DE112018003980T5

DE112018003980T5 - Regelsystem und Verfahren zum Betreiben einer mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine sowie einer Korrektureinheit

Info

Publication number: DE112018003980T5
Application number: DE112018003980.3T
Authority: DE
Inventors: Qiong-zhong Chen; Steven Bervoets; Gianluca Barbierato
Original assignee: Punch Powertrain NV
Current assignee: Punch Powertrain eVehicles NV
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2020-04-16
Also published as: CN111108680A; WO2019025628A1; BE1025445A1; BE1025445B1

Abstract

Das vorliegende Dokument bezieht sich auf ein Regelsystem zum Betreiben einer mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor relativ zum Stator drehbar ist. Jede Spule des Stators ist einer Phasenstufe zugeordnet, so dass jede Phasenstufe mehreren Statorspulen zugeordnet ist. Das Regelsystem ist dazu eingerichtet, um die Phasenstufen durch anschließendes Anlegen eines Phasenstroms an jede der Phasenstufen zu speisen. Für jede Phasenstufe wird der Phasenstrom angelegt, indem der Phasenstrom in einer ersten Position eines Gegenpols relativ zu einem Statorpol eingeschaltet und der Phasenstrom in einer zweiten Position des Gegenpols ausgeschaltet wird. Der Regler umfasst eine Drehmomentverteilungseinheit, die eine gewünschte Drehmomentabgabe bestimmt, die von jeder Phasenstufe geliefert werden soll, um die gewünschte Drehmomentabgabe bereitzustellen, und eine Korrektureinheit zum Korrigieren der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe zum Ermöglichen des Aufbaus des Phasenstroms zum Aktivieren der Phasenstufe, um es der Phasenstufe zu ermöglichen, die gewünschte Drehmomentabgabe zu liefern, wie durch die Drehmomentverteilungseinheit bestimmt wird. Das Dokument beschreibt auch ein Verfahren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelsystem zum Betreiben einer mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine, wobei die mehrphasig geschaltete Reluktanzmaschine einen Stator mit mehreren Spulen und Statorpolen umfasst, wobei die Statorpole die Kerne der Spulen bilden, und einen Rotor mit mehreren Gegenpolen zum Zusammenwirken mit den Statorpolen zum Aufbringen eines Reluktanzdrehmoments auf den Rotor, wobei der Rotor relativ zum Stator drehbar ist, wobei die Spulen mehreren Phasenstufen der mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine zugeordnet sind, so dass jede Spule des Stators einer Phasenstufe zugeordnet ist, wobei jede Phasenstufe dadurch einer oder mehreren der mehreren Spulen des Stators zugeordnet ist; wobei das Regelsystem dazu eingerichtet ist, die Phasenstufen durch nachfolgendes Anlegen eines Phasenstroms an jede der Phasenstufen entsprechend zu speisen, um das Reluktanzdrehmoment an den Rotor anzulegen, wobei für jede Phasenstufe der Phasenstrom angelegt wird durch: Einschalten des Phasenstroms in einer ersten Position eines Gegenpols relativ zu einem Statorpol der Phasenstufe und Abschalten des Phasenstroms in einer zweiten Position des Gegenpols relativ zu dem Statorpol der Phasenstufe; wobei das Regelsystem ferner eine Drehmomentverteilungseinheit umfasst, die konfiguriert ist, um für jede Phasenstufe eine von der Phasenstufe zu liefernde Drehmomentabgabe zu bestimmen, wobei die Drehmomentverteilungseinheit eine Abgabe zum Bereitstellen der bestimmten angeforderten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe umfasst. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine.
Stand der Technik
Diese offenbarte Erfindung bezieht sich auf die Regelung von geschalteten Reluktanzmotoren (SR-Motoren) und insbesondere auf ein Verfahren zum Aufbau eines prädiktiven Phasenstroms, um den drehmomentwelligkeitsfreien anwendbaren Bereich der auf Pulsbreitenmodulation (PWM) basierenden direkten momentanen Drehmomentregelung (DITC) zu erweitern, d. h. PWM-DITC.
Die DITC-Strategie mit Hystereseregelung für SR-Motoren wurde ursprünglich von Robert B. Inderka et al. in „DITC-direct instantaneous torque control of switched reluctance drives", IEEE Transactions on Industry Applications (Band: 39, Ausgabe: 4, Juli-Aug. 2003) veröffentlicht und wurde dann von Christoph R. Neuhaus et al. als PWM-basierte DITC-Strategie weiterentwickelt, wie in „Predictive PWM-based direct instantaneous torque control of switched reluctance drives"; 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2006 (PESC '06), 18.-22. Juni 2006 veröffentlicht. Es ist ein geschlossener Regelkreis des elektromagnetischen Drehmoments unter Verwendung der Rückmeldung der Drehmomentschätzung, die aus Nachschlagetabellen (LUTs) berechnet wird. Es gibt einen Mechanismus, um das angeforderte Drehmoment auf zwei benachbarte Phasen zu verteilen, falls beide wirksam werden. Die Phase, die neu aktiv wird, wird als ankommende Phase bezeichnet, während die Phase, die neu ausläuft, als ausgehende Phase bezeichnet wird. Die ankommende Phase hat standardmäßig eine höhere Priorität als die ausgehende Phase, was bedeutet, dass die ankommende Phase das angeforderte Drehmoment liefert, wenn keine der folgenden beiden Ausnahmen auftritt: Das angeforderte Drehmoment liegt außerhalb des geschätzten Bereichs des realisierbaren Drehmoments, das von der ankommenden Phase möglicherweise geliefert werden kann; das geschätzte Drehmoment in der ausgehenden Phase in dem kommenden Zeitschritt nicht auf null abfallen kann. In einer der beiden oben genannten Ausnahmen berechnet die Drehmomentverteilungsstrategie die Drehmomentanforderung für diese beiden benachbarten Phasen entsprechend neu.
Die ankommende Phase wird so gesteuert, dass das Drehmoment immer in die gleiche Richtung wie das angeforderte Drehmoment abgegeben wird, um dem in der ausgehenden Phase gelieferten Drehmoment nicht entgegenzuwirken. Aus diesem Grund darf der Phasenstrom aufgebaut werden, sobald die jeweilige ankommende Phase Drehmoment in die angeforderte Richtung liefern kann. Die DITC-Strategie hat zu einer erheblichen Verbesserung der Motorleistung hinsichtlich der Minimierung der Drehmomentwelligkeit geführt, insbesondere bei niedrigen und mittleren Drehzahlen. Bei höheren Drehzahlen tritt jedoch bei PWM-DITC-gesteuerten SR-Motoren immer noch eine Drehmomentwelligkeit auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die elektromagnetische Gegenkraft (EMK) proportional zur Rotordrehzahl ist, während die Zeit zum Aufbau des Phasenstroms umgekehrt proportional zur Rotordrehzahl ist. Somit kann der Phasenstrom bei niedrigen Drehzahlen auf einen Sollwert in Bezug auf die Rotorposition leicht aufgebaut werden. Bei höheren Drehzahlen kann der Soll-Phasenstrom jedoch nicht mehr leicht verfolgt werden. Obwohl das oben Aufgeführte unter Bezugnahme auf geschaltete Reluktanzmotoren beschrieben wurde, tritt das Problem auch bei SR-Generatoren auf.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung für die oben beschriebenen Nachteile bereitzustellen, die bei pulsbreitenmodulationsbasierten, direkt momentan drehmomentgesteuerten geschalteten Reluktanzmotoren oder -generatoren festgestellt werden, und ein Regelsystem und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, die Drehmomentwelligkeit bei höheren Rotordrehzahlen weiter zu verringern.
