[go: up one dir, main page]

DE102021127127A1 - Method for sensorless operation of a switched reluctance machine and system comprising at least one switched reluctance machine and at least one converter - Google Patents

Method for sensorless operation of a switched reluctance machine and system comprising at least one switched reluctance machine and at least one converter Download PDF

Info

Publication number
DE102021127127A1
DE102021127127A1 DE102021127127.4A DE102021127127A DE102021127127A1 DE 102021127127 A1 DE102021127127 A1 DE 102021127127A1 DE 102021127127 A DE102021127127 A DE 102021127127A DE 102021127127 A1 DE102021127127 A1 DE 102021127127A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
current
phase
switch
converter
output
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE102021127127.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Christoph Roeth
Friedhelm Milde
Dennis Trebbels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bauer Gear Motor GmbH
Original Assignee
Bauer Gear Motor 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bauer Gear Motor GmbH filed Critical Bauer Gear Motor GmbH
Priority to DE102021127127.4A priority Critical patent/DE102021127127A1/en
Publication of DE102021127127A1 publication Critical patent/DE102021127127A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/08Reluctance motors
    • H02P25/086Commutation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sensorlosen Betrieb einer geschalteten Reluktanzmaschine und ein System umfassend eine geschaltete Reluktanzmaschine und einen Umrichter. Ein Stromsollwert zur Beaufschlagung von zumindest einer Statorspule wird mittels eines Drehzahlreglers basierend auf einem Drehzahlsollwert und einer Momentandrehzahl bestimmt. Zumindest ein Einschaltsignal wird mittels eines Stromreglers für zumindest eine Stromphase basierend auf einem Stromsollwert und einem von dem Umrichter ausgegebenen Stromistwert und unter Berücksichtigung einer Relativrotorposition bestimmt. Anschließend wird ein Phasenstrom durch eine Treiberschaltung des Umrichters für zumindest eine Stromphase an eine Statorspule als Folge des Einschaltsignals ausgegeben. Der ausgegebene Phasenstrom wird durch den Stromregler zwischen einer oberen und einer unteren Schaltschwelle geregelt. Die Relativrotorposition wird basierend auf einer Initialrotorposition und/oder einer Stromänderungsgeschwindigkeit des ausgegebenen Phasenstroms zwischen der oberen und der unteren Schaltschwelle bestimmt.The invention relates to a method for sensorless operation of a switched reluctance machine and a system comprising a switched reluctance machine and a converter. A desired current value for applying at least one stator coil is determined by means of a speed controller based on a desired speed value and an instantaneous speed. At least one switch-on signal is determined by means of a current controller for at least one current phase based on a desired current value and an actual current value output by the converter and taking into account a relative rotor position. A phase current is then output by a driver circuit of the converter for at least one current phase to a stator coil as a result of the switch-on signal. The output phase current is regulated by the current controller between an upper and a lower switching threshold. The relative rotor position is determined based on an initial rotor position and/or a current rate of change of the output phase current between the upper and lower switching thresholds.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sensorlosen Betrieb einer geschalteten Reluktanzmaschine und ein System umfassend zumindest eine geschaltete Reluktanzmaschine und zumindest einen Umrichter.The invention relates to a method for sensorless operation of a switched reluctance machine and a system comprising at least one switched reluctance machine and at least one converter.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Geschaltete Reluktanzmaschinen umfassen Rotoren mit Rotorzähnen und Statoren mit Statorzähnen. Der Stator umfasst üblicherweise elektromagnetische Spulen, die entsprechend mehrerer Stromphasen angeordnet und eingerichtet sind. Die Anzahl an Stromphasen entspricht dabei der Anzahl an geschlossenen Magnetkreisen welche erforderlich sind, um eine volle Umdrehung des elektrischen Winkels zu überdecken. Durch sequentielle Bestromung eines geeigneten Teils der Statorspulen kann ein elektromagnetisches Feld derart erzeugt werden, dass eine Reluktanzkraft auf den Rotor ausgeübt wird, die eine Rotation des Rotors bewirkt, da dieser sich dem elektromagnetischen Feld entsprechend ausrichten möchte.Switched reluctance machines include rotors with rotor teeth and stators with stator teeth. The stator typically includes electromagnetic coils that are arranged and set up according to multiple power phases. The number of current phases corresponds to the number of closed magnetic circuits that are required to cover a full revolution of the electrical angle. By sequentially energizing a suitable part of the stator coils, an electromagnetic field can be generated in such a way that a reluctance force is exerted on the rotor, which causes the rotor to rotate because it wants to align itself accordingly with the electromagnetic field.

Um die Stromphasen bezüglich der Rotorposition im Hinblick auf die Stromamplitude und die Schaltzeiten nach korrekt zu bestromen, wird ein Umrichter genutzt. Die Bestimmung der Einschalt- und Ausschaltzeitpunkte für zumindest eine Stromphase ist Voraussetzung für eine kontrollierte Bewegung des Rotors. Um die Einschalt- und Ausschaltzeitpunkte festzulegen, werden üblicherweise Positionssensoren und Drehzahlsensoren genutzt, mittels denen die Momentanposition und die Momentandrehzahl des Rotors erfasst wird. Die detektierten Größen werden dann dem Umrichter in geeigneter Weise zur zugrundeliegenden Stromregelung zugeführt.A converter is used to correctly energize the current phases with regard to the rotor position with regard to the current amplitude and the switching times. The determination of the switch-on and switch-off times for at least one current phase is a prerequisite for a controlled movement of the rotor. In order to determine the switch-on and switch-off times, position sensors and speed sensors are usually used, by means of which the instantaneous position and the instantaneous speed of the rotor are detected. The detected variables are then supplied to the converter in a suitable manner for the underlying current control.

Derartige Positionssensoren und Drehzahlsensoren erfordern allerdings zusätzliche Verkabelungen und mechanische Verbindungen über die Rotorwelle an der Reluktanzmaschine, wodurch die jeweilige Reluktanzmaschine eine erhöhte Komplexität bei ebenfalls erhöhten Kosten aufweist. Zudem sind die Sensoren dem Umfeld der Reluktanzmaschine ausgesetzt, deren Umweltbedingungen häufig rau sind. Dadurch werden die Sensoren stark beansprucht. Ein Ausfall eines Sensors führt dazu, dass die Stromregelung nicht mehr ausgeführt werden kann. Die Maschine ist dann im Allgemeinen unbenutzbar, was ungewünschte Ausfallzeiten zur Folge hat. Auch sind Wartungsarbeiten in der Regel aufwendig und kostenintensiv.However, such position sensors and speed sensors require additional wiring and mechanical connections via the rotor shaft on the reluctance machine, as a result of which the respective reluctance machine has increased complexity and also increased costs. In addition, the sensors are exposed to the environment of the reluctance machine, whose environmental conditions are often harsh. This puts a lot of strain on the sensors. A failure of a sensor means that the current control can no longer be carried out. The machine is then generally unusable, resulting in unwanted downtime. Maintenance work is also usually complex and cost-intensive.

