DE112019007063T5 - Drehzahlschätzvorrichtung für wechselstrommotor, antriebsvorrichtung für wechselstrommotor, kältemittelverdichter und kältekreislaufeinrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor beinhaltet: eine Modellabweichungsberechnungseinheit (11), die eine Modellabweichung ε auf der Basis einer Spannung, eines Stroms und einer geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^rdes Wechselstrommotors (2) berechnet; eine erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit (21), welche eine erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^r1auf der Basis der Modellabweichung ε berechnet; eine zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit (22), die eine zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^r2die sich im Hinblick auf die Frequenz von der ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^r1unterscheidet, auf der Basis der Modellabweichung ε berechnet; eine Ausgleichsphasenberechnungseinheit (51), die eine Ausgleichsphase θplsauf der Basis einer Störfrequenz fdberechnet; und einen Rechner (23) für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit, der eine geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^rdes Wechselstrommotors (2) auf der Basis der ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^r1und der zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^r2berechnet. Eine von der ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^r1und der zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^r2wird auf der Basis der Ausgleichsphase θplsberechnet.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor, welche die Geschwindigkeit eines Wechselstrommotors, etwa einer Asynchronmaschine oder einer Synchronmaschine, schätzt, eine Antriebsvorrichtung für einen Wechselstrommotor, einen Kältemittelverdichter und eine Kältekreislaufeinrichtung.
• Allgemeiner Stand der Technik
• Bei der Regelung eines Wechselstrommotors, wenn das Lastmoment oder durch den Wechselstrommotor erzeugte Drehmoment eine Schwankung aufweist, tritt ein gewisses Maß an Pulsation auch bei der Drehzahl des Wechselstrommotors auf. Das Auftreten von Pulsation in der Drehzahl des Wechselstrommotors kann Schwingungen in einer Einrichtung erzeugen, an der der Wechselstrommotor installiert ist, was im Hinblick auf das Auftreten von Geräuschen, die mechanische Festigkeit oder dergleichen problematisch sein kann. In Reaktion auf diese Probleme wurde eine Regelung zum Reduzieren von Drehmomentpulsation und Drehzahlpulsation in Erwägung gezogen.
• Beispielsweise lehrt das unten aufgeführte Patentdokument 1 eine Technik zum Erreichen einer Regelung zum Reduzieren von Drehmomentpulsation und Drehzahlpulsation mithilfe einer sensorlosen Vorgehensweise ohne Verwendung eines Positionssensors oder eines Geschwindigkeitssensors, um Kosten zu senken oder um die Anwendung auf eine Einrichtung zu ermöglichen, an der sich ein Sensor schwer installieren lässt. Gemäß Patentdokument 1 wird ein Drehmomentausgleichwert auf der Basis einer Drehzahlwelligkeitskomponente erhalten, die von einer Differenz zwischen einer Anweisungswinkelfrequenz und einer Drehzahlrückkopplungswinkelfrequenz extrahiert wird. Die Schwankung der Drehzahl des Wechselstrommotors wird somit reduziert oder unterdrückt, was gänzlich ohne Diagramm für Korrekturbeträge auskommt.
• Liste der Anführungen
• Patentliteratur
• Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 6222417
• Kurzdarstellung
• Technische Aufgabe
• Bei einer positionssensorlosen Regelung liegt eine Obergrenze für das Ansprechen bei der Drehzahlschätzung bei herkömmlichen Regelsystemen bei mehreren hundert [rad/s], weshalb ein Ansprechen auf eine hochfrequente Pulsation unzureichend ist und sich eine Pulsation kaum genau schätzen lässt. Da eine Schwingungsverringerungseinheit dazu ausgelegt ist, eine geschätzte Drehzahl zu verwenden, hängt in Patentdokument 1 des Weiteren die Leistung der Schwingungsverringerungseinheit von einem Ansprechen bei der Drehzahlschätzung ab und wird dadurch als in einem Hochfrequenzbereich unzureichend erachtet.
• Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die vorstehenden Gegebenheiten, und es ist eine Aufgabe davon, eine Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor bereitzustellen, die in der Lage ist, die Genauigkeit der Drehzahlschätzung bei hoher Frequenz bei der sensorlosen Regelung eines Wechselstrommotors weiter zu erhöhen.
• Lösung der Aufgabe
• Um die oben genannten Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor bereit, wobei die Drehzahlschätzvorrichtung umfasst: eine Modellabweichungsberechnungseinheit zum Berechnen einer Modellabweichung auf der Basis einer Spannung, eines Stroms und einer geschätzten Winkelgeschwindigkeit des Wechselstrommotors; eine erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit zum Berechnen einer ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der Modellabweichung; eine zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit zum Berechnen einer zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der Modellabweichung, wobei sich die zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit im Hinblick auf die Frequenz von der ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet; eine Ausgleichsphasenberechnungseinheit zum Berechnen einer Ausgleichsphase auf der Basis einer Störfrequenz; und einen Rechner für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit zum Berechnen einer geschätzten Winkelgeschwindigkeit des Wechselstrommotors auf der Basis der ersten und zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit, wobei eine von der ersten und zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der Ausgleichsphase berechnet wird.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Die Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt insofern einen vorteilhaften Effekt, als sie in der Lage ist, die Genauigkeit der Drehzahlschätzung bei hoher Frequenz bei der sensorlosen Regelung eines Wechselstrommotors weiter zu erhöhen.
• Figurenliste
• 1 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
• 2 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel darstellt.
• 3 ist ein Bode-Diagramm, das Übertragungseigenschaften der in 2 dargestellten Drehzahlschätzvorrichtung darstellt.
• 4 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung gemäß einem anderen Vergleichsbeispiel als in 2 darstellt.
• 5 ist ein Bode-Diagramm, das Übertragungseigenschaften der in 4 dargestellten Drehzahlschätzvorrichtung darstellt.
• 6 ist ein Diagramm, das zum Vergleichen von Bode-Diagrammen, welche Übertragungseigenschaften von einer Modellabweichung ε zu einer ersten geschätzten Winkelbeschleunigung der in 2 dargestellten Drehzahlschätzvorrichtung in einer Eigenschaft eines offenen Kreises und einer Eigenschaft eines geschlossenen Kreises darstellen, verwendet wird.
• 7 ist ein Blockschema, das eine detaillierte Auslegung einer Schätzeinheit für die zweite Winkelgeschwindigkeit in der Drehzahlschätzvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, darstellt.
• 8 ist ein Blockschema, das eine Modifikation der in 7 dargestellten detaillierten Auslegung darstellt.
• 9 ist ein erstes Diagramm, das zur Erläuterung des Effekts der Drehzahlschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform bereitgestellt ist.
• 10 ist ein zweites Diagramm, das zur Erläuterung des Effekts der Drehzahlschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform bereitgestellt ist.
• 11 ist ein Schema einer Hardware-Auslegung der Drehzahlschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
• 12 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
• 13 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
• 14 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
• 15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Kurvenverlauf eines Lastmoments eines Rotationsverdichters darstellt.
• 16 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Antriebsvorrichtung für einen Wechselstrommotor gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
• 17 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Antriebsvorrichtung für einen Wechselstrommotor gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt.
• 18 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Struktur im Inneren eines Kältemittelverdichters darstellt, der in 17 als angetriebenes Objekt dargestellt ist.
• 19 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur im Inneren eines Kompressionsraums des in 18 dargestellten Kältemittelverdichters darstellt.
• 20 ist ein Schema, das eine Auslegung einer Kältekreislaufeinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform darstellt.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Eine Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor, eine Antriebsvorrichtung für einen Wechselstrommotor, ein Kältemittelverdichter und eine Kältekreislaufeinrichtung gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die nachbeschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt ist. Nachfolgend wird die Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor gegebenenfalls einfach als „Drehzahlschätzvorrichtung“ bezeichnet. Des Weiteren wird die Antriebsvorrichtung für einen Wechselstrommotor gegebenenfalls einfach als „Antriebsvorrichtung“ bezeichnet.
• Erste Ausführungsform
• 1 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung 101 für einen Wechselstrommotor gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. Die in 1 dargestellte Drehzahlschätzvorrichtung 101 schätzt die Drehzahl eines Wechselstrommotors 2 in einer Technik eines adaptiven Beobachters unter Verwendung eines Spannungsvektors, der auf den Wechselstrommotor 2 angewendet wird, und eines Stromvektors, und gibt das Schätzergebnis als geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r aus .
• Die Drehzahlschätzvorrichtung 101 beinhaltet eine Modellabweichungsberechnungseinheit 11, eine erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21, eine Ausgleichsphasenberechnungseinheit 51, eine zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 und einen Rechner 23 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit.
• Die Modellabweichungsberechnungseinheit 11 berechnet eine Modellabweichung ε auf der Basis des Spannungsvektors, des Stromvektors und der geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r. Die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 kalkuliert eine erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 auf der Basis der Modellabweichung ε. Die Ausgleichsphasenberechnungseinheit 51 berechnet eine Ausgleichsphase θ_pls auf der Basis einer spezifischen Störfrequenz f_d. Die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 kalkuliert eine zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r2 auf der Basis der Ausgleichsphase θ_pls, der Modellabweichung ε und der Störfrequenz f_d. Der Rechner 23 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit kalkuliert eine geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r des Wechselstrommotors 2 auf der Basis der ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 und der zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r2.
• Die Drehzahlschätzvorrichtung 101 beinhaltet die Ausgleichsphasenberechnungseinheit 51 und die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22, und durch diese Komponenten vorgenommene Betriebsschritte stellen eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung dar. Einzelheiten der Ausgleichsphasenberechnungseinheit 51 und der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 werden später beschrieben.
• In der ersten Ausführungsform wird die Störfrequenz f_d als bekannt vorausgesetzt. Die Störfrequenz f_d kann in beliebiger Art und Weise erlangt werden. Beispielsweise kann in einem derartigen System, in dem eine Störung einer jeweiligen Frequenz auftritt, die Störfrequenz f_d im Voraus als Konstante bereitgestellt werden. Alternativ kann bei einer Anwendung wie einem Verdichter, bei dem eine Störung auftritt, die von der Rotationsfrequenz abhängig ist, die Rotationsfrequenz als Störfrequenz f_d verwendet werden. Die hier genannte Rotationsfrequenz kann mithilfe eines Sensors zur Drehlagemessung oder eines Geschwindigkeitssensors erlangt werden. Alternativ kann die Rotationsfrequenz im Falle einer Vorrichtung, die Mittel zum Schätzen der Winkelgeschwindigkeit beinhaltet, wie in der ersten Ausführungsform, ausgehend von der geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r erlangt werden. Als eine weitere Alternative kann die Frequenz der Drehmomentpulsation mithilfe eines Drehmomentmessers, eines Beschleunigungssensors oder eines Schwingungssensors erfasst oder geschätzt und als Störfrequenz f_d verwendet werden.
• Die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 und die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 schätzen beide die Winkelgeschwindigkeit. Die Differenz dazwischen besteht in einer Frequenz für eine Winkelgeschwindigkeit, die zu schätzen ist. Die erste Ausführungsform ist zwar auf eine Auslegung gerichtet, in der die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 eine niederfrequente Komponente schätzt, die eine Gleichstrom(DC)-Komponente einer Winkelgeschwindigkeit beinhaltet, und die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 eine hochfrequente Komponente der Winkelgeschwindigkeit schätzt, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Auslegung beschränkt. Es versteht sich, dass alternativ eine entgegengesetzte Auslegung verwendet werden kann, in welcher die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 eine Winkelgeschwindigkeitskomponente mit höherer Frequenz schätzt.
• Anschließend werden eine Auslegung und Funktionen der Modellabweichungsberechnungseinheit 11 beschrieben. Die Modellabweichungsberechnungseinheit 11 beinhaltet einen Zustandsschätzer 12, einen Subtrahierer 13 und einen Abweichungsrechner 14. Der Zustandsschätzer 12 kalkuliert einen auf den geschätzten Magnetfluss bezogenen Vektor und einen auf den geschätzten Strom bezogenen Vektor auf der Basis des auf den Wechselstrommotor 2 angewendeten Spannungsvektors, des durch den Wechselstrommotor 2 ausgegebenen Stromvektors und der geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r und gibt sie aus. Die geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r ist eine geschätzte Winkelgeschwindigkeit, die durch den vorgenannten Rechner 23 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit kalkuliert wird, und zudem ein Ausgang der Drehzahlschätzvorrichtung 101.
• Der Subtrahierer 13 subtrahiert den Stromvektor von dem auf den geschätzten Strom bezogenen Vektor, um einen Stromabweichungsvektor zu kalkulieren. Der Abweichungsrechner 14 empfängt den Stromabweichungsvektor als seinen Eingang, extrahiert eine orthogonale Komponente des auf den geschätzten Magnetfluss bezogenen Vektors als skalare Größe und gibt einen Wert der Größe als Modellabweichung ε aus. Es sei darauf hingewiesen, dass die Technik zum Extrahieren einer orthogonalen Komponente eines auf den geschätzten Magnetfluss bezogenen Vektors als skalare Größe vorbekannt ist. Vorbekannt sind zum Beispiel eine Technik zum Vornehmen einer Koordinatentransformation an einem Stromabweichungsvektor auf zwei Rotationsachsen, eine Technik zum Berechnen der Größe des Kreuzprodukts des Stromabweichungsvektors und des auf den geschätzten Magnetfluss bezogenen Vektors und andere.
• Konkret schätzt der Zustandsschätzer 12 einen elektrischen Strom und einen Magnetfluss gemäß einer Zustandsgleichung des Wechselstrommotors 2. Der Wechselstrommotor 2 wird in diesem Beispiel zwar als typischer synchroner elektrischer Wechselstrommotor der Art angenommen, in der Magnete verbaut sind, doch können auch beliebige andere Wechselstrommotoren verwendet werden, sofern in dem Zustandsschätzer 12 eine Zustandsgleichung ähnlich der unten beschriebenen aufgestellt werden kann. Zu Beispielen für andere Wechselstrommotoren zählen ein synchroner Elektromotor der Art, die Oberflächenmagnete aufweisen, und ein Asynchron-Elektromotor.
• Im Falle eines Synchron-Wechselstrommotors der Art, in der Magnete verbaut sind, wird die Zustandsgleichung durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt.
  [Formel 1] $$\frac{\text{d}}{\text{dt}}\left[\begin{array}{c}{\widehat{\varphi }}_{\text{ds}}\\ {\widehat{\varphi }}_{\text{qs}}\\ {\widehat{\varphi }}_{\text{dr}}\end{array}\right]=\left(\begin{array}{ccc}-\frac{\text{R}}{{\text{L}}_{\text{d}}}& \mathrm{\omega }& 0\\ -\mathrm{\omega }& -\frac{\text{R}}{{\text{L}}_{\text{q}}}& -{\widehat{\omega }}_{\text{r}}\\ 0& 0& 0\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}{\widehat{\varphi }}_{\text{ds}}\\ {\widehat{\varphi }}_{\text{qs}}\\ {\widehat{\varphi }}_{\text{dr}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\text{v}}_{\text{ds}}\\ {\text{v}}_{\text{qs}}\\ 0\end{array}\right]-\left[\begin{array}{cc}{\text{h}}_{11}& {\text{h}}_{12}\\ {\text{h}}_{21}& {\text{h}}_{22}\\ {\text{h}}_{31}& {\text{h}}_{32}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\widehat{\text{i}}}_{\text{ds}}-{\text{i}}_{\text{ds}}\\ {\widehat{\text{i}}}_{\text{qs}}-{\text{i}}_{\text{qs}}\end{array}\right]$$

