WO2022117615A2 - Verfahren zum ermitteln einer korrekturinformation, verfahren zur regelung einer elektrischen maschine, vorrichtung, elektrische antriebseinrichtung, wärmepumpe - Google Patents

Verfahren zum ermitteln einer korrekturinformation, verfahren zur regelung einer elektrischen maschine, vorrichtung, elektrische antriebseinrichtung, wärmepumpe Download PDF

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angle
rotor
interference wave
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David Gaenzle
Maximilian MANDERLA
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y10S388/902—Compensation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining correction information for an electrical machine that has a stator winding and a rotatably mounted rotor with a plurality of pole pairs.
  • the invention also relates to a method for controlling such an electrical machine.
  • the invention relates to a device for determining a correction instruction, with a control unit.
  • the invention relates to a device for controlling an electrical machine, with a control unit.
  • the invention also relates to an electric drive device and a heat pump.
  • An electrical machine usually has a rotatably mounted rotor and a stator with a stator winding.
  • the stator winding is distributed around the rotor in such a way that the rotor can be rotated by suitably energizing the stator winding.
  • Induction machines such as squirrel-cage asynchronous machines or permanent-magnet synchronous machines, do not have an ideal sinusoidal shape due to their design Flux distribution in the air gap. During operation, this leads to non-uniform torques with harmonics when controlled with sinusoidal currents.
  • This control is essentially designed for controlling the fundamental wave of the current, with the fundamental wave of the current being transformed into equal values in a co-rotating coordinate system with the rotor for this purpose by means of the d/q transformation.
  • These constants are also referred to as torque-forming current iq and flux-forming current id.
  • the equal values are controlled in the rotor-fixed coordinate system and the determined manipulated variables ud, uq are then transformed back and used as the fundamental wave of the voltage to control the electrical machine. It is not possible to influence or reduce harmonics with this.
  • a method for determining correction information for an electrical machine which has a stator winding and a rotatable bearing rotor having several pairs of poles.
  • the method according to the invention is characterized by the features of claim 1 in that a reference angle of rotation of the rotor is selected, that an actual variable influenced by rotation of the rotor is determined and monitored for interference waves, that when an interference wave is detected, a Interference wave correction instruction related to the reference angle of rotation to compensate for the detected interference wave and a reference feature of the interference wave related to the reference angle of rotation are determined, that a reference angle of rotation value of the reference angle of rotation related to an angle of rotation interval that is traversed during an electrical revolution of the rotor, is determined, and that the interference wave correction instruction determined, the reference feature determined and the reference angle of rotation value determined are assigned to one another and stored as correction information.
  • the electrical angle of rotation of the rotor runs through an angle of rotation interval of n*360° during one mechanical revolution of the rotor, where n is the number of pole pairs. If, for example, there are two pairs of poles, then the electrical angle of rotation runs through an angle of rotation interval of 720°. If there are three pairs of poles, the electrical angle of rotation correspondingly runs through an angle of rotation interval of 1080°. For each pole pair of the rotor, the electrical angle of rotation thus runs through a rotation angle interval of 360° during a mechanical rotation of the rotor. Correspondingly, during one mechanical revolution of the rotor, the rotor runs through a number of electrical revolutions that corresponds to the number of pole pairs.
  • the correction information determined according to the invention contains the interference wave correction instruction and information by means of which the phase position of the interference wave correction instruction can be correctly determined without a rotation angle sensor for detecting the mechanical rotation angle.
  • a reference angle of rotation of the rotor is selected.
  • a specific mechanical angle of rotation of the rotor is selected as the reference angle of rotation.
  • a specific mechanical angle of rotation of the rotor is preferably selected as the reference angle of rotation.
  • An electrical angle of rotation is preferably selected as the reference angle of rotation from an electrical angle of rotation interval that is traversed during a mechanical revolution of the rotor. If, for example, three pairs of poles are present, an electrical angle of rotation is selected from an electrical angle of rotation interval of 1080°. It is fundamentally arbitrary which angle of rotation is selected as the reference angle of rotation. For example, an electrical angle of rotation of 0° is selected as the reference angle of rotation from the electrical angle of rotation interval of 1080°.
  • an actual variable influenced by the rotation of the rotor is determined and monitored for interference waves.
  • An actual variable is to be understood as a variable in the course of which the behavior of the electrical machine affected by harmonics can be recognized as an interference wave.
  • an interference wave correction instruction related to the reference angle of rotation for compensating for the detected interference wave and a reference feature of the interference wave related to the reference angle of rotation are determined.
  • An interference wave correction instruction for compensating for the detected interference wave is to be understood as meaning data which, when taken into account when controlling the electrical machine, results in the interference wave being compensated for.
  • the control matrix mentioned above is a spurious correction instruction.
  • the noise wave correction instruction is related to the reference rotation angle.
  • the interference wave correction instruction itself is also periodic.
  • the interference wave correction instruction is related to the reference angle of rotation in that the interference wave correction instruction has a specific phase position in relation to a reference rotation angle.
  • the reference feature of the interfering wave means a specific property of the interfering wave.
  • the reference feature is also related to the reference angle of rotation.
  • the disturbance wave has the reference feature when the rotation angle of the rotor corresponds to the reference rotation angle.
  • a reference angle of rotation value of the reference angle of rotation is determined in relation to a rotation angle interval that is traversed during an electrical revolution of the rotor.
  • each rotation angle value of the electrical rotation angle interval which is traversed during an electrical rotation of the rotor, is present several times during a mechanical rotation of the rotor.
  • the interference wave correction instruction determined, the reference feature determined, and the reference angle of rotation value determined are assigned to one another and stored as correction information.
  • the interference wave correction instruction is thus stored as a function of the reference feature determined and as a function of the reference angle of rotation value determined.
  • the reference feature and the reference angle of rotation value together enable the phase position of the interference wave correction instruction to be correctly defined.
  • “determining” is to be understood to mean both detecting or measuring and calculating as a function of detected or measured values.
  • the method according to the invention for determining correction information is preferably carried out as part of the calibration of the electrical machine in the factory.
  • the interference wave correction instruction is determined as a function of a sensor signal from an NVH sensor.
  • the control of the electric machine is adjusted in such a way that the sensor signal from the NVH sensor is minimized.
  • the Interference wave correction instruction is then determined as a function of the adjustment made to the control.
  • An acceleration sensor, a laser sensor or an acoustic sensor is preferably used as the NVH sensor.
  • the NVH sensor is preferably an external sensor.
  • the NVH sensor is not part of the electrical machine, but is only assigned to the machine for carrying out the method.
  • the NVH sensor is part of an external correction device.
  • At least one electrical actual phase current flowing through the stator winding is preferably determined as the actual variable.
  • the actual phase currents flowing through the stator winding themselves have a sinusoidal or periodic profile.
  • the interference waves are recognizable in the course of the actual phase currents based on the amplitude of the actual phase current. Determining an actual phase current as an actual variable is particularly suitable because the actual phase currents are generally determined anyway by the standard sensors of the electrical machine.
  • the torque-forming current is determined as the actual variable. As mentioned above, this is related to a rotor-fixed coordinate system and is correspondingly present as equal values. Because the torque-generating current is of the same magnitude, the interference waves are particularly easy to detect. As an alternative or in addition, the flux-forming current is preferably determined as the actual variable.
  • the machine is preferably designed to drive a compressor, with a fluid pressure of a fluid delivered by the compressor being determined as the actual variable.
  • the rotor of the machine is then coupled with the compressor to drive it.
  • a behavior of the machine affected by harmonics is therefore also transferred to the fluid pressure of the fluid conveyed by the fluid pump. Accordingly, the disturbance wave can also be recognized in the course of the fluid pressure.
  • a phase position of the interference wave is preferably determined as a reference feature.
  • the phase position of the interference wave is therefore determined in relation to the reference angle of rotation.
  • the phase position is particularly suitable as a reference feature for characterizing the reference angle of rotation, as is explained in the following example.
  • the rotor again has three pairs of poles.
