WO2019166135A1 - Steuereinheit für eine elektrische maschine - Google Patents

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WO2019166135A1
WO2019166135A1 PCT/EP2019/050068 EP2019050068W WO2019166135A1 WO 2019166135 A1 WO2019166135 A1 WO 2019166135A1 EP 2019050068 W EP2019050068 W EP 2019050068W WO 2019166135 A1 WO2019166135 A1 WO 2019166135A1
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WO
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signal
control unit
current
order
generate
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PCT/EP2019/050068
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English (en)
French (fr)
Inventor
Timo Kuehn
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN201980015902.3A priority Critical patent/CN111742488A/zh
Publication of WO2019166135A1 publication Critical patent/WO2019166135A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/50—Reduction of harmonics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor

Definitions

  • the invention relates to a control unit for an electrical machine.
  • the electric machine has a stator and a rotor.
  • the control unit is designed to generate a control signal, in particular pulse-width-modulated, representing a current to be fed into the stator for generating a magnetic rotary field and to output this on the output side.
  • the control unit is designed to provide the control signal with at least one
  • Machine power of the machine, in particular motor current can be reduced or eliminated.
  • control unit is designed to generate the heterodyne signal with at least two or only two mutually different proportions.
  • the mutually different portions preferably comprise a positive portion and a negative portion.
  • the positive part represents an in
  • Rotor rotation rotating current vector wherein the negative portion represents a counter to the rotor rotation direction rotating current vector.
  • control unit can advantageously reduce or eliminate harmonics in the motor current, which can lead to a torque ripple, and thus to a generation of noise, or to a predetermined extent to create a specific sound image.
  • harmonics in the motor current can lead to a torque ripple, and thus to a generation of noise, or to a predetermined extent to create a specific sound image.
  • such an acoustic behavior of the machine can be influenced in a targeted manner.
  • a periodic voltage fluctuation in the electrical system also called electrical system ripple
  • a load of a DC link capacitor of the machine can be reduced as well.
  • the harmonics of the machine are, for example, harmonics, which refer to an electrical revolution of the machine as a fundamental frequency.
  • the electrical rotation is related to a mechanical rotation of the rotor in that the electrical rotation can be determined as a multiplication result of a multiplication of the mechanical rotation of the rotor by the number of pole pairs of the machine.
  • the control unit preferably has a processing unit which is designed to generate the beat signal.
  • the motor current signal can be selectively and accurately influenced so that noise generation can be reduced to a minimum, or even prevented, or a predetermined sound can be adjusted specifically.
  • control unit is designed to generate the positive and negative components of the heterodyne signal independently of one another and / or separately from one another.
  • control unit can advantageously influence individual harmonics.
  • the control unit preferably has a current shaping unit which is designed to generate the heterodyne signal-preferably for the positive and negative components of the heterodyne signal independently of one another and / or separately from one another. This can advantageously influence the harmonics by controlling the motor current, in particular a FOR- Control, be formed by means of the beat signal.
  • the current shaping unit is also referred to below as the current shaping unit.
  • control unit has an input for a current signal representing a detected stator current.
  • Control unit is designed to generate the beat signal in response to the current signal.
  • the control unit preferably has one connected to the input
  • Harmonics analyzer on.
  • the harmonic analyzer also referred to as order analyzer, is designed to generate from the current signal a positive current signal which corresponds to a positive component of the stator current of at least one harmonic, and to generate a negative component corresponding to a negative component of the stator current for the at least one harmonic equivalent.
  • control unit has an input for a rotor position signal representing a rotor angle.
  • Control unit is designed to generate the beat signal in response to the rotor position signal.
  • the harmonics can be assigned to a predetermined rotor angle so that a reduction of a torque ripple can be carried out with exact position.
  • control unit has at least one order-related current shaping unit which is designed to
  • a predetermined harmonic wave can be selectively eliminated.
  • a targeted to be eliminated harmonic is a sixth electrical Engine order.
  • a sixth electrical engine order frequently emerges as being particularly dominant in a noise development of a particularly three-phase electric motor.
  • the electric motor may have four, five, six or more phases, in particular a multiple of three phases.
  • control unit has at least two order-related current shaping units, which are each designed to generate the heterodyne signal for at least two or more orders independently of one another.
  • order-related current shaping units which are each designed to generate the heterodyne signal for at least two or more orders independently of one another.
  • the sixth harmonic may be completely eliminated and another harmonic, such as a third diverter, eliminated only in part, so that individual harmonics may be adjusted to a predetermined level or level or fraction of the fundamental frequency.
  • a power output of the engine can be improved in engine operation, insofar as it has been recognized that negatively compensated and thus overcompensated harmonics
  • the order analyzer is designed to detect the harmonics, in particular an amplitude and / or a phase angle of the harmonics for the positive and for the negative portion independently of each other and to generate a coefficient signal for each of the shares, the one Represents the proportion of the harmonic in the detected current.
  • the proportion of harmonics in the current can advantageously be detected-in particular in situ-and compensated for by the control unit-in particular according to a predetermined control algorithm.
  • control unit has a
  • the control unit preferably has a controller, in particular a proportional and / or integral controller, softer for field-oriented control of
  • Machine current in particular motor current or generator current
  • the harmonic generator is preferably connected on the output side to an input of the regulator.
  • the controller can advantageously be relieved of the harmonic components when controlling the machine current, whereby the computational complexity of the controller can be advantageously reduced.
  • a controller of the aforementioned type has an improved convergence behavior, in comparison to a control, which without
  • control unit has at least one harmonic discriminator.
  • the harmonic discriminator is designed for the positive and / or the negative component of each of the components of the harmonics in response to the coefficient signal with a default value
  • Coefficient reference value data set compare.
  • the harmonic discriminator is formed, for each of the shares - a coefficient difference signal for controlling the - preferably a deviation of the coefficient signal from the Vorgebechalsatz representing
  • control unit for the positive and for the negative portion in each case an angle slider, hereinafter also called rotary member, which is designed to offset a rotation angle of the positive or negative portion by a predetermined angle.
  • the angle slider is designed to offset a rotation angle of the positive or the negative current vector in each case in 45-degree increments.
  • control unit, in particular the angle slide is designed to offset the rotation angle as a function of a target specification for an engine speed and / or a torque to be output by the engine. The angular amount of the angular offset, and so on
  • Angular displacement of the corresponding current vector depends on one Operating point of the engine, in particular the engine speed and / or the
  • the angle slider is preferably part of the current shaping unit, which is formed, the overlay signal for connecting to the
  • the invention also relates to an electric machine, in particular generator and / or electric motor.
  • the machine preferably has the control unit described above and a stator operatively connected to the control unit comprising at least one stator coil for each phase.
  • the invention also relates to an electric drive for an electric vehicle or hybrid vehicle or electric bicycle with the electric machine.
  • the invention also relates to a steering device with the electric machine, wherein the machine is configured to generate a steering torque assisting a vehicle steering.
  • Figure 1 shows - schematically - an embodiment of a control unit for an electric machine with a current-shaping unit, which is formed, a harmonics influencing overlay signal for additive
  • Figure 2 shows - schematically - an embodiment of a current-shaping unit shown in Figure 1 in detail;
  • Figure 3 shows - schematically - an embodiment of a
  • predetermined harmonic to a fundamental frequency, also called order, too and to generate a superposition signal influencing the harmonic.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a control unit 1.
  • the control unit 1 has an output for connection to an electric machine 2, and is designed to energize the machine 2 for rotating a rotor 3 of the machine 2.
  • the control unit 1 has an input 4 for a nominal torque signal which is to be generated by the machine
  • the control unit 1 also has a
  • Setpoint input unit 5 which is connected on the input side to the input 4 and which is designed to generate a current specification signal, in particular in a D-Q plane, in response to the nominal torque signal on the output side, on the output side to a subtractor 7 of the
  • the subtracter 7 is over a
  • the control unit 1 also has a control unit 6, which is connected on the input side via a connecting line 25 to the subtractor 7, and which is designed to generate a voltage control signal, in particular in the DQ level, depending on the input side received differential current command signal, which one of the
  • Control unit to be generated output voltage for operation of the machine 2 represents.
  • the control unit 6 is connected on the output side via a connecting line 24 with an adder 9.
  • the adder 9 is the input side via the connecting line 24 with the control unit 6, and another
  • the adder 9 is formed as a function of the signal generated by the control unit 6
  • Voltage signal in particular the DQ level
  • a modified control signal in particular by adding the signals received on the input side - generate and send this output side via a connecting line 29 to a parking transformer 8.
  • the parking transformer 8 is part of the control unit 1 and is formed, the modified control signal, the one
  • Voltage control variable in the D-Q plane represents receiving on the input side and by means of Park transformation to generate a control signal, in particular in an alpha-beta plane and to send the parktransformator control signal via a connecting line 30 to a Clarke transformer 10.
  • the Clarke transformer 10 is formed, depending on the input side
  • Control signals in particular in a three-phase plane, for
  • pulse width modulated driving of three stator coils and so to generate three phases of the machine 2.
  • the control unit 1, in addition to the Clarke transformer also has a
  • Pulse width modulator 1 Pulse width modulator 1 1, and a pulse inverter 12.
  • Pulse width modulator 1 1 is connected on the input side via a connecting line 31 to the Clarke transformer 10 and is configured to receive the control signal representing the three-phase signals on the input side, and by means of pulse width modulation a pulse width modulated control signal, in
  • the pulse inverter 12 is connected on the output side by means of a connecting line 33 to the machine 2 and is designed to energize the machine 2.
  • the pulse inverter 12 is formed in this embodiment, for example, as a B6 bridge and has to three semiconductor switch half-bridges, so that each semiconductor switch half-bridge can generate a phase current for one phase of the electric machine 2.
  • the machine 2 may have a torque 34 corresponding to the phase currents-influenced by the current-shaping unit 13-with reduced or released
  • the electric machine 2 has a rotor position sensor (not shown in FIG. 1) which is designed to detect a phase angle of the rotor 3 and to generate a rotor position signal representing a rotor position of the rotor 3 and this on the output side via a connecting line 19 issue.
  • GMR Giant Magneto-Restitive
  • Rotor position represents this and the output side via a
  • the current-shaping unit 13 is part of the control unit 1, and is formed, both in response to the rotor angle signal received on the input side, as well as in response to an input side received, the detected stator current, in particular motor current,
  • the current shaping unit 13 is designed to generate a harmonic component of the motor current signal in particular selectively for only one harmonic, for at least two harmonics, or for a plurality of harmonics-in particular independently of each other-so that a harmonic content in the
  • Motor current signal for mutually different harmonics, based on a fundamental of the motor current signal can be adjusted by the current-shaping unit 13 according to a predetermined default value.