Zu diesem Zweck wird hiermit ein Regelsystem zum Betreiben einer mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine bereitgestellt, wobei die mehrphasig geschaltete Reluktanzmaschine einen Stator mit mehreren Spulen und Statorpolen umfasst, wobei die Statorpole die Kerne der Spulen bilden, und einen Rotor mit mehreren Gegenpolen zum Zusammenwirken mit den Statorpolen zum Aufbringen eines Reluktanzdrehmoments auf den Rotor, wobei der Rotor relativ zum Stator drehbar ist, wobei die Spulen mehreren Phasenstufen der mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine zugeordnet sind, so dass jede Spule des Stators einer Phasenstufe zugeordnet ist, wobei jede Phasenstufe dadurch einer oder mehreren der mehreren Spulen des Stators zugeordnet ist; wobei das Regelsystem dazu eingerichtet ist, die Phasenstufen durch nachfolgendes Anlegen eines Phasenstroms an jede der Phasenstufen entsprechend zu speisen, um das Reluktanzdrehmoment an den Rotor anzulegen, wobei für jede Phasenstufe der Phasenstrom angelegt wird durch: Einschalten des Phasenstroms in einer ersten Position eines Gegenpols relativ zu einem Statorpol der Phasenstufe und Abschalten des Phasenstroms in einer zweiten Position des Gegenpols relativ zu dem Statorpol der Phasenstufe; wobei das Regelsystem ferner eine Drehmomentverteilungseinheit umfasst, die konfiguriert ist, um für jede Phasenstufe eine von der Phasenstufe zu liefernde Drehmomentabgabe zu bestimmen, wobei die Drehmomentverteilungseinheit eine Abgabe zum Bereitstellen der bestimmten angeforderten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe umfasst; wobei das Regelsystem ferner eine Korrektureinheit umfasst, die mit der Drehmomentverteilungseinheit zum Empfangen der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe zusammenwirkt, wobei die Korrektureinheit einen Eingang zum Empfangen von aktuellen Positionsdaten umfasst, die eine aktuelle Position des Gegenpols in Bezug auf den Statorpol der jeweiligen Phasenstufe angeben, und wobei die Korrektureinheit zum Korrigieren der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe konfiguriert ist, um eine korrigierte gewünschte Drehmomentabgabe bereitzustellen, die der aktuellen Position des Gegenpols relativ zum Statorpol zum Ermöglichen des Aufbaus des Phasenstroms durch die jeweilige Phasenstufe zugeordnet ist, um zu ermöglichen, dass die Phasenstufe die gewünschte Drehmomentabgabe effektiv liefert, wie durch die Drehmomentverteilungseinheit bestimmt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein gewisses Maß an Gegenwirkung des von der ausgehenden Phase gelieferten Drehmoments aufgrund eines frühen Aufbaus des Phasenstroms in der ankommenden Phase verwendet werden kann, um das Auftreten eines Drehmomentabfalls bei der Kommutierung der Phasen zu beseitigen. Um ein höheres Drehmoment abzugeben, sollte der Phasenstrom hoch genug aufgebaut werden, bevor er in den Bereich der Erzeugung des effektiven Drehmoments gelangt. Falls erforderlich, wird die Phase noch vor Erreichen der nicht ausgerichteten Position erregt. Somit ist ein kleines Maß eines negativen Drehmoments als Ausgleich zum Aufbau des Phasenstroms erlaubt. Der Vorteil besteht darin, dass, wenn sich der Rotor an den Bereich mit effektiver Drehmomenterzeugung nähert, aufgrund eines höheren Phasenstroms mehr Drehmoment entnommen wird. Durch frühen Aufbau des Phasenstroms in der ankommenden Phase, d. h. vor der aktuellen Rotorposition von 180°elek in Bezug auf die ankommende Phase (180°elek ist die Position in der elektrischen Skala, in der der Statorpol der Phasenstufe genau in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gegenpolen des Rotors angeordnet ist: d. h. die nicht ausgerichtete Position), kann er sich früh genug aufbauen, um eine ausreichende Drehmomentabgabe bereitzustellen, um einen Drehmomentabfall bei der Kommutierung der Phasen zu verhindern. Vor der oben beschriebenen Rotorposition 180°elek wird der Gegenwirkungseffekt der ankommenden Phase durch die ausgehende Phase kompensiert; nach der Rotorposition 180°elek ist aufgrund des früh aufgebauten Phasenstroms das Drehmoment aus der ankommenden Phase schnell aufgebaut und kann so den Drehmomentabfall aus der abgehenden Phase kompensieren. Infolgedessen wird der Drehmomentabfall während der Kommutierung in dem aus allen Phasen zusammengefassten Gesamtdrehmoment vermieden. Dies ermöglicht es, den SR-Motor ohne Drehmomentwelligkeit bei viel höheren Rotordrehzahlen zu betreiben, da zusätzliche Zeit für den Phasenstromaufbau während der Kommutierung verfügbar ist.
Nach einigen Ausführungsformen ist das Regelsystem ein System mit geschlossenem Regelkreis, und das Regelsystem umfasst eine Uberwachungseinheit, die zum Empfangen von Daten konfiguriert ist, die einen oder mehrere Betriebsparameter der geschalteten Reluktanzmaschine angeben. Basierend auf den Betriebsparametern kann der Regler eine Drehmomentverteilung durchführen und der Korrektureinheit einen Eingang zur Korrektur der ermittelten angeforderten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe bereitstellen. Nach einigen dieser Ausführungsformen umfassen der eine oder die mehreren Betriebsparameter wenigstens ein Element einer Gruppe, umfassend: einen tatsächlichen Phasenstrom, der an eine oder mehrere der Phasenstufen angelegt wird, eine Winkelrotorposition des Rotors relativ zum Stator, eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors; oder ein Gleichspannungspegel, der für das Speisen verfügbar ist.
