DE102022110316A1

DE102022110316A1 - Steuereinrichtung, elektrische Maschine und Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Bestromung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102022110316A1
Application number: DE102022110316.1A
Authority: DE
Inventors: Erhard Hodrus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-04-28
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2023-11-02
Also published as: WO2023208271A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung (1) zur Steuerung und/oder Regelung der Bestromung einer elektrischen Maschine (2) mit einem Rotor (3), wobei die Steuereinrichtung (1) einen ersten Prozessor (4) und einen zweiten Prozessor (5) aufweist, wobei der erste Prozessor (4) ein Programm (6) zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine (2) ausführt und der zweite Prozessor (5) ein Programm (7) zur Verarbeitung eines Sensorsignals (8) ausführt, wobei dem zweiten Prozessor (5) ein eine Winkelstellung des Rotors (3) repräsentierendes Sensorsignal (8) zuführbar ist, welches mittels des Programms (7) zur Verarbeitung eines Sensorsignals (8) in ein die Winkelstellung des Rotors (3) repräsentierendes Messsignal (9) transformiert wird und der erste Prozessor (4) ein eine Winkelstellung des Rotors (3) repräsentierendes Signal (10) mittels des Programms (6) zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine (1) ermittelt, wobei das Messsignal (9) der Winkelstellung des Rotors (3) und das ermittelte Signal (10) der Winkelstellung des Rotors (3) einen Phasenversatz zueinander aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Bestromung einer elektrischen Maschine mit einem Rotor, wobei die Steuereinrichtung einen ersten Prozessor und einen zweiten Prozessor aufweist, wobei der erste Prozessor ein Programm zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine ausführt der zweite Prozessor ein Programm zur Verarbeitung eines Sensorsignals ausführt. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Bestromung einer elektrischen Maschine.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Bei Elektromotoren kommt es ferner sehr darauf an, wie die vom Magnetfeld durchströmten Teile zueinander positioniert sind. Dies betrifft sowohl die mechanische Struktur des Elektromotors, durch die die Teile gehalten und exakt positioniert werden, als auch die genaue Kenntnis über die Winkellage der sich drehenden Teile, denn die sich beim drehenden Motor ständig ändernde Lage der in dem drehenden Rotor integrierten Magnete (Winkelstellung) muss relativ zu dem in den Stator integrierten Magneten immer exakt bekannt sein, um den Elektromotor richtig ansteuern zu können. Die sich ändernde Winkelposition des Rotors muss zu jedem Zeitpunkt genau bekannt sein, um die Ausrichtung der Rotorkomponenten (z. B. der Rotormagnete, die meist als Permanentmagnete ausgeführt werden) relativ zu den Statorkomponenten (z. B. der Statormagnete, die meist als Elektromagnete ausgeführt werden) zu ermitteln und die Ansteuerung des Motors darauf abstimmen zu können.
Die Ansteuerung eines derartigen Elektromotors wird also durch die Aufprägung eines Drehfeldes in den Wicklungen des Motors erreicht. Abhängig vom Rotorlagewinkel muss hierbei das Drehfeld über eine Regelung nachgeführt werden. In der Regel wird die Lage des Rotors mittels eines Rotorlagesensors gemessen und der ermittelte Rotorlagewinkel an die Ansteuerung des Elektromotors übergeben.
