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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation für eine elektrische Maschine, die eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung einer derartigen elektrischen Maschine.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Korrekturanweisung, mit einem Steuergerät.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Maschine, mit einem Steuergerät.
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Die Erfindung betrifft zudem eine elektrische Antriebseinrichtung sowie eine Wärmepumpe.
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Stand der Technik
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Eine elektrische Maschine weist üblicherweise einen drehbar gelagerten Rotor sowie einen Stator mit einer Statorwicklung auf. Die Statorwicklung ist derart verteilt um den Rotor angeordnet, dass der Rotor durch eine geeignete Bestromung der Statorwicklung drehbar ist. Drehfeldmaschinen, wie zum Beispiel Käfigläufer-Asynchronmaschinen oder permanentmagneterregte Synchronmaschinen, besitzen aufgrund ihrer Bauweise keine ideale sinusförmige Flussverteilung im Luftspalt. Im Betrieb führt dies bei einer Regelung mit sinusförmigen Strömen zu oberwellenbehafteten, ungleichmäßigen Drehmomenten. Neben den dadurch hervorgerufenen Torsionsschwingungen im Antriebsstrang ergeben sich durch die genannten Ungleichförmigkeiten auch radiale Kraftanregungen zwischen Stator und Rotor, die sich unmittelbar in Form von Gehäuseschwingungen und folglich Schallabstrahlung (Noise Vibration Harshness - NVH) äußern. Verstärkt wird die Problematik durch externe oszillierende Lastmomente wie beispielsweise durch einen Kompressor. Insgesamt bewirken die konstruktiven Eigenschaften des elektrischen Antriebssystems folglich mitunter unerwünschte spürbare Schwingungen im Antriebsstrang, im elektrischen Netz und/oder akustisch wahrnehmbare Schallemissionen. Es ist bekannt, elektrische Maschinen mittels der feldorientierten Regelung zu regeln. Diese Regelung ist im Wesentlichen ausgelegt auf die Regelung der Grundwelle des Stroms, wobei hierzu mittels der d/q-Transformation die Grundwelle des Stroms in Gleichgrößen in einem mit dem Rotor mitrotierenden Koordinatensystem transformiert werden. Diese Gleichgrößen werden auch als drehmomentbildender Strom iq und flussbildender Strom id bezeichnet. Die Gleichgrößen werden in dem rotorfesten Koordinatensystem geregelt und die ermittelten Stellgrößen ud, uq werden anschließend zurücktransformiert und als Grundwelle der Spannung zur Steuerung der elektrischen Maschine verwendet. Eine Beeinflussung oder Reduktion von Oberwellen ist hiermit nicht möglich.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, ein oberwellenbehaftetes Verhalten einer elektrischen Maschine durch eine Veränderung der Ansteuerung der elektrischen Maschine zu kompensieren. Beispielsweise offenbart eine noch nicht veröffentlichte Patentanmeldung der Anmelderin ein Verfahren, gemäß dem die Kompensation mittels einer vorbestimmten Störwellenkorrekturanweisung, vorliegend einer Regelungsmatrix, durchgeführt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation für eine elektrische Maschine bereitgestellt, die eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch aus, dass ein Referenz-Drehwinkel des Rotors ausgewählt wird, dass eine durch eine Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen überwacht wird, dass bei Erfassen einer Störwelle eine auf den Referenz-Drehwinkel bezogene Störwellenkorrekturanweisung zur Kompensation der erfassten Störwelle sowie ein auf den Referenz-Drehwinkel bezogenes Referenz-Merkmal der Störwelle ermittelt werden, dass ein Referenz-Drehwinkelwert des Referenz-Drehwinkels bezogen auf ein Drehwinkelintervall, das bei einer elektrischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird, ermittelt wird, und dass die ermittelte Störwellenkorrekturanweisung, das ermittelte Referenz-Merkmal und der ermittelte Referenz-Drehwinkelwert einander zugeordnet und als Korrekturinformation abgespeichert werden.
