DE112021007295T5 - Motortreibergerät - Google Patents

Abstract

Ein Motortreibergerät (100) umfasst: eine Invertereinheit (10), welche einem mehrere Statorwicklungen umfassenden Motor (40) einen Wechselstrom zuführt; eine Verbindung-Umschalt-Einheit (30), die zwischen der Invertereinheit (10) und dem Motor (40) angeordnet ist, und einen Verbindungszustand der Statorwicklungen umschaltet; eine Rotorfluss-Abschätzeinheit (51), welche auf der Basis einer Strominformation, welche ein Ergebnis einer Detektion eines Stromwertes des Wechselstroms ist, einen abgeschätzten Rotorfluss berechnet, welcher ein Schätzwert eines Rotorflusses des Motors (40) ist; und eine Bestimmungsverarbeitungseinheit (54), welche den Verbindungszustand auf Basis des abgeschätzten Rotorflusses bestimmt. Das Motortreibergerät bestimmt eine Anomalie des Verbindungszustandes, während der Motor (40) in Betrieb ist.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Motortreibergerät (engl. motor drive device), welches einen Motor antreibt.
• Technologischer Hintergrund
• Herkömmliche in Vorrichtungen wie beispielsweise Klimaanlagen montierte Motoren umfassen einen Motor, der dazu ausgebildet ist, den Verbindungszustand von Wicklungen umzuschalten. Ein Motortreibergerät schaltet den Verbindungszustand in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen der Vorrichtung um, und betreibt den Motor. Wenn der Verbindungszustand umgeschaltet wird, oder wenn eine Anomalie im Umschalten des Verbindungszustandes überprüft wird, stoppt das Motortreibergerät den Motor und überprüft den Verbindungszustand. Patentliteratur 1 offenbart ein Motortreibersystem, das eine Anomalie-Bestimmung des Verbindungszustandes durchführt, indem es eine Anomalie detektiert, die eine Inkonsistenz zwischen dem tatsächlichen Verbindungszustand des Motors und dem durch das Motortreibersystem erkannten Verbindungszustand ist.
• Zitierliste
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1: PCT Patentanmeldung Offenlegungsnummer 2019 / 008 756
• Kurzbeschreibung der Erfindung
• Mit der Erfindung zu lösendes Problem
• Bei der in Patentliteratur 1 beschriebenen herkömmlichen Technik muss das Motortreibergerät den Motor stoppen, um den Verbindungszustand zu überprüfen, und kann somit den Verbindungszustand nicht überprüfen, wenn sich der Motor in Betrieb befindet.
• Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht des Vorstehenden gemacht, und es ist eine Aufgabe von ihr, ein Motortreibergerät bereitzustellen, welches dazu in der Lage ist, den Verbindungszustand zu überprüfen, während sich ein Motor in Betrieb befindet.
• Mittel zur Lösung des Problems
• Um die vorstehenden Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erzielen, umfasst ein Motortreibergerät gemäß der vorliegenden Offenbarung: eine Invertereinheit, um einem mehrere Statorwicklungen umfassenden Motor Wechselstrom zuzuführen; eine Verbindung-Umschalt-Einheit, um einen Verbindungszustand der Statorwicklungen umzuschalten, wobei die Verbindung-Umschalt-Einheit zwischen der Invertereinheit und dem Motor angeordnet ist; eine Rotorfluss-Abschätzeinheit, um auf einer Basis von Strominformation einen abgeschätzten Rotorfluss zu berechnen, wobei der abgeschätzte Rotorfluss ein Schätzwert eines Rotorflusses des Motors ist, wobei die Strominformation ein Ergebnis einer Detektion eines Stromwertes des Wechselstroms ist; und eine Bestimmungsverarbeitungseinheit, um den Verbindungszustand auf einer Basis des abgeschätzten Rotorflusses zu bestimmen.
• Wirkungen der Erfindung
• Das Motortreibergerät gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Wirkung erzielen, den Verbindungszustand zu überprüfen, während sich ein Motor in Betrieb befindet.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Motortreibergerätes gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
• 2 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Verbindung-Umschalt-Einheit des Motortreibergeräts gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
• 3 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Hardware darstellt, welche eine Steuereinheit des Motortreibergeräts gemäß der ersten Ausführungsform implementiert.
• 4 ist ein Flussdiagramm, welches Betriebsabläufe darstellt, die von dem Motortreibergerät gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt werden.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Ein Motortreibergerät gemäß Ausführungsformen wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert werden.
• Erste Ausführungsform
