DE112019003648T5

DE112019003648T5 - Steuersystem für geschalteten reluktanzmotor

Info

Publication number: DE112019003648T5
Application number: DE112019003648.3T
Authority: DE
Inventors: Ahmed Khalil; Sam Han; James M. Thorne; Jesse Gerdes; Jackson Wai; Carlos E. Nino-Baron; Sajan ABDUL
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2021-04-01
Also published as: AU2019326304A1; WO2020041016A1; US10897217B2; AU2019326304B2; US20200067433A1

Abstract

Eine Vorrichtung kann eine Strommessung eines Motors empfangen, die eine Vielzahl von Komponentenströmen identifiziert, die einer Vielzahl von Phasen zugeordnet sind. Die Vorrichtung kann eine Positionsschätzung für den Motor basierend auf der Vielzahl von Komponentenströmen ermitteln, die der Vielzahl von Phasen zugeordnet sind. Die Vorrichtung kann den Motor basierend auf der Vielzahl von Komponentenströmen steuern.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen ein Steuersystem und insbesondere ein Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor.
Stand der Technik
Eine Maschine kann ein Getriebe beinhalten, das mit einer Energiequelle, wie z. B. einem Verbrennungsmotor oder einem Elektromotor, gekoppelt ist, um der Maschine ein Neupositionieren und/oder ein Fahren zwischen Standorten zu ermöglichen. Mit zunehmendem Interesse an Energieeinsparung und Vermeidung des Einsatzes fossiler Brennstoffe wird der Einsatz von Elektromotoren immer üblicher. Zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie zum Antrieb der Maschine können Elektromotoren verwendet werden. Als Beispiel können Elektromotoren in einem Fahrzeug, einem Schaufelbagger, einer Kaltfräse, einem Radlader, einem Verdichter, einem Biomasse-Vollernter, einer Forstmaschine, einem Verlader, einer Erntemaschine, einem Bagger, einem Baggerlader, einem Gelenkausleger-Lader, einem Materialförderer, einem Motorgrader, einem Rohrverleger, einem Straßenaufbereiter, einem Kompaktlader, einem Forstschlepper, einem Telehandler, einem Traktor, einem Bulldozer, einem Traktor-Flachbagger oder einer anderen Ausrüstung verwendet werden. Alternativ können einige Maschinen sowohl einen Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor umfassen. Beispielsweise kann ein elektrischer Antriebsstrang einer Maschine, wie einem Traktor, einen Verbrennungsmotor, einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Generator, eine Gleichstrom-Energiequelle und einen Motor umfassen. In diesem Fall kann der Verbrennungsmotor zur Neupositionierung der Maschine verwendet werden, und der Generator, die Gleichstrom-Energiequelle und der Motor können zum Antreiben eines oder mehrerer Arbeitsgeräte der Maschine verwendet werden. Ein Wechselrichter kann mit der Gleichstrom-Energiequelle und dem Motor gekoppelt sein, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Der Wechselrichter kann den Generator mit Wechselstrom versorgen, um den Motor elektrisch anzutreiben und/oder den Motor elektrisch abzubremsen.
Bei dem Motor kann es sich um einen geschalteten Reluktanzmotor (Switched Reluctance, SR-Motor) handeln, der unter Verwendung einer tabellenbasierten Steuerung mit offenem Regelkreis basierend auf den von dem Wechselrichter bereitgestellten Phasen gesteuert werden kann. Zur Steuerung von Phasen des Wechselrichters kann eine Steuerung eine relative Winkelposition eines Rotors und/oder eines Stators des geschalteten Reluktanzmotors basierend auf einem Signal ermitteln, das von einem Sensorpaket des geschalteten Reluktanzmotors empfangen wird. Das Sensorpaket des geschalteten Reluktanzmotors kann Komponenten, wie beispielsweise einen Satz von Positionssensoren, ein Drehzahlrad, einen Kabelbaum, ein Gehäuse und/oder dergleichen beinhalten. Diese Komponenten können teuer, übermäßig groß und/oder anfällig für Ausfälle, Beschädigungen und/oder dergleichen sein.
Ein Versuch zur Verbesserung von Motorsteuerungen ist in dem US-Patent Nr. 8,810,188 offenbart, das von Husain et al. am 9. November 2009 eingereicht wurde („das '188-Patent"). Insbesondere offenbart das '188-Patent ein Verfahren zur Positionsschätzung für dreiphasig geschaltete Reluktanzmaschinen. Das in dem '188-Patent offenbarte Verfahren beinhaltet die Ermittlung einer Amplitude einer maximalen Stromstärke eines Impulsstroms für eine erste Phase.
Die Ermittlung der maximalen Stromstärke erfüllt jedoch möglicherweise nicht die für die Steuerung eines geschalteten Reluktanzmotors erforderliche Schwellengenauigkeit und/oder ermöglicht keine Positionsbestimmung innerhalb einer Schwellenzeitdauer. Ein Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der vorstehend aufgeführten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik.