  • the electrical angle of rotation value present at the reference angle of rotation of the rotor is present a total of three times during a mechanical revolution of the rotor.
  • the interference wave is assumed to be an interference wave which is the first harmonic with regard to the mechanical rotational frequency of the rotor.
  • the phase position of the interference wave in relation to the reference angle of rotation is different from that in relation to one of the other angles of rotation at which the same electrical angle of rotation value is present as at the reference angle of rotation.
  • the reference angle of rotation can therefore be clearly distinguished from the other angles of rotation based on the phase position of the interference wave.
  • At least one maximum and/or at least one minimum of the actual size is determined as a reference feature.
  • the maximum or minimum immediately following the presence of the reference angle of rotation is determined as a reference feature.
  • the reference angle of rotation can also be clearly characterized on the basis of the maximum or the minimum.
  • a method for controlling an electrical machine which has a stator winding and a rotatably mounted rotor with a plurality of pole pairs.
  • the method according to the invention for controlling the electrical machine is characterized by the features of claim 8 in that correction information is provided which has an interference wave correction instruction, an electrical reference angle of rotation value and a reference feature that is influenced by rotation of the rotor -Size is determined and monitored for interfering waves, that when an interfering wave is detected for each electrical angle of rotation of the rotor, the angle of rotation value of which corresponds to the reference angle of rotation value, an actual characteristic of the interfering wave related to the electrical angle of rotation is determined, that the determined actual characteristics be compared with the reference characteristic that a phase angle of the interference wave correction instruction is determined as a function of the comparison, and control signals for the electrical machine are determined as a function of the interference wave correction instruction with the established phase angle.
  • a control method is preferably also understood to mean a control method.
  • the electrical machine is activated, preferably regulated, in this case.
  • phase position of the interference wave correction instruction can be correctly defined using the standard sensors of the electrical machine. No additional sensor system, such as a rotation angle sensor, is therefore necessary to compensate for interference waves that occur during operation of the electrical machine.
  • Correction information is preferably provided as correction information, which was determined according to the method according to the invention for determining correction information.
  • An electrical actual phase current flowing through the stator winding, the torque-forming current, the flux-forming current and/or a fluid pressure are preferably determined as the actual variable.
  • a phase position of the interfering wave, a maximum of the interfering wave or a minimum of the interfering wave is preferably determined as the actual characteristic.
  • the determined actual features are compared with the reference feature contained in the correction information, and a phase position of the interference wave correction instruction is defined as a function of the comparison.
  • the actual feature is selected whose deviation from the reference feature is the smallest. It is then assumed that the angle of rotation of the rotor assigned to this actual characteristic corresponds to the reference angle of rotation of the rotor. Because the spurious wave correction command was determined in relation to the reference rotation angle, the phase position of the spurious wave correction command can accordingly be set correctly.
  • control signals for the electrical machine are determined as a function of the interference wave correction instruction with the fixed phase position. The electric machine is then in Regulated as a function of the interference wave correction instruction with the specified phase position.
  • the electrical machine is preferably controlled, in particular regulated, by means of the determined control signals.
  • the electrical machine is controlled and/or controlled by means of the determined control signals.
  • the invention also relates to a device for determining correction information for an electrical machine, the machine having a stator winding and a rotatably mounted rotor with a plurality of pole pairs.
  • the device is distinguished with the features of claim 10 by a control unit which is specially designed to carry out the method according to the invention for determining correction information when used as intended. This also results in the advantages already mentioned with regard to the method. Further preferred features and cumulation of features emerge from the description and from the claims.
  • the invention also relates to a device for controlling an electrical machine, the electrical machine having a stator winding and a rotatably mounted rotor with a plurality of pole pairs.
  • this device is distinguished by a control unit which is specially designed to carry out the method according to the invention for controlling an electrical machine when used as intended. This also results in the advantages already mentioned with regard to the method. Further preferred features and combinations of features emerge from the description and from the claims.
  • the electric drive device has an electric machine and a device for operating the electric machine.
  • the drive device is characterized with the features of claim 12 by the inventive design of the device. This also results in the advantages already mentioned. Other preferred features and Combinations of features result from the description and from the claims.
  • the heat pump according to the invention has a compressor and an electric drive device for driving the compressor.
  • the heat pump is characterized by the features of claim 13 by the design of the drive device according to the invention.
  • Figure 1 shows a heat pump in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a method for determining correction information for an electric machine of the heat pump
  • Figure 3 shows a course of electrical phase currents
  • FIG. 4 shows a spectrum of a torque-forming current
  • Figure 5 shows a course of a fluid pressure
  • FIG. 6 shows a method for controlling the electrical machine.
  • FIG. 1 shows a heat pump 1 in a schematic representation.
  • the heat pump 1 has a compressor 2 .
  • the heat pump 1 also has a condenser 3 , a throttle 4 and an evaporator 5 .
  • An electrical drive device 6 for driving the compressor 2 is assigned to the compressor 2 .
  • the compressor 2 is a twin rotary piston compressor 2.
  • the advantageous effects achieved by the invention can also be achieved when using a different type of compressor.
  • the drive device 6 has an electric machine 7, which has a rotatably mounted rotor and a stator winding.
  • the rotor points several pairs of poles.
  • the rotor has three pairs of poles.
  • the stator winding is distributed around the rotor in such a way that the rotor can be rotated by suitably energizing the stator winding.
  • the stator winding has several phases.
  • the stator winding has three phases U, V and W.
  • the drive device 6 also has an electrical energy store 8 .
  • the energy store 8 is electrically connected to the phases of the stator winding by power electronics 9 having a plurality of switching elements.
  • the drive device 6 also has a device 10 for controlling the electric machine 7 .
  • a control is to be understood in particular as a control without feedback.
  • a control is to be understood in particular as a control without feedback.
  • a regulation can in particular also control.
  • the device 10 has a control unit 11 which is designed to control the electric machine 7 .
  • the control unit 11 is designed to determine control signals for the switching elements of the power electronics 9 and to switch the switching elements on or off depending on the control signals.
  • the electrical machine 7 is controlled, in particular regulated, by means of the control signals.
  • the device 10 also has a data memory 12 . At least one item of correction information is stored/can be stored in the data memory 12 .
  • the data memory 12 is connected to the control unit 11 in terms of communication technology in order to provide the control unit 11 with the correction information.
  • a first sensor device 13 is assigned to the stator winding.
  • the first sensor device 13 is designed to detect electrical actual phase currents flowing through the phases U, V and W of the stator winding.
  • the first sensor device 13 has at least one current sensor.
  • the first sensor device 13 is connected to the control unit 11 in terms of communication technology in order to provide the control unit 11 with the detected actual phase currents.
  • the heat pump 1 also has a second sensor device 14 .
  • the second sensor device 14 is designed to detect a fluid pressure of a fluid conveyed by the compressor 2 .
  • the second sensor device 14 has at least one pressure sensor.
  • the second sensor device 14 is communicatively connected to the control unit 11 in order to make the detected fluid pressure available to the control unit 11 .
  • control unit 11 An advantageous method for determining correction information for the electrical machine 7 is explained in more detail below with reference to FIG. The method is carried out by control unit 11 .
  • a first step S1 the electrical machine 7 is operated using field-oriented control based on an estimated electrical rotation angle. This results in the operation of the machine 7 audible or noticeable vibrations. Such vibrations result from the design properties of the machine 7 on the one hand and from the compression cycles of the compressor 2 driven by the machine 7 on the other hand.
  • a reference angle of rotation (pRef of the rotor is selected.
  • a specific electrical angle of rotation of the rotor is selected as the reference angle of rotation (pRef) from a range of angles of rotation that is traversed during a mechanical revolution of the rotor. Because the rotor has three pairs of poles , the electrical angle of rotation runs through an angle of rotation interval of 1080° during one mechanical revolution of the rotor.
  • the selection of the reference angle of rotation (pRef is fundamentally arbitrary. For example, an electrical angle of rotation of 0° or 540° is selected as the reference angle of rotation (pRef In the following it is assumed that an electrical angle of rotation of 0° is selected as the reference angle of rotation (pRef.