• 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Motortreibergeräts 100 gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. Das Motortreibergerät 100 treibt einen Motor 40, welcher ein Drei-Phasen-Motor ist, an. Der Motor 40 umfasst mehrere Statorwicklungen. Das Motortreibergerät 100 umfasst eine Invertereinheit 10, eine Stromdetektionseinheit 20, eine Verbindung-Umschalt-Einheit 30, und eine Steuereinheit 50.
• Die Invertereinheit 10 ist mit einer Gleichstrom-Spannungsquelle 1 verbunden. Die Invertereinheit 10 wandelt eine Gleichstrom-Spannung der Gleichstrom-Spannungsquelle 1 in eine Wechselstrom-Spannung um, und führt den Wechselstrom dem Motor 40 zu. Die Gleichstrom-Spannungsquelle 1 muss lediglich dazu ausgebildet sein, eine Gleichstrom-Spannung auszugeben und mag dadurch gebildet sein, dass ein Konverter mit einer Wechselstrom-Spannungsquelle verbunden wird.
• Die Stromdetektionseinheit 20 detektiert den Stromwert des dem Motor 40 von der Invertereinheit 10 zuzuführenden Wechselstroms. Die Verbindung-Umschalt-Einheit 30 ist zwischen der Invertereinheit 10 und dem Motor 40 angeordnet. Die Verbindung-Umschalt-Einheit 30 schaltet den Verbindungszustand der Statorwicklungen des Motors 40 um. Die Steuereinheit 50 führt eine Signalverarbeitung aus, um den Motor 40 zu steuern. Alle Komponenten des in 1 dargestellten Motortreibergeräts 100 können auf einer einzigen Leiterplatte / einem einzigen Träger montiert sein. Alle Komponenten des Motortreibergeräts 100 können auf eine verteilte Weise auf mehreren Leiterplatten / mehreren Trägern montiert sein.
• 2 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der Verbindung-Umschalt-Einheit 30 des Motortreibergerätes 100 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Die Verbindung-Umschalt-Einheit, umfasst drei Relais 31, 32 und 33. Die Verbindung-Umschalt-Einheit 30 schaltet die Relais 31, 32 und 33 in Übereinstimmung mit einem Verbindung-Umschalt-Signal, welches von der Steuereinheit 50 erhalten wird, gleichzeitig um.
• Der Motor 40 ist ausgebildet, den Verbindungszustand der Statorwicklungen zwischen einer Sternverbindung und einer Deltaverbindung/Dreiecksverbindung umschalten zu können. Im Folgenden wird auf die Sternverbindung als „Y-Verbindung“ Bezug genommen, und wird auf die Deltaverbindung als „Δ-Verbindung“ Bezug genommen. Die Verbindung-Umschalt-Einheit 30 schaltet die Relais 31, 32 und 33 gleichzeitig um und schaltet dadurch den Verbindungszustand von der Y-Verbindung in die Δ-Verbindung oder von der Δ-Verbindung in die Y-Verbindung um. Wenn die gemeinsamen Kontakte der Relais 31, 32 und 33 mit „b-Kontakten (Öffnerkontakten)“ verbunden sind, befindet sich der Verbindungszustand in der Y-Verbindung. Wenn die gemeinsamen Kontakte der Relais 31, 32 und 33 mit „a-Kontakten (Arbeitskontakten)“ verbunden sind, befindet sich der Verbindungszustand in der Δ-Verbindung
• Der Rotorfluss, wenn der Verbindungszustand die Y-Verbindung ist, und der Drehfluss, wenn der Verbindungszustand die Δ-Verbindung ist, stehen zueinander in einem Verhältnis von √3:1. Der Motor ist nicht auf einen solchen beschränkt, der zu einem Umschalten des Verbindungszustands zwischen der Y-Verbindung und der Δ-Verbindung ausgebildet ist. Der Motor 40 kann einer sein, der zum Umschalten zwischen drei oder mehr Arten von Verbindungszuständen ausgebildet ist. Der Motor 40 kann einen beliebigen Verbindungszustand einnehmen, der als Ergebnis des Umschaltens des Verbindungszustands eine Änderung des Rotorflusses bewirken kann.
• Die in 1 dargestellte Invertereinheit 10 umfasst mehrere Schaltelemente. Die Invertereinheit 10 wandelt die Gleichstrom-Spannung in Drei-Phasen-Wechselströme um, indem sie ein jedes der Schaltelemente dazu veranlasst, entsprechend von der Steuereinheit 50 erhaltenen Pulsweitenmodulation (PWM)-Signalen eine An/Aus Operationen auszuführen. Die Schaltelemente sind nicht dargestellt.
• Die Stromdetektionseinheit 20 detektiert die Stromwerte von Zwei-Phasen-Wechselströmen der von der Invertereinheit 10 zu dem Motor 40 fließenden Drei-Phasen-Wechselströme. Die Stromdetektionseinheit 20 gibt Strominformation aus, die das Ergebnis der Detektion der Stromwerte der Wechselströme ist. Die Stromdetektionseinheit 20 ist nicht auf ein Detektieren von Zwei-Phasen-Wechselströmen beschränkt. Die Stromdetektionseinheit 20 kann jeden der Drei-Phasen-Wechselströme detektieren, oder kann einen Gleichstrom detektieren, der durch Kombination der Drei-Phasen-Wechselströme erhalten wird.
