DE102022203212A1 - Method for operating an electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine (2), aufweisend einen bürstenlosen Elektromotor (4), welcher mittels einer feldorientierten Regelung in einem d-q-Koordinatensystem geregelt wird, wobei die Orientierung für eine d-Achse des d-q-Koordinatensystems bestimmt wird, wobei in die bestimmte d-Achse ein Gleichstromsignal eingeprägt wird, welches einen Induktivitätsunterschied zwischen den Motorinduktivitäten erhöht, wobei anhand des vergrößerten Induktivitätsunterschieds eine Abweichung oder eine Abweichungsrichtung zwischen der bestimmten d-Achse und der tatsächlichen d-Achse bestimmt wird, und wobei die Orientierung der bestimmten d-Achse anhand der Abweichung oder Abweichungsrichtung eingestellt und/oder geregelt wird.The invention relates to a method for operating an electrical machine (2), having a brushless electric motor (4), which is controlled by means of field-oriented control in a d-q coordinate system, with the orientation for a d-axis of the d-q coordinate system being determined, with a direct current signal being impressed on the specific d-axis, which increases an inductance difference between the motor inductances, with the increased inductance difference being used to determine a deviation or a deviation direction between the specific d-axis and the actual d-axis is determined, and wherein the orientation of the determined d-axis is adjusted and/or regulated based on the deviation or direction of deviation.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine, aufweisend einen bürstenlosen Elektromotor, welcher mittels einer feldorientierten Regelung in einem d-q-Koordinatensystem geregelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine und eine Software auf einem Datenträger.The invention relates to a method for operating an electrical machine, having a brushless electric motor, which is controlled using field-oriented control in a d-q coordinate system. The invention also relates to an electrical machine and software on a data carrier.
Elektromotorisch an- oder betriebene Verstellsysteme als Kraftfahrzeugkomponenten, wie beispielsweise Fensterheber, Sitzverstellungen, Tür- und Schiebedachantriebe oder Kühlerlüfterantriebe sowie Pumpen und Innenraumgebläse weisen typischerweise einen elektrischen Antrieb mit einem gesteuerten Elektromotor auf. Für solche elektromotorische Antriebe werden zunehmend häufig sogenannte bürstenlose Elektromotoren (bürstenloser Gleichstrommotor, BLDC-Motor) eingesetzt, bei denen die verschleißanfälligen Bürstenelemente eines starren (mechanischen) Kommutators durch eine elektronische Kommutierung des Motorstroms ersetzt sind.Adjustment systems powered or operated by electric motors as motor vehicle components, such as window lifters, seat adjusters, door and sunroof drives or radiator fan drives, as well as pumps and interior fans, typically have an electric drive with a controlled electric motor. So-called brushless electric motors (brushless DC motors, BLDC motors) are increasingly being used for such electromotive drives, in which the wear-prone brush elements of a rigid (mechanical) commutator are replaced by electronic commutation of the motor current.
Elektromotorische Antriebe für Kraftfahrzeuge werden in der Regel von einer (Hochvolt-)Batterie als fahrzeuginternem Energiespeicher gespeist, aus welchem der Elektromotor mit elektrischer Energie in Form eines Gleichstroms (Gleichspannung) versorgt wird. Zur Wandlung des Gleichstroms in den Motorstrom ist geeigneterweise ein Stromrichter (Wechselrichter, Inverter) zwischen dem Energiespeicher und dem Elektromotor verschaltet. Der Stromrichter weist eine Brückenschaltung auf, welche über einen elektrischen Zwischenkreis mit der Gleichstrom oder Gleichspannung des Energiespeichers versorgt wird. Der Motorstrom wird durch eine pulsweitenmodulierte (PWM) Ansteuerung oder Regelung von Halbleiterschaltern der Brückenschaltung als ein mehrphasiger Ausgangsstrom erzeugt. Durch die Pulse der PWM-Signale werden die Halbleiter-schalter getaktet zwischen einem leitenden und einem sperrenden Zustand um-geschaltet.Electromotive drives for motor vehicles are usually fed by a (high-voltage) battery as an on-board energy store, from which the electric motor is supplied with electrical energy in the form of a direct current (direct current). In order to convert the direct current into the motor current, a power converter (inverter) is suitably connected between the energy store and the electric motor. The power converter has a bridge circuit, which is supplied with the direct current or direct voltage of the energy store via an electrical intermediate circuit. The motor current is generated as a multi-phase output current by a pulse width modulated (PWM) control or regulation of semiconductor switches of the bridge circuit. The pulses of the PWM signals switch the semiconductor switches between a conducting and a blocking state in a clocked manner.
Die Brückenschaltung speist im Betrieb in die Statorspulen des Elektromotors den elektrischen Motorstrom (Drehstrom) ein, welcher in der Folge ein bezüglich des Stators rotierendes magnetisches Drehfeld erzeugt. Der Rotor des Elektromotors weist hierbei geeigneterweise eine Anzahl von Permanentmagneten auf, wobei durch die Wechselwirkung der Permanentmagnete mit dem Drehfeld ein resultierendes Drehmoment erzeugt wird, welches den Rotor in Rotation versetzt.During operation, the bridge circuit feeds the electric motor current (three-phase current) into the stator coils of the electric motor, which subsequently generates a rotating magnetic field with respect to the stator. In this case, the rotor of the electric motor suitably has a number of permanent magnets, the interaction of the permanent magnets with the rotary field producing a resulting torque which causes the rotor to rotate.
Die Phasen des von der Brückenschaltung erzeugten Drehstroms und des zu-gehörigen Drehfeldes werden als (Motor-)Phasen bezeichnet. Im übertragenen Sinne werden hierunter auch die jeweils einer solchen Phase zugeordneten Statorspulen (Phasenwicklung) mit den zugehörigen Verbindungsleitungen (Phasenende) verstanden. Die Phasen sind hierbei beispielsweise in einem Sternpunkt einer Sternschaltung miteinander verschaltet.The phases of the three-phase current generated by the bridge circuit and the associated rotating field are referred to as (motor) phases. In a figurative sense, this also includes the stator coils (phase winding) assigned to such a phase with the associated connecting lines (phase end). In this case, the phases are connected to one another, for example, in a star point of a star connection.
Für einen effizienten Betrieb ist es notwendig, dass die Phasen zum richtigen Zeitpunkt mit Strom versorgt werden. Hierzu ist eine genaue Bestimmung der relativen Position von Rotor und Stator für eine Motorsteuerung/-regelung notwendig.For efficient operation, it is necessary that the phases are supplied with power at the right time. This requires an exact determination of the relative position of the rotor and stator for motor control/regulation.