Um Kosten und Bauraum zu sparen, sind bereits geberlose Regelungen bekannt geworden, welche auf einen physischen Rotorlagesensor verzichten. Es wird hierbei lediglich auf die für die feldorientierte Regelung ohnehin unverzichtbaren Stromsensoren zurückgegriffen. Eine derartige geberlose Regelung muss die geschätzten Winkelsignale für die Rotorlage mit einer sehr hohen Auffrischungsrate bereitstellen, damit die feldorientierte Regelung in jedem Berechnungsschritt auf den neuen Wert der geschätzten Rotorlage zugreifen kann. Die Taktfrequenz muss für eine Regelung eines Motors bei höheren Drehzahlen dementsprechend hoch sein, was zur Folge hat, dass die Zeit, die für die Durchführung des Programmcodes auf dem Steuergerät zur Verfügung steht, sehr kurz ist. Hieraus wiederum benötigt eine entsprechende Steuereinrichtung eine vergleichsweise hohe Rechenleitung, was zu entsprechend hohen Kosten führt.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung diese Nachteile aus dem Stand der Technik zu verringern oder vollständig zu vermeiden und eine entsprechend verbesserte Steuereinrichtung bereitzustellen. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte elektrische Maschine sowie ein verbessertes Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Bestromung einer elektrischen Maschine zu realisieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Bestromung einer elektrischen Maschine mit einem Rotor, wobei die Steuereinrichtung einen ersten Prozessor und einen zweiten Prozessor aufweist, wobei der erste Prozessor ein Programm zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine ausführt und der zweite Prozessor ein Programm zur Verarbeitung eines Sensorsignals ausführt, wobei dem zweiten Prozessor ein eine Winkelstellung des Rotors repräsentierendes Sensorsignal zuführbar ist, welches mittels des Programms zur Verarbeitung eines Sensorsignals in ein die Winkelstellung des Rotors repräsentierendes Messsignal transformiert wird und der erste Prozessor ein eine Winkelstellung des Rotors repräsentierendes Signal mittels des Programms zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine ermittelt, wobei das Messsignal der Winkelstellung des Rotors und das ermittelte Signal der Winkelstellung des Rotors einen Phasenversatz zueinander aufweisen, wobei das Messsignal der Winkelstellung des Rotors und/oder das ermittelte Signal der Winkelstellung des Rotors über ein erstes Laufzeitkompensationsmodul geführt werden/wird, wobei das erste Laufzeitkompensationsmodul ein kompensiertes Messsignal und/oder ein kompensiertes ermitteltes Signal bereitstellt, so dass das der Phasenversatz zwischen den Signalen nach dem Durchlaufen des ersten Laufzeitkompensationsmoduls reduziert oder vollständig aufgehoben ist, und das kompensierte Messsignal und/oder das kompensierte ermittelte Signal einem Programm zur feldorientierten Steuerung und/oder Regelung zur Bestromung der elektrischen Maschine zugeführt wird.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Phasenverschiebung aufgrund der Nutzung unterschiedlicher Prozessoren für die feldorientierte Regelung und die geberlose Regelung bei der Verwendung der Winkelsignale geeignet kompensiert werden.
Da das Programm für die geberlose Regelung im Vergleich zu anderen Funktionen vergleichsweise rechenzeitaufwändig ist, ist eine Integration dieses Programms auf dem gleichen Prozessor wie die feldorientierte Regelung oft nicht möglich. Das Programm für die geberlose Regelung wird deshalb auf einem anderen Prozessor als die feldorientierte Regelung implementiert. Die Phasenverschiebung aufgrund der Berechnung auf einem anderen Prozessor wird durch das Laufzeitkompensationsmodul entsprechend reduziert oder vollständig beseitigt.
Der zweite Prozessor ist eingerichtet, die elektrische Maschine feldorientiert zu regeln. Eine derartige Regelung wird auch als Vektorregelung bezeichnet. Die elektrische Maschine ist insbesondere als eine mehrphasige Drehstrommaschine ausgeführt.
Bei der feldorientierten Regelung wird die Winkelposition des Rotors für die Transformation in das d-q-System verwendet. Die Winkelposition aus dem Winkelsensor bzw. Rotorlagesensor ist durch Laufzeiteffekte der Signale verzögert. Um der feldorientierten Regelung eine möglichst gute Winkelinformation zur Verfügung zu stellen, wird in der Regel versucht die Winkelposition so zu manipulieren, dass die gemessene Winkelinformation mit der realen bestmöglich übereinstimmt. Dazu kann die Winkelinformation zeitlich korrigiert werden. Die zeitliche Korrektur wird dann mit der aktuellen Drehzahl in eine Winkelkorrektur umgerechnet.
