DE10313927A1

DE10313927A1 - Steuerverfahren für einen Motor mit geschalteter Reluktanz

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Publication number: DE10313927A1
Application number: DE10313927A
Authority: DE
Inventors: Yilmaz Sozer; David A Torrey; Erkan Mese
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2003-10-09
Also published as: US6788021B2; JP2003299383A; US20030193309A1

Abstract

Ein Steueralgorithmus sorgt für eine automatische Steuerung des Einschaltwinkels, der zum Erregen eines Motors mit geschalteter Reluktanz (SRM) verwendet wird. Der Steueralgorithmus bestimmt den Einschaltwinkel, der den effizientesten Betrieb des Motorantriebssystems unterstützt, und besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil der Steuertechnik überwacht die Position der ersten Spitze des Phasenstroms, nämlich THETA¶p¶, und sucht danach, diese Position mit dem Winkel auszurichten, wo die Induktanz größer zu werden beginnt, nämlich THETA¶m¶. Der zweite Teil der Steuerung überwacht den Spitzenphasenstrom und schaltet den Einschaltwinkel weiter, wenn der verlangte Referenzstrom durch die Steuerung nicht erzeugt werden kann. Der erste Teil der Steuerung neigt dazu, unterhalb einer Grundgeschwindigkeit des SRM aktiv zu sein, wo Phasenströme auf einfache Weise durch den Inverter gebildet werden können und THETA¶p¶ relativ unabhängig von THETA¶m¶ ist. Der zweite Teil der Steuerung neigt dazu, oberhalb einer Grundgeschwindigkeit aktiv zu sein, wo die Spitze der Phasenströme dazu neigt, auf natürliche Weise bei THETA¶m¶ aufzutreten, und zwar ungeachtet der Stromamplitude. Die zwei Teile der Steuerung vertauschen als ein Ergebnis eine Änderung bezüglich eines Befehls oder eines Arbeitspunkts natürlich die Zuständigkeit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Motoren mit geschalteter Reluktanz für Motorfahrzeuge und insbesondere eine automatische Steuerung des Einschaltwinkels, der zum Erregen des Motors mit geschalteter Reluktanz verwendet wird.
In der Automobilindustrie gibt es eine rasante Entwicklung bezüglich des Einbaus von elektronischen und elektrischen Systemen für eine Fahrzeugsteuerung, für Insassenkomfort und -sicherheit, für eine Verschmutzungsreduzierung und für eine Wirtschaftlichkeit der Produktion, der Bedienung und der Wartung. Das moderne Straßenfahrzeug verlässt sich stark auf elektrische Motoren (und Antrieben); diese Abhängigkeit wird sich unvermeidbar erhöhen, erfordert aber eine Alternative zu den praktischen, aber teuren, Wechselstrom- oder Gleichstrom- Elektromotoren. Der gegenwärtige Trend bei einer Elektromotorsteuerung besteht im Entwickeln billiger, äußerst energieeffizienter und (zeitlich) äußerst zuverlässiger Systeme.
Elektronische Systeme für Automobile, insbesondere diejenigen, die zum Motorraum gehören, müssen unter schwierigen Umgebungsbedingungen arbeiten (wie Temperaturextremen, Schwingungen, EMI (= elektromagnetische Interferenz), mit Öl vermischter Schmutz, Feuchtigkeit und Gas). Es ist nötig, mit diesen Bedingungen unter Verwendung guter Ingenieurarbeit und -entwicklung fertig zu werden.

Der Motor mit geschalteter Reluktanz (SRM) erzeugt ein Drehmoment durch eine Erregung, die zu einer Rotorposition synchronisiert ist. Die einfachste Erregungsstrategie für den SRM ist allgemein durch drei Erregungsparameter beschrieben: den Einschaltwinkel θ_ein, den Ausschaltwinkel θ_aus und den Referenzstrom I_ref. Ein Regel- bzw. Steueralgorithmus würde typischerweise dieselben Erregungsparameter für jede Phase, implementiert mit der räumlichen Verschiebung, die mit der symmetrisch versetzten Phasenstruktur konsistent ist, verwenden. Eine Steuerung der Erregungswinkel resultiert in entweder einem positiven Nettodrehmoment für einen Motorbetrieb oder einem negativen Nettodrehmoment für einen Generatorbetrieb. Ein grundsätzlicher Betrieb des SRM ist in mehreren Artikeln angegeben, wie beispielsweise in "Variable-speed switched reluctance motors", P. J. Lawrenson, et al., IEE Proc., Vol. 127, pt. B, no. 4, S. 253-265, 1980; "Switched Reluctance Motors and Their Control", T. J. E. Miller, Oxford, 1993 und "Switched Reluctance Motor Drives", R. Krishnan, CRC Press, 2001, die hierdurch durch Bezugnahme enthalten sind.

Ein effizienter Betrieb des SRM oder irgendeines Motorantriebs ist immer von Wichtigkeit. Eine Ineffizienz führt zu einer größeren Größe, einem erhöhten Gewicht und einem erhöhten Energieverbrauch. Zum Maximieren einer SRM- Effizienz existiert die Notwendigkeit, das Verhältnis des Durchschnittsdrehmoments zum RMS-Phasenstrom, nämlich T_avg/l_phrms, zu maximieren. Dieses Verhältnis gelangt zu dem beabsichtigten Ziel, die erforderliche elektromechanische Ausgabe mit der minimalen elektrischen Eingabe zu liefern. Dieser Ansatz gilt für sowohl Antriebsanwendungen, die gegenüber einer SRM-Drehmomentenwelligkeit tolerant sind, als auch Anwendungen, die eine äußerst ruhige Drehmomentenerzeugung erfordern, obwohl eine ruhige Drehmomentenerzeugung eine Stromformung erfordern kann, die nicht durch den einzigen Parameter I_ref charakterisiert werden kann.

Während der selbstabstimmende Ansatz zur Optimierung von Erregungsparametern, wie er beispielsweise durch "Self-tuning control of switched reluctance motors for optimized torque per Ampere at all operating points" B. Fahimi, et al., Proc. Of the IEEE Applied Power Electronics Conf., S. 778-783, 1998; und "A self-tuning controller for switched reluctance motors", K. Russa et al., IEEE Trans. On Power Electronics, Vol. 15, S. 545-552, 2000 beschrieben ist, oder der auf extensiven Nachschautabellen basierende Ansatz bekannt sind, strebt diese Erfindung danach, einen automatischen Erregungswinkel-Steueralgorithmus zu schaffen, der einen effizienten Betrieb des SRM über seinem gesamten Geschwindigkeitsbereich unterstützt.

Somit existiert die Notwendigkeit für eine Einrichtung zum Steuern des SRM, die einfach, kompakt und billig ist, bessere Leistung und Effizienz bietet und eine größere Zuverlässigkeit über dem gesamten Geschwindigkeitsbereich des SRM hat.

Die vorliegende Erfindung schafft eine verbesserte Steuervorrichtung und ein zugehöriges Verfahren für einen Motor mit geschalteter Reluktanz (SRM) zur Verwendung bei Automobilen oder anderen Vorrichtungen, die einen Motor mit geschalteter Reluktanz verwenden.