  • a third step S3 an actual variable influenced by a rotation of the rotor is determined and monitored for interference waves. Since the actual quantity is influenced by the rotation of the rotor, the above-mentioned vibrations in the course of the actual quantity can be detected as noise waves. come at it different sizes as the actual size in question, as explained below with reference to Figures 3 to 5.
  • FIG. 3 shows a diagram in which the course of the actual phase currents IU, IV and IW is shown as a function of the mechanical angle of rotation of the rotor.
  • the angle of rotation interval A(p describes a complete revolution of the rotor.
  • the angle of rotation interval Acp therefore corresponds to a mechanical angle of rotation interval of 360°.
  • the angle of rotation interval Acp also corresponds to an electrical angle of rotation interval of 1080°.
  • the actual phase currents therefore pass through three periods in the rotation angle interval Acp
  • the rotation angle interval Acp has three electrical rotation angle intervals Acp1, A>2, Aq>3, which each correspond to an electrical rotation angle of 360°.
  • the actual phase currents are superimposed by an interference wave SW.
  • the interference wave SW means that the various maxima and minima of the phase currents differ from one another.
  • a first maximum M1 of the actual phase current IU is greater than a second maximum M2 of the actual phase current IU.
  • the disturbance wave SW results from the compression cycles of the compressor 2. If the pumped fluid is compressed by the compressor 2, the actual phase currents are increased. Because the compressor 2 is designed as a twin rotary piston compressor 2 and in this respect runs through two compression cycles with each revolution of the rotor, the disturbance wave SW is the first harmonic wave in relation to the rotational frequency of the rotor.
  • FIG. 4 shows a spectrum of the torque-generating current iq.
  • the spectrum was determined by a Fourier transformation of the torque-forming current iq.
  • the spectrum has a signal at a frequency of 100 Hz in the present case. This signal corresponds to the disturbance wave SW.
  • the oscillations therefore also influence a course of the torque-generating current iq, so that the torque-generating current can also be used as an actual variable.
  • the flux-forming current id can also be considered as an actual variable.
  • FIG. 5 shows a course of the fluid pressure P detected by the second sensor device 14.
  • the fluid pressure P of a low-pressure section of the compressor 2 is shown here.
  • the course of the fluid pressure P is also influenced by the disturbance wave SW. In this respect, the fluid pressure P can also be used as an actual variable.
  • step S3 the torque-generating current iq is determined as the actual variable and monitored for interference waves.
  • at least one actual phase current, the flow-forming current id, the fluid pressure P of the low-pressure section of the compressor 2 or the fluid pressure of a high-pressure section of the compressor 2 is determined as the actual variable and monitored for interference waves.
  • an interference wave correction instruction related to the selected reference angle of rotation cpRef is determined for compensating for the interference wave SW.
  • An interference wave correction instruction is to be understood as data which, when taken into account when controlling the electric machine 7, results in the interference wave SW being smoothed out. The interference wave SW is then no longer visible in the progression of the actual variable.
  • control unit 11 determines the interference wave correction instruction as a function of a sensor signal from an NVH sensor.
  • An NVH sensor is to be understood as meaning a sensor which is designed to detect the above-mentioned vibrations.
  • the NVH sensor is an acceleration sensor, a laser sensor or an acoustic sensor.
  • the NVH sensor is assigned to the electrical machine 7 only for carrying out the method illustrated in FIG.
  • the NVH sensor is an external sensor.
  • the control unit 11 preferably changes the actuation of the electric machine 7 in such a way that the sensor signal of the NVH sensor is reduced or minimized.
  • the control unit 11 determines the change in control required for this as an interference wave correction instruction. Because the noise correction command is intended to reduce periodic effects, the noise correction command itself is also periodic.
  • the phase position of the periodic interference wave correction instruction is related to the selected reference angle of rotation cpRef.
  • control unit 11 determines a reference feature of interference wave SW in relation to reference angle of rotation cpRef.
  • a reference feature is a feature of the interference wave SW that is characteristic of the selected reference angle of rotation cpRef.
  • the reference angle of rotation cpRef has an angle of rotation value of 0° in relation to the electrical angle of rotation interval A>1.
  • the electrical rotation angle interval Aq>2 and the electrical rotation angle interval Aq>3 each have a rotation angle with a rotation angle value of 0°, namely the rotation angles >1 and >2.
  • a phase position of the interference wave SW in relation to the reference angle of rotation cpRef is determined as a reference feature.
  • the phase position of the interference wave SW in relation to the reference angle of rotation cpRef is different from that in relation to the angle of rotation >1 or the angle of rotation >2.
  • the phase position is suitable as a reference feature for the unambiguous characterization of the reference angle of rotation cpRef.
  • a sixth step S6 the angle of rotation value of the reference angle of rotation cpRef based on the electrical angle of rotation interval A>1 is determined as the reference angle of rotation value. As already mentioned, this is 0°.
  • a seventh step S7 the interference wave correction instruction that was determined, the reference angle of rotation value that was determined, and the reference feature that was determined are assigned to one another and stored in the data memory 12 as correction information.
  • control unit 11 An advantageous method for controlling the electrical machine 7 is explained in more detail below with reference to FIG. 6 is also carried out by control unit 11.
  • Step VI the electrical machine 7 is operated using field-oriented control based on an estimated electrical angle of rotation. Step VI therefore corresponds to step S1 of the method illustrated in FIG.
  • step V2 the correction information determined according to the method illustrated in FIG. 2 is made available to control unit 11.
  • a third step V3 an actual variable influenced by the rotation of the rotor is determined and monitored for interference waves.
  • the same actual variables that were mentioned above with reference to method step S4 come into consideration here.
  • the actual size that was also taken into account when determining the correction information in step S4 is preferably determined as the actual size.
  • an actual characteristic of the interference wave related to the respective angle of rotation is determined for each electrical angle of rotation of the rotor whose angle of rotation value corresponds to the reference angle of rotation value.
  • the electrical rotation angle values of the rotation angles cpRef, >1 and ⁇ p2 correspond to the reference rotation angle value included in the correction information.
  • an actual characteristic of the interference wave is determined for each of these three angles of rotation.
  • An actual feature is preferably determined which is of the same nature as the reference feature contained in the correction information. If the phase position of the interference wave was determined as a reference feature in step S5, the phase position of the interference wave SW is also determined in step V4 as an actual feature for each of the angles of rotation cpRef, >1 and ⁇ p2.
  • a fifth step V5 the determined actual features are compared with the reference feature.
  • the actual feature is selected that has the smallest deviation from the reference feature. It is assumed that the electrical angle of rotation for which this actual characteristic was determined is the reference angle of rotation cpRef.
  • a sixth step V6 the phase position of the interference wave correction instruction contained in the correction information is specified. Because the interference wave correction instruction relates to the reference angle of rotation and the reference angle of rotation cpRef was identified in step V5 based on the comparison of the actual features with the reference feature, this is possible without any problems.
  • the control signals for the electrical machine 7 then become dependent determined by the interference wave correction instruction with the specified phase position. This compensates for the interfering wave SW, so that the vibrations during operation of the electrical machine 7 are reduced.
  • the electrical machine 7 is controlled, in particular regulated, by the determined control signals.
  • the electrical machine 7 is controlled by means of the control signals.
  • the method for controlling the electrical machine 7 preferably includes the actuation of the electrical machine using the determined actuation signals.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation für eine elektrische Maschine (7), die eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist, wobei ein Referenz-Drehwinkel (φRef) des Rotors ausgewählt wird, wobei eine durch eine Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen (SW) überwacht wird, wobei bei Erfassen einer Störwelle (SW) eine auf den Referenz-Drehwinkel (φRef) bezogene Störwellenkorrekturanweisung zur Kompensation der erfassten Störwelle (SW) sowie ein auf den Referenz-Drehwinkel (φRef) bezogenes Referenz-Merkmal der Störwelle (SW) ermittelt werden, wobei ein Referenz- Drehwinkelwert des Referenz-Drehwinkels (φRef) bezogen auf ein Drehwinkelintervall (Δφel), das bei einer elektrischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird, ermittelt wird, und wobei die ermittelte Störwellenkorrekturanweisung, das ermittelte Referenz-Merkmal und der ermittelte Referenz-Drehwinkelwert einander zugeordnet und als Korrekturinformation abgespeichert werden.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation, Verfahren zur Regelung einer elektrischen Maschine, Vorrichtung, elektrische Antriebseinrichtung, Wärmepumpe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation für eine elektrische Maschine, die eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung einer derartigen elektrischen Maschine.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Korrekturanweisung, mit einem Steuergerät.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Maschine, mit einem Steuergerät.