Ferner ist nach einigen Ausführungsformen das Regelsystem eingerichtet, um Daten an die Korrektureinheit bereitzustellen, die die erste Position (θ_on ) und die zweite Position (θ_off ) für die jeweilige Phasenstufe angeben. Die Regelung stellt ferner die aktuelle Position des Rotors (θ_phN ) bereit oder stellt wenigstens Daten oder ein Signal bereit, aus dem die aktuelle Rotorposition erhalten werden kann. Solche Positionsinformationen (θ_on , θ_off , θ_phN ) können für die jeweilige Phase hinsichtlich eines elektrischen Phasenwinkels vorgesehen sein, d. h. die relative Position des Gegenpols des Rotors zwischen zwei aufeinanderfolgenden Statorpolen einer einzelnen Phase angegeben. Ein elektrischer Phasenwinkel von 0°elek gibt eine ausgerichtete Position zwischen einem Gegenpol des Rotors und einem Statorpol der jeweiligen Phase an. Ein elektrischer Phasenwinkel von 180°elek entspricht der nicht ausgerichteten Position, wobei der Statorpol einer Phasenstufe genau in der Mitte zwischen zwei Gegenpolen des Rotors, wie oben beschrieben, liegt. Eine elektrische Position von 360°elek zeigt eine ausgerichtete Position an, wobei ein nachfolgender Gegenpol des Rotors mit dem Statorpol der jeweiligen Phase ausgerichtet ist. Die erste und zweite Position der Phase, d. h. die Einschalt- und Ausschaltposition, können von wenigstens einem der einen oder mehreren Betriebsparameter abhängen. Ausgehend von den vorliegenden Bedingungen wird somit vom Regelsystem eine optimale erste oder zweite Position des Rotors zum jeweiligen Ein- oder Ausschalten der Statorpole einer Phase bestimmt. Wie die Ein- und Ausschaltwinkel bestimmt werden können, hängt von der Optimierung ab. Beispielsweise kann der Einschaltwinkel unter Berücksichtigung von z. B. Drehmomentwelligkeit, Wirkungsgrad und Geräusch (Reflexion der Radialkraft) optimiert werden. Der Ausschaltwinkel kann beispielsweise als 360°elek zum Motorisieren und 180°elektrisches zum Erzeugen festgelegt sein.
Nach einigen dieser Ausführungsformen umfasst das Regelsystem einen Datenspeicher oder ist mit diesem kommunikativ verbunden, wobei der Datenspeicher eine Nachschlagetabelle zum Zuordnen von wenigstens einem von einem oder mehreren Betriebsparametern einer oder mehreren der ersten und zweiten Position umfasst. Die Nachschlagetabelle kann in einem Speicher vorgespeichert sein oder für das Regelsystem auf andere Weise zugänglich sein. Eine solche Nachschlagetabelle kann für den Motor (oder Generator) während eines Initialisierungsprozesses vorgegeben worden sein, wobei die Betriebsbedingungen, die den Betriebsparametern entsprechen, optimalen Einschalt- und Ausschaltwinkeln zur Minimierung der Drehmomentwelligkeit zugeordnet werden.
Nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist die Drehmomentverteilungseinheit konfiguriert, um die gewünschten Drehmomentabgaben zu bestimmen, die von benachbarten Phasenstufen geliefert werden sollen, wenn sich der Gegenpol von einer ersten der benachbarten Phasenstufen zu einer zweiten der benachbarten Phasenstufen bewegt. Die Drehmomentverteilungseinheit in solchen Ausführungsformen ist konfiguriert, um eine erste gewünschte Drehmomentabgabe für die erste der benachbarten Phasenstufen und eine zweite gewünschte Drehmomentabgabe für die zweite der benachbarten Phasenstufen bereitzustellen. Die Korrektureinheit ist zum Korrigieren von wenigstens einem der ersten oder der zweiten gewünschten Drehmomentabgabe konfiguriert. In diesen Ausführungsformen kann eine gewünschte Drehmomentabgabe für eine der zwei oder beide der benachbarten Phasenstufen korrigiert werden.
Nach einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die mehrphasig geschaltete Reluktanzmaschine ein geschalteter Reluktanzmotor oder ein geschalteter Reluktanzgenerator.
Die Erfindung stellt nach einem zweiten Aspekt davon eine Korrektureinheit zur Verwendung in einem Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche bereit, wobei die Korrektureinheit zum Zusammenwirken mit einer Drehmomentverteilungseinheit zum Empfangen einer bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für eine Phasenstufe konfiguriert ist, wobei die Korrektureinheit einen Eingang zum Empfangen von aktuellen Positionsdaten umfasst, die eine aktuelle Position von wenigstens einem Gegenpol relativ zu einem Statorpol der Phasenstufe angeben, und wobei die Korrektureinheit zum Korrigieren der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die Phasenstufe konfiguriert ist, um zum Beispiel eine korrigierte gewünschte Drehmomentabgabe bereitzustellen, die der aktuellen Position des Gegenpols relativ zum Statorpol zum Ermöglichen des Aufbaus des Phasenstroms durch die Phasenstufe zugeordnet ist, um zu ermöglichen, dass die Phasenstufe die gewünschte Drehmomentabgabe wie von der Drehmomentverteilungseinheit bestimmt, effektiv liefert.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine bereitgestellt, wobei die mehrphasig geschaltete Reluktanzmaschine einen Stator mit mehreren Spulen und Statorpolen umfasst, wobei die Statorpole die Kerne der Spulen bilden und einen Rotor mit mehreren Gegenpolen zum Zusammenwirken mit den Statorpolen zum Aufbringen eines Reluktanzdrehmoments auf den Rotor, wobei der Rotor relativ zum Stator drehbar ist und die Spulen mehreren Phasenstufen der mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine zugeordnet sind, so dass jede Spule des Stators einer Phasenstufe zugeordnet ist, wobei jede Phasenstufe dadurch einer oder mehreren der mehreren Spulen des Stators zugeordnet ist; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Speisen der Phasenstufen durch ein Regelsystem durch anschließendes Anlegen eines Phasenstroms an jede der Phasenstufen, um das Reluktanzdrehmoment an den Rotor anzulegen, wobei für jede Phasenstufe der Phasenstrom angelegt ist durch: Einschalten des Phasenstroms in einer ersten Position eines Gegenpols relativ zu einem Statorpol der Phasenstufe und Ausschalten des Phasenstroms in einer zweiten Position des Gegenpols relativ zu dem Statorpol der Phasenstufe; Bestimmen für wenigstens eine Phasenstufe unter Verwendung der Drehmomentverteilungseinheit einer gewünschten durch wenigstens eine Phasenstufe zu liefernden Drehmomentabgabe, und Bereitstellen der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe an eine Korrektureinheit; Empfangen der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe und der aktuellen Positionsdaten, die eine aktuelle Position des Gegenpols relativ zum Statorpol der jeweiligen Phasenstufe angeben, durch die Korrektureinheit; und Korrigieren der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe durch die Korrektureinheit, um zum Beispiel eine korrigierte gewünschte Drehmomentabgabe bereitzustellen, die der aktuellen Position des Gegenpols relativ zum Statorpol zum Ermöglichen des Aufbaus des Phasenstroms durch die jeweilige Phasenstufe zugeordnet ist, um zu ermöglichen, dass die Phasenstufe die gewünschte Drehmomentabgabe effektiv liefert, wie sie von der Drehmomentverteilungseinheit bestimmt wird.
Figurenliste
Die Erfindung wird ferner durch Beschreibung einiger spezifischer Ausführungsformen davon unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die detaillierte Beschreibung liefert Beispiele für mögliche Implementierungen der Erfindung, soll jedoch nicht als Beschreibung der einzigen Ausführungsformen angesehen werden, die in den Umfang fallen. Der Umfang der Erfindung ist in den Ansprüchen definiert, und die Beschreibung ist als veranschaulichend anzusehen, ohne die Erfindung einzuschränken. In den Zeichnungen:

1 veranschaulicht schematisch ein Regelsystem nach einer Ausführungsform der Erfindung zum Regeln eines geschalteten Reluktanzmotors (SR-Motors);
2 veranschaulicht schematisch eine herkömmliche Drehmomentverteilungseinheit;
3 veranschaulicht schematisch eine Drehmomentverteilungseinheit nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 veranschaulicht eine Winkelkonvention für eine Vorwärts- und Rückwärtsrichtung eines geschalteten Reluktanzmotors;
5 veranschaulicht schematisch für einen geschalteten Reluktanzgenerator die Wellenformen von Strom, Phasendrehmoment und Gesamtdrehmoment gegenüber der elektrischen Position mit und ohne einen prädiktiven Stromaufbaumechanismus;
6 und 7 sind Diagramme, die die anwendbaren Betriebsbereiche für einen SR-Motor mit und ohne prädiktiven Phasenstromaufbau veranschaulichen.

Detaillierte Beschreibung
Ein Regelsystem 1 zum Regeln eines geschalteten Reluktanzmotors (SR-Motors) 3 ist in 1 schematisch veranschaulicht. Zwischenkreisspannung und Phasenstromspannung jeder der jeweiligen Phasenstufen des geschalteten Reluktanzmotors (SR-Motors) 3 werden gemessen und dem Mess- und Schätzelement 5 zugeführt. Das Mess- und Schätzelement 5 empfängt auch das Rotorpositionssignal, das beispielsweise unter Verwendung eines Positionsgebers (nicht gezeigt) in dem SR-Motor 3 erhalten werden kann. Aus den erhaltenen Phasenströmen und der Rotorposition wird die Flusskopplung jeder Phasenstufe des Motors 3 geschätzt.
Die geschätzten Flusskopplungen 8-4, die Position des Rotors 8-3 und die gemessenen Phasenströme 8-1 und die Zwischenkreisspannung 8-2 werden an die Drehmomentschätzeinheit 7 weitergeleitet. Drehmomentschätzeinheit 7 wird verwendet, um den Bereich des zu liefernden Phasendrehmoments der jeweiligen Phase vorherzusagen. Drehmomentschätzeinheit 7 kann einen Algorithmus und/oder eine Nachschlagetabelle aus einem Speicher (nicht gezeigt) oder einem anderen Datenrepository (nicht gezeigt) anwenden.
Die geschätzten Phasendrehmomentwerte 10 werden der Drehmomentverteilungseinheit 15 bereitgestellt, die auch den Referenzdrehmomentwert 12 empfängt. Drehmomentverteilungseinheit 15 wird ferner unten detaillierter erläutert. Am Ausgang der Drehmomentverteilungseinheit 15 werden Referenzphasendrehmomentwerte 27 und 29 für die jeweiligen Phasenstufen an eine Referenzphasenflusskopplungs-Regeleinheit 17 bereitgestellt. Die Referenzphasenflusskopplungs-Regeleinheit 17 berechnet die Referenzphasenflusskopplungswerte 20 für die jeweiligen Phasenstufen, und der Komparator 18 bestimmt die Differenz Δψ_ph zwischen der Referenzphaseflusskopplung ψ_phref und der geschätzten Phasenflusskopplung 8-4. Diese Differenz Δψ_ph , wird zusammen mit der Zwischenkreisspannung 8-2 und dem Phasenstrom 8-1 an den Pulsbreitenmodulator (PWM) 19 weitergeleitet, um ein PWM-Tastverhältnis zu bestimmen, das als Eingangssignal B_sw an den Stromrichter 4 zum Antreiben des SR-Motors 3 weitergeleitet wird. Tatsächlich ist das Differenzsignal Δψ_ph eine Ausgabe des Regelsystems 1 und zeigt eine Differenz zwischen dem gewünschten Maß der Phasenflusskopplung ψ_phref und die tatsächlich vorhandene (d. h. geschätzte) Phasenflusskopplung 8-4. Basierend auf dieser Differenz wird das PWM-Signal B_sw eingestellt, um den Stromrichter 4 zu steuern.
2 veranschaulicht eine herkömmliche Drehmomentverteilungseinheit 115. Die herkömmliche Drehmomentverteilungseinheit 115 in einem herkömmlichen Regelsystem könnte sich in der gleichen Position wie die Drehmomentverteilungseinheit 15 (1) in der vorliegenden Erfindung befinden, d. h. der Drehmomentschätzeinheit 7 in der geschlossenen Schleife folgen. Die Drehmomentverteilungseinheit 115 empfängt die geschätzten Drehmomentwerte 10-1 und 10-2. Wie in 2 veranschaulicht, ist der geschätzte Drehmomentwert 10-1 für die ausgehende Phasenstufe (d. h. Phase N-1) und der geschätzte Drehmomentwert 10-2 ist für die ankommende Phasenstufe (d. h. Phase N). Wie weiter oben in diesem Dokument beschrieben, hat die ankommende Phase N immer eine höhere Priorität als die ausgehende Phase N-1, was bedeutet, dass die ankommende Phase N das angeforderte Drehmoment liefert, sofern keine Ausnahme auftritt. Es gibt zwei solcher Ausnahmen: Erstens liegt das angeforderte Drehmoment außerhalb des geschätzten Bereichs des realisierbaren Drehmoments, das von der ankommenden Phase geliefert werden kann; und zweitens kann das geschätzte Drehmoment in der ausgehenden Phase im kommenden Zeitschritt nicht auf null abfallen (d. h. die ausgehende Phasenstufe N-1 liefert immer noch ein Drehmomentmaß und kann dies noch nicht stoppen). In den beiden oben genannten Ausnahmen berechnet die Drehmomentverteilungsstrategie die Drehmomentanforderung für diese beiden benachbarten Phasen entsprechend neu.
Die Priorität der ankommenden Phase N gegenüber der ausgehenden Phase N-1 ist in 2 wiedergegeben, indem der Phasendrehmomentregler 22 für die ankommende Phase N dem Phasendrehmomentregler 24 für die ausgehende Phase N-1 vorgeschaltet wird. Der Phasendrehmomentregler 22 für die ankommende Phase N empfängt den Referenzdrehmomentwert T_ref * vom Signal 12 sowie die geschätzten Phasendrehmomentbereiche T_{est_min_phN} und T_{est_max_phN} aus dem Signal 10-2 und bestimmt darauf basierend die Drehmomentabgabe T_out,N für die ankommende Phase N. Dann bestimmt er das von der Ausgangsphase N-1 zu liefernde Restreferenzdrehmoment, indem T_out,N von T_ref * subtrahiert wird, um T_ref ** zu ergeben. Dieser Wert T_ref ** wird an den Phasendrehmomentregler 24 für die ausgehende Phase N-1 weitergeleitet, der auch die geschätzten Phasendrehmomentbereiche T_{est_min_phN-1} und T_{est_max_phN-1} vom Signal 10-1 empfängt. Basierend darauf bestimmt der Phasendrehmomentregler 24 den Referenzphasendrehmomentwert T_ref,N-1 für die ausgehende Phase N-1. Der Referenzphasedrehmomentwert T_ref,N für die ankommende Phase N wird durch Subtrahieren von T_ref,N-1 von T_ref * im Komparator 25. Diese Werte T_ref,N und T_ref,N-1 werden als Signale 27 und 29 an die Referenzphasenflusskopplungs-Regeleinheit 17 in 1 weitergeleitet.