Kurzdarstellung
Gemäß einigen Implementierungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor, das einen Speicher und einen oder mehrere Prozessoren beinhaltet. Der eine oder mehrere Prozessoren können für die Veranlassung der Versorgung des geschalteten Reluktanzmotors mit einem Strom ausgebildet sein. Der eine oder die mehreren Prozessoren können zur Ermittlung einer Vielzahl von Komponentenströmen ausgebildet sein, die einer Vielzahl von Phasen zugeordnet sind, basierend auf einem Ergebnis des Veranlassens der Versorgung eines geschalteten Reluktanzmotors mit einem Strom. Der eine oder die mehreren Prozessoren können zur Ermittlung ausgebildet sein, dass ein erster Komponentenstrom der Vielzahl von Komponentenströmen gleich einem zweiten Komponentenstrom der Vielzahl von Komponentenströmen ist. Der eine oder mehrere Prozessoren können zur Ermittlung einer Winkelpositionsschätzung für den geschalteten Reluktanzmotor ausgebildet sein, basierend darauf, ob ein dritter Komponentenstrom der Vielzahl von Komponentenströmen größer oder kleiner ist als der erste Komponentenstrom und der zweite Komponentenstrom. Der eine oder die mehreren Prozessoren können zur Steuerung des geschalteten Reluktanzmotors basierend auf der Winkelpositionsschätzung ausgebildet sein. Gemäß einigen Implementierungen betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren. Das Verfahren kann das Empfangen einer Strommessung eines Motors durch eine Vorrichtung beinhalten, die eine Vielzahl von Komponentenströmen identifiziert, die einer Vielzahl von Phasen zugeordnet sind. Das Verfahren kann die Ermittlung einer Positionsschätzung für den Motor durch die Vorrichtung beinhalten, basierend auf der Vielzahl von Komponentenströmen, die der Vielzahl von Phasen zugeordnet sind. Das Verfahren kann die Steuerung des Motors durch die Vorrichtung basierend auf der Vielzahl der Komponentenströme beinhalten.
Gemäß einigen Implementierungen betrifft die vorliegende Offenbarung eine Maschine. Die Maschine kann einen Motor mit einem Stator und einem Rotor, einen mit dem Motor gekoppelten Wechselrichter und eine Steuerung beinhalten. Die Steuerung kann ausgebildet sein, den Wechselrichter zur Bereitstellung eines Stroms zu veranlassen, der einer Zündspannung für den Motor zugeordnet ist, wobei der Strom einer Vielzahl von Phasen für den Motor zugeordnet ist und wobei der Strom basierend auf der dem Motor zugeordneten elektromotorischen Gegenkraft (Electromotive Force, EMF) moduliert wird. Die Steuerung kann zur Ermittlung einer Vielzahl von Stromkomponenten, die der Vielzahl von Phasen entsprechen, basierend auf der Veranlassung des Wechselrichters, den Strom bereitzustellen, ausgebildet sein. Die Steuerung kann zur Ermittlung einer anfänglichen Positionsschätzung für den Stator oder den Rotor basierend auf der Vielzahl der Stromkomponenten ausgebildet sein. Die Steuerung kann zur Steuerung des Wechselrichters und des Motors unter Verwendung zumindest eines Befehlssignals basierend auf der anfänglichen Positionsschätzung ausgebildet sein.
Figurenliste

1 ist eine Darstellung einer beispielhaften Maschine, die ein Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor beinhaltet.
2 ist ein Diagramm eines beispielhaften Steuersystems für einen geschalteten Reluktanzmotor, das mit der Maschine von 1 verwendet werden kann.
3 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Prozesses zur Ermittlung einer Position eines geschalteten Reluktanzmotors ohne einen Positionssensor.
4 ist eine Reihe von Diagrammen bezüglich der Ermittlung einer Position eines geschalteten Reluktanzmotors ohne einen Positionssensor.

Detaillierte Beschreibung
Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor. Das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor ist universell auf jede Maschine anwendbar, die ein solches Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor verwendet. Der Begriff „Maschine“ kann sich auf jedwede Maschine beziehen, die einen Betrieb durchführt, der mit einer Branche, wie zum Beispiel dem Bergbau, dem Baugewerbe, der Landwirtschaft, dem Lokomotiv- und/oder Eisenbahnsektor, dem Transport oder einer anderen Branche, assoziiert ist. Als einige Beispiele kann die Maschine ein Fahrzeug, ein Schaufelbagger, eine Kaltfräse, ein Radlader, ein Verdichter, ein Biomasse-Vollernter, eine Forstmaschine, ein Verlader, ein Mähdrescher, ein Bagger, ein Baggerlader, ein Gelenkausleger-Lader, ein Materialförderer, ein Motorgrader, ein Rohrverleger, ein Straßenaufbereiter, ein Kompaktlader, ein Forstschlepper, ein Telehandler, ein Traktor, ein Bulldozer, ein Traktor-Flachbagger und/oder dergleichen sein. Darüber hinaus können ein oder mehrere Arbeitsgeräte mit der Maschine verbunden sein und unter Verwendung eines Elektromotors gesteuert werden, der dem hierin beschriebenen Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor zugeordnet ist.
1 ist eine Darstellung einer beispielhaften Maschine 100, die ein Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor beinhaltet. Die Maschine 100 ist als Raupenschlepper dargestellt, kann jedoch jede Art von Maschine beinhalten, die ein Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor beinhaltet, das in der Lage ist, einen Elektromotor (z. B. einen geschalteten Reluktanzmotor) der Maschine 100 zu steuern.