Die Rotorposition für die Positionsbestimmung wird beispielsweise mittels zusätzlicher Drehsensoren, wie zum Beispiel einem Hallsensor, ermittelt. Derartige Drehsensoren oder Geber sind jedoch kostenintensiv, weshalb eine Positionsbestimmung bevorzugterweise sensorlos erfolgen sollte.The rotor position for determining the position is determined, for example, by means of additional rotary sensors, such as a Hall sensor. However, such rotation sensors or encoders are expensive, which is why a position determination should preferably be carried out without sensors.
Die sensorlose Positionsbestimmung beruht beispielsweise auf der Erfassung von induzierten Strom- und/oder Spannungssignalen aufgrund der gegenelektromotorischen Kraft (Gegen-EMK, back-EMF), welche die rotierenden Permanentmagnete in den Phasenwicklungen induziert. Die induzierten Gegen-EMK-Signale sind proportional zu der Rotordrehzahl, wodurch nachteiligerweise bei niedrigen Drehzahlen oder beim Stillstand des Elektromotors nur wenige oder keine Informationen zur Positionsbestimmung für die Motorsteuerung bereitstehen. Insbesondere wird das Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei niedrigen Drehzahlen reduziert. Eine derartige Einschränkung besteht auch für flussbasierte sensorlose Messverfahren. Dadurch ist in der Regel eine Positionsbestimmung oder Positionserkennung unterhalb einer Schwelldrehzahl häufig nicht möglich, wodurch ein sicherer und zuverlässiger Betrieb des Elektromotors, insbesondere während eines Anfahrens aus dem Stillstand oder während eines Betriebs mit niedriger Drehzahl, nachteilig erschwert ist.The sensorless position determination is based, for example, on the detection of induced current and/or voltage signals due to the counter-electromotive force (counter-EMF, back-EMF), which induces the rotating permanent magnets in the phase windings. The induced back EMF signals are proportional to the rotor speed, which disadvantageously provides little or no information for position determination for the motor control at low speeds or when the electric motor is stationary. In particular, the signal-to-noise ratio is reduced at low speeds. Such a limitation also exists for flow-based sensorless measurement methods. As a result, it is often not possible to determine or recognize a position below a threshold speed, which disadvantageously impedes safe and reliable operation of the electric motor, particularly when starting from a standstill or during operation at a low speed.
Zum Erreichen und/oder Überschreiten der Schwelldrehzahl ist es beispielsweise möglich, den Antrieb beziehungsweise den Rotor ohne Kenntnisse der genauen Rotorposition auszurichten und anschließend in einem Schrittbetrieb mittels einer Beschleunigungsrampe zu beschleunigen. Zum Ausrichten wird in der Regel ein Spannungsvektor eingesetzt, welcher den Rotor in eine vorgegebene Lage (Startposition) rotiert. Hierzu wird beispielsweise eine Phase mit einem Bezugspotential, wie beispielsweise einem Ground, verbunden, und die übrigen Phasen werden mit einem pulsweitenmodulierten Regelsignal versorgt. Das dadurch erzeugte Magnetfeld richtet in der Folge den Rotor aus, sodass der Rotor in eine definierte Startposition überführt wird.In order to reach and/or exceed the threshold speed, it is possible, for example, to align the drive or the rotor without knowing the exact rotor position and then to accelerate it in step mode using an acceleration ramp. A voltage vector is usually used for alignment, which rotates the rotor to a specified position (starting position). For this purpose, for example, one phase is connected to a reference potential, such as a ground, and the other phases are supplied with a pulse width modulated control signal. The magnetic field generated in this way then aligns the rotor so that the rotor is transferred to a defined starting position.
Nachteiligerweise benötigt dieses Verfahren vergleichsweise hohe Motor- oder Phasenströme. Des Weiteren wird der Elektromotor beziehungsweise der Rotor vergleichsweise langsam beschleunigt, so dass eine lange Start- oder Anlaufzeit gegeben ist. Weiterhin besteht das Risiko von Oszillationen und dem Verlust des synchronen Feldes. Durch die Oszillationen und hohen Motorströme verschlechtert sich nachteiligerweise auch die Akustik eines solchen betriebenen Antriebs.The disadvantage of this method is that it requires comparatively high motor or phase currents. Furthermore, the electric motor or the rotor is accelerated comparatively slowly, so that there is a long starting or run-up time. There is also the risk of oscillations and loss of the synchronous field. As a result of the oscillations and high motor currents, the acoustics of a drive operated in this way also deteriorate disadvantageously.
Eine weitere Möglichkeit zur Positionserkennung ist die Auswertung von anisotropen Eigenschaften des Antriebs, wie beispielsweise einer rotorpositionsabhängigen Induktivität der Phasenwicklungen. Vorteilhafterweise funktioniert dieses Verfahren zur Positionserkennung auch bei niedrigen Drehzahlen und bei einem Stillstand des Rotors. Beispielsweise ist aus der Doktorarbeit „Sensorless Control of IPM Synchronous Motors for Entire Speed Range Including Start-Up“ von Ing. Roman Filka (17.03. 2008) eine Positionserkennung mit Hilfe eines hochfrequenten Signals bekannt. Hierbei wird entlang einer vermuteten d-Achse beispielsweise eine Sinusspannung mit z. B. 500 Hz aufgeprägt, und in der q-Achse die Reaktion des Antriebs beziehungsweise des Elektromotors gemessen. Gleichanteile werden hierbei jedoch nicht berücksichtigt. Je nach Abweichung zwischen vermuteter und tatsächlicher Rotorlage verändert sich die Systemantwort des Elektromotors, wobei die vermutete Rotorlage dadurch der tatsächlichen Rotorlage angepasst werden kann.Another possibility for position detection is the evaluation of anisotropic properties of the drive, such as a rotor position-dependent inductance of the phase windings. Advantageously, this method for position detection also works at low speeds and when the rotor is at a standstill. For example, position detection using a high-frequency signal is known from the doctoral thesis “Sensorless Control of IPM Synchronous Motors for Entire Speed Range Including Start-Up” by Ing. Roman Filka (March 17, 2008). Here, along a suspected d-axis, for example, a sinusoidal voltage with z. B. 500 Hz is impressed, and the reaction of the drive or the electric motor is measured in the q-axis. However, equal shares are not taken into account here. The system response of the electric motor changes depending on the deviation between the presumed and actual rotor position, with the presumed rotor position being able to be adapted to the actual rotor position as a result.