• Die Steuereinheit 50 umfasst eine Rotorfluss-Abschätzeinheit 51, eine Verbindung-Umschalt-Steuereinheit 52, eine Bestimmungswert-Speichereinheit 53, eine Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, und eine Treibersignal-Steuereinheit 55. Die Rotorfluss-Abschätzeinheit 51 erhält von der Stromdetektionseinheit 20 die Strominformation und berechnet auf der Basis der Strominformation den abgeschätzten Rotorfluss. Der Rotorfluss ist der Fluss durch den Rotor des Motors 40. Der abgeschätzte Rotorfluss ist der Schätzwert des Rotorflusses.
• Die Verbindung-Umschalt-Steuereinheit 52 erzeugt das Verbindung-Umschalt-Signal zum Steuern des Umschaltens des Verbindungszustandes, und sendet das erzeugte Verbindung-Umschalt-Signal an die Verbindung-Umschalt-Einheit 30. Die Bestimmungswert-Speichereinheit 53 speichert einen Schwellwert, der ein Wert ist, der für eine Bestimmung des Verbindungszustandes verwendet wird.
• Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 erhält von der Rotorfluss-Abschätzeinheit 51 den abgeschätzten Rotorfluss und bestimmt den Verbindungszustand auf der Basis des abgeschätzten Rotorflusses. Weiter erhält die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 das Verbindung-Umschalt-Signal. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 liest aus der Bestimmungswert-Speichereinheit 53 den Schwellwert aus, und bestimmt unter Verwendung des Schwellwerts und des Verbindung-Umschalt-Signals den Verbindungszustand. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 bestimmt den Verbindungszustand durch Vergleichen des abgeschätzten Rotorflusses mit dem Schwellwert. Weiter identifiziert die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 den durch das Verbindung-Umschalt-Signal angegebenen Verbindungszustand. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 vergleicht das Ergebnis der Bestimmung des Verbindungszustandes mit dem durch das Verbindung-Umschalt-Signal angegebenen Verbindungszustand, um eine Anomalie des Verbindungszustandes zu bestimmen. Die Anomalie des Verbindungszustandes gibt an, dass sich der tatsächliche Verbindungszustand des Motors 40 von dem Verbindungszustand, der durch das Motortreibergerät 100 zur Steuerung des Motors 40 erkannt worden ist, unterscheidet.
• Die Treibersignal-Steuereinheit 55 erhält das Ergebnis der Bestimmung des Verbindungszustandes von der Bestimmungsverarbeitungseinheit 54. Die Treibersignal-Steuereinheit 55 erzeugt auf der Basis des Ergebnisses der Bestimmung des Verbindungszustandes PWM-Signale.
• Ein zwischen den Werten des Rotorflusses in den jeweiligen Verbindungszuständen liegender Wert wird als vorstehend beschriebener Schwellwert festgesetzt. Insbesondere ist der Schwellwert ein Wert zwischen dem Wert des Rotorflusses, wenn der Verbindungzustand die Y-Verbindung ist, und dem Wert des Rotorflusses, wenn der Verbindungszustand die Δ-Verbindung ist. Der Schwellwert wird im Vorhinein auf der Basis der Spezifikationen des Motors 40 bestimmt. Der bestimmte Schwellwert wird in der Bestimmungswert-Speichereinheit 53 gespeichert.
• In einem Fall, in dem bestimmt wird, dass der Verbindungszustand anomal ist, kann das Motortreibergerät 100 ein Stoppen des Motors 40 aussetzen. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 bestimmt, ob ein Stoppen des Motors 40 ausgesetzt werden kann. Wenn die Anzahl der Male, in welchen das Stoppen des Motors 40 ausgesetzt wird, keine voreingestellte Anzahl an Malen erreicht hat, bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, das Stoppen des Motors 40 auszusetzen. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 zählt die Anzahl an Malen, in welchen der Stoppen des Motors 40 ausgesetzt wird. Wenn die Anzahl an Malen, in denen das Stoppen des Motors 40 ausgesetzt wird, die voreingestellte Anzahl an Malen erreicht hat, bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, das Stoppen des Motors 40 nicht auszusetzen. In einem solchen Fall stoppt die Treibersignal-Steuereinheit 55 die Erzeugung von PWM-Signalen auf Basis der durch die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 gemachten Bestimmung. Die Treibersignal-Steuereinheit 55 stoppt die Erzeugung von PWM-Signalen, und in der Folge stoppt das Motortreibergerät 100 den Motor 40. Die Information, welche als Referenz für die Bestimmung, ob ein Stoppen des Motors 40 ausgesetzt werden kann, die voreingestellte Anzahl an Malen angibt, wird als Anzahl-an-Aussetzungen-Information Bezug genommen. Die Anzahl-an-Aussetzungen-Information ist in der Bestimmungswert-Speichereinheit 53 gespeichert.
