden, wobei das gepulste Q-Stromsignal positive Strompulse und negative Strompulse jeweils alternierend aufeinanderfolgend aufweist, sodass im zeitlichen Mittel ein positiver Q-Strompuls durch einen darauffolgenden negativen Q-Strompuls kompensiert werden kann.
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Auf diese Weise kann das für einen Maschinendrehmoment wirksame Q-Stromsignal, und/oder ein D-Stromsignal, während der Strompulsdauer zur verbesserten Rotorlageerfassung erzeugt werden, welches jedoch im zeitlichem Mittel aufeinanderfolgender Q-Strompulse kein wirksames Drehmoment der Maschine erzeugen kann. In den zwischen den Strompulsen liegenden Pulspausen wird kein zusätzliches, über das Soll-Drehmoment hinausgehendes Q-Stromsignal erzeugt.
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Der Betriebszustandsmanipulator 13 ist ausgangsseitig mit einem Eingang 21 des HF-Generators 12 verbunden und ausgebildet, ein gepulstes Ansteuersignal zum Aktivieren des HF-Generators 12 zu erzeugen, dass der zeitlichen Pulsfolge des Q-Stromsignals entspricht. Die so auf das Soll-Spannungssignal aufmodulierte, von dem HF-Generator 12 erzeugte HF-Injektionsspannung kann so synchron zu der Betriebszustandsänderung, erzeugt durch den Betriebszustandsmanipulator 13, erzeugt werden. Auf diese Weise kann das zur Rotorlageerfassung erzeugte HF-Spannungssignal während der Dauer der Q-Strompulse erzeugt werden, sodass zu den Zeitintervallen der Maschinenansteuerung, zu denen der Q-Anteil des Maschinenstroms, entsprechend den Q-Stromsignalpulsen erhöht ist, mittels des HF-Injektionssignals, erzeugt durch den HF-Generator 12, moduliert ist.
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Auf diese Weise kann die Rotorposition sowohl gepulst mittels der gepulsten Erhöhung des Q-Anteils von dem Rotorlageschätzer 10 während der Q-Strompulsdauer hinreichend gut mit einem guten Signal-Rauschabstand erfasst werden, als auch die zur Rotorlageerfassung erzeugte HF-Signalinjektion nur während der drehmomentwirksamen Stromerhöhung, gebildet durch die Q-Strompulse, erzeugt werden. Dadurch kann die Maschine 1 eine kleine EMV-Abstrahlung (EMV = Elektro-Magnetische-Verträglichkeit) und geringe Eisenverluste aufweisen, insoweit das HF-Injektionssignal nur gepulst zu den Rotorlageerfassungszeitpunkten erzeugt werden kann. Die Strompulse können in einer anderen Ausführungsform nur den D-Anteil des Motorstroms erhöhen, oder den D-Anteil und Q-Anteil des Motorstroms - insbesondere zusätzlich zum Soll-Drehmoment - erhöhen.
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Der Betriebszustandsmanipulator 13 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Ausgang 20 für ein Schätzungs-Aktivierungssignal auf, und ist ausgebildet, das Schätzungs-Aktivierungssignal an den mit dem Ausgang 20 verbundenen Rotorlageschätzer 10 zu senden. Der Rotorlageschätzer 10 ist ausgebildet, die Rotorlage des Rotors 3 in Abhängigkeit des Schätzungsaktivierungssignals zu ermitteln. Auf diese Weise kann die Schätzung der Rotorlage insbesondere gepulst während des von dem Betriebszustandsmanipulator 13 gepulst geänderten Betriebszustands der Maschine 1 ermittelt werden.
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Die Steuereinheit 6 weist einen Eingang 7 für ein Drehzahl- und/oder Drehmomentsignal auf, welches ein Soll-Drehmoment, insbesondere Soll-Stromvektor, und/oder eine Soll-Drehzahl der Maschine 1 repräsentiert. Der Betriebszustandsmanipulator 13 ist eingangsseitig auch mit dem Eingang 7 verbunden, und kann so die Betriebszustandsmanipulation in Abhängigkeit eines an dem Eingang 7 vorgegebenen Soll-Arbeitspunkt der Maschine durchführen. Während des Betriebszustandswechsels kann die HF-Spannungsinjektion durch den Regler 6 derart erfolgen, dass die Maschine 1, insbesondere der Stator 2, nicht in einen Sättigungszustand geraten kann.