Alternative Verfahren zur Positions- und Drehzahlbestimmung basieren auf der Beaufschlagung der Stromphasen der Reluktanzmaschine mit zusätzlichen Detektionssignalen (beispielsweise „Pulsinjektionsverfahren“). Die Position und die Drehzahl des Rotors werden dann durch Auswertung der magnetischen Flussverkettung und/oder der Auswertung der Induktivität bestimmt. Die Einspeisung sowie die Auswertung dieser zusätzlichen Signale setzt meist eine zusätzliche Hardware voraus, was wiederum den Aufwand und die Fehleranfälligkeit erhöht. Die Beaufschlagung mittels zusätzlicher Detektionssignale kann zudem grundsätzlich erhöhte Störungen zur Folge haben, beispielsweise die Erzeugung einer Funkstörausstrahlung oder die Erzeugung von Gegenmomenten, was die Drehmomentwelligkeit erhöht. Die zugrundeliegenden Auswerteverfahren weisen zudem eine vergleichsweise hohe Komplexität auf und stellen daher erhöhte Anforderungen an die Regelungstechnik. Ein weiterer Nachteil ist der erhöhte technische Aufwand zur Erzeugung und Erfassung der zusätzlichen Signale.Alternative methods for determining position and speed are based on applying additional detection signals to the current phases of the reluctance machine (e.g. "pulse injection method"). The position and the speed of the rotor are then determined by evaluating the magnetic flux linkage and/or evaluating the inductance. Feeding in and evaluating these additional signals usually requires additional hardware, which in turn increases the effort and susceptibility to errors. The application of additional detection signals can also fundamentally result in increased interference, for example the generation of radio interference emissions or the generation of counter-torques, which increases the torque ripple. The underlying evaluation methods also have a comparatively high level of complexity and therefore place increased demands on the control technology. Another disadvantage is the increased technical effort involved in generating and detecting the additional signals.

Der Erfindung liegt daher die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Reluktanzmaschine zu schaffen, das zusätzliche externe Sensoren vermeidet und gleichzeitig eine verringerte Komplexität aufweist, insbesondere das keine zusätzlich eingespeisten Detektionssignale erfordert.The invention is therefore based on the technical task of creating a method for operating a reluctance machine that avoids additional external sensors and at the same time has a reduced complexity, in particular that does not require any additionally fed-in detection signals.

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, von denen jeder für sich oder in (Sub-)Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen kann. Einzelne Aspekte sind im Hinblick auf Verfahren, andere im Hinblick auf Vorrichtungen erläutert. Sie sind jedoch entsprechend wechselseitig übertragbar.The object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous configurations are specified in the dependent patent claims and the following description, each of which can represent an aspect of the invention on its own or in (sub)combination. Individual aspects are explained with regard to methods, others with regard to devices. However, they are mutually transferable.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum sensorlosen Betrieb einer geschalteten Reluktanzmaschine mit mehreren Stromphasen bereitgestellt. Die geschaltete Reluktanzmaschine wird mittels eines Umrichters angesteuert.In accordance with one aspect, a method for sensorless operation of a multi-phase switched reluctance machine is provided. The switched reluctance machine is controlled by a converter.

Das Verfahren umfasst zumindest den Schritt des Bestimmens eines Stromsollwerts zur Beaufschlagung von zumindest einer Statorspule. Der Stromsollwert wird mittels eines Drehzahlreglers bestimmt. Der Stromsollwert wird basierend auf zumindest einem Drehzahlsollwert und einer Momentandrehzahl bestimmt.The method comprises at least the step of determining a desired current value for applying at least one stator coil. The current setpoint is determined using a speed controller. The current setpoint is determined based on at least a speed setpoint and an instantaneous speed.

Ferner umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens zumindest eines Schaltsignals mittels eines Stromreglers für zumindest eine Stromphase. Das Schaltsignal wird basierend auf zumindest dem Stromsollwert und einem von dem Umrichter ausgegebenen Stromistwert bestimmt. Bevorzugt wird dabei eine Relativrotorposition bezüglich eines Drehwinkels eines elektromagnetischen Drehfelds der geschalteten Reluktanzmaschine berücksichtigt.The method also includes the step of determining at least one switching signal by means of a current controller for at least one current phase. The switching signal is determined based on at least the desired current value and an actual current value output by the converter. A relative rotor position with respect to a rotation angle of an electromagnetic rotating field of the switched reluctance machine is preferably taken into account.

Des Weiteren umfasst das Verfahren den Schritt des Ausgebens eines Phasenstroms durch eine Treiberschaltung des Umrichters für zumindest eine Stromphase an zumindest eine Statorspule. Der Phasenstrom wird als Folge des zumindest einen Schaltsignals ausgegeben. Der ausgegebene Phasenstrom wird durch den Stromregler zwischen einer oberen Schaltschwelle und einer unteren Schaltschwelle geregelt.Furthermore, the method includes the step of outputting a phase current through a driver circuit of the converter for at least one current phase to at least one stator coil. The phase current is output as a result of the at least one switching signal. The output phase current is regulated by the current controller between an upper switching threshold and a lower switching threshold.

Die Relativrotorposition wird zumindest basierend auf einer Initialrotorposition und/oder einer Stromänderungsgeschwindigkeit des vom Umrichter ausgegebenen Phasenstroms bestimmt.The relative rotor position is determined at least based on an initial rotor position and/or a current rate of change of the phase current output by the converter.

Da sich die Phaseninduktivität in Abhängigkeit der Rotorposition ändert, führt die Drehung des Rotors dazu, dass basierend auf dem ausgegebenen Phasenstrom die Schaltzeiten für den nachfolgenden Schaltzyklus bestimmt werden können. Denn die Rückkopplung durch die sich ändernde Phaseninduktivität führt im Allgemeinen je Schaltzyklus zu variierenden Stromänderungsgeschwindigkeiten. In anderen Worten beeinflusst die momentane Phaseninduktivität die Änderung des eingeprägten Stroms in einer Phasenspule, weshalb der Strom betragsmäßig variierende Steigungen aufweisen kann. Durch diese Abhängigkeit folgt auch, dass die Schaltzeiten je Schaltzyklus bestimmt werden können und entsprechend anpassbar sind.Since the phase inductance changes as a function of the rotor position, the rotation of the rotor means that the switching times for the subsequent switching cycle can be determined based on the output phase current. This is because the feedback from the changing phase inductance generally leads to varying rates of current change per switching cycle. In other words, the instantaneous phase inductance influences the change in the impressed current in a phase coil, which is why the current can have gradients that vary in terms of absolute value. This dependency also means that the switching times per switching cycle can be determined and adjusted accordingly.

Bei dem vorliegenden Verfahren muss nicht etwa die absolute Rotorposition berücksichtigt werden. Vielmehr reicht die Bestimmung einer relativen Rotorposition bezüglich eines Drehwinkels eines zugrundeliegenden elektromagnetischen Drehfelds der Reluktanzmaschine aus.In the case of the present method, the absolute rotor position does not have to be taken into account. Rather, the determination of a relative rotor position with respect to a rotation angle of an underlying electromagnetic rotating field of the reluctance machine is sufficient.