Nachteiligerweise ist dieses Verfahren lediglich in Antrieben einsetzbar, welche entsprechende Eigenschaften, wie beispielsweise eine ausreichend hohe Abhängigkeit der Induktivität von der Rotorposition, aufweisen. Zudem ist es so, dass eine Positionsermittlung aufgrund der Induktivität allein nicht eindeutig ist und somit ein Risiko für einen Positionierungsfehler von 180° besteht.Disadvantageously, this method can only be used in drives that have appropriate properties, such as a sufficiently high dependence of the inductance on the rotor position. In addition, it is the case that a position determination based on the inductance alone is not unambiguous and there is therefore a risk of a positioning error of 180°.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine anzugeben. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, mittels welchem der Unterschied zwischen den Induktivitäten erhöht wird, so dass eine besonders zuverlässige Positionserkennung gewährleistet ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektrischen Maschine sowie eine besonders geeignete Software anzugeben.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable method for operating an electrical machine. In particular, a method is to be specified by means of which the difference between the inductances is increased, so that a particularly reliable position detection is ensured. The invention is also based on the object of specifying a particularly suitable electrical machine and particularly suitable software.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie hinsichtlich der Software mit den Merkmalen des Anspruchs 6 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.With regard to the method, the object is achieved with the features of
Sofern nachfolgend Verfahrensschritte beschrieben werden, ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen für die elektrische Maschine insbesondere dadurch, dass diese ausgebildet ist, einen oder mehrere dieser Verfahrensschritte auszuführen. Insofar as method steps are described below, advantageous configurations for the electrical machine result in particular from the fact that it is designed to carry out one or more of these method steps.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betrieb einer elektrischen Maschine vorgesehen sowie dafür geeignet und ausgestaltet.The method according to the invention is provided for the operation of an electrical machine and is suitable and designed for this.
Die elektrische Maschine weist hierbei einen elektromotorischen Antrieb in Form eines bürstenlosen Elektromotors auf, welcher beispielsweise als ein Synchronmotor ausgeführt ist. Der Elektromotor weist hierbei einen Stator mit einer mehrphasigen Drehfeldwicklung und einen darin rotierbar gelagerten Rotor mit Permanentmagneten auf. Die Phasen oder Phasenwicklungen der Drehfeldwicklung sind beispielsweise als Spulen oder Spulenpaare um Statorzähne des Stators gewickelt.In this case, the electric machine has an electric motor drive in the form of a brushless electric motor, which is designed, for example, as a synchronous motor. In this case, the electric motor has a stator with a multi-phase rotary field winding and a rotor with permanent magnets mounted rotatably therein. The phases or phase windings of the rotary field winding are wound around stator teeth of the stator, for example as coils or coil pairs.
Der Elektromotor wird mittels einer feldorientierten Regelung in einem rotorfesten d-q-Koordinatensystem geregelt. Dies bedeutet, dass die mehrphasigen, beispielsweise dreiphasigen, Betriebszustandsgrößen des Elektromotors beziehungsweise Stators (Phasenströme, Phasenspannungen) mittels einer d-q- oder Park-Transformation in ein zweiachsiges Koordinatensystem überführt und dort geregelt werden. Die Steuer- oder Stellgröße der Regelung wird hierbei entsprechend rücktransformiert und beispielsweise für eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Elektromotors verwendet.The electric motor is controlled using field-oriented control in a rotor-fixed d-q coordinate system. This means that the multi-phase, for example three-phase, operating state variables of the electric motor or stator (phase currents, phase voltages) are converted into a two-axis coordinate system by means of a d-q or Park transformation and are regulated there. The control or manipulated variable of the regulation is correspondingly back-transformed and used, for example, for a pulse width modulated control of the electric motor.
Der Elektromotor ist beispielsweise sensorlos ausgeführt, es ist also kein Positionssensor zur Erfassung einer Rotorposition oder Rotorlage vorgesehen. Dies bedeutet, dass die Positionserkennung oder Positionsbestimmung für die feldorientierte Regelung sensorlos erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei insbesondere für den Betrieb bei niedrigen Drehzahlen oder beim Anfahren aus dem Stillstand vorgesehen, bei welchen keine ausreichende Gegen-EMK zur Verfügung steht. Die Drehzahl während des Verfahrens ist also kleiner als oder gleich einer Mindestgeschwindigkeit, beispielsweise kleiner oder gleich 300 Umdrehungen pro Minute (300 RPM).The electric motor is designed without sensors, for example, so there is no position sensor for detecting a rotor position or position. This means that the position detection or position determination for the field-oriented control takes place without sensors. The method according to the invention is intended here in particular for operation at low speeds or when starting from a standstill, in which case there is insufficient counter-EMF available. The rotational speed during the process is therefore less than or equal to a minimum speed, for example less than or equal to 300 revolutions per minute (300 RPM).
Das Verfahren basiert auf der Detektion von Unterschieden zwischen den Induktivitäten Ld und Lq, also den im d-q-Koordinatensystem wirksamen Motorinduktivitäten. Die Induktivitäten Ld und Lq sind hierbei unterschiedlich groß, mit anderen Worten sind die Induktivitäten positionsabhängig, also abhängig von der relativen Lage oder der Ausrichtung des Rotors zum Stator. Die Induktivität Ld entspricht hierbei der Induktivität die entlang der d-Richtung wirkt. Die Induktivität Lq entspricht entsprechend der entlang der q-Richtung wirkenden Induktivität.The method is based on the detection of differences between the inductances Ld and Lq, i.e. the motor inductances effective in the dq coordinate system. In this case, the inductances Ld and Lq are of different magnitudes, in other words the inductances are position-dependent, ie dependent on the relative position or alignment direction of the rotor to the stator. In this case, the inductance Ld corresponds to the inductance acting along the d-direction. The inductance Lq corresponds to the inductance acting along the q-direction.