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Weist der Rotor mehrere Polpaare auf, so durchläuft der elektrische Drehwinkel des Rotors bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors ein Drehwinkelintervall von n*360°, wobei n die Anzahl an Polpaaren ist. Sind beispielsweise zwei Polpaare vorhanden, so durchläuft der elektrische Drehwinkel ein Drehwinkelintervall von 720°. Sind drei Polpaare vorhanden, so durchläuft der elektrische Drehwinkel entsprechend ein Drehwinkelintervall von 1080°. Für jedes Polpaar des Rotors durchläuft der elektrische Drehwinkel also bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors ein Drehwinkelintervall von 360°. Entsprechend durchläuft der Rotor bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors eine der Anzahl an Polpaaren entsprechende Anzahl an elektrischen Umdrehungen. Sind mehrere Polpaare vorhanden, so ist entsprechend anhand des Drehwinkelwertes des elektrischen Drehwinkels allein keine eindeutige Zuordnung zu einem mechanischen Drehwinkel des Rotors möglich. Sind beispielsweise zwei Polpaare vorhanden, so kann bei einem elektrischen Drehwinkel mit einem Drehwinkelwert von 0° entweder ein erster mechanischer Drehwinkel oder ein um 180° verschobener zweiter mechanischer Drehwinkel vorliegen.
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Soll bei einer Regelung einer elektrischen Maschine mit mehreren Polpaaren ein oberwellenbehaftetes Verhalten der elektrischen Maschine durch Berücksichtigung einer Störwellenkorrekturanweisung kompensiert werden, so ist es notwendig, die Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung korrekt festzulegen. In der Regel ist hierzu ein Drehwinkelsensor vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, den mechanischen Drehwinkel des Rotors zu erfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat demgegenüber den Vorteil, dass die erfindungsgemäß ermittelte Korrekturinformation zum einen die Störwellenkorrekturanweisung und zum anderen Informationen enthält, anhand derer die Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung ohne einen Drehwinkelsensor zum Erfassen des mechanischen Drehwinkels korrekt festgelegt werden kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Referenz-Drehwinkel des Rotors ausgewählt wird. Beispielsweise wird als Referenz-Drehwinkel ein bestimmter mechanischer Drehwinkel des Rotors ausgewählt. Vorzugsweise wird als Referenz-Drehwinkel ein bestimmter mechanischer Drehwinkel des Rotors ausgewählt. Vorzugsweise wird als Referenz-Drehwinkel ein elektrischer Drehwinkel aus einem elektrischen Drehwinkelintervall ausgewählt, das bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird. Sind beispielsweise drei Polpaare vorhanden, so wird ein elektrischer Drehwinkel aus einem elektrischen Drehwinkelintervall von 1080° ausgewählt. Welcher Drehwinkel als Referenz-Drehwinkel ausgewählt wird, ist dabei grundsätzlich beliebig. Beispielsweise wird aus dem elektrischen Drehwinkelintervall von 1080° ein elektrischer Drehwinkel von 0° als Referenz-Drehwinkel ausgewählt. Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass eine durch die Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen überwacht wird. Unter einer Ist-Größe ist dabei eine Größe zu verstehen, in deren Verlauf das oberwellenbehaftete Verhalten der elektrischen Maschine als Störwelle erkenntlich ist. Bei Erfassen einer Störwelle werden eine auf den Referenz-Drehwinkel bezogene Störwellenkorrekturanweisung zur Kompensation der erfassten Störwelle sowie ein auf den Referenz-Drehwinkel bezogenes Referenz-Merkmal der Störwelle ermittelt. Unter einer Störwellenkorrekturanweisung zur Kompensation der erfassten Störwelle sind Daten zu verstehen, deren Berücksichtigung bei der Ansteuerung der elektrischen Maschine dazu führt, dass die Störwelle kompensiert wird. Beispielsweise handelt es sich bei der vorstehend erwähnten Regelungsmatrix um eine Störwellenkorrekturanweisung. Die Störwellenkorrekturanweisung ist auf den Referenz-Drehwinkel bezogen. Zur Kompensation der Störwelle ist eine periodische Änderung der Ansteuerung der elektrischen Maschine nötig. Insofern ist auch die Störwellenkorrekturanweisung selbst periodisch. Beispielsweise ist die Störwellenkorrekturanweisung insofern auf den Referenz-Drehwinkel bezogen, als dass die Störwellenkorrekturanweisung bezogen auf ein Referenz-Drehwinkel eine bestimmte Phasenlage aufweist. Unter dem Referenz-Merkmal der Störwelle ist eine bestimmte Eigenschaft der Störwelle zu verstehen. Auch das Referenz-Merkmal ist auf den Referenz-Drehwinkel bezogen. Beispielsweise weist die Störwelle das Referenz-Merkmal auf, wenn der Drehwinkel des Rotors dem Referenz-Drehwinkel entspricht. Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Referenz-Drehwinkelwert des Referenz-Drehwinkels bezogen auf ein Drehwinkelintervall ermittelt, das bei einer elektrischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird. Weil der Rotor mehrere Polpaare aufweist, liegt bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors jeder Drehwinkelwert des elektrischen Drehwinkelintervalls, das bei einer elektrischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird, mehrmals vor. Schließlich werden die ermittelte Störwellenkorrekturanweisung, das ermittelte Referenz-Merkmal und der ermittelte Referenz-Drehwinkelwert einander zugeordnet und als Korrekturinformation abgespeichert. Die Störwellenkorrekturanweisung wird also in Abhängigkeit von dem ermittelten Referenz-Merkmal und in Abhängigkeit von dem ermittelten Referenz-Drehwinkelwert gespeichert. Das Referenz-Merkmal und der Referenz-Drehwinkelwert ermöglichen gemeinsam eine korrekte Festlegung der Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung. Unter einem „Ermitteln“ ist im Rahmen der Offenbarung sowohl ein Erfassen oder Messen als auch ein Berechnen in Abhängigkeit von erfassten oder gemessenen Werten zu verstehen. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation im Rahmen der Applikation der elektrischen Maschine im Werk durchgeführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Störwellenkorrekturanweisung in Abhängigkeit von einem Sensorsignal eines NVH-Sensors ermittelt wird. In Abhängigkeit von dem Sensorsignal des NVH-Sensors ist eine präzise Ermittlung der Störwellenkorrekturanweisung möglich. Beispielsweise wird die Ansteuerung der elektrischen Maschine derart angepasst, dass das Sensorsignal des NVH-Sensors minimiert wird. Die Störwellenkorrekturanweisung wird dann in Abhängigkeit von der vorgenommenen Anpassung der Ansteuerung ermittelt. Vorzugsweise wird als NVH-Sensors ein Beschleunigungssensor, ein Lasersensor oder ein akustischer Sensor verwendet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem NVH-Sensor um einen externen Sensor. Entsprechend ist der NVH-Sensor nicht Teil der elektrischen Maschine, sondern wird der Maschine lediglich zur Durchführung des Verfahrens zugeordnet. Beispielsweise ist der NVH-Sensors Teil einer externen Korrekturvorrichtung.
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Vorzugsweise wird als Ist-Größe zumindest ein durch die Statorwicklung fließender elektrischer Ist-Phasenstrom ermittelt. Im Betrieb der elektrischen Maschine weisen die durch die Statorwicklung fließenden Ist-Phasenströme selbst einen sinusförmigen beziehungsweise periodischen Verlauf auf. Die Störwellen sind im Verlauf der Ist-Phasenströme anhand der Amplitude des Ist-Phasenstroms erkenntlich. Die Ermittlung eines Ist-Phasenstroms als Ist-Größe ist besonders geeignet, weil die Ist-Phasenströme in der Regel ohnehin durch die Standardsensorik der elektrischen Maschine ermittelt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Ist-Größe der drehmomentbildende Strom ermittelt wird. Dieser ist wie vorstehend erwähnt auf ein rotorfestes Koordinatensystem bezogen und liegt entsprechend als Gleichgröße vor. Weil es sich bei dem drehmomentbildenden Strom um eine Gleichgröße handelt, sind die Störwellen besonders einfach erfassbar. Alternativ oder zusätzlich wird vorzugsweise als Ist-Größe der flussbildende Strom ermittelt.
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Vorzugsweise ist die Maschine dazu ausgebildet, einen Kompressor anzutreiben, wobei als Ist-Größe ein Fluiddruck eines durch den Kompressor geförderten Fluids ermittelt wird. Der Rotor der Maschine ist dann also mit dem Kompressor gekoppelt, zu dessen Antrieb. Ein oberwellenbehaftetes Verhalten der Maschine überträgt sich demnach auch auf den Fluiddruck des durch die Fluidpumpe geförderten Fluids. Entsprechend ist die Störwelle auch im Verlauf des Fluiddrucks erkenntlich.
