DE10251158B4

DE10251158B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der elektrischen Ströme in Phasenwicklungen eines kommutierten Motors sowie zugehörige elektronische Einheit, Verwendung und zugehöriges Computerprogramm

Info

Publication number: DE10251158B4
Application number: DE10251158.6A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Knecht; Axel Schumacher; Johannes Schmid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2022-11-01
Also published as: DE10251158A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Ströme in Phasenwicklungen (16) eines kommutierten Motors, bei dem mit einer Strommeßeinrichtung (14) ein Gesamtstrom, der durch die Phasenwicklungen (16) des Motors fließt, gemessen wird, und bei dem mit einer Recheneinheit (22) einer elektronischen Einheit (12, 20) mittels eines Modells der Antriebseinheit die elektrischen Ströme in den einzelnen Phasenwicklungen (16) berechnet werden, wobei in dem Modell der Antriebseinheit sowohl der Motor als auch die eingesetzte Leistungselektronik berücksichtigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der jeweiligen Ströme bzw. Stromstärken in Phasenwicklungen eines kommutierten Motors. Des weiteren betrifft die Erfindung eine elektronische Einheit, eine Verwendung der Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Bei elektrischen Motoren mit mehreren Phasenwicklungen, in die wechselweise und/oder zeitlich überlappend ein elektrischer Strom eingespeist wird, d. h. bei elektronisch kommutierten Motoren, müssen die Ströme in den einzelnen Phasenwicklungen zur Momentensteuerung erfaßt werden.
Bekannte Verfahren sehen hierzu vor, der Anzahl der Phasenwicklungen entsprechend viele Strommeßeinrichtungen einzusetzen. Somit wird in jeder Phasenwicklung der Strom mit einem Meßgerät bestimmt.
Nachteilig dabei ist, daß, bedingt durch die hohen Kosten der einzelnen Strommeßeinrichtungen, die gesamte Vorrichtung sehr teuer ist. Hinzu kommt, daß bei Shuntwiderstandmessungen zusätzliche Verlustleistungen erzeugt werden und sich somit der Wirkungsgrad verringert. Ein weiterer Nachteil ist, daß sehr viel Bauraum benötigt wird.
Aus der Druckschrift US 5 280 222 A ist eine Anordnung mit einem Positionsgeber oder Elektro-Motor bekannt, der auch als Lagemelder Verwendung finden kann. Hierbei wird eine Kommutierung des Motors ohne zusätzliche Sensoren ausgeführt, wobei ein spezielles prozessorgesteuertes elektronisches Verfahren verwendet wird, das eine Lagebestimmung durch Bestromung von Induktivitäten des Motors und eine nachfolgende Auswertung des Stromverlaufs durch diese Induktivitäten ausführt. Dadurch wird eine schnelle, genaue Positionsermittlung sowie eine kostengünstige, zuverlässige Motorkommutierung erreicht.
Ein Verfahren zum Messen von Phasenströmen in einem Wechselrichter ist aus der Druckschrift WO 96/23347 A1 bekannt. Dabei werden die Phasenströme durch Messen eines Zwischenkreisstroms ermittelt, wenn ein aktiver Schalterzustand einen eindeutigen Zusammenhang zwischen diesem Zwischenkreisstroms und dem Phasenstrom erzeugt. Hierbei wird ein Wert des Zwischenkreisstroms in zwei unterschiedlichen Einstellungen desselben aktiven Schalterzustands in einer Modulationsperiode gemessen und aus den gemessenen Werten ein resultierender Mittelwert gebildet.