Zu Beginn des Verfahrens ist die Rotorposition oder Rotorlage im Wesentlichen unbekannt. Verfahrensgemäß wird daher die Orientierung für der d-Achse oder der d-Richtung des d-q-Koordinatensystems zunächst bestimmt, insbesondere geschätzt. Mit anderen Worten wird die Orientierung oder Ausrichtung des rotorfesten d-q-Koordinatensystems geschätzt. Unter „Schätzung“ oder „schätzen“ ist hier und im Folgenden eine genäherte Bestimmung der Achsenorientierung beispielsweise durch vorcharakterisierte Messungen, hinterlegten Tabellen oder Kennlinien, oder mittels statistisch-mathematischer Methoden, zu verstehen. Der initiale Wert für die d-Achse oder d-Richtung kann beispielsweise auch in Form eines (festen) Werts hinterlegt sein. Der initiale Wert kann daher im Wesentlichen unabhängig von der Rotorposition vorgegeben sein, so dass der anfängliche Fehler bis zu ± 180° betragen kann. Alternativ kann die Orientierung der d-Achse anhand einer Schätzung oder Bestimmung der Rotorposition abgeleitet werden, indem beispielsweise ein initiales Positionsverfahren (zum Beispiel Testpulse mit hohen Stromwerten) oder eine Rotorausrichtung mit Hilfe eines Spannungsvektors durchgeführt wird.At the beginning of the method, the rotor position or orientation is essentially unknown. According to the method, the orientation for the d-axis or the d-direction of the d-q coordinate system is first determined, in particular estimated. In other words, the orientation or orientation of the rotor-fixed d-q coordinate system is estimated. Here and in the following, "estimate" or "estimate" means an approximate determination of the axis orientation, for example by means of pre-characterized measurements, stored tables or characteristic curves, or by means of statistical-mathematical methods. The initial value for the d-axis or d-direction can, for example, also be stored in the form of a (fixed) value. The initial value can therefore be specified essentially independently of the rotor position, so that the initial error can be up to ±180°. Alternatively, the orientation of the d-axis can be derived from an estimate or determination of the rotor position, for example by performing an initial position procedure (e.g. test pulses with high current values) or rotor alignment using a voltage vector.
Erfindungsgemäß wird in die geschätzte oder bestimmte d-Achse ein vorzugsweise nicht-drehmomentbildendes erstes Gleichstromsignal eingeprägt. Das erste Gleichstromsignal ist vorzugsweise positiv (Id >0) und über den MTPA (Most Torque per Amper) des Elektromotors hinaus dimensioniert. Das Gleichstromsignal in der d-Achse kann aufgrund der Reluktanz auch drehmomentbildend sein, wobei dies vorzugsweise durch eine Steuerung und/oder Regelung ausgeglichen wird. Im Nachfolgenden wird unter dem ersten Gleichstromsignal daher insbesondere ein nicht-drehmomentbildender Gleichstrom verstanden. Durch die Einbringung des, vorzugsweise nicht drehmomentbildenden, (Gleich-)Stromes wird der Elektromotor in eine (Teil-)Sättigung gebracht. Diese Sättigung hat eine Verringerung der Induktivität in dieser Richtung zur Folge, es wird also die Ld-Induktivität reduziert. According to the invention, a preferably non-torque-forming first direct current signal is impressed on the estimated or determined d-axis. The first direct current signal is preferably positive (Id>0) and dimensioned beyond the MTPA (Most Torque per Amper) of the electric motor. Due to the reluctance, the direct current signal in the d-axis can also generate torque, with this preferably being compensated for by a control and/or regulation. In the following, the first direct current signal is therefore understood to mean in particular a non-torque-forming direct current. By introducing the (direct) current, which preferably does not generate torque, the electric motor is brought into (partial) saturation. This saturation results in a reduction in inductance in this direction, so the Ld inductance is reduced.
Dadurch wird der Induktivitätsunterschied zwischen den Induktivitäten Ld und Lq erhöht. Darauf aufbauend ist eine betriebssichere und zuverlässige Positionserkennung realisierbar.This increases the inductance difference between the inductances Ld and Lq. Based on this, an operationally safe and reliable position detection can be implemented.
Dieser erfindungsgemäß vergrößerte Induktivitätsunterschied wird verfahrensgemäß für eine verbesserte sensorlose Positionserkennung der Rotorposition genutzt. Hierzu wird beispielsweise ein Wechselstrom oder eine Wechselspannung, also ein Signal mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Signalfrequenz, beispielsweise 500 Hz (Hertz), zusätzlich zum ersten Gleichstromsignal entlang der geschätzten d-Richtung eingespeist. Das Wechselsignal und das erste Gleichstromsignal werden also entlang der geschätzten d-Richtung erzeugt. Die resultierende Antwort des Elektromotors wird beispielsweise entlang der (geschätzten oder bestimmten) q-Achse des d-q-Koordinatensystems erfasst. Es wird also beispielsweise die Reaktion des Elektromotors entlang der q-Richtung für die in d-Richtung wirkenden Gleichstrom- und Wechselsignale überwacht. Als Antwort oder Reaktion ergibt sich hierbei insbesondere ein veränderter Strom entlang der q-Achse, welcher beispielsweise mittels eines Strommessers zur Erfassung der Phasenströme (beispielsweise ein Shunt-Widerstand), überwachbar ist. Anhand der Antwort oder Reaktion wird beispielsweise eine Abweichung oder Abweichungsrichtung zwischen der geschätzten d-Achse und der tatsächlichen d-Achse bestimmt, wobei die Orientierung der geschätzten d-Achse anhand der Abweichung oder Abweichtungsrichtung eingestellt und/oder geregelt wird. Dadurch ist ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine realisiert. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäße Erhöhung des Induktivitätsunterschieds eine Aussagekraft von gewöhnlichen/klassischen Positionserkennungsverfahren erhöht oder macht deren Einsatz erst möglich. Durch das Verfahren ist somit die Orientierung des d-q-Koordinatensystems, und somit indirekt die Rotorposition, insbesondere ein Positionsoffset und eine Drehrichtung/-geschwindigkeit des Rotors, bestimmbar.According to the method, this increased inductance difference according to the invention is used for improved sensorless position detection of the rotor position. For this purpose, for example, an alternating current or an alternating voltage, ie a signal with a predefined or definable signal frequency, for example 500 Hz (Hertz), is fed in in addition to the first direct current signal along the estimated d-direction. The alternating signal and the first direct current signal are thus generated along the estimated d-direction. For example, the resulting electric motor response is captured along the (estimated or determined) q-axis of the d-q coordinate system. For example, the reaction of the electric motor along the q-direction is monitored for the direct current and alternating signals acting in the d-direction. In this case, the answer or reaction is in particular a changed current along the q-axis, which can be monitored, for example, by means of an ammeter for detecting the phase currents (for example a shunt resistor). For example, a deviation or direction of deviation between the estimated d-axis and the actual d-axis is determined on the basis of the response or reaction, the orientation of the estimated d-axis being set and/or regulated using the deviation or direction of deviation. A particularly suitable method for operating an electrical machine is thereby implemented. In particular, the increase in the inductance difference according to the invention increases the validity of conventional/classic position detection methods or makes their use possible in the first place. The method can thus be used to determine the orientation of the d-q coordinate system and thus indirectly the rotor position, in particular a position offset and a direction/speed of rotation of the rotor.
Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.The conjunction “and/or” is to be understood here and in the following in such a way that the features linked by means of this conjunction can be designed both together and as alternatives to one another.
Durch den zusätzlichen Gleichstrom und die dadurch realisierte Sättigung des Elektromotors ist eine besonders genaue Positionserkennung ermöglicht. Gleichzeitig verhindert ein großer Strom in der geschätzten d-Richtung, dass der Antrieb unerwünscht stark beschleunigt. Dadurch werden kritische Positionsschätzfehler vorteilhaft und einfach vermieden. Das Verfahren verbessert oder ermöglicht somit die sensorlose Positionsbestimmung auf Basis der Induktivität. Das Verfahren reduziert somit weiterhin unbeabsichtigte Beschleunigungen. Beschleunigt der Antrieb beispielsweise schneller als die Positionserkennung schätzt, so hat dies zur Folge, dass der zusätzlich aufgebrachte (erste) Gleichstrom nicht wie vermutet in d-Richtung aufgebracht wird, sondern in tatsächlicher negativer q-Richtung. Dies hat eine Reduzierung der Beschleunigung zur Folge und stabilisiert somit den Antrieb beziehungsweise Motorbetrieb.The additional direct current and the resulting saturation of the electric motor enables a particularly precise position detection. At the same time, a large current in the estimated d-direction prevents the drive from accelerating to an undesired extent. As a result, critical position estimation errors are avoided in an advantageous and simple manner. The method thus improves or enables sensorless position determination on the basis of inductance. The method thus further reduces unintended accelerations. For example, if the drive accelerates faster than the position detection estimates, the result is that the additionally applied (first) direct current is not applied in the d-direction as assumed, but in the actual negative q-direction. This has a reduction in acceleration tion and thus stabilizes the drive or engine operation.
In einer vorteilhaften Ausführung wird ein feldverstärkendes oder feldschwächendes erstes Gleichstromsignal eingeprägt. Mit anderen Worten wirkt das erste Gelichstromsignal feldverstärkend oder feldschwächend.In an advantageous embodiment, a field-amplifying or field-weakening first direct current signal is impressed. In other words, the first direct current signal has a field-enhancing or field-weakening effect.
Für ein feldverstärkendes Gleichstromsignal in d-Richtung wird ein positiver Gleichstrom in der geschätzten d-Richtung (Id > 0) aufgebracht. Das durch die Permanentmagneten aufgebrachte Feld wird in der Folge durch den Statorstrom in d- Richtung verstärkt. Durch den Sättigungseffekt verringert sich die d-Induktivität und ermöglicht beziehungsweise verbessert die Positionserkennung.For a field-enhancing DC signal in the d-direction, a positive DC current is applied in the estimated d-direction (Id > 0). The field applied by the permanent magnets is subsequently amplified by the stator current in the d-direction. The saturation effect reduces the d-inductance and enables or improves position detection.
In manchen Elektromotoren ist die Lq-Induktivität kleiner als die Ld-Induktivität. In diesem Falle kann es vorteilhaft sein die Induktivität in d-Richtung zu erhöhen. Hierzu wird ein negativer Gleichstrom in geschätzter d- Richtung (Id < 0) aufgebracht. Das durch die Permanentmagneten des Rotors erzeugte Feld wird durch den Strom in d-Richtung geschwächt. Durch den verringerten Sättigungseffekt erhöht sich die Ld-Induktivität und ermöglicht oder verbessert die Positionserkennung.In some electric motors, the Lq inductance is smaller than the Ld inductance. In this case it can be advantageous to increase the inductance in the d-direction. For this purpose, a negative direct current is applied in the estimated d direction (Id < 0). The field generated by the permanent magnets of the rotor is weakened by the current in the d-direction. The reduced saturation effect increases the Ld inductance and enables or improves position detection.
In einer geeigneten Weiterbildung wird in Abhängigkeit einer Betriebssituation des Elektromotors ein feldverstärkender oder feldschwächender erster Gleichstrom eingeprägt. Insbesondere wird in Abhängigkeit der Betriebssituation alternierend ein feldstärkender und feldschwächender erster Gleichstrom eingeprägt. Je nach Betriebssituation kann es vorteilhaft sein das magnetische Feld in d-Richtung zu schwächen oder zu stärken. Die Betriebssituation wird hierbei insbesondere mittels der Antwort oder Reaktion des Elektromotors überwacht, also beispielsweise anhand des resultierenden q-Stroms. So kann es beispielsweise sein, dass bei betragsmäßig kleinen q-Strömen, Ld < Lq ist. Hier ist es sinnvoll das Feld in d- Richtung zu verstärken. Bei hohen betragsmäßigen q-Strömen kann es dann vorkommen, dass aufgrund von Sättigung die Induktivität in q-Richtung sinkt und sogar kleiner als Ld werden kann. In diesem Fall kann ein Wechsel zum feldschwächenden Betrieb vorteilhaft sein.In a suitable development, a field-enhancing or field-weakening first direct current is impressed depending on an operating situation of the electric motor. In particular, depending on the operating situation, a field-strengthening and field-weakening first direct current is impressed in alternation. Depending on the operating situation, it can be advantageous to weaken or strengthen the magnetic field in the d-direction. In this case, the operating situation is monitored in particular by means of the response or reaction of the electric motor, ie for example by means of the resulting q current. It can be the case, for example, that in the case of q currents of small magnitude, Ld < Lq. Here it makes sense to strengthen the field in the d-direction. With high absolute q-currents, it can then happen that the inductance in the q-direction falls due to saturation and can even be smaller than Ld. In this case, switching to field-weakening operation can be beneficial.
Optional kann hier der zusätzliche drehmomentbildende Anteil ausgeglichen werden. Dies ist insbesondere im Moment des Wechsels von feldverstärkend auf feldschwächend und umgekehrt vorteilhaft.Optionally, the additional torque-generating component can be compensated here. This is particularly advantageous at the moment of changing from field-enhancing to field-weakening and vice versa.