  • the current-shaping unit 13 is in this embodiment - in particular in a variant of the control unit 1 shown in dashed lines - connected via a connecting line 23 shown in dashed lines with a subtractor 11 1.
  • the subtractor 11 1 is formed, one over the
  • Harmonic current signal in particular to receive interference current signal and to subtract this from the motor current signal and the output side of a harmonic current free, in particular noise current freed motor current signal via the connecting line 27 to the subtractor 7 to send.
  • the Control unit 6 can be so advantageous in controlling the field-oriented variables, in particular the voltages to be switched to the machine 2, from the harmonic components in the motor current, which can be fed back via the connecting line 27 to the control unit 6, relieved.
  • the already mentioned motor current signal can be generated by the electric machine 2, for example by a current sensor, in particular a shunt resistor, and sent via a connecting line 18 to a current detection unit 16.
  • the current detection unit 16 has, for example, an analog-to-digital converter and is configured to transmit the input signal received current signal in particular quantized via a connecting line 28 to a Clarke transformer 15.
  • the Clarke transformer 15 can convert the current signal representing the motor current for the phases of the motor into a motor current signal, in particular into an alpha-beta plane, and send it on the output side via a connecting line 59 to a parking transformer 14.
  • the park transformer 14 may receive the current signal in the alpha-beta plane and provide on the output side a current signal in a D-Q plane.
  • the current signal in the D-Q plane can in this embodiment be sent via a connection node 112 to the current shaping unit 13.
  • the subtractor 11 1 is connected on the input side to the connection node 1 12 and can thus via the connection node 1
  • the park transformers 8 and 14 are each the input side with the
  • connection node 21 Connected connection node 21 and so can the electrical
  • Rotor position sensor 17 received.
  • the current signal in the D-Q plane in particular represented by a current vector, can thus be determined as a function of the rotor angle signal and that of the current sensor and
  • the current shaping unit 13 can thus-as will be described in more detail below-generate an overlay signal as a function of the rotor position signal received on the input side and the motor current signal, which on the output side via the connecting line 22 to the adder 9 for superposition, and so on can be provided for connection to the voltage control signal provided by the control unit 6 on the output side.
  • the control unit 1 has, for example, a processing unit, in particular a microprocessor or microcontroller, which, with the exception of the
  • Control unit 1 may be formed.
  • the processing unit may be controlled by a control program which may be part of the processing unit and may be stocked in a separate memory.
  • FIG. 2 shows the current-shaping unit 13 already shown in FIG. 1 in a detailed view.
  • the current-shaping unit 13 has in this
  • Embodiment an input 41 for a - in particular an electrical rotor angle representing -Rotorwinkelsignal, which may be connected in Figure 1, for example, with the connection node 21.
  • the current-shaping unit 13 also has an input 42 for the motor current signal already described, which may be connected, for example, to the connection node 1 12 described in FIG.
  • the current-shaping unit 13 assigns in this embodiment for each
  • the harmonic-related current shaping unit can thus generate, for example, a beat signal for partially or completely canceling out a harmonic, or generate a beat signal which effects a gain of the harmonic wave.
  • the current-shaping unit 13 has in this embodiment for a first harmonic of a particular electrical rotation of the electric machine, a regulatory current-shaping unit 35, which is the input side connected to a multiplication unit 43.
  • Multiplication unit 43 is connected on the input side to the input 41 and can receive from there the rotor angle signal, which is an electrical
  • Rotor angle represents.
  • the multiplication unit 43 is connected on the input side to an order memory 38, in which an order data set 1 16 is stored, which represents a first order of the motor.
  • the Multiplication unit 43 can thus by multiplying the rotor angle signal with the order data set 116 read out of the order memory 38 from the rotor angle signal by means of multiplication an order-related
  • Order-related current-shaping unit 35 can be one for the first
  • the order-related current-shaping unit 35 can, depending on the order-filtered motor current signal for the ordinal data set 1 16 in the order memory 38 corresponding engine order influencing or compensating overlay signal 56, in particular in a DQ-level, produce this and the output side via a connecting line 50 to a Send adder 46.
  • the order-related current shaping unit 35 is connected on the output side via a connecting line 51, with a further adder 47 and is adapted to generate a particular order-related harmonic current signal representing a harmonic current component in the motor current signal received at the input 42, and this output side to the adder 47th to send.
  • the current-shaping unit 13 has further, order-related current-shaping units for further, higher, in particular electric motor orders.
  • the current-shaping unit 13 has in this embodiment, another order-related current-shaping unit 36 for a second engine order, which on the input side with a multiplier 44, and indirectly via the multiplier 44 with an order memory 39 for Vorreturgialten representing a second engine order 70sfflesatzes 1 17 is connected.
  • order-related multiplication unit is the input side to the input 42 and also to the input 41 for receiving the rotor position signal
  • the order-related current shaping unit 36 is connected on the output side to the adder 47 via a connecting line 43 and can thus send to the adder 47 the interference current signal relating to the second order of the motor, which represents the second order interference current component in the motor current signal.
  • the order-related current-shaping unit 36 can output on a Connecting line 52 a related to the order memory 39, order-related overlay signal 57, in particular
  • the current-shaping unit 13 still has an n-th as an example
  • the multiplier 45 is connected on the input side to the input 41, so that the order-related current-shaping unit 37 received from the input side of the input 42
  • Motor current signal can generate an nth order related overlay signal 58, and this can send via a connecting line 54 to the adder 46 and can generate a filtered for the nth order noise current signal in response to the order filtered motor current signal, and this output side via a connecting line 55 can send to the adder 47.
  • the adder 47 can add the harmonic current signals received from the current-shaping regulatory units, which respectively represent the harmonic current component for the corresponding motor order, and generate a sum signal having a harmonic current signal
  • Harmonic current component in particular disturbance current component of all engine orders represented, which have been detected and formed by the order-related current shaping units.
  • the adder 47 has its output connected to an output 49, where it can provide the sum signal.
  • the adder 46 can receive on the input side the accumulation signals generated by the order-related current shaping units, add up each other and generate a summation signal, which forms a heterodyne signal which can cause an influence or compensation of the motor orders, which in the order memories such as the order memory 38, the Hughess acknowledged 39 or the order memory 40 held in stock order records 116, 117 and 1 18 correspond.
  • Adder 46 is connected on the output side to an output 48 and can provide the sum signal at the output 48.
  • the current-shaping unit 13 can thus generate the superimposition signal for the individual motor orders separately and specifically for influencing the acoustic behavior of the machine 2 during operation of the machine.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an order-related current-shaping unit 60.
  • the order-related current-shaping unit 60 can be realized instead of the order-related current-shaping units 35, 36 or 37 of the current-shaping unit 13 shown in FIG his.
  • the order-related current-shaping unit 60 is in this case
  • Harmonics formed and harmonic signal synthesis wherein the order-related current-shaping unit 60 is formed, the harmonic signal analysis, the harmonic signal input and the
  • Motor current signal in particular in the D-Q plane, each for a positive-rotating and a negative-rotating portion of the motor current signal separately, and in particular independently perform.
  • components configured to perform signal processing for a signal related to positive rotation are referred to as positive, for example, positive component.
  • Components that are configured to perform signal processing for a signal related to a negative rotation are referred to as negative, for example, negative component.
  • the order-related current-shaping unit 60 has an input 71 for the motor current signal, in particular in the D-Q plane.
  • order-related Current-shaping unit 60 has a
  • Harmonic signal analysis trained educator 65 has a positive order analyzer 66 and a negative order analyzer 67, which are each connected on the input side to the input 71 for the motor current signal.
  • the order-related current-shaping unit 60 also has an input 72 for the above-mentioned order-related rotor position signal, which, for example, from the multiplier 43 shown in Figure 2 as an output signal can be generated.
  • the harmonic signal analysis can be so from the
  • Order Analyzer 65 for a predetermined engine order, represented by the order-related rotor position signal, received at the input 72 are performed.
  • the positive order analyzer 66 and the negative order analyzer 67 are each configured to receive a share of
  • the positive order analyzer 66 has a parking transformer 77 which is connected on the input side to the input 71 for the motor current signal, and to a further input on the input side to the input 72 for the order-related rotor position signal.
  • the parking transformer 77 is formed as a function of the signals received on the input side, namely the motor current signal and the
  • the proportion of engine order can thus form, for example, a disturbance.
  • the periodic, in particular order-related harmonic current component, in particular disturbance current component can thus be mapped to a DC level.
  • the positive order analyzer 66 also has an averaging unit 78, which has an input side via a
  • Connecting line 79 is connected to the parking transformer 77, and which is formed, the order-related motor current signal for at least one integer electric motor revolution, or a plurality of integer electric motor revolutions mittein a, and the averaging result
  • Generate coefficient signal for the corresponding engine order which represents the positive portion of the engine order in the motor current signal and output side output.
  • the order analyzer 65 also has an order-related negative order analyzer 67, which on the input side with the input 71 for the Motor current signal, and connected to another input to the input 72 for the order-related rotor position signal.
  • Order analyzer 67 includes a parking transformer 107, and a
  • Multiplication member 1 which is the input side connected to the input 72 for the order-related rotor position signal, and which
  • the output side is connected to the parking transformer 107.
  • Multiplication element 1 10 is the input side connected to a negative value memory 109, in which a negative value data set is kept in stock, which represents, for example, the negative value minus one.
  • a negated portion of the motor current signal can be generated from the motor current signal by means of the parking transformer 107.
  • the parking transformer can on the output side
  • Connection line 108 is connected to an averaging unit 106, which - like the averaging unit 78 - mittgitteinin the input-side received order related motor current signal over at least one integer motor rotation, and output side can output the negative coefficient signal representing a portion of the motor order with negative rotation in the
  • the order analyzer 65 in this embodiment forms the already mentioned harmonic analyzer.
  • the order-related current-shaping unit 60 also has a in this embodiment
  • Harmonic switching unit 61 on.
  • the harmonic switch-on unit 61 comprises a positive switch-on unit 62 and a negative switch-on unit 63.
  • the positive switch-on unit 62 has an input 68 for the positive coefficient signal generated by the positive analyzer 66.
  • Analyzer 67 generated negative coefficient signal.
  • Oberwellenetzschaltiki 61 also has an input 69 which is connected to the input 72 for the order-related rotor position signal.