Wie dargestellt, kann die Maschine 100 eine Energiequelle 102, ein elektrisches Antriebssystem 104, ein Traktionssystem 106, einen Wechselrichter 108, einen Motor 110 und eine Antriebswelle 112 aufweisen. Die Energiequelle 102 ist zur Versorgung der Maschine 100 mit Leistung ausgebildet. In einigen Implementierungen kann die Energiequelle 102 eine Gleichstrom-Energiequelle sein. Die Energiequelle 102 kann für das Empfangen von Steuersignalen von Bedienersteuerungen 114 in der Bedienerstation 116 funktionsfähig angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Energiequelle 102 mit dem elektrischen Antriebssystem 104 und/oder einem Arbeitsgerät 118 funktionsfähig angeordnet sein, um das elektrische Antriebssystem 104 und/oder das Arbeitsgerät 118 gemäß von den Bedienersteuerungen 114 empfangenen Steuersignalen selektiv zu betreiben. Die Energiequelle 102 kann Betriebsenergie für den Antrieb des elektrischen Antriebssystems 104 und/oder den Betrieb des Arbeitsgeräts 118 über beispielsweise das elektrische Antriebssystem 104, den Wechselrichter 108, den Motor 110, die Antriebswelle 112 und/oder dergleichen bereitstellen. Das elektrische Antriebssystem 104 kann mit der Energiequelle 102 funktionsfähig angeordnet sein, um die Maschine 100 gemäß Steuersignalen von den Bedienersteuerungen 114 selektiv anzutreiben. Das elektrische Antriebssystem 104 kann funktionsfähig mit einer Vielzahl von in den Boden eingreifenden Elementen verbunden sein, wie beispielsweise dem Traktionssystem 106, wie dargestellt, das über Achsen, Antriebswellen, ein Getriebe und/oder andere Komponenten beweglich mit der Maschine 100 verbunden sein kann und das über den Motor 110 und die Antriebswelle 112 beweglich mit dem elektrischen Antriebssystem 104 verbunden sein kann. In einigen Implementierungen kann das Traktionssystem 106 in Form eines Ketten-Antriebssystems, eines Rad-Antriebssystems oder einer anderen Art von Antriebssystem vorgesehen werden, das für den Antrieb der Maschine 100 ausgebildet ist. In einigen Implementierungen kann das elektrische Antriebssystem 104 funktionsfähig mit der Leistungsquelle 102 angeordnet sein, um das Arbeitsgerät 118, das beweglich mit der Maschine 100 und mit dem elektrischen Antriebssystem 104 verbunden sein kann, selektiv zu betreiben. Der Wechselrichter 108 kann elektrisch mit der Energiequelle 102 und/oder dem elektrischen Antriebssystem 104 verbunden sein. In einigen Implementierungen kann der Wechselrichter 108 einen Gleichstrom von der Energiequelle 102 empfangen und eine Phase des Gleichstroms steuern, um einen Wechselstrom für den Motor 110 bereitzustellen, der ein geschalteter Reluktanzmotor (SR-Motor) sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Wechselrichter 108 den Wechselstrom einem Generator bereitstellen. Auf diese Weise kann der Wechselrichter 108 Betriebsenergie für den Antrieb der Maschine 100 und/oder den Betrieb des Arbeitsgeräts 118 bereitstellen.
Der Motor 110 kann elektrisch mit einem Sensor 120 gekoppelt sein, der eine Rückmeldung an das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 bereitstellen kann, um die Steuerung des Wechselrichters 108, des Motors 110 und/oder dergleichen zu ermöglichen. Beispielsweise kann der Sensor 120 ein Stromsensor sein, der Informationen bereitstellt, die einen mit einem Satz von Stromphasen assoziierten Satz von Strömen identifizieren, die vom Wechselrichter 108 zum Motor 110 geliefert werden. Der Motor 110 kann einen Rotor 122 und einen Stator 124 beinhalten. Basierend auf dem Sensor 120, der eine Rückmeldung an das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 liefert, kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 eine geschätzte Winkelposition (z. B. eine relative Position) des Rotors 122 und des Stators 124 ermitteln, damit das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 den Wechselrichter 108, den Motor 110 und/oder dergleichen steuern kann. Das Arbeitsgerät 118 kann funktionsfähig mit dem elektrischen Antriebssystem 104 angeordnet sein, sodass das Arbeitsgerät 118 durch Steuersignale, die von den Bedienelementen 114 an das elektrische Antriebssystem 104, den Wechselrichter 108, den Motor 110, die Antriebswelle 112 und/oder dergleichen übertragen werden, selektiv bewegbar ist. Das dargestellte Arbeitsgerät 118 ist ein Traktorlader. Andere Ausführungsformen können jedes andere geeignete Arbeitsgerät für eine Vielzahl von Aufgaben beinhalten, wie beispielsweise das Planieren, Räumen, Bürsten, Verdichten, Gradieren, Heben, Aufreißen, Pflügen und/oder dergleichen. Beispielhafte Arbeitsgeräte beinhalten Planierraupen, Löffel, Brecher/Hämmer, Bürsten, Verdichter, Schneidwerkzeuge, Gabelhubvorrichtungen, Grader-Bohrmeißel und -Endmeißel, Greifer und/oder dergleichen.
Wie oben angegeben, wird 1 als Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem unterscheiden, was in Verbindung mit 1 beschrieben ist.
2 ist ein Diagramm eines beispielhaften Steuersystems für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 und zugehörige Komponenten, die mit dem Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 zusammenwirken können.