Die Erfindung betrifft zudem eine elektrische Antriebseinrichtung sowie eine Wärmepumpe.
Stand der Technik
Eine elektrische Maschine weist üblicherweise einen drehbar gelagerten Rotor sowie einen Stator mit einer Statorwicklung auf. Die Statorwicklung ist derart verteilt um den Rotor angeordnet, dass der Rotor durch eine geeignete Bestromung der Statorwicklung drehbar ist. Drehfeldmaschinen, wie zum Beispiel Käfigläufer-Asynchronmaschinen oder permanentmagneterregte Synchronmaschinen, besitzen aufgrund ihrer Bauweise keine ideale sinusförmige Flussverteilung im Luftspalt. Im Betrieb führt dies bei einer Regelung mit sinusförmigen Strömen zu oberwellenbehafteten, ungleichmäßigen Drehmomenten. Neben den dadurch hervorgerufenen Torsionsschwingungen im Antriebsstrang ergeben sich durch die genannten Ungleichförmigkeiten auch radiale Kraftanregungen zwischen Stator und Rotor, die sich unmittelbar in Form von Gehäuseschwingungen und folglich Schallabstrahlung (Noise Vibration Harshness - NVH) äußern. Verstärkt wird die Problematik durch externe oszillierende Lastmomente wie beispielsweise durch einen Kompressor. Insgesamt bewirken die konstruktiven Eigenschaften des elektrischen Antriebssystems folglich mitunter unerwünschte spürbare Schwingungen im Antriebsstrang, im elektrischen Netz und/oder akustisch wahrnehmbare Schallemissionen. Es ist bekannt, elektrische Maschinen mittels der feldorientierten Regelung zu regeln. Diese Regelung ist im Wesentlichen ausgelegt auf die Regelung der Grundwelle des Stroms, wobei hierzu mittels der d/q-Transformation die Grundwelle des Stroms in Gleichgroßen in einem mit dem Rotor mitrotierenden Koordinatensystem transformiert werden. Diese Gleichgroßen werden auch als drehmomentbildender Strom iq und flussbildender Strom id bezeichnet. Die Gleichgroßen werden in dem rotorfesten Koordinatensystem geregelt und die ermittelten Stellgrößen ud, uq werden anschließend zurücktransformiert und als Grundwelle der Spannung zur Steuerung der elektrischen Maschine verwendet. Eine Beeinflussung oder Reduktion von Oberwellen ist hiermit nicht möglich.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, ein oberwellenbehaftetes Verhalten einer elektrischen Maschine durch eine Veränderung der Ansteuerung der elektrischen Maschine zu kompensieren. Beispielsweise offenbart eine noch nicht veröffentlichte Patentanmeldung der Anmelderin ein Verfahren, gemäß dem die Kompensation mittels einer vorbestimmten Störwellenkorrekturanweisung, vorliegend einer Regelungsmatrix, durchgeführt wird.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation für eine elektrische Maschine bereitgestellt, die eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch aus, dass ein Referenz-Drehwinkel des Rotors ausgewählt wird, dass eine durch eine Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen überwacht wird, dass bei Erfassen einer Störwelle eine auf den Referenz- Drehwinkel bezogene Störwellenkorrekturanweisung zur Kompensation der erfassten Störwelle sowie ein auf den Referenz-Drehwinkel bezogenes Referenz- Merkmal der Störwelle ermittelt werden, dass ein Referenz-Drehwinkelwert des Referenz-Drehwinkels bezogen auf ein Drehwinkelintervall, das bei einer elektrischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird, ermittelt wird, und dass die ermittelte Störwellenkorrekturanweisung, das ermittelte Referenz- Merkmal und der ermittelte Referenz-Drehwinkelwert einander zugeordnet und als Korrekturinformation abgespeichert werden.
Weist der Rotor mehrere Polpaare auf, so durchläuft der elektrische Drehwinkel des Rotors bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors ein Drehwinkelintervall von n*360°, wobei n die Anzahl an Polpaaren ist. Sind beispielsweise zwei Polpaare vorhanden, so durchläuft der elektrische Drehwinkel ein Drehwinkelintervall von 720°. Sind drei Polpaare vorhanden, so durchläuft der elektrische Drehwinkel entsprechend ein Drehwinkelintervall von 1080°. Für jedes Polpaar des Rotors durchläuft der elektrische Drehwinkel also bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors ein Drehwinkelintervall von 360°. Entsprechend durchläuft der Rotor bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors eine der Anzahl an Polpaaren entsprechende Anzahl an elektrischen Umdrehungen. Sind mehrere Polpaare vorhanden, so ist entsprechend anhand des Drehwinkelwertes des elektrischen Drehwinkels allein keine eindeutige Zuordnung zu einem mechanischen Drehwinkel des Rotors möglich. Sind beispielsweise zwei Polpaare vorhanden, so kann bei einem elektrischen Drehwinkel mit einem Drehwinkelwert von 0° entweder ein erster mechanischer Drehwinkel oder ein um 180° verschobener zweiter mechanischer Drehwinkel vorliegen.
Soll bei einer Regelung einer elektrischen Maschine mit mehreren Polpaaren ein oberwellenbehaftetes Verhalten der elektrischen Maschine durch Berücksichtigung einer Störwellenkorrekturanweisung kompensiert werden, so ist es notwendig, die Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung korrekt festzulegen. In der Regel ist hierzu ein Drehwinkelsensor vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, den mechanischen Drehwinkel des Rotors zu erfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat demgegenüber den Vorteil, dass die erfindungsgemäß ermittelte Korrekturinformation zum einen die Störwellenkorrekturanweisung und zum anderen Informationen enthält, anhand derer die Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung ohne einen Drehwinkelsensor zum Erfassen des mechanischen Drehwinkels korrekt festgelegt werden kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Referenz-Drehwinkel des Rotors ausgewählt wird. Beispielsweise wird als Referenz-Drehwinkel ein bestimmter mechanischer Drehwinkel des Rotors ausgewählt. Vorzugsweise wird als Referenz-Drehwinkel ein bestimmter mechanischer Drehwinkel des Rotors ausgewählt. Vorzugsweise wird als Referenz- Drehwinkel ein elektrischer Drehwinkel aus einem elektrischen Drehwinkelintervall ausgewählt, das bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird. Sind beispielsweise drei Polpaare vorhanden, so wird ein elektrischer Drehwinkel aus einem elektrischen Drehwinkelintervall von 1080° ausgewählt. Welcher Drehwinkel als Referenz- Drehwinkel ausgewählt wird, ist dabei grundsätzlich beliebig. Beispielsweise wird aus dem elektrischen Drehwinkelintervall von 1080° ein elektrischer Drehwinkel von 0° als Referenz-Drehwinkel ausgewählt. Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass eine durch die Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen überwacht wird. Unter einer Ist-Größe ist dabei eine Größe zu verstehen, in deren Verlauf das oberwellenbehaftete Verhalten der elektrischen Maschine als Störwelle erkenntlich ist. Bei Erfassen einer Störwelle werden eine auf den Referenz-Drehwinkel bezogene Störwellenkorrekturanweisung zur Kompensation der erfassten Störwelle sowie ein auf den Referenz-Drehwinkel bezogenes Referenz- Merkmal der Störwelle ermittelt. Unter einer Störwellenkorrekturanweisung zur Kompensation der erfassten Störwelle sind Daten zu verstehen, deren Berücksichtigung bei der Ansteuerung der elektrischen Maschine dazu führt, dass die Störwelle kompensiert wird. Beispielsweise handelt es sich bei der vorstehend erwähnten Regelungsmatrix um eine Störwellenkorrekturanweisung. Die Störwellenkorrekturanweisung ist auf den Referenz-Drehwinkel bezogen. Zur Kompensation der Störwelle ist eine periodische Änderung der Ansteuerung der elektrischen Maschine nötig. Insofern ist auch die Störwellenkorrekturanweisung selbst periodisch. Beispielsweise ist die Störwellenkorrekturanweisung insofern auf den Referenz- Drehwinkel bezogen, als dass die Störwellenkorrekturanweisung bezogen auf ein Referenz- Drehwinkel eine bestimmte Phasenlage aufweist. Unter dem Referenz- Merkmal der Störwelle ist eine bestimmte Eigenschaft der Störwelle zu verstehen. Auch das Referenz- Merkmal ist auf den Referenz-Drehwinkel bezogen. Beispielsweise weist die Störwelle das Referenz- Merkmal auf, wenn der Drehwinkel des Rotors dem Referenz-Drehwinkel entspricht. Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Referenz- Drehwinkelwert des Referenz-Drehwinkels bezogen auf ein Drehwinkelintervall ermittelt, das bei einer elektrischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird. Weil der Rotor mehrere Polpaare aufweist, liegt bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors jeder Drehwinkelwert des elektrischen Drehwinkelintervalls, das bei einer elektrischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird, mehrmals vor. Schließlich werden die ermittelte Störwellenkorrekturanweisung, das ermittelte Referenz- Merkmal und der ermittelte Referenz-Drehwinkelwert einander zugeordnet und als Korrekturinformation abgespeichert. Die Störwellenkorrekturanweisung wird also in Abhängigkeit von dem ermittelten Referenz- Merkmal und in Abhängigkeit von dem ermittelten Referenz-Drehwinkelwert gespeichert. Das Referenz- Merkmal und der Referenz-Drehwinkelwert ermöglichen gemeinsam eine korrekte Festlegung der Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung. Unter einem „Ermitteln“ ist im Rahmen der Offenbarung sowohl ein Erfassen oder Messen als auch ein Berechnen in Abhängigkeit von erfassten oder gemessenen Werten zu verstehen. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation im Rahmen der Applikation der elektrischen Maschine im Werk durchgeführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Störwellenkorrekturanweisung in Abhängigkeit von einem Sensorsignal eines NVH-Sensors ermittelt wird. In Abhängigkeit von dem Sensorsignal des NVH- Sensors ist eine präzise Ermittlung der Störwellenkorrekturanweisung möglich. Beispielsweise wird die Ansteuerung der elektrischen Maschine derart angepasst, dass das Sensorsignal des NVH-Sensors minimiert wird. Die Störwellenkorrekturanweisung wird dann in Abhängigkeit von der vorgenommenen Anpassung der Ansteuerung ermittelt. Vorzugsweise wird als NVH-Sensors ein Beschleunigungssensor, ein Lasersensor oder ein akustischer Sensor verwendet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem NVH-Sensor um einen externen Sensor. Entsprechend ist der NVH-Sensor nicht Teil der elektrischen Maschine, sondern wird der Maschine lediglich zur Durchführung des Verfahrens zugeordnet. Beispielsweise ist der NVH-Sensors Teil einer externen Korrekturvorrichtung.
Vorzugsweise wird als Ist-Größe zumindest ein durch die Statorwicklung fließender elektrischer Ist- Phasenstrom ermittelt. Im Betrieb der elektrischen Maschine weisen die durch die Statorwicklung fließenden Ist- Phasenströme selbst einen sinusförmigen beziehungsweise periodischen Verlauf auf. Die Störwellen sind im Verlauf der Ist- Phasenströme anhand der Amplitude des Ist- Phasenstroms erkenntlich. Die Ermittlung eines Ist- Phasenstroms als Ist-Größe ist besonders geeignet, weil die Ist- Phasenströme in der Regel ohnehin durch die Standardsensorik der elektrischen Maschine ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Ist-Größe der drehmomentbildende Strom ermittelt wird. Dieser ist wie vorstehend erwähnt auf ein rotorfestes Koordinatensystem bezogen und liegt entsprechend als Gleichgroße vor. Weil es sich bei dem drehmomentbildenden Strom um eine Gleichgroße handelt, sind die Störwellen besonders einfach erfassbar. Alternativ oder zusätzlich wird vorzugsweise als Ist-Größe der flussbildende Strom ermittelt.
Vorzugsweise ist die Maschine dazu ausgebildet, einen Kompressor anzutreiben, wobei als Ist-Größe ein Fluiddruck eines durch den Kompressor geförderten Fluids ermittelt wird. Der Rotor der Maschine ist dann also mit dem Kompressor gekoppelt, zu dessen Antrieb. Ein oberwellenbehaftetes Verhalten der Maschine überträgt sich demnach auch auf den Fluiddruck des durch die Fluidpumpe geförderten Fluids. Entsprechend ist die Störwelle auch im Verlauf des Fluiddrucks erkenntlich. Vorzugsweise wird als Referenz- Merkmal eine Phasenlage der Störwelle ermittelt. Es wird also die Phasenlage der Störwelle bezogen auf den Referenz- Drehwinkel ermittelt. Die Phasenlage ist als Referenz- Merkmal zur Charakterisierung des Referenz-Drehwinkels besonders geeignet, wie am nachfolgenden Beispiel erklärt wird. In diesem Beispiel weist der Rotor wieder drei Polpaare auf. Entsprechend liegt der beim Referenz-Drehwinkel des Rotors vorliegende elektrische Drehwinkelwert bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors insgesamt dreimal vor. Bei der Störwelle wird von einer Störwelle ausgegangen, die im Hinblick auf die mechanische Umdrehungsfrequenz des Rotors die erste Oberwelle ist. Entsprechend ist die Phasenlage der Störwelle bezogen auf den Referenz-Drehwinkel eine andere als bezogen auf einen der weiteren Drehwinkel, bei denen der gleiche elektrische Drehwinkelwert wie beim Referenz-Drehwinkel vorliegt. Der Referenz-Drehwinkel ist demnach anhand der Phasenlage der Störwelle von den weiteren Drehwinkeln eindeutig unterscheidbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Referenz- Merkmal zumindest ein Maximum und/oder zumindest ein Minimum der Ist- Größe ermittelt wird. Beispielsweise wird das unmittelbar auf das Vorliegen des Referenz- Drehwinkels folgende Maximum oder Minimum als Referenz- Merkmal ermittelt. Auch anhand des Maximums beziehungsweise des Minimums ist der Referenz-Drehwinkel eindeutig charakterisierbar.
Es wird außerdem ein Verfahren zur Regelung einer elektrischen Maschine bereitgestellt, die eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der elektrischen Maschine zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 8 dadurch aus, dass eine Korrekturinformation bereitgestellt wird, die eine Störwellenkorrekturanweisung, einen elektrischen Referenz-Drehwinkelwert und ein Referenz- Merkmal aufweist, dass eine durch eine Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen überwacht wird, dass bei Erfassen einer Störwelle für jeden elektrischen Drehwinkel des Rotors, dessen Drehwinkelwert dem Referenz-Drehwinkelwert entspricht, jeweils ein auf den elektrischen Drehwinkel bezogenes Ist-Merkmal der Störwelle ermittelt wird, dass die ermittelten Ist-Merkmale mit dem Referenz- Merkmal verglichen werden, dass eine Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung in Abhängigkeit von dem Vergleich festgelegt wird, und dass Ansteuersignale für die elektrische Maschine in Abhängigkeit von der Störwellenkorrekturanweisung mit der festgelegten Phasenlage ermittelt werden.
Vorzugsweise wird unter einem Verfahren zur Regelung auch ein Verfahren zur Ansteuerung verstanden. Insbesondere wird die elektrische Maschine hierbei angesteuert, vorzugsweise geregelt.