• 3 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Hardware darstellt, welche die Steuereinheit 50 des Motortreibergerätes 100 gemäß der ersten Ausführungsform implementiert. 3 stellt eine beispielhafte Konfiguration in einem Falle dar, in dem die Rotorfluss-Abschätzeinheit 51, die Verbindung-Umschalt-Steuereinheit 52, die Bestimmungswert-Speichereinheit 53, die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, und die Treibersignal-Steuereinheit 55, welche Hauptkomponenten der Steuereinheit 50 sind, durch eine Verarbeitungsschaltung 61 implementiert sind, welche Verarbeitungsschaltung einen Prozessor 63 und einen Speicher 64 umfasst.
• Der Prozessor 63 ist eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit - CPU). Der Prozessor 63 führt ein Steuerprogramm aus. Das Steuerprogramm ist ein Programm, das eine Verarbeitung zum Betreiben der Rotorfluss-Abschätzeinheit 51, der Verbindung-Umschalt-Steuereinheit 52, der Bestimmungswert-Speichereinheit 53, der Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, und der Treibersignal-Steuereinheit 55, welche Hauptkomponenten der Steuereinheit 50 sind, beschreibt.
• Der Speicher 64 ist beispielsweise ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Speicher wie beispielsweise ein Direktzugriffsspeicher (Random Access Memory - RAM), ein Nur-Lese-Speicher (Read Only Memory - ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer ROM (erasable programmable ROM - EPROM) oder ein elektrischer EPROM (EEPROM (eingetragene Marke)). Der Speicher 64 speichert das Steuerprogramm. Der Speicher 64 wird auch in zahlreichen durch den Prozessor 63 ausgeführten Verarbeitungen als ein temporärer Speicher verwendet. Die Bestimmungswert-Speichereinheit 53 ist durch einen nichtflüchtigen Speicher implementiert.
• Eine Eingabeeinheit 62 ist eine Schaltung, die von einem externen Gerät ein Eingabesignal für die Steuereinheit 50 erhält. Die Eingabeeinheit 52 erhält die Strominformation. Die Ausgabeeinheit 65 ist eine Schaltung, die ein von der Steuereinheit 50 erzeugtes Signal an ein zu der Steuereinheit 50 externes Gerät ausgibt. Die Ausgabeeinheit 65 gibt PWM-Signale und das Verbindung-Umschalt-Signal aus.
• Die Funktionen der Verarbeitungsschaltung 61 können durch eine Verarbeitungsschaltung implementiert werden, welche eine dedizierte Hardware ist. Die Verarbeitungsschaltung, welche eine dedizierte Hardware ist, ist beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application specific integrated circuit - ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA), oder eine durch Kombination davon erhaltene Schaltung. Einige der Hauptteile der Steuereinheit 50 können durch den Prozessor 63 und den Speicher 64 implementiert werden, und der Rest kann durch dedizierte Hardware implementiert werden.
• Im Folgenden wird eine Beschreibung der Berechnung des abgeschätzten Rotorflusses gemäß der ersten Ausführungsform gegeben. Der abgeschätzte Rotorfluss wird in dem Vorgang des Abschätzens der Drehgeschwindigkeit und der Drehposition des Motors 40 durch eine adaptive Flussbeobachtungsmethode (engl. adaptive flux observer method) erhalten. Die Rotorfluss-Abschätzeinheit 51 berechnet den in dem Vorgang des Abschätzens der Drehgeschwindigkeit und der Drehposition des Motors 40 erhaltenen abgeschätzten Rotorfluss. Die Rotorfluss-Abschätzeinheit 51 wandelt die Werte der in der Strominformation angegebenen Drei-Phasen-Wechselströme in die Stromwerte auf den d-q-Achsen eines rotierenden Koordinatensystems um.
• Bei der adaptiven Flussbeobachtungsmethode ist es bekannt, dass der abgeschätzte Flussvektor und der abgeschätzte Stromvektor auf der Basis des an den Motor 40 angelegten Spannungsvektors, des von dem Motor 40 ausgegebenen Stromvektors, und der abgeschätzten Winkelgeschwindigkeit aus Zustandsgleichungen berechnet werden können.
• Die nachfolgend gezeigten Formeln (1) und (2) sind die Zustandsgleichungen des Motors 40.
  Formel 1: $$\frac{\text{d}}{\text{dt}}\left[\begin{array}{c}{\widehat{\varphi }}_{ds}\\ {\varphi }_{qs}\\ {\widehat{\varphi }}_{dr}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}-\frac{R}{L_d}& \omega & 0\\ -\omega & -\frac{R}{L_q}& -{\widehat{\omega }}_r\\ 0& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\widehat{\varphi }}_{ds}\\ {\widehat{\varphi }}_{qs}\\ {\widehat{\varphi }}_{dr}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{v}_{ds}\\ v_{qs}\\ 0\end{array}\right]-\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\\ h_{31}& h_{32}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\widehat{l}}_{ds}-i_{ds}\\ {\widehat{l}}_{qs}-i_{qs}\end{array}\right]$$