  

  
  [Formel 2] $$\left[\begin{array}{c}{\widehat{\text{i}}}_{\text{ds}}\\ {\widehat{\text{i}}}_{\text{qs}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1/{\text{L}}_{\text{d}}& 0& 0\\ 0& 1/{\text{L}}_{\text{q}}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\widehat{\varphi }}_{\text{ds}}\\ {\widehat{\varphi }}_{\text{qs}}\\ {\widehat{\varphi }}_{\text{dr}}\end{array}\right]$$

  
• In den Gleichungen (1) und (2) stehen L_d und L_q für Induktivitäten auf einer d-Achse bzw. einer q-Achse. R steht für einen Ankerwiderstand. ω steht für eine primäre Winkelfrequenz. ω_r steht für eine Winkelgeschwindigkeit. V_ds, steht für eine d-Achsen-Spannung. v_qs steht für eine q-Achsen-Spannung. i_ds steht für einen d-Achsen-Strom. i_qs steht für einen q-Achsen-Strom. φ_ds steht für einen d-Achsen-Stator-Magnetfluss. φ_qs steht für einen q-Achsen-Stator-Magnetfluss. φ_dr steht für einen d-Achsen-Rotor-Magnetfluss. h₁₁ bis h₃₂ stehen für Beobachterverstärkungen. Das Symbol „^“ stellt einen geschätzten Wert dar.
• Es sei darauf hingewiesen, dass die primäre Winkelfrequenz wie gemäß der folgenden Gleichung (3) ausgedrückt gegeben ist.
  [Formel 3] $$\mathrm{\omega }={\widehat{\omega }}_{\text{r}}-\frac{{\text{h}}_{41}\left({\widehat{\text{i}}}_{\text{ds}}-{\text{i}}_{\text{ds}}\right)+{\text{h}}_{42}\left({\widehat{\text{i}}}_{\text{qs}}-{\text{i}}_{\text{qs}}\right)}{{\widehat{\varphi }}_{\text{dr}}}$$

  
• In der vorstehenden Gleichung (3) stehen h₄₁ und h₄₂ für Beobachterverstärkungen ähnlich den vorgenannten h₁₁ bis h₃₂.
• Bei den vorstehenden Gleichungen (1) und (2) handelt es sich zwar um Gleichungen, die auf der normalen induzierten Spannung beruhen, doch kann auch eine ähnliche Kalkulation durch Abwandlung der vorstehenden Gleichungen (1) und (2) vorgenommen werden, um eine Form auszudrücken, die eine erweiterte induzierte Spannung verwendet. Da die vorstehende Gleichung (1) die geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r beinhaltet, tritt bei einer Stromschätzung ein Fehler auf, wenn die geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r und eine Ist-Winkelgeschwindigkeit ω_r nicht miteinander übereinstimmen. Die Modellabweichung ε ist vorliegend gemäß der folgenden Gleichung (4) definiert. Die Drehzahlschätzvorrichtung 101 passt den Wert der geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r mithilfe der ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 und der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 an, sodass die Modellabweichung ε null wird.
  [Formel 4] $$\mathrm{\epsilon }=\frac{{\widehat{\text{i}}}_{\text{qs}}-{\text{i}}_{\text{qs}}}{{\widehat{\varphi }}_{\text{dr}}}$$

  
• Wie vorbeschrieben, besteht eine der Eigenschaften der Drehzahlschätzvorrichtung 101 darin, dass die Drehzahlschätzvorrichtung 101 die Ausgleichsphasenberechnungseinheit 51 und die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 aufweist. Um dieses Merkmal zu erläutern, wird hier zunächst eine Drehzahlschätzvorrichtung als Vergleichsbeispiel erläutert, welche die Ausgleichsphasenberechnungseinheit 51 und die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 nicht aufweist.
• 2 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung 101A gemäß dem Vergleichsbeispiel darstellt. Die in 2 dargestellte Drehzahlschätzvorrichtung 101A funktioniert gemäß einem sensorlosen Vektorregelungsverfahren in einer Art und Weise, die der in 1 dargestellten Drehzahlschätzvorrichtung 101 ähnelt. Die Drehzahlschätzvorrichtung 101A funktioniert derart, dass sie die Modellabweichung ε auf null anpasst, was allein durch Verwendung der ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 erfolgt.
• Im Falle der in 2 dargestellten Drehzahlschätzvorrichtung 101A beinhaltet die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 einen Regler mit proportionalem und integralem Verhalten (PI-Regler) 24 und einen Integrator 25. Die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 funktioniert gemäß der folgenden Gleichung (5).
  [Formel 5] $${\widehat{\omega }}_{\text{r}}=\frac{1}{\text{s}}\left(\left({\text{K}}_{\text{P}}+\frac{{\text{K}}_{\text{I}}}{\text{s}}\right)\cdot \mathrm{\epsilon }\right)$$

  
• In der Gleichung (5) steht K_P für eine proportionale Verstärkung der gesamten ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21. K_I steht für eine Integralverstärkung der gesamten ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21. s steht für einen Operator einer Laplace-Transformation, wobei sich s auf die Differenzierung bezieht und sich 1/s auf die Integration bezieht.
• In der ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 berechnet der PI-Regler 24 eine erste geschätzte Winkelbeschleunigung ω·^_r1 auf der Basis der Modellabweichung ε. Der Integrator 25 integriert die erste geschätzte Winkelbeschleunigung ω·^_r1, um die erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 zu berechnen. In der ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 wird die erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 durch den PI-Regler 24 und den Integrator 25 angepasst. Die erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 wird nach außen als Ausgang der Drehzahlschätzvorrichtung 101A ausgegeben. Des Weiteren wird die erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 an die Modellabweichungsberechnungseinheit 11 rückgemeldet. Wie vorbeschrieben, funktionieren der PI-Regler 24 als Schätzer der ersten Winkelbeschleunigung und der Integrator 25 als Rechner der ersten Winkelgeschwindigkeit.
• Des Weiteren ist die Transferfunktion Ga(s) von der ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 zur Modellabweichung ε aus dem 226-seitigen „Speed Sensorless Vector Control Method of Induction Motor Including A Low Speed Region‟, The transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan (Band 120-D, Nr. 2, 2000), vorbekannt, wobei es sich um Nicht-Patentliteratur handelt. Die Transferfunktion Ga(s) kann mittels einer Verzögerung erster Ordnung wie in der folgenden Gleichung (6) angenähert werden.
  [Formel 6] $${\text{G}}_{\text{a}}\left(\text{s}\right)=\frac{{\text{A}}_{\text{x}}}{1+{\text{sT}}_{\text{x}}}$$

  
• 3 ist ein Bode-Diagramm, das Übertragungseigenschaften der in 2 dargestellten Drehzahlschätzvorrichtung 101A darstellt. Die horizontale Achse gibt die Frequenz, die vertikale Achse die Verstärkung wieder. Eine Transferfunktion (1), die in 3 anhand einer durchbrochenen Linie dargestellt ist, ist derart gestaltet, dass die Verstärkung in einem niedrigeren Frequenzbereich höher ist. In der Tansferfunktion von (1) nimmt die Verstärkung ab, wenn die Frequenz höher ist. Konkret nimmt die Verstärkung mit einer Rate von -40 [dB/Dekade] in einem Niederfrequenzband ab; bei Frequenzen, die höher als die am Wechselpunkt P1 sind, nimmt sie mit einer Rate von -20 [dB/Dekade] ab.
• Außerdem entspricht eine Tansferfunktion von (2), die in 3 als gepunktete Linie dargestellt ist, der Tansferfunktion Ga(s) der obenstehenden Gleichung (6). Da die Tansferfunktion Ga(s) eine Eigenschaft einer Verzögerung erster Ordnung von der ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 zur Modellabweichung ε aufweist, nimmt die Verstärkung bei einer Rate von -20 [dB/Dekade] in einem Frequenzbereich ab, der über einer Cutoff-Winkelfrequenz f1 liegt. Die Addition der zwei Transferfunktionen ergibt eine Transferfunktion von (3) mit einer Eigenschaft eines offenen Kreises, dargestellt als durchgezogene Linie.
• Wenn beim PI-Regler eine Verstärkung in der obenstehenden Gleichung (5) vorliegt, das heißt, die proportionale Verstärkung K_P und die Integralverstärkung K_I in der ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 derart eingestellt werden können, dass sie ausreichend groß sind, kann die Drehzahlpulsation bei hohen Frequenzen genau geschätzt werden. Diese Verstärkungswerte sind allerdings durch den Zeitraum für die Berechnung der Schätzung und den Einfluss eines Fehlers in einer Motorkonstante eingeschränkt. Eine erzwungene Erhöhung der Verstärkungen vergrößert die Anfälligkeit gegenüber hochfrequentem Rauschen, was eine sachgemäße Schätzungsverarbeitung unmöglich macht. Folglich geht die Drehzahlschätzvorrichtung 101A gemäß dem Vergleichsbeispiel dahingehend mit einem Problem einher, dass es schwierig ist, eine hochfrequente Drehzahlpulsation zu erfassen.
• Nachfolgend wird ein anderes Vergleichsbeispiel erläutert. 4 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung 101B gemäß einem anderen Vergleichsbeispiel als in 2 darstellt. Zur Unterscheidung von 2 werden im Folgenden das Vergleichsbeispiel von 2 als „erstes Vergleichsbeispiel“ und das Vergleichsbeispiel von 4 als „zweites Vergleichsbeispiel“ bezeichnet. Im Vergleich zur Drehzahlschätzvorrichtung 101A in 2 ist die Drehzahlschätzvorrichtung 101B gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel, das in 4 dargestellt ist, zusätzlich mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22B bereitgestellt.
• Im Falle der Drehzahlschätzvorrichtung 101B in 4 beinhaltet die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22B eine zweite Winkelbeschleunigungsschätzeinheit 30B und einen Integrator 31. Die zweite Winkelbeschleunigungsschätzeinheit 30B berechnet eine zweite geschätzte Winkelbeschleunigung ω·^_r2 auf der Basis der Störfrequenz f_d und der Modellabweichung ε. Der Integrator 31 integriert die zweite geschätzte Winkelbeschleunigung ω·^_r2 und gibt eine zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω·^_r2 aus.
• Des Weiteren beinhaltet die zweite Winkelbeschleunigungsschätzeinheit 30B einen Fourier-Koeffizienten-Rechner 26, RI-Regler 27 und 28 und eine Wechselstrommotorwiederherstellungseinheit 29.
• Der Fourier-Koeffizienten-Rechner 26 wandelt eine spezifische Frequenzkomponente der Modellabweichung in Gleichstrom um und extrahiert die erhaltene Gleichstromkomponente. Ein Kosinuskoeffizient E_c und ein Sinuskoeffizient Es werden vom Fourier-Koeffizienten-Rechner 26 ausgegeben und entsprechen der durch die Gleichstromumwandlung erhaltenen spezifischen Frequenzkomponente.
• In diesem Prozess werden der Kosinuskoeffizient E_c der Modellabweichung ε und der Sinuskoeffizient Es der Modellabweichung ε anhand der folgenden Gleichungen (7) bzw. (8) auf der Basis der Modellabweichung ε und der Störfrequenz f_d berechnet.
  [Formel 7] $${\text{E}}_{\text{c}}=\frac{2}{{\text{T}}_{\text{d}}}{\displaystyle {\int }_0^{{\text{T}}_{\text{d}}}\mathrm{\epsilon }\cdot \text{cos}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}\right)\text{dt}}$$