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Vorzugsweise wird als Referenz-Merkmal eine Phasenlage der Störwelle ermittelt. Es wird also die Phasenlage der Störwelle bezogen auf den Referenz-Drehwinkel ermittelt. Die Phasenlage ist als Referenz-Merkmal zur Charakterisierung des Referenz-Drehwinkels besonders geeignet, wie am nachfolgenden Beispiel erklärt wird. In diesem Beispiel weist der Rotor wieder drei Polpaare auf. Entsprechend liegt der beim Referenz-Drehwinkel des Rotors vorliegende elektrische Drehwinkelwert bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors insgesamt dreimal vor. Bei der Störwelle wird von einer Störwelle ausgegangen, die im Hinblick auf die mechanische Umdrehungsfrequenz des Rotors die erste Oberwelle ist. Entsprechend ist die Phasenlage der Störwelle bezogen auf den Referenz-Drehwinkel eine andere als bezogen auf einen der weiteren Drehwinkel, bei denen der gleiche elektrische Drehwinkelwert wie beim Referenz-Drehwinkel vorliegt. Der Referenz-Drehwinkel ist demnach anhand der Phasenlage der Störwelle von den weiteren Drehwinkeln eindeutig unterscheidbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Referenz-Merkmal zumindest ein Maximum und/oder zumindest ein Minimum der Ist-Größe ermittelt wird. Beispielsweise wird das unmittelbar auf das Vorliegen des Referenz-Drehwinkels folgende Maximum oder Minimum als Referenz-Merkmal ermittelt. Auch anhand des Maximums beziehungsweise des Minimums ist der Referenz-Drehwinkel eindeutig charakterisierbar.
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Es wird außerdem ein Verfahren zur Regelung einer elektrischen Maschine bereitgestellt, die eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der elektrischen Maschine zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 8 dadurch aus, dass eine Korrekturinformation bereitgestellt wird, die eine Störwellenkorrekturanweisung, einen elektrischen Referenz-Drehwinkelwert und ein Referenz-Merkmal aufweist, dass eine durch eine Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen überwacht wird, dass bei Erfassen einer Störwelle für jeden elektrischen Drehwinkel des Rotors, dessen Drehwinkelwert dem Referenz-Drehwinkelwert entspricht, jeweils ein auf den elektrischen Drehwinkel bezogenes Ist-Merkmal der Störwelle ermittelt wird, dass die ermittelten Ist-Merkmale mit dem Referenz-Merkmal verglichen werden, dass eine Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung in Abhängigkeit von dem Vergleich festgelegt wird, und dass Ansteuersignale für die elektrische Maschine in Abhängigkeit von der Störwellenkorrekturanweisung mit der festgelegten Phasenlage ermittelt werden.
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Vorzugsweise wird unter einem Verfahren zur Regelung auch ein Verfahren zur Ansteuerung verstanden. Insbesondere wird die elektrische Maschine hierbei angesteuert, vorzugsweise geregelt.
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Es ergibt sich daraus der Vorteil, dass mit der Standardsensorik der elektrischen Maschine eine korrekte Festlegung der Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung vorgenommen werden kann. Es ist also keine zusätzliche Sensorik wie beispielsweise ein Drehwinkelsensor notwendig, um Störwellen zu kompensieren, die im Betrieb der elektrischen Maschine auftreten.
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Vorzugsweise wird als Korrekturinformation eine Korrekturinformation bereitgestellt, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation ermittelt wurde. Vorzugsweise werden als Ist-Größe ein durch die Statorwicklung fließender elektrischer Ist-Phasenstrom, der drehmomentbildende Strom, der flussbildende Strom und/oder ein Fluiddruck ermittelt. Vorzugsweise wird als Ist-Merkmal eine Phasenlage der Störwelle, ein Maximum der Störwelle oder ein Minimum der Störwelle ermittelt. Erfindungsgemäß werden die ermittelten Ist-Merkmale mit dem in der Korrekturinformation enthaltenen Referenz-Merkmal verglichen und eine Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung wird in Abhängigkeit von dem Vergleich festgelegt. Beispielsweise wird das Ist-Merkmal ausgewählt, dessen Abweichung von dem Referenz-Merkmal am geringsten ist. Es wird dann davon ausgegangen, dass der diesem Ist-Merkmal zugeordnete Drehwinkel des Rotors dem Referenz-Drehwinkel des Rotors entspricht. Weil die Störwellenkorrekturanweisung bezogen auf den Referenz-Drehwinkel ermittelt wurde, kann die Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung demnach korrekt festgelegt werden. Schließlich werden Ansteuersignale für die elektrische Maschine in Abhängigkeit von der Störwellenkorrekturanweisung mit der festgelegten Phasenlage ermittelt. Die elektrische Maschine wird dann also in Abhängigkeit von der Störwellenkorrekturanweisung mit der festgelegten Phasenlage geregelt.