  

  
  Formel 2: $$\left[\begin{array}{c}{\widehat{l}}_{ds}\\ {\widehat{l}}_{qs}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{L_d}& 0& 0\\ 0& \frac{1}{L_q}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\widehat{\varphi }}_{ds}\\ {\widehat{\varphi }}_{qs}\\ {\widehat{\phi }}_{dr}\end{array}\right]$$

  
• Hier repräsentiert L_d eine d-Achsen-Induktivität und repräsentiert L_q eine q-Achsen-Induktivität. Weiter repräsentiert R einen Motorwiderstand, repräsentiert ω eine primäre Winkelfrequenz, repräsentiert ω_r eine Winkelgeschwindigkeit, repräsentiert v_ds eine d-Achsen-Spannung, repräsentiert v_qs eine q-Achsen-Spannung, repräsentiert i_ds einen d-Achsen-Strom, repräsentiert i_qs einen q-Achsen-Strom, repräsentiert ϕ_ds einen d-Achsen-Statorfluss, repräsentiert ϕ_qs einen q-Achsen-Statorfluss und repräsentiert ϕ_dr einen d-Achsen-Rotorfluss. Weiter repräsentieren h₁₁, h₁₂, h_21, h₂₂, h₃₁ und h₃₂ Beobachterverstärkungen (engl. observer gains). Die verwendeten Beobachterverstärkungen sind beliebige Konstanten, die in Übereinstimmung mit dem Motor 40 festgesetzt werden. Das Symbol „^“ bezeichnet einen Schätzwert. Bezüglich des Rotorflusses existiert nur der Rotorfluss in der d-Achsen-Richtung und ist der Rotorfluss in der q-Achsen-Rechnung gleich null. Somit scheint ϕ_qr, welches einen q-Achsen-Rotorfluss repräsentiert, in den Formeln (1) und (2) nicht auf.
• In Formel (1) werden die Werte der ausgegebenen Spannungsbefehle für die d-Achsen-Spannung v_ds und die q-Achsen-Spannung v_qs verwendet. Der d-Achsen-Strom i_ds und der q-Achsen-Strom i_qs werden auf der Basis der Strominformation berechnet. Für einen abgeschätzten d-Achsen-Statorfluss ϕ_ds^, einen abgeschätzten q-Achsen-Statorfluss ϕ_qs^, einen abgeschätzten d-Achsen-Strom i_ds^, einen abgeschätzten q-Achsen-Strom i_qs^, die primäre Winkelfrequenz ω und eine abgeschätzte Winkelgeschwindigkeit ω_r^ werden die vorhergehenden Werte in den Steuerperioden verwendet. Ein Integralwert des abgeschätzten d-Achsen-Statorflusses ϕ_ds^ und ein Integralwert des abgeschätzten q-Achsen-Statorflusses ϕ_qs^ werden jeweils für den abgeschätzten d-Achsen-Strom i_ds^ und den abgeschätzten q-Achsen-Strom i_qs^ verwendet.
• Wenn der Verbindungszustand des Motors 40 umgeschaltet wird, ändert sich der Fluss des Motors 40. In einem solchen Fall, ist der Fluss in der d-Achsen-Richtung, das heißt Polarisierungsrichtung eines Magneten. Das Motortreibergerät 100 schätzt den d-Achsen-Rotorfluss ab, und verwendet das Ergebnis der Abschätzung, um ein Umschalten des Verbindungszustandes zu detektieren. Basierend auf der Abhängigkeit von Formel (1) kann der abgeschätzte d-Achsen-Rotorfluss ϕ_dr^ durch die nachstehende Formel (3) berechnet werden.
  Formel 3: $$\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\widehat{\phi }}_{dr}=h_{31}\left({\widehat{l}}_{ds}-i_{ds}\right)-h_{32}\left({\widehat{l}}_{qs}-i_{qs}\right)$$