  • the positive switch-on unit 62 is designed to compare the positive coefficient signal received on the input side with a coefficient setpoint value and, depending on the comparison result-in particular by means of a regulator- to generate a positive voltage control signal for generating a motor voltage, and output this output side via a connecting line 87.
  • the negative connection unit 63 is designed to compare the negative coefficient signal received at the input 70 on the input side with a negative coefficient reference value and in dependence on a negative coefficient reference value
  • connection lines 87 and 93 and thus the outputs of the positive connection unit 62 and the negative connection unit 63, respectively, are connected to an adder 64, which is formed, the positive voltage control signal and the negative
  • Motor voltage represents, and provide this at an output 73.
  • the positive Aufschaltiki 62 has for this purpose a subtractor 81, previously also called discriminator, which is the input side - in particular with a negative input - connected to the input 68 and connected to another input to a coefficient reference value memory 82, in which a portion of the corresponding Coefficient reference value data set 1 14, which represents the previously mentioned
  • the subtracter 81 previously also called a harmonic discriminator, is designed to generate a subtraction result from the coefficient setpoint and the positive coefficient signal, which is a deviation of the positive
  • the controller 80 is for example an integral controller, which is designed, in particular iteratively, to adjust an output value of the output voltage, represented by the positive voltage signal, to the coefficient reference value.
  • the controller 80 is connected on the output side via a connecting line 84 with a rotary member 83, also referred to as angle shifter, which is formed by a vector of one by the output of the controller 80, which represents a positive voltage harmonic component for the corresponding order by a predetermined rotation angle, In particular, motor angle, to rotate, and so to effect a convergence of the control, and to produce an output signal, the one
  • the positive Aufschaltiki 62 also has an inverse Parktransformator 85 which is connected on the input side via the connecting line 86 to the rotary member 83, and is connected via a further input to the input 69 for the order-related rotor position signal.
  • the inverse Parktransformator 85 is connected on the input side via the connecting line 86 to the rotary member 83, and is connected via a further input to the input 69 for the order-related rotor position signal.
  • the negative connection unit 63 has a subtractor 81
  • corresponding subtracter 94 which is connected to the input 70 with a negative input, and is connected to a reference input to a coefficient reference value memory 95, in which a component of the corresponding harmonic wave is represented
  • Coefficient reference value data set 1 15 represents, and this output side to a controller 88 of the negative Aufschaltmaschine 63 to send.
  • the controller 88 can generate-in particular by means of integration control-an output signal which represents a negative voltage harmonic component for the corresponding order.
  • the output signal of the controller 88 can be rotated in a further processing step of the signal processing by means of a rotary member 89 by a predetermined rotor angle, and an output signal can be generated represents a negative voltage harmonic content for the corresponding order after convergence rotation.
  • the negative Aufschaltiki 63 also has an inverse Parktransformator 90, which is the input side connected to the output of the rotary member 89, and so from there
  • Output signal representative of the negative voltage harmonic content for the order after convergence rotation can receive.
  • Park transformer 90 also has another input for a negative portion of the rotor angle signal, which is connected via a multiplier 91 to the input 69.
  • the multiplication element 91 is also connected on the input side to a memory 92, in which a negative multiplication value, for example the value minus one, is kept in stock.
  • Multiplier 91 can thus from the rotor angle signal, the negative
  • Voltage control signal received via the connecting line 87, can be sent.
  • the order-related current-shaping unit 60 also has a
  • Order synthesis unit 113 previously also called harmonic generator, on.
  • the order synthesis unit 1 13 has a positive transformation unit 75 and a negative transformation unit 76.
  • the order synthesis unit 1 13 also has an adder 103, which is connected on the input side via a connecting line 104 to the positive transformation unit 75, and via a connecting line 105 to the negative transformation unit 76.
  • the positive transformation unit 75 has an inverse parking transformer 96, which is connected on the input side via a connecting line 100 to the input 68 for the positive coefficient signal.
  • the negative transformation unit 76 has an inverse parking transformer 97 which is connected on the input side via a connecting line 102 to the negative coefficient signal input 70.
  • Park transformers are each designed for inverse parking transformation and can produce an output signal in the DQ plane on the output side.
  • the parking transformer 97 is connected on the input side to a multiplication element 98 as part of the negative synthesis unit 76.
  • the Multiplier 98 is connected to a negative value memory 99, in which a data record representing a negative value, for example the value minus one, is kept in stock.
  • the multiplier 98 is a full-page via a connecting line 101 to the input 69 for the
  • Park transformer 96 is also connected via the connecting line 101 to the input 69 for the order-related rotor position signal.
  • the order synthesis unit 113 in this exemplary embodiment forms a further part within the order-related current shaping unit 60, which for example is optional, that is to say in addition to the
  • the order-related current-shaping unit 60 can thus have no order synthesis unit 1 13 in a variant.
  • the adder 103 is connected on the output side to the output 74 and is formed, one of the positive transformation unit 75 synthetically generated, in particular order-related harmonic current signal with positive direction of rotation, and one of the negative transformation unit 76 synthetically generated negative, in particular order related
  • the inverse Parktransformator 97 by means of the received via the multiplier 98, negated portion of the order-related rotor angle signal, and in response to the received from the input 70 negative
  • Coefficient signal representing a negative rotation by means of inverse Park transformation generate the synthetically generated negative harmonic current signal in the D-Q plane, and send on the output side via the connection line 105 to the adder 103.
  • the output 74 of the order-related current-shaping unit 60 can be seen in FIG. 2, for example, with the connection line 51, with the connection line 53 or instead of the order-related current-shaping unit 37 to be connected to the connecting line 55.
  • Oberwellensyntheseiser 1 13 a synthetically generated regulatory
  • Harmonic current signal can be generated, with positive and negative
  • Signal components each representing a positive or negative rotation, have been generated independently in the order-related current shaping unit 60.
  • the order-related current-shaping unit 60 can keep the proportion of those stored in the order memories 38, 39, and 40
  • the current-shaping unit 13 may be one or more
  • Eliminate harmonics in the motor current independently, reduce, or set to a predetermined value for generating a predetermined target sound image.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf. Die Steuereinheit ist ausgebildet, ein insbesondere pulsweitenmoduliertes, einen in den Stator einzuspeisenden Strom repräsentierendes Steuersignal zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zu erzeugen und dieses ausgangsseitig auszugeben. Die Steuereinheit ist ausgebildet, dem Steuersignal ein wenigstens eine Oberwelle repräsentierendes Überlagerungssignal zu überlagern, sodass Oberwellen in einem Maschinestrom der Maschine, insbesondere Motorstrom, reduziert oder eliminiert werden können. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit ausgebildet, das Überlagerungssignal mit wenigstens zwei, oder nur zwei zueinander verschiedenen Anteilen zu erzeugen. Die zueinander verschiedenen Anteile umfassen bevorzugt einen positiven Anteil und einen negativen Anteil. Der positive Anteil repräsentiert einen in Rotorumlaufrichtung drehenden Stromvektor, wobei der negative Anteil einen entgegen der Rotorumlaufrichtung drehenden Stromvektor repräsentiert.

Description

Beschreibung
Titel
Steuereinheit für eine elektrische Maschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf. Die Steuereinheit ist ausgebildet, ein insbesondere pulsweitenmoduliertes, einen in den Stator einzuspeisenden Strom repräsentierendes Steuersignal zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zu erzeugen und dieses ausgangsseitig auszugeben. Die Steuereinheit ist ausgebildet, dem Steuersignal ein wenigstens eine
Oberwelle repräsentierendes Überlagerungssignal zu überlagern, sodass - insbesondere ein Störgeräusch verursachende - Oberwellen in einem
Maschinestrom der Maschine, insbesondere Motorstrom, reduziert oder eliminiert werden können.
Aus der DE 10 2013 21 1 151 A1 ist ein elektronisch kommutierter Elektromotor bekannt, welcher ausgebildet ist, eine Drehmomentwelligkeit eines von dem Rotor erzeugten Drehmoments wenigstens teilweise zu kompensieren.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit ausgebildet, das Überlagerungssignal mit wenigstens zwei, oder nur zwei zueinander verschiedenen Anteilen zu erzeugen. Die zueinander verschiedenen Anteile umfassen bevorzugt einen positiven Anteil und einen negativen Anteil. Der positive Anteil repräsentiert einen in
Rotorumlaufrichtung drehenden Stromvektor, wobei der negative Anteil einen entgegen der Rotorumlaufrichtung drehenden Stromvektor repräsentiert.
Dadurch kann die Steuereinheit vorteilhaft Oberwellen im Motorstrom, welche zu einer Drehmomentwelligkeit, und so zu einer Geräuscherzeugung führen können, reduzieren oder eliminieren, oder auf ein vorbestimmtes Maß einstellen, um so ein bestimmtes Klangbild zu erzeugen. Vorteilhaft kann so ein akustisches Verhalten der Maschine gezielt beeinflußt werden. Weiter vorteilhaft kann so eine periodische Spannungsschwankung im Bordnetz, auch Bordnetz-Ripple genannt, verhindert oder reduziert werden. Weiter vorteilhaft kann so auch eine Belastung eines Zwischenkreiskondensators der Maschine reduziert werden.
Die Oberwellen der Maschine sind beispielsweise Oberwellen, die sich auf eine elektrische Umdrehung der Maschine als Grundfrequenz beziehen. Die elektrische Umdrehung steht mit einer mechanischen Umdrehung des Rotors in der Beziehung, dass die elektrische Umdrehung als Multiplikationsergebnis einer Multiplikation der mechanischen Umdrehung des Rotors mit der Polpaarzahl der Maschine ermittelt werden kann.
Die Steuereinheit weist bevorzugt eine Verarbeitungseinheit auf, welche ausgebildet ist, das Überlagerungssignal zu erzeugen. Die Verarbeitungseinheit ist bevorzugt durch einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, ein SIP (SIP = System-In-Package) oder ein FPGA (FPGA = Field-Programmable-Gate-Array) gebildet.
Es wurde nämlich erkannt, dass mittels der getrennten Signalverarbeitung für die Motorstromanteile mit jeweils zueinander verschiedenen Drehrichtungen das Motorstromsignal gezielt und genau beeinflusst werden kann, sodass eine Geräuscherzeugung auf ein Minimum reduziert, oder gar verhindert werden kann, oder ein vorbestimmtes Klangbild gezielt eingestellt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, die positiven und negativen Anteile des Überlagerungssignals unabhängig voneinander und/oder getrennt voneinander zu erzeugen. Dadurch kann die Steuereinheit vorteilhaft einzelne Oberwellen beeinflussen.