  

  
  [Formel 8] $${\text{E}}_{\text{s}}=\frac{2}{{\text{T}}_{\text{d}}}{\displaystyle {\int }_0^{{\text{T}}_{\text{d}}}\mathrm{\epsilon }\cdot \text{sin}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}\right)\text{dt}}$$

  
• In den Formeln (7) und (8) steht t für die Zeit. Außerdem steht T_d für eine Schwingungsdauer der Störung, wobei es sich um den Kehrwert der Störfrequenz f_d handelt. Das heißt: T_d=1/f_d.
• Der Kosinuskoeffizient E_c der Modellabweichung unterliegt der PI-Regelung durch den PI-Regler 27, wie anhand der folgenden Gleichung (9) ausgedrückt: Des Weiteren unterliegt der Sinuskoeffizient Es der Modellabweichung der PI-Regelung durch den PI-Regler 28, wie anhand der folgenden Gleichung (10) ausgedrückt:
  [Formel 9] $${\widehat{\dot{\Omega }}}_{\text{c}}=\left({\text{K}}_{\text{P}2}+\frac{{\text{K}}_{\text{I}2}}{\text{s}}\right)\cdot {\text{E}}_{\text{c}}$$

  

  
  [Formel 10] $${\widehat{\dot{\Omega }}}_{\text{s}}=\left({\text{K}}_{\text{P}2}+\frac{{\text{K}}_{\text{I}2}}{\text{s}}\right)\cdot {\text{E}}_{\text{s}}$$

  
• In den Gleichungen (9) und (10) steht K_P2 für eine proportionale Verstärkung der gesamten zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22B. K_I2 steht für eine Integralverstärkung der gesamten zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22B. Ein Punkt über jedem Zeichen kennzeichnet eine Differenzierung; die Anzahl der Punkte stellt die Differenzierungsreihenfolge dar.
• Die Wechselstromwiederherstellungseinheit 29 nimmt eine Berechnung der folgenden Gleichung (11) auf der Basis des Kosinuskoeffizienten E_c der Modellabweichung und des Sinuskoeffizienten Es der Modellabweichung vor. Gleichung (11) ist ein arithmetischer Ausdruck zum Berechnen der zweiten geschätzten Winkelbeschleunigung ω·^_r2.
  [Formel 11] $${\widehat{\dot{\omega }}}_{\text{r}2}=\left({\widehat{\dot{\Omega }}}_{\text{c}}\text{ cos}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}\right)+{\widehat{\dot{\Omega }}}_{\text{s}}\text{ sin}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}\right)\right)$$

  
• 5 ist ein Bode-Diagramm, das Übertragungseigenschaften der in 4 dargestellten Drehzahlschätzvorrichtung 101B darstellt. Die horizontale Achse gibt die Frequenz, die vertikale Achse die Verstärkung wieder. Eine Transferfunktion von (1) in 5 stimmt mit der Transferfunktion von (1) in 3 überein. Eine Transferfunktion von (2) in 5 stimmt mit der Transferfunktion von (2) in 3 überein. Eine Transferfunktion von (3) in 5 stellt eine Transferfunktion der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22B dar, die in 4 dargestellt ist. Die Addition der drei Transferfunktionen ergibt eine Eigenschaft eines offenen Kreises von (4), dargestellt als durchgezogene Linie.
• In 5, verglichen mit 3, ist die Verstärkung in einem spezifischen Frequenzband bei der Eigenschaft des offenen Kreises von (4) stärker, dargestellt anhand der durchgezogenen Linie. Genauer erhöht die Drehzahlschätzvorrichtung 101B gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel die Verstärkung in einem spezifischen Frequenzband, in dem das Auftreten von Drehzahlpulsation aufgrund einer periodischen Störung vorhergesagt werden kann, was unter Verwendung der ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 und der zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22B erfolgt, wodurch eine Erhöhung der Genauigkeit der Drehzahlschätzung ermöglicht wird. Im Ergebnis ermöglicht die Drehzahlschätzvorrichtung 101B gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel eine Schätzung der hochfrequenten Drehzahlpulsation mit hoher Genauigkeit, was für die Drehzahlschätzvorrichtung 101A gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel schwierig ist.
• Wie vorbeschrieben, kann die Drehzahlschätzvorrichtung 101B gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel die hochfrequente Drehzahlpulsation mit hoher Genauigkeit schätzen; es wird jedoch in Betracht gezogen, dass das Regelsystem je nach Umfang des Phasenfehlers instabil sein kann. In Anbetracht dieser Gegebenheiten haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung die Notwendigkeit eines Phasenausgleichs für einen Vorschlag der vorliegenden Erfindung in Erwägung gezogen; die derartige Erwägung wird nachstehend beschrieben.
• 6 ist ein Diagramm, das zum Vergleichen von Bode-Diagrammen, welche die Übertragungseigenschaften von der Modellabweichung ε zur ersten geschätzten Winkelbeschleunigung ω·^_r1 der in 2 dargestellten Drehzahlschätzvorrichtung 101A in einer Eigenschaft eines offenen Kreises und einer Eigenschaft eines geschlossenen Kreises darstellen, verwendet wird. Die Eigenschaft eines offenen Kreises ist eine Transfereigenschaft in einem Zustand, in dem die erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 nicht an die Modellabweichungsberechnungseinheit 11 rückgemeldet wird. Die Eigenschaft eines geschlossenen Kreises ist eine Transfereigenschaft in einem Zustand, in welchem die erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 an die Modellabweichungsberechnungseinheit 11 rückgemeldet wird, wie in 2 dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den 3 und 5 um Bode-Diagramme von der Modellabweichung ε zur ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 handelt. Im Gegensatz dazu stellt 6 die Transfereigenschaften vom Eingang der Modellabweichung ε zum Ausgang der ersten geschätzten Winkelbeschleunigung ω·^_r1 dar, und es ist zu beachten, dass die 3 und 5 mit einer Eigenschaft eines Differentials erster Ordnung ergänzt wurden. Wenn, wie in 4 dargestellt, die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22B die zweite geschätzte Winkelbeschleunigung ω·^_r2 auf der Basis der Modellabweichung ε berechnet, kann die Eigenschaft vom Eingang der Modellabweichung ε zum Ausgang der zweiten geschätzten Winkelbeschleunigung ω·^_r2, dargestellt in 6, als eine Eigenschaft betrachtet werden, die mithilfe der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22B zu regeln ist.
• Bei der Rückführregelung wird häufig eine Gestaltungstechnik im Hinblick auf die Eigenschaften eines offenen Kreises eines geregelten Objekts und einer Regelung verwendet. In dieser Situation wird als Erstes ein Fall der Gestaltung der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit im Hinblick auf die Eigenschaft eines offenen Kreises des geregelten Objekts betrachtet.
• Gemäß der Eigenschaften eines offenen Kreises in 6 klingt die Verstärkung bei -20 [dB/Dekade] in einem Niederfrequenzband ab. Die Phase ist -90 [Grad] im Niederfrequenzband, ist bei höherer Frequenz verzögert und konvergiert zu -180 [Grad]. Während das verwendete Frequenzband von der jeweiligen Anwendung abhängig ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Phase bei -90 [Grad] im Wesentlichen konstant ist, in einem Fall, in dem hauptsächlich ein Niederfrequenzband verwendet wird. In einem solchen Falle, wenn die Eigenschaft eines offenen Kreises ein geregeltes Objekt beim Gestalten der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit ist, scheint ein Phasenausgleich unnötig zu sein.
• Die PI-Regler 27 und 28, die als zweite Winkelbeschleunigungsschätzer dienen, nehmen allerdings eine Berechnung in einem Zustand vor, in dem der PI-Regler 24, welcher als Schätzer der ersten Winkelbeschleunigung dient, arbeitet. Aus diesem Grund sollte in Erwägung gezogen werden, dass die erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r1, die durch die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 geschätzt wird, welche den PI-Regler 24 beinhaltet, an die Modellabweichungsberechnungseinheit 11 rückgemeldet wird. Dementsprechend muss die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22B im Hinblick auf die Eigenschaft eines geschlossenen Kreises gestaltet werden, welche durch die Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22B zu regeln ist.
• Die Eigenschaft des geschlossenen Kreises in 6 weist eine Eigenschaft eines Integrals erster Ordnung in einem Hochfrequenzband und eine Eigenschaft eines Differentials erster Ordnung in einem Niederfrequenzband auf. Die Verstärkung weist eine Eigenschaft auf, die mit einem Gradienten von -20 [dB/Dekade] im Einklang mit der Eigenschaft eines offenen Kreises in einem Hochfrequenzband abnimmt, weist aber eine Eigenschaft auf, welche mit einem Gradienten von +20 [dB/Dekade] in einem Niederfrequenzband zunimmt und die Verstärkung bei niedrigerer Frequenz sinken lässt. Des Weiteren konvergiert die Phase zu -180 [Grad] in einem Hochfrequenzband, was mit dem Fall des offenen Kreises im Einklang steht; in einem Niederfrequenzband liegt sie jedoch bei +90 [Grad]. Somit ändert sich die Phase signifikant von +90 [Grad] zu -180 [Grad] im Frequenzband dazwischen.
• Es sei darauf hingewiesen, dass, wie vorbeschrieben, die Berechnung der Winkelbeschleunigung in der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22B der Drehzahlschätzvorrichtung 101B gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel unter Verwendung der oben aufgeführten Gleichungen (7) bis (11) vorgenommen wird. Die Gleichungen (7) und (8) sind arithmetische Ausdrücke zum Erhalten des Kosinuskoeffizienten und des Sinuskoeffizienten, die Gleichstromkomponenten entsprechen, die Gleichungen (9) und (10) sind arithmetische Ausdrücke für die PI-Regelung und die Gleichung (11) ist ein arithmetischer Ausdruck zum Wiederherstellen einer Wechselstromkomponente durch erneutes Aufnehmen der Gleichstromkomponenten in die Wechselstromkomponente. In der Reihe von Berechnungsprozessen wird die Phase nicht berücksichtigt. Das bedeutet, dass davon ausgegangen wird, dass sich die Phase in einem Bereich vom Eingang der Modellabweichung ε zum Ausgang der zweiten geschätzten Winkelbeschleunigung ω·^₂ nicht mit der Frequenz ändert.
• Beispielsweise kann die Phasenänderung, wie vorbeschrieben, in dem Fall, dass nur die Eigenschaft eines offenen Kreises als geregeltes Objekt erachtet wird und der Betrieb in einem Niederfrequenzbereich erfolgt, als gering genug betrachtet werden, und es wird in Erwägung gezogen, die wie vorbeschriebene Regelungsgestaltung anzuwenden. Allerdings ändert sich die Phaseneigenschaft eines geregelten Objekts erheblich mit der Frequenz, wie in den Bode-Diagrammen in 6 dargestellt. Aus diesem Grunde wird ein Fehler in Bezug auf eine geschätzte Phase der jeweiligen Winkelbeschleunigung hervorgerufen, es sei denn, eine geschätzte Winkelbeschleunigung wird im Hinblick auf die Tatsache kalkuliert, dass sich die Phaseneigenschaft eines geregelten Objekts mit der Störfrequenz ändert.
• Die zweite Winkelbeschleunigungschätzeinheit 30B im zweiten Vergleichsbeispiel berechnet eine Winkelbeschleunigung mithilfe der PI-Regler 27 und 28. Wenn ein Phasenfehler gering genug ist, kann die Phase bei dieser Auslegung infolge der Anpassung einer Regelgröße durch die PI-Regler 27 und 28 zu einem geeigneten Wert konvergieren. In einem Frequenzband, in dem ein Phasenfehler signifikant groß ist, kann es allerdings sein, dass die Regelung instabil wird.
• In Anbetracht dieser Gegebenheiten beinhaltet die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 in der ersten Ausführungsform ein Regelsystem zum Vornehmen eines Phasenausgleichs, sodass eine Winkelgeschwindigkeit mit einer geeigneten Phase berechnet werden kann. 7 ist ein Blockschema, das eine detaillierte Auslegung der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 in der Drehzahlschätzvorrichtung 101, die in 1 gezeigt ist, darstellt. Wie in 7 dargestellt, beinhaltet die zweite Winkelbeschleunigungsschätzeinheit 30 einen Fourier-Koeffizienten-Rechner 52, Integral(I)-Regler 53 und 54 und eine Wechselstrommotorwiederherstellungseinheit 55. In der ersten Ausführungsform funktioniert die zweite Winkelbeschleunigungsschätzeinheit 30 als Winkelbeschleunigungsschätzer für spezifische Frequenzen. Des Weiteren funktioniert der Fourier-Koeffizienten-Rechner 52 in der zweiten Winkelbeschleunigungsschätzeinheit 30 als Extraktor für spezifische Frequenzen, der eine spezifische Frequenzkomponente extrahiert, und die I-Regler 53 und 54 und die Wechselstrommotorwiederherstellungseinheit 55 funktionieren als Winkelbeschleunigungsschätzer für spezifische Frequenzen.
• In 7 geht die Störfrequenz f_d in die Ausgleichsphasenberechnungseinheit 51, den Fourier-Koeffizienten-Rechner 52 und die Wechselstrommotorwiederherstellungseinheit 55 ein. Die Ausgleichsphasenberechnungseinheit 51 bestimmt eine Ausgleichsphase θ_pls im Hinblick auf die zu regelnde Eigenschaft eines geschlossenen Kreises. Konkret wird die Ausgleichsphase θ_pls als mit der Störfrequenz verknüpftes Diagramm gespeichert, und die Ausgleichsphase θ_pls kann durch Rückgriff auf das Diagramm bestimmt werden. Alternativ kann eine Näherungsformel, die je nach Störfrequenz geändert wird, angewendet werden, und die Ausgleichsphase θ_pls kann unter Verwendung der Näherungsformel bestimmt werden. Die Ausgleichsphase θ_pls geht in den Fourier-Koeffizienten-Rechner 52 ein.
• Der Fourier-Koeffizienten-Rechner 52 erhält den Kosinuskoeffizienten E_c' und den Sinuskoeffizienten E_s' der Modellabweichung auf der Basis der Störfrequenz f_d und der Ausgleichsphase θ_pls unter Verwendung der folgenden Gleichungen (12) und (13).
  [Formel 12] $${\text{E}}_{\text{c}}\text{'}=\frac{2}{{\text{T}}_{\text{d}}}{\displaystyle {\int }_0^{{\text{T}}_{\text{d}}}\mathrm{\epsilon }\cdot \text{cos}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}+{\mathrm{\theta }}_{\text{pls}}\right)\text{dt}}$$