Außerdem kommt der Regelung zu Gute, dass die Periodenlänge der Stromregelung sehr viel kürzer ist als eine Periodenlänge der Drehgeschwindigkeit des Rotors. In anderen Worten, während der Schaltzyklen zur Beaufschlagung der Stromphasen der Reluktanzmaschine ändert sich die Drehzahl des Rotors nur unwesentlich. Das Verfahren wird dann genutzt, um quasikonstante Phasenströme zwischen entsprechenden Schaltschwellen einzuprägen, sodass schlussendlich die Momentandrehzahl des Rotors an einen Drehzahlsollwert angepasst werden kann.The regulation also benefits from the fact that the period length of the current regulation is very much shorter than a period length of the rotational speed of the rotor. In other words, the speed of the rotor changes only insignificantly during the switching cycles for applying the current phases of the reluctance machine. The method is then used to impress quasi-constant phase currents between corresponding switching thresholds, so that the instantaneous speed of the rotor can ultimately be adapted to a speed setpoint.

Das Verfahren ermöglicht es, die Reluktanzmaschine zu betreiben, ohne dass für die zugrundeliegende Regelung Positionssensoren oder Drehzahlsensoren für den Rotor benötigt werden. Dadurch weist die Reluktanzmaschine zusammen mit dem Umrichter eine verringerte Komplexität auf. Die Reluktanzmaschine wird sensorlos betrieben. Auch erfordert das Verfahren nicht, zusätzliche Detektionssignale in die zugrundeliegenden Signalleitungen der Statorspulen einzuspeisen. Dadurch kann die Signalqualität vorteilhaft verbessert werden. Zudem wird die Regelung vereinfacht. Das vorliegende Verfahren beruht bezüglich der Regelung einzig auf der Auswertung der von dem Umrichter ohnehin im herkömmlichen Betrieb ausgegebenen Phasenströme und/oder den Schaltsignalen. Es ist also lediglich erforderlich, die von dem Umrichter ausgegebenen Phasenströme zu erfassen, um die Reluktanzmaschine entsprechend dem vorhergehend erläuterten Verfahren anzutreiben.The method makes it possible to operate the reluctance machine without the need for position sensors or speed sensors for the rotor for the underlying control. As a result, the complexity of the reluctance machine together with the converter is reduced. The reluctance machine is operated without sensors. The method also does not require feeding additional detection signals into the underlying signal lines of the stator coils. As a result, the signal quality can advantageously be improved. In addition, the regulation is simplified. With regard to the regulation, the present method is based solely on the evaluation of the phase currents and/or the switching signals output by the converter anyway in conventional operation. It is therefore only necessary to detect the phase currents output by the converter in order to drive the reluctance machine in accordance with the method explained above.

Das Verfahren kann sowohl auf Laständerungen als auch auf Drehzahländerungen reagieren. Laständerungen äußern sich dabei in einer sich ändernden Phaseninduktivität in Abhängigkeit des eingeprägten Stroms wodurch die Stromänderungsgeschwindigkeit beeinflusst wird.The method can react to both load changes and speed changes. Load changes are expressed in a changing phase inductance as a function of the impressed current, which influences the current rate of change.

Die Anzahl der Stromphasen ist variabel und muss lediglich in der Schaltfolge berücksichtigt werden. Eine spezielle Auslegung der Statorspulen (Statorwicklungen) ist nicht erforderlich. Eine Rückführung von anderen als den herkömmlichen zum Antrieb der Reluktanzmaschine genutzten Signalen zum Umrichter zum Zwecke der Regelung kann vorteilhaft vermieden werden. Die der Regelung zugrundeliegenden Eingangsgrößen können aus dem Stromregler selbst abgeleitet werden.The number of current phases is variable and only has to be taken into account in the switching sequence. A special design of the stator coils (stator windings) is not required. Feedback of signals other than those conventionally used to drive the reluctance machine to the converter for the purpose of regulation can advantageously be avoided. The input variables on which the control is based can be derived from the current controller itself.

Das Verfahren kann grundsätzlich sowohl für den Betrieb von Reluktanzmaschinen entsprechend einer Motorfunktion, als auch in entsprechender Weise für den Betrieb von Reluktanzmaschinen entsprechend einer Generatorfunktion angewendet werden. Bevorzugt wird das Verfahren aber für den Betrieb einer Reluktanzmaschine angewendet, die entsprechend einer Motorfunktion verwendet wird.In principle, the method can be used both for the operation of reluctance machines in accordance with a motor function and in a corresponding manner for the operation of reluctance machines in accordance with a generator function. However, the method is preferably used for the operation of a reluctance machine that is used in accordance with a motor function.

Optional kann das Verfahren auch den Schritt des Bestimmens einer Zwischenkreisspannung des Umrichters umfassen, um eine zusätzliche Möglichkeit zu schaffen, Einfluss auf den ausgegebenen Phasenstrom zu nehmen. Allerdings würde dadurch ein zusätzlicher Regelkreis erforderlich, was die Komplexität des Verfahrens erhöhen würde. Eine generelle Variation und Regelung der Zwischenkreisspannung kann deshalb vor allem für spezifische Anwendungsfälle von Interesse sein. Im Allgemeinen kann eine konstante Zwischenkreisspannung verwendet werden.Optionally, the method can also include the step of determining an intermediate circuit voltage of the converter in order to create an additional possibility of influencing the output phase current. However, this would require an additional control circuit, which would increase the complexity of the method. A general variation and regulation of the intermediate circuit voltage can therefore be of interest, especially for specific applications. In general, a constant intermediate circuit voltage can be used.

Ferner kann das Verfahren die Berücksichtigung einer Zeitdifferenz zwischen dem Erreichen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle durch den ausgegebenen Phasenstrom vorsehen, um die Relativrotorposition bezüglich des elektromagnetischen Drehfelds zu bestimmen. In anderen Worten kann durch die Treiberschaltung ein Phasenstrom bezüglich eines Stromsollwerts derart ausgegeben werden, dass der Phasenstrom bis zum Erreichen der oberen Schaltschwelle erhöht wird. Anschließend fällt der ausgegebene Phasenstrom durch die Phaseninduktivität bis zur unteren Schaltschwelle ab, wonach er wiederum erhöht wird. Es wird somit ein quasikonstanter ausgegebener Phasenstrom für zumindest eine Stromphase an zumindest eine Statorspule ausgegeben. Die Zeitpunkte des Erreichens der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle ergeben eine entsprechende Zeitdifferenz je Schaltzyklus. Durch die Abhängigkeit von der Phaseninduktivität wird sich die Zeitdifferenz je Schaltzyklus im Allgemeinen ändern. Die Zeitdifferenz, die sich aus den Zeitpunkten des Erreichens der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle ergibt, kann also zur Positionsbestimmung des Rotors bezüglich seiner Relativrotorposition genutzt werden.Furthermore, the method can provide for taking into account a time difference between when the upper switching threshold and the lower switching threshold are reached by the phase current that is output, in order to determine the relative rotor position with respect to the rotating electromagnetic field. In other words, the driver circuit can output a phase current in relation to a desired current value in such a way that the phase current is increased until the upper switching threshold is reached. The output phase current then falls due to the phase inductance to the lower switching threshold, after which it is increased again. A quasi-constant output phase current is thus output for at least one current phase to at least one stator coil. The times at which the upper switching threshold and the lower switching threshold are reached result in a corresponding time difference per switching cycle. Due to the dependence on the phase inductance, the time difference per switching cycle will generally change. The time difference that results from the times when the upper switching threshold and the lower switching threshold are reached can therefore be used to determine the position of the rotor with respect to its relative rotor position.