In einer möglichen Ausgestaltung wird ein zweiter Gleichstrom entlang der q-Achse eingeprägt. Der zweite Gleichstrom wirkt hierbei insbesondere feldschwächend in q-Richtung. Um ein ungewolltes Drehmoment aufgrund der Reluktanz zu vermeiden, kann zusätzlich zu dem (ersten) d-Gleichstrom ein zusätzlicher (zweiter) q-Gleichstrom aufgebracht werden. Der zweite Gleichstrom wird hierbei vorzugsweise so gewählt, dass er das (Dreh-)Moment aufgrund der Reluktanz ausgleicht. Dieser q-Strom hat auch einen Einfluss auf die Induktivität. Vorzugsweise weist der zweite Gleichstrom jedoch eine kleine Amplitude gegenüber dem ersten Gleichstrom auf. Insbesondere ist der zweite Gleichstrom derart dimensioniert, dass der Einfluss auf die Induktivität gegenüber dem ersten Gleichstrom in Kauf genommen werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein zweiter Gleichstrom entlang der d-Achse zur Kompensation des Drehmoments des ersten Gleichstroms eingeprägt werden.In one possible configuration, a second direct current is impressed along the q-axis. In this case, the second direct current has a particularly field-weakening effect in the q-direction. In order to avoid unwanted torque due to reluctance, an additional (second) q-direct current can be applied in addition to the (first) d-direct current. In this case, the second direct current is preferably selected in such a way that it compensates for the (rotational) moment due to the reluctance. This q-current also has an influence on the inductance. However, the second direct current preferably has a small amplitude compared to the first direct current. In particular, the second direct current is dimensioned in such a way that the influence on the inductance compared to the first direct current can be accepted. Alternatively or additionally, a second direct current can be impressed along the d-axis to compensate for the torque of the first direct current.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die elektrische Maschine übertragbar und umgekehrt.The electric machine according to the invention is provided for a motor vehicle and is suitable and set up for it. The advantages and configurations given with regard to the method can also be transferred to the electrical machine and vice versa.
Die elektrische Maschine weist einen bürstenlosen Elektromotor mit einem drehbaren Rotor und einem mit einer mehrphasigen Drehfeldwicklung versehenen Stator auf. Der zum Betrieb des Elektromotors vorgesehene Motorstrom wird beispielsweise mittels eines Umrichters (Wechselrichters) erzeugt. Der Umrichter ist hierbei Teil einer Motorelektronik. Der Umrichter ist mit einem Controller (das heißt einer Steuereinheit) gekoppelt, welcher vorzugsweise ebenfalls Teil der Motorelektronik ist.The electrical machine has a brushless electric motor with a rotatable rotor and a stator provided with a multi-phase rotary field winding. The motor current provided for operating the electric motor is generated, for example, by means of a converter (inverter). The converter is part of the motor electronics. The converter is coupled to a controller (that is, a control unit), which is preferably also part of the motor electronics.
Der Controller weist hierbei eine Regeleinheit zur insbesondere feldorientierten Regelung des Motorbetriebs beziehungsweise des Motorstroms, auf, welche mit dem Controller gekoppelt, oder in diesen integriert ist. Die Regeleinheit erzeugt im Betrieb eine Steuergröße für den Elektromotor.In this case, the controller has a control unit for, in particular, field-oriented control of the motor operation or the motor current, which is coupled to the controller or is integrated into it. During operation, the control unit generates a control variable for the electric motor.
Der Controller ist hierbei allgemein - programm- und/oder schaltungstechnisch - zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Der Controller ist somit konkret dazu eingerichtet, die Orientierung einer d-Achse beziehungsweise eines d-q-Koordinatensystems zu schätzen und ein Wechselsignal und ein nicht-drehmomentbildendes erstes Gleichstromsignal in die geschätzte d-Achse einzuprägen. Der Controller ist weiterhin dazu eingerichtet eine resultierende Antwort des Elektromotors entlang einer q-Achse zu erfassen, anhand der Antwort eine Abweichung zwischen der geschätzten d-Achse und der tatsächlichen d-Achse zu bestimmen, und die Orientierung der geschätzten d-Achse anhand der Abweichung einzustellen und/oder zu regeln.In this case, the controller is generally set up—in terms of program and/or circuitry—to carry out the method according to the invention described above. The controller is thus specifically set up to estimate the orientation of a d-axis or a d-q coordinate system and to impress an alternating signal and a non-torque-forming first direct current signal on the estimated d-axis. The controller is further configured to detect a resulting response of the electric motor along a q-axis, determine a deviation between the estimated d-axis and the actual d-axis based on the response, and the orientation of the estimated d-axis based on the deviation set and/or regulate.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Controller zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, so dass das Verfahren - gegebenenfalls in Interaktion mit einem Maschinennutzer - bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch durchgeführt wird. Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, wie zum Beispiel einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), gebildet sein, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.In a preferred embodiment, the controller is formed, at least in its core, by a microcontroller with a processor and a data memory, in which the functionality for carrying out the method according to the invention is implemented programmatically in the form of operating software (firmware), so that the method - optionally in interaction with a machine user - is carried out automatically when the operating software is executed in the microcontroller. Alternatively, within the scope of the invention, the controller can also be formed by a non-programmable electronic component, such as an application-specific integrated circuit (ASIC), in which the functionality for carrying out the method according to the invention is implemented with circuitry means.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Software auf einem Medium oder Datenträger zur Durchführung oder Ausführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vor. Dies bedeutet, dass die Software auf einem Datenträger hinterlegt ist, und zur Ausführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vorgesehen, sowie dafür geeignet und ausgestaltet ist, wenn die Software auf einem Computer oder einem Rechner abläuft. Dadurch ist eine besonders geeignete Software für den Betrieb einer elektrischen Maschine realisiert, mit welcher die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens programmtechnisch implementiert wird. Die Software ist somit insbesondere eine Betriebssoftware (Firmware), wobei der Datenträger beispielsweise ein Datenspeicher des Controllers ist, und wobei der Computer insbesondere ein Prozessor des Controllers ist. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren und/oder der elektrischen Maschine sinngemäß auch für die Software und umgekehrt.An additional or further aspect of the invention provides software on a medium or data carrier for carrying out or executing the method described above. This means that the software is stored on a data medium and is provided for executing the method described above, and is suitable and designed for this when the software runs on a computer or a calculator. As a result, particularly suitable software for the operation of an electrical machine is implemented, with which the functionality for carrying out the method according to the invention is implemented in terms of programming. The software is thus in particular operating software (firmware), with the data carrier being, for example, a data memory of the controller, and with the computer being in particular a processor of the controller. The explanations in connection with the method and/or the electrical machine also apply to the software and vice versa.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischen und vereinfachten Darstellungen:
-
1 eine elektrische Maschine mit einer Stromquelle und mit einem Elektromotor sowie mit einem dazwischen verschalteten Stromrichter, -
2 drei Phasenwicklungen eines dreiphasigen Elektromotors der Maschine in Sternschaltung, -
3 ein Brückenmodul einer Brückenschaltung des Stromrichters zur An-steuerung einer Phasenwicklung des Elektromotors, -
4 ein Ersatzschaltbild für die Stromquelle, und -
5 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betrieb der elektrischen Maschine.