  

  
  [Formel 13] $${\text{E}}_{\text{s}}\text{'}=\frac{2}{{\text{T}}_{\text{d}}}{\displaystyle {\int }_0^{{\text{T}}_{\text{d}}}\mathrm{\epsilon }\cdot \text{sin}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}+{\mathrm{\theta }}_{\text{pls}}\right)\text{dt}}$$

  
• Der Kosinuskoeffizient E_c' der Modellabweichung unterliegt der I-Regelung durch den I-Regler 53, wie anhand der folgenden Gleichung (14) ausgedrückt: Des Weiteren unterliegt der Sinuskoeffizient E_s' der Modellabweichung der I-Regelung durch den I-Regler 54, wie anhand der folgenden Gleichung (15) ausgedrückt:
  [Formel 14] $${\widehat{\dot{\Omega }}}_{\text{c}}\text{'}=\left(\frac{{\text{K}}_{\text{rpl}\_\text{i}}}{\text{s}}\right)\cdot {\text{E}}_{\text{c}}\text{'}$$

  

  
  [Formel 15] $${\widehat{\dot{\Omega }}}_{\text{s}}\text{'}=\left(\frac{{\text{K}}_{\text{rpl}\_\text{i}}}{\text{s}}\right)\cdot {\text{E}}_{\text{s}}\text{'}$$

  
• In den vorstehenden Gleichungen (14) und (15) steht K_{rpl_i} für die Integralverstärkung der I-Regler 53 und 54. Es sei darauf hingewiesen, dass der Kosinuskoeffizient E_c' und der Sinuskoeffizient E_s', die Regelungseingänge in die I-Regler 53 und 54 sind, in einer Größe einer Winkelgeschwindigkeit vorliegen, wohingegen Regelungsausgänge der I-Regler 53 und 54 in einer Größe einer Winkelbeschleunigung vorliegen. Außerdem weist die Umwandlung einer Winkelgeschwindigkeit zu einer Winkelbeschleunigung ein Differenzierungsverhältnis auf, wohingegen ein geregeltes Objekt natürlicherweise eine integrierende Eigenschaft besitzt. Daher erscheinen der Kosinuskoeffizient E_c' und der Sinuskoeffizient E_s', bei denen es sich um Regeleingänge handelt, in einem Koordinatensystem, das aus der Konversion zu Gleichstrom entsteht, jeweils als Verstärkung eines Vielfachen der Konversionsfrequenz. Der Kosinuskoeffizient E_c' und der Sinuskoeffizient E_S' werden daher als proportionale Eigenschaft in diesem Koordinatensystem und nicht als integrierende Eigenschaft betrachtet. In dieser Situation kann die Regelung nur durch Integratoren vorgenommen werden, weshalb die I-Regler 53 und 54 verwendet werden. Es versteht sich, dass PI-Regler wie im zweiten Vergleichsbeispiel nach Bedarf verwendet werden können, um die Ansprechbarkeit zu verbessern.
• Die Wechselstromwiederherstellungseinheit 55 nimmt die Berechnung der folgenden Gleichung (16) auf der Basis des Kosinuskoeffizienten E_c' und des Sinuskoeffizienten E_s' vor. Diese Gleichung (16) ist ein arithmetischer Ausdruck zum Berechnen der zweiten geschätzten Winkelbeschleunigung ω·^_r2.
  [Formel 16] $${\widehat{\dot{\omega }}}_{\text{r}2}=\left({\widehat{\dot{\Omega }}}_{\text{c}}\text{'}\text{ cos}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}\right)+{\widehat{\dot{\Omega }}}_{\text{s}}\text{'}\text{ sin}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}\right)\right)$$

  
• 9 ist ein erstes Diagramm, das zur Erläuterung des Effekts der Drehzahlschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird. 10 ist ein zweites Diagramm, das zur Erläuterung des Effekts der Drehzahlschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird. Sowohl 9 als auch 10 stellen ein Beispiel für ein Ergebnis einer Simulation dar, in welcher der Wechselstrommotor 2 angetrieben wird, indem ihm Drehzahlpulsation bereitgestellt wird, und die Drehzahl des Wechselstrommotors 2 geschätzt wird. In dieser Simulation wird die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 aktiviert und die Schätzung der Drehzahlpulsation fünf Sekunden nach dem Antreiben des Wechselstrommotors 2 gestartet.
• Des Weiteren stellt 9 Kurvenverläufe dar, die durch Auftragen von Kosinuskomponenten Ω_c ^·^ einer Winkelbeschleunigung, geschätzt mit auf 1 [rad/s] gesetztem Schätzungsansprechen, und Sinuskomponenten Q_s ^·^ der Winkelbeschleunigung erhalten werden. Der obere Teil davon stellt Kurvenverläufe in einem Fall ohne Phasenausgleich dar, was einem Ergebnis entspricht, das durch die Auslegung im zweiten Vergleichsbeispiel erhalten worden ist. Der untere Teil davon stellt Kurvenverläufe in einem Fall mit Phasenausgleich dar, was einem Ergebnis entspricht, das durch die Auslegung der ersten Ausführungsform erhalten worden ist.
• Wegen einer gewissen Fehleranfälligkeit in einer geschätzten Phase der Drehzahlpulsation, wie vorbeschrieben, konvergiert der Wert für die Winkelbeschleunigung in dem Fall ohne Phasenausgleich nicht, sondern divergiert, und ein festgelegtes Ansprechen kann nicht erhalten werden. Im Gegensatz dazu lässt sich in dem Fall mit Phasenausgleich erkennen, dass die geschätzte Winkelbeschleunigung konvergiert und der Betrieb stabil ist. Außerdem lässt sich erkennen, dass die Ansprechgeschwindigkeit in etwa einer Sekunde ab Start der Schätzung um 63 % steigt und somit das gewünschte Ansprechen erreicht wird.
• Des Weiteren stellt 10 Kurvenverläufe einer geschätzten Winkelgeschwindigkeit dar, wobei der obere Teil davon einen Fall ohne Phasenausgleich und der untere Teil davon einen Fall mit Phasenausgleich darstellt. Ein linker Teil jedes von dem oberen und unteren Teil stellt Kurvenverläufe vor der Aktivierung der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 dar, und ein rechter Teil jedes von dem oberen und unteren Teil stellt Kurvenverläufe dar, nachdem die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 aktiviert worden und der Wert konvergiert ist. Jede fett gezeichnete Kurve stellt eine Ist-Winkelgeschwindigkeit dar, und jede dünn gezeichnete Kurve eine geschätzte Winkelgeschwindigkeit.
• Vor der Aktivierung eilt die Phase der geschätzten Winkelgeschwindigkeit hinter der Ist-Winkelgeschwindigkeit her; zudem ist die Amplitude der geschätzten Winkelgeschwindigkeit geringer als jene der Ist-Winkelgeschwindigkeit. Nach der Aktivierung, im Fall ohne Phasenausgleich, divergiert die Regelung und die Amplitude der geschätzten Winkelgeschwindigkeit ist signifikant größer als jene der Ist-Winkelgeschwindigkeit, und die Phase davon weist zudem eine Differenz zu Letzterer auf. Im Gegensatz dazu entspricht im Fall mit Phasenausgleich die geschätzte Winkelgeschwindigkeit der Ist-Winkelgeschwindigkeit, und es lässt sich erkennen, dass die Regelung in zufriedenstellender Weise erfolgt.
• Der Integrator 31 integriert die zweite geschätzte Winkelbeschleunigung ω·^_r2, die durch die Wechselstromwiederherstellungseinheit 55 anhand der folgenden Gleichung (17) berechnet wird, um die zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r2 zu erhalten. Der Integrator 31 funktioniert als zweiter Winkelgeschwindigkeitsrechner. Die zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r2 wird als spezifische Hochfrequenzkomponente der Ist-Winkelgeschwindigkeit berechnet.
  [Formel 17] $${\widehat{\omega }}_{\text{r}2}=\frac{1}{\text{s}}{\widehat{\dot{\omega }}}_{\text{r}2}$$