Durch die Berechnung der Winkelinformation mit einem Programm, das auf einem anderen Prozessor abgearbeitet wird, kann es durch den Programmablauf ebenfalls zu Verzögerungen kommen. Diese unterscheiden sich in der Regel von den Verzögerungen, die ein Winkelsensor bzw. Rotorlagesensor verursachen würde und können daher einen anderen Wert für die Kompensation aufweisen als ein Korrekturfaktor der feldorientierten Regelung.
Für den reinen geberlosen Betrieb ist die Kompensation der Verzögerung bevorzugt so abgestimmt, dass die feldorientierte Regelung einen optimalen Betrieb des Elektromotors gewährleisten kann. In diesem Falle wird wie bei der klassischen feldorientierten Regelung mit Rotorlagesensor eine Kompensation verwendet, nur ist diese im Wert auf den Wert des Singalpfades über den zusätzlichen Prozessor definiert.
Die kompensierten Winkelsignale können auch miteinander verglichen werden, beispielsweise um eine Fehlfunktion beim Ermitteln des Signals oder beim Messen des Signals festzustellen. Beispielsweise kann eine Fehlermeldung erzeugt werden, wenn kein gemessenes Sensorsignal anliegt. Ferner kann auch eine zu große Abweichung der beiden Signale, beispielsweise nach Amplitude oder Phasenversatz zu einer entsprechenden Fehlermeldung führen.
Die geberlose Regelung kann in unterschiedlichen Varianten sequenziell oder auch parallel zum Sensorwert eingesetzt werden. Zum einen kann die geberlose Regelung bei höheren Drehzahlen aktiviert werden, um statt des Sensorwertes verwendet zu werden, um ggf. den Wirkungsgrad im höheren Drehzahlbereich zu verbessern. In diesem Falle sind Winkelinformationen aus dem Sensor vorhanden. Je nachdem welches Signal in der feldorientierten Regelung verwendet wird, kann bevorzugt der zur Kompensation verwendete Verzögerungswert berücksichtigt werden. Die Kompensation der Verzögerung der Signale der geberlosen Regelung ist bevorzugt so zu bestimmen, dass bei einer Umschaltung in einen geberlosen Betrieb es bevorzugt zu keinen sprungartigen Signalverläufen in den d-q-transformierten Größen der Clark-Park-Transformation kommt. Auch beim parallelen Einsatz als Rückfallebene, wenn der Sensorwert aus irgendwelchen Gründen nicht zur Verfügung steht, ist es zu bevorzugen, den Wechsel ohne sprungartige Signalverläufe durchzuführen.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen. Ein Hybridelektrokraftfahrzeug, auch als Hybrid Electric Vehicle (HEV) bezeichnet, ist ein Elektrofahrzeug, das von mindestens einem Elektromotor sowie einem weiteren Energiewandler angetrieben wird und Energie sowohl aus seinem elektrischen Speicher (Akku) als auch einem zusätzlich mitgeführten Kraftstoff bezieht.
Im Sinne dieser Anmeldung werden unter dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges alle Komponenten verstanden, die im Kraftfahrzeug die Leistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs generieren und über die Fahrzeugräder bis auf die Straße übertragen.
Eine elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt. Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine eines Achsantriebsstrangs als Radial- oder Axialflussmaschine ausgebildet sein. Um einen axial besonders kompakt bauende Achsantriebsstrang auszubilden, sind Axialflussmaschinen zu bevorzugen. Eine elektrische Maschine umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Eine elektrische Maschine kann trocken- oder nasslaufend ausgeführt sein.
Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Der Rotorlagesensor ist bevorzugt als ein absoluter oder relativer Rotorlagesensor für eine elektrische Maschine ausgeführt. Der Rotorlagesensor stellt bevorzugt ein die Rotorlage repräsentierendes Sensorsignal zur Verfügung. Höchst bevorzugt wird das Sensorsignal an eine Steuereinrichtung zur Steuerung der elektrischen Maschine geleitet.