Es ergibt sich daraus der Vorteil, dass mit der Standardsensorik der elektrischen Maschine eine korrekte Festlegung der Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung vorgenommen werden kann. Es ist also keine zusätzliche Sensorik wie beispielsweise ein Drehwinkelsensor notwendig, um Störwellen zu kompensieren, die im Betrieb der elektrischen Maschine auftreten.
Vorzugsweise wird als Korrekturinformation eine Korrekturinformation bereitgestellt, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation ermittelt wurde. Vorzugsweise werden als Ist-Größe ein durch die Statorwicklung fließender elektrischer Ist- Phasenstrom, der drehmomentbildende Strom, der flussbildende Strom und/oder ein Fluiddruck ermittelt. Vorzugsweise wird als Ist-Merkmal eine Phasenlage der Störwelle, ein Maximum der Störwelle oder ein Minimum der Störwelle ermittelt.
Erfindungsgemäß werden die ermittelten Ist-Merkmale mit dem in der Korrekturinformation enthaltenen Referenz- Merkmal verglichen und eine Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung wird in Abhängigkeit von dem Vergleich festgelegt. Beispielsweise wird das Ist-Merkmal ausgewählt, dessen Abweichung von dem Referenz- Merkmal am geringsten ist. Es wird dann davon ausgegangen, dass der diesem Ist-Merkmal zugeordnete Drehwinkel des Rotors dem Referenz-Drehwinkel des Rotors entspricht. Weil die Störwellenkorrekturanweisung bezogen auf den Referenz- Drehwinkel ermittelt wurde, kann die Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung demnach korrekt festgelegt werden. Schließlich werden Ansteuersignale für die elektrische Maschine in Abhängigkeit von der Störwellenkorrekturanweisung mit der festgelegten Phasenlage ermittelt. Die elektrische Maschine wird dann also in Abhängigkeit von der Störwellenkorrekturanweisung mit der festgelegten Phasenlage geregelt.
Vorzugsweise wird die elektrische Maschine mittels den ermittelten Ansteuersignalen angesteuert, insbesondere geregelt. Die Regelung und/oder Ansteuerung der elektrischen Maschine erfolgt mittels den ermittelten Ansteuersignalen.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Korrekturinformation für eine elektrische Maschine, wobei die Maschine eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist. Die Vorrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 10 durch ein Steuergerät aus, das speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation durchzuführen. Auch daraus ergeben sich die bereits im Hinblick auf das Verfahren erwähnten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskumulation ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist. Diese Vorrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 11 durch ein Steuergerät aus, das speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung einer elektrischen Maschine durchzuführen. Auch daraus ergeben sich die bereits im Hinblick auf das Verfahren erwähnten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinrichtung weist eine elektrische Maschine und eine Vorrichtung zum Betreiben der elektrischen Maschine auf. Die Antriebseinrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 12 durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Wärmepumpe weist einen Kompressor und eine elektrische Antriebseinrichtung zum Antreiben des Kompressors auf. Die Wärmepumpe zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 13 durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Antriebseinrichtung aus.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen
Figur 1 eine Wärmepumpe in einer schematischen Darstellung,
Figur 2 ein Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation für eine elektrische Maschine der Wärmepumpe,
Figur 3 einen Verlauf von elektrischen Phasenströmen,
Figur 4 ein Spektrum eines drehmomentbildenden Stroms,
Figur 5 einen Verlauf eines Fluiddrucks und
Figur 6 ein Verfahren zur Regelung der elektrischen Maschine.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Wärmepumpe 1. Die Wärmepumpe 1 weist einen Kompressor 2 auf. Vorliegend weist die Wärmepumpe 1 auch einen Kondensator 3, eine Drossel 4 und einen Verdampfer 5 auf. Dem Kompressor 2 ist eine elektrische Antriebseinrichtung 6 zum Antrieb des Kompressors 2 zugeordnet. Bei dem Kompressor 2 handelt es sich vorliegend um einen Twin-Rollkolbenkompressor 2. Die durch die Erfindung erzielten vorteilhaften Effekte können jedoch auch bei Verwendung eines anderen Kompressortyps erreicht werden.
Die Antriebseinrichtung 6 weist eine elektrische Maschine 7 auf, die einen drehbar gelagerten Rotor und eine Statorwicklung aufweist. Der Rotor weist mehrere Polpaare auf. Im Folgenden wird zur Erläuterung der Erfindung davon ausgegangen, dass der Rotor drei Polpaare aufweist. Die Statorwicklung ist derart verteilt um den Rotor angeordnet, dass der Rotor durch eine geeignete Bestromung der Statorwicklung drehbar ist. Hierzu weist die Statorwicklung mehrere Phasen auf. Im Folgenden wird zur Erläuterung der Erfindung davon ausgegangen, dass die Statorwicklung drei Phasen U, V und W aufweist.
Die Antriebseinrichtung 6 weist außerdem einen elektrischen Energiespeicher 8 auf. Der Energiespeicher 8 ist durch eine mehrere Schaltelemente aufweisende Leistungselektronik 9 elektrisch mit den Phasen der Statorwicklung verbunden.
Die Antriebseinrichtung 6 weist außerdem eine Vorrichtung 10 zur Regelung der elektrischen Maschine 7 auf. Unter einer Regelung ist insbesondere auch eine Ansteuerung ohne Rückmeldung zu verstehen. Unter einer Regelung ist insbesondere auch eine Ansteuerung ohne Rückkopplung zu verstehen. Eine Reglung kann insbesondere auch ansteuern. Die Vorrichtung 10 weist ein Steuergerät 11 auf, das dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine 7 anzusteuern. Hierzu ist das Steuergerät 11 dazu ausgebildet, Ansteuersignale für die Schaltelemente der Leistungselektronik 9 zu ermitteln und die Schaltelemente in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen leitend beziehungsweise nichtleitend zu schalten. Mittels der Ansteuersignale wird die elektrische Maschine 7 angesteuert, insbesondere geregelt. Die Vorrichtung 10 weist außerdem einen Datenspeicher 12 auf. In dem Datenspeicher 12 ist zumindest eine Korrekturinformation gespeichert/speicherbar. Der Datenspeicher 12 ist kommunikationstechnisch mit dem Steuergerät 11 verbunden, um dem Steuergerät 11 die Korrekturinformation bereitzustellen.
Der Statorwicklung ist eine erste Sensoreinrichtung 13 zugeordnet. Die erste Sensoreinrichtung 13 ist dazu ausgebildet, durch die Phasen U, V und W der Statorwicklung fließende elektrische Ist- Phasenströme zu erfassen. Hierzu weist die erste Sensoreinrichtung 13 zumindest einen Stromsensor auf. Die erste Sensoreinrichtung 13 ist kommunikationstechnisch mit dem Steuergerät 11 verbunden, um dem Steuergerät 11 die erfassten Ist- Phasenströme bereitzustellen. Die Wärmepumpe 1 weist außerdem eine zweite Sensoreinrichtung 14 auf. Die zweite Sensoreinrichtung 14 ist dazu ausgebildet, einen Fluiddruck eines durch den Kompressor 2 geförderten Fluids zu erfassen. Hierzu weist die zweite Sensoreinrichtung 14 zumindest einen Drucksensor auf. Die zweite Sensoreinrichtung 14 ist kommunikationstechnisch mit dem Steuergerät 11 verbunden, um dem Steuergerät 11 den erfassten Fluiddruck bereitzustellen.
Im Folgenden wird mit Bezug auf Figur 2 ein vorteilhaftes Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation für die elektrische Maschine 7 näher erläutert. Das Verfahren wird durch das Steuergerät 11 durchgeführt.
In einem ersten Schritt S1 wird die elektrische Maschine 7 mittels einer feldorientierten Regelung auf Basis eines geschätzten elektrischen Drehwinkels betrieben. Dabei entstehenden im Betrieb der Maschine 7 hörbare oder spürbare Schwingungen. Derartige Schwingungen resultieren aus konstruktiven Eigenschaften der Maschine 7 einerseits und aus den Verdichtungszyklen des durch die Maschine 7 angetriebenen Kompressors 2 andererseits.