  
• Es sei darauf hingewiesen, dass sich für Fachleute ergibt, dass ein Blockschema eines Regelsystems modifiziert werden kann. Beispielsweise kann eine Auslegung wie in 8 umgesetzt werden. 8 ist ein Blockschema, das eine Modifikation der in 7 dargestellten Auslegung eines einzelnen Teils darstellt. Beispielsweise kann die Auslegung der Integratoren 25 und 31 in 7 dahingehend modifiziert werden, dass sie eine derartige Auslegung ist, dass die geschätzten Winkelbeschleunigungen addiert werden, bevor sie einen Integrator durchlaufen. Während sich in der Auslegung in 7 zwei Integratoren 25 und 31 auf Eingangsseiten des Rechners 23 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit befinden, kann sich konkret ein Integrator 32 auf einer Ausgangsseite des Rechners 23 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit befinden, wie in der Drehzahlschätzvorrichtung 101-1 in 8. Diese Auslegung bringt einen vorteilhaften Effekt hervor, der darin besteht, dass es möglich ist, die Anzahl der Integratoren zu reduzieren.
• Eine Gleichung zum Schätzen einer finalen Winkelgeschwindigkeit wird durch die folgende Gleichung (18) ausgedrückt. Konkret wird bei dem Rechner 23 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit die zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r2, die durch den Integrator 31 berechnet wurde, auf die durch die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 berechnete erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 addiert, wodurch die geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r erhalten wird; diese wird durch die folgende Gleichung (18) ausgedrückt.
  [Formel 18] $${\widehat{\omega }}_{\text{r}}=\frac{1}{\text{s}}\left(\left({\text{K}}_{\text{P}}+\frac{{\text{K}}_{\text{I}}}{\text{s}}\right)\cdot \mathrm{\epsilon }\right)+{\widehat{\omega }}_{\text{r}2}$$

  
• Zwar ist ein Beispiel für das Verwenden eines Addierers in der vorstehenden Gleichung (18) und hinsichtlich des Rechners 23 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit, dargestellt in 7, beschrieben, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. In einem derartigen Falle, in dem die Definition eines Positivwerts oder Negativwerts der Ausgleichsphase in der Ausgleichsphasenberechnungseinheit 51 und die Definition eines Ausgangs der Wechselstromwiederherstellungseinheit 55 eine entgegengesetzte Phase aufweisen, wird ein Subtrahierer verwendet. Anders formuliert, wird die Auslegung des Rechners 23 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit je nach Definition eines Positivwerts oder Negativwerts der Ausgleichsphase, der Definition eines Ausgangs der Wechselstromwiederherstellungseinheit 55 und dergleichen bestimmt.
• Eine Differenz zwischen der Gleichung (18) und der Gleichung (5) besteht darin, dass in Gleichung (18) die zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r2 verwendet wird. Die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 wandelt eine jeweilige harmonische Welle der Modellabweichung ε zu Gleichströmen um, indem die harmonische Welle in eine Sinuswelle und eine Kosinuswelle geteilt wird, extrahiert die Sinuswelle und die Kosinuswelle und nimmt eine I-Regelung vor, sodass die Sinuswelle und die Kosinuswelle null werden. Die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 stellt anschließend den Ausgang der I-Regelung wieder auf einen Wechselstrom her, um eine Hochfrequenzkomponente der Ist-Winkelgeschwindigkeit zu schätzen, und erhöht die Verstärkung nur zum Teil mit einer bestimmten Frequenz. Daher kann eine Drehzahlpulsationskomponente aufgrund periodischer Störung mit hoher Genauigkeit als die zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r2 geschätzt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorbeschriebene zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 eine Struktur der Art eines iterativen Reglers oder eines lernenden Reglers aufweist. Demnach kann anstelle der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 eine andere Art eines iterativen Reglers oder eines lernenden Reglers verwendet werden.
• 11 ist ein Schema einer Hardware-Auslegung der Drehzahlschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform. Wenngleich dies in den 1 und 7 nicht dargestellt ist, sind in 11 eine Spannungsanlegungseinheit 3 und eine Stromerfassungseinheit 4 dargestellt. Die Spannungsanlegungseinheit 3 dient als Spannungsanlegungsmittel zum Anlegen einer Spannung an den Wechselstrommotor 2. Ein Leistungswandler ist ein Beispiel für das Spannungsanlegungsmittel. Der Spannungsvektor entspricht einer Spannungsvorgabe, die durch die Spannungsanlegungseinheit 3 generiert wird. Eine auf der Basis der Spannungsvorgabe erzeugte Spannung wird auf den Wechselstrommotor 2 angelegt, und Informationen zur Spannungsvorgabe gehen in die Drehzahlschätzvorrichtung 101 ein. Des Weiteren wird der Stromvektor durch die Stromerfassungseinheit 4 generiert und geht in die Drehzahlschätzvorrichtung 101 ein. Bei dem Stromvektor handelt es sich um Vektorinformationen bezüglich eines Wechselstroms, der im Wechselstrommotor 2 fließt. Ein Beispiel für den Stromvektor ist ein erfasster Wert eines dq-Achsen-Stroms, der durch Umwandeln eines durch die Stromerfassungseinheit 4 erfassten Wechselstroms zu einem Wert auf einer dq-Koordinatenachse erhalten wird.
• Die Drehzahlschätzvorrichtung 101 beinhaltet einen Prozessor 901 und einen Speicher 902. Der Speicher 902 beinhaltet eine flüchtige Speichervorrichtung, die nicht dargestellt ist, exemplifiziert durch einen Direktzugriffsspeicher, und eine nicht flüchtige Hilfsspeichervorrichtung, die nicht dargestellt ist, exemplifiziert durch einen Flash-Speicher. Es sei darauf hingewiesen, dass der Speicher 902 eine Hilfsspeichervorrichtung einer Festplatte anstelle der flüchtigen Speichervorrichtung und der nicht flüchtigen Hilfsspeichervorrichtung beinhalten kann. Der Prozessor 901 führt ein Programm aus, das vom Speicher 902 eingegeben wird. Da der Speicher 902 eine Hilfsspeichervorrichtung und die flüchtige Speichervorrichtung beinhaltet, wird ein Programm über die flüchtige Speichervorrichtung von der Hilfsspeichervorrichtung in den Prozessor 901 eingegeben. Der Prozessor 901 kann Daten über ein Rechenergebnis in die flüchtige Speichervorrichtung des Speichers 902 eingeben und die Daten in der Hilfsspeichervorrichtung über die flüchtige Speichervorrichtung abspeichern.
• Für die Spannungsanlegungseinheit 3 und die Stromerfassungseinheit 4 wurden verschiedene Systeme in Erwägung gezogen, und im Grunde kann ein jedes Systeme dafür verwendet werden. Die Spannungsanlegungseinheit 3 und die Stromerfassungseinheit 4 können im Inneren der Drehzahlschätzvorrichtung 101 bereitgestellt werden. Des Weiteren kann die Drehzahlschätzvorrichtung 101 Spannungserfassungsmittel zum Erfassen des durch die Spannungsanlegungseinheit 3 ausgegebenen Spannungsvektors beinhalten. In diesem Falle kann die Spannungsanlegungseinheit 3 dazu ausgelegt sein, eine Spannungsvektorvorgabe an den Prozessor 901 zu übertragen, damit ein Zahlenwert, der sich auf die durch das Spannungserfassungsmittel erfasste Spannung bezieht, zum Prozessor 901 übertragen wird. Die Stromerfassungseinheit 4 kann auch dazu ausgelegt sein, einen erfassten Zahlenwert zum Prozessor 901 zu übertragen.
• Der Prozessor 901 berechnet die geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r auf der Basis des Stromvektors und des Spannungsvektors des Wechselstrommotors 2. Dadurch, dass der Prozessor 901 die Berechnung der vorbeschriebenen zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 vornimmt, kann die Drehzahlpulsation aufgrund von periodischer Störung mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Prozessor 901 auch als Antriebsvorrichtung für den Wechselstrommotor 2 dienen kann. Konkret kann der Prozessor 901 dazu ausgelegt sein, nicht nur die Drehzahlschätzung vorzunehmen, sondern auch einen Spannungsvorgabevektor zu kalkulieren, sodass eine geschätzte Drehzahl einen gewünschten Wert aufweist. Diverse Verfahren zum Vornehmen einer positionssensorlosen Drehmomentregelung sind vorbekannt, einschließlich jenes der weiter oben genannten Nicht-Patentliteratur.
• Wie vorbeschrieben, kann die Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor gemäß der ersten Ausführungsform die Drehzahlpulsation des Wechselstrommotors mit einer geeigneten Phase ungeachtet der Frequenz schätzen und eine höhere Genauigkeit für die Drehzahlschätzung erreichen.
• Des Weiteren ermöglicht die Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor gemäß der ersten Ausführungsform eine Drehzahlschätzung mit hoher Genauigkeit selbst im Falle einer hohen Pulsationsfrequenz, was im Stand der Technik ein Problem darstellte, und kann zudem die Pulsation in einem höheren Frequenzbereich als im Stand der Technik der Fall schätzen, was der Bereitstellung einer Recheneinheit zum Erhöhen des Schätzungsansprechens in einem spezifischen Frequenzband zu verdanken ist, selbst wenn kein spezielles Speichermittel dafür bereitgestellt ist. Da die Ausgleichsphase im Hinblick auf die Phaseneigenschaft eines geschlossenen Kreises der Winkelgeschwindigkeitsschätzung der ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit erhalten wird, bei der es sich um einen adaptiven Magnetflussbeobachter handelt, kann die Schätzung der Winkelgeschwindigkeit bei einer gewünschten Ansprechgeschwindigkeit vorgenommen und eine stabile Regelung erreicht werden.
• Zweite Ausführungsform
• 12 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung 101C gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. In 12 ist im Falle der Drehzahlschätzvorrichtung 101C gemäß der zweiten Ausführungsform die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 in der Auslegung der Drehzahlschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform, dargestellt in 7, durch eine zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22C ersetzt. Im Falle der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22C ist die zweite Winkelbeschleunigungsschätzeinheit 30 durch eine zweite Winkelbeschleunigungsschätzeinheit 30C ersetzt. Im Falle der zweiten Winkelbeschleunigungsschätzeinheit 30C sind der Fourier-Koeffizienten-Rechner 52 durch einen Fourier-Koeffizienten-Rechner 52C und die Wechselstromwiederherstellungseinheit 55 durch eine Wechselstromwiederherstellungseinheit 55C ersetzt. Während die durch die Ausgleichsphasenberechnungseinheit 51 berechnete Ausgleichsphase θ_pls in 7 in den Fourier-Koeffizienten-Rechner 52 eingegeben wird, wird die Ausgleichsphase θ_pls in 12 in die Wechselstromwiederherstellungseinheit 55C eingegeben. Es sei darauf hingewiesen, dass die andere Auslegung die gleiche wie jene in 7 oder äquivalent dazu ist und gleiche oder äquivalente Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und auf eine nochmalige Beschreibung davon verzichtet wird.
• Der Fourier-Koeffizienten-Rechner 52 der ersten Ausführungsform, dargestellt in 7, berechnet Fourier-Koeffizienten anhand der Gleichungen (12) und (13). Dagegen berechnet der Fourier-Koeffizienten-Rechner 52C der zweiten Ausführungsform, dargestellt in 12, Fourier-Koeffizienten anhand der folgenden Gleichungen (19) und (20) .
  [Formel 19] $${\text{E}}_{\text{c}}\text{'}=\frac{2}{{\text{T}}_{\text{d}}}{\displaystyle {\int }_0^{{\text{T}}_{\text{d}}}\mathrm{\epsilon }\cdot \text{cos}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}\right)\text{dt}}$$

  

  
  [Formel 20] $${\text{E}}_{\text{s}}\text{'}=\frac{2}{{\text{T}}_{\text{d}}}{\displaystyle {\int }_0^{{\text{T}}_{\text{d}}}\mathrm{\epsilon }\cdot \text{sin}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}\right)\text{dt}}$$

  
• Des Weiteren berechnet die Wechselstromwiederherstellungseinheit 55 der ersten Ausführungsform, dargestellt in 7, die zweite geschätzte Winkelbeschleunigung ω·^_r2 anhand der obenstehenden Gleichung (16). Im Gegensatz dazu berechnet die Wechselstromwiederherstellungseinheit 55C der zweiten Ausführungsform, die in 12 dargestellt ist, die zweite geschätzte Winkelbeschleunigung ω·^_r2 anhand der folgenden Gleichung (21).
  [Formel 21] $${\widehat{\dot{\omega }}}_{\text{r}2}=\left({\widehat{\dot{\Omega }}}_{\text{c}}\text{'}\text{ cos}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}-{\mathrm{\theta }}_{\text{pls}}\right)+{\widehat{\dot{\Omega }}}_{\text{s}}\text{'}\text{ sin}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}-{\mathrm{\theta }}_{\text{pls}}\right)\right)$$