Eine elektrische Maschine kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen. Eine Steuereinrichtung, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, dient insbesondere der elektronischen Steuerung und/oder Reglung eines oder mehrerer technischer Systeme der elektrischen Maschine.
Eine Steuereinrichtung weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Steuereinrichtung ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen.
Innerhalb der Steuereinrichtung können Steuerungsoperationen und/oder Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinrichtung eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung wenigstens zwei elektronischen Prozessoren zur Ausführung von in jeweils einer Software definierten Programmabläufen. Die beiden Prozessoren können als Rechnerkerne auch baulich in einem Prozessor integriert sein, wobei die entsprechenden Rechnerkerne dann jeweils einen Prozessor im Sinne der Erfindung darstellen.
Die Steuereinrichtung kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Steuereinrichtung übermittelten Signalen enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinrichtung einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.
Eine Steuereinrichtung kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über im Kraftfahrzeug vorhandene Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.
Ganz besonders bevorzugt besitzt die Steuereinrichtung wenigstens einen Prozessor und wenigstens einen Speicher, der insbesondere einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinrichtung zur Ausführung des Computerprogrammcodes zu veranlassen.
Die Steuereinrichtung kann besonders bevorzugt eine Leistungselektronik zur Bestromung des Stators oder Rotors umfassen. Eine Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an die elektrische Maschine steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik bzw. ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wobei das Messsignal der Winkelstellung des Rotors über das erste Laufzeitkompensationsmodul geführt wird, dass das kompensierte Messsignal bereitstellt, und das ermittelte Signal der Winkelstellung des Rotors über ein zweites Laufzeitkompensationsmodul geführt wird, dass das kompensierte ermitteltes Signal bereitstellt, so dass das der Phasenversatz zwischen dem kompensierten Messsignal und dem kompensierten ermittelten Signal reduziert oder vollständig aufgehoben ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die beiden Laufzeitkompensationsmodule separat zueinander abstimmbar sind. Ferner wäre es durch die Verwendung zweier Laufzeitkompensationsmodule grundsätzlich auch denkbar, diese entsprechend redundant auszuführen.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Dauer der Laufzeitverzögerung des erstes Laufzeitkompensationsmoduls über einen ersten Verzögerungszeitwert, der in einem nichtflüchtigen Speicher der Steuereinrichtung abgelegt ist, eingestellt ist und/oder die Dauer der Laufzeitverzögerung des zweiten Laufzeitkompensationsmoduls über einen zweiten Verzögerungszeitwert, der in einem nichtflüchtigen Speicher der Steuereinrichtung abgelegt ist, eingestellt ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Verzögerungszeitwerte initial in einen nichtflüchtigen Speicher geschrieben werden und dort auch grundsätzlich für spätere Anpassungen oder ein „fine-tuning“ angepasst und überschrieben werden können.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, beim Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine die elektrische Maschine über den ersten Prozessor mittels des Programms zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine zu steuern und/oder zu regeln. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass die elektrische Maschine hierdurch insbesondere bei höheren Drehzahlen mittels einer genaueren und stabileren geberlosen Steuerung/ Regelung betreibbar ist. So kann drehzahlorientiert die Art der Steuerung/Regelung angepasst und optimiert werden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es daher auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, beim Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine die elektrische Maschine über den zweiten Prozessor mittels des Programms zur feldorientierten Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine zu steuern und/oder zu regeln.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, beim Nichtvorliegen des Messsignals der Winkelstellung des Rotors die elektrische Maschine über den ersten Prozessor mittels des Programms zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine zu steuern und/oder zu regeln, was die Stabilität der Regelung bzw. die Ausfallsicherheit der Regelung deutlich verbessert.