Maschinen mit geschalteter Reluktanz (SRM) sind bürstenlose Gleichstrommaschinen, die weder Bürsten noch Permanentmagnete haben, um dadurch potentielle Wartungs- und Abnutzungsfolgen zu minimieren. Die SRMs sind haltbar und ausdauernd, wobei die Lebensdauer die primäre Abnutzungsdeterminante ist. Die SRMs sind typischerweise in der Herstellung weniger teuer, weil sie weniger Teile haben und weniger Arbeit benötigen. Die Kosten für den gesamten Motor und das Antriebssystem sind in Abhängigkeit vom Ausmaß an technischer Perfektion, die durch die Anwendung erforderlich ist, großenteils eine Funktion der Kosten der elektronischen Antriebssteuerung.

Maschinen mit geschalteter Reluktanz arbeiten auf dem Prinzip, dass ein Magnetfeld, das um eine Komponente erzeugt wird, die aus einem magnetisch permeablen Material gebildet ist, eine mechanische Kraft auf diese Komponente ausüben wird. Diese mechanische Kraft wird die Komponente dazu zwingen, mit dem Magnetfluss (den Kraftlinien) ausgerichtet zu werden, der durch das Magnetfeld erzeugt wird. Somit kann durch Verwenden des Stators zum Ausbilden und Drehen eines Magnetfelds um einen Rotor, der aus magnetisch permeablem Material gebildet ist, der Rotor angetrieben werden, um sich relativ zum Stator zu drehen. Der Widerstand gegenüber dem Laufen dieses Magnetflusses vom Stator zum Rotor wird Reluktanz genannt. Die Größe dieser Reluktanz ändert sich mit der Drehposition des Rotors relativ zum Stator. Somit werden Elektromotoren von diesem Typ allgemein Motoren mit variabler Reluktanz genannt.

Typischerweise weist die SRM herkömmlich einen allgemein hohlen zylindrischen Stator mit einer Vielzahl von sich radial nach innen erstreckenden Polen auf, die daran ausgebildet sind, und einen Rotor, der konzentrisch innerhalb des Stators drehbar gelagert ist und mit einer Vielzahl von sich radial nach außen erstreckenden Polen versehen ist, d. h. die SRM hat zwei Schenkelpole bzw. ausgeprägte Pole bzw. ist doppelt vorragend. Windungen bzw. Wicklungen eines elektrisch leitenden Drahts sind um jeden Statorpol vorgesehen. Jedoch sind keine Wicklungen für elektrische Leitung oder Permanentmagnete am Rotor vorgesehen, der nur aus Eisenlaminierungen besteht. Ein Verbinden der Statorwicklungen (miteinander) bildet Phasenwicklungen. Für eine SRM mit q Phasen würde die Spule um jeden q-ten Statorpol mit wechselnder magnetischer Polarität verbunden werden, wodurch ein Magnetfluss abwechselnd in Richtung zum Rotor und weg vom Rotor geführt bzw. gerichtet wird. SRM-Phasenwicklungen werden gemäß den Absichten des Entwicklers mit sowohl Reihen- als auch Parallelschaltungen von Statorspulen hergestellt.

Ein Drehmoment wird durch Schalten eines Stroms in eine jeweilige der Phasenwicklungen in einer vorbestimmten Sequenz erzeugt, die mit der Winkelposition des Rotors synchronisiert ist, so dass eine magnetische Anziehungskraft zwischen den Rotor- und Statorpolen resultiert, die sich einander annähern. Somit werden elektrische Maschinen von diesem Typ allgemein Maschinen mit geschalteter Reluktanz genannt. Der Strom wird in jeder Phase ausgeschaltet, bevor sich die Rotorpole, die den Statorpolen der Phase am nächsten sind, hinter die ausgerichtete Position drehen. Sonst würde die magnetische Anziehungskraft ein negatives oder bremsendes Drehmoment erzeugen. Das entwickelte Drehmoment ist unabhängig von der Richtung eines Stromflusses, so dass Stromimpulse in einer Richfiung, die mit einer Rotorbewegung synchronisiert sind, angewendet werden können, um ein Drehmoment in einer beliebigen Richtung zu entwickeln. Diese Impulse werden durch einen Wandler erzeugt, der Stromschaltelemente verwendet, wie beispielsweise Thyristoren oder Transistoren.

Beim Betrieb fließt jedes Mal, wenn eine Phase des Motors mit geschalteter Reluktanz durch Schließen eines Schalters in einem Wandler eingeschaltet wird, ein Strom in der Statorwicklung von der Phase, die Energie von einer Gleichstrom- (DC-)Versorgung zum Motor liefert. Die aus der Versorgung gezogene Energie wird teilweise in mechanische Energie umgewandelt, indem der Rotor veranlasst wird, sich in Richtung zu einer Konfiguration mit minimaler Reluktanz zu drehen, und teilweise in gespeicherte Energie, die zum Magnetfeld gehört. Nachdem der Schalter geöffnet wird, wird ein Teil der gespeicherten magnetischen Energie in eine mechanische Ausgabe umgewandelt und wird ein Teil der Energie zur DC- Quelle zurückgebracht.

Die Maschine mit geschalteter Reluktanz kann auch als Generator verwendet werden. Wenn sie als Generator verwendet wird, erzeugt die SRM eher einen Strom als eine Spannung. Ein Bremsmoment wird dann erzeugt, wenn ein Wicklungsstrom damit fortfährt zu fließen, nachdem ein Rotorpol an einer Ausrichtung mit einem zugehörigen Statorpol vorbeigelaufen ist. Weil die SRM keine Rotorerregung hat, ist es nötig, zuerst eine elektrische Leistung von einem DC-Bus zu ziehen, um zu veranlassen, dass ein Strom beginnt, in Wicklungen des Motors zu fließen. Ein Strom kann in den Wicklungen entweder vor einer Ausrichtung eines Rotorpols und eines zugehörigen Statorpols initiiert werden, oder nachdem eine Ausrichtung aufgetreten ist. Allgemein wird ein sehr kleines Drehmoment durch Ströme erzeugt werden, die dann existieren, wenn ein entsprechender Rotorpol benachbart oder nahe zu einer Seite eines Statorpols ist. Wenn der Rotorpol einmal an einer Ausrichtung vorbeiläuft oder weiter in den negativen Drehmomentenbereich läuft, wird sich der Wicklungsstrom deshalb schneller als im Motorbereich bilden, weil der induktive Ausdruck, der die Spannung über der Motorwicklung aufbaut, negativ wird. Während noch irgendein DC-Strom vom zugehörigen DG-Bus gezogen wird, während ein erzeugendes Drehmoment erzeugt wird, wird dann ein DC-Strom zum Bus abgegeben, wenn die Schalter, die zum Starten eines Stroms in die Wicklung aktiviert sind, ausgeschaltet werden und den Wicklungsstrom zwingen, in die zugehörigen Rücklaufdioden zu kommutieren. Der Netto-DC-Strom ist die Summe aus dem gesamten Strom von allen Phasen eines Mehrphasenmotors, und es ist dieser Netto-DC-Strom, der dann geregelt wird, wenn der Reluktanzmotor als Generator betrieben wird.