Optional kann die Stromänderungsgeschwindigkeit durch eine Zeitdifferenz des vom Umrichter ausgegebenen ansteigenden und/oder abfallenden Phasenstroms zwischen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle bestimmt werden. Insbesondere kann die Zeitdifferenz durch Zeitpunkte, zu denen die obere und die untere Schaltwelle erreicht werden, bestimmt sein. Das bedeutet, dass die Zeitdifferenz auch als ein entsprechendes Maß für die im Allgemeinen variierende Stromänderungsgeschwindigkeit angesehen werden kann. Denn betragsmäßig unterschiedliche Stromänderungsgeschwindigkeiten führen zu unterschiedlichen Zeitdifferenzen zwischen dem Erreichen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle des ausgegebenen Phasenstroms. Aus der Zeitdifferenz kann dann also die jeweilige Stromänderungsgeschwindigkeit bestimmt werden. Gleichzeitig wird dadurch die Bestimmung der Relativrotorposition bezüglich des elektromagnetischen Drehfelds der Reluktanzmaschine ermöglicht. Die Differenz zwischen den beiden Schaltschwellen, also die Differenz zwischen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle, wird genutzt um die Stromänderung (Delta I) zu bestimmen, die in der erfassten Zeitdifferenz (Delta t) auftritt, um hierüber die Stromänderungsgeschwindigkeit (Delta I / Delta t) entsprechend zu bestimmen.Optionally, the current rate of change can be determined by a time difference between the upper switching threshold and the lower switching threshold of the rising and/or falling phase current output by the converter. In particular, the time difference can be determined by the points in time at which the upper and lower switching shafts are reached. This means that the time difference can also be viewed as a corresponding measure of the generally varying rate of current change. This is because current rates of change that differ in terms of absolute value lead to different time differences between when the upper switching threshold and the lower switching threshold of the output phase current are reached. The current rate of change can then be determined from the time difference. At the same time, this enables the relative rotor position to be determined in relation to the electromagnetic rotating field of the reluctance machine. The difference between the two switching thresholds, i.e. the difference between the upper switching threshold and the lower switching threshold, is used to determine the current change (Delta I) that occurs in the recorded time difference (Delta t) in order to calculate the current change rate (Delta I / Delta t) to be determined accordingly.

Bevorzugt kann die Zeitdifferenz durch einen Zählwert eines Zeitzählers bestimmt sein. Dabei beginnt der Zeitzähler wiederholend zu zählen, wenn der durch den Stromregler geregelte Phasenstrom die obere Schaltschwelle erreicht. Der Zeitzähler hört jeweils zu zählen auf, wenn der durch den Stromregler geregelte Phasenstrom die untere Schaltschwelle erreicht. Der Zeitzähler stellt dann eine besonders einfache Realisierung zur Bestimmung der zugrundeliegenden Zeitdifferenzen bereit, die sich von Schaltzyklus zu Schaltzyklus generell aufgrund des Einflusses der variierenden Phaseninduktivität unterscheiden. Der Zeitzähler ermöglicht dabei auch in besonders einfacher Weise die Vermeidung der Beaufschlagung mit zusätzlichen Detektionssignalen.The time difference can preferably be determined by a count value of a time counter. The time counter starts counting repeatedly when the phase current controlled by the current controller reaches the upper switching threshold. The time counter stops counting when the phase current controlled by the current controller reaches the lower switching threshold. The time counter then provides a particularly simple implementation for determining the underlying time differences, which generally differ from switching cycle to switching cycle due to the influence of the varying phase inductance. The time counter also makes it possible in a particularly simple manner to avoid being subjected to additional detection signals.

Alternativ oder kumulativ weist der Stromregler ein stetiges oder unstetiges Regelverhalten auf. Beispielsweise kann der Stromregler einen Zweipunktregler und/oder Mehrpunktregler und/oder einen Hystereseregler und/oder einen Regler umfassen, der ein Strom-Differenzband vorgibt. Andere Reglertypen sind ebenfalls nutzbar. Derartige Regler sind einfach zu implementieren und können den ausgegebenen Phasenstrom effizient zwischen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle regeln, um einen quasikonstanten ausgegebenen Phasenstrom bereitzustellen. Dabei sind die genannten Reglertypen auch hinsichtlich des Regelverhaltens einfach anpassbar.Alternatively or cumulatively, the current controller has a continuous or discontinuous control behavior. For example, the current controller can include a two-point controller and/or a multi-point controller and/or a hysteresis controller and/or a controller that specifies a current differential band. Other controller types can also be used. Such regulators are easy to implement and can regulate the phase current output efficiently between the upper switching threshold and the lower switching threshold in order to provide a quasi-constant phase current output. The controller types mentioned can also be easily adapted with regard to the control behavior.

Zudem kann sich die zumindest eine vom Umrichter mit dem Phasenstrom beaufschlagte Statorspule in einem Freilauf befinden, sobald der durch den Stromregler geregelte Phasenstrom die obere Schaltschwelle erreicht. Während des Freilaufs der Statorspule ist diese kurzgeschlossen. Das bedeutet, dass die Kontakte der Statorspule niederohmig gekoppelt sind. Der eingeprägte Phasenstrom fällt dann verhältnismäßig langsam ab, ausgehend von der oberen Schaltschwelle.In addition, the at least one stator coil to which the phase current is applied by the converter can be in a freewheel state as soon as the phase current regulated by the current controller reaches the upper switching threshold. The stator coil is short-circuited while it is freewheeling. This means that the contacts of the stator coil are coupled with low resistance. The impressed phase current then falls relatively slowly, starting from the upper switching threshold.

Des Weiteren kann der Freilauf der beaufschlagten Statorspule beendet werden und der Phasenstrom wieder ausgegeben und/oder verstärkt werden, sobald der durch den Stromregler geregelte Phasenstrom die untere Schaltschwelle erreicht. Somit wird für die Zeit des Freilaufs der verhältnismäßig langsame Abfall des Phasenstroms genutzt. Dadurch wird die Signalqualität verbessert und die Schaltfrequenz reduziert, was wiederum den Stromverbrauch reduziert.Furthermore, the freewheeling of the stator coil that has been acted upon can be ended and the phase current can be output and/or amplified again as soon as the phase current regulated by the current regulator reaches the lower switching threshold. Thus, the relatively slow drop in the phase current is used for the time of freewheeling. This improves the signal quality and reduces the switching frequency, which in turn reduces power consumption.

Optional kann die Momentandrehzahl basierend auf einer Anzahl von Einschaltflanken und/oder Ausschaltflanken zumindest einer Stromphase je Einheitszeitintervall bestimmt werden. Da die Rotorgeometrie und die Statorgeometrie grundsätzlich bekannt sind, kann aus der Anzahl der Einschaltflanken und/oder Ausschaltflanken je Einheitszeitintervall auf die Drehzahl des Rotors geschlossen werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Einschaltflanken je Sekunde bestimmt werden. Hier wird ausgenutzt, dass der zum Antrieb genutzte Regelungsmechanismus eine sehr viel kürzere Periodendauer als die mechanische Periodendauer des Rotors aufweist.Optionally, the instantaneous speed can be determined based on a number of switch-on edges and/or switch-off edges of at least one current phase per unit time interval. Since the rotor geometry and the stator geometry are fundamentally known, conclusions can be drawn about the rotational speed of the rotor from the number of switch-on edges and/or switch-off edges per unit time interval. For example, the number of switch-on edges per second can be determined. Here exploits the fact that the control mechanism used for the drive has a much shorter period than the mechanical period of the rotor.