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Vorzugsweise wird die elektrische Maschine mittels den ermittelten Ansteuersignalen angesteuert, insbesondere geregelt. Die Regelung und/oder Ansteuerung der elektrischen Maschine erfolgt mittels den ermittelten Ansteuersignalen.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Korrekturinformation für eine elektrische Maschine, wobei die Maschine eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist. Die Vorrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 10 durch ein Steuergerät aus, das speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation durchzuführen. Auch daraus ergeben sich die bereits im Hinblick auf das Verfahren erwähnten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskumulation ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist. Diese Vorrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 11 durch ein Steuergerät aus, das speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung einer elektrischen Maschine durchzuführen. Auch daraus ergeben sich die bereits im Hinblick auf das Verfahren erwähnten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinrichtung weist eine elektrische Maschine und eine Vorrichtung zum Betreiben der elektrischen Maschine auf. Die Antriebseinrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 12 durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Wärmepumpe weist einen Kompressor und eine elektrische Antriebseinrichtung zum Antreiben des Kompressors auf. Die Wärmepumpe zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 13 durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Antriebseinrichtung aus.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen
- 1 eine Wärmepumpe in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation für eine elektrische Maschine der Wärmepumpe,
- 3 einen Verlauf von elektrischen Phasenströmen,
- 4 ein Spektrum eines drehmomentbildenden Stroms,
- 5 einen Verlauf eines Fluiddrucks und
- 6 ein Verfahren zur Regelung der elektrischen Maschine.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Wärmepumpe 1. Die Wärmepumpe 1 weist einen Kompressor 2 auf. Vorliegend weist die Wärmepumpe 1 auch einen Kondensator 3, eine Drossel 4 und einen Verdampfer 5 auf. Dem Kompressor 2 ist eine elektrische Antriebseinrichtung 6 zum Antrieb des Kompressors 2 zugeordnet. Bei dem Kompressor 2 handelt es sich vorliegend um einen Twin-Rollkolbenkompressor 2. Die durch die Erfindung erzielten vorteilhaften Effekte können jedoch auch bei Verwendung eines anderen Kompressortyps erreicht werden.
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Die Antriebseinrichtung 6 weist eine elektrische Maschine 7 auf, die einen drehbar gelagerten Rotor und eine Statorwicklung aufweist. Der Rotor weist mehrere Polpaare auf. Im Folgenden wird zur Erläuterung der Erfindung davon ausgegangen, dass der Rotor drei Polpaare aufweist. Die Statorwicklung ist derart verteilt um den Rotor angeordnet, dass der Rotor durch eine geeignete Bestromung der Statorwicklung drehbar ist. Hierzu weist die Statorwicklung mehrere Phasen auf. Im Folgenden wird zur Erläuterung der Erfindung davon ausgegangen, dass die Statorwicklung drei Phasen U, V und W aufweist.
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Die Antriebseinrichtung 6 weist außerdem einen elektrischen Energiespeicher 8 auf. Der Energiespeicher 8 ist durch eine mehrere Schaltelemente aufweisende Leistungselektronik 9 elektrisch mit den Phasen der Statorwicklung verbunden.
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Die Antriebseinrichtung 6 weist außerdem eine Vorrichtung 10 zur Regelung der elektrischen Maschine 7 auf. Unter einer Regelung ist insbesondere auch eine Ansteuerung ohne Rückmeldung zu verstehen. Unter einer Regelung ist insbesondere auch eine Ansteuerung ohne Rückkopplung zu verstehen. Eine Reglung kann insbesondere auch ansteuern. Die Vorrichtung 10 weist ein Steuergerät 11 auf, das dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine 7 anzusteuern. Hierzu ist das Steuergerät 11 dazu ausgebildet, Ansteuersignale für die Schaltelemente der Leistungselektronik 9 zu ermitteln und die Schaltelemente in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen leitend beziehungsweise nichtleitend zu schalten. Mittels der Ansteuersignale wird die elektrische Maschine 7 angesteuert, insbesondere geregelt. Die Vorrichtung 10 weist außerdem einen Datenspeicher 12 auf. In dem Datenspeicher 12 ist zumindest eine Korrekturinformation gespeichert/speicherbar. Der Datenspeicher 12 ist kommunikationstechnisch mit dem Steuergerät 11 verbunden, um dem Steuergerät 11 die Korrekturinformation bereitzustellen.
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Der Statorwicklung ist eine erste Sensoreinrichtung 13 zugeordnet. Die erste Sensoreinrichtung 13 ist dazu ausgebildet, durch die Phasen U, V und W der Statorwicklung fließende elektrische Ist-Phasenströme zu erfassen. Hierzu weist die erste Sensoreinrichtung 13 zumindest einen Stromsensor auf. Die erste Sensoreinrichtung 13 ist kommunikationstechnisch mit dem Steuergerät 11 verbunden, um dem Steuergerät 11 die erfassten Ist-Phasenströme bereitzustellen.