Die Erfindung zeigt einen neuen Ansatz bezüglich der automatischen Steuerung bzw. Regelung des Einschaltwinkels, der zum Erregen des Motors mit geschalteter Reluktanz (SRM) verwendet wird. Der Steueralgorithmus bestimmt den Einschaltwinkel, der den effizientesten Betrieb des Motorantriebssystems unterstützt, und besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil der Steuertechnik überwacht die Position der ersten Spitze des Phasenstroms (θ_p) und sucht danach, diese Position mit dem Winke(auszurichten, bei welchem die Induktanz beginnt größer zu werden (θ_m). Der zweite Teil der Steuerung überwacht den Spitzenphasenstrom und schaltet den Einschaltwinkel weiter, wenn der verlangte Referenzstrom durch die Steuerung nicht erzeugt werden kann. Der erste Teil der Steuerung neigt dazu, unterhalb einer Grundgeschwindigkeit des SRM aktiv zu sein, wo Phasenströme auf einfache Weise durch den Inverter gebildet werden können und θ_p relativ unabhängig von θ_m ist. Der zweite Teil der Steuerung ist oberhalb der Grundgeschwindigkeit aktiv, wo die Spitze der Phasenströme dazu neigt, auf natürliche Weise bei θ_m aufzutreten, und zwar ungeachtet der Stromamplitude. Die zwei Teile der Steuerung vertauschen als Ergebnis einer Änderung bezüglich eines Befehls oder eines Arbeitspunkts natürlich die Zuständigkeit.

Daher stellt diese Erfindung einen automatischen Erregungswinkel- Steueralgorithmus zur Verfügung, der einen effizienten Betrieb des SRM über seinen gesamten Geschwindigkeitsbereich unterstützt, und stellt eine bessere Leistung und Effizienz als die gegenwärtigen Elektromotoren zur Verfügung.

Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus einem Studium der folgenden Beschreibung offensichtlich werden, wenn sie im Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, wobei:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Systems zum Liefern elektrischer Leistung für ein Motorfahrzeug gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht eines Motors mit geschalteter Reluktanz gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Motors mit geschalteter Reluktanz gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 4 ein lineares Induktanzprofil des SRM ist, welches θ_g und θ_mzeigt;

Fig. 5 eine Kurve einer Leistungsausgabe über einer Winkelposition des Spitzenstroms ist, um die SRM-Leistungsausgabe als Funktion der Stelle darzustellen, wo der Strom I_ref zum ersten Mal erreicht;

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Algorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung zum automatischen Einstellen des Einstellwinkels ist;

Fig. 7a-7c Kurven sind, die einen Phasenstrom über einer Winkel-Rotorposition bei 2500 Umdrehungen/Minute mit unterschiedlichen Einschaltwinkeln zeigen;

Fig. 8a eine Kurve ist, die eine Rotorposition als elektrischer Winkel über der Zeit zeigt, um die Position eines Spitzenphasenstroms in Bezug auf die Fig. 9b-9d zu zeigen, die die automatische Einstellung von θ_ein angeben, die zum Antreiben von θ_p bis θ_m bei 1000 Umdrehungen/Minute für einen Referenzstrom von 70 A verwendet wird;

Fig. 8b eine Kurve ist, die eine Rotorposition als elektrischer Winkel über der Zeit zeigt, um einen Einschaltwinkel in Bezug auf die Fig. 8a, 8c und 8d zu zeigen, die die automatische Einstellung von θ_ein angeben, die zum Antreiben von θ_p bis θ_m bei 1000 Umdrehungen/min für einen Referenzstrom von 70 A verwendet wird;

Fig. 8c eine Kurve ist, die einen Phasenstrom über der Zeit zeigt, um einen Motorphasenstrom in Bezug auf die Fig. 8a, 8b und 8d zu zeigen, die die automatische Einstellung von θ_ein angeben, die zum Antreiben von θ_p bis θ_mbei 1000 U/min für einen Referenzstrom von 70 A verwendet wird;

Fig. 8d eine Kurve ist, die ein Motordrehmoment über der Zeit zeigt, um ein Motordrehmoment in Bezug auf die Fig. 8a, 8c zu zeigen, die die automatische Einstellung von θ_ein angeben, die zum Antreiben von θ_p bis θ_m bei 1000 U/min für einen Referenzstrom von 70 A verwendet wird;

Fig. 9a eine Kurve ist, die eine Rotorposition als elektrischer Winkel über der Zeit zeigt, um die Position eines Spitzenphasenstroms in Bezug auf die Fig. 9b-9d zu zeigen, die die automatische Einstellung von θ_einangeben, die zum Antreiben von θ_p bis θ_m bei 2500 U/min für einen Referenzstrom von 50 A verwendet wird;

Fig. 9b eine Kurve ist, die eine Rotorposition als elektrischer Winkel über der Zeit zeigt, um einen Einschaltwinkel in Bezug auf die Fig. 9a, 9c und 9d zu zeigen, die die automatische Einstellung von θ_ein angeben, die zum Antreiben von θ_p bis θ_m bei 2500 U/min für einen Referenzstrom von 50 A verwendet wird;

Fig. 9c eine Kurve ist, die einen Phasenstrom über der Zeit zeigt, um einen Motorphasenstrom in Bezug auf die Fig. 9a, 9b und 9d zu zeigen, die die automatische Einstellung von θ_ein angeben, die zum Antreiben von θ_p bis θ_mbei 2500 U/min für einen Referenzstrom von 50 A verwendet wird;

Fig. 9d eine Kurve ist, die ein Motordrehmoment über der Zeit zeigt, um ein Motordrehmoment in Bezug auf die Fig. 9a-9c zu zeigen, die die automatische Einstellung von θ_ein angeben, die zum Antreiben von 9p bis θ_m bei 2500 U/min für einen Referenzstrom von 50 A verwendet wird;

Fig. 10a eine Kurve ist, die eine Rotorposition als elektrischer Winkel über der Zeit zeigt, um die Position eines Spitzenphasenstroms in Bezug auf die Fig. 10b-10c zu zeigen, die die automatische Einstellung von θ_ein angeben, die zum Antreiben von θ_p bis θm bei 2500 Ulmin verwendet wird, wenn der Referenzstrom bei 0,5 s von 50 A auf 30 A reduziert wird;

Fig. 10b eine Kurve ist, die eine Rotorposition als elektrischer Winkel über der Zeit zeigt, um einθ_pen Einschaltwinkel in Bezug auf die Fig. 10a und 10c zu zeigen, die die automatische Einstellung von θ_ein angeben, die zum Antreiben von θ_p bis θm bei 2500 U/min verwendet wird, wenn der Referenzstrom bei 0,5 s von 50 A auf 30 A reduziert wird;

Fig. 10c eine Kurve ist, die einen Phasenstrom über der Zeit zeigt, um einen Motorphasenstrom in Bezug auf die Fig. 10a und 10b zu zeigen, die die automatische Einstellung von θ_ein angeben, die zum Antreiben von θ_p bis θm bei 2500 U/min verwendet wird, wenn der Referenzstrom bei 0,5 s von 50 A auf 30 A reduziert wird;

Fig. 11 ein Schema ist, das das Blockdiagramm der experimentellen Einstellung zeigt, die zum Erzeugen der in den Fig. 12-14 gezeigten Testergebnisse verwendet wird;

Fig. 12a eine Kurve eines Motorphasenstroms über einer Rotorposition ist, die die Leistung des Systems dieser Erfindung mit einer Steuerung in einer geschlossenen Schleife bei 1000 U/min für einen Referenzstrom von 20 A zeigt;