Bevorzugt weit die Steuereinheit eine Stromformeinheit auf, welche ausgebildet ist, das Überlagerungssignal - bevorzugt für die positiven und negativen Anteile des Überlagerungssignals unabhängig voneinander und/oder getrennt voneinander - zu erzeugen. Dadurch kann vorteilhaft eine Beeinflussung der Oberwellen durch eine Regelung des Motorstroms, insbesondere eine FOR- Regelung, mittels des Überlagerungssignals gebildet sein. Die Stromformeinheit wird im Folgenden auch Current-Shaping-Einheit genannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit einen Eingang für ein einen erfassten Statorstrom repräsentierendes Stromsignal auf. Die
Steuereinheit ist ausgebildet, das Überlagerungssignal in Abhängigkeit des Stromsignals zu erzeugen.
Die Steuereinheit weist bevorzugt einen mit dem Eingang verbundenen
Oberwellenanalysator auf. Der Oberwellenanalysator, im Folgenden auch Ordnungsanalysator genannt, ist ausgebildet, aus dem Stromsignal ein positives Stromsignal zu erzeugen, das einem positiven Anteil des Statorstromes wenigstens einer Oberwelle entspricht, und einen negativen Anteil zu erzeugen, der einem negativen Anteil des Statorstromes für die wenigstens eine Oberwelle entspricht.
Es wurde nämlich erkannt, dass die Signalanteile im Statorstrom, welche den Oberwellen entsprechen, bei voneinander unabhängiger Signalverarbeitung positiver und negativer Anteile ein besseres Kompensationsergebnis bewirken, im Vergleich zu einer gemeinsamen Behandlung, insbesondere einer betragsmäßigen Signalverarbeitung zur teilweisen oder vollständigen
Oberwellenkompensation oder Oberwellenreduzierung.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit einen Eingang für ein einen Rotorwinkel repräsentierendes Rotorpositionssignal auf. Die
Steuereinheit ist ausgebildet, das Überlagerungssignal in Abhängigkeit des Rotorpositionssignals zu erzeugen. Vorteilhaft können die Oberwellen so einem vorbestimmten Rotorwinkel zugeordnet werden, sodass eine Reduzierung einer Drehmomentwelligkeit positionsgenau erfolgen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit wenigstens eine ordnungsbezogene Stromformeinheit auf, welcher ausgebildet ist, das
Überlagerungssignal für eine vorbestimmte Ordnung zu erzeugen. So kann vorteilhaft in dem Motorstromsignal zur Ansteuerung der elektrischen Maschine eine vorbestimmte Oberwelle gezielt eliminiert werden. Beispielsweise ist eine solche gezielt zu eliminierende Oberwelle eine sechste elektrische Motorordnung. Es wurde nämlich herausgefunden, dass eine sechste elektrische Motorordnung häufig als besonders dominant in einer Geräuschentwicklung eines insbesondere dreiphasigen Elektromotors hervortritt. Der Elektromotor kann in einer anderen Ausführungsform vier, fünf, sechs oder mehrere Phasen, insbesondere ein Vielfaches von drei Phasen aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit wenigstens zwei ordnungsbezogene Stromformeinheiten auf, welche jeweils ausgebildet sind, das Überlagerungssignal für wenigstens zwei, oder mehrere Ordnungen unabhängig voneinander zu erzeugen. Vorteilhaft kann so auf einzelne Oberwellen im Betrieb der Maschine als Elektromotor gezielt Einfluss genommen werden.
Beispielsweise kann die sechste Oberwelle vollständig eliminiert werden, und eine weitere Oberwelle, beispielsweise eine dritte Oberweiche, nur zu einem Teil eliminiert werden, so dass einzelne Oberwellen auf ein vorbestimmtes Maß oder einen vorbestimmten Pegel oder Anteil an der Grundfrequenz eingestellt werden können. Vorteilhaft kann so beispielsweise eine Leistungsabgabe der Maschine im Motorbetrieb verbessert werden, insoweit nämlich erkannt wurde, dass negativkompensierte und so überkompensierte Oberwellen eine
Leistungsabgabe des Motors reduzieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ordnungs-Analysator ausgebildet, die Oberwellen, - insbesondere eine Amplitude und/oder eine Phasenlage der Oberwellen - für den positiven und für den negativen Anteil unabhängig voneinander zu erfassen und für die Anteile jeweils ein Koeffizientensignal zu erzeugen, das einen Anteil der Oberwelle im erfassten Strom repräsentiert. So kann der Anteil der Oberwellen im Strom vorteilhaft - insbesondere in situ - erfasst, und von der Steuereinheit - insbesondere gemäß einem vorbestimmten Regelalgorithmus - kompensiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit einen
Oberwellengenerator auf, welcher ausgebildet ist, in Abhängigkeit des
Koeffizientensignals einen die Oberwellen repräsentierenden Strom jeweils für die Anteile nachzubilden, und dieses von dem Stromsignal zu subtrahieren. Die Steuereinheit weist bevorzugt einen Regler, insbesondere einen Proportional- und/oder Integralregler auf, weicher zur feldorientierten Regelung des
Maschinenstromes, insbesondere Motorstromes oder Generatorstromes, ausgebildet ist. Bevorzugt ist der Oberwellengenerator ausgangsseitig mit einem Eingang des Reglers verbunden. Auf diese Weise kann der Regler vorteilhaft beim Regeln des Maschinenstromes von den Oberwellenanteilen entlastet werden, wodurch der Rechenaufwand des Reglers vorteilhaft reduziert werden kann. Weiter vorteilhaft weist ein Regler der vorgenannten Art ein verbessertes Konvergenzverhalten auf, im Vergleich zu einer Regelung, welche ohne
Oberwellensynthese rückgekoppelt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit wenigstens einen Oberwellen-Diskriminator auf. Der Oberwellen-Diskriminator ist ausgebildet, für den positiven und/oder den negativen Anteil jeweils die Anteile der Oberwellen in Abhängigkeit des Koeffizientensignals mit einem einen Vorgabewert
repräsentierenden Vorgabedatensatz, insbesondere
Koeffizientenreferenzwertdatensatz, zu vergleichen. Weiter bevorzugt ist der Oberwellen-Diskriminator ausgebildet, für die Anteile jeweils ein - bevorzugt eine Abweichung des Koeffizientensignals von dem Vorgebedatensatz repräsentierendes - Koeffizientendifferenzsignal zur Regelung des
Oberwellenanteils zu erzeugen. Durch die so gebildete für den positiven und den negativen Anteil jeweils unabhängige und voneinander getrennte Erzeugung der Koeffizientendifferenzsignale kann eine besonders effiziente
Oberwellenkompensation erfolgen, wobei ein Oberwellenanteil, welcher in dem Motorstrom beim Betreiben der elektrischen Maschine verbleibt, besonders gering ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit für den positiven und für den negativen Anteil jeweils einen Winkelschieber, im Folgenden auch Drehglied genannt auf, welcher ausgebildet ist, einen Drehwinkel des positiven beziehungsweise negativen Anteils um einen vorbestimmten Winkel zu versetzen. Bevorzugt ist der Winkelschieber ausgebildet, einen Drehwinkel des positiven beziehungsweise des negativen Stromvektors jeweils in 45-Grad- Schritten zu versetzen. Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit, insbesondere der Winkelschieber, ausgebildet, den Drehwinkel in Abhängigkeit einer Sollvorgabe für eine Motordrehzahl und/oder ein von dem Motor abzugebendes Drehmoment zu versetzen. Der Winkelbetrag des Winkelversatzes, und so die
Winkelverschiebung des entsprechenden Stromvektors, hängt so von einem Arbeitspunkt des Motors, insbesondere der Motordrehzahl und/oder dem
Motordrehmoment ab.
Der Winkelschieber ist bevorzugt Bestandteil der Stromform-Einheit, welche ausgebildet ist, das Überlagerungssignal zum Aufschalten auf den
Motorstromregler, insbesondere einen FOR-Regler (FOR = Feld-Orientierte- Regelung), zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine, insbesondere Generator und/oder Elektromotor. Die Maschine weist bevorzugt die vorab beschriebene Steuereinheit auf und einen mit der Steuereinheit wirkverbundenen Stator umfassend für jede Phase wenigstens eine Statorspule.
Die Erfindung betrifft auch einen elektrischen Antrieb für ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug oder Elektrofahrrad mit der elektrischen Maschine.
Die Erfindung betrifft auch eine Lenkvorrichtung mit der elektrischen Maschine, wobei die Maschine ausgebildet ist, ein ein Fahrzeuglenken unterstützendes Lenkmoment zu erzeugen.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren
Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmalen.