Da das Drehmoment online geschätzt und überwacht wird und das Tastverhältnis für jede Phase entsprechend vorhergesagt wird, ist die Drehmomentwelligkeit im Allgemeinen folglich gering. Um jedoch das angeforderte konstant gleichmäßige Drehmoment zu liefern, muss die folgende Bedingung erfüllt sein: $T_{est_min_phN} + T_{est_min_phN - 1} \leq T_{ref*} \leq T_{est_max_phN} + T_{est_max_phN - 1}$
Die ankommende Phase liefert das Drehmoment immer in die gleiche Richtung wie das angeforderte Drehmoment, wenn keine der beiden folgenden Situationen auftritt ${\begin{matrix} 0 < T_{r e f} \leq T_{e s t_m i n_p h N - 1} \\ o r \\ 0 > T_{r e f} \geq T_{e s t_m a x_p h N - 1} \end{matrix}$
Dies bedeutet, dass die ausgehende Phase das Drehmoment mehr als angefordert liefern muss und die ankommende Phase es kompensieren muss. In der Praxis tritt keine der oben genannten Situationen auf. Daher darf sich der Phasenstrom in der ankommenden Phase nur dann aufbauen, wenn er das Drehmoment in die gleiche Richtung liefert wie das angeforderte Drehmoment. Betrachten Sie zum Beispiel eine Konfiguration mit dem Vorwärts-Motorisieren, bei der der Phasenstrom nur ab einer Rotorposition θ_phN von 180° aufgebaut werden kann. Dies beschränkt im Allgemeinen die Dauer des Aufbaus des Phasenstroms, bevor dieser in den Bereich der Erzeugung des effektiven Drehmoments gelangt, insbesondere mit der Erhöhung der Rotordrehzahl. Die Gegen-EMK ist proportional zur Rotordrehzahl, während die Zeit zum Aufbau des Phasenstroms umgekehrt proportional zur Rotordrehzahl ist. Somit kann der Phasenstrom bei niedrigen Drehzahlen auf einen Sollwert in Bezug auf die Rotorposition leicht aufgebaut werden. Bei höheren Drehzahlen kann der Soll-Phasenstrom jedoch nicht mehr leicht verfolgt werden. Somit kann es zu folgenden Situationen kommen: ${\begin{matrix} T_{r e f} \geq T_{est_max_phN - 1} + T_{est_max_phN} \\ o r \\ T_{r e f} \leq T_{est_min_phN - 1} + T_{est_min_phN} \end{matrix}$
Daraus ergeben sich zwei Konsequenzen: Erstens tritt eine Drehmomentwelligkeit auf, wenn die ankommende Phase nicht das erforderliche Drehmomentmaß aufbauen kann. Dies wird üblicherweise als Drehmomentabfall an den Kommutierungen erkannt. Zweitens sinkt das maximale Gesamtdrehmoment des Motors aufgrund des Drehmomentabfalls bei der Phasenkommutierung.
Die vorliegende Erfindung löst den obigen Nachteil der herkömmlichen Drehmomentverteilungseinheit. Sie untersucht die Schaltstrategie und ermöglicht es der ankommenden Phase, ihren Phasenstrom vorher aufzubauen, so dass die Gleichung 3 nicht auftritt und die Gleichung 1 mit einem wesentlich erweiterten Bereich der Rotordrehzahl erfüllt werden kann, d. h. der PWM-DITC gilt für einen mehr erweiterten Bereich für den Betrieb ohne Drehmomentwelligkeit.
In 3 ist eine Drehmomentverteilungseinheit 15 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Drehmomentverteilungseinheit 15 umfasst ein zusätzliches Element, das die Korrektur des prädiktiven Phasenstromaufbaus an den am Ausgang bereitgestellten Referenzphasedrehmomentwerten 27 und 29 durchführt. Diese Korrektur wird von der prädiktiven Phasenstromaufbaueinheit 30 durchgeführt, die in der Regelkreisschleife stromabwärts des Phasendrehmomentreglers 22 für die ankommende Phase N angeordnet ist. Die prädiktive Phasenstromaufbaueinheit 30 empfängt die bestimmte Drehmomentabgabe T_out,N für die ankommende Phase N sowie den Einschaltwinkel θ_on , den Ausschaltwinkel θ_off und die vorhandene tatsächliche Position des Rotors θ_phN relativ zu den Statorspulen der ankommenden Phase N. Der Einschaltwinkel θ_on und der Ausschaltwinkel θ_off können auf verschiedene Weisen erhalten werden, zum Beispiel können sie auf bevorzugte feste Werte eingestellt werden, unter Verwendung eines Algorithmus oder bestimmter Regeln über einen zusätzlichen Regler (nicht gezeigt) berechnet oder gesteuert oder in einer Nachschlagetabelle (nicht gezeigt) vorgespeichert daraus erhalten werden (z. B. abhängig von Betriebsbedingungen, wie Motordrehzahl). Wie Ein- und Ausschaltwinkel gewählt werden, hängt von der Optimierung ab. Der Einschaltwinkel kann unter Berücksichtigung von Drehmomentwelligkeit, Wirkungsgrad und Geräusch (Reflexion der Radialkraft) optimiert werden. Der Ausschaltwinkel kann fest eingestellt werden, z. B. 360° für einen SR-Motor 3 oder 180° für ein SR-Generatorsystem. Die prädiktive Phasenstromaufbaueinheit 30 bestimmt basierend auf ihren oben diskutierten Eingaben eine korrigierte Drehmomentabgabe T_out*,N für die ankommende Phase N.
Um ein höheres Drehmoment abzugeben, sollte der Phasenstrom hoch genug aufgebaut werden, bevor er in den Bereich der Erzeugung des effektivsten Drehmoments gelangt. Falls erforderlich, wird die Phase noch vor Erreichen der nicht ausgerichteten Position erregt. Somit ist ein kleines Maß eines negativen Drehmoments als Ausgleich zum Aufbau des Phasenstroms erlaubt. Der Vorteil besteht darin, dass, wenn sich der Rotor an den Bereich mit effektiver Drehmomenterzeugung nähert, aufgrund eines höheren Phasenstroms mehr Drehmoment entnommen wird.
Um die Realisierbarkeit dieses Schemas weiter zu analysieren, definieren wir zunächst die folgende Winkelkonvention 38 in 4. In den ausgerichteten Positionen 39 und 40 ist die elektrische Position entweder 0 [°elek] oder 360 [°elek]. Infolgedessen beträgt die Position an der nicht ausgerichteten Position 180 [°elek] zwischen 39 und 40. 4 veranschaulicht auch die Konvention für eine Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Motors 3. Der Drehmomentverteilungsmechanismus der vorliegenden Erfindung, z. B. wie in 3 veranschaulicht, wird mit einer prädiktiven Phasenstromaufbaueinheit 30 verbessert. Der Sättigungsausgang T_οut,N des angeforderten Drehmoments an der ankommenden Phase N wird in die prädiktive Phasenstromaufbaueinheit 30 eingespeist. Die Phasenwinkelposition θ_phN Einschaltwinkel θ_on und Ausschaltwinkel θ_off sind die Eingänge 32, 33 und 34, um festzustellen, ob der Phasenstrom früh aufgebaut werden muss.
Die vorläufige Drehmomentabgabe an der ankommenden Phase, bezeichnet als T_out*,N wird daher neu berechnet, wie in den folgenden Tabellen jeweils für die Zustände des Motorisierens und des Erzeugens gezeigt. Tabelle 1 - Zuständen des Motorisierens