Wenn lediglich eine Stromphase für die Bestimmung der Momentandrehzahl genutzt wird, gibt es eine verhältnismäßig lange Totzeit (die Zeit der Beaufschlagung anderer Stromphasen), innerhalb der die Momentandrehzahl nicht aktualisiert werden kann. Die Momentandrehzahl kann dann ausgehend von dem zuletzt bestimmten Wert als konstant angenommen werden. Das kann für verschiedene Anwendungsszenarien ausreichend sein, da sich die Drehzahl des Rotors im Verhältnis zur Periodenlänge des Regelungsmechanismus nur langsam ändert.If only one current phase is used to determine instantaneous speed, there is a relatively long dead time (the time other current phases are applied) within which the instantaneous speed cannot be updated. The instantaneous speed can then be assumed to be constant, based on the value last determined. This can be sufficient for various application scenarios, since the speed of the rotor changes only slowly in relation to the period length of the control mechanism.

Bevorzugt kann die Momentandrehzahl basierend auf der Anzahl von Einschaltflanken und/oder Ausschaltflanken mehrerer oder sämtlicher Stromphasen je Einheitszeitintervall bestimmt werden. Dadurch kann die Genauigkeit der Momentandrehzahl verbessert werden, da die Momentandrehzahl bezüglich des kompletten Drehwinkels des zugrundeliegenden elektromagnetischen Drehfelds der Reluktanzmaschine bestimmt wird. Als Folge wird auch die Genauigkeit der Regelung verbessert, da der Stromsollwert präziser bestimmbar ist.The instantaneous speed can preferably be determined based on the number of switch-on edges and/or switch-off edges of several or all current phases per unit time interval. As a result, the accuracy of the instantaneous speed can be improved since the instantaneous speed is determined with respect to the complete angle of rotation of the underlying electromagnetic rotating field of the reluctance machine. As a result, the accuracy of the regulation is also improved since the current setpoint can be determined more precisely.

Optional kann von einer ersten zum Antreiben der geschalteten Reluktanzmaschine genutzten Stromphase zu einer zweiten zum Antreiben genutzten Stromphase umgeschaltet werden, sobald ein für die erste Stromphase vorgegebener Wechselschwellenwert für die Stromänderungsgeschwindigkeit erreicht oder überschritten (alternativ unterschritten) wird. Beispielsweise kann ausgewertet werden, ob die Stromänderungsgeschwindigkeit, insbesondere die (mittlere) Steigung des Phasenstroms innerhalb eines Schaltzyklus einen vorbestimmten Wechselschwellenwert erreicht, unterschreitet oder überschreitet. Diese Bedingung kann durch die Abhängigkeit von der variierenden Phaseninduktivität für eine bestimmte Relativrotorposition bezüglich des elektromagnetischen Drehfelds erfüllt sein. Dann kann der Fall eintreten, dass eine Ausgabe des Phasenstroms an die erste Stromphase die Drehzahl des Rotors nachteilig beeinflusst und ihr entgegenwirkt. Deshalb wird es dann erforderlich, zu einer zweiten Stromphase umzuschalten. Durch die sequentielle Auslösung wird der Aufwand zum Umschalten zwischen den Stromphasen vorteilhaft verringert.It is optionally possible to switch from a first current phase used to drive the switched reluctance machine to a second current phase used to drive it as soon as a change threshold value for the current rate of change specified for the first current phase is reached or exceeded (alternatively undershot). For example, it can be evaluated whether the current rate of change, in particular the (average) increase in the phase current within a switching cycle, reaches, falls below or exceeds a predetermined change threshold value. This condition can be met through the dependence on the varying phase inductance for a specific relative rotor position with respect to the rotating electromagnetic field. It may then be the case that an output of the phase current to the first current phase adversely affects and counteracts the speed of the rotor. Therefore, it then becomes necessary to switch to a second current phase. The sequential triggering advantageously reduces the effort involved in switching between the current phases.

Alternativ oder kumulativ kann eine Ausgabe des Phasenstroms durch eine Treiberschaltung des Umrichters für die jeweilige Stromphase nach einem Ausschaltsignal beendet werden. Das Ausschaltsignal ist dann dadurch bestimmt, dass der Zählwert des Zeitzählers für die jeweilige Stromphase einen vorgegebenen Umschaltschwellenwert übersteigt. Wenn beispielsweise der Zählwert des Zeitzählers von Schaltzyklus zu Schaltzyklus aufgrund der sich ändernden Phaseninduktivität variiert, insbesondere steigt, kann in besonders einfacher Weise ein entsprechender Umschaltschwellenwert festgelegt werden, bei dessen Erreichen oder Überschreiten das Ausschaltsignal zum Beenden der Ausgabe des Phasenstroms für die entsprechende Stromphase ausgelöst wird. Der Zeitzähler kann also in besonders einfacher Weise genutzt werden, um entsprechende Umschaltschwellenwerte festzulegen.Alternatively or cumulatively, an output of the phase current can be ended by a driver circuit of the converter for the respective current phase after a switch-off signal. The switch-off signal is then determined in that the count value of the time counter for the respective current phase exceeds a predetermined switching threshold value. If, for example, the count value of the time counter varies from switching cycle to switching cycle due to the changing phase inductance, in particular increases, a corresponding switching threshold value can be defined in a particularly simple manner, and when it is reached or exceeded, the switch-off signal to end the output of the phase current for the corresponding current phase is triggered . The time counter can therefore be used in a particularly simple manner to define corresponding switchover threshold values.

Insbesondere kann von einer ersten zum Antreiben der geschalteten Reluktanzmaschine genutzten Stromphase zu einer zweiten zum Antreiben genutzten Stromphase umgeschaltet werden, sobald ein für die erste Stromphase vorgegebener Umschaltschwellenwert erreicht oder überschritten wird. Analog zu einer sich ändernden Stromänderungsgeschwindigkeit mit einem entsprechenden Wechselschwellenwert kann der Umschaltschwellenwert genutzt werden, um vorzugeben, ob eine nachfolgende Stromphase bestromt wird. Die sequentielle Auslösung in Abhängigkeit der Reglung der vorhergehend beaufschlagten Stromphase vereinfacht den Gesamtreglungsaufwand.In particular, it is possible to switch from a first current phase used to drive the switched reluctance machine to a second current phase used to drive it as soon as a switching threshold value specified for the first current phase is reached or exceeded. Analogous to a changing speed of current change with a corresponding change threshold value, the changeover threshold value can be used to specify whether a subsequent current phase is energized. The sequential triggering depending on the control of the previously applied current phase simplifies the overall control effort.