Figur 1 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine Steuereinheit für eine elektrische Maschine mit einer Current-Shaping-Einheit, welche ausgebildet ist, ein Oberwellen beeinflussendes Überlagerungssignal zur additiven
Überlagerung innerhalb eines FOR-Reglers zu erzeugen;
Figur 2 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine in Figur 1 dargestellte Current-Shaping-Einheit im Detail;
Figur 3 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine
ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit, die ausgebildet ist, eine
vorbestimmte Oberwelle zu einer Grundfrequenz, auch Ordnung genannt, zu formen und dazu ein die Oberwelle beeinflussendes Überlagerungssignal zu erzeugen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Steuereinheit 1. Die Steuereinheit 1 weist einen Ausgang zum Verbinden mit einer elektrischen Maschine 2 auf, und ist ausgebildet, die Maschine 2 zum Drehbewegen eines Rotors 3 der Maschine 2 zu bestromen. Die Steuereinheit 1 weist einen Eingang 4 für ein Sollmomentsignal auf, welches ein von der Maschine zu erzeugendes
Drehmoment repräsentiert. Die Steuereinheit 1 weist auch eine
Sollwertvorgabeeinheit 5 auf, welche eingangsseitig mit dem Eingang 4 verbunden ist und welche ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Sollmomentsignals ausgangsseitig ein Stromvorgabesignal, insbesondere in einer D-Q-Ebene zu erzeugen, um dieses ausgangsseitig an einem Subtrahierglied 7 der
Steuereinheit 1 bereitzustellen. Das Subtrahierglied 7 ist über eine
Verbindungsleitung 26 eingangsseitig mit der Sollwertvorgabeeinheit 5 verbunden, und ist ausgebildet, in Abhängigkeit eines eingangsseitig
empfangenen, einen erfassten Motorstrom repräsentierenden, Motorstromsignals und in Abhängigkeit des Stromvorgabesignals ein Stromvorgabesignal zu erzeugen, das eine Regelabweichung, insbesondere in der D-Q-Ebene repräsentiert. Die Steuereinheit 1 weist auch eine Regeleinheit 6 auf, welche eingangsseitig über eine Verbindungsleitung 25 mit dem Subtrahierglied 7 verbunden ist, und welche ausgebildet ist, in Abhängigkeit des eingangsseitig empfangenen Differenzstromvorgabesignals ein Spannungsstellsignal, insbesondere in der D-Q-Ebene, zu erzeugen, welches eine von der
Steuereinheit zu erzeugende Ausgangsspannung zum Betrieb der Maschine 2 repräsentiert. Die Regeleinheit 6 ist ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 24 mit einem Addierglied 9 verbunden. Das Addierglied 9 ist eingangsseitig über die Verbindungsleitung 24 mit der Regeleinheit 6, und über eine weitere
Verbindungsleitung 22 eingangsseitig mit einer Stromformeinheit, in Folgenden auch Current-Shaping-Einheit 13 genannt, verbunden. Das Addierglied 9 ist ausgebildet, in Abhängigkeit des von der Regeleinheit 6 erzeugten
Spannungssignals, insbesondere der D-Q-Ebene, und in Abhängigkeit eines über eine Verbindungsleitung 22 empfangenen Überlagerungssignals, das eine zu erzeugende Kompensationsspannung, oder eine Korrekturspannung, insbesondere in der D-Q-Ebene repräsentiert, ein modifiziertes Stellsignal - insbesondere durch Addition der eingangsseitig empfangenen Signale - zu erzeugen und dieses ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 29 an einen Parktransformator 8 zu senden. Der Parktransformator 8 ist Bestandteil der Steuereinheit 1 und ist ausgebildet, das modifizierte Stellsignal, das eine
Spannungsstellgröße in der D-Q-Ebene repräsentiert, eingangsseitig zu empfangen und mittels Parktransformation ein Stellsignal, insbesondere in einer Alpha-Beta-Ebene zu erzeugen und das parktransformierte Stellsignal über eine Verbindungsleitung 30 an einen Clarke-Transformator 10 zu senden. Der Clarke- Transformator 10 ist ausgebildet, in Abhängigkeit des eingangsseitig
empfangene Stellsignals drei unabhängig voneinander schwingende
Steuersignale, insbesondere in einer Drei-Phasen-Ebene, zum
pulsweitenmodulierten Ansteuern von drei Statorspulen, und so drei Phasen der Maschine 2 zu erzeugen.
Die Steuereinheit 1 weist neben dem Clarke-Transformator auch einen
Pulsweitenmodulator 1 1 , und einen Pulswechselrichter 12 auf. Der
Pulsweitenmodulator 1 1 ist eingangsseitig über eine Verbindungsleitung 31 mit dem Clarke-Transformator 10 verbunden und ist ausgebildet, das die Drei- Phasen-Signale repräsentierende Stellsignal eingangsseitig zu empfangen, und mittels Pulsweitenmodulation ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal, im
Folgenden auch PWM-Signal genannt, zu erzeugen und ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 32 an den Pulswechselrichter 12 auszugeben. Der Pulswechselrichter 12 ist ausgangsseitig mittels einer Verbindungsleitung 33 mit der Maschine 2 verbunden und ist zum Bestromen der Maschine 2 ausgebildet. Der Pulswechselrichter 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise als B6-Brücke ausgebildet und weist dazu drei Halbleiterschalter-Halbbrücken auf, sodass jede Halbleiterschalter-Halbbrücke einen Phasenstrom für eine Phase der elektrischen Maschine 2 erzeugen kann. Die Maschine 2 kann ein den Phasenströmen entsprechendes - durch die Current-Shaping-Einheit 13 beeinflusstes - Drehmoment 34 mit reduzierter oder befreiter
Drehmomentwelligkeit abgeben.
Die elektrische Maschine 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen - in Figur 1 nicht dargestellten - Rotorpositionssensor auf, welcher ausgebildet ist, einen Phasenwinkel des Rotors 3 zu erfassen und ein Rotorpositionssignal zu erzeugen, das eine Rotorposition des Rotors 3 repräsentiert und dieses ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 19 auszugeben. Die Steuereinheit 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch eine Rotorlageerfassungseinheit 17 auf, welche eingangsseitig mit dem Rotorpositionssensor, beispielsweise einem Hall-Sensor, einem XMR-Sensor, insbesondere AMR-Sensor (AMR =
Anisotrope-Magneto-Resistive) oder GMR-Sensor (GMR = Giant-Magneto- Restitive), verbunden und ausgebildet ist, ein - insbesondere quantisiertes, beispielsweise digitales einen elektrischen Rotorwinkel repräsentierendes Rotorwinkelsignal zu erzeugen, welches den Rotorwinkel und so die
Rotorposition repräsentiert und dieses ausgangsseitig über eine
Verbindungsleitung 20 und einen Verbindungsknoten 21 an eine Current- Shaping-Einheit 13 zu senden. Die Current-Shaping-Einheit 13 ist Bestandteil der Steuereinheit 1 , und ist ausgebildet, sowohl in Abhängigkeit des eingangsseitig empfangenen Rotorwinkelsignals, als auch in Abhängigkeit eines eingangsseitig empfangenen, den erfassten Statorstrom, insbesondere Motorstrom,
repräsentierenden Motorstromsignals, das bereits erwähnte
Überlagerungssignal, oder ein Korrektursignal zum Kompensieren oder Ändern von Oberwellenanteilen in dem Motorstrom zu erzeugen und dieses
ausgangsseitig an der Verbindungsleitung 22, zum Aufschalten auf das
Spannungsstellsignal durch das Addierglied 9, bereitzustellen.
Die Current-Shaping-Einheit 13 ist ausgebildet, einen Oberwellenanteil des Motorstromsignals insbesondere selektiv für nur eine Oberwelle, für wenigstens zwei Oberwellen, oder für mehrere Oberwellen - insbesondere unabhängig voneinander - zu erzeugen, sodass ein Oberwellenanteil in dem
Motorstromsignal für zueinander verschiedene Oberwellen, bezogen auf eine Grundschwingung des Motorstromsignals, durch die Current-Shaping-Einheit 13 gemäß einem vorbestimmten Vorgabewert eingestellt werden kann.
Die Current-Shaping-Einheit 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel - insbesondere in einer gestrichelt dargestellten Variante der Steuereinheit 1 - über eine gestrichelt dargestellte Verbindungsleitung 23 mit einem Subtrahierglied 11 1 verbunden. Das Subtrahierglied 11 1 ist ausgebildet, ein über die
Verbindungsleitung 23 von der Current-Shaping-Einheit 13 erzeugtes
Oberwellenstromssignal, insbesondere Störstromsignal zu empfangen und dieses von dem Motorstromsignal zu subtrahieren und ausgangsseitig ein Oberwellenstrombefreites, insbesondere störstrom befreites Motorstromsignal über die Verbindungsleitung 27 an das Subtrahierglied 7 zu senden. Die Regeleinheit 6 kann so vorteilhaft beim Regeln der feldorientierten Größen, insbesondere der auf die Maschine 2 zu schaltenden Spannungen, von den Oberwellenanteilen im Motorstrom, die über die Verbindungsleitung 27 auf die Regeleinheit 6 zurückgekoppelt werden können, entlastet sein.
Das bereits erwähnte Motorstromsignal kann von der elektrischen Maschine 2 - beispielsweise von einem Stromsensor, insbesondere einem Shunt- Widerstand - erzeugt werden, und über eine Verbindungsleitung 18 an eine Stromerfassungseinheit 16 gesendet werden. Die Stromerfassungseinheit 16 weist beispielsweise einen Analog-Digital-Wandler auf und ist ausgebildet, das eingangsseitig empfangene Stromsignal insbesondere quantisiert über eine Verbindungsleitung 28 an einen Clarke-Transformator 15 zu senden. Der Clarke- Transformator 15 kann das den Motorstrom für die Phasen des Motors repräsentierende Stromsignal in ein Motorstromsignal, insbesondere in eine Alpha-Beta-Ebene, wandeln und ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 59 an einen Parktransformator 14 senden. Der Parktransformator 14 kann das Stromsignal in der Alpha-Beta-Ebene empfangen und ausgangsseitig ein Stromsignal in einer D-Q-Ebene bereitstellen. Das Stromsignal in der D-Q-Ebene kann in diesem Ausführungsbeispiel über einen Verbindungsknoten 112 an die Current-Shaping-Einheit 13 gesendet werden. Das Subtrahierglied 11 1 ist eingangsseitig mit dem Verbindungsknoten 1 12 verbunden und kann so über den Verbindungsknoten 1 12 das von dem Parktransformator 14 erzeugte
Motorstromsignal in der D-Q-Ebene empfangen.
Die Parktransformatoren 8 und 14 sind jeweils eingangsseitig mit dem
Verbindungsknoten 21 verbunden und können so das den elektrischen
Rotorwinkel repräsentierende Rotorwinkelsignal, erzeugt von dem
Rotorlagesensor 17, empfangen. Das Stromsignal in der D-Q-Ebene, insbesondere repräsentiert durch einen Stromvektor, kann so in Abhängigkeit des Rotorwinkelsignals und des von dem Stromsensor und der
Stromerfassungseinheit 16 erzeugten Motorstromsignals gebildet werden.
Die Current-Shaping-Einheit 13 kann so - wie im Folgenden näher beschrieben - in Abhängigkeit des eingangsseitig empfangenen Rotorpositionssignals und des Motorstromsignals ein Überlagerungssignal erzeugen, welches ausgangsseitig über die Verbindungsleitung 22 an dem Addierglied 9 zur Überlagerung, und so zur Aufschaltung auf das von der Regeleinheit 6 ausgangsseitig bereitgestellte Spannungsstellsignal bereitgestellt werden kann.
Die Steuereinheit 1 weist beispielsweise eine Verarbeitungseinheit, insbesondere Mikroprozessor oder Mikrocontroller auf, welche mit Ausnahme des
Pulswechselrichters 12 durch die bereits erwähnten Komponenten der
Steuereinheit 1 gebildet sein können. Die Verarbeitungseinheit kann durch ein Steuerprogramm gesteuert sein, welches Bestandteil der Verarbeitungseinheit sein kann und in einem gesonderten Speicher vorrätig gehalten sein kann.