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Die Wärmepumpe 1 weist außerdem eine zweite Sensoreinrichtung 14 auf. Die zweite Sensoreinrichtung 14 ist dazu ausgebildet, einen Fluiddruck eines durch den Kompressor 2 geförderten Fluids zu erfassen. Hierzu weist die zweite Sensoreinrichtung 14 zumindest einen Drucksensor auf. Die zweite Sensoreinrichtung 14 ist kommunikationstechnisch mit dem Steuergerät 11 verbunden, um dem Steuergerät 11 den erfassten Fluiddruck bereitzustellen.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf 2 ein vorteilhaftes Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation für die elektrische Maschine 7 näher erläutert. Das Verfahren wird durch das Steuergerät 11 durchgeführt.
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In einem ersten Schritt S1 wird die elektrische Maschine 7 mittels einer feldorientierten Regelung auf Basis eines geschätzten elektrischen Drehwinkels betrieben. Dabei entstehenden im Betrieb der Maschine 7 hörbare oder spürbare Schwingungen. Derartige Schwingungen resultieren aus konstruktiven Eigenschaften der Maschine 7 einerseits und aus den Verdichtungszyklen des durch die Maschine 7 angetriebenen Kompressors 2 andererseits.
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In einem zweiten Schritt S2 wird ein Referenz-Drehwinkel φRef des Rotors ausgewählt. Dabei wird als Referenz-Drehwinkel φRef ein bestimmter elektrischer Drehwinkel des Rotors aus einem Drehwinkelintervall ausgewählt, das bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird. Weil der Rotor drei Polpaare aufweist, durchläuft der elektrische Drehwinkel bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors ein Drehwinkelintervall von 1080°. Die Auswahl des Referenz-Drehwinkels φRef ist dabei grundsätzlich beliebig. Beispielsweise wird als Referenz-Drehwinkel φRef ein elektrischer Drehwinkel von 0° oder von 540° ausgewählt. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass ein elektrischer Drehwinkel von 0° als Referenz-Drehwinkel φRef ausgewählt wird.
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In einem dritten Schritt S3 wird eine durch eine Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen überwacht. Weil die Ist-Größe durch die Drehung des Rotors beeinflusst wird, sind die vorstehend angesprochenen Schwingungen im Verlauf der Ist-Größe als Störwellen erfassbar. Dabei kommen verschiedene Größen als Ist-Größe infrage, wie nachfolgend mit Bezug auf die 3 bis 5 erläutert wird.
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Hierzu zeigt 3 ein Diagramm, in dem der Verlauf der Ist-Phasenströme IU, IV und IW in Abhängigkeit von dem mechanischen Drehwinkel des Rotors dargestellt ist. Das Drehwinkelintervall Δφ beschreibt dabei eine ganze Umdrehung des Rotors. Das Drehwinkelintervall Δφ entspricht also einem mechanischen Drehwinkelintervall von 360°. Weil der Rotor vorliegend drei Polpaare aufweist entspricht das Drehwinkelintervall Δφ zudem einem elektrischen Drehwinkelintervall von 1080°. Die Ist-Phasenströme durchlaufen also in dem Drehwinkelintervall Δφ drei Perioden. Entsprechend weist das Drehwinkelintervall Δφ drei elektrische Drehwinkelintervalle Δφ1 , Δφ2, Δφ3 auf, die jeweils einem elektrischen Drehwinkel von 360° entsprechen.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, werden die Ist-Phasenströme durch eine Störwelle SW überlagert. Die Störwelle SW führt dazu, dass sich die verschiedenen Maxima und Minima der Phasenströme voneinander unterscheiden. Beispielsweise ist ein erstes Maximum M1 des Ist-Phasenstroms IU größer als ein zweites Maximum M2 des Ist-Phasenstroms IU. Die Störwelle SW resultiert vorliegend aus den Verdichtungszyklen des Kompressors 2. Wird durch den Kompressor 2 das geförderte Fluid verdichtet, so sind die Ist-Phasenströme erhöht. Weil der Kompressor 2 als Twin-Rollkolbenkompressor 2 ausgebildet ist und insofern bei jeder Umdrehung des Rotors zwei Verdichtungszyklen durchläuft, ist die Störwelle SW bezogen auf die Umdrehungsfrequenz des Rotors die erste Oberwelle.