  
• Wenn das Verhältnis der Phasen, das zur Berechnung mithilfe des Fourier-Koeffizienten-Rechners 52 (52C) und der Wechselstromwiederherstellungseinheit 55 (55C) verwendet wird, beibehalten wird, kann der Effekt des Schätzens der Drehzahlpulsation mit einer geeigneten Phase ungeachtet der Frequenz, was in der ersten Ausführungsform erwähnt wird, in ähnlicher Weise hervorgebracht werden. Somit kann die anhand der Gleichungen (19) bis (21) ausgedrückte Berechnung den gleichen Effekt hervorbringen.
• Es sei darauf hingewiesen, dass in ähnlicher Art und Weise wie in der ersten Ausführungsform eine Auslegung, in welcher der Kosinuskoeffizient E_c' der Modellabweichung ε und der Sinuskoeffizient E_s' der Modellabweichung ε von den I-Reglern 53 bzw. 54 erhalten werden, in der zweiten Ausführungsform übernommen werden kann und die Gleichungen (14) und (15) ohne Veränderung nach wie vor die arithmetischen Ausdrücke dafür sind.
• Dritte Ausführungsform.
• 13 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung 101D gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. In 13 sind im Falle der Drehzahlschätzvorrichtung 101D gemäß der dritten Ausführungsform die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 und die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 in der Auslegung der Drehzahlschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform, dargestellt in 7, durch eine erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21D bzw. eine zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22D ersetzt. Im Falle der ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21D ist der Integrator 25 von der Auslegung der ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 weggelassen, und im Falle der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22D ist der Integrator 31 von der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 weggelassen. Es sei darauf hingewiesen, dass die andere Auslegung die gleiche wie jene in 7 oder äquivalent dazu ist und gleiche oder äquivalente Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und auf eine nochmalige Beschreibung davon verzichtet wird.
• Ein PI-Regler 24, der in der Schätzeinheit 21D für die erste Winkelgeschwindigkeit beinhaltet ist, nimmt eine Rechenverarbeitung vor, die anhand der obenstehenden Gleichung (5) ausgedrückt ist. Anders formuliert, generiert die Schätzeinheit 21D für die erste Winkelgeschwindigkeit die erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 nur bei der PI-Regelung ohne Verwendung eines Integrators und gibt die erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r1 an den Rechner 23 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit aus. Dem ähnlich generiert eine in der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22D beinhaltete zweite Winkelbeschleunigungsschätzeinheit 30 auch die zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r2 ohne Verwendung eines Integrators und gibt die zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r2 an den Rechner 23 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit aus. Nachfolgende Betriebsschritte entsprechen der Beschreibung in der ersten Ausführungsform.
• Da die Drehzahlschätzvorrichtung 101D gemäß der dritten Ausführungsform die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22D beinhaltet, kann die Drehzahlschätzvorrichtung 101D eine hochfrequente Drehzahlpulsation genauer schätzen als die Drehzahlschätzvorrichtungen des ersten und zweiten Vergleichsbeispiels. Die Gründe dafür sind wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
• Die Genauigkeit der Drehzahlschätzung in der dritten Ausführungsform ist allerdings geringer als jene in der ersten Ausführungsform. Im Hinblick auf den Rechenumfang, der zur Berechnung für die Schätzung erforderlich ist, ist die dritte Ausführungsform dagegen vorteilhafter, da die Berechnung der Integration entfällt. Aus diesem Grunde ist die dritte Ausführungsform in einem Fall stärker bevorzugt, in dem die Rechenleistung des in 11 dargestellten Prozessors 901 gering ist und der Umfang der Kalkulation so gering wie möglich sein soll. Einzelheiten werden zwar an späterer Stelle bereitgestellt, doch ist ein einem Falle, in dem eine Drehzahlpulsationsunterdrückungsregelung, die in einer fünften Ausführungsform beschrieben ist, vorgenommen wird, die Auslegung der Drehzahlschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform stärker bevorzugt.
• Des Weiteren kann für ein Beispiel, das der dritten Ausführungsform ähnelt, eine Auslegung umgesetzt werden, in welcher die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21D den Integrator 25 beinhaltet und die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22D den Integrator 31 nicht beinhaltet. Alternativ dazu kann eine andere Auslegung umgesetzt werden, in der die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 21D den Integrator 25 nicht beinhaltet und die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22D den Integrator 31 beinhaltet.
• Vierte Ausführungsform.
• 14 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Drehzahlschätzvorrichtung 101E gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt. In 14 beinhaltet die Drehzahlschätzvorrichtung 101E gemäß der vierten Ausführungsform eine zweite Ausgleichsphasenberechnungseinheit 56 und eine dritte Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 33 zusätzlich zur Auslegung der Drehzahlschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist. Des Weiteren ist der Rechner 23 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit durch einen Rechner 23E für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit ersetzt. Anders formuliert, sind in der ersten bis dritten Ausführungsform zwei Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheiten bereitgestellt, die vierte Ausführungsform betrifft jedoch eine Auslegung mit drei Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheiten. Es sei darauf hingewiesen, dass die andere Auslegung die gleiche wie jene in 7 oder äquivalent dazu ist und gleiche oder äquivalente Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und auf eine nochmalige Beschreibung davon verzichtet wird.
• Typischerweise variieren die Eigenschaften der bei der Winkelgeschwindigkeit vorliegenden Pulsation, die in der Rotations-Winkelgeschwindigkeit eines Wechselstrommotors enthalten ist, mit der Anwendung, die auf den Motor angewendet wird, oder mit einer Lastvorrichtung, die mit dem Wechselstrommotor verbunden ist. Für den Fall, dass eine verbundene Lastvorrichtung eine periodische Drehmomentschwankung aufweist, wird als Beispiel ein Rotationsverdichter in Erwägung gezogen.
• 15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Kurvenverlauf eines Lastmoment eines Rotationsverdichters darstellt. Die horizontale Achse gibt den Rotationswinkel, die vertikale Achse das Lastmoment wieder. Vorliegend wird die Anzahl der Kompressionsräume in dem Rotationsverdichter durch k wiedergegeben. Ein Rotationswinkel von 0 bis 360 Grad entspricht einer Schwingungsdauer eines mechanischen Winkels, das heißt einer mechanischen Winkelperiode.
• Erstens, in einem Fall, in dem nur ein Kompressionsraum vorhanden ist, sprich, in einem Fall von k=1, schwingt das Lastmoment erheblich mit der mechanischen Winkelperiode, wie anhand der durchgezogenen Kurve in 15 dargestellt. Wenngleich im Lastmoment-Kurvenverlauf auch zweite und dritte Harmonische enthalten sind, ist die Schwingung erster Ordnung die größte. In einem Fall, in dem eine Auslegung in der ersten bis dritten Ausführungsform angewendet werden, kann somit die größte Winkelgeschwindigkeitspulsation erster Ordnung mit hoher Genauigkeit geschätzt werden, indem die Störfrequenz f_d, die zur Berechnung der zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r2 verwendet wird, auf eine primäre Frequenz der mechanischen Winkelfrequenz festgelegt wird.
• In der vierten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheiten parallel bereitgestellt. Daher kann die Drehzahlpulsation aufgrund von Drehmomentschwankungen zweiter Ordnung und dritter Ordnung, die in den Lastmomenteigenschaften enthalten sind, ebenfalls mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Im Beispiel von 14 wird die Frequenz der Drehzahlpulsation, die geschätzt werden soll, als zweite Störfrequenz f_d2 verwendet, welche durch die dritte Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 33 geschätzt und als dritte geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω^_r3 ausgegeben wird.
• Gleiches gilt in einem Fall, in dem die Anzahl der Kompressionsräume zwei oder drei beträgt, sprich im Falle von k=2 oder k=3. Mit höherer Anzahl der Kompressionsräume steigen die Komplexität der Struktur und die Kosten, der Kurvenverlauf weist jedoch eine geringere Pulsation auf, wie in 15 dargestellt. Konkret sind im Falle von k=2 eine zweite harmonische Komponente der mechanischen Winkelfrequenz groß und im Falle von k=3 eine dritte harmonische Komponente groß.
• Im Falle von k=2, als Beispiel, ist die Schwingung zweiter Ordnung in der mechanischen Winkelperiode dominant, wie in 15 dargestellt. Aus diesem Grund wird die in die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 eingehende Störfrequenz f_d als sekundäre Frequenz der mechanischen Winkelfrequenz festgelegt. Wenn ferner Frequenzen höherer Ordnung als die sekundäre Frequenz zu schätzen sind, können diese Frequenzen höherer Ordnung dann als zweite Störfrequenz f_d2 in die dritte Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 33 eingehen.
• Im Falle von k=3, als Beispiel, ist die Schwingung dritter Ordnung in der mechanischen Winkelperiode dominant, wie in 15 dargestellt. Aus diesem Grunde wird die in die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 eingehende Störfrequenz f_d als tertiäre Frequenz der mechanischen Winkelfrequenz festgelegt. Wenn ferner Frequenzen höherer Ordnung als die tertiäre Frequenz zu schätzen sind, können diese Frequenzen höherer Ordnung dann als zweite Störfrequenz f_d2 in die dritte Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 33 eingehen.
• Es sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheiten parallel bereitgestellt sind und dass in der vierten Ausführungsform jede der Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheiten einen Phasenausgleich vornimmt, die vorliegende Erfindung aber nicht zwingendermaßen durch dieses Beispiel beschränkt ist. Der Phasenausgleich kann durch wenigstens eine der Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheiten vorgenommen werden, und dieser einzelne Ausgleich ist ausreichend, um die Effekte hervorzubringen, die dem vorbeschriebenen Phasenausgleich eigen sind.
• Fünfte Ausführungsform.
• 16 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Antriebsvorrichtung 102 für einen Wechselstrommotor gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt. Bei der Antriebsvorrichtung 102 gemäß der fünften Ausführungsform handelt es sich um eine Antriebsvorrichtung, die zum Steuern des Wechselstrommotors 2 unter Verwendung der in der ersten bis vierten Ausführungsform beschriebenen Drehzahlschätzvorrichtung 101, 101C, 101D oder 101E ausgelegt ist. 16 stellt eine Auslegung dar, auf die die Drehzahlschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform angewendet wird, als ein Beispiel.
• Wie in 16 dargestellt, beinhaltet die Antriebsvorrichtung 102 gemäß der fünften Ausführungsform eine Drehzahlregeleinheit 5, einen Addierer 7, eine Drehmomentregeleinheit 6, eine Ausgleichsmomentvorgabenberechnungseinheit 8, bei der es sich um eine Recheneinheit für den Ausgleichsbetrag handelt, und die Drehzahlschätzvorrichtung 101. Die Ausgleichsmomentvorgabenberechnungseinheit 8 arbeitet als „Ausgleichsvorgabenberechnungseinheit“
• Zunächst wird der Betrieb der Ausgleichsmomentvorgabenberechnungseinheit 8 erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgende Beschreibung beispielhaft für eine Auslegung dargelegt ist, in welcher die Ausgleichsmomentvorgabenberechnungseinheit 8 eine Berechnung auf der Basis von Informationen zur Winkelbeschleunigung vornimmt, die durch die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 berechnet werden.
• Die Ausgleichsmomentvorgabenberechnungseinheit 8 berechnet eine Ausgleichsmomentvorgabe τ*_rip unter Verwendung der folgenden Gleichungen (22) bis (24).
  [Formel 22] $${\text{T}}_{\text{c}}=\left(\frac{{\text{K}}_{\text{si}\_\text{rip}}}{\text{s}}\right)\cdot \left(0-{\widehat{\Omega }}_{\text{c}}\right)$$

  

  
  [Formel 23] $${\text{T}}_{\text{s}}=\left(\frac{{\text{K}}_{\text{si}\_\text{rip}}}{\text{s}}\right)\cdot \left(0-{\widehat{\Omega }}_{\text{s}}\right)$$

  

  
  [Formel 24] $${\mathrm{\tau }}_{\text{rip}}^{\ast }={\text{T}}_{\text{s}}\text{ sin}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}\right)+{\text{T}}_{\text{c}}\text{ cos}\left(2\mathrm{\pi }{\text{f}}_{\text{d}}\text{t}\right)$$