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der erste Prozessor und der zweite Prozessor voneinander verschieden sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Prozessoren auf die jeweiligen Erfordernisse der auf ihnen ausgeführten Programme abgestimmt sind. Daher kann es auch vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der erste Prozessor zur Ausführung des Programms zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine eine höhere Taktfrequenz aufweist als der zweite Prozessor zur Ausführung des Programms zur Verarbeitung des Sensorsignals.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einer Steuereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1-8. Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die elektrische Maschine einen Rotorlagesensor zur Bereitstellung eines eine Winkelstellung des Rotors repräsentierenden Sensorsignals aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Bestromung einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einer Steuereinrichtung mit einem ersten Prozessor und einem zweiten Prozessor, wobei der erste Prozessor ein Programm zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine ausführt und der zweite Prozessor ein Programm Verarbeitung eines Sensorsignals ausführt, wobei dem zweiten Prozessor ein eine Winkelstellung des Rotors repräsentierendes Sensorsignal zuführbar ist, welches mittels des Programms zur Verarbeitung des Sensorsignals in ein die Winkelstellung des Rotors repräsentierendes Messsignal transformiert wird und der erste Prozessor ein eine Winkelstellung des Rotors repräsentierendes Signal mittels des Programms zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine ermittelt, wobei das Messsignal der Winkelstellung des Rotors und das ermittelte Signal der Winkelstellung des Rotors einen Phasenversatz zueinander aufweisen, wobei das Messsignal der Winkelstellung des Rotors und/oder das ermittelte Signal der Winkelstellung des Rotors über ein erstes Laufzeitkompensationsmodul geführt werden/wird, wobei das erste Laufzeitkompensationsmodul ein kompensiertes Messsignal und/oder ein kompensiertes ermitteltes Signal bereitstellt, so dass das der Phasenversatz zwischen den Signalen nach dem Durchlaufen des ersten Laufzeitkompensationsmoduls reduziert oder vollständig aufgehoben ist, und das kompensierte Messsignal und/oder das kompensierte ermittelte Signal einem Programm zur feldorientierten Steuerung und/oder Regelung zur Bestromung der elektrischen Maschine zugeführt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder Computer-Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode, der geeignet ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
4 eine vierte Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
5 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Blockschaltdarstellung.

Die 1-5 zeigen eine Steuereinrichtung 1 zur Steuerung und/oder Regelung der Bestromung einer elektrischen Maschine 2 mit einem Rotor 3, wobei die Steuereinrichtung 1 einen ersten Prozessor 4 und mindestens einen zweiten Prozessor 5 aufweist. Der erste Prozessor 4 führt ein Programm 6 zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine 2 aus und der zweite Prozessor 5 ein Programm 7 zur Verarbeitung der Signale des Rotorlagesensors 18. Die feldorientierte Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine 2 kann in einem nicht dargestellten Prozessor z.B. zusammen mit dem Laufzeitkompensationsmodul 11 stattfinden.
Dem zweiten Prozessor 5 wird ein eine Winkelstellung des Rotors 3 repräsentierendes Sensorsignal 8 zugeführt, welches mittels des Programms 7 zur Verarbeitung des Signals des Rotorlagesensors 18 in ein die Winkelstellung des Rotors 3 repräsentierendes Messsignal 9 transformiert wird. Die elektrische Maschine 2 besitzt hierzu einen Rotorlagesensor 18 zur Bereitstellung des eine Winkelstellung des Rotors 3 repräsentierenden Sensorsignals 8.
Der erste Prozessor 4 ermittelt ein eine Winkelstellung des Rotors 3 repräsentierendes Signal 10 mittels des Programms 6 zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine 2.
Das Messsignal 9 der Winkelstellung des Rotors 3 und das ermittelte Signal 10 der Winkelstellung des Rotors 3 weisen einen Phasenversatz zueinander auf. Anders ausgedrückt: die Signale sind zeitlich zueinander versetzt und nicht synchronisiert.