Figur 2 zeigt die in Figur 1 bereits dargestellte Current-Shaping-Einheit 13 in einer Detailansicht. Die Current-Shaping-Einheit 13 weist in diesem
Ausführungsbeispiel einen Eingang 41 für ein - insbesondere einen elektrischen Rotorwinkel repräsentierendes -Rotorwinkelsignal auf, welcher in Figur 1 beispielsweise mit dem Verbindungsknoten 21 verbunden sein kann. Die Current-Shaping-Einheit 13 weist auch einen Eingang 42 für das bereits beschriebene Motorstromsignal auf, welcher beispielsweise mit dem in Figur 1 beschriebenen Verbindungsknoten 1 12 verbunden sein kann. Die Current- Shaping-Einheit 13 weist in diesem Ausführungsbeispiel für jede zu
beeinflussende Oberwelle, die beim Betrieb der elektrischen Maschine 2 erzeugt werden kann, wenigstens eine oder nur eine oberwellenbezogene Current- Shaping-Einheit auf, welche ausgebildet ist, ein Überlagerungssignal für die zu beeinflussende Oberwelle zu erzeugen, und ausgangsseitig auszugeben. Die oberwellenbezogene Current-Shaping-Einheit kann so beispielsweise ein Überlagerungssignal zum teilweisen oder zum vollständigen Auslöschen einer Oberwelle erzeugen, oder ein Überlagerungssignal erzeugen, welches eine Verstärkung der Oberwelle gezielt bewirkt.
Die Current-Shaping-Einheit 13 weist in diesem Ausführungsbeispiel für eine erste Oberwelle einer insbesondere elektrischen Drehung der elektrischen Maschine eine ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 35 auf, welche eingangsseitig mit einer Multiplikationseinheit 43 verbunden ist. Die
Multiplikationseinheit 43 ist eingangsseitig mit dem Eingang 41 verbunden und kann von dort das Rotorwinkelsignal empfangen, das einen elektrischen
Rotorwinkel repräsentiert. Die Multiplikationseinheit 43 ist eingangsseitig mit einem Ordnungsspeicher 38 verbunden, in welchem ein Ordnungsdatensatz 1 16 abgespeichert ist, weicher eine erste Motorordnung repräsentiert. Die Multiplikationseinheit 43 kann so durch Multiplizieren des Rotorwinkelsignals mit dem aus dem Ordnungsspeicher 38 ausgelesenen Ordnungsdatensatz 116 aus dem Rotorwinkelsignal mittels Multiplikation ein ordnungsbezogenes
Rotorwinkelsignal zu erzeugen, und dieses an die bereits erwähnte
ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 35 zu senden. Die
ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 35 kann so ein für die erste
Motorordnung gefiltertes Motorstromsignal erzeugen, welches einen Signalanteil der ersten Motorordnung im Motorstrom repräsentiert. Die ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 35 kann in Abhängigkeit des ordnungsgefilterten Motorstromsignals ein für die dem Ordnungsdatensatz 1 16 im Ordnungsspeicher 38 entsprechende Motorordnung beeinflussendes, oder kompensierendes Überlagerungssignal 56, insbesondere in einer D-Q-Ebene, erzeugen und dieses ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 50 an ein Addierglied 46 senden. Die ordnungsbezogene Current-Shapingeinheit 35 ist ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 51 , mit einem weiteren Addierglied 47 verbunden und ist ausgebildet, ein insbesondere ordnungsbezogenes Oberwellenstromsignal zu erzeugen, das einen Oberwellenstromanteil in dem eingangsseitig am Eingang 42 empfangenen Motorstromsignal repräsentiert, und dieses ausgangsseitig an das Addierglied 47 zu senden.
Die Current-Shaping-Einheit 13 weist in diesem Ausführungsbeispiel noch weitere, ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheiten für weitere, höhere insbesondere elektrische Motorordnungen auf. Die Current-Shaping-Einheit 13 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine weitere ordnungsbezogene Current- Shaping-Einheit 36 für eine zweite Motorordnung auf, welche eingangsseitig mit einem Multiplizierglied 44, und mittelbar über das Multiplizierglied 44 mit einem Ordnungsspeicher 39 zum Vorrätighalten eines eine zweiten Motorordnung repräsentierenden Ordnungsdatensatzes 1 17 verbunden ist. Die
ordnungsbezogene Multiplikationseinheit ist eingangsseitig mit dem Eingang 42 und auch mit dem Eingang 41 zum Empfang des Rotorlagesignals,
beziehungsweise des Motorstromsignals verbunden. Die ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 36 ist ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 43 mit dem Addierglied 47 verbunden und kann so das auf die zweite Motorordnung bezogene Störstromsignal, das den Störstromanteil für die zweite Ordnung in dem Motorstromsignal repräsentiert, an das Addierglied 47 senden. Die ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 36 kann ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 52 ein auf die im Ordnungsspeicher 39 bezogenes, ordnungsbezogenes Überlagerungssignal 57, insbesondere
Kompensationssignal, erzeugen und über eine Verbindungsleitung 52 an das Addierglied 46 senden.
Die Current-Shaping-Einheit 13 weist noch beispielhaft eine n-te
ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 37 auf, welche eingangsseitig mit einem Multiplizierglied 45, und mittelbar über das Multiplizierglied 45 mit einem Ordnungsspeicher 40 für einen die n-te Motorordnung repräsentierenden
Ordnungsdatensatz 1 18 verbunden ist. Das Multiplizierglied 45 ist eingangsseitig mit dem Eingang 41 verbunden, sodass die ordnungsbezogene Current-Shaping- Einheit 37 aus dem eingangsseitig am Eingang 42 empfangenen
Motorstromsignal ein für die n-te Ordnung bezogenes Überlagerungssignal 58 erzeugen kann, und dieses über eine Verbindungsleitung 54 an das Addierglied 46 senden kann und ein für die n-te Ordnung gefiltertes Störstromsignal in Abhängigkeit des ordnungsgefilterten Motorstromsignals erzeugen kann, und dieses ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 55 an das Addierglied 47 senden kann. Das Addierglied 47 kann die von den ordnungsbezogenen Current- Shaping-Einheiten empfangenen Oberwellen-Stromsignale, welche jeweils für die entsprechende Motorordnung den Oberwellen-Stromanteil repräsentieren, aufaddieren, und ein Summensignal erzeugen, welches einen
Oberwellenstromanteil, insbesondere Störstromanteil sämtlicher Motorordnungen repräsentiert, welche von den ordnungsbezogenen Current-Shaping-Einheiten erfasst und geformt worden sind. Das Addierglied 47 ist ausgangsseitig mit einem Ausgang 49 verbunden, und kann dort das Summensignal bereitstellen.
Das Addierglied 46 kann die von den ordnungsbezogenen Current-Shaping- Einheiten erzeugten Überlagerungssignale eingangsseitig empfangen, einander aufaddieren und ein Summensignal erzeugen, welches ein Überlagerungssignal bildet, das eine Beeinflussung oder Kompensation der Motorordnungen bewirken kann, welche in den Ordnungsspeichern wie dem Ordnungsspeicher 38, dem Ordnungsspeicher 39 oder dem Ordnungsspeicher 40 vorrätig gehaltenen Ordnungsdatensätzen 116, 117 beziehungsweise 1 18 entsprechen. Das
Addierglied 46 ist ausgangsseitig mit einem Ausgang 48 verbunden und kann das Summensignal an dem Ausgang 48 bereitstellen. Die Current-Shaping-Einheit 13 kann so das Überlagerungssignal für die einzelnen Motorordnungen gesondert und gezielt zur Beeinflussung des akustischen Verhaltens der Maschine 2 beim Betrieb der Maschine erzeugen.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine ordnungsbezogene Current- Shaping-Einheit 60. Die ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 60 kann jeweils anstelle der in Figur 2 dargestellten ordnungsbezogenen Current- Shaping-Einheiten 35, 36 oder 37 der Current-Shaping-Einheit 13 verwirklicht sein.
Die ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 60 ist in diesem
Ausführungsbeispiel zur Oberwellensignalanalyse, zur
Oberwellensignalaufschaltung und zur Oberwellensignalsynthese ausgebildet, wobei die ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 60 ausgebildet ist, die Oberwellensignalanalyse, die Oberwellensignalaufschaltung und die
Oberwellensignalsynthese eines eingangsseitig empfangenen
Motorstromsignals, insbesondere in der D-Q-Ebene, jeweils für einen positiv drehenden und einen negativ drehenden Anteil des Motorstromsignals gesondert, und insbesondere unabhängig voneinander, durchzuführen. Im Folgenden sind Komponenten, die ausgebildet sind, eine Signalverarbeitung für ein Signal bezogen auf eine positive Drehung durchzuführen, als positiv, beispielsweise positive Komponente, bezeichnet. Komponenten, die ausgebildet sind, eine Signalverarbeitung für ein Signal bezogen auf eine negative Drehung durchzuführen, sind als negativ, beispielsweise negative Komponente, bezeichnet.
Die ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 60 weist einen Eingang 71 für das Motorstromsignal, insbesondere in der D-Q-Ebene, auf. Die
ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 60 weist einen zur
Oberwellensignalanalyse ausgebildeten Ordnungsanalysator 65 auf. Der Ordnungsanalysator 65 weist einen positiven Ordnungsanalysator 66 und einen negativen Ordnungsanalysator 67 auf, welche jeweils eingangsseitig mit dem Eingang 71 für das Motorstromsignal verbunden sind. Die ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 60 weist auch einen Eingang 72 für das bereits erwähnte ordnungsbezogene Rotorpositionssignal auf, welches beispielsweise von dem in Figur 2 dargestellten Multiplikationsglied 43 als Ausgangssignal erzeugt werden kann. Die Oberwellensignalanalyse kann so von dem
Ordnungsanalysator 65 für eine vorbestimmte Motorordnung, repräsentiert durch das ordnungsbezogene Rotorpositionssignal, empfangen am Eingang 72 durchgeführt werden. Der positive Ordnungsanalysator 66 und der negative Ordnungsanalysator 67 sind jeweils ausgebildet, einen Anteil der
entsprechenden Motorordnung im Motorstromsignal zu ermitteln und ein den Anteil repräsentierendes positives beziehungsweise negatives
Koeffizientensignal zu erzeugen.
Der positive Ordnungsanalysator 66 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Parktransformator 77 auf, welcher eingangsseitig mit dem Eingang 71 für das Motorstromsignal, und mit einem weiteren Eingang eingangsseitig mit dem Eingang 72 für das ordnungsbezogene Rotorpositionssignal verbunden ist. Der Parktransformator 77 ist ausgebildet, in Abhängigkeit der eingangsseitig empfangenen Signale, nämlich des Motorstromsignals und des
ordnungsbezogenen Rotorpositionssignals, ein ordnungsbezogenes
Motorstromsignal in einer transformierten D-Q-Ebene zu erzeugen, das einen Anteil der entsprechenden Motorordnung in dem Motorstromsignal repräsentiert. Die Oberwellen im Motorstrom repräsentieren häufig einen Störanteil, insoweit deren tonale Anteile am Motorstrom als störend empfunden werden.