  
• Das Ergebnis der Berechnung von Formel (3) ist der vorhergehende Wert in den Steuerperioden. Ein Wert (d/dt)ϕ_dr^, der die Steuerperioden berücksichtigt, wird erhalten, und das erhaltene Ergebnis wird zu dem vorhergehenden Wert addiert, welcher der Integralwert von Formel (3) ist, wodurch der abgeschätzte d-Achsen-Rotorfluss ϕ_dr^ erhalten wird.
• Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 verwendet die Eigenschaft, dass sich der Rotorfluss in Übereinstimmung mit dem Verbindungszustand ändert, und bestimmt den Verbindungszustand aus dem Ergebnis der Berechnung des abgeschätzten Rotorflusses. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 verwendet das von der Verbindung-Umschalt-Steuereinheit 52 erhaltene Verbindung-Umschalt-Signal und den aus der Bestimmungswert-Speichereinheit 53 ausgelesenen Schwellwert zur Bestimmung des Verbindungszustandes. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 erkennt den aktuell befohlenen Verbindungszustand auf der Grundlage des Verbindung-Umschalt-Signals. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 bestimmt eine Anomalie des Verbindungszustandes, indem sie das Ergebnis der Bestimmung basierend auf dem abgeschätzten Rotorfluss mit dem aktuell befohlenen Verbindungszustand vergleicht.
• 4 ist ein Flussdiagramm, das die von dem Motortreibergerät 100 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführten Betriebsabläufe darstellt. In Schritt S1 berechnet das Motortreibergerät 100 den abgeschätzten Rotorfluss mittels der Rotorfluss-Abschätzeinheit 51. Die Rotorfluss-Abschätzeinheit 51 berechnet den abgeschätzten Rotorfluss in dem Vorgang des Abschätzens der Drehzahl und der Drehposition des Motors 40 mittels der adaptiven Flussbeobachtungsmethode.
• In Schritt S2 bestimmt das Motortreibergerät 100 mittels der Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, ob das Verbindung-Umschalt-Signal ein Signal ist, welches die Y-Verbindung angibt, oder ein Signal ist, welches die Δ-Verbindung angibt. Insbesondere bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, ob der aktuell befohlene Verbindungszustand die Y-Verbindung oder die Δ-Verbindung ist.
• Wenn in Schritt S2 bestimmt wird, dass das Verbindung-Umschalt-Signal ein Signal ist, welches die Y-Verbindung angibt, bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 in Schritt S3, ob der abgeschätzte Rotorfluss größer als der Schwellwert ist. Wie vorstehend beschrieben ist der Schwellwert ein Wert zwischen dem Wert des Rotorflusses, wenn der Verbindungszustand die Y-Verbindung ist, und dem Wert des Rotorflusses, wenn der Verbindungszustand die Δ-Verbindung ist. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 bestimmt, ob der aktuelle Verbindungszustand die Y-Verbindung ist, indem sie den abgeschätzten Rotorfluss mit dem Schwellwert vergleicht.
• Wenn die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 bestimmt, dass der abgeschätzte Rotorfluss größer als der Schwellwert ist (JA in Schritt S3), bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, dass der aktuelle Verbindungszustand die Y-Verbindung ist. Weiter bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, da sowohl der aktuell befohlene Verbindungszustand als auch der aktuelle Verbindungszustand die Y-Verbindung sind, was bedeutet das der aktuell befohlene Verbindungszustand mit dem aktuellen Verbindungszustand übereinstimmt, dass die Verbindung normal ist. In einem solchen Falle fährt das Motortreibergerät 100 in Schritt S6 damit fort, den Motor 40 anzutreiben.
• Umgekehrt bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, wenn die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 bestimmt, dass der abgeschätzte Rotorfluss kleiner oder gleich dem Schwellwert ist (NEIN in Schritt S3), dass der aktuelle Verbindungszustand die Δ-Verbindung ist. Während der aktuell befohlene Verbindungszustand die Y-Verbindung ist, ist der aktuelle Verbindungszustand die Δ-Verbindung; daher stimmen der aktuell befohlene Verbindungszustand und der aktuelle Verbindungszustand nicht überein. Somit bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, dass der Verbindungszustand anomal ist. In einem solchen Fall schreitet das Motortreibergerät 100 zu der Prozedur von Schritt S5 fort.
• Wenn in Schritt S2 bestimmt wird, dass das Verbindung-Umschalt-Signal ein Signal ist, dass die Δ-Verbindung angibt, bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 in Schritt S4, ob der abgeschätzte Rotorfluss kleiner oder gleich dem Schwellwert ist. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 bestimmt, ob der aktuelle Verbindungzustand die Δ-Verbindung ist, indem sie den abgeschätzten Rotorfluss mit dem Schwellwert vergleicht.
• Wenn die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 bestimmt, dass der abgeschätzte Rotorfluss kleiner als oder gleich dem Schwellwert ist (JA in Schritt S4) bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, dass der aktuelle Verbindungszustand die Δ-Verbindung ist. Weiter bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, da sowohl der aktuell befohlene Verbindungszustand als auch der aktuelle Verbindungszustand die Δ-Verbindung sind, was bedeutet, dass der aktuell befohlene Verbindungszustand mit dem aktuellen Verbindungszustand übereinstimmt, dass die Verbindung normal ist. In einem solchen Fall fährt das Motortreibergerät 100 in Schritt S6 damit fort, den Motor 40 anzutreiben.
• Andererseits, wenn die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 bestimmt, dass der abgeschätzte Rotorfluss größer als der Schwellwert ist (NEIN in Schritt S4), bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, dass der aktuelle Verbindungszustand die Y-Verbindung ist. Während der aktuell befohlene Verbindungszustand die Δ-Verbindung ist, ist der aktuelle Verbindungszustand die Y-Verbindung; daher stimmen der aktuell befohlene Verbindungszustand und der aktuelle Verbindungszustand nicht überein. Somit bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, dass der Verbindungszustand anomal ist. In einem solchen Fall schreitet das Motortreibergerät 100 zu der Prozedur von Schritt S5 fort.