Fig. 12b eine Kurve eines Motorphasenstroms über einer Rotorposition ist, welche Kurve die Leistung des Systems dieser Erfindung ohne Steuerung bzw. Regelung in einer geschlossenen Schleife bei 1000 U/min für einen Referenzstrom von 20 A zeigt;

Fig. 13a eine Kurve eines Motorphasenstroms über einer Rotorposition ist, welche Kurve die Leistung des Systems dieser Erfindung mit Steuerung bzw. Regelung in einer geschlossenen Schleife bei 1000 U/min für einen Referenzstrom von 70 A zeigt;

Fig. 13b eine Kurve eines Motorphasenstroms über einer Rotorposition ist, welche Kurve die Leistung des Systems dieser Erfindung ohne Steuerung in einer geschlossenen Schleife bei 1000 U/min für einen Referenzstrom von 70 A zeigt;

Fig. 14a eine Kurve eines Motorphasenstroms über einer Rotorposition ist, welche Kurve die Leistung des Systems dieser Erfindung mit Steuerung bzw. Regelung in einer geschlossenen Schleife bei 2500 Ulmin für einen Referenzstrom von 30 A zeigt;

Fig. 14b eine Kurve eines Motorphasenstrom über einer Rotorposition ist, welche Kurve die Leistung dieses Systems dieser Erfindung mit Steuerung bzw. Regelung in einer geschlossenen Schleife bei 2500 U/min für einen Referenzstrom von 50 A zeigt; und

Fig. 14c eine Kurve eines Motorphasenstroms über einer Rotorposition ist, welche Kurve die Leistung des Systems dieser Erfindung ohne Steuerung bzw. Regelung in einer geschlossenen Schleife bei 2500 U/min für einen Referenzstrom von 50 A zeigt.

Nun werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Am Anfang wird angemerkt, dass diese Erfindung in Bezug auf ein Automobil gezeigt und beschrieben ist. Jedoch hat die vorliegende Erfindung viele Anwendungen und Verwendungen außerhalb des Gebiets von Automobilen, bei welchen ein SRM verwendet wird.

Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, weist ein System 1 einen Motor mit geschalteter Reluktanz (SR) 10 auf, der eine Last 2 des automobilen Fahrzeugs oder eines anderen Artikels/einer anderen Maschine antreibt, eine Motorsteuerung 6, die mit dem SR-Motor 10 und einer elektrischen Speicherbatterie 8 elektrisch verbunden ist, und eine elektronische Steuereinheit 7 der Last 2, welche Einheit wiederum mit der Motorsteuerung 6 elektrisch verbunden ist.
Fig. 2 der Zeichnungen stellt den Motor mit geschalteter Reluktanz der vorliegenden Erfindung detailliert dar, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Motor mit geschalteter Reluktanz 10 enthält einen innerhalb eines Stators 14 drehbar gelagerten Rotor 12, der bezüglich der Form allgemein hohl und zylindrisch ist.
Der Stator 14 enthält einen Körperteil 20, der bezüglich der Form allgemein hohl und zylindrisch ist, eine Vielzahl von Statorpolen 22, die sich vom Körperteil 20 aus über seine Länge radial nach innen erstrecken, und Phasenwicklungen in der Form einer Vielzahl von elektromagnetischen Phasenspulen 24, die um die Statorpole 22 gewickelt sind (in Fig. 2 sind nur vier Spulen 24 dargestellt). Die Statorpole 22 sind vorzugsweise in gegenüberliegenden Paaren vorgesehen. Jeder der Statorpole 22 kann allgemein im Querschnitt trapezförmig oder rechteckförmig sein oder irgendeine andere geeignete Form haben. Die in radialer Richtung innersten Flächen der Statorpole 22 sind etwas gekrümmt, um einen Innendurchmesser zu definieren.
Die Phasenspulen 24 sind bei vorausgewählten Gruppen der Statorpole 22 vorgesehen, um eine jeweilige Statorphase zu definieren. Die Phasenspulen 24 können aus herkömmlichen elektrisch leitenden Materialien hergestellt sein, wie beispielsweise aus Kupfer. Die Spulen 24 können auf herkömmliche Weise um vorausgewählte der Statorpole 22 gewickelt sein, um eine Maschinenbetriebsphase ("Einzelphasenanordnung"), zwei Maschinenbetriebsphasen ("Zweiphasenaufbau") oder mehr als zwei Maschinenbetriebsphasen, wie beispielsweise vier ("Mehrphasenanordnung") zu definieren.
Bei dem besonderen beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das detailliert in Fig. 3 dargestellt ist, ist der Stator 14 mit acht Paaren von diametral gegenüberliegenden Statorpolen 22 versehen. Jedoch kann eine größere oder kleinere Anzahl von Statorpolen 22 vorgesehen sein. Die acht Paare von gegenüberliegenden Statorpolen 22 sind weiterhin mit vier Phasenwicklungen versehen, die vier Phasen des SR-Motors 10 definieren (nur eine Phasenwicklung ist in Fig. 3 gezeigt). Jede dieser Phasenwicklungen enthält vier Phasenspulen 24, die in Reihe geschaltet sind, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Fachleute auf dem Gebiet würden erkennen, dass irgendeine gerade Anzahl von Phasenspulen, die um die Statorpole gewickelt sind und in Reihe geschaltet oder parallel geschaltet sind, eine Phase des SR-Motors definieren kann, wie beispielsweise zwei, drei, vier oder mehrere. Fachleute auf dem Gebiet würden ebenso erkennen, dass die Phasenspulen parallel geschaltet sein können, oder irgendeine Kombination von einer Reihenschaltung und einer Parallelschaltung für eine vorteilhafte SRM- Leistungsfähigkeit, wie sie durch den Entwickler bestimmt ist.
Das System 1 enthält weiterhin eine Schaltung zum Abgeben eines elektrischen Stroms von den Phasenwicklungen zur elektrischen Speicherbatterie 8, der durch die Motorsteuerung 6 von den Phasenwicklungen des SR-Motors 10 geliefert wird, die elektrisch mit dem SR-Motor 10 und der elektrischen Speicherbatterie 8 verbunden ist.
Der Körperteil 20 des Stators 14 ist um eine Achse 11 zentriert und hat eine sich in axialer Richtung erstreckende zentrale Bohrung 26. Der Körperteil 20 ist derart vorgesehen, dass er die Statorpole 22 entlang seiner inneren peripheren Oberfläche gleichmäßig beabstandet stützt und sie in einer richtigen Ausrichtung hält.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Körperteil 20 des Stators 14 innerhalb eines Gehäuses angeordnet, das einen ersten Teil 15a und einen zweiten Teü 15b enthält, die miteinander durch eine geeignete Befestigungseinrichtung, wie beispielsweise eine Bolzenverbindung (nicht gezeigt), verbunden sind.
Der Rotor 12 ist koaxial innerhalb der zentralen Bohrung 26 des Stators 14 angeordnet. Der Rotor 12 ist betriebsmäßig mit einer Ausgangswelle 3 des (Verbrennungs-)Motors bzw. der Maschine 2 zur Drehung damit gekoppelt. Wie der Stator 14 ist der Rotor 12 vorzugsweise aus einer Vielzahl von Laminierungen eines magnetisch permeablen Materials ausgebildet, wie beispielsweise aus einem herkömmlichen ferromagnetischen Material.
Der Rotor 12 ist im Wesentlichen zylindrisch und ist um die Achse 11 zentriert. Der Rotor 12 enthält einen Körperteil 16 und eine Vielzahl von sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Rotorpolen 18, die integral daran ausgebildet sind. Wie bei den Statorpolen 22 erstrecken sich die Rotorpole 18 in longitudinaler Richtung durch die gesamte Länge des Rotors 12 und sind vorzugsweise in gegenüberliegenden Paaren vorgesehen. Die Anzahl von Rotorpolen 14 ist unterschiedlich von der Anzahl von Statorpolen 12. Die Rotorpole 18 stellen einen vorbestimmten und erwünschten Pfad für die Übertragung eines Magnetflusses vom Rotor 12 zum Stator 14 und umgekehrt zur Verfügung. Wie es am besten in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Rotorpole 18 entlang einer äußeren peripheren Oberfläche des Körperteils 16 des Rotors 12 gleichmäßig beabstandet.
Jeder der Rotorpole 18 kann allgemein im Querschnitt trapezförmig oder rechteckförmig sein. Die in radialer Richtung äußersten Oberflächen der Rotorpole 18 sind etwas gekrümmt, um einen Außendurchmesser zu definieren. Der Außendurchmesser, der durch die Rotorpole 18 definiert wird, ist vorzugsweise nur etwas kleiner als der Innendurchmesser, der durch die Statorpole 22 definiert ist. Somit ist der radiale Spalt, der zwischen den Statorpolen 22 und den Rotorpolen 18 definiert wird, wenn sie ausgerichtet sind, relativ klein. Der Rotor 12 ist um eine Rotorwelle 28 angebracht und durch eine geeignete Einrichtung antreibend daran gesichert, die im Stand der Technik wohlbekannt ist, wie beispielsweise eine Keilverbindung bzw. Nutverbindung.
Bei dem in Fig. 3 detailliert dargestellten bevorzugten beispielhaften Ausführungsbeispiel enthält der Stator 12 sechs Paare von Rotorpolen 18. Jedoch kann eine größere oder eine kleinere Anzahl von Rotorpolen 18 vorgesehen sein. Die Anzahl von Rotorpolen 18 ist von der Anzahl von Statorpolen 22 unterschiedlich.
Während das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 einen zentral angeordneten Rotor 12 mit dem Stator 14 an der Außenseite des Rotors 12 angeordnet zeigt, kann der Rotor 12 alternativ dazu außerhalb des Stators 14 angeordnet sein.
Geht man wieder zurück zur Fig. 1, ist eine Welle 3 der Last 2 mit einer Antriebsriemenscheibe 4a versehen. Gleichermaßen ist die Rotorwelle 28 mit einer angetriebenen Riemenscheibe 4b versehen. Ein Endloselement 5 ist vorgesehen, um ein Antriebsmoment von der Antriebsriemenscheibe 4a zur angetriebenen Riemenscheibe 4b zu übertragen. Vorzugsweise ist das Endloselement 5 ein Keilriemen. Es, wird erkannt werden, dass irgendwelche anderen Typen von Drehmomenten übertragenden Endloselementen, die im Stand der Technik bekannt sind, wie beispielsweise ein Zahnriemen, ein Flachriemen, eine Kette, etc. verwendet werden können.
Diese Erfindung zeigt einen neuen Ansatz für die automatische Steuerung bzw. Regelung des Einschaltwinkels, der zum Erregen des Motors mit geschalteter Reluktanz (SRM) verwendet wird. Der Steueralgorithmus dieser Erfindung bestimmt den Einschaltwinkel, der den effizientesten Betrieb des Motorantriebssystems unterstützt, und besteht aus zwei Teilen. Beim ersten Teil überwacht die Steuertechnik die Position der ersten Spitze des Phasenstroms (θ_p) und sucht danach, diese Position mit dem Winkel auszurichten, wo die Induktanz beginnt größer zu werden (θ_m). Im zweiten Teil überwacht die Steuerung den Spitzenphasenstrom und schaltet den Einschaltwinkel dann weiter, wenn der verlangte Referenzstrom durch die Steuerung nicht erzeugt werden kann. Der erste Teil der Steuerung neigt dazu, unterhalb einer Grundgeschwindigkeit des SRM aktiv zu sein, wo Phasenströme auf einfache Weise durch den Inverter gebildet werden können und θ_m, relativ unabhängig von θ_m ist. Der zweite Teil der Steuerung neigt dazu, oberhalb einer Grundgeschwindigkeit aktiv zu sein, wo die Spitze der Phasenströme dazu neigt, auf natürliche Weise bei θ_m aufzutreten, und zwar ungeachtet der Stromamplitude. Die zwei Teile der Steuerung vertauschen als Ergebnis einer Änderung bezüglich eines Befehls oder eines Arbeitspunkts natürlich die Zuständigkeit.
Die Aufgaben des Algorithmus werden am besten durch eine Betrachtung des linearen Induktanzprofils für den in Fig. 4 gezeigten SRM erklärt. Der Bereich minimaler Induktanz wird durch ein Winkelintervall definiert, über welches die Rotorpole sich nicht mit den Statorpolen überlappen. Der Bereich maximaler lnduktanz ist durch das Winkelintervall definiert, über welches es eine vollständige Überlappung zwischen den Stator- und Rotorpolen gibt. Die Bereiche einer größer werdenden und kleiner werdenden Induktanz entsprechen einer sich ändernden Überlappung zwischen den Stator- und Rotorpolen.
Für einen Betrieb als Motor müssen die SRM-Phasenströme in der Phasenwicklung vorhanden sein, wenn sich die lnduktanz in der Drehrichtung erhöht. Für einen Betrieb als Generator müssen die SRM-Phasenströme in der Phasenwicklung vorhanden sein, wenn die lnduktanz in der Drehrichtung kleiner wird. Die Polarität eines Stroms ist unwesentlich, so dass wir annehmen, dass die Phasenströme immer positiv sind.
Wenn man die Kurve für ein statisches Drehmoment für einen typischen SRM untersuchen würde, würde beobachtet, dass das maximale Drehmoment für eine gegebene Menge an Strom auftritt, wenn der Rotor beginnt sich aus der Position minimaler Induktanz zu bewegen. Die Beobachtung weist darauf hin, dass ein maximales Drehmoment pro Ampere beim Verlassen der Position minimaler lnduktanz erzeugt wird. Eine Permeanz bzw. ein magnetischer Leitwert von Eisen veranlasst, dass eine Erzeugung eines Drehmoments abfällt, wenn eine Überlappung zwischen Stator- und Rotorpolen größer wird. Bei Anwendungen, bei welchen ein durchschnittliches Drehmoment von primärer Wichtigkeit ist, ist es wichtig zu veranlassen, dass der größte Teil des Bereichs nahe der nicht ausgerichteten Position ist. Weil es eine Zeit dauert, die Phasenströme zu bilden, greift die Erfindung der Ankunft des Bereichs einer Erzeugung eines Drehmoments vor. Die Erfindung schaltet daher die Phasenwicklungen vor dem Winkel ein, der in Fig. 4 mit θ_m markiert ist, so dass der Strom bei I_ref ist, wenn der Rotor θ_m erreicht.
Wie es nachfolgend erklärt wird, hat ein experimenteller SRM-Antrieb einen Antrieb zum Unterstützen von Simulationsstudien als Modell. Die SRM-Magnete sind durch eine Analyse für finite Elemente modelliert worden, um die relevanten räumlichen und magnetischen Nichtlinearitäten einzufangen, die für einen sinnvollen Entwurf einer Steuerung betrachtet werden müssen. Für eine gegebene Geschwindigkeit, ein gegebenes I_ref und einen gegebenen Leitungswinkel θ_cond = θ_aus - θ_ein zeigt Fig. 5 die Motorleistungsausgabe über der Stelle, bei welcher der Spitzenstrom auftritt. Für den SRM, der gerade betrachtet wird, gilt θ_m = 225° und θ_g= 135° (elektrisch). Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, wird eine maximale Leistung dann erzeugt, wenn der erste Spitzenstrom bei θ_m auftritt.
Der herkömmliche Ansatz zum Bestimmen von θ_ein besteht im Rückwärtsarbeiten von θ_m aus:

θ_ein = θ_m- (L_minI_refω)/V_dc (Gleichung 1)

wobei L_min die minimale Induktanz ist, V_dc die dc-Busspannung ist, ω die Rotorgeschwindigkeit ist und I_ref der Referenzstrompegel ist.
Die obige Gleichung 1 nimmt an, dass die Induktanz während des Bereichs [θ_g, θ_m] konstant ist. Die lnduktanz kann eine Funktion des Phasenstroms, der Rotorposition und der Temperatur sein. Bei niedriger Geschwindigkeit kann dieses Verfahren eine vernünftige Arbeitsweise ergeben. Für einen Betrieb über einen weiten Geschwindigkeitsbereich beginnt die Gleichung 1 zusammenzubrechen, da aufgrund der erhöhten Rück-EMK( = elektromotorische Kraft)-Spannung veranlasst werden muss, dass θ_ein vor θ_g auftritt. Es ist erwünscht, eine Steuerung in einer geschlossenen Schleife bzw. einen geschlossenen Regelkreis zu haben, welche Steuerung ohne die Notwendigkeit von genauen (nichtlinearen) Motorparametern und eine Messung der dc-Busspannung den Einschaltwinkel liefert, der eine erste Spitze des Phasenstroms bei θ_m veranlasst.
Der vorgeschlagene Regel- bzw. Steueralgorithmus in einer geschlossenen Schleife überwacht kontinuierlich die Position der ersten Spitze des Phasenstroms (θ_p). Das Einschalten wird gemäß dem Fehler zwischen θ_p und θ_m automatisch fortgeführt oder verzögert. Dieser Aspekt der Steuerung stellt θ_p erfolgreich auf θ_m ein. Oberhalb einer Grundgeschwindigkeit neigt der Spitzenstrom auf natürliche Weise dazu, nahe θ_m aufzutreten. Bei diesen Geschwindigkeiten hat θ_ein einen geringen Einfluss auf θ_p, aber einen signifikanten Einfluss auf die Größe bzw. Amplitude des Stroms bei %. Dieses Phänomen kann in Fig. 7 beobachtet werden, wobei der SRM bei 2500 U/min mit drei unterschiedlichen Einschaltwinkeln simuliert ist. Für jeden Einschaltwinkel tritt θ_p nahezu bei derselben Stelle mit unterschiedlichen Stromgrößen auf. Um dies zu berücksichtigen, zwingt der Algorithmus den Spitzenphasenstrom, mit dem befohlenen Phasenstrom überein zu stimmen. Eine Mitkopplung von θ_ein unter Verwendung der Gleichung 1 wird zum Beschleunigen einer Konvergenz zum richtigen Wert von θ_ein verwendet. Die Steuerung bzw. Regelung von Bein ist in dem in Fig. 6 gezeigten Algorithmus zusammengefasst.
Wenn die Steuerung im Stromregelmode ist, tritt I_p nahe I_ref auf, so dass der Fehler zwischen I_p und I_ref eine geringe Auswirkung auf den Befehl für θ_ein hat. Unterhalb der Grundgeschwindigkeit arbeitet der Teil der Steuerung, der zum Halten von θ_p auf θ_m verantwortlich ist, effektiv, um das Steuerziel bzw. die Regelgröße zu erreichen. Bei einer hohen Geschwindigkeit, nämlich dann, wenn die Steuerung in einem Spannungäregelmode ist, tritt θ_p natürlich bei θ_m auf. Der Teil der Steuerung, der dafür verantwortlich ist, I_p zu zwingen I_ref zu folgen, arbeitet effektiv, um mit dem Einschaltwinkel weiterzumachen, um I_p nahe I_ref zu halten. Wenn der Referenzstrom oder die Motorgeschwindigkeit reduziert wird, tritt der Antrieb in einen Stromregelmode ein und tritt θ_p vor θ_m auf. Der Teil der Steuerung, der zum Erzwingen von θ_p = θ_m verantwortlich ist, wird aktiv und bringt durch Verzögern von θ_ein θ_p zu θ_m.
Der oben diskutierte ist und in Fig. 6 schematisch gezeigte Algorithmus wurde bei einer Simulation implementiert, um einen richtigen Betrieb zu bestätigen, bevor er experimentell beim physikalischen System implementiert wird. Der SRM, auf welchen die Simulation angewendet wird, ist ein 12/8-Dreiphasen-SRM, der für eine Autoanwendung von 1 kW 42 V entwickelt ist. Die SRM-Magnete sind basierend auf Daten analytisch modelliert, die durch bekannte Techniken zur Analyse mit finiten Elementen gesammelt sind.
Fig. 8 zeigt den Betrieb der automatischen Steuerung für θ_ein für einen Betrieb des SRM bei 1000 U/min mit einem verlangten Spitzenphasenstrom von 70 A. Die Steuerung treibt Änderungen bezüglich 0_ein an, um θ_p = θ_m und I_p = I_ref zu erzwingen. Bei dieser Geschwindigkeit kann der Antrieb den Referenzstrom auf einfache Weise erzeugen und ist I_p ohne irgendeine Steueranstrengung auf natürliche Weise nahezu I_ref. θ_ein wird durch den Teil der Steuerung schwer eingestellt, der versucht, θ_p = θ_m, zu erzwingen. Wie es gezeigt ist, wird die Erzeugung eines Motordrehmoments, in Fig. 8 die Erzeugung eines durchschnittlichen Drehmoments, wenn θ_p sich θ_m nähert. Der Leitungswinkel θ_cond wird für alle Betriebsbedingungen auf 145° (elektrisch) gehalten. Fig. 9 zeigt die Einstellung des Einschaltwinkels für 2500 U/min. θ_p ist während des gesamten Betriebs nahe 8 m. Das Steuerziel, θ_p nahe zu θ_m zu halten, wird natürlich erreicht. Das andere Ziel, den erwünschten I_ref zu erzeugen, wird durch die Steuerung erreicht.
Fig. 6 zeigt die Übergangsleistungsfähigkeit der Steuerung bei 2500 U/min. Der Referenzstrom wird bei 0,5 s von 50 A auf 30 A reduziert. Der Teil der Steuerung, der zum Erzwingen von I_ref verantwortlich ist, ist unfähig zum ausreichenden Reduzieren des Fortschaltwinkels, so dass der Stromregler aktiv wird. Ein exzessiver Fortschaltwinkels veranlasst nicht, dass I_p größer als I_ref ist, weil der Stromregler verhindert, dass der Phasenstrom größer als I_ref wird. Weil aber θ_p früher als θ_m auftritt, strengt sich der Teil der Steuerung, der zum Erzwingen von θ_p = θ_m dient, an, den Fortschaltwinkel zum richtigen Wert zu reduzieren.
Die Leistungsfähigkeit der Steuerung ist experimentell mit einem 12/8-Dreiphasen- SRM verifiziert worden, der für eine Autoanwendung von 1 kW 42 V entwickelt ist. Der oben diskutierte Regel- bzw. Steueralgorithmus wurde unter Verwendung eines Digitalsignalprozessors von Analog Devices ADMC 401 implementiert. Der SRM wurde mit einem Induktionsmotor gekoppelt, der als mechanische Last mit konstanter Geschwindigkeit wirkt, und zwar durch einen einstellbaren Geschwindigkeitsantrieb. Ein Wellencodierer liefert direkte Quadratur- und Index-Impulse zu der Quadraturcodierer-Impulseinheit des DSP. Eine 42 V-Batterie wird in allen Tests dazu verwendet, eine Gleichstromleistung zum Inverter zu liefern. Fig. 11 zeigt ein Blockdiagramm des experimentellen Aufbaus für die Tests.