Weiterhin kann von einer ersten zum Antreiben der geschalteten Reluktanzmaschine genutzten Stromphase zu einer zweiten zum Antreiben genutzten Stromphase auch basierend auf einer Zählwertdifferenz zwischen Zählwerten wiederholter Zählvorgänge des Zeitzählers umgeschaltet werden. Wie bereits erläutert, variieren die Zählwerte der wiederholten Zählvorgänge aufgrund der sich ändernden Phaseninduktivität. Die Phaseninduktivität schwankt dabei zwischen Extremwerten, also einer Minimalphaseninduktivität und einer Maximalphaseninduktivität. Da die Phaseninduktivität zwischen diesen Extremwerten generell ein monoton steigendes oder monoton fallendes Verhalten zeigt (in Abhängigkeit der Überdeckung von Rotorzähnen und Statorzähnen), werden die Zählwertdifferenzen zwischen Zählwerten von aufeinanderfolgenden Zählvorgängen im Allgemeinen ebenfalls monoton steigen oder monoton fallen, zumindest bis der nachfolgende Extremwert der Phaseninduktivität erreicht ist. Die Zählwertdifferenzen zwischen Zählwerten aufeinanderfolgender Zählvorgänge stellen deshalb ein Maß bereit, um festzulegen, wann von der Beaufschlagung einer Stromphase zu einer nachfolgenden Stromphase umgeschaltet werden muss. Dazu können die Zählwertdifferenzen der Zählwerte aufeinanderfolgender Zählvorgänge ausgewertet werden und ein entsprechender Schwellenwert festgelegt werden. Denkbar ist auch, dass nicht jede Zählwertdifferenz erfasst wird, sondern zumindest teilweise ein Interpolationsverfahren genutzt wird, um den Umschaltzeitpunkt zu bestimmen.Furthermore, it is also possible to switch from a first current phase used for driving the switched reluctance machine to a second current phase used for driving based on a count value difference between count values of repeated count processes of the time counter. As previously explained, the counts of the repeated counts vary due to the changing phase inductance. The phase inductance fluctuates between extreme values, ie a minimum phase inductance and a maximum phase inductance. Since the phase inductance between these extreme values generally exhibits a monotonically increasing or monotonically decreasing behavior (depending on the overlap of rotor teeth and stator teeth), the count value differences between count values of successive counting processes will also generally be monotonically increasing or monotonically decreasing, at least until the following extreme value of the phase inductance is reached. The count differences between counts of consecutive counts therefore provide a measure to determine when to switch from applying one phase of current to a subsequent phase of current. For this purpose, the counter value differences of the count values of consecutive counting processes can be evaluated and a corresponding threshold value can be defined. It is also conceivable that not every counter value difference is recorded, but rather an interpolation method is used at least partially in order to determine the switchover time.

Optional kann die Zählwertdifferenz zwischen Zählwerten wiederholter und/oder aufeinanderfolgender Zählvorgänge des Zeitzählers auch zur Bestimmung der Momentandrehzahl des Rotors genutzt werden. Hierfür kann beispielsweise jeder ermittelte Zählwert verwendet werden, um eine zu dem jeweiligen ermittelten Zählwert korrespondierende Induktivität zu bestimmen. Wie bereits erläutert, besteht zwischen der Relativrotorposition und der Induktivität ein direkter Zusammenhang, der zur Bestimmung der Momentandrehzahl nutzbar gemacht werden kann. Durch die Bestimmung jeder einzelnen Relativrotorposition in Abhängigkeit des jeweiligen Induktivitätswerts kann mit jeder neuen Messung eine neue Momentanrotordrehzahl ermittelt werden.Optionally, the count value difference between count values of repeated and/or consecutive count processes of the time counter can also be used to determine the instantaneous speed of the rotor. For this purpose, for example, each determined counter value can be used in order to determine an inductance that corresponds to the respective determined counter value. As already explained, there is a direct connection between the relative rotor position and the inductance, which can be used to determine the instantaneous speed. By determining each individual relative rotor position as a function of the respective inductance value, a new instantaneous rotor speed can be determined with each new measurement.

Alternativ oder kumulativ können auch alle Zählwertdifferenzen einer Stromphase bestimmt werden, also von wiederholenden und/oder aufeinanderfolgenden Zählvorgängen des Zeitzählers. Es ergibt sich dann eine Hüllkurve über die Zählwertdifferenzen, welche durch eine korrespondierende Momentanrotordrehzahl bestimmt ist. Aus der Hüllkurve, die sich durch die bisher bestimmten Zählwertdifferenzen ergibt, kann also die Momentanrotordrehzahl bestimmt werden. Die fortlaufende Anpassung der Hüllkurve aufgrund neuer, bestimmter Zählwertdifferenzen ermöglicht die Aktualisierung der Momentanrotordrehzahl.Alternatively or cumulatively, all count value differences of a current phase can also be determined, ie from repeated and/or consecutive counting processes of the time counter. An envelope curve then results over the counter value differences, which is determined by a corresponding instantaneous rotor speed. The instantaneous rotor speed can therefore be determined from the envelope curve, which results from the previously determined counter value differences. The ongoing adjustment of the envelope due to new, determined count differences allows the instantaneous rotor speed to be updated.

Alternativ oder kumulativ können das Einschaltsignal und/oder das Ausschaltsignal zum Ausgeben des Phasenstroms und/oder Beenden der Ausgabe des Phasenstroms für eine zum Antreiben genutzte Stromphase durch Extremwerte einer Phaseninduktivität der jeweiligen Stromphase bestimmt sein. Die Phaseninduktivität schwankt in Abhängigkeit der Überdeckung von zumindest einem Rotorzahn und zumindest einem zugeordneten Statorzahn zwischen einer Minimalphaseninduktivität und einer Maximalphaseninduktivität. Diese Extremwerte der Phaseninduktivität bestimmen daher generell die Schaltpunkte zum Beginn oder zum Beenden der Ausgabe des Phasenstroms, um einen möglichst effizienten Maschinenbetrieb zu ermöglichen.Alternatively or cumulatively, the switch-on signal and/or the switch-off signal for outputting the phase current and/or ending the output of the phase current for a current phase used for driving can be determined by extreme values of a phase inductance of the respective current phase. The phase inductance fluctuates between a minimum phase inductance and a maximum phase inductance depending on the overlap of at least one rotor tooth and at least one associated stator tooth. These extreme values of the phase inductance therefore generally determine the switching points at the beginning or at the end of the output of the phase current in order to enable the most efficient machine operation possible.

Weiterhin kann das Einschaltsignal und/oder das Ausschaltsignal zum Ausgeben des Phasenstroms und/oder Beenden der Ausgabe des Phasenstroms von einer Momentandrehzahl des Rotors und/oder einem Arbeitspunkt der Reluktanzmaschine und/oder vorbestimmten Maschinenparametern der Reluktanzmaschine abhängen. In Abhängigkeit der Momentandrehzahl des Rotors kann es beispielsweise vorteilhaft sein, einen Umschaltzeitpunkt zum Beenden der Ausgabe des Phasenstroms derart zu wählen, dass er kurz vor Erreichen eines Extremwerts (insbesondere Maximalwerts) der jeweiligen Phaseninduktivität liegt. Dadurch kann dann ein verlängertes Zeitintervall bereitgestellt bis zum Erreichen des nachfolgenden Extremwerts (insbesondere Minimalwerts) der Phaseninduktivität bereitgestellt werden, sodass der Phasenstrom tatsächlich ausreichend abfallen kann, bevor er erneut ausgegeben wird. Eine solche in Bezug auf die Phaseninduktivität von den Extremwerten abweichende Beschaltung kann beispielsweise für verhältnismäßig große Momentandrehzahlen des Rotors vorteilhaft sein. Ähnliche Abweichungen können vorgesehen sein, um die Ausgabe der Phasenströme den Arbeitspunkten und/oder Maschinenparametern der Reluktanzmaschine entsprechend anzupassen.Furthermore, the switch-on signal and/or the switch-off signal for outputting the phase current and/or ending the output of the phase current can depend on an instantaneous speed of the rotor and/or an operating point of the reluctance machine and/or predetermined machine parameters of the reluctance machine. Depending on the instantaneous speed of the rotor, it can be advantageous, for example, to select a switchover time for ending the output of the phase current such that it is just before reaching an extreme value (in particular maximum value) of the respective phase inductance. As a result, an extended time interval can then be provided until the subsequent extreme value (in particular minimum value) of the phase inductance is reached, so that the phase current can actually drop sufficiently before it is output again. Such a wiring, which deviates from the extreme values with regard to the phase inductance, can be advantageous, for example, for relatively high instantaneous speeds of the rotor. Similar deviations can be provided in order to adapt the output of the phase currents to the operating points and/or machine parameters of the reluctance machine.