• In Schritt S5 bestimmt das Motortreibergerät 100, ob die Anzahl an Malen, zu denen ein Stoppen des Motors 40 ausgesetzt wurde, eine voreingestellte Anzahl an Malen erreicht hat. Wenn die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 in Schritt S3 oder Schritt S4 bestimmt, dass der Verbindungszustand anomal ist, inkrementiert die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 den aktuellen Zählerwert der Aussetzungen. Die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 liest die Anzahl-an-Aussetzungen-Information aus der Bestimmungswert-Speichereinheit 53 aus, und vergleicht den Zählerwert der Aussetzungen mit der Anzahl-an-Aussetzungen-Information. Anhand dieses Vergleichs bestimmt die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54, ob die Anzahl an Malen, zu denen ein Stoppen des Motors 40 ausgesetzt wurde, die voreingestellte Anzahl an Malen erreicht hat.
• Wenn bestimmt wird, dass die Anzahl an Malen, zu denen das Stoppen des Motors 40 ausgesetzt worden ist, kleiner als die voreingestellte Anzahl an Malen ist (NEIN in Schritt S5), setzt das Motortreibergerät 100 das Stoppen des Motors 40 als Erwiderung auf die Bestimmung, dass der Verbindungszustand anomal ist, aus. Das Motortreibergerät 100 kehrt zur Prozedur von Schritt S1 zurück.
• Anderenfalls, wenn bestimmt wird, dass die Anzahl an Malen, zu denen ein Stoppen des Motors 40 ausgesetzt worden ist, die voreingestellte Anzahl an Malen erreicht hat (JA in Schritt S5) bestätigt das Motortreibergerät 100 die Bestimmung, dass der Verbindungszustand anomal ist. Somit stoppt das Motortreibergerät 100 in Schritt S7 den Motor 40. In beiden Schritten S6 und S7 löscht die Bestimmungsverarbeitungseinheit 54 den Zählerwert der Aussetzungen. Dann beendet das Motortreibergerät 100 die Betätigung gemäß der in 4 dargestellten Prozedur. Es ist erlaubt, ein Stoppen des Motors 40 auszusetzen, und wenn die Bestimmung der Anomalie bestätigt wird, wird der Motor 40 gestoppt; daher kann das Motortreibergerät 100 verhindern, dass der Motor 40 aufgrund einer falschen Bestimmung gestoppt wird.
• Gemäß der ersten Ausführungsform berechnet das Motortreibergerät 100 den abgeschätzten Rotorfluss und bestimmt den Verbindungszustand des Motors 40 auf Basis des abgeschätzten Rotorflusses; daher kann das Motortreibergerät 100 den Verbindungszustand prüfen, während sich der Motor 40 in Betrieb befindet. Da das Motortreibergerät 100 den Verbindungszustand prüfen kann, während sich der Motor 40 in Betrieb befindet, kann das Motortreibergerät 100 eine Anomalie des Verbindungszustandes bestimmen, während sich der Motor 40 in Betrieb befindet. In der Folge kann das Motortreibergerät 100 die Situation vermeiden, in welcher der Motor 40 in einem Zustand, in dem der tatsächliche Verbindungszustand verschieden von dem in der Steuerung des Motors 40 erkannten Verbindungszustand ist, weiterhin läuft.
• Da das Motortreibergerät 100 ein Antreiben des Motors 40 verhindern kann, wenn der Verbindungszustand anomal ist, kann das Motortreibergerät 100 eine Herabsetzung der Performance des Motors 40 gegenüber seiner ursprünglichen Performance vermeiden. Das Motortreibergerät 100 kann den Motor 40 stabil antreiben. Das Motortreibergerät 100 kann eine Anomalie des Verbindungszustandes zu einem frühen Stadium durch eine Anomaliebestimmung während des Betriebs des Motors 40 detektieren. Das Motortreibergerät 100 kann die normale Verbindung beibehalten und somit ein hohes Maß an Zuverlässigkeit erzielen.
• Es wird ein Fall betrachtet, in dem ein Überstrom-Unterbrechungs-Schaltkreis zur Vermeidung einer Demagnetisierung des Motors 40 vorgesehen ist. In einem solchen Falle kann, wenn das Schalten des Überstrom-Unterbrechungs-Schaltkreises normal ist, aber der Verbindungszustand anomal ist, eine Demagnetisierung auftreten, wenn der in dem Motor 40 fließende Strom zunimmt. Das Motortreibergerät 100 stoppt den Motor 40, wenn der Verbindungszustand anomal ist, und kann somit den Motor 40 schützen. Dies erlaubt es, die Lebensdauer des Motors 40 zu verlängern, und die Zuverlässigkeit des Motors 40 zu verbessern.
• Das Motortreibergerät 100 verwendet den Prozess des Abschätzens der Drehzahl und der Drehposition des Motors 40 durch die adaptive Flussbeobachtungsmethode, um den abgeschätzten Rotorfluss zu berechnen. Das Motortreibergerät 100 kann den Verbindungszustand mittels eines einfachen Prozesses prüfen. Somit kann das Motortreibergerät 100 die Verarbeitungslast während des Betriebs des Motors 40 reduzieren. Weiter kann das Motortreibergerät 100 die Situationen reduzieren, in denen die Verarbeitung nicht mit den Steuerperioden Schritt halten kann. Daher kann das Motortreibergerät 100 den Motor 40 stabil steuern und eine hohe Zulässigkeit erreichen.
• Das Motortreibergerät 100 verwendet den Rotorfluss zur Bestimmung des Verbindungszustandes. Das Motortreibergerät 100 kann den Verbindungszustand durch einen einfachen Vergleich bestimmen, ohne Parameter wie beispielsweise eine Drehzahl oder eine Last des Motors 40 zu verwenden. Das Motortreibergerät 100 kann die für die Bestimmung des Verbindungszustandes verwendeten Parameter reduzieren. Weiter kann das Motortreibergerät 100 die Bedingungen vereinfachen, die zur Bestimmung des Verbindungszustandes verwendet werden. In der Folge kann das Motortreibergerät 100 die Verarbeitungslast reduzieren und den Motor 40 stabil steuern.
• Die in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen sind lediglich Beispiele des Inhalts der vorliegenden Offenbarung. Die in den Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen können mit jeder anderen bekannten Technik kombiniert werden. Ein Teil der Konfigurationen der Ausführungsformen kann weggelassen oder modifiziert werden, ohne vom Sinngehalt der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
• Bezugszeichenliste