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2 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für den in 1 bereits dargestellten Betriebszustandsmanipulator 13. Der Betriebszustandsmanipulator 13 weist eine Verarbeitungseinheit 16 auf, welcher ausgebildet ist, das Steuersignal zur Aktivierung des HF-Generators 12, insbesondere als gepulstes Steuersignal zu erzeugen, und ausgangsseitig an dem Ausgang 21 bereitzustellen. Die Verarbeitungseinheit 16 ist auch ausgebildet, ein Bestromungssignal zur Betriebszustandsänderung der Maschine zu erzeugen, wobei das Bestromungssignal ein D-Stromsignal 38, und ein Q-Stromsignal 37 umfasst.
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Die Verarbeitungseinheit 16 ist ausgebildet, das D-Stromsignal 38 an einen Addierer 17 zu senden, welcher eingangsseitig mit dem Eingang 7 verbunden ist. Die Verarbeitungseinheit 16 ist eingangsseitig auch mit dem Eingang 7 verbunden, und ist ausgebildet, die Signale zum Ändern des Betriebszustands der Maschine in Abhängigkeit des eingangsseitig empfangenen Steuersignals, und in Abhängigkeit eines von einem Zeitgeber 30 erzeugten Zeitsignals zu erzeugen. Der Zeitgeber 30 ist beispielsweise durch einen Schwingquarz gebildet.
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Das Addierglied 17 ist ausgebildet, die von der Verarbeitungseinheit 16 erzeugten Stromsignale jeweils getrennt voneinander auf das am Eingang 7 empfangene Stellsignal aufzuaddieren, und so das Stellsignal, welches einen Motorstrom, insbesondere Drehmoment und/oder Drehgeschwindigkeit des Rotors 3 repräsentiert, aufzuaddieren. Das Addierglied 17 bildet somit einen Modulator, welcher ausgebildet ist, den Betriebszustand durch Modulation des Motorstromes zu manipulieren, sodass die Rotorposition durch die Modulation besser erfasst werden kann.
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Der Addierer 17 ist mit dem Ausgang 22 verbunden, und ausgebildet, das modulierte Stromsignal über den Ausgang 22 an den Regler 11 zu senden.
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3 zeigt ein Diagramm, in dem beispielhaft die von dem Betriebszustandsmanipulator 13 modulierten Soll-Motorstromanteile in Form von gepulsten Motorstromsignalen dargestellt sind.
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Das Diagramm weist eine Abszisse 31 auf, welche eine Zeitachse repräsentiert. Das Diagramm weist auch eine Ordinate 43 auf, welche einen Motorstrom repräsentiert.
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Das Diagramm in 3 zeigt auch eine Kurve 38, welche ein zur Aufmodulation auf das Steuersignal von dem Betriebszustandsmanipulator 13 erzeugtes D-Stromsignal umfasst D-Strompulse, welche eine Pulsdauer 40 aufweisen, und Pulspausen, welche eine Pulsdauer 39 aufweisen. Die Pulsdauer 40 ist in diesem Ausführungsbeispiel größer ausgebildet, als die Pulspause 39.
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Das Diagramm in 3 zeigt auch ein von dem Betriebszustandsmanipulator 13 in 1 erzeugtes Q-Stromsignal, repräsentiert durch eine Kurve 37, welches von dem Betriebszustandsmanipulator zur Aufmodulation, und somit zur Betriebszustandsänderung erzeugt werden kann. Mittels des Q-Stromsignals kann das von der Maschine zu erzeugende Drehmoment verändert werden. Das Q-Stromsignal, repräsentiert durch die Kurve 37, ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, im zeitlichen Mittelwert, insbesondere über zwei Pulsperiodendauern hinweg, drehmomentneutral zu wirken, sodass die Maschine über zwei Pulsperiodendauern hinweg, und im zeitlichen Mittelwert durch das aufmodulierte Q-Stromsignal kein zusätzliches Drehmoment erzeugt. Das Q-Stromsignal umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen positiven Q-Strompuls 42, und einen nach einer Pulspause auf den positiven Q-Strompuls folgenden negativen Q-Strompuls 41. Die Amplituden der Strompulse 41 und 42 sind jeweils gleich ausgebildet, sodass im zeitlichen Mittelwert - eine Masseträgheit des Rotors 3 vorausgesetzt - kein wirksames Drehmoment von dem Rotor 3 in Abhängigkeit des Q-Stromsignals, repräsentiert durch die Kurve 37, erzeugt werden kann. Eine Pulsfolgefrequenz der aufeinanderfolgenden Pulse 41 und 42 beträgt beispielsweise zwischen zehn Hertz und 1.000 Hertz, oder zwischen 50 Hertz und 200 Hertz.