Das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 beinhaltet einen oder mehrere Prozessoren 202. Der Prozessor 202 ist in Hardware, Firmware oder einer Kombination aus Hardware und Software implementiert. Der Prozessor 202 ist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), ein Grafikprozessor (GPU), eine Accelerated Processing Unit (APU), ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, ein digitaler Signalprozessor (DSP), ein Universalschaltkreis (FPGA), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine andere Art von Verarbeitungskomponente. In einigen Implementierungen beinhaltet der Prozessor 202 ein oder mehrere Prozessoren, die für die Durchführung einer Funktion programmiert werden können. Der Arbeitsspeicher 204 beinhaltet einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen schreibgeschützten Speicher (ROM) und/oder eine andere Art von dynamischer oder statischer Speichervorrichtung (z. B. einen Flash-Speicher, einen Magnetspeicher und/oder einen optischen Speicher), der Informationen und/oder Anweisungen für die Verwendung durch den Prozessor 202 speichert.
In einigen Implementierungen kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 eine elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU), ein elektronisches Steuermodul (Electronic Control Module, ECM), eine Steuerung und/oder dergleichen der Maschine 100 und/oder des Motors 110 sein. Der Prozessor 202 kann eine oder mehrere Anweisungen und/oder Befehle zur Steuerung einer oder mehrerer Komponenten der Maschine 100 ausführen, beispielsweise zur Steuerung des Betriebs des Wechselrichters 108, des Motors 110 und/oder dergleichen. Der Speicher 204 kann Programmcode zur Ausführung durch den Prozessor 202 speichern und/oder Daten in Verbindung mit der Ausführung eines solchen Programmcodes durch den Prozessor 202 speichern.
Das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 kann ein oder mehrere Eingabesignale von verschiedenen Komponenten der Maschine 100 empfangen, kann bei den ein oder mehreren Eingabesignalen betrieben werden, um ein oder mehrere Ausgabesignale zu erzeugen (z. B. durch Ausführen eines Programms mithilfe der Eingabesignale als Eingabe in das Programm), und kann das eine oder die mehreren Ausgabesignale an verschiedene Komponenten der Maschine 100 ausgeben. Beispielsweise kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 elektronisch (z. B. über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung) mit einem oder mehreren Sensoren 206 (die z. B. dem Sensor 120 entsprechen können), einer Wechselrichter-Steuerung 208 (die z. B. eine Komponente des Wechselrichters 108 sein kann) und/oder dergleichen verbunden sein und kann Eingaben von den Sensoren 206 und/oder der Wechselrichter-Steuerung 208 empfangen.
Die Sensoren 206 beinhalten einen Satz von Sensorvorrichtungen, die Informationen über einen Status der Maschine 100 bereitstellen. Die Sensoren 206 können beispielsweise einen Stromsensor, einen Flusssensor, einen Motordrehzahlsensor (z. B. einen Sensor zur Ermittlung einer Drehzahl des Rotors 122), einen Motordrehzahlsensor (z. B. eines mit dem Motor 110 gekoppelten Antriebs), einen Generatordrehzahlsensor und/oder dergleichen beinhalten. Beispielsweise kann ein Sensor 206 Informationen bereitstellen, die einen ersten mit einer ersten Phase assoziierten Strom identifizieren, wobei dieser als erster Komponentenstrom bezeichnet werden kann, einen zweiten mit einer zweiten Phase assoziierten Strom, wobei dieser als zweiter Komponentenstrom bezeichnet werden kann; und einen dritten mit einer dritten Phase assoziierten Strom, wobei dieser als dritter Komponentenstrom bezeichnet werden kann. In diesem Fall kann der Wechselrichter 108 basierend auf einer Anweisung des Steuersystems für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 den ersten Komponentenstrom, den zweiten Komponentenstrom und den dritten Komponentenstrom an den Motor 110 liefern. Basierend auf den Werten des ersten Komponentenstroms, des zweiten Komponentenstroms und des dritten Komponentenstroms kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 eine Positionsschätzung (z. B. eine Schätzung einer anfänglichen Winkelposition des Motors 110, wie des Rotors 122 relativ zum Stator 124) ohne Verwendung eines Positionssensors ermitteln, kann einen Schaltbefehl basierend auf der Schätzung der anfänglichen Winkelposition ermitteln und kann die Steuerung des Motors 110 unter Verwendung des Schaltbefehls ermöglichen.
Die Wechselrichter-Steuerung 208 beinhaltet eine Steuervorrichtung (z. B. eine Stromsteuerung, eine Phasensteuerung und/oder dergleichen), die den Wechselrichter 108 steuert. Die Wechselrichter-Steuerung 208 kann beispielsweise einen Schaltbefehl von dem Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 empfangen und basierend auf dem Schaltbefehl eine Phase des von dem Wechselrichter 108 an den Motor 110 gelieferten Stroms steuern. Zusätzlich oder alternativ kann die Wechselrichter-Steuerung 208 einen Befehl empfangen, der sich auf die Bereitstellung einer Zündspannung und eines Stroms für den Motor 110 bezieht, um das Ermitteln der geschätzten anfänglichen Winkelposition des Motors 110 ohne die Verwendung eines Positionssensors zu ermöglichen. In einigen Implementierungen kann der Strom mit einer bestimmten Wellenform assoziiert sein. Die Wechselrichter-Steuerung 208 und/oder dergleichen kann beispielsweise den Strom regeln, um eine halb sinusförmige Wellenform zu erhalten, beispielsweise durch Verwendung einer Hysterese-Steuerung mit einer Nullspannungsschleife, wenn ein Stromwert größer als ein Zielwert ist. In einigen Implementierungen kann jede Phase des Stroms unabhängig parallel gesteuert werden.