Daher werden das Messsignal 9 der Winkelstellung des Rotors 3 und das ermittelte Signal 10 der Winkelstellung des Rotors 3 über ein erstes Laufzeitkompensationsmodul 11 geführt, wobei das erste Laufzeitkompensationsmodul 11 ein kompensiertes Messsignal 12 und ein kompensiertes ermitteltes Signal 13 bereitstellt, so dass das der Phasenversatz zwischen den Signalen 12,13 nach dem Durchlaufen des ersten Laufzeitkompensationsmoduls 11 reduziert oder vollständig aufgehoben ist. Das kompensierte Messsignal 12 oder das kompensierte ermittelte Signal 13 werden dann nachfolgend einem Programm zur feldorientierten Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine 2 zugeführt.
In der Ausführungsform der 1 ist das erste Laufzeitkompensationsmodul 11 nicht innerhalb der Prozessoren 4,5 realisiert, sondern außerhalb, beispielsweise durch eine geeignete Hardwarebauteil oder einen weiteren Prozessor, der mittels einer Software die entsprechende Laufzeitkompensationen vornimmt.
In der 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der das Messsignal 9 der Winkelstellung des Rotors 3 über das erste Laufzeitkompensationsmodul 11 geführt wird, dass das kompensierte Messsignal 12 bereitstellt, und das ermittelte Signal 10 der Winkelstellung des Rotors 3 über ein zweites Laufzeitkompensationsmodul 14 geführt wird, dass das kompensierte ermitteltes Signal 13 bereitstellt, so dass das der Phasenversatz zwischen dem kompensierten Messsignal 12 und dem kompensierten ermittelten Signal 13 reduziert oder vollständig aufgehoben ist.
Anders als in der Ausführungsform die aus der 1 bekannt ist, sind die Laufzeitkompensationsmodule 11,14 hier innerhalb der Prozessoren 4,5 realisiert, insbesondere als Software.
Der 2 ist auch gut entnehmbar, dass die Dauer der Laufzeitverzögerung des erstes Laufzeitkompensationsmoduls 11 über einen ersten Verzögerungszeitwert 15, der in einem nichtflüchtigen Speicher 16 der Steuereinrichtung 1 abgelegt ist, eingestellt ist und die Dauer der Laufzeitverzögerung des zweiten Laufzeitkompensationsmoduls 14 über einen zweiten Verzögerungszeitwert 17, der in einem nichtflüchtigen Speicher 16 der Steuereinrichtung 1 abgelegt ist, eingestellt ist.
3 zeigte eine Ausführung, bei der innerhalb des ersten Prozessors 4 ein erstes Laufzeitkompensationsmodul 11 vorhanden ist, welches das kompensierte ermittelte Signal 13 bereitstellt. Dieses ist so ausgeführt, dass der Phasenversatz zwischen dem „unkompensierten“ Messsignal 9 und dem kompensierten ermittelten Signal 13 reduziert bzw. vollständig beseitigt wird.
In der 4 ist der „spiegelverkehrte“ Fall zu der 3 abgebildet, bei dem innerhalb des zweiten Prozessors 5 ein erstes Laufzeitkompensationsmodul 11 vorhanden ist, welches das kompensierte Messsignal 12 bereitstellt. Dieses ist so ausgeführt, dass der Phasenversatz zwischen dem „unkompensierten“ ermittelten Signal 10 und dem kompensierten ermittelten Messsignal 12 reduziert bzw. vollständig beseitigt wird.
5 zeigt eine Abwandlung der aus der 2 bekannten Ausführung, wobei in der Ausgestaltung der Ausführung in 5 die Kompensationsmodule 11,14 nicht in bzw. durch den Prozessoren 4,5 ausgebildet sind, sondern außerhalb.
Die Steuereinrichtung 1, wie sie in den 1-5 gezeigt ist, ist eingerichtet, beim Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl des Rotors 3 der elektrischen Maschine 2 die elektrische Maschine 2 über den ersten Prozessor 4 mittels des Programms 6 zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine 2 zu steuern und/oder zu regeln. Diese Steuereinrichtung 1 ist ferner eingerichtet, beim Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahl des Rotors 3 der elektrischen Maschine 2 die elektrische Maschine 2 über den zweiten Prozessor 5 mittels des Programms 7 zur feldorientierten Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine 2 zu steuern und/oder zu regeln.