θ_phN [elek°] [θ_on, 180°) [180°, θ_off)

T_out* [Nm] T_{est_max_phN}, wenn |T_{est_max_phN}| ≥ |T_{est_min_phN}| T_out,N

oder

T_{est_min_phN}, wenn |T_{est_max_phN} | < |T_{est_min_phN} |

Tabelle 2 - Generierungszustände

θ_phN [elek°] [θ_on, 360°) [360°, θ_off)

T_out* [Nm] T_{est_max_phN}, wenn |T_{est_max_phN} | ≥ |T_{est_min_phN} | T_out,N

oder

T_{est_min_phN}, wenn |T_{est_max_phN} | < |T_{est_min_phN} |
In den oben aufgeführten Tabellen 1 und 2 bezeichnen T_{est_min_phN} und T_{est_max_phN} die unteren und oberen Grenzen des geschätzten zu liefernden Drehmoments aus der ankommenden Phase N. Die Polarität von T_{est_min_phN} und T_{est_max_phN} ändert sich, wenn geschätzt wird, dass der Wendepunkt überschritten wird (180 [°elek] oder 360 [°elek]). Deshalb kann T_{est_min_phN} und T_{est_max_phN} von negativ bis positiv reichen. In dem Phasenstromaufbaubereich, der [θ_on , 180°) zum Motorisieren oder [θ_on , 360°) zum Erzeugen ist, nimmt die gewünschte vorläufige Drehmomentabgabe immer den Wert der geschätzten Grenze an, die den maximalen Absolutwert hat. Auf diese Weise kann der Phasenstrom effektiv maximal aufgebaut werden.
Mit dieser Anpassung kann der Phasenstrom dann aufgebaut werden, bevor er beginnt, ein effektives Phasendrehmoment zu liefern. Die Einschaltwinkel sind jedoch vorzugsweise zu optimieren und werden vorzugsweise nach den Betriebspunkten offline berechnet und als Nachschlagetabellen gespeichert, die bei der Online-Berechnung nachzuschlagen sind. Die Optimierung berücksichtigt Aufgaben wie Wirkungsgrad, Drehmomentwelligkeit sowie die radiale Kraftänderungsrate. Die Eignungsfunktion setzt sich wie folgt zusammen: $F i t n e s s F u n k t i o n = min (w_{E} (1 - \frac{E_{e f f}}{E_{e f f_m a x}}) + w_{T} \frac{T_{r i p p l e}}{T_{r i p p l e_m a x}} + w_{F} \frac{Δ F_{f o r c e}}{{| Δ F_{f o r c e} |}_{m a x}})$
Wobei $w_{E} + w_{T} + w_{F} = 1$
hier, E_eff der Motorwirkungsgrad ist; T_ripple die Spitze-Spitze-Drehmomentwelligkeit ist; ΔF_force die Gradientenänderung der Radialkraft ist; das tiefgestellte Zeichen ‚max‘ die maximalen physikalischen Komponenten für alle Kombinationen von Ein-/Aus-Winkeln für einen bestimmten Betriebspunkt angibt. Die gewichteten Faktoren für den Wirkungsgrad, die Drehmomentwelligkeit und die Gradientenänderung der Radialkraft sind jeweils mit ω_E , ω_T , und ω_F bezeichnet.
5 veranschaulicht für einen geschalteten Reluktanzgenerator die Wellenformen von Strom, Phasendrehmoment und Gesamtdrehmoment in der Zeitskala mit und ohne einen prädiktiven Stromaufbaumechanismus, wie das Element 30 in 3. Der Motor 3 arbeitet mit einer Drehzahl von 3840 U/min und stellt ein angefordertes Drehmoment von -90 Nm bereit. 5 zeigt den Unterschied mit und ohne prädiktiven Stromaufbaumechanismus für einen generierenden Betriebspunkt. Ohne den prädiktiven Stromaufbau tritt das Einschaltverhalten dieser Phase zwingend an der fallenden Flanke der L-Kurve auf. Das heißt, der Phasenstrom kann erst nach 0° elek. (d. h. 360° elek.) aufgebaut werden. In diesem Fall ist während der Kommutierung (kontinuierliche Kurve) ein erheblicher Drehmomentabfall zu erkennen, der in der Kurve (gestrichelte Kurve) des prädiktiven Stromaufbaumechanismus der Erfindung fehlt. Es ist zu beachten, dass in 5 Wellenformen von nur einer Phasenstufe gezeigt sind. Bei drei Phasenstufen müssen die Kurven der in 5 veranschaulichten Phase von den beiden anderen Phasen mit einer Phasendifferenz von 120°elek für jede Phase überlappt werden. In 5 beginnt sich der Strom mit dem prädiktiven Stromaufbau (gestrichelte Kurve) bei 300° sich aufzubauen. Dies geht zu Lasten eines kleineren Maßes des entgegengesetzten Drehmoments beim Start, aber der Gewinn ist die gleichmäßige Drehmomentlieferung über die Kommutierung sowie ein verbesserter Wirkungsgrad.
In den 6 und 7 ist der anwendbare Betriebsbereich mit und ohne prädiktiven Phasenstromaufbau veranschaulicht. 6 zeigt den anwendbaren Betriebsbereich beim Vorwärts-Motorisieren; 7 zeigt den anwendbaren Betriebsbereich beim Vorwärts-Erzeugen. Wie z. B. in 6 zu sehen ist, kann in der Situation der Profilkurve 65 einschließlich des prädiktiven Phasenstromaufbaus der Erfindung ein konstanteres Drehmomentmaß über einen erweiterten Drehzahlbereich ohne den in der Profilkurve 62 gezeigten Drehmomentabfall geliefert werden. Wie z. B. in 7 zu sehen ist, kann in der Situation der Profilkurve 74 einschließlich des prädiktiven Phasenstromaufbaus der Erfindung ein viel größerer Bereich des Drehmoments gegenüber der Drehzahl, verglichen mit der Profilkurve 70, die den prädiktiven Phasenstromaufbau nicht umfasst, geliefert werden. Es ist zu beachten, dass die Profilkurven abhängig von den Akzeptanzkriterien der Drehmomentwelligkeitsbandbreite usw. variieren können.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf einige spezifische Ausführungsformen davon beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Zeichnungen veranschaulichten und hier beschriebenen Ausführungsformen nur zu Darstellungszwecken dienen sollen und in keiner Weise oder mit keinen Mitteln die Erfindung einschränken sollen. Es wird angenommen, dass der Betrieb und der Aufbau der vorliegenden Erfindung aus der vorstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich sind. Für den Fachmann ist klar, dass die Erfindung nicht auf eine hierin beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und dass Modifikationen möglich sind, die als im Umfang der beigefügten Ansprüche liegend angesehen werden sollten. Auch kinematische Inversionen werden als inhärent offenbart und im Umfang der Erfindung betrachtet. Darüber hinaus können beliebige der Komponenten und Elemente der verschiedenen offenbarten Ausführungsformen kombiniert oder in andere Ausführungsformen integriert werden, wenn dies als notwendig, gewünscht oder bevorzugt erachtet wird, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen definiert ist.
In den Ansprüchen sind Bezugszeichen nicht als den Anspruch einschränkend zu verstehen. Der Begriff „umfassend“ und „einschließlich“, wenn sie in dieser Beschreibung oder in den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, sind nicht als ausschließlich oder erschöpfend, sondern als einschließend zu verstehen. Der Ausdruck „umfassend“, wenn er hier verwendet wird, schließt das Vorhandensein anderer Merkmale oder Schritte zusätzlich zu den in einem Anspruch aufgeführten nicht aus. Darüber hinaus sind die Wörter „ein“ und „eine“ nicht auf „nur ein“ und „nur eine“ beschränkt, sondern bedeuten „wenigstens ein“ und „wenigstens eine“ und schließen eine Vielzahl nicht aus. Merkmale, die nicht spezifisch oder explizit beschrieben oder beansprucht werden, können zusätzlich in die Struktur der Erfindung innerhalb ihres Umfangs einbezogen werden. Ausdrücke wie: „Mittel für ...“ sollten wie folgt gelesen werden: „Komponente, die für ...konfiguriert ist“ oder „Element, das für ... konfiguriert ist“ und sollten so verstanden werden, dass sie Äquivalente für die offenbarten Strukturen umfassen. Die Verwendung von Ausdrücken wie: „kritisch“, „bevorzugt“, „besonders bevorzugt“ usw. sollen die Erfindung nicht einschränken. Hinzufügungen, Löschungen und Modifikationen innerhalb des Bereichs des Fachmanns können im Allgemeinen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die Ansprüche bestimmt wird. Die Erfindung kann anders als hier spezifisch beschrieben ausgeführt werden und ist nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Robert B. Inderka et al. in „DITC-direct instantaneous torque control of switched reluctance drives“, IEEE Transactions on Industry Applications (Band: 39, Ausgabe: 4, Juli-Aug. 2003 [0003]
Christoph R. Neuhaus et al. als PWM-basierte DITC-Strategie weiterentwickelt, wie in „Predictive PWM-based direct instantaneous torque control of switched reluctance drives“; 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2006 (PESC '06), 18.-22. Juni 2006 [0003]