In einem zweiten Schritt S2 wird ein Referenz- Drehwinkel (pRef des Rotors ausgewählt. Dabei wird als Referenz- Drehwinkel (pRef ein bestimmter elektrischer Drehwinkel des Rotors aus einem Drehwinkelintervall ausgewählt, das bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird. Weil der Rotor drei Polpaare aufweist, durchläuft der elektrische Drehwinkel bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors ein Drehwinkelintervall von 1080°. Die Auswahl des Referenz- Drehwinkels (pRef ist dabei grundsätzlich beliebig. Beispielsweise wird als Referenz- Drehwinkel (pRef ein elektrischer Drehwinkel von 0° oder von 540° ausgewählt. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass ein elektrischer Drehwinkel von 0° als Referenz- Drehwinkel (pRef ausgewählt wird.
In einem dritten Schritt S3 wird eine durch eine Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen überwacht. Weil die Ist-Größe durch die Drehung des Rotors beeinflusst wird, sind die vorstehend angesprochenen Schwingungen im Verlauf der Ist-Größe als Störwellen erfassbar. Dabei kommen verschiedene Größen als Ist-Größe infrage, wie nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 3 bis 5 erläutert wird.
Hierzu zeigt Figur 3 ein Diagramm, in dem der Verlauf der Ist- Phasenströme IU, IV und IW in Abhängigkeit von dem mechanischen Drehwinkel des Rotors dargestellt ist. Das Drehwinkelintervall A(p beschreibt dabei eine ganze Umdrehung des Rotors. Das Drehwinkelintervall Acp entspricht also einem mechanischen Drehwinkelintervall von 360°. Weil der Rotor vorliegend drei Polpaare aufweist entspricht das Drehwinkelintervall Acp zudem einem elektrischen Drehwinkelintervall von 1080°. Die Ist-Phasenströme durchlaufen also in dem Drehwinkelintervall Acp drei Perioden. Entsprechend weist das Drehwinkelintervall Acp drei elektrische Drehwinkelintervalle Acp1 , A >2, Aq>3 auf, die jeweils einem elektrischen Drehwinkel von 360° entsprechen.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, werden die Ist-Phasenströme durch eine Störwelle SW überlagert. Die Störwelle SW führt dazu, dass sich die verschiedenen Maxima und Minima der Phasenströme voneinander unterscheiden.
Beispielsweise ist ein erstes Maximum M1 des Ist-Phasenstroms IU größer als ein zweites Maximum M2 des Ist-Phasenstroms IU. Die Störwelle SW resultiert vorliegend aus den Verdichtungszyklen des Kompressors 2. Wird durch den Kompressor 2 das geförderte Fluid verdichtet, so sind die Ist-Phasenströme erhöht. Weil der Kompressor 2 als Twin-Rollkolbenkompressor 2 ausgebildet ist und insofern bei jeder Umdrehung des Rotors zwei Verdichtungszyklen durchläuft, ist die Störwelle SW bezogen auf die Umdrehungsfrequenz des Rotors die erste Oberwelle.
Figur 4 zeigt ein Spektrum des drehmomentbildenden Stroms iq. Das Spektrum wurde durch eine Fourier-Transformation des drehmomentbildenden Strom iq ermittelt. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, weist das Spektrum bei einer Frequenz von vorliegend 100 Hz ein Signal auf. Dieses Signal entspricht der Störwelle SW. Die Schwingungen beeinflussen also auch einen Verlauf des drehmomentbildenden Stroms iq, sodass auch der drehmomentbildende Strom als Ist-Größe infrage kommt. Analog dazu kommt auch der flussbildende Strom id als Ist-Größe infrage. Figur 5 zeigt einen Verlauf des durch die zweite Sensoreinrichtung 14 erfassten Fluiddrucks P. Vorliegend ist der Fluiddruck P eines Niederdruckabschnitts des Kompressors 2 dargestellt. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, wird auch der Verlauf des Fluiddrucks P durch die Störwelle SW beeinflusst. Insofern kommt auch der Fluiddruck P als Ist-Größe infrage.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass in dem Schritt S3 als Ist-Größe der drehmomentbildende Strom iq ermittelt und auf Störwellen überwacht wird. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird als Ist-Größe zumindest ein Ist- Phasenstrom, der flussbildende Strom id, der Fluiddruck P des Niederdruckabschnitts des Kompressors 2 oder der Fluiddruck eines Hochdruckabschnitts des Kompressors 2 ermittelt und auf Störwellen überwacht.
In einem vierten Schritt S4 wird eine auf den ausgewählten Referenz-Drehwinkel cpRef bezogene Störwellenkorrekturanweisung zur Kompensation der Störwelle SW ermittelt. Unter einer Störwellenkorrekturanweisung sind Daten zu verstehen, deren Berücksichtigung bei der Regelung der elektrischen Maschine 7 dazu führt, dass die Störwelle SW geglättet wird. Die Störwelle SW ist dann in dem Verlauf der Ist-Größe nicht mehr ersichtlich. Vorliegend ermittelt das Steuergerät 11 die Störwellenkorrekturanweisung in Abhängigkeit von einem Sensorsignal eines NVH-Sensors. Unter einem NVH-Sensor ist ein Sensor zu verstehen, der dazu ausgebildet ist, die vorstehend erwähnten Schwingungen zu erfassen. Beispielsweise handelt es sich bei dem NVH-Sensor um einen Beschleunigungssensor, einen Lasersensor oder einen akustischen Sensor. Der NVH-Sensor wird der elektrischen Maschine 7 lediglich zur Durchführung des in Figur 2 dargestellten Verfahrens zugeordnet. Insofern handelt es sich bei dem NVH-Sensor um einen externen Sensor. Vorzugsweise verändert das Steuergerät 11 die Ansteuerung der elektrischen Maschine 7 derart, dass das Sensorsignal des NVH-Sensors verringert beziehungsweise minimiert wird. Die hierzu notwendige Veränderung der Ansteuerung ermittelt das Steuergerät 11 dann als Störwellenkorrekturanweisung. Weil durch die Störwellenkorrekturanweisung periodisch auftretende Effekte verringert werden sollen, ist auch die Störwellenkorrekturanweisung selbst periodisch. Die Phasenlage der periodischen Störwellenkorrekturanweisung wird dabei auf den ausgewählten Referenz-Drehwinkel cpRef bezogen. In einem fünften Schritt S5 ermittelt das Steuergerät 11 ein Referenz-Merkmal der Störwelle SW bezogen auf den Referenz-Drehwinkel cpRef. Unter einem Referenz-Merkmal ist ein Merkmal der Störwelle SW zu verstehen, das für den ausgewählten Referenz-Drehwinkel cpRef charakteristisch ist. Der Referenz- Drehwinkel cpRef weist bezogen auf das elektrische Drehwinkelintervall A >1 einen Drehwinkelwert von 0° auf. Auch das elektrische Drehwinkelintervall Aq>2 und das elektrische Drehwinkelintervall Aq>3 weisen jeweils einen Drehwinkel mit einem Drehwinkelwert von 0° auf, nämlich die Drehwinkel >1 und >2. Beispielsweise wird als Referenz-Merkmal eine Phasenlage der Störwelle SW bezogen auf den Referenz-Drehwinkel cpRef ermittelt. Wie beispielsweise aus Figur 3 ersichtlich ist, ist die Phasenlage der Störwelle SW bezogen auf den Referenz-Drehwinkel cpRef eine andere als bezogen auf den Drehwinkel >1 oder den Drehwinkel >2. Insofern ist die Phasenlage zur eindeutigen Charakterisierung des Referenz-Drehwinkels cpRef als Referenz-Merkmal geeignet.
In einem sechsten Schritt S6 wird als Referenz-Drehwinkelwert der Drehwinkelwert des Referenz-Drehwinkels cpRef bezogen auf das elektrische Drehwinkelintervall A >1 ermittelt. Dieser beträgt wie bereits erwähnt 0°.