3 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Prozesses 300 zur Steuerung eines geschalteten Reluktanzmotors. In einigen Implementierungen kann der Prozess 300 durch das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 durchgeführt werden. 4 ist eine Reihe von Diagrammen, die sich auf die Steuerung eines geschalteten Reluktanzmotors beziehen.
Wie in 3 dargestellt, kann der Prozess 300 das Empfangen einer Strommessung eines Motors beinhalten, der eine Vielzahl von Komponentenströmen identifiziert, die einer Vielzahl von Phasen zugeordnet sind (Block 310). Beispielsweise kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 (z. B. unter Verwendung des Prozessors 202 und/oder einer oder mehrerer im Speicher 204 gespeicherter Regeln) die Strommessung des Motors (z. B. des Motors 110) empfangen, die die Vielzahl von Strömen identifiziert, die der Vielzahl von Phasen zugeordnet sind. In einigen Implementierungen kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 die Strommessung empfangen, basierend auf der Veranlassung, dass ein Strom an den Motor geliefert wird. Das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 kann zum Beispiel veranlassen, dass ein Wechselrichter (z. B. der Wechselrichter 108) basierend auf einer Zündspannung gleichzeitig den Strom an drei Phasen bereitstellt. In diesem Fall kann der Strom basierend auf der gegenelektromotorischen Kraft (EMK) von einer mechanischen Kopplung des Motors mit beispielsweise einer Antriebswelle moduliert werden. In einigen Implementierungen kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 Informationen empfangen, die einen ersten Komponentenstrom, einen zweiten Komponentenstrom und einen dritten Komponentenstrom identifizieren, die den drei Phasen des Stroms entsprechen. In einigen Implementierungen kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 eine andere Messung empfangen, z. B. eine Motordrehzahlmessung eines mit dem Motor gekoppelten Antriebs, eine Rotordrehzahlmessung, eine Generatordrehzahlmessung und/oder dergleichen.
Wie ferner in 3 gezeigt, kann der Prozess 300 das Ermitteln einer Positionsschätzung für den Motor basierend auf der Vielzahl von Komponentenströmen beinhalten, die der Vielzahl von Phasen zugeordnet sind (Block 320). Beispielsweise kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 (z. B. unter Verwendung des Prozessors 202 und/oder eines oder mehrerer Regelspeicher im Speicher 204) die Positionsschätzung für den Motor (z. B. den Motor 110) basierend auf der Vielzahl von Komponentenströmen ermitteln, die mit der Vielzahl von Phasen assoziiert sind. In einigen Implementierungen kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 die Positionsschätzung (z. B. eine Schätzung einer anfänglichen Winkelposition eines Rotors relativ zu einem Stator eines Motors) ermitteln, ohne eine Positionsmessung, eine Drehzahlmessung und/oder dergleichen zu empfangen.
In einigen Implementierungen kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 die Positionsschätzung basierend auf der Erkennung einer Äquivalenz zwischen Komponentenströmen ermitteln. Zum Beispiel kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 ermitteln, dass ein erster Komponentenstrom gleich einem zweiten Komponentenstrom ist, und kann die Positionsschätzung basierend auf relativen Werten für den ersten Komponentenstrom, den zweiten Komponentenstrom und den dritten Komponentenstrom ermitteln, wenn der erste Komponentenstrom gleich dem zweiten Komponentenstrom ist (z. B. basierend darauf, ob der dritte Komponentenstrom größer oder kleiner als der erste Komponentenstrom und der zweite Komponentenstrom ist).
Wie in 4 und durch Diagramm 400 dargestellt, kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 Werte für den ersten Komponentenstrom (a), den zweiten Komponentenstrom (b) und den dritten Komponentenstrom (c) über die Zeit verfolgen. Wie durch die Bezugsnummer 410 gezeigt, kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 zu einem bestimmten Zeitpunkt (z. B. t < 0,001 Sekunden (s)) eine Äquivalenz zwischen Komponentenströmen (z. B. a == b) erkennen.
In einigen Implementierungen kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 die Äquivalenz basierend auf der Ermittlung einer Vorzeichenänderung einer Differenz zwischen einem Satz von Komponentenströmen der Vielzahl von Komponentenströmen ermitteln. So kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 beispielsweise für einen ersten Komponentenstrom, a, einen zweiten Komponentenstrom, b, und einen dritten Komponentenstrom, c, ermitteln, dass sich ein Wert für a - b von positiv zu negativ oder von negativ zu positiv geändert hat, was anzeigt, dass a gleich b war (z. B. zu einem Zeitpunkt, zu dem die Vielzahl von Komponentenströmen gemessen wurde, zu einem Zeitpunkt zwischen Messungen der Vielzahl von Komponentenströmen und/oder dergleichen). In diesem Fall kann die geschätzte Position in einem definierten Winkel liegen, und der definierte Winkel kann basierend darauf ermittelt werden, welche zwei Komponentenströme gleich waren und einem Wert für einen dritten Komponentenstrom relativ zu den zwei Komponentenströmen, die gleich waren.