1

Gleichstrom-Spannungsquelle;

10

Invertereinheit;

20

Stromdetektionseinheit;

30

Verbindung-Umschalt-Einheit;

31, 32, 33

Relais;

40

Motor;

50

Steuereinheit;

51

Rotorfluss-Abschätzeinheit;

52

Verbindung-Umschalt-Steuereinheit;

53

Bestimmungswert-Speichereinheit;

54

Bestimmungsverarbeitungseinheit;

55

Treibersignal-Steuereinheit;

61

Verarbeitungsschaltung;

62

Eingabeeinheit;

63

Prozessor;

64

Speicher;

65

Ausgabeeinheit;

100

Motortreibergerät.

• 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
• WO 2019/008756 [0003]

Claims (4)

1. Motortreibergerät aufweisend: eine Invertereinheit, um einem mehrere Statorwicklungen umfassenden Motor Wechselstrom zuzuführen; eine Verbindung-Umschalt-Einheit, um einen Verbindungszustand der Statorwicklungen umzuschalten, wobei die Verbindung-Umschalt-Einheit zwischen der Invertereinheit und dem Motor angeordnet ist; eine Rotorfluss-Abschätzeinheit, um auf Basis von Strominformation einen abgeschätzten Rotorfluss zu berechnen, wobei der abgeschätzte Rotorfluss ein Schätzwert eines Rotorflusses des Motors ist, wobei die Strominformation ein Ergebnis einer Detektion eines Stromwerts des Wechselstroms ist; und eine Bestimmungsverarbeitungseinheit, um den Verbindungszustand auf Basis des abgeschätzten Rotorflusses zu bestimmen.
2. Motortreibergerät nach Anspruch 1, wobei die Rotorfluss-Abschätzeinheit den abgeschätzten Rotorfluss berechnet, der in einem Vorgang des Abschätzens einer Drehzahl und einer Drehposition des Motors erhalten wird.
3. Motortreibergerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, weiter aufweisend: eine Bestimmungswert-Speichereinheit, um einen Schwellwert zu speichern, welcher Schwellwert ein Wert ist, der für eine Bestimmung des Verbindungszustandes verwendet wird, wobei die Bestimmungsverarbeitungseinheit den Verbindungszustand durch Vergleichen des abgeschätzten Rotorflusses mit dem Schwellwert bestimmt.
4. Motortreibergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter aufweisend: eine Verbindung-Umschalt-Steuereinheit, um ein Verbindung-Umschalt-Signal zum Steuern eines Umschaltens des Verbindungszustandes zu erzeugen, wobei die Bestimmungsverarbeitungseinheit eine Anomalie des Verbindungszustandes auf Basis des Verbindung-Umschalt-Signals und eines Ergebnisses der Bestimmung des Verbindungszustandes bestimmt.

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