Claims

Regelsystem zum Betreiben einer mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine, wobei die mehrphasig geschaltete Reluktanzmaschine einen Stator mit mehreren Spulen und Statorpolen umfasst, wobei die Statorpole die Kerne der Spulen bilden, und einen Rotor mit mehreren Gegenpolen zum Zusammenwirken mit den Statorpolen zum Aufbringen eines Reluktanzdrehmoments auf den Rotor, wobei der Rotor relativ zum Stator drehbar ist, wobei die Spulen mehreren Phasenstufen der mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine zugeordnet sind, so dass jede Spule des Stators einer Phasenstufe zugeordnet ist, wobei jede Phasenstufe einer oder mehreren der mehreren Spulen des Stators zugeordnet sind; wobei das Regelsystem dazu eingerichtet ist, die Phasenstufen durch anschließendes Anlegen eines Phasenstroms an jede der Phasenstufen jeweils so zu speisen, dass das Reluktanzdrehmoment an den Rotor aufgebracht wird, wobei für jede Phasenstufe der Phasenstrom durch Folgendes angelegt wird: Einschalten des Phasenstroms in einer ersten Position eines Gegenpols relativ zu einem Statorpol der Phasenstufe, und Abschalten des Phasenstroms in einer zweiten Position des Gegenpols relativ zum Statorpol der Phasenstufe; wobei das Regelsystem ferner eine Drehmomentverteilungseinheit umfasst, die konfiguriert ist, um eine gewünschte Drehmomentabgabe, die von der Phasenstufe geliefert werden soll, für jede Phasenstufe zu bestimmen, wobei die Drehmomentverteilungseinheit eine Abgabe zum Bereitstellen der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe umfasst; wobei das Regelsystem ferner eine Korrektureinheit umfasst, die mit der Drehmomentverteilungseinheit zum Empfangen der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe zusammenwirkt, wobei die Korrektureinheit einen Eingang zum Empfangen von aktuellen Positionsdaten umfasst, die eine aktuelle Position von dem Gegenpol relativ zu dem Statorpol der jeweiligen Phasenstufe angeben, und wobei die Korrektureinheit zum Korrigieren der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe konfiguriert ist, um zum Beispiel eine korrigierte gewünschte Drehmomentabgabe bereitzustellen, die der aktuellen Position des Gegenpols relativ zum Statorpol zum Ermöglichen des Aufbaus des Phasenstroms durch die jeweilige Phasenstufe zugeordnet ist, um zu ermöglichen, dass die Phasenstufe die Drehmomentabgabe wie von der Drehmomentverteilungseinheit bestimmt, effektiv liefert.
Regelsystem nach Anspruch 1, wobei das Regelsystem ein System mit geschlossenem Regelkreis ist und wobei das Regelsystem eine Überwachungseinheit umfasst, die zum Empfangen von Daten konfiguriert ist, die einen oder mehrere Betriebsparameter der geschalteten Reluktanzmaschine angeben.
Regelsystem nach Anspruch 2, wobei der eine oder die mehreren Betriebsparameter wenigstens ein Element einer Gruppe umfassen, die Folgendes umfasst: einen tatsächlichen Phasenstrom, der an eine oder mehrere der Phasenstufen angelegt wird, eine Winkelrotorposition des Rotors relativ zum Stator, eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors; oder ein Gleichspannungspegel, der für das Speisen verfügbar ist.
Regelsystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Regelsystem ferner dazu eingerichtet ist, die Korrektureinheit mit Daten zu versorgen, die die erste Position und die zweite Position der jeweiligen Phasenstufe angeben, wobei die erste und die zweite Position von wenigstens einem eines oder mehrerer Betriebsparameter abhängig sind.
Regelsystem nach Anspruch 4, wobei das Regelsystem einen Datenspeicher umfasst oder kommunikativ mit diesem verbunden ist, wobei der Datenspeicher eine Nachschlagetabelle zum Zuordnen von wenigstens einem der einen oder mehreren Betriebsparameter zu einer oder mehreren der ersten und zweiten Position umfasst.
Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehmomentverteilungseinheit zum Bestimmen der gewünschten Drehmomentabgaben konfiguriert ist, die von benachbarten Phasenstufen geliefert werden sollen, wenn sich die Gegenpole von einer ersten der benachbarten Phasenstufen zu einer zweiten der Phasenstufen bewegen, wobei die Drehmomentverteilungseinheit konfiguriert ist, um eine erste gewünschte Drehmomentabgabe für die erste der benachbarten Phasenstufen und eine zweite gewünschte Drehmomentabgabe für die zweite der benachbarten Phasenstufen bereitzustellen; wobei die Korrektureinheit zum Korrigieren der wenigstens ersten oder der zweiten gewünschten Drehmomentabgabe konfiguriert ist.
Regelsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehrphasig geschaltete Reluktanzmaschine wenigstens ein geschalteter Reluktanzmotor oder ein geschalteter Reluktanzgenerator ist.
Korrektureinheit zur Verwendung in einem Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Korrektureinheit zum Zusammenwirken mit einer Drehmomentverteilungseinheit zum Empfangen einer bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für eine Phasenstufe konfiguriert ist, wobei die Korrektureinheit einen Eingang zum Empfangen von aktuellen Positionsdaten umfasst, die eine aktuelle Position von wenigstens einem Gegenpol relativ zu einem Statorpol der Phasenstufe angeben, und wobei die Korrektureinheit zum Korrigieren der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die Phasenstufe konfiguriert ist, um zum Beispiel eine korrigierte gewünschte Drehmomentabgabe bereitzustellen, die der aktuellen Position des Gegenpols relativ zum Statorpol zum Ermöglichen des Aufbaus des Phasenstroms durch die Phasenstufe zugeordnet ist, um zu ermöglichen, dass die Phasenstufe die gewünschte Drehmomentabgabe wie von der Drehmomentverteilungseinheit bestimmt, effektiv liefert.