Wie in 4 und durch Diagramm 420 dargestellt, kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 basierend auf der Ermittlung, dass a gleich b ist und a und b größer als c sind, ermitteln, dass eine relative Position 240 Grad beträgt. Ferner kann, wie in Diagramm 420 dargestellt, die relative Position 60 Grad betragen, wenn a gleich b ist und c größer als a und b ist; wenn a gleich c ist und b größer als a und c ist, kann die relative Position 300 Grad betragen; wenn a gleich c ist und b kleiner als a und c ist, kann die relative Position 120 Grad betragen; wenn b gleich c ist und a größer als b und c ist, kann die relative Position 180 Grad betragen; und wenn b gleich c ist und a kleiner als b und c ist, kann die relative Position 360 Grad betragen. Obwohl hierin in Bezug auf eine bestimmte Menge und einen bestimmten Satz von Komponentenströmen und einen bestimmten Satz von relativen Positionen beschrieben, sind auch andere Mengen und/oder Sätze von Komponentenströmen und Sätze von relativen Positionen möglich. In einigen Implementierungen kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 die relative Position basierend auf gespeicherten Informationen ermitteln, z. B. basierend auf einer Tabellensuche.
In einigen Implementierungen kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 basierend auf der Positionsschätzung, einer Zeitmessung (z. B. einer Zeit, die vom Anlegen der Vielzahl von Strömen bis zum Erkennen einer Vorzeichenänderung, die eine Komponentenstromäquivalenz identifiziert, verstrichen ist) und/oder einer Drehzahlmessung eine Anfangsposition des Rotors relativ zum Stator ermitteln, wodurch die Ermittlung von Schaltbefehlen zur Steuerung des Motors ermöglicht wird. In einigen Implementierungen kann die Zeitmessung kleiner als ein Schwellenwert sein. Zum Beispiel kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 innerhalb von 0,01 Sekunden, innerhalb von 0,005 Sekunden, innerhalb von 0,002 Sekunden, innerhalb von 0,001 Sekunden, innerhalb von 20 Mikrosekunden und/oder dergleichen nach dem Anlegen der mehreren Komponentenströme eine Komponentenstromäquivalenz erkennen (z. B. und die geschätzte Winkelposition ermitteln).
Wie ferner in 3 dargestellt, kann der Prozess 300 die Steuerung des Motors basierend auf der Positionsschätzung beinhalten (Block 330). Das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 kann (z. B. unter Verwendung des Prozessors 202 und/oder einer oder mehrerer im Speicher 204 gespeicherten Regeln) den Motor basierend auf der Positionsschätzung steuern. In diesem Fall kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 einen Befehl zur Steuerung des Betriebs des Wechselrichters 108, des Motors 110 und/oder dergleichen übertragen, um den Betrieb des Motors 110 beispielsweise zum Bewegen der Maschine 100, des Arbeitsgeräts 118 und/oder dergleichen zu ermöglichen. Der Prozess 300 kann zusätzliche Implementierungen beinhalten, wie z. B. eine einzelne Implementierung oder eine beliebige Kombination von Implementierungen, die nachfolgend und/oder in Verbindung mit einem oder mehreren anderen Prozessen beschrieben sind, die an anderer Stelle hierin beschrieben sind.
In einigen Implementierungen beinhaltet der Prozess 300 das Ermitteln der Winkelpositionsschätzung, ohne Informationen zu erhalten, die eine Positionsmessung oder eine Drehzahlmessung identifizieren. In einigen Implementierungen ist der geschaltete Reluktanzmotor in einer Maschine enthalten. In einigen Implementierungen beinhaltet der Prozess 300, einen Wechselrichter des geschalteten Reluktanzmotors zur Bereitstellung von Strom zu veranlassen, wobei der Strom mit einer Zündspannung des Wechselrichters assoziiert ist. In einigen Implementierungen ist die Winkelpositionsschätzung eine Anfangspositionsschätzung für einen Rotor des geschalteten Reluktanzmotors. In einigen Implementierungen ist eine Zeitspanne zwischen einem Anfangszustand des geschalteten Reluktanzmotors, bei dem der Strom bereitgestellt wird, und einer Ermittlung der Winkelpositionsschätzung für den geschalteten Reluktanzmotor kleiner als 0,01 Sekunden.
In einigen Implementierungen ist eine Zeitspanne zwischen einem Anfangszustand des geschalteten Reluktanzmotors, bei dem der Strom bereitgestellt wird, und einer Ermittlung der Winkelpositionsschätzung für den geschalteten Reluktanzmotor kleiner als 0,005 Sekunden. In einigen Implementierungen ist eine Zeitspanne zwischen einem Anfangszustand des geschalteten Reluktanzmotors, bei dem der Strom bereitgestellt wird, und einer Ermittlung der Winkelpositionsschätzung für den geschalteten Reluktanzmotor kleiner als 0,001 Sekunden. In einigen Implementierungen beinhaltet der Prozess 300 das Ermitteln der Winkelpositionsschätzung basierend auf einer Zeitspanne zwischen einem Anfangszustand des geschalteten Reluktanzmotors, bei dem Strom bereitgestellt wird, und einer Ermittlung der Winkelpositionsschätzung. In einigen Implementierungen beinhaltet der Prozess 300 das Ermitteln der Winkelpositionsschätzung basierend auf einer Drehzahl des geschalteten Reluktanzmotors.