-
1 an electrical machine with a power source and with an electric motor and with a power converter connected in between, -
2 three phase windings of a three-phase machine electric motor in star connection, -
3 a bridge module of a bridge circuit of the power converter for controlling a phase winding of the electric motor, -
4 an equivalent circuit for the current source, and -
5 a flowchart for a method for operating the electric machine.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference symbols in all figures.
Nachfolgend ist die Erfindung beispielhaft anhand einer dreiphasigen Sternschaltung erläutert. Die Erfindung ist jedoch ohne Beschränkung der Allgemeinheit sinngemäß auch auf mehrphasige Systeme und/oder Dreiecksschaltungen übertragbar.The invention is explained below using a three-phase star connection as an example. However, the invention can also be transferred to multi-phase systems and/or delta circuits without restricting the generality.
Die
Der Zwischenkreis 12 ist im Wesentlichen durch eine Hinleitung 12a und eine Rückleitung 12b gebildet, mittels welchen der Stromrichter 6 an die Batterie 10 angeschlossen ist. Die Leitungen 12a und 12b sind zumindest teilweise in den Stromrichter 6 geführt, in welchen zwischen diesen ein Zwischenkreiskondensator 14 sowie eine Brückenschaltung 16 verschaltet sind.The
Im Betrieb der elektrischen Maschine 2 wird ein der Brückenschaltung 16 zugeführter Eingangsstrom IE (
In der
In der Darstellung der
Die Ansteuerung der Sternschaltung 18 erfolgt mittels der Brückenschaltung 16. Die Brückenschaltung 16 ist mit den Brückenmodulen 20 insbesondere als eine B6-Schaltung ausgeführt. In dieser Ausgestaltungsform wird im Betrieb an jede der Phasenwicklungen U, V, W in hoher Schaltfrequenz getaktet zwischen einem hohen (Gleich-)Spannungsniveau der Zuleitung 12a und einem niedrigen Spannungsniveau der Rückleitung 12b umgeschaltet. Das hohe Spannungsniveau ist hierbei insbesondere eine Zwischenkreisspannung UZK des Zwischenkreises 12, wobei das niedrige Spannungsniveau vorzugsweise ein Ground- oder Erdpotential UG ist. Diese getaktete Ansteuerung ist als eine - in
Die Brückenmodule 20 umfassen jeweils zwei Halbleiterschalter 44 und 46, welche in der
In der
Die
Abhängig von den Schaltzuständen der (Leistungs-)Halbleiterschalter 44, 46 fließt der Phasenstrom lu, Iv, Iw über den Shuntwiderstand 60. Der Spannungsabfall über dem Shuntwiderstand 60 wird verstärkt und ausgewertet. Mit Messungen und dem Kenntnisstand der Schaltzustände der Halbleiterschalter 44, 46 werden die Phasenströme lu, Iv, Iw von dem Controller 42 rekonstruiert. Es können auch andere Messmethoden zur Ermittlung der Motorströme verwendet werden (z. B. direkte Phasenstrommessung). Zusammen mit den gemessenen und/oder berechneten Phasenspannungen Uu, Uv, Uw stehen dem Controller 42 die Phasenspannungen Uu, Uv, Uw und die Phasenströme lu, Iv, Iw zur Verfügung.Depending on the switching states of the (power) semiconductor switches 44, 46, the phase current Iu, Iv, Iw flows through the
Der Controller 42 ist zur feldorientierten Regelung des Elektromotors 4 vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Der Controller 42 weist hierbei eine nicht näher dargestellte Regeleinheit auf.The
Nachfolgend ist anhand der
Der Elektromotor 4 ist sensorlos ausgeführt, es ist also kein Positionssensor zur Erfassung einer Rotorposition oder Rotorlage vorgesehen. Dies bedeutet, dass die Positionserkennung oder Positionsbestimmung für die feldorientierte Regelung sensorlos erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei für den Betrieb bei niedrigen Drehzahlen oder beim Anfahren aus dem Stillstand vorgesehen, bei welchen keine ausreichende Spannung 40 durch die Gegen-EMK zur Verfügung steht.The
Im Zuge der feldorientierten Regelung wird der Elektromotor 4 in einem rotorfesten d-q-Koordinatensystem geregelt. Dies bedeutet, dass die dreiphasigen Betriebszustandsgrößen des Elektromotors 4 beziehungsweise Stators, insbesondere die Phasenströme IU, IV, IW und/oder die Phasenspannungen Uu, Uv, Uw mittels einer d-q- oder Park-Transformation in ein zweiachsiges Koordinatensystem überführt und dort geregelt werden. Die Steuer- oder Stellgröße der Regelung wird hierbei entsprechend rücktransformiert und beispielsweise für die pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Brückenschaltung 16 verwendet.In the course of the field-oriented regulation, the
Das Verfahren wird mit einem Verfahrensstart 62 gestartet, beispielsweise wenn der Elektromotor 4 aus dem Stillstand angefahren wird. Zu Beginn des Verfahrens ist die Rotorposition oder Rotorlage im Wesentlichen unbekannt. The method is started with a
Verfahrensgemäß wird daher in einem ersten Verfahrensschritt 64 die Orientierung für die d-Achse oder die d-Richtung des d-q-Koordinatensystems bestimmt. Im Verfahrensschritt 64 wird die Orientierung der d-Achse hierbei zunächst geschätzt.According to the method, the orientation for the d-axis or the d-direction of the d-q coordinate system is therefore determined in a
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 66 wird in die geschätzte d-Achse sowohl ein Wechselsignal als auch ein nicht-drehmomentbildender erstes Gleichstromsignal eingeprägt. Das Wechselsignal ist beispielsweise ein Wechselstrom oder eine Wechselspannung, also ein Signal mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Signalfrequenz, beispielsweise 500 Hz (Hertz). Das Wechselsignal und das erste Gleichstromsignal werden also entlang der geschätzten d-Richtung erzeugt. Hierzu werden das Wechselsignal und das erste Gleichstromsignal beispielsweise auf die Stellgröße für den Id-Strom addiert, bevor die Rücktransformation in das Dreiphasensystem zur Ansteuerung der Brückenschaltung 16 erfolgt. Alternativ können das Wechselsignal und das erste Gleichstromsignal beispielsweise auch auf die Führungsgröße oder den Sollwert des Id-Stroms addiert werden.In a
Durch die Einbringung eines zusätzlichen, vorzugsweise nicht drehmomentbildenden, (Gleich-)Stromes wird der Elektromotor in eine (Teil-)Sättigung gebracht. Diese Sättigung hat eine Verringerung der Induktivität in dieser Richtung zur