Die experimentellen Tests wurden bei einer Vielzahl von Arbeitspunkten durchgeführt, um die Wirksamkeit der Steuerung zu zeigen. Die Fig. 12a und 12b zeigen die Antriebsleistungsfähigkeit bei 1000 U/min für einen Referenzstrom von 20 A mit und ohne die Winkelsteuerung in einer geschlossenen Schleife bzw. den geschlossenen Winkel-Regelkreis. Der analytisch berechnete Fortschaltwinkel findet den Fortschaltwinkel nicht genau, um θ_p = θ_m zu veranlassen. Die Winkelsteuerung in einer geschlossenen Schleife erzeugt andererseits den nötigen Fortschaltwinkel zum Veranlassen von θ_p = θ_m. Die Fig. 13a und 13b zeigen einen gleichen Test für einen Referenzstrom von 70 A. Wiederum ist eine Leistungsfähigkeit des Antriebs viel besser mit der Winkelsteuerung in einer geschlossenen Schleife.
Die Fig. 10a-10c zeigen die Effektivität der Steuerung bei einer hohen Geschwindigkeit. Die Steuerung in einer geschlossenen Schleife arbeitet effektiv, um sowohl θ_p = θ_m als auch I_p = I_ref bei Referenzströmen von 30 A und 50 A zu veranlassen. Die Fig. 10c zeigt die Antriebsreaktion ohne Steuerung in einer geschlossenen Schleife. Der Antrieb ohne die Steuerung in einer geschlossenen Schleife erzeugt nur 30 A in Reaktion auf die Referenz von 50 A. Es ist bemerkenswert, dass Spitzenströme ungeachtet des Einschaltwinkels und des Spitzenstrompegels um dieselbe Rotorposition auftreten.
Aus der vorangehenden Diskussion ist es klar, dass die vorliegende Erfindung einen neuen Algorithmus für die automatische Steuerung bzw. Regelung von 0_ein zur Verfügung stellt. Der erfinderische Ansatz sorgt für eine automatische Einstellung eines Einschaltwinkel ohne die Notwendigkeit von Motorparametern oder Selbstabstimmtechniken. Der Algorithmus überwacht den Spitzenphasenstrom und wo der Spitzenstrom auftritt und ordnet die Position der ersten Spitze des Phasenstroms bei θ_m an, um das Drehmoment pro Ampere, das durch den SRM erzeugt wird, zu maximieren. Die Steuerung stellt auch sicher, dass der Spitzenphasenstrom gleich dem Referenzstrom ist. Der Motor, der Inverter und das Steuersystem sind in Simulink modelliert, um den Betrieb des Systems zu demonstrieren. Die Steuertechnik wurde dann auf ein experimentelles System angewendet. Sowohl die Simulation als auch die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die neue Steuertechnik einen effizienten Motorbetrieb mit einer einfachen Implementierung und ohne die Notwendigkeit von Motorparametern und Lastbedingungen zur Verfügung stellt.
Während die vorangehende Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes System und ein bevorzugtes Verfahren gezeigt und beschrieben worden ist, wird es von Fachleuten auf dem Gebiet verstanden werden, dass verschiedene Änderungen bezüglich der Form und der Details daran durchgeführt werden können, ohne vom Sinngehalt und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die vorangehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist gemäß den Vorgaben der Patentstatuten zum Zwecke einer Darstellung präsentiert worden. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie erschöpfend ist oder die vorliegende Erfindung auf die offenbarten präzisen Formen beschränkt. Offensichtliche Modifikationen oder Variationen sind angesichts der obigen Lehren möglich. Die hierin oben offenbarten Ausführungsbeispiele wurden gewählt, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung und ihre praktische Anwendung am besten darzustellen, um dadurch Fachleuten auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung bei verschiedenen Ausführungsbeispielen und mit verschiedenen Modifikationen am besten zu verwenden, wie sie für die beabsichtigte spezielle Verwendung geeignet sind, solange den hierin beschriebenen Prinzipien gefolgt wird. Somit können Änderungen bei der oben beschriebenen Erfindung durchgeführt werden, ohne von ihrer Absicht und ihrem Schutzumfang abzuweichen. Es ist auch beabsichtigt, dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die hierzu beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Steuerung bzw. Regelung eines Erregungswinkels, das einen effizienten Betrieb eines Motors mit einer geschalteten Reluktanz über einen gesamten Geschwindigkeitsbereich unterstützt, um eine Leistungsfähigkeit und eine Effizienz zu verbessern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorsehen eines Motors mit geschalteter Reluktanz;
Vorsehen einer Steuerung für den Motor mit geschalteter Reluktanz;
einen ersten Überwachungsschritt zum kontinuierlichen Überwachen einer ersten Einschaltwinkelposition (θ_p), die eine erste Spitze eines Phasenstroms anzeigt;
Ausrichten der ersten Einschaltwinkelposition (θ_p) mit einer zweiten Einschaltwinkelposition (θ_m), die anzeigt, wo die Induktanz größer zu werden beginnt;
wobei die Steuerung einen erwünschten Einschaltwinkel (θ_ein) bestimmt, der den effizientesten Betrieb eines Antriebssystems für den Motor mit geschalteter Reluktanz unterstützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist:
einen zweiten Überwachungsschritt zum Überwachen des Spitzenphasenstroms;
Fortschalten oder Verzögern eines erfassten Einschaltwinkels zu dem erwünschten Einschaltwinkel (θ_ein), wenn durch die Steuerung kein verlangter Referenzstrom (I_ref) erzeugt werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Überwachungsschritt und der Ausrichtungsschritt unterhalb einer Grundgeschwindigkeit des Motors mit geschalteter Reluktanz aktiv sind, wo Phasenströme durch einen Inverter gebildet werden können und die erste Einschaltwinkelposition (%) relativ unabhängig von der zweiten Einschaltwinkelposition (θ_m) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zweite Überwachungsschritt und der Fortschalt- oder Verzögerungsschritt oberhalb der Grundgeschwindigkeit aktiv sind, wo die Phasenstromspitze bei der zweiten Einschaltwinkelposition (θ_m) auftritt, und zwar ungeachtet einer Stromamplitude.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erwünschte Einschaltwinkel gemäß dem Fehler der ersten Einschaltwinkelposition (%) und der zweiten Einschaltwinkelposition (θ_m) automatisch fortgeschaltet oder verzögert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, das weiterhin den Schritt zum Zwingen des Spitzenphasenstroms aufweist, mit einem befohlenen Phasenstrom überein zu stimmen.

7. Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin den Schritt zur Mitkopplung des erfassten Einschaltwinkels aufweist, um eine Konvergenz zum erwünschten Einschaltwinkel (θ_ein) zu beschleunigen.

8. Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist:
einen dritten Überwachungsschritt zum kontinuierlichen Überwachen eines ersten Einschaltstrom (I_p), der die erste Spitze des Phasenstroms anzeigt;
Ausrichten des ersten Einschaltstroms (I_p) mit dem verlangten Referenzstrom (I_ref), der anzeigt, wo die lnduktanz größer zu werden beginnt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Steuerung in einen Stromregelmode eintritt, wenn wenigstens eines von dem Referenzstrom (I_ref) und einer Motorgeschwindigkeit reduziert wird und die erste Einschaltwinkelposition (θ_p) vor der zweiten Einschaltwinkelposition (θ_m) auftritt.

10. Steuerung zur automatischen Steuerung bzw. Regelung eines Erregungswinkels eines Motors mit geschalteter Reluktanz über einem gesamten Geschwindigkeitsbereich, um eine Leistungsfähigkeit und eine Effizienz zu verbessern, wobei die Steuerung folgendes aufweist:
einen ersten Überwachungsteil, der eine erste Einschaltwinkelposition (θ_p) kontinuierlich überwacht, die eine erste Spitze eines Phasenstroms anzeigt, und der die erste Einschaltwinkelposition (θ_p) mit einer zweiten Einschaltwinkelposition (θ_m) ausrichtet, die anzeigt, wo die Induktanz größer zu werden beginnt;
wobei die Steuerung einen erwünschten Einschaltwinkel (θ_ein) bestimmt, der den effizientesten Betrieb eines Antriebssystems für den Motor mit geschalteter Reluktanz unterstützt.

11. Steuerung nach Anspruch 10, die weiterhin einen zweiten Überwachungsteil aufweist, der den Spitzenphasenstrom überwacht und einen erfassten Einschaltwinkel zum erwünschten Einschaltwinkel (θ_ein) fortschaltet oder verzögert, wenn durch die Steuerung kein verlangter Referenzstrom (I_ref) erzeugt werden kann.

12. Steuerung nach Anspruch 10, wobei der erste Überwachungsteil unterhalb einer Grundgeschwindigkeit des Motors mit geschalteter Reluktanz aktiv ist, wo Phasenströme durch einen Inverter gebildet werden können und die erste Einschaltwinkelposition (θ_p) relativ unabhängig von der zweiten Einschaltwinkelposition (θ_m) ist.

13. Steuerung nach Anspruch 12, wobei der zweite Überwachungsteil oberhalb der Grundgeschwindigkeit aktiv ist, wo die Phasenstromspitze bei der zweiten Einschaltwinkelposition (θ_m) auftritt, und zwar ungeachtet einer Stromamplitude.

14. Steuerung nach Anspruch 11, wobei der erwünschte Einschaltwinkel gemäß dem Fehler zwischen der ersten Einschaltwinkelposition (θ_p) und der zweiten Einschaltwinkelposition (θ_m) automatisch fortgeschaltet oder verzögert wird.

15. Steuerung nach Anspruch 13, die weiterhin den Schritt zum Zwingen des Spitzenphasenstroms aufweist, mit einem befohlenen Phasenstrom überein zu stimmen.

16. Steuerung nach Anspruch 11, wobei der zweite Überwachungsteil eine Mitkopplung des erfassten Einschaltwinkels durchführt, um eine Konvergenz zum erwünschten Einschaltwinkel (θ_ein) zu beschleunigen.

17. Steuerung nach Anspruch 11, wobei der zweite Überwachungsteil weiterhin kontinuierlich einen ersten Einschaltstrom (I_p) überwacht, der die erste Spitze des Phasenstroms anzeigt, und den ersten Einschaltstrom (I_p) mit dem befohlenen Referenzstrom (I_ref) ausrichtet, der anzeigt, wo die Induktanz größer zu werden beginnt.

18. Steuerung nach Anspruch 17, wobei die Steuerung in einen Stromregelmode eintritt, wenn wenigstens eines von dem Referenzstrom (I_ref) und einer Motorgeschwindigkeit reduziert wird und die erste Einschaltwinkelposition (θ_p) vor der zweiten Einschaltwinkelposition (θ_m) auftritt.

19. Steuerung nach Anspruch 10, wobei der Motor mit geschalteter Reluktanz (10) folgendes enthält:
einen hohlen Stator (14), der um eine Achse angeordnet ist und wenigstens ein Paar von gegenüberliegenden sich radial nach innen erstreckenden Statorpolen (22) aufweist;
einen Rotor (12), der innerhalb des Stators (14) um die Achse konzentrisch mit dem Stator (14) für eine Drehung relativ dazu gelagert ist, wobei der Rotor (12) wenigstens ein Paar von gegenüberliegenden sich radial nach außen erstreckenden Rotorpolen (18) aufweist, wobei eine magnetische Reluktanz zwischen den Rotorpolen (18) und den Statorpolen (22) definiert wird, wobei die magnetische Reluktanz zwischen einer minimalen Reluktanz, wenn die Rotorpole (18) mit den Statorpolen (22) in radialer Richtung ausgerichtet sind, und einer maximalen Reluktanz, wenn die Rotorpole (18) mit den Statorpolen (22) nicht in radialer Richtung ausgerichtet sind, variiert;
wenigstens eine Phasenwicklung (24), die um das wenigstens eine Paar der Statorpole (22) gewickelt ist; und
eine Schaltung (6) zum Abgeben eines elektrischen Stroms von der wenigstens einen Phasenwicklung (24) zu einer elektrischen Speicherbatterie (8) des Fahrzeugs.

20. Steuerung nach Anspruch 10, wobei der Motor (10) mit geschalteter Reluktanz folgendes enthält:
einen hohlen Rotor (12), der um eine Achse angeordnet ist und wenigstens ein Paar von gegenüberliegenden sich radial nach innen erstreckenden Rotorpolen (18) aufweist;
einen Stator (14), der innerhalb des Rotors (12) um die Achse konzentrisch mit dem Rotor (12) zur Drehung relativ dazu gelagert ist, wobei der Stator (14) wenigstens ein Paar von gegenüberliegenden sich radial nach außen erstreckenden Statorpolen (22) aufweist, wobei eine magnetische Reluktanz zwischen den Statorpolen (22) und den Rotorpolen (18) definiert wird, wobei die magnetische Reluktanz zwischen einer minimalen Reluktanz, wenn die Statorpole (22) mit den Rotorpolen (18) in radialer Richtung ausgerichtet sind, und einer maximalen Reluktanz, wenn die Statorpole (22) mit den Rotorpolen (18) nicht in radialer Richtung ausgerichtet sind, variiert;
wenigstens eine Phasenwicklung (24), die um das wenigstens eine Paar der Rotorpole (18) gewickelt ist; und
eine Schaltung (6) zum Abgeben eines elektrischen Stroms von der wenigstens einen Phasenwicklung (24) zu einer elektrischen Speicherbatterie (8) des Fahrzeugs.