In einigen Implementierungen beinhaltet die Vielzahl von Komponentenströmen drei Ströme. In einigen Implementierungen beinhaltet der Prozess 300 das Ermitteln einer Vorzeichenänderung einer Differenz zwischen einem ersten Strom der Vielzahl von Komponentenströmen und einem zweiten Strom der Vielzahl von Komponentenströmen. In einigen Implementierungen beinhaltet der Prozess 300 das Ermitteln, dass ein erster Stromwert größer als ein zweiter Stromwert ist, wobei der erste Stromwert einem ersten Strom der Vielzahl von Komponentenströmen zugeordnet ist, und wobei der zweite Stromwert einem zweiten Strom der Vielzahl von Komponentenströmen zugeordnet ist; und das Ermitteln der Positionsschätzung basierend auf der Ermittlung, dass der erste Stromwert größer als der zweite Stromwert ist. In einigen Implementierungen beinhaltet der Prozess 300 das Ermitteln der Positionsschätzung basierend auf einer Motordrehzahl eines mit dem Motor gekoppelten Antriebs. In einigen Implementierungen ist die Vielzahl der Phasen mit einem Pulsbreitenmodulationsschema assoziiert.
In einigen Implementierungen ist der Motor ein geschalteter Reluktanzmotor. In einigen Implementierungen ist die anfängliche Positionsschätzung eine Winkelpositionsschätzung. In einigen Implementierungen beträgt die Winkelpositionsschätzung 60 Grad, 120 Grad, 180 Grad, 240 Grad, 300 Grad oder 360 Grad.
In einigen Implementierungen kann der Prozess 300 beinhalten: Veranlassen der Versorgung eines geschalteten Reluktanzmotors mit Strom; Ermitteln einer Vielzahl von Komponentenströmen, die einer Vielzahl von Phasen zugeordnet sind, basierend auf einem Ergebnis des Veranlassens der Versorgung eines geschalteten Reluktanzmotors mit einem Strom; Ermitteln, dass ein erster Komponentenstrom der Vielzahl von Komponentenströmen gleich einem zweiten Komponentenstrom der Vielzahl von Komponentenströmen ist; Ermitteln einer Winkelpositionsschätzung für den geschalteten Reluktanzmotor basierend darauf, ob ein dritter Komponentenstrom der Vielzahl von Komponentenströmen größer oder kleiner ist als der erste Komponentenstrom und der zweite Komponentenstrom; und Steuern des geschalteten Reluktanzmotors basierend auf der Winkelpositionsschätzung.
In einigen Implementierungen enthält ein Motor einen Stator und einen Rotor, einen mit dem Motor gekoppelten Wechselrichter und eine Steuerung, wobei die Steuerung ausgebildet sein kann, den Wechselrichter zur Bereitstellung eines einer Zündspannung zugeordneten Stroms für den Motor zu veranlassen, wobei der Strom einer Vielzahl von Phasen für den Motor zugeordnet ist, wobei der Strom basierend auf der dem Motor zugeordneten elektromotorischen Gegenkraft (EMK) moduliert wird, Ermitteln, basierend darauf, dass der Wechselrichter veranlasst wird, den Strom bereitzustellen, einer Vielzahl von Stromkomponenten, die der Vielzahl von Phasen entsprechen; Ermitteln, basierend auf der Vielzahl von Stromkomponenten, einer anfänglichen Positionsschätzung für den Stator oder den Rotor; und Steuern des Wechselrichters und des Motors unter Verwendung zumindest eines Befehlssignals basierend auf der anfänglichen Positionsschätzung.
Auch wenn 3 Beispielblöcke von Prozess 300 darstellt, kann Prozess 300, in einigen Implementierungen, zusätzliche Blöcke, weniger Blöcke, andere Blöcke oder anders angeordnete Blöcke als die in 3 dargestellten beinhalten. Zusätzlich oder alternativ können zwei oder mehr der Blöcke von Verfahren 300 parallel durchgeführt werden. Wie oben angegeben, wird 4 als Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem unterscheiden, was in Verbindung mit 4 beschrieben ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 kann mit jeder Maschine 100 verwendet werden, die einen Motor 110 und einen Wechselrichter 108 verwendet. Während des anfänglichen Betriebs der Maschine 100 ermittelt das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 eine anfängliche Positionsschätzung (z. B. einer relativen Winkelposition eines Rotors des Motors 110 relativ zu einem Stator des Motors 110) und verwendet die anfängliche Positionsschätzung zur Ermittlung von Schaltbefehlen zum Schalten von Phasen des Wechselrichters 108, um den Betrieb des Motors 110 zu ermöglichen. Auf diese Weise ermöglicht das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 die anfängliche Positionsschätzung, ohne dass der Motor 110 einen Positionssensor beinhalten muss, wobei ein solcher Positionssensor Kosten, Komplexität, Größe und/oder dergleichen zu der Maschine 100 hinzufügen und die Wartungsfreundlichkeit verringern, die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls und/oder dergleichen der Maschine 100 erhöhen kann. Darüber hinaus kann das Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 im Vergleich zu anderen Techniken den Wirkungsgrad, die Drehmomentgenauigkeit, die Drehmomentwelligkeit, die Stabilität, das Wärmemanagement, die Robustheit und/oder dergleichen über einen Bereich von Drehmomentbedingungen, Geschwindigkeitsbedingungen, Temperaturbedingungen, Betriebszuständen (z. B. einen Strömungsabrisszustand, einen Nulldrehzahlzustand, einen dynamischen Transientenzustand, einen Richtungsänderungszustand) und/oder dergleichen verbessern.