Folge, es wird also die Ld-Induktivität des Elektromotors 4 reduziert. Dadurch wird der Induktivitätsunterschied zwischen den Induktivitäten Ld und Lq erhöht. Dieser vergrößerte Induktivitätsunterschied wird anschließend für eine sensorlose Positionserkennung der Rotorposition genutzt.The introduction of an additional, preferably non-torque-generating, (direct) current brings the electric motor into (partial) saturation. This saturation results in a reduction in inductance in that direction
As a result, the Ld inductance of the
Hierzu wird in einem Verfahrensschritt 68 die resultierende Antwort des Elektromotors 4 entlang der (geschätzten) q-Achse des d-q-Koordinatensystems erfasst. Als Antwort oder Reaktion ergibt sich hierbei insbesondere ein veränderter Strom entlang der q-Achse. Zur Erfassung des q-Stroms werden die mittels des Shunt-Widerstands 60 erfassten Phasenströme lu, Iv, Iw ins d-q-Koordinatensystem gewandelt, und die Änderung der Amplitude des Iq-Stroms überwacht.For this purpose, in a
Anhand der Antwort oder Reaktion wird in einem Verfahrensschritt 70 eine Abweichung zwischen der geschätzten d-Achse und der tatsächlichen d-Achse bestimmt. In einem Verfahrensschritt 72 wird diese Abweichung zur Korrektur der Orientierung der geschätzten d-Achse verwendet. Dies erfolgt beispielsweise im Rahmen einer Regelung. Die Orientierung der d-Achse ist hierbei die Regelgröße, wobei die Abweichung die Regeldifferenz darstellt. In dem Verfahrensschritt 66 wird die Orientierung der d-Achse anhand der Abweichung neu bestimmt oder neu geschätzt, so dass eine iterative oder sukzessive Annäherung an die tatsächliche Orientierung des d-q-Koordinatensystems, und somit eine Positionserkennung der Rotorlage, realisiert ist. Das Verfahren wird beispielsweise beendet, wenn eine hinreichend hohe Motordrehzahl mit einer ausreichenden Gegen-EMK erreicht wird.A deviation between the estimated d-axis and the actual d-axis is determined in a
Das im Verfahrensschritt 66 eingebrachte Gleichstromsignal in d-Richtung wirkt beispielsweise feldverstärkend oder feldschwächend. Insbesondere wird in Abhängigkeit einer Betriebssituation des Elektromotors 4 ein feldverstärkender oder feldschwächender Gleichstrom eingeprägt. Optional kann hier der zusätzliche drehmomentbildende Anteil ausgeglichen werden. Dies ist insbesondere im Moment des Wechsels von feldverstärkend auf feldschwächend und umgekehrt vorteilhaft.The direct current signal introduced in
In einer möglichen Ausführungsform wird in dem Verfahrensschritt 66 ein zweiter Gleichstrom entlang der q-Achse eingeprägt. Der zweite Gleichstrom wirkt hierbei insbesondere feldschwächend in q-Richtung. Dadurch wird ein ungewolltes Drehmoment aufgrund der Reluktanz vermieden.In a possible embodiment, in
Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.The claimed invention is not limited to the embodiments described above. Rather, other variants of the invention can also be derived from this by the person skilled in the art within the scope of the disclosed claims without departing from the subject matter of the claimed invention. In particular, all of the individual features described in connection with the various exemplary embodiments can also be combined in other ways within the scope of the disclosed claims, without departing from the subject matter of the claimed invention.
BezugszeichenlisteReference List
- 22
- elektrische Maschineelectric machine
- 44
- Elektromotorelectric motor
- 66
- Stromrichter/WechselrichterPower converters/inverters
- 88th
- Stromquellepower source
- 1010
- Energiespeicherenergy storage
- 1212
- Zwischenkreisintermediate circuit
- 12a12a
- Hinleitungdirection
- 12b12b
- Rückleitungreturn line
- 1414
- Zwischenkreiskondensatorintermediate circuit capacitor
- 1616
- Brückenschaltungbridge circuit
- 1818
- Sternschaltungstar connection
- 2020
- Brückenmodulbridge module
- 22,24,2622,24,26
- Phasenendephase end
- 2828
- Sternpunktstar point
- 3030
- Induktivitätinductance
- 3232
- WiderstandResistance
- 34, 36, 3834, 36, 38
- Spannungsabfallvoltage drop
- 4040
- SpannungTension
- 4242
- Controllercontrollers
- 44, 4644, 46
- Halbleiterschaltersemiconductor switch
- 48, 5048, 50
- Potentialanschlusspotential connection
- 52, 5452, 54
- Steuerspannungseingangcontrol voltage input
- 5656
- WiderstandResistance
- 5858
- Induktivitätinductance
- 6060
- Shuntwiderstandshunt resistance
- 7272
- Verfahrensbeginnstart of proceedings
- 64, 66, 68, 70, 7264, 66, 68, 70, 72
- Verfahrensschritt process step
- U, V, WAND MANY MORE
- Phase/Phasenwicklungphase/phase winding
- IU, IV, IWIU, IV, IW
- Phasenstrom/Ausgangsstromphase current/output current
- IEie
- Eingangsstrominput current
- UZKUCC
- Zwischenkreisspannungintermediate circuit voltage
- UGUG
- Erdpotentialearth potential
- IBatIBat
- Batteriestrombattery power
- UBatUBat
- Batteriespannungbattery voltage
Claims (6)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022200398 | 2022-01-14 | ||
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---|---|
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ID=86990489
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Country | Link |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112011100395T5 (en) | 2010-03-26 | 2012-12-06 | Aisin Aw Co., Ltd. | Motor control device |
-
2022
- 2022-03-31 DE DE102022203212.8A patent/DE102022203212A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112011100395T5 (en) | 2010-03-26 | 2012-12-06 | Aisin Aw Co., Ltd. | Motor control device |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
BIANCHI, Nicola [u.a.]: Comparison of PM motor structures and sensorless control techniques for zero-speed rotor position detection. In: 2006 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference, 18-22 June 2006, Jeju, South Korea. 2006, S. 1-7. ISBN 0-7803-9716-9. DOI: 10.1109/pesc.2006.1712039. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1712039 [abgerufen am 10.02.2023]. |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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