  
• In den Gleichungen (22) und (23) steht K_{si_rip} für eine Integralverstärkung der Ausgleichsmomentvorgabenberechnungseinheit 8. Des Weiteren stehen T_c in der vorstehenden Gleichung (22) für die Amplitude der Ausgleichsmomentvorgabe τ*_rip, die der Kosinuskomponente der Pulsation der Winkelbeschleunigung entspricht, und T_s in der Gleichung (23) für die Amplitude der Ausgleichsmomentvorgabe τ*_rip, welche der Sinuskomponente der Pulsation der Winkelbeschleunigung entspricht. Wie durch die vorstehenden Gleichungen (22) und (23) ausgedrückt, wird eine Ausgleichsmomentvorgabe τ*_rip derart berechnet, dass jede von der Kosinuskomponente der Pulsation der Winkelbeschleunigung und der Sinuskomponente der Pulsation der Winkelbeschleunigung null beträgt. Die Regelung unter Verwendung dieser Ausgleichsmomentvorgabe τ*_rip kann die Pulsation der Winkelbeschleunigung reduzieren und folglich auch die Drehzahlpulsation verringern.
• Der Grund, aus dem in den Gleichungen (22) und (23) eine integrierende Regelung verwendet wird, besteht darin, dass die Eigenschaft des geregelten Objekts eine proportionale Eigenschaft ist, wenn die Ausgleichsmomentvorgabe τ*_rip auf der Basis der Winkelbeschleunigung erhalten wird. Außerdem liegt es daran, dass eine ideale Eigenschaft eines geschlossenen Kreises erreicht werden kann, indem bewirkt wird, dass ein Regler eine integrierende Eigenschaft hat und eine Rückführregelung vornimmt. Im Falle einer Auslegung wie der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22, in welcher die durch die Ausgleichsphasenberechnungseinheit 51 bestimmte Ausgleichsphase θ_pls verwendet wird, kann der Ausgleich für die Phase von Gleichung (24) auf der Basis der Ausgleichsphase θ_pls vorgenommen werden. Alternativ, wenn die Ausgleichsphase θ_pls eine auf der Störfrequenz f_d basierende Ausgleichsphase ist, kann die Berechnung unter Verwendung einer anderen Gleichung als Gleichung (24) vorgenommen werden. Wenngleich die betreffende Erläuterung nicht bereitgestellt ist, weil das Prinzip davon das gleiche ist, kann die vorbeschriebene Berechnung der Ausgleichsmomentvorgabe in ähnlicher Weise mithilfe der zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r2 vorgenommen werden, welche durch die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 berechnet wird.
• Als Nächstes wird der Betrieb der Drehzahlregeleinheit 5, der Drehmomentregeleinheit 6 und des Addierers 7 erläutert.
• Die Drehzahlregeleinheit 5 berechnet eine grundlegende Drehmomentvorgabe τ*_ω auf der Basis einer Winkelgeschwindigkeitsvorgabe der geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω^_r. Die durch einen typischen PI-Regler vorgenommene Drehzahlregelung kann auf die Berechnung der grundlegenden Drehmomentvorgabe τ*_ω angewendet werden.
• Der Addierer 7 addiert die Ausgleichsmomentvorgabe τ*_rip auf die grundlegende Drehmomentvorgabe τ*_ω, um eine Drehmomentvorgabe τ* gemäß der folgenden Gleichung (25) zu berechnen.
  [Formel 25] $${\mathrm{\tau }}^{\ast }={\mathrm{\tau }}_{\mathrm{\omega }}^{\ast }+{\mathrm{\tau }}_{\text{rip}}^{\ast }$$

  
• Die Drehmomentregeleinheit 6 beinhaltet die Spannungsanlegungseinheit 3, die in 11 dargestellt ist. Die Drehmomentregeleinheit 6 bestimmt einen Spannungsvektor, der auf der Basis der Drehmomentvorgabe τ* an den Wechselstrommotor 2 anzulegen ist. Der Spannungsvektor kann von einer Art sein, die durch Regelung mittels elektrischen Stroms wie bspw. PI-Regelung berechnet wird, auf der Basis eines Stromsollwerts, der auf der Basis der Drehmomentvorgabe τ* berechnet wird. Alternativ dazu kann ein geeigneter Spannungssollwert, der von der Drehmomentvorgabe τ* abhängig ist, im Speicher 902 gespeichert und auf der Basis der Drehmomentvorgabe τ* direkt erhalten werden.
• Die Antriebsvorrichtung 102 gemäß der fünften Ausführungsform kann eine Ausgleichsmomentvorgabe zum Reduzieren der Drehzahlpulsation auf der Basis von Informationen zur Winkelgeschwindigkeitspulsation reduzieren, welche durch die Drehzahlschätzvorrichtung 101 erhalten wird. Dies bringt einen Effekt des Verringerns einer ungleichmäßigen Rotation des Wechselstrommotors 2 hervor.
• 16 stellt zwar eine Auslegung dar, welche die Ausgleichsmomentvorgabenberechnungseinheit 8 beinhaltet, die die Ausgleichsmomentvorgabe τ*_rip berechnet, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Auslegung beschränkt. Es kann eine andere Auslegung umgesetzt werden, in der eine Ausgleichsstromvorgabenberechnungseinheit, die eine Ausgleichsstromvorgabe berechnet, anstelle der Ausgleichsmomentvorgabenberechnungseinheit 8 genutzt wird. Im Falle dieser Auslegung sind ein Addierer und eine Stromregeleinheit in einer nachfolgenden Stufe der Drehmomentregeleinheit 6 bereitgestellt. Der Addierer addiert eine grundlegende Stromvorgabe, welche durch die Drehmomentregeleinheit 6 generiert wird, auf die durch die Ausgleichsstromvorgabenberechnungseinheit berechnete Ausgleichsstromvorgabe, um eine Stromvorgabe zu generieren. Die Stromregeleinheit bestimmt einen Spannungsvektor, der auf der Basis der vom Addierer ausgegebenen Stromvorgabe an den Wechselstrommotor 2 anzulegen ist. Nachfolgende Betriebsschritte entsprechen der obigen Beschreibung.
• Sechste Ausführungsform.
• 17 ist ein Blockschema, das eine Auslegung einer Antriebsvorrichtung 102A für einen Wechselstrommotor gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt. In 17 ist der in 16 dargestellte Wechselstrommotor 2 durch einen Kältemittelverdichter 2a ersetzt, der den Wechselstrommotor 2 beinhaltet. Die Antriebsvorrichtung 102A gemäß der sechsten Ausführungsform ist unter Verwendung der Drehzahlschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform ausgelegt, um die Drehzahlpulsation des Kältemittelverdichters 2a zu reduzieren. 17 stellt eine Auslegung dar, auf die die Drehzahlschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform angewendet wird; dabei ist die vorliegende Erfindung aber nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Antriebsvorrichtung 102A kann unter Verwendung einer jeden der Drehzahlschätzvorrichtungen 101C, 101D und 101E ausgelegt werden, die in der zweiten bis vierten Ausführungsform beschrieben sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Auslegungen und die Funktionen der Drehzahlschätzvorrichtungen 101, 101C, 101D und 101E wie vorbeschrieben sind, weshalb in diesem Teil auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
• Als Nächstes werden die Struktur des Kältemittelverdichters 2a und ein Lastmoment in dem Kältemittelverdichter 2a im Detail unter Bezugnahme auf die 18 und 19 beschrieben. 18 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Struktur des Inneren des Kältemittelverdichters 2a darstellt, der in 17 als angetriebenes Objekt dargestellt ist. Weiterhin ist 19 eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur des Inneren einer Verdichtungseinheit 202 des Kältemittelverdichters 2a darstellt, der in 18 dargestellt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass vorliegend ein Kältemittelverdichter beschrieben wird, der als Rotationsverdichter der Drehkolbenart bezeichnet wird, die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Der Kältemittelverdichter kann auch von einer anderen Verdichterart sein, bspw. der eines Scrollverdichters.
• Der Kältemittelverdichter 2a weist auf: einen luftdichten Behälter 211, den in dem luftdichten Behälter 211 untergebrachten Wechselstrommotor 2, eine Welle 201 mit einem Ende, das durch einen Rotor 2-1 geht, den Wechselstrommotor 2 bildend, die Verdichtungseinheit 202, durch die das andere Ende der Welle 201 geht und die an der Innenseite des luftdichten Behälters 211 befestigt ist, ein Zulaufrohr 203, das zu dem luftdichten Behälter 211 bereitgestellt ist, und ein Austrittsrohr 204, welches zu dem luftdichten Behälter 211 bereitgestellt ist.
• Ein Stator 2-2 des Wechselstrommotors 2 ist an dem luftdichten Behälter 211 gelagert und wird durch diesen festgehalten, was mittels Schrumpfpassung, Frierpassung oder Verschweißung erfolgt. Über einen elektrischen Draht, der nicht dargestellt ist, wird einer Spule 2-3 am Stator 2-2 elektrische Leistung zugeführt. Der Rotor 2-1 ist im Inneren des Stators 2-2 mit einem Spalt 2-4 dazwischen angeordnet und wird drehbar von einem Lager gehalten, das nicht dargestellt ist, über eine Welle 201, die sich in der Mitte des Rotors 2-1 befindet.
• In dem Kältemittelverdichter 2a mit der vorbeschriebenen Auslegung wird bei Antrieb des Wechselstrommotors 2 Kältemittel, das über das Zulaufrohr 203 in die Verdichtungseinheit 202 gesaugt wird, verdichtet, und das verdichtete Kältemittel wird aus dem Austrittsrohr 204 abgelassen. Der Kältemittelverdichter 2a weist oftmals eine Struktur auf, bei welcher der Wechselstrommotor 2 in das Kältemittel getaucht wird, und wegen großer Temperaturschwankungen daran ist es schwierig, einen Positionssensor an den Wechselstrommotor 2 anzubringen. Aus diesem Grund muss der Wechselstrommotor 2 im Falle des Kältemittelverdichters 200 in einer Antriebsweise ohne Positionssensor angetrieben werden.
• Wie in 19 dargestellt, beinhaltet die Verdichtungseinheit 202 einen ringförmigen Zylinder 212, einen Kolben 205, der drehbar und integral mit der Welle 201 ausgebildet ist und sich im Inneren des Zylinders 212 befindet, und einen Kompressionsraum 213, der in einem inneren umlaufenden Teil des Zylinders 212 bereitgestellt ist.
• Der Zylinder 212 weist einen Einlass 206, der mit dem in 18 dargestellten Zulaufrohr 203 kommuniziert, und einen Auslass 207 auf, durch den das verdichtete Kältemittel nach außen abgelassen wird. Der Einlass 206 und der Auslass 207 kommunizieren mit dem Kompressionsraum 213. Der Zylinder 212 weist eine Klappe 210, welche den Kompressionsraum 213 in einen Niederdruckteilraum, der mit dem Zulaufrohr 203 kommuniziert, und einen Hochdruckteilraum unterteilt, welcher mit dem Auslass 207 kommuniziert, und eine Feder 209 auf, welche zum Aktivieren der Klappe 210 eingestellt ist.
• Die Welle 201 verbindet den Wechselstrommotor 2 und den Kolben 205 miteinander. Der Kolben205 ist exzentrisch, sodass sich die Kapazitäten auf der Ansaugseite und der Ablassseite je nach Rotationswinkel ändern. Das durch den Einlass 206 gesaugte Kältemittel wird durch den Kolben 205 verdichtet. Wenn der Druck im Kompressionsraum 213 steigt, öffnet sich ein Ablassventil 208 und das Kältemittel wird durch den Auslass 207 abgelassen. Wenn das Kältemittel abgelassen wird, fließt Kältemittel zugleich in die Ansaugseite. Wenn die Rotation des Wechselstrommotors 2 fortgesetzt wird, wird das Kältemittel einmal pro Umdrehung im mechanischen Winkel des Kolbens 205 abgelassen.
• Die Lastmomentpulsation des Kältemittelverdichters 2a entspricht der periodischen Störung im Falle des Wechselstrommotors 2, was sie zu einem Faktor für die Drehzahlpulsation macht. Es ist im Allgemeinen bekannt, dass eine größere Drehzahlpulsation im Kältemittelverdichter 2a verstärkte Geräusche und Schwingungen verursacht.
• Ein bedeutender Aspekt besteht darin, dass die Frequenzen der Lastmomentpulsation und der Drehzahlpulsation durch die Struktur des Kältemittelverdichters 2a vorgegeben werden und somit im Vorfeld bekannt sind. Im Falle des Kältemittelverdichters 2a gemäß der sechsten Ausführungsform ist das in 17 dargestellte Regelsystem zugunsten dieses Aspekts ausgebildet. Der Kältemittelverdichter 2a schätzt eine spezifische Frequenzkomponente der Drehzahlpulsation mit hoher Genauigkeit in der zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit 22 und berechnet eine derartige Ausgleichsmomentvorgabe τ*_rip, die die Pulsation unterdrückt, was in der Ausgleichsmomentvorgabenberechnungseinheit 8 erfolgt. Im Ergebnis kann die Drehzahlpulsation ohne Vorbehandlung reduziert werden. Weil sich die Vorbehandlung erübrigt, können die Kosten der Behandlung vor dem Versenden erheblich gesenkt werden, was dann eine große Nützlichkeit mit sich bringt.
• Siebte Ausführungsform.
• 20 ist ein Schema, das eine Auslegung einer Kältekreislaufeinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform darstellt. Die in 20 dargestellte Kältekreislaufeinrichtung 300 beinhaltet die Antriebsvorrichtung 102 für einen Wechselstrommotor, den Kältemittelverdichter 2a, einen Kondensator 301, der über eine Leitung 305 mit dem Kältemittelverdichter 2a verbunden ist, einen Flüssigkeitsauffangbehälter 302, der über die Leitung 305 mit dem Kondensator 301 verbunden ist, ein Expansionsventil 303, das über die Leitung 305 mit dem Auffangbehälter 302 verbunden ist, und einen Verdampfer 304, der über die Leitung 305 mit dem Expansionsventil 303 verbunden ist. Der Verdampfer 304 ist mit dem Zulaufrohr 203 verbunden.
• Dadurch, dass der Kältemittelverdichter 2a, der Kondensator 301, der Flüssigkeitsauffangbehälter 302, das Expansionsventil 303, der Verdampfer 304 und das Zulaufrohr 203 durch die Leitung 305 miteinander verbunden sind, bilden der Kältemittelverdichter 2a, der Kondensator 301, der Flüssigkeitsauffangbehälter 302, das Expansionsventil 303, der Verdampfer 304 und das Zulaufrohr 203 eine Kältekreislaufanordnung 306, in der das Kältemittel zirkuliert. In der Kältekreislaufanordnung 306 wiederholen sich Vorgänge des Verdampfens, Verdichtens, Kondensierens und Expandierens des Kältemittels, und Wärme wird übertragen, während das Kältemittel wiederholt von flüssig zu gasförmig und von gasförmig zu flüssig wechselt.
• Die Funktionen der Vorrichtungen, welche die Kältekreislaufeinrichtung 300 bilden, werden erläutert. Der Verdampfer 304 bringt flüssiges Kältemittel in einem Niederdruckzustand zum Verdampfen, entzieht der Umgebung Wärme und hat daher einen kühlenden Effekt. Der Kältemittelverdichter 2a verdichtet gasförmiges Kältemittel zu Hochdruckgas, um das Kältemittel kondensieren zu lassen. Der Kältemittelverdichter 2a wird durch die Antriebsvorrichtung 102A gemäß der sechsten Ausführungsform angetrieben. Der Kondensator 301 setzt die Wärme frei, um das gasförmige Kältemittel, das unter hohem Druck steht, zu flüssigem Kältemittel zu kondensieren. Das Expansionsventil 303 unterzieht das flüssige Kältemittel der Drosselexpansion zu Flüssigkeit mit niedrigem Druck, um das Kältemittel zum Verdampfen zu bringen. Der Flüssigkeitsauffangbehälter 302 ist zum Anpassen der umzuwälzenden Kältemittelmenge bereitgestellt und kann im Falle einer kompakten Einrichtung weggelassen werden.
• Typischerweise sind für eine Kältekreislaufeinrichtung eine Verbesserung im Hinblick auf Geräuscharmut und Kostensenkung erforderlich. Im Falle einer Kältekreislaufeinrichtung für den Haushaltsgebrauch gelten besonders hohe Anforderungen im Hinblick auf die Kostensenkung, weshalb oftmals ein einzelner Rotationsverdichter verwendet wird. Ein einzelner Rotationsverdichter ist ein Rotationsverdichter, der in den 18 und 19 beschrieben ist, wobei es sich um einen Verdichter einer Art handelt, die nur einen Kompressionsraum 213 beinhaltet. Ein Rotationsverdichter geht mit einer signifikant hohen Lastmomentpulsation einher und verursacht daher tendenziell starke Schwingungen und laute Geräusche. Andererseits haben komplizierte Anpassungen der Regelung in einem Vorwärtsregelungssystem im Stand der Technik eine Verringerung von Schwingungen und Geräuschen notwendig gemacht.
• Die Kältekreislaufeinrichtung 300 gemäß der siebten Ausführungsform nimmt eine Rückführregelung vor, sodass die Antriebsvorrichtung 102A die Drehzahlpulsation automatisch auf null bringt. Im Ergebnis können die Kosten für Anpassungen vor dem Versenden signifikant gesenkt werden. Des Weiteren wird die Drehzahlpulsation gemäß der siebten Ausführungsform mittels Rückführregelung reduziert, wodurch eine flexible Reaktion auf fertigungsbedingte Abweichungen, Schwankungen der Motorkonstante und Änderungen der Lastbedingungen des Verdichters ermöglicht wird. Demzufolge kann die Kältekreislaufeinrichtung 300, die eine höhere Beständigkeit gegenüber den Umgebungsbedingungen aufweist, erreicht werden.
• Die Auslegungen, die in den vorstehenden Ausführungsformen dargelegt werden, sind Beispiele von Inhalten der vorliegenden Erfindung und können jeweils mit anderen vorbekannten Techniken kombiniert und teilweise weggelassen und/oder abgewandelt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• Bezugszeichenliste