In einem siebten Schritt S7 werden die ermittelte Störwellenkorrekturanweisung, der ermittelte Referenz-Drehwinkelwert und das ermittelte Referenz-Merkmal einander zugeordnet und als Korrekturinformation in dem Datenspeicher 12 abgespeichert.
Im Folgenden wird anhand der Figur 6 ein vorteilhaftes Verfahren zur Regelung der elektrischen Maschine 7 näher erläutert. Auch das in Figur 6 dargestellte Verfahren wird durch das Steuergerät 11 durchgeführt.
In einem ersten Schritt VI wird die elektrische Maschine 7 mittels einer feldorientierten Regelung auf Basis eines geschätzten elektrischen Drehwinkels betrieben. Der Schritt VI entspricht also dem Schritt S1 des in Figur 2 dargestellten Verfahrens. In einem zweiten Schritt V2 wird die gemäß dem in Figur 2 dargestellten Verfahren ermittelte Korrekturinformation dem Steuergerät 11 bereitgestellt.
In einem dritten Schritt V3 wird eine durch die Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen überwacht. Dabei kommen dieselben Ist- Größen infrage, die vorstehend mit Bezug auf den Verfahrensschritt S4 erwähnt wurden. Vorzugsweise wird als Ist-Größe die Ist-Größe ermittelt, die auch beim Ermitteln der Korrekturinformation in dem Schritt S4 berücksichtigt wurde.
Bei Erfassen einer Störwelle wird in einem vierten Schritt V4 für jeden elektrischen Drehwinkel des Rotors, dessen Drehwinkelwert dem Referenz- Drehwinkelwert entspricht, jeweils ein auf den jeweiligen Drehwinkel bezogenes Ist- Merkmal der Störwelle ermittelt. Wie vorstehend erwähnt, entsprechen die elektrische Drehwinkelwert der Drehwinkel cpRef, >1 und <p2 dem in der Korrekturinformation enthaltenen Referenz-Drehwinkelwert. Entsprechend wird für diese drei Drehwinkel jeweils ein Ist-Merkmal der Störwelle ermittelt. Vorzugsweise wird ein Ist-Merkmal ermittelt, das wesensgleich mit dem in der Korrekturinformation enthaltenen Referenz-Merkmal ist. Wurde also in dem Schritt S5 als Referenz-Merkmal die Phasenlage der Störwelle ermittelt, so wird auch in dem Schritt V4 als Ist-Merkmal für jeden der Drehwinkel cpRef, >1 und <p2 die Phasenlage der Störwelle SW ermittelt.
In einem fünften Schritt V5 werden die ermittelten Ist-Merkmale mit dem Referenz-Merkmal verglichen. Zudem wird das Ist-Merkmal ausgewählt, das die geringste Abweichung zu dem Referenz-Merkmal aufweist. Es wird dabei davon ausgegangen, dass es sich bei dem elektrischen Drehwinkel, für den dieses Ist- Merkmal ermittelt wurde, um den Referenz-Drehwinkel cpRef handelt.
In einem sechsten Schritt V6 wird die Phasenlage der in der Korrekturinformation enthaltenen Störwellenkorrekturanweisung festgelegt. Weil die Störwellenkorrekturanweisung auf den Referenz-Drehwinkel bezogen ist und in dem Schritt V5 der Referenz-Drehwinkel cpRef anhand des Vergleichs der Ist- Merkmale mit dem Referenz-Merkmal identifiziert wurde, ist dies problemlos möglich. Nach Festlegung der Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung werden dann die Ansteuersignale für die elektrische Maschine 7 in Abhängigkeit von der Störwellenkorrekturanweisung mit der festgelegten Phasenlage ermittelt. Hierdurch wird die Störwelle SW kompensiert, sodass die Schwingungen im Betreib der elektrischen Maschine 7 verringert werden. Die elektrische Maschine 7 wird durch die ermittelten Ansteuersignale angesteuert, insbesondere geregelt. Die Ansteuerung der elektrischen Maschine 7 erfolgt mittels der Ansteuersignale. Vorzugsweise umfasst das Verfahren zur Regelung der elektrischen Maschine 7 das Ansteuern der elektrischen Maschine mittels den ermittelten Ansteuersignalen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln einer Korrekturinformation für eine elektrische Maschine (7), die eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist, wobei ein Referenz- Drehwinkel (cpRef) des Rotors ausgewählt wird, wobei eine durch eine Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen (SW) überwacht wird, wobei bei Erfassen einer Störwelle (SW) eine auf den Referenz- Drehwinkel (cpRef) bezogene Störwellenkorrekturanweisung zur Kompensation der erfassten Störwelle (SW) sowie ein auf den Referenz- Drehwinkel (cpRef) bezogenes Referenz- Merkmal der Störwelle (SW) ermittelt werden, wobei ein Referenz-Drehwinkelwert des Referenz- Drehwinkels (cpRef) bezogen auf ein Drehwinkelintervall (Acp1), das bei einer elektrischen Umdrehung des Rotors durchlaufen wird, ermittelt wird, und wobei die ermittelte Störwellenkorrekturanweisung, das ermittelte Referenz- Merkmal und der ermittelte Referenz-Drehwinkelwert einander zugeordnet und als Korrekturinformation abgespeichert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Störwellenkorrekturanweisung in Abhängigkeit von einem Sensorsignal eines NVH-Sensors ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ist-Größe zumindest ein durch die Statorwicklung fließender elektrischer Ist- Phasenstrom (IU, IV, IW) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ist-Größe ein drehmomentbildender Strom (iq) ermittelt wird, und/oder dass als Ist-Größe ein flussbildender Strom (id) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (7) dazu ausgebildet ist, einen Kompressor (2) anzutreiben, wobei als Ist-Größe ein Fluiddruck (P) eines durch den Kompressor (2) geförderten Fluids ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenz- Merkmal eine Phasenlage der Störwelle (SW) ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenz- Merkmal zumindest ein Maximum und/oder zumindest ein Minimum der Ist-Größe ermittelt wird.
8. Verfahren zur Regelung einer elektrischen Maschine (7), die eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist, wobei eine Korrekturinformation bereitgestellt wird, die eine Störwellenkorrekturanweisung, einen elektrischen Referenz-Drehwinkelwert und ein Referenz- Merkmal aufweist, wobei eine durch eine Drehung des Rotors beeinflusste Ist-Größe ermittelt und auf Störwellen (SW) überwacht wird, wobei bei Erfassen einer Störwelle (SW) für jeden elektrischen Drehwinkel (cpRef,cp1 ,cp2) des Rotors, dessen Drehwinkelwert dem Referenz- Drehwinkelwert entspricht, jeweils ein auf den elektrischen Drehwinkel (cpRef,cp1 ,cp2) bezogenes Ist-Merkmal der Störwelle (SW) ermittelt wird, wobei die ermittelten Ist-Merkmale mit dem Referenz- Merkmal verglichen werden, wobei eine Phasenlage der Störwellenkorrekturanweisung in Abhängigkeit von dem Vergleich festgelegt wird, und wobei Ansteuersignale für die elektrische Maschine (7) in Abhängigkeit von der Störwellenkorrekturanweisung mit der festgelegten Phasenlage ermittelt werden.
9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (7) mittels den ermittelten Ansteuersignalen angesteuert oder geregelt wird.
10. Vorrichtung zum Ermitteln einer Korrekturinformation für eine elektrische Maschine, wobei die Maschine (7) eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist, gekennzeichnet durch ein Steuergerät (11), das speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
11. Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Maschine, wobei die Maschine (7) eine Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor mit zumindest zwei Polpaaren aufweist, gekennzeichnet durch ein Steuergerät (11), das speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9 durchzuführen.
12. Elektrische Antriebseinrichtung, mit einer elektrischen Maschine (7), und mit einer Vorrichtung (10) zum Betreiben der elektrischen Maschine, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Vorrichtung (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch.
13. Wärmepumpe, mit einem Kompressor (2), und mit einer elektrischen Antriebseinrichtung (6) zum Antreiben des Kompressors (2), gekennzeichnet durch die Ausbildung der Antriebseinrichtung (6) gemäß dem vorhergehenden Anspruch.
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