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4 zeigt ein Spektrum des drehmomentbildenden Stroms iq. Das Spektrum wurde durch eine Fourier-Transformation des drehmomentbildenden Strom iq ermittelt. Wie aus 4 ersichtlich ist, weist das Spektrum bei einer Frequenz von vorliegend 100 Hz ein Signal auf. Dieses Signal entspricht der Störwelle SW. Die Schwingungen beeinflussen also auch einen Verlauf des drehmomentbildenden Stroms iq, sodass auch der drehmomentbildende Strom als Ist-Größe infrage kommt. Analog dazu kommt auch der flussbildende Strom id als Ist-Größe infrage.
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5 zeigt einen Verlauf des durch die zweite Sensoreinrichtung 14 erfassten Fluiddrucks P. Vorliegend ist der Fluiddruck P eines Niederdruckabschnitts des Kompressors 2 dargestellt. Wie aus 2 ersichtlich ist, wird auch der Verlauf des Fluiddrucks P durch die Störwelle SW beeinflusst. Insofern kommt auch der Fluiddruck P als Ist-Größe infrage.
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Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass in dem Schritt S3 als Ist-Größe der drehmomentbildende Strom iq ermittelt und auf Störwellen überwacht wird. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird als Ist-Größe zumindest ein Ist-Phasenstrom, der flussbildende Strom id, der Fluiddruck P des Niederdruckabschnitts des Kompressors 2 oder der Fluiddruck eines Hochdruckabschnitts des Kompressors 2 ermittelt und auf Störwellen überwacht.
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In einem vierten Schritt S4 wird eine auf den ausgewählten Referenz-Drehwinkel φRef bezogene Störwellenkorrekturanweisung zur Kompensation der Störwelle SW ermittelt. Unter einer Störwellenkorrekturanweisung sind Daten zu verstehen, deren Berücksichtigung bei der Regelung der elektrischen Maschine 7 dazu führt, dass die Störwelle SW geglättet wird. Die Störwelle SW ist dann in dem Verlauf der Ist-Größe nicht mehr ersichtlich. Vorliegend ermittelt das Steuergerät 11 die Störwellenkorrekturanweisung in Abhängigkeit von einem Sensorsignal eines NVH-Sensors. Unter einem NVH-Sensor ist ein Sensor zu verstehen, der dazu ausgebildet ist, die vorstehend erwähnten Schwingungen zu erfassen. Beispielsweise handelt es sich bei dem NVH-Sensor um einen Beschleunigungssensor, einen Lasersensor oder einen akustischen Sensor. Der NVH-Sensor wird der elektrischen Maschine 7 lediglich zur Durchführung des in 2 dargestellten Verfahrens zugeordnet. Insofern handelt es sich bei dem NVH-Sensor um einen externen Sensor. Vorzugsweise verändert das Steuergerät 11 die Ansteuerung der elektrischen Maschine 7 derart, dass das Sensorsignal des NVH-Sensors verringert beziehungsweise minimiert wird. Die hierzu notwendige Veränderung der Ansteuerung ermittelt das Steuergerät 11 dann als Störwellenkorrekturanweisung. Weil durch die Störwellenkorrekturanweisung periodisch auftretende Effekte verringert werden sollen, ist auch die Störwellenkorrekturanweisung selbst periodisch. Die Phasenlage der periodischen Störwellenkorrekturanweisung wird dabei auf den ausgewählten Referenz-Drehwinkel φRef bezogen.
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In einem fünften Schritt S5 ermittelt das Steuergerät 11 ein Referenz-Merkmal der Störwelle SW bezogen auf den Referenz-Drehwinkel φRef. Unter einem Referenz-Merkmal ist ein Merkmal der Störwelle SW zu verstehen, das für den ausgewählten Referenz-Drehwinkel φRef charakteristisch ist. Der Referenz-Drehwinkel φRef weist bezogen auf das elektrische Drehwinkelintervall Δφ1 einen Drehwinkelwert von 0° auf. Auch das elektrische Drehwinkelintervall Δφ2 und das elektrische Drehwinkelintervall Δφ3 weisen jeweils einen Drehwinkel mit einem Drehwinkelwert von 0° auf, nämlich die Drehwinkel φ1 und φ2. Beispielsweise wird als Referenz-Merkmal eine Phasenlage der Störwelle SW bezogen auf den Referenz-Drehwinkel φRef ermittelt. Wie beispielsweise aus 3 ersichtlich ist, ist die Phasenlage der Störwelle SW bezogen auf den Referenz-Drehwinkel φRef eine andere als bezogen auf den Drehwinkel φ1 oder den Drehwinkel φ2. Insofern ist die Phasenlage zur eindeutigen Charakterisierung des Referenz-Drehwinkels φRef als Referenz-Merkmal geeignet.