2

Wechselstrommotor;

2a

Kältemittelverdichter;

3

Spannungsanlegungseinheit;

4

Stromerfassungseinheit;

5

Drehzahlregeleinheit;

6

Drehmomentregeleinheit;

7

Addierer;

8

Ausgleichsmomentvorgabenberechnungseinheit;

11

Modellabweichungsberechnungseinheit;

12

Zustandsschätzer;

13

Subtrahierer;

14

Abweichungsrechner;

21

erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit;

22, 22B, 22C, 22D

Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit; zweite

23

Rechner für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit;

24, 27, 28

PI-Regler;

25, 31, 32

Integrator;

26, 52

Fourier-Koeffizienten-Rechner;

29, 55

Wechselstromwiederherstellungseinheit;

30, 30B, 30C

zweite Winkelbeschleunigungsschätzeinheit;

33

dritte Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit;

51

Ausgleichsphasenberechnungseinheit;

53, 54

I-Regler;

56

zweite Ausgleichsphasenberechnungseinheit;

101, 101-1, 101A, 101B, 101C, 101D, 101E

Drehzahlschätzvorrichtung;

102

Antriebsvorrichtung;

200

Kältemittelverdichter;

201

Welle;

202

Verdichtungseinheit;

203

Zulaufrohr;

204

Auslassrohr;

205

Kolben;

206

Einlass;

207

Auslass;

208

Ablassventil;

209

Feder;

210

Klappe;

211

luftdichter Behälter;

212

Zylinder;

213

Kompressionsraum;

300

Kältekreislaufeinrichtung;

301

Kondensator;

302

Flüssigkeitsauffangbehälter;

303

Expansionsventil;

304

Verdampfer;

305

Leitung;

306

Kältekreislaufanordnung;

901

Prozessor;

902

Speicher.

• 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
• JP 6222417 [0004]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• „Speed Sensorless Vector Control Method of Induction Motor Including A Low Speed Region‟, The transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan (Band 120-D, Nr. 2, 2000) [0029]

Claims (11)

1. Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor, wobei die Drehzahlschätzvorrichtung umfasst: eine Modellabweichungsberechnungseinheit zum Berechnen einer Modellabweichung auf der Basis einer Spannung, eines Stroms und einer geschätzten Winkelgeschwindigkeit des Wechselstrommotors; eine erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit zum Berechnen einer ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der Modellabweichung; eine zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit zum Berechnen einer zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der Modellabweichung, wobei sich die zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit hinsichtlich der Frequenz von der ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet; eine Ausgleichsphasenberechnungseinheit zum Berechnen einer Ausgleichsphase auf der Basis einer Störfrequenz; und einen Rechner für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit zum Berechnen einer geschätzten Winkelgeschwindigkeit des Wechselstrommotors auf der Basis der ersten und zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit, wobei eine von der ersten und zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der Ausgleichsphase berechnet wird.
2. Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor nach Anspruch 1, wobei die erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit eine Frequenz aufweist, die niedriger als eine Frequenz der zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ist, die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit die erste geschätzte Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der Modellabweichung berechnet, und die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit die zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der Modellabweichung, der Ausgleichsphase und der Störfrequenz berechnet.
3. Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor nach Anspruch 2, wobei die Ausgleichsphasenberechnungseinheit die Ausgleichsphase im Hinblick auf eine Phaseneigenschaft der ersten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit berechnet.
4. Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit beinhaltet: einen Extraktor für spezifische Frequenzen zum Extrahieren einer spezifischen Frequenzkomponente der Modellabweichung auf der Basis der Störfrequenz und der Ausgleichsphase; und einen Winkelgeschwindigkeitsschätzer für spezifische Frequenzen zum Berechnen der zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der spezifischen Frequenzkomponente.
5. Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit beinhaltet: einen Extraktor für spezifische Frequenzen zum Extrahieren einer spezifischen Frequenzkomponente der Modellabweichung auf der Basis der Störfrequenz; und einen Winkelgeschwindigkeitsschätzer für spezifische Frequenzen zum Berechnen der zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der spezifischen Frequenzkomponente und der Ausgleichsphase.
6. Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit beinhaltet: einen ersten Winkelbeschleunigungsschätzer zum Berechnen einer ersten geschätzten Winkelbeschleunigung ausgehend von der Modellabweichung; und einen ersten Winkelgeschwindigkeitsrechner zum Berechnen der ersten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ausgehend von der ersten geschätzten Winkelbeschleunigung, und die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit beinhaltet: einen Extraktor für spezifische Frequenzen zum Extrahieren einer spezifischen Frequenzkomponente der Modellabweichung auf der Basis der Störfrequenz und der Ausgleichsphase; einen Winkelbeschleunigungsschätzer für spezifische Frequenzen zum Berechnen einer zweiten geschätzten Winkelbeschleunigung auf der Basis einer spezifischen Frequenzkomponente der Modellabweichung; und einen zweiten Winkelgeschwindigkeitsrechner zum Berechnen der zweiten geschätzten Winkelgeschwindigkeit ausgehend von der zweiten geschätzten Winkelbeschleunigung.
7. Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: wenigstens eine andere zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit, die ähnlich wie die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit ausgelegt ist, wobei wenigstens eine von den zweiten Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheiten die zweite geschätzte Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der Ausgleichsphase berechnet.
8. Antriebsvorrichtung für einen Wechselstrommotor, wobei die Antriebsvorrichtung umfasst: die Drehzahlschätzvorrichtung für einen Wechselstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Antriebsvorrichtung eine an den Wechselstrommotor anzulegende Spannung auf der Basis eines Stroms, der im Wechselstrommotor fließt, und der durch die Drehzahlschätzvorrichtung geschätzten Winkelgeschwindigkeit bestimmt.
9. Antriebsvorrichtung für einen Wechselstrommotor nach Anspruch 8, weiterhin umfassend: eine Ausgleichsvorgabenberechnungseinheit zum Berechnen einer Ausgleichsstromvorgabe oder einer Ausgleichsmomentvorgabe auf der Basis einer Winkelgeschwindigkeit oder einer Winkelbeschleunigung, berechnet durch die zweite Winkelgeschwindigkeitsschätzeinheit.
10. Kältemittelverdichter, umfassend: die Antriebsvorrichtung für einen Wechselstrommotor nach Anspruch 8 oder 9; einen Wechselstrommotor, an den durch die Antriebsvorrichtung eine Spannung angelegt wird; und eine Verdichtungseinheit, in der Kältemittel durch den Wechselstrommotor verdichtet wird.
11. Kältekreislaufeinrichtung, umfassend den Kältemittelverdichter nach Anspruch 10.

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