Generell können das Einschaltsignal zum Ausgeben des Phasenstroms durch ein Minimum der Phaseninduktivität (Minimalphaseninduktivität) und/oder das Ausschaltsignal zum Beenden der Ausgabe des Phasenstroms durch ein Maximum der Phaseninduktivität (Maximalphaseninduktivität) bestimmt sein. Wie bereits erläutert, hängt die Phaseninduktivität von der Überdeckung von zumindest einem Rotorzahn und zumindest einem zugeordneten Statorzahn ab. Bei vollständiger Überdeckung tritt die Maximalphaseninduktivität (auch Längsachseninduktivität) auf. Bei symmetrischer Gegenüberstellung von Rotorzahn und Statorzahn-Lücke tritt die Minimalphaseninduktivität (auch Querachseninduktivität) auf. Wird die Ausgabe des Phasenstroms im Zeitpunkt des Erreichens der Maximalphaseninduktivität nicht beendet, so führt die abnehmende Überdeckung von Rotorzahn und zugeordnetem Statorzahn zu einer abnehmenden Phaseninduktivität. Wird zu diesem Zeitpunkt der Phasenstrom weiterhin ausgegeben, so erzeugt dieser zumindest anteilig einen die Bewegung des Rotors hindernden Einfluss, da zumindest eine anteilige Reluktanzkraft entgegen der Drehrichtung des Rotors hervorgerufen wird. Deshalb sind die Extremwerte der jeweiligen Phaseninduktivität geeignet, die Zeitpunkte der Signale zur Ausgabe des Phasenstroms zu bestimmen.In general, the turn-on signal for outputting the phase current can be determined by a minimum of the phase inductance (minimum phase inductance) and/or the turn-off signal for stopping the output of the phase current can be determined by a maximum of the phase inductance (maximum phase inductance). As already explained, the phase inductance depends on the overlapping of at least one rotor tooth and at least one associated stator tooth. With complete overlap, the maximum phase inductance (also longitudinal axis inductance) occurs. When the rotor tooth and stator tooth gap are symmetrically compared, the minimum phase inductance (also quadrature axis inductance) occurs. If the output of the phase current is not ended when the maximum phase inductance is reached, then the decreasing overlap of the rotor tooth and associated stator tooth leads to a decreasing phase inductance. If the phase current continues to be output at this point in time, then this produces at least a proportion of an influence that hinders the movement of the rotor, since at least a proportion of the reluctance force is caused counter to the direction of rotation of the rotor. The extreme values of the respective phase inductance are therefore suitable for determining the point in time of the signals for outputting the phase current.

Insbesondere kann das Einschaltsignal zum Ausgeben des Phasenstroms für eine bestimmte Stromphase mit einem Ausschaltsignal zum Beenden der Ausgabe des Phasenstroms einer vorhergehenden Stromphase zusammenfallen. Auch bezüglich der zugrundeliegenden Phaseninduktivität ist eine sequentielle voneinander abhängende Beschaltung der Stromphasen möglich, wodurch der Regelungsaufwand reduziert wird.In particular, the switch-on signal for outputting the phase current for a specific current phase can coincide with a switch-off signal for ending the output of the phase current of a previous current phase. With regard to the underlying phase inductance, a sequential, mutually dependent wiring of the current phases is also possible, which reduces the control effort.

Optional können das Einschaltsignal zum Ausgeben des Phasenstroms für eine Stromphase und/oder das Ausschaltsignal zum Beenden der Ausgabe des Phasenstroms bezüglich der jeweiligen Extremwerte der Phaseninduktivität der jeweiligen Stromphase einen Zeitversatz aufweisen. Der Zeitversatz kann variabel sein, insbesondere innerhalb vorbestimmter Grenzen bezogen auf den jeweiligen Extremwert der Phaseninduktivität. In anderen Worten kann von einer Beschaltung entsprechend der Extremwerte der Phaseninduktivität zumindest geringfügig abgewichen werden, um Sekundäreffekte zu erzielen, zum Beispiel um Einfluss auf die resultierende Drehmomentwelligkeit zu nehmen. Eine fortlaufend variierende geringfügige Abweichung des Schaltzeitpunkts bezogen auf den Zeitpunkt des Erreichens des jeweiligen Extremwerts der Phaseninduktivität führt dazu, dass das System weniger symmetrisch angetrieben wird. Dadurch weist der Verlauf des ausgegebenen Drehmoments der Reluktanzmaschine keinen feststehenden Verlauf auf, wodurch eine symmetrische Überlagerung bezüglich der Amplitude vermieden wird. Insgesamt wird die Ausgabe des Drehmoments bezüglich der Amplitude deshalb gleichförmiger, wodurch eine geringere Drehmomentwelligkeit erzielt wird. Dadurch kann die Belastung auf angetriebene externe Komponenten verringert werden.The switch-on signal for outputting the phase current for a current phase and/or the switch-off signal for ending the output of the phase current can optionally have a time offset with respect to the respective extreme values of the phase inductance of the respective current phase. The time offset can be variable, especially within predetermined limits based on the respective extreme value of the phase inductance. In other words, it is possible to deviate at least slightly from a circuit corresponding to the extreme values of the phase inductance in order to achieve secondary effects, for example in order to influence the resulting torque ripple. A continuously varying slight deviation of the switching time in relation to the time at which the respective extreme value of the phase inductance is reached leads to the system being driven less symmetrically. As a result, the course of the output torque of the reluctance machine does not have a fixed course, as a result of which a symmetrical superimposition with regard to the amplitude is avoided. Overall, therefore, the torque output becomes more uniform in amplitude, resulting in less torque ripple. This can reduce the load on driven external components.

Ferner kann eine absolute Momentanrotorposition bestimmt werden, nachdem zunächst einmal eine Referenzposition ermittelt wurde. Die Relativrotorposition kann insofern bezüglich der Referenzposition „kalibriert“ werden. Durch fortlaufende Ermittlung der Relativrotorposition kann die aktuelle, absolute Momentanrotorposition dann für sämtliche Relativrotorpositionen in Abhängigkeit der Referenzposition bestimmt werden.Furthermore, an absolute instantaneous rotor position can be determined after a reference position has first been determined. In this respect, the relative rotor position can be “calibrated” with respect to the reference position. By continuously determining the relative rotor position, the current, absolute instantaneous rotor position can then be determined for all relative rotor positions as a function of the reference position.