Ein Schaltkreis und ein Verfahren zum Antreiben eines variablen Reluktanzmotors sind aus der Druckschrift WO 94/08391 A1 bekannt. Dabei wird ein Absolutwert eines Stroms, der durch Spulen des Reluktanzmotors fließt, ermittelt. Unter Berücksichtigung eines Unterschieds zwischen diesem Absolutwert und einem Sollwert sowie dessen Vorzeichen wird eine Einschaltdauer eines PWM-Signals zum Schalten eines gemeinsamen Schaltelements berechnet. Je nach dem, welche Phase in Abhängigkeit eines Winkels eines Rotors des Reluktanzmotors angeregt ist, wird weiterhin eine Schaltung des Schaltelements bezüglich jeder Phase kontrolliert. Somit ist es möglich, einen Schleifenstrom zu kontrollieren, um den Absolutwert des Stroms dem Sollwert des Stroms nachzuführen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht hingegen die Bestimmung der Ströme in einzelnen Phasenwicklungen eines kommutierten Motors mit einer elektronischen Einheit, einem sogenannten Beobachter, mit dem mittels eines Modells der Antriebseinheit die Ströme in den einzelnen Phasenwicklungen berechnet werden.
Vorzugsweise wird die elektronische Recheneinheit im Falle einer Einzelbestromung, d. h. wenn nur in einer Phasenwicklung ein Strom fließt, abgeglichen. Hierzu ist eine Strommeßeinrichtung zur Bestimmung des Gesamtstroms vorgesehen.
Das Modell der Antriebseinheit berücksichtigt zweckmäßigerweise sowohl den Motor als auch die eingesetzte Leistungselektronik.
Das Verfahren bietet sich insbesondere zur Bestimmung der Ströme in den Phasenwicklungen eines Reluktanzmotors an.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Bestimmung der elektrischen Ströme in Phasenwicklungen eines kommutierten Motors eingesetzt werden. Die Vorrichtung weist eine Strommeßeinrichtung und eine elektronische Einheit auf.
Dabei, ist die vorgesehene Strommeßeinrichtung ausgelegt, einen Gesamtstrom zu messen. Die elektronische Einheit ist geeignet, um mittels eines Modells der Antriebseinheit die Strome in den einzelnen Phasenwicklungen des Motors zu berechnen.
Die erfindungsgemäße elektronische Einheit dient zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und weist eine Recheneinheit und eine Speichereinrichtung auf. In der Speichereinrichtung ist ein Modell der Antriebseinheit abgelegt. Die Recheneinheit ist ausgelegt, basierend auf einem gemessenen Gesamtstromwert mit dem Modell der Antriebseinheit die Ströme in den einzelnen Phasenwicklungen des Motors zu bestimmen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise zur Bestimmung der Strome in Phasenwicklungen eines Reluktanzmotors eingesetzt.
Das erfindungsgemaße Computerprogramm umfaßt Programmcodemittel, um alle Schritte eines vorstehend beschriebenen Verfahrens durchzufuhren. Das Programm kommt dabei auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Recheneinheit in einer erfindungsgemäßen elektronischen Einheit, zur Ausführung.
Erfindungsgemäß ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Computerprogrammprodukt weist diese Programmcodemittel auf, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung.
2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Einheit.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Ströme in einzelnen Phasen eines Motors schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist eine elektronische Einheit 12 und eine Strommeßeinrichtung 14 auf. Es ist somit nur eine Strommeßeinrichtung 14 vorgesehen, die so angeordnet ist, daß mit dieser der durch in diesem Fall zwei Phasen 16 fließende Gesamtstrom gemessen werden kann. Wenn mehr als zwei Phasenwicklungen 16 vorgesehen sind, mißt die Strommeßeinrichtung 14 den Gesamtstrom durch diese Phasenwicklungen. Die Strommeßeinrichtung 14 dient auch zur redundanten Überprüfung des Ergebnisses der Berechnung.
Im Falle einer Einzelbestromung der Phasen 16 kann der jeweilige Phasenstrom korrekt gemessen werden. Im Falle einer überlappenden bzw. gleichzeitigen Bestromung der beiden Phasen 16 ergibt sich ein Problem, da sich bspw. durch den Einfluß der Motorinduktivität in Abhängigkeit der Rotorposition der gemessene Gesamtstrom nicht in gleicher Höhe auf die Einzelphasen aufteilt. Dieses Problem wird durch die parallel mitlaufende elektronische Einheit 12, den sogenannten Beobachter gelöst, der über das entsprechende Modell der Antriebseinheit die Phasenströme in dem überlappenden Bereich rechnerisch bestimmt.