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In einem sechsten Schritt S6 wird als Referenz-Drehwinkelwert der Drehwinkelwert des Referenz-Drehwinkels φRef bezogen auf das elektrische Drehwinkelintervall Δφ1 ermittelt. Dieser beträgt wie bereits erwähnt 0°.
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In einem siebten Schritt S7 werden die ermittelte Störwellenkorrekturanweisung, der ermittelte Referenz-Drehwinkelwert und das ermittelte Referenz-Merkmal einander zugeordnet und als Korrekturinformation in dem Datenspeicher 12 abgespeichert.
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Im Folgenden wird anhand der 6 ein vorteilhaftes Verfahren zur Regelung der elektrischen Maschine 7 näher erläutert. Auch das in 6 dargestellte Verfahren wird durch das Steuergerät 11 durchgeführt.
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In einem ersten Schritt V1 wird die elektrische Maschine 7 mittels einer feldorientierten Regelung auf Basis eines geschätzten elektrischen Drehwinkels betrieben. Der Schritt V1 entspricht also dem Schritt S1 des in 2 dargestellten Verfahrens.
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In einem zweiten Schritt V2 wird die gemäß dem in 2 dargestellten Verfahren ermittelte Korrekturinformation dem Steuergerät 11 bereitgestellt.
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In einem dritten Schritt V3 wird eine durch die Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen überwacht. Dabei kommen dieselben Ist-Größen infrage, die vorstehend mit Bezug auf den Verfahrensschritt S4 erwähnt wurden. Vorzugsweise wird als Ist-Größe die Ist-Größe ermittelt, die auch beim Ermitteln der Korrekturinformation in dem Schritt S4 berücksichtigt wurde.
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Bei Erfassen einer Störwelle wird in einem vierten Schritt V4 für jeden elektrischen Drehwinkel des Rotors, dessen Drehwinkelwert dem Referenz-Drehwinkelwert entspricht, jeweils ein auf den jeweiligen Drehwinkel bezogenes Ist-Merkmal der Störwelle ermittelt. Wie vorstehend erwähnt, entsprechen die elektrische Drehwinkelwert der Drehwinkel φRef, φ1 und φ2 dem in der Korrekturinformation enthaltenen Referenz-Drehwinkelwert. Entsprechend wird für diese drei Drehwinkel jeweils ein Ist-Merkmal der Störwelle ermittelt. Vorzugsweise wird ein Ist-Merkmal ermittelt, das wesensgleich mit dem in der Korrekturinformation enthaltenen Referenz-Merkmal ist. Wurde also in dem Schritt S5 als Referenz-Merkmal die Phasenlage der Störwelle ermittelt, so wird auch in dem Schritt V4 als Ist-Merkmal für jeden der Drehwinkel φRef, φ1 und φ2 die Phasenlage der Störwelle SW ermittelt.
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In einem fünften Schritt V5 werden die ermittelten Ist-Merkmale mit dem Referenz-Merkmal verglichen. Zudem wird das Ist-Merkmal ausgewählt, das die geringste Abweichung zu dem Referenz-Merkmal aufweist. Es wird dabei davon ausgegangen, dass es sich bei dem elektrischen Drehwinkel, für den dieses Ist-Merkmal ermittelt wurde, um den Referenz-Drehwinkel φRef handelt.
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In einem sechsten Schritt V6 wird die Phasenlage der in der Korrekturinformation enthaltenen Störwellenkorrekturanweisung festgelegt. Weil die Störwellenkorrekturanweisung auf den Referenz-Drehwinkel bezogen ist und in dem Schritt V5 der Referenz-Drehwinkel φRef anhand des Vergleichs der Ist-Merkmale mit dem Referenz-Merkmal identifiziert wurde, ist dies problemlos möglich. Nach Festlegung der Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung werden dann die Ansteuersignale für die elektrische Maschine 7 in Abhängigkeit von der Störwellenkorrekturanweisung mit der festgelegten Phasenlage ermittelt. Hierdurch wird die Störwelle SW kompensiert, sodass die Schwingungen im Betreib der elektrischen Maschine 7 verringert werden.
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Die elektrische Maschine 7 wird durch die ermittelten Ansteuersignale angesteuert, insbesondere geregelt. Die Ansteuerung der elektrischen Maschine 7 erfolgt mittels der Ansteuersignale. Vorzugsweise umfasst das Verfahren zur Regelung der elektrischen Maschine 7 das Ansteuern der elektrischen Maschine mittels den ermittelten Ansteuersignalen.