Der Anteil der Motorordnung kann so beispielsweise eine Störgröße bilden. Mittels des Parktransformators 77 kann so der periodische, insbesondere ordnungsbezogene Oberwellenstromanteil, insbesondere Störstromanteil, auf ein Gleichstromniveau abgebildet werden. Der positive Ordnungsanalysator 66 weist auch eine Mittelungseinheit 78 auf, welche eingangsseitig über eine
Verbindungsleitung 79 mit dem Parktransformator 77 verbunden ist, und welcher ausgebildet ist, das ordnungsbezogene Motorstromsignal über wenigstens eine ganzzahlige elektrische Motorumdrehung, oder mehrere ganzzahlige elektrische Motorumdrehungen zu mittein, und das ein Mittelungsergebnis
repräsentierendes, insbesondere ordnungsbezogenes, positives
Koeffizientensignal für die entsprechende Motorordnung zu erzeugen, das den positiven Anteil der Motorordnung im Motorstromsignal repräsentiert und ausgangsseitig auszugeben.
Der Ordnungsanalysator 65 weist auch einen ordnungsbezogenen negativen Ordnungsanalysator 67 auf, welcher eingangsseitig mit dem Eingang 71 für das Motorstromsignal, und mit einem weiteren Eingang mit dem Eingang 72 für das ordnungsbezogene Rotorpositionssignal verbunden ist. Der negative
Ordnungsanalysator 67 weist einen Parktransformator 107 auf, und ein
Multiplikationsglied 1 10, welches eingangsseitig mit dem Eingang 72 für das ordnungsbezogene Rotorpositionssignal verbunden ist, und welches
ausgangsseitig mit dem Parktransformator 107 verbunden ist. Das
Multiplikationsglied 1 10 ist eingangsseitig mit einem Negativwertspeicher 109 verbunden, in welchem ein Negativwertdatensatz vorrätig gehalten ist, welcher beispielsweise den Negativwert minus eins repräsentiert. Mittels des so ausgebildeten Multiplikationsgliedes 1 10 können aus dem Motorstromsignal mittels des Parktransformators 107 ein negierter Anteil des Motorstromsignals erzeugt werden. Der Parktransformator kann so ausgangsseitig ein
ordnungsbezogenes Motorstromsignal für eine vorbestimmte Motorordnung, und nur für den negativen Anteil der Motorordnung erzeugen, und ausgangsseitig ausgeben. Mit dem Parktransformator 107 ist ausgangsseitig über eine
Verbindungsleitung 108 eine Mittelungseinheit 106 verbunden, welche - wie die Mittelungseinheit 78 - das eingangsseitig empfangene ordnungsbezogene Motorstromsignal über wenigstens eine ganzzahlige Motordrehung hinwegmittein kann, und ausgangsseitig das negative Koeffizientensignal ausgeben kann, welches einen Anteil der Motorordnung mit negativer Drehung in dem
Motorstromsignal repräsentiert.
Der Ordnungsanalysator 65 bildet in diesem Ausführungsbeispiel den bereits erwähnten Oberwellenanalysator. Die ordnungsbezogene Current-Shaping- Einheit 60 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch eine
Oberwellenaufschalteinheit 61 auf. Die Oberwellenaufschalteinheit 61 umfasst eine positive Aufschalteinheit 62 und eine negative Aufschalteinheit 63. Die positive Aufschalteinheit 62 weist einen Eingang 68 für das von dem positiven Analysator 66 erzeugte positive Koeffizientensignal auf. Die negative
Aufschalteinheit 63 weist einen Eingang 70 für das von dem negativen
Analysator 67 erzeugte negative Koeffizientensignal auf. Die
Oberwellenaufschalteinheit 61 weist auch einen Eingang 69 auf, welcher mit dem Eingang 72 für das ordnungsbezogene Rotorpositionssignal verbunden ist. Die positive Aufschalteinheit 62 ist ausgebildet, das eingangsseitig empfangene positive Koeffizientensignal mit einem Koeffizientensollwert zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses - insbesondere mittels eines Reglers - ein positives Spannungsstellsignal zum Erzeugen einer Motorspannung zu erzeugen, und dieses ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 87 auszugeben. Die negative Aufschalteinheit 63 ist ausgebildet, das eingangsseitig am Eingang 70 empfangene negative Koeffizientensignal mit einem negativen Koeffizientenreferenzwert zu vergleichen und in Abhängigkeit eines
Vergleichsergebnisses - insbesondere mittels eines Reglers - ein negatives Spannungsstellsignal zum Ansteuern des Motors zu erzeugen und dieses über eine Verbindungsleitung 93 auszugeben. Die Verbindungsleitungen 87 und 93, und so die Ausgänge der positiven Aufschalteinheit 62 beziehungsweise der negativen Aufschalteinheit 63, sind mit einem Addierglied 64 verbunden, welches ausgebildet ist, das positive Spannungsstellsignal und das negative
Spannungsstellsignal einander aufzuaddieren, und ausgangsseitig ein
Summenstellsignal zu erzeugen, welches eine zum Erzeugen der
Motorspannung repräsentiert, und dieses an einem Ausgang 73 bereitzustellen.
Die positive Aufschalteinheit 62 weist dazu ein Subtrahierglied 81 , zuvor auch Diskriminator genannt auf, welches eingangsseitig - insbesondere mit einem negativen Eingang - mit dem Eingang 68 verbunden ist und mit einem weiteren Eingang mit einem Koeffizientenreferenzwertspeicher 82 verbunden ist, in welchem ein einen Anteil der entsprechenden Oberwelle repräsentierender Koeffizientenreferenzwertdatensatz 1 14, welcher den zuvor genannten
Vorgabedatensatz bildet, für den positiven Anteil vorrätig gehalten ist. Das Subtrahierglied 81 , zuvor auch Oberwellendiskriminator genannt, ist ausgebildet, ein Subtraktionsergebnis aus dem Koeffizientensollwert und dem positiven Koeffizientensignal zu erzeugen, das eine Abweichung des positiven
Koeffizientensignals von dem positiven Koeffizientenreferenzwertdatensatz 114 repräsentiert, und ein das Subtraktionsergebnis repräsentierendes
Koeffizientenstellsignal zu erzeugen und an einen Regler 80 zu senden. Der Regler 80 ist beispielsweise ein Integral-Regler, welcher ausgebildet ist, insbesondere iterativ einen Ausgangswert der Ausgangsspannung, repräsentiert durch das positive Spannungssignal, an den Koeffizienten referenzwert anzugleichen. Der Regler 80 ist ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 84 mit einem Drehglied 83, vorab auch Winkelschieber genannt, verbunden, welches ausgebildet ist, einen Vektor eines durch das Ausgangssignal des Reglers 80, welcher einen positiven Spannungsoberwellenanteil für die entsprechende Ordnung repräsentiert, um einen vorbestimmten Drehwinkel, insbesondere Motorwinkel, zu drehen, und so eine Konvergenz der Regelung zu bewirken, und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das einen
Spannungsoberwellenanteil der entsprechenden Ordnung nach
Konvergenzdrehung repräsentiert, und dieses über eine Verbindungsleitung 86 auszugeben.
Die positive Aufschalteinheit 62 weist auch einen inversen Parktransformator 85 auf, welcher eingangsseitig über die Verbindungsleitung 86 mit dem Drehglied 83 verbunden ist, und über einen weiteren Eingang mit dem Eingang 69 für das ordnungsbezogene Rotorpositionssignal verbunden ist. Der inverse
Parktransformator 85 ist ausgebildet, das bereits erwähnte positive
Spannungsstellsignal in Abhängigkeit des eingangsseitig empfangenen, von dem Drehglied 83 erzeugten Ausgangssignals, repräsentierend den
Oberwellenspannungsanteil für die Ordnung nach der Konvergenzdrehung, und in Abhängigkeit des am Eingang 69 empfangenen ordnungsbezogenen
Rotorwinkelsignals zu erzeugen, und dieses ausgangsseitig über die
Verbindungsleitung 87 an das Addierglied 64 auszugeben.
Die negative Aufschalteinheit 63 weist ein dem Subtrahierglied 81
entsprechendes Subtrahierglied 94 auf, welches mit einem negativen Eingang mit dem Eingang 70 verbunden ist, und mit einem Referenzeingang mit einem Koeffizientenreferenzwertspeicher 95 verbunden ist, in welchem ein einen Anteil der entsprechenden Oberwelle repräsentierender
Koeffizientenreferenzwertdatensatz 115, welcher den zuvor genannten
Vorgebedatensatz bildet, für den negativen Anteil vorrätig gehalten ist. Das Subtrahierglied 94 ist ausgebildet, ausgangsseitig ein negatives
Koeffizientenstellsignal zu erzeugen, welches eine Differenz, und so eine Abweichung des Koeffizientensignals von dem negativen
Koeffizientenreferenzwertdatensatz 1 15 repräsentiert, und dieses ausgangsseitig an einen Regler 88 der negativen Aufschalteinheit 63 zu senden. Der Regler 88 kann - insbesondere mittels Integrationsregelung - ein Ausgangssignal erzeugen, das einen negativen Spannungsoberwellenanteil für die entsprechende Ordnung repräsentiert.
Das Ausgangssignal des Reglers 88 kann in einem weiteren Verarbeitungsschritt der Signalverarbeitung mittels eines Drehgliedes 89 um einen vorbestimmten Rotorwinkelbetrag gedreht werden, und ein Ausgangssignal erzeugt werden, das einen negativen Spannungsoberwellenanteil für die entsprechende Ordnung nach Konvergenzdrehung repräsentiert. Die negative Aufschalteinheit 63 weist auch einen inversen Parktransformator 90 auf, welcher eingangsseitig mit dem Ausgang des Drehgliedes 89 verbunden ist, und so von dort das
Ausgangssignal, repräsentierend den negativen Spannungsoberwellenanteil für die Ordnung nach Konvergenzdrehung empfangen kann. Der inverse
Parktransformator 90 weist auch einen weiteren Eingang für einen negativen Anteil des Rotorwinkelsignals auf, welcher über ein Multiplikationsglied 91 mit dem Eingang 69 verbunden ist. Das Multiplikationsglied 91 ist eingangsseitig auch mit einem Speicher 92 verbunden, in dem ein negativer Multiplikationswert, beispielsweise den Wert minus eins, vorrätig gehalten ist. Das
Multiplikationsglied 91 kann so aus dem Rotorwinkelsignal die negativen
Drehanteile ermitteln, womit der inverse Parktransformator 90 aus dem
Ausgangssignal des Drehgliedes 89 das bereits erwähnte negative
Spannungsstellsignal erzeugen kann, welches dann über die Verbindungsleitung 93 an das Addierglied 64 zur Superposition mit dem positiven
Spannungsstellsignal, empfangen über die Verbindungsleitung 87, gesendet werden kann.