Ferner ist die Steuereinrichtung 1 so konfiguriert, dass beim Nichtvorliegen des Messsignals 9 der Winkelstellung des Rotors 3 die elektrische Maschine 2 über den ersten Prozessor 4 mittels des Programms 6 zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine 2 gesteuert/geregelt wird.
In den 1-5 sind der erste Prozessor 4 und der zweite Prozessor 5 voneinander verschieden. Dabei weist der erste Prozessor 4 zur Ausführung des Programms 6 zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine 2 eine höhere Taktfrequenz auf als der zweite Prozessor 5 zur Ausführung des Programms 7 zur Verarbeitung des Sensorsignals 8.
Die Laufzeitkompensationsmodule 11,14 können als Hardwarebauteil, als Software oder beides ausgebildet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Steuereinrichtung
2: elektrische Maschine
3: Rotor
4: Prozessor
5: Prozessor
6: Programm
7: Programm
8: Sensorsignal
9: Messsignal
10: Signal
11: Laufzeitkompensationsmodul
12: Messsignal
13: Signal
14: Laufzeitkompensationsmodul
15: Verzögerungszeitwert
16: Speicher
17: Verzögerungszeitwert
18: Rotorlagesensor

Claims

Steuereinrichtung (1) zur Steuerung und/oder Regelung der Bestromung einer elektrischen Maschine (2) mit einem Rotor (3), wobei die Steuereinrichtung (1) einen ersten Prozessor (4) und einen zweiten Prozessor (5) aufweist, wobei der erste Prozessor (4) ein Programm (6) zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine (2) ausführt und der zweite Prozessor (5) ein Programm (7) zur Verarbeitung eines Sensorsignals (8) ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Prozessor (5) ein eine Winkelstellung des Rotors (3) repräsentierendes Sensorsignal (8) zuführbar ist, welches mittels des Programms (7) zur Verarbeitung eines Sensorsignals (8) in ein die Winkelstellung des Rotors (3) repräsentierendes Messsignal (9) transformiert wird und der erste Prozessor (4) ein eine Winkelstellung des Rotors (3) repräsentierendes Signal (10) mittels des Programms (6) zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine (2) ermittelt, wobei das Messsignal (9) der Winkelstellung des Rotors (3) und das ermittelte Signal (10) der Winkelstellung des Rotors (3) einen Phasenversatz zueinander aufweisen, wobei das Messsignal (9) der Winkelstellung des Rotors (3) und/oder das ermittelte Signal (10) der Winkelstellung des Rotors (3) über ein erstes Laufzeitkompensationsmodul (11) geführt werden/wird, wobei das erste Laufzeitkompensationsmodul (11) ein kompensiertes Messsignal (12) und/oder ein kompensiertes ermitteltes Signal (13) bereitstellt, so dass das der Phasenversatz zwischen den Signalen (9,10,12,13) nach dem Durchlaufen des ersten Laufzeitkompensationsmoduls (11) reduziert oder vollständig aufgehoben ist, und das kompensierte Messsignal (12) und/oder das kompensierte ermittelte Signal (13) einem Programm zur feldorientierten Steuerung und/oder Regelung zur Bestromung der elektrischen Maschine (2) zugeführt wird.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wobei das Messsignal (9) der Winkelstellung des Rotors (3) über das erste Laufzeitkompensationsmodul (11) geführt wird, dass das kompensierte Messsignal (12) bereitstellt, und das ermittelte Signal (10) der Winkelstellung des Rotors (3) über ein zweites Laufzeitkompensationsmodul (14) geführt wird, dass das kompensierte ermitteltes Signal (13) bereitstellt, so dass das der Phasenversatz zwischen dem kompensierten Messsignal (12) und dem kompensierten ermittelten Signal (13) reduziert oder vollständig aufgehoben ist.
Steuereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Laufzeitverzögerung des erstes Laufzeitkompensationsmoduls (11) über einen ersten Verzögerungszeitwert (15), der in einem nichtflüchtigen Speicher (16) der Steuereinrichtung (1) abgelegt ist, eingestellt ist und/oder die Dauer der Laufzeitverzögerung des zweiten Laufzeitkompensationsmoduls (14) über einen zweiten Verzögerungszeitwert (17), der in einem nichtflüchtigen Speicher (16) der Steuereinrichtung (1) abgelegt ist, eingestellt ist.
Steuereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) eingerichtet ist, beim Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl des Rotors (3) der elektrischen Maschine (2) die elektrische Maschine (2) über den ersten Prozessor (4) mittels des Programms (6) zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine (2) zu steuern und/oder zu regeln.
Steuereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) eingerichtet ist, beim Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahl des Rotors (3) der elektrischen Maschine (2) die elektrische Maschine (2) über den zweiten Prozessor (5) mittels des Programms zur feldorientierten Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine (2 zu steuern und/oder zu regeln.
Steuereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) eingerichtet ist, beim Nichtvorliegen des Messsignals (9) der Winkelstellung des Rotors (3) die elektrische Maschine (2) über den ersten Prozessor (4) mittels des Programms (6) zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine (2) zu steuern und/oder zu regeln.
Steuereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Prozessor (4) und der zweite Prozessor (5) voneinander verschieden sind.
Steuereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Prozessor (4) zur Ausführung des Programms (6) zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine (2) eine höhere Taktfrequenz aufweist als der zweite Prozessor (5) zur Ausführung des Programms (7) zur Verarbeitung des Sensorsignals (8).
Elektrische Maschine (2) mit einem Rotor (3) und einer Steuereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1-8, wobei die elektrische Maschine (2) einen Rotorlagesensor (18) zur Bereitstellung eines eine Winkelstellung des Rotors (3) repräsentierenden Sensorsignals (8) aufweist.
Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Bestromung einer elektrischen Maschine (2) mit einem Rotor (3) und einer Steuereinrichtung (1) mit einem ersten Prozessor (4) und einem zweiten Prozessor (5), wobei der erste Prozessor (4) ein Programm (6) zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine (2) ausführt und der zweite Prozessor (5) ein Programm (7) Verarbeitung eines Sensorsignals (8) ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Prozessor (5) ein eine Winkelstellung des Rotors (3) repräsentierendes Sensorsignal (8) zuführbar ist, welches mittels des Programms (7) zur Verarbeitung des Sensorsignals (8) in ein die Winkelstellung des Rotors (3) repräsentierendes Messsignal (9) transformiert wird und der erste Prozessor (4) ein eine Winkelstellung des Rotors (3) repräsentierendes Signal (10) mittels des Programms (6) zur geberlosen Steuerung und/oder Regelung der Bestromung der elektrischen Maschine (2) ermittelt, wobei das Messsignal (9) der Winkelstellung des Rotors (3) und das ermittelte Signal (10) der Winkelstellung des Rotors (3) einen Phasenversatz zueinander aufweisen, wobei das Messsignal (9) der Winkelstellung des Rotors (3) und/oder das ermittelte Signal (10) der Winkelstellung des Rotors (3) über ein erstes Laufzeitkompensationsmodul (11) geführt werden/wird, wobei das erste Laufzeitkompensationsmodul (11) ein kompensiertes Messsignal (12) und/oder ein kompensiertes ermitteltes Signal (13) bereitstellt, so dass das der Phasenversatz zwischen den Signalen (9,10,12,13) nach dem Durchlaufen des ersten Laufzeitkompensationsmoduls (11) reduziert oder vollständig aufgehoben ist, und das kompensierte Messsignal (12) und/oder das kompensierte ermittelte Signal (13) einem Programm zur feldorientierten Steuerung und/oder Regelung zur Bestromung der elektrischen Maschine (2) zugeführt wird.