Alternativ oder kumulativ kann eine absolute Momentanrotorposition basierend auf Zeitpunkten des Erreichens der oberen Schaltschwelle und/oder der unteren Schaltschwelle des vom Umrichter ausgegebenen Phasenstroms bestimmt werden. Durch beispielsweise absichtlich eingebrachte asymmetrische Magnetkreise und/oder durch Fertigungstoleranzen können sich die Extremwerte der Phaseninduktivitäten voneinander unterscheiden. Werden die Zeitpunkte des Erreichens der oberen Schaltschwelle und/oder der unteren Schaltschwelle des ausgegebenen Phasenstroms ermittelt, kann dann die jeweilige absolute Momentanrotorposition bestimmt werden, beispielsweise weil eine bestimmte Schaltschwellenabfolge einem bestimmten asymmetrischen Magnetkreisverlauf entspricht.Alternatively or cumulatively, an absolute instantaneous rotor position can be determined based on the times at which the upper switching threshold and/or the lower switching threshold of the phase current output by the converter is reached. The extreme values of the phase inductances can differ from one another, for example, as a result of intentionally introduced asymmetrical magnetic circuits and/or as a result of manufacturing tolerances. If the times at which the upper switching threshold and/or the lower switching threshold of the output phase current is reached are determined, the respective absolute instantaneous rotor position can then be determined, for example because a specific switching threshold sequence corresponds to a specific asymmetric magnetic circuit profile.

Weiterhin kann eine Initialrotorposition (bei stehendem Rotor) basierend auf einem Strompuls bestimmt wird, mit dem alle Stromphasen gleichzeitig und/oder sequentiell beaufschlagt werden („Pulsinjektionsverfahren“). Die Bestimmung der Initialrotorposition basiert dann auf der Auswertung der magnetischen Flussverkettung und/oder der Auswertung der Phaseninduktivität. Insbesondere kann die jeweilige Phaseninduktivität beispielsweise mittels der Auswertung von Zählwerten von den jeweiligen Stromphasen zugeordneten Zeitzählern oder basierend auf einem Vergleich der jeweiligen Phasenströme erfolgen. Der verwendete Strompuls ist dabei so gewählt, dass dieser den Rotor nicht in Drehung versetzt. Insofern kann der Stromimpuls eine entsprechend geringe Amplitude aufweisen.Furthermore, an initial rotor position (when the rotor is stationary) can be determined based on a current pulse that is applied to all current phases simultaneously and/or sequentially (“pulse injection method”). The determination of the initial rotor position is then based on the evaluation of the magnetic flux linkage and/or the evaluation of the phase inductance. In particular, the respective phase inductance can take place, for example, by evaluating counted values from time counters assigned to the respective current phases or based on a comparison of the respective phase currents. The current pulse used is selected in such a way that it does not cause the rotor to rotate. In this respect, the current pulse can have a correspondingly small amplitude.

Alternativ kann die Bestimmung der Initialrotorposition auch vermieden werden. Denn der Rotor kann auch durch einfaches Ansteuern in eine definierte Position gebracht werden. Dabei kann eine einzelne Stromphase angesteuert werden. Alternativ können auch mehrere Stromphasen sequentiell angesteuert werden. Durch die resultierende Bewegung des Rotors wird ermöglicht, die Relativrotorposition des Rotors bezüglich des zugrundeliegenden elektromagnetischen Drehfelds zu bestimmen.Alternatively, the determination of the initial rotor position can also be avoided. Because the rotor can also be brought into a defined position by simply controlling it. A single current phase can be controlled. Alternatively, several current phases can also be controlled sequentially. The resulting movement of the rotor makes it possible to determine the relative rotor position of the rotor with respect to the underlying electromagnetic rotating field.

Da sich die Momentandrehgeschwindigkeit des Rotors relativ zur Periodenlänge der Phasenstromregelung nur langsam ändert, kann diese optional auch genutzt werden, um „Messfehler“ bei der Bestimmung der Stromänderungsgeschwindigkeit, der Zeitdifferenz zwischen dem Erreichen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle durch den ausgegebenen Phasenstrom, bei Zählwerten des Zeitzählers und bei Zählwertdifferenzen von aufeinanderfolgenden Zählvorgängen des Zeitzählers zu identifizieren. Die Stromregelung kann insofern einen Sicherheitsmechanismus umfassen, der starke Abweichungen von einem Erwartungswert, der basierend auf der Momentandrehgeschwindigkeit des Rotors bestimmbar ist, zu detektieren. In diesem Fall kann der Stromregler vorsehen, dass der jeweilige „Messwert“ bei der Stromregelung unberücksichtigt bleibt.Since the instantaneous rotational speed of the rotor changes only slowly relative to the period length of the phase current control, this can optionally also be used to eliminate "measurement errors" when determining the current rate of change, the time difference between the upper switching threshold and the lower switching threshold being reached by the phase current output To identify counts of the time counter and count differences of consecutive counts of the time counter. In this respect, the current control can include a safety mechanism that detects major deviations from an expected value that can be determined based on the instantaneous rotational speed of the rotor. In this case, the current controller can provide that the respective "measured value" is not taken into account in the current control.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein System umfassend zumindest eine geschaltete Reluktanzmaschine und zumindest einen Umrichter bereitgestellt. Die Reluktanzmaschine wird basierend auf dem zuvor beschriebenen Verfahren angetrieben. Das bedeutet, dass der Umrichter angeordnet und eingerichtet ist, an Statorspulen (Statorwicklungen) entsprechende Phasenströme auszugeben.According to a further aspect, a system comprising at least one switched reluctance machine and at least one converter is also provided. The reluctance machine is driven based on the method previously described. This means that the converter is arranged and set up to output corresponding phase currents to stator coils (stator windings).

Die Reluktanzmaschine umfasst einen Stator mit Statorzähnen und einen Rotor mit Rotorzähnen.The reluctance machine includes a stator with stator teeth and a rotor with rotor teeth.

Natürlich können Rotor und Stator bei entsprechender Auslegung auch jeweils Sätze von mehreren Rotorzähnen und Statorzähnen aufweisen, die ein simultanes Überdeckungsverhalten zeigen.Of course, with a corresponding design, the rotor and stator can also each have sets of several rotor teeth and stator teeth that show a simultaneous overlapping behavior.

Optional können der Stator und/oder der Rotor segmentiert sein. Das bedeutet, dass beispielsweise jeweils mehrere Statorzähne zusammen ein Statorsegment des Stators bilden. Anders ausgedrückt umfasst ein Statorsegment mehrere Statorzähne. Entsprechend können Rotorsegmente vorgesehen sein, die jeweils entsprechend mehrere Rotorzähne umfassen. Dadurch ist der Bau einer redundanten Reluktanzmaschine möglich. So können Wartungsarbeiten vereinfacht sein. Auch kann der Transport vereinfacht sein. Zudem kann der Materialaufwand des Aufbaus reduziert werden.Optionally, the stator and/or the rotor can be segmented. This means that, for example, several stator teeth together form a stator segment of the stator. In other words, a stator segment includes a number of stators teeth. Correspondingly, rotor segments can be provided, each correspondingly comprising a plurality of rotor teeth. This makes it possible to build a redundant reluctance machine. Maintenance work can thus be simplified. Also, transportation can be simplified. In addition, the cost of materials for the construction can be reduced.

Beispielsweise für segmentierte Reluktanzmaschinen, aber generell auch allgemein, kann der Umrichter als Einzelvorrichtung für sämtliche