Somit kann die Bestimmung einer anfänglichen Positionsschätzung für den Motor 110 der Maschine 100 unter Verwendung des Steuersystems für einen geschalteten Reluktanzmotor 200 und ohne einen Positionssensor den Betrieb der Maschine 100 und/oder des Motors 110 verbessern.
In der hierin verwendeten Form sollen die Artikel „ein/eine/einer/eines“ ein oder mehrere Elemente beinhalten und können mit „ein oder mehr“ austauschbar verwendet werden. Auch die Begriffe „aufweist“, „aufweisen“, „aufweisend“ oder dergleichen sind als offene Begriffe gedacht. Ferner soll der Ausdruck „basierend auf‟ „zumindest teilweise basierend auf bedeuten. Die vorstehende Offenbarung stellt eine Veranschaulichung und Beschreibung bereit, soll jedoch nicht erschöpfend sein oder die Implementierungen auf die präzise, offenbarte Form beschränken. Modifizierungen und Varianten sind angesichts der obigen Offenbarung möglich oder können aus der Praxis der Implementierungen erhalten werden. Es ist beabsichtigt, dass die Spezifikation nur als Beispiel angesehen wird, wobei ein tatsächlicher Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente angegeben ist. Auch wenn bestimmte Kombinationen von Merkmalen in den Ansprüchen vorgetragen und/oder in der Spezifikation offenbart werden, sollen diese Kombinationen die Offenbarung der möglichen Implementierungen nicht beschränken. Auch wenn jeder abhängige Anspruch, der unten aufgeführt ist, nur von einem Anspruch direkt abhängen kann, beinhaltet die Offenbarung der möglichen Implementierungen jeden abhängigen Anspruch in Kombination mit jedem anderen Anspruch im Anspruchssatz.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8810188 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Husain et al. am 9. November 2009 eingereicht wurde („das '188-Patent“) [0004]

Claims

Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor, umfassend: einen Speicher; und ein oder mehrere Prozessoren, ausgebildet zum: Veranlassen der Versorgung eines geschalteten Reluktanzmotors mit Strom; Ermitteln einer Vielzahl von Komponentenströmen, die einer Vielzahl von Phasen zugeordnet sind, basierend auf einem Ergebnis des Veranlassens der Versorgung eines geschalteten Reluktanzmotors mit einem Strom; Ermitteln, dass ein erster Komponentenstrom der Vielzahl von Komponentenströmen gleich einem zweiten Komponentenstrom der Vielzahl von Komponentenströmen ist; Ermitteln einer Winkelpositionsschätzung für den geschalteten Reluktanzmotor basierend darauf, ob ein dritter Komponentenstrom der Vielzahl von Komponentenströmen größer oder kleiner als der erste Komponentenstrom und der zweite Komponentenstrom ist; und Steuern des geschalteten Reluktanzmotors basierend auf der Winkelpositi onsschätzung.
Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor nach Anspruch 1, wobei der eine oder mehrere Prozessoren zur Ermittlung der Winkelpositionsschätzung ausgebildet sind, ohne Informationen zu empfangen, die eine Positionsmessung oder eine Drehzahlmessung identifizieren.
Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der geschaltete Reluktanzmotor in einer Maschine enthalten ist.
Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren, wenn sie die Bereitstellung von Strom veranlassen, ausgebildet sind zum: Veranlassen eines Wechselrichters des geschalteten Reluktanzmotors zur Bereitstellung des Stroms, wobei der Strom mit einer Zündspannung des Wechselrichters assoziiert ist.
Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Winkelpositionsschätzung eine Anfangspositionsschätzung für einen Rotor des geschalteten Reluktanzmotors ist.
Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Zeitspanne zwischen einem Anfangszustand des geschalteten Reluktanzmotors, bei dem der Strom bereitgestellt wird, und einer Ermittlung der Winkelpositionsschätzung für den geschalteten Reluktanzmotor weniger als 0,01 Sekunden beträgt.
Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren bei der Ermittlung der Winkelpositionsschätzung ausgebildet sind zum: Ermitteln der Winkelpositionsschätzung basierend auf einer Zeitspanne zwischen einem Anfangszustand des geschalteten Reluktanzmotors, bei dem Strom bereitgestellt wird, und einer Ermittlung der Winkelpositionsschätzung.
Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren bei der Ermittlung der Winkelpositionsschätzung ausgebildet sind zum: Ermitteln der Winkelpositionsschätzung basierend auf einer Drehzahl des geschalteten Reluktanzmotors.
Verfahren, umfassend: Empfangen, durch eine Vorrichtung, einer Strommessung eines Motors, die eine Vielzahl von Komponentenströmen identifiziert, die mit einer Vielzahl von Phasen assoziiert sind, Ermitteln, durch die Vorrichtung, einer Positionsschätzung für den Motor basierend auf der Vielzahl von Komponentenströmen, die mit der Vielzahl von Phasen assoziiert sind, und Steuerung, durch die Vorrichtung, des Motors basierend auf der Vielzahl der Komponentenströme.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl von Komponentenströmen drei Ströme umfasst.