Ein Abgleich der elektronischen Einheit 12 erfolgt zweckmäßigerweise immer im Falle der Einzelbestromung mir dem gemessenen Phasenstrom.
In 2 ist eine elektronische Einheit, insgesamt mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet, dargestellt, die zur Bestimmung der Ströme in einzelnen Phasenwicklungen eines elektronisch kommutierten Motors dient.
Zu erkennen ist eine elektronische Recheneinheit 22, eine Speichereinrichtung 24 und eine Schnittstelle 26. Die einzelnen Komponenten sind über Datenleitungen 28 miteinander verbunden.
Über die Schnittstelle 26 wird ein gemessener Gesamtstrom der elektronischen Recheneinheit 22, zur Verfügung gestellt. Diese berechnet anhand eines in der Speichereinrichtung 24 abgelegten Modelle der Antriebseinheit die Ströme in den einzelnen Phasenwicklungen.
In der Regel wird ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder ein Mikrocontroller zur Motorkommutierung eingesetzt. Erfindungsgemäß wird der eingestellte Phasenstrom über nur eine Strommeßeinrichtung bzw. nur einen Stromsensor erfaßt.
Das Modell der Antriebseinheit wird kontinuierlich mitgerechnet und kann bei Einzelbestromung einer der Phasenwicklungen auf die vorliegenden Verhältnisse abgeglichen werden. Somit ist die Notwendigkeit einer hinreichend genauen Modellierung des gesamten Systems erfüllt.
Im Falle überlappender Bestromung mehrerer Phasen dient das Motormodell, basierend auf der Kenntnis der Rotorposition und weiterer Betriebsbedingungen, zur rechnerischen Bestimmung der gegenwärtigen Phasenströme. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit den Verzicht auf den Einsatz mehrerer teurer Stromsensoren. Da das Motormodell permanent abgeglichen wird, ist die Wertbestimmung für die Momentenregelung über die berechneten Größen durchzuführen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Ströme in Phasenwicklungen (16) eines kommutierten Motors, bei dem mit einer Strommeßeinrichtung (14) ein Gesamtstrom, der durch die Phasenwicklungen (16) des Motors fließt, gemessen wird, und bei dem mit einer Recheneinheit (22) einer elektronischen Einheit (12, 20) mittels eines Modells der Antriebseinheit die elektrischen Ströme in den einzelnen Phasenwicklungen (16) berechnet werden, wobei in dem Modell der Antriebseinheit sowohl der Motor als auch die eingesetzte Leistungselektronik berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Falle einer Einzelbestromung die elektronische Einheit (12, 20) mit dem mit der Strommeßeinrichtung (14) ermittelten Gesamtstrom abgeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die elektrischen Ströme in den Phasenwicklungen (16) eines Reluktanzmotors bestimmt werden.
Vorrichtung zur Bestimmung der elektrischen Ströme in Phasenwicklungen (16) eines kommutierten Motors mit einer Strommeßeinrichtung (14) und einer elektronischen Einheit (12, 20), wobei die Strommeßeinrichtung (14) ausgelegt ist, einen Gesamtstrom, der durch die Phasenwicklungen (16) des Motors fließt, zu messen, und eine Recheneinheit (22) der elektronischen Einheit (12, 20) geeignet ist, um mittels eines Modells der Antriebseinheit die Ströme in den einzelnen Phasenwicklungen (16) zu berechnen und in dem Modell der Antriebseinheit sowohl den Motor als auch die eingesetzte Leistungselektronik zu berücksichtigen.
Elektronische Einheit zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer elektronischen Recheneinheit (22) und einer Speichereinrichtung (24), wobei in der Speichereinrichtung (24) ein Modell der Antriebseinheit abgelegt ist und die Recheneinheit (22) ausgelegt ist, mit dem Modell der Antriebseinheit Ströme in einzelnen Phasenwicklungen (16) eines Motors zu bestimmen.
Verwendung einer Vorrichtung (10) nach Anspruch 4 zur Bestimmung der Ströme in Phasenwicklungen (16) eines Reluktanzmotors.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit (22), insbesondere einer Recheneinheit (22) in einer elektronischen Einheit (12, 20) nach Anspruch 5, durchgeführt wird.