Verfahren zum Steuern des Betriebs einer mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine, wobei die mehrphasig geschaltete Reluktanzmaschine einen Stator mit mehreren Spulen und Statorpolen, wobei die Statorpole die Kerne der Spulen bilden, und einen Rotor mit mehreren Gegenpolen zum Zusammenwirken mit den Statorpolen zum Aufbringen eines Reluktanzdrehmoments auf den Rotor, wobei der Rotor relativ zum Stator drehbar ist, wobei die Spulen mehreren Phasenstufen der mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine zugeordnet sind, so dass jede Spule des Stators einer Phasenstufe zugeordnet ist, wobei jede Phasenstufe einer oder mehreren der mehreren Spulen des Stators zugeordnet sind; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Speisen der Phasenstufen durch ein Regelsystem durch anschließendes Anlegen eines Phasenstroms an jeweils jede der Phasenstufen, um das Reluktanzdrehmoment auf den Rotor aufzubringen, wobei für jede Phasenstufe der Phasenstrom durch Folgendes angelegt wird: Einschalten des Phasenstroms in einer ersten Position eines Gegenpols relativ zu einem Statorpol der Phasenstufe, und Abschalten des Phasenstroms in einer zweiten Position des Gegenpols relativ zum Statorpol der Phasenstufe; Bestimmen für wenigstens eine Phasenstufe der Phasenstufen, unter Verwendung einer Drehmomentverteilungseinheit, einer gewünschten Drehmomentabgabe, die durch die wenigstens eine Phasenstufe geliefert werden soll, und Bereitstellen der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe an eine Korrektureinheit; Empfangen der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe und der aktuellen Positionsdaten, die eine aktuelle Position des Gegenpols relativ zum Statorpol der jeweiligen Phasenstufe angeben, durch die Korrektureinheit; und Korrigieren der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe für die jeweilige Phasenstufe durch die Korrektureinheit, um zum Beispiel eine korrigierte gewünschte Drehmomentabgabe bereitzustellen, die der aktuellen Position des Gegenpols relativ zum Statorpol zum Ermöglichen des Aufbaus des Phasenstroms durch die jeweilige Phasenstufe zugeordnet sind, um zu ermöglichen, dass die Phasenstufe die gewünschte Drehmomentabgabe effektiv liefert, die durch die Drehmomentverteilungseinheit bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Empfangen von Betriebsdaten der mehrphasig geschalteten Reluktanzmaschine unter Verwendung eines Drehmomentschätzers; und Berechnen eines geschätzten Bereichs von erreichbaren Phasendrehmomentmaßen für die wenigstens eine Phasenstufe durch den Drehmomentschätzer, um den geschätzten Bereich wenigstens eines von der Drehmomentverteilungseinheit oder der Korrektureinheit bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die mehrphasig geschaltete Reluktanzmaschine ein geschalteter Reluktanzmotor ist, und wobei abhängig von der aktuellen Position des Gegenpols relativ zu einem ersten Statorpol einer ersten Phasenstufe und relativ zu einem zweiten Statorpol einer zweiten Phasenstufe benachbart zu der ersten Phasenstufe, wobei die zweite Phasenstufe eine der wenigstens einen Phasenstufe ist, für die die gewünschte Drehmomentabgabe durch die Drehmomentverteilungseinheit bestimmt wird, umfasst das Korrigieren der bestimmten angeforderten Drehmomentabgabe wenigstens einen oder mehrere der folgenden Schritte: wenn sich die aktuelle Position zwischen der ersten Position und einer nicht ausgerichteten Position befindet, wobei sich der zweite Statorpol in der Mitte zweier aufeinanderfolgender Gegenpole des Rotors befindet, und wenn ein Absolutwert eines maximalen Phasendrehmomentmaßes im Bereich der erreichbaren Phasendrehmomentmaße größer oder gleich einem Absolutwert eines minimalen Phasendrehmomentmaßes im Bereich erreichbarer Phasendrehmomentmaße ist, wird die bestimmte gewünschte Drehmomentabgabe auf das maximale Phasendrehmomentmaß eingestellt; oder wenn sich die aktuelle Position zwischen der ersten Position und einer nicht ausgerichteten Position befindet, wobei sich der zweite Statorpol in der Mitte zweier aufeinanderfolgender Gegenpole des Rotors befindet, und wenn ein Absolutwert eines maximalen Phasendrehmomentmaßes im Bereich der erreichbaren Phasendrehmomentmaße kleiner als ein Absolutwert eines minimalen Phasendrehmomentmaßes im Bereich erreichbarer Phasendrehmomentmaße ist, wird die bestimmte gewünschte Drehmomentabgabe auf das minimale Phasendrehmomentmaß eingestellt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die mehrphasig geschaltete Reluktanzmaschine ein geschalteter Reluktanzgenerator ist, und wobei abhängig von der aktuellen Position des Gegenpols relativ zum Statorpol der wenigstens einen Phasenstufe, für die die angeforderte Drehmomentabgabe von der Drehmomentverteilungseinheit bestimmt wird, die Korrektur der bestimmten gewünschten Drehmomentabgabe wenigstens eine oder mehrere der folgenden Schritte umfasst: wenn sich in einer Bewegungsrichtung des Gegenpols die aktuelle Position zwischen der ersten Position und einer ausgerichteten Position befindet, wobei der Gegenpol mit dem Statorpol ausgerichtet ist, und wenn ein Absolutwert eines maximalen Phasendrehmomentmaßes im Bereich der erreichbaren Phasendrehmomentmaße größer oder gleich einem Absolutwert eines minimalen Phasendrehmomentmaßes im Bereich der erreichbaren Phasendrehmomentmaße ist, wird die bestimmte gewünschte Drehmomentabgabe auf das maximale Phasendrehmomentmaß eingestellt; oder wenn sich die aktuelle Position zwischen der ersten Position und einer ausgerichteten Position befindet, wobei der Gegenpol mit dem Statorpol ausgerichtet ist, und wenn ein Absolutwert eines maximalen Phasendrehmomentmaßes im Bereich erreichbarer Phasendrehmomentmaße kleiner als ein Absolutwert von einem minimalen Phasendrehmomentmaß im Bereich von erreichbaren Phasendrehmomentmaßen ist, wird der bestimmte gewünschte Drehmomentabgabe auf das minimale Phasendrehmomentmaß eingestellt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Verfahren ein geschlossener Regelkreis ist und wobei das Verfahren ferner das Empfangen von Daten durch eine Überwachungseinheit umfasst, die einen oder mehrere Betriebsparameter der geschalteten Reluktanzmaschine angeben, wobei gegebenenfalls der eine oder die mehreren Betriebsparameter wenigstens ein Element einer Gruppe umfassen, die Folgendes umfasst: einen tatsächlichen Phasenstrom, der an eine oder mehrere der Phasenstufen angelegt wird, eine Winkelrotorposition des Rotors relativ zum Stator, eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors; oder ein Gleichspannungspegel, der für das Speisen verfügbar ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren ferner das Versehen der Korrektureinheit mit Daten umfasst, die die erste Position und die zweite Position der jeweiligen Phasenstufe angeben, wobei die erste und die zweite Position von wenigstens einem eines oder mehrerer Betriebsparameter abhängig sind.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Versehens der Korrektureinheit mit Daten, die die erste Position und die zweite Position der wenigstens einen Phasenstufe angeben, ferner Folgendes umfasst: Zuordnen von wenigstens einem von einem oder mehreren Betriebsparametern einer oder mehrerer der ersten und zweiten Positionen unter Verwendung eines Datenspeichers mit einer Nachschlagetabelle.