Die ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 60 weist auch eine
Ordnungssyntheseeinheit 113, zuvor auch Oberwellengenerator genannt, auf.
Die Ordnungssyntheseeinheit 1 13 weist eine positive Transformationseinheit 75 und eine negative Transformationseinheit 76 auf. Die Ordnungssyntheseeinheit 1 13 weist auch ein Addierglied 103 auf, welches eingangsseitig über eine Verbindungsleitung 104 mit der positiven Transformationseinheit 75, und über eine Verbindungsleitung 105 mit der negativen Transformationseinheit 76 verbunden ist. Die positive Transformationseinheit 75 weist einen inversen Parktransformator 96 auf, welcher eingangsseitig über eine Verbindungsleitung 100 mit dem Eingang 68 für das positive Koeffizientensignal verbunden ist. Die negative Transformationseinheit 76 weist einen inversen Parktransformator 97 auf, welcher eingangsseitig über eine Verbindungsleitung 102 mit dem Eingang 70 für das negative Koeffizientensignal verbunden ist. Die inversen
Parktransformatoren sind jeweils zur inversen Parktransformation ausgebildet und können ausgangsseitig ein Ausgangssignal in der D-Q-Ebene erzeugen. Der Parktransformator 97 ist eingangsseitig mit einem Multiplikationsglied 98 als Bestandteil der negativen Syntheseeinheit 76 verbunden. Das Multiplikationsglied 98 ist mit einem Negativwertspeicher 99 verbunden, in dem ein Datensatz, repräsentierend einen negativen Wert, beispielsweise den Wert minus eins, vorrätig gehalten ist. Das Multiplikationsglied 98 ist ein ganzseitig über eine Verbindungsleitung 101 mit dem Eingang 69 für das
ordnungsbezogene Rotorpositionssignal verbunden. Der inverse
Parktransformator 96 ist ebenfalls über die Verbindungsleitung 101 mit dem Eingang 69 für das ordnungsbezogene Rotorpositionssignal verbunden. Die Ordnungssyntheseeinheit 113 bildet in diesem Ausführungsbeispiel einen weiteren Teil innerhalb der ordnungsbezogenen Current-Shaping-Einheit 60 dar, welche beispielsweise optional, das heißt zusätzlich zu der
Ordnungsaufschalteinheit 61 , und zusätzlich zum Ordnungsanalysator 65 ausgebildet sein kann. Die ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 60 kann so in einer Variante keine Ordnungssyntheseeinheit 1 13 aufweisen.
Die Ordnungssyntheseeinheit 113 ist ausgebildet, synthetisch ein synthetisiertes Oberwellenstromsignal für eine vorbestimmte Motorordnung zu erzeugen, und dieses ausgangsseitig an einem Ausgang 74 bereitzustellen.
Das Addierglied 103 ist ausgangsseitig mit dem Ausgang 74 verbunden und ist ausgebildet, ein von der positiven Transformationseinheit 75 synthetisch erzeugtes, insbesondere ordnungsbezogenes Oberwellenstromsignal mit positiver Drehrichtung, und ein von der negativen Transformationseinheit 76 synthetisch erzeugtes negatives, insbesondere ordnungsbezogenes
Oberwellenstromsignal mit negativer Drehrichtung einander aufzuaddieren, und ein synthetisch erzeugtes Summenoberwellenstromsignal zu erzeugen, und dieses am Ausgang 74 bereitzustellen.
Der inverse Parktransformator 97 kann mittels des über das Multiplikationsglied 98 empfangenen, negierten Anteils des ordnungsbezogenen Rotorwinkelsignals, und in Abhängigkeit des vom Eingang 70 empfangenen negativen
Koeffizientensignals, das eine negative Drehung repräsentiert, mittels inverser Parktransformation das synthetisch erzeugte negative Oberwellenstromsignal in der D-Q-Ebene erzeugen, und ausgangsseitig über die Verbindungsleitung 105 an das Addierglied 103 senden.
Der Ausgang 74 der ordnungsbezogenen Current-Shaping-Einheit 60 kann in Figur 2 beispielsweise mit der Verbindungsleitung 51 , mit der Verbindungsleitung 53 oder anstelle der ordnungsbezogenen Current-Shaping-Einheit 37 mit der Verbindungsleitung 55 verbunden sein. Mittels der ordnungsbezogenen Current- Shaping-Einheit 60 kann so vorteilhaft ein ordnungsbezogenes
Spannungsstellsignal, und im Falle der ordnungsbezogenen
Oberwellensyntheseeinheit 1 13 ein synthetisch erzeugtes ordnungsbezogenes
Oberwellenstromsignal erzeugt werden, wobei positive und negative
Signalanteile, die jeweils eine positive beziehungsweise negative Drehung repräsentieren, in der ordnungsbezogenen Current-Shaping-Einheit 60 jeweils unabhängig voneinander erzeugt worden sind.
Mittels des Reglers 80 für den positiven Anteil und des Reglers 88 für den negativen Anteil kann die ordnungsbezogene Current-Shaping-Einheit 60 den Anteil der in den Ordnungsspeichern 38, 39 und 40 vorrätiggehaltenen
Ordnungsdatensätzen entsprechenden Oberwellen im Motorstrom gemäß dem in dem Koeffizientenreferenzwertspeichern 82 und 95 vorrätiggehaltenen
Koeffizientenreferenzwertdatensätzen 1 14 beziehungsweise 115 einstellen. Auf diese Weise kann die Current-Shaping-Einheit 13 einzelne oder mehrere
Oberwellen im Motorstrom unabhängig voneinander eliminieren, reduzieren, oder zum Erzeugen eines vorbestimmten Soll-Klangbildes auf einen vorbestimmten Wert einstellen.

Claims

Ansprüche
1. Steuereinheit (1 ) für eine elektrische Maschine (2) mit einem Stator und einem Rotor (3), wobei die Steuereinheit (1 ) ausgebildet ist, ein insbesondere pulsweitenmoduliertes, einen in den Stator einzuspeisenden Strom
repräsentierendes Steuersignal zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zu erzeugen und dieses ausgangsseitig auszugeben, wobei die Steuereinheit (1 ) ausgebildet ist, dem Steuersignal ein wenigstens eine Oberwelle
repräsentierendes Überlagerungssignal zu überlagern, so dass Oberwellen in einem Maschinenstrom der Maschine (2) reduziert oder eliminiert werden können,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (1 ) ausgebildet ist, das Überlagerungssignal (56, 57, 58) mit wenigstens oder nur zwei zueinander verschiedenen Anteilen zu erzeugen, wobei ein positiver Anteil einen in Rotorumlaufrichtung drehenden Stromvektor repräsentiert und ein negativer Anteil einen entgegen der Rotorumlaufrichtung drehenden Stromvektor repräsentiert.
2. Steuereinheit nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (1 ) ausgebildet ist, die positiven und negativen Anteile des Überlagerungssignals (56) unabhängig voneinander und/oder getrennt voneinander zu erzeugen.
3. Steuereinheit (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (1 ) einen Eingang (42) für ein einen erfassten Statorstrom repräsentierendes Stromsignal aufweist und ausgebildet ist, das
Überlagerungssignal (56, 57, 58) in Abhängigkeit des Stromsignals zu erzeugen, wobei die Steuereinheit (1 ) einen mit dem Eingang (42, 71 ) verbundenen Ordnungsanalysator (65, 66, 67) aufweist, welcher ausgebildet ist, aus dem Stromsignal ein positives Stromsignal zu erzeugen, das einem positiven Anteil des Statorstromes entspricht und einen negativen Anteil zu erzeugen, der einem negativen Anteil des Statorstromes entspricht.
4. Steuereinheit (1 ) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (1 ) der Ordnungs-Analysator (65, 66, 67) ausgebildet ist, die Oberwellen, - insbesondere eine Amplitude der Oberwellen und/oder eine Phasenlage - für den positive und den negativen Anteil unabhängig voneinander zu erfassen und für die Anteile jeweils ein Koeffizientensignal zu erzeugen, das einen Anteil der Oberwelle im Strom repräsentiert.
5. Steuereinheit nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit einen Oberwellen-Generator (113) aufweist, welcher ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Koeffizientensignals einen die Oberwellen repräsentierenden Strom jeweils für die Anteile nachzubilden und dieses von dem Stromsignal zu subtrahieren.
6. Steuereinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (1 ) einen Eingang (72) für ein einen Rotorwinkel
repräsentierendes Rotorpositionssignal aufweist, und ausgebildet ist, das Überlagerungssignal (56, 57, 58) in Abhängigkeit des Rotorpositionssignals zu erzeugen.
7. Steuereinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (1 ) wenigstens eine ordnungsbezogene Stromformeinheit (35, 36, 37, 60) aufweist, welcher ausgebildet ist, das Überlagerungssignal (56, 57, 58) für eine vorbestimmte Ordnung zu erzeugen.
8. Steuereinheit (1 ) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (1 ) wenigstens zwei ordnungsbezogene Stromformeinheiten (35, 36, 37, 60) aufweist, welche jeweils ausgebildet sind, das
Überlagerungssignal (56, 57, 58) für wenigstens zwei oder mehrere Ordnungen unabhängig voneinander zu erzeugen.
9. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit wenigstens einen Oberwellen-Diskriminator (81 , 94) aufweist, welcher ausgebildet ist, für den positiven und/oder den negativen Anteil jeweils die Anteile der Oberwellen in Abhängigkeit des Koeffizientensignals mit einem einen Vorgabewert repräsentierenden Vorgabedatensatz (1 14, 1 15) zu vergleichen und für die Anteile jeweils ein Koeffizientendifferenzsignal zu erzeugen.
10. Steuereinheit (1 ) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (1 ) für den positiven und den negativen Anteil jeweils einen Winkelschieber (83, 89) aufweist, welcher ausgebildet ist, einen Drehwinkel des positiven beziehungsweise negativen Anteils um einen vorbestimmten Winkel zu versetzen.
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