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3 zeigt auch eine Kurve 36, welche eine zum Aufmodulieren erzeugte Q-Stromkomponente bildet, welche von dem Betriebszustandsmanipulator anstelle der Pulsfolge, repräsentiert durch die Kurve 37, erzeugt werden kann. Der Stromverlauf, repräsentiert durch die Kurve 36, weist während des Zeitintervalls 39 einen negativen Strompuls auf, welcher eine kleinere Amplitude aufweist, als ein darauffolgender positiver Strompuls. Im zeitlichen Mittelwert kompensieren die so aufeinanderfolgenden Pulse einander, wobei die von dem negativen Strompuls und dem darauffolgenden positiven Strompuls umschlossenen Flächen jeweils gleich sind. Die Flächen ergeben sich dabei als Produkt aus der Stromamplitude und der zeitlichen Pulsdauer. Dadurch wird durch den auf einen Soll-Maschinenstrom aufmodulierten Q-Stromanteil kein zusätzliches Drehmoment erzeugt. Das Q-Stromsignal ist in diesem Ausführungsbeispiel während der Q-Strompulse zur Pulsdauer 40 positiv.
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3 zeigt auch ein Ausführungsbeispiel für einen Q-Stromverlauf, repräsentiert durch eine Kurve 35, welcher von dem Betriebszustandsmanipulator 13 anstelle des Q-Stromsignals, repräsentiert durch die Kurve 37, erzeugt werden kann. Das Q-Stromsignal, repräsentiert durch die Kurve 35, weist einen positiven Strompuls auf, auf den ein negativer Strompuls mit einer kürzeren Strompulsdauer, und einer im Vergleich dazu größeren negativen Strompulsamplitude folgt. Die von den Strompulsen, insbesondere dem positiven Strompuls mit der längeren Strompulsdauer, welche sich während des Zeitintervalls 39 erstreckt, und dem darauffolgenden negativen Strompuls, welcher sich während der Pulsdauer 40 erstreckt, umschlossenen Flächen sind jeweils gleich ausgebildet, sodass auch das Q-Stromsignal, repräsentiert durch die Kurve 35, sich drehmomentneutral im zeitlichen Mittel auswirkt. Das Q-Stromsignal ist während der Q-Strompulse Strompulse zur Pulsdauer 40 negativ.
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3 zeigt auch eine zeitliche Folge von Aktivierungspulsen, von denen ein Aktivierungspuls 32 beispielhaft bezeichnet ist. Der Aktivierungspuls 32 erstreckt sich während der Pulsdauer 40, und zwischen einer Deaktivierungsamplitude 33 und einer Aktivierungsamplitude 34, sodass der Aktivierungspuls 32, welcher von dem Betriebszustandsmanipulator 13 zum Aktivieren des HF-Generators 12 erzeugt werden kann, auch während der Zeitdauer der Q-Strompulse erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann die HF-Injektionsspannung zur Rotorlageerfassung zeitsynchron mit der gepulsten Betriebszustandsmanipulation erfolgen.
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Das Q-Stromsignal, repräsentiert durch die Kurve 37, welches alternierend zeitlich aufeinanderfolgende positive und negative Q-Strompulse aufweist, weist zueinander invertierte Strompulse auf, wobei der negative Q-Strompuls 41 im Vergleich zu dem positiven Strompuls 42 einen inversen Strompuls ausbildet. Die Q-Stromsignale 36 und 35 sind zueinander invers ausgebildet, insoweit die Kurven 35 und 36 zueinander bezogen auf die Zeitachse, und somit auf eine neutrale Null-Stromamplitude zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015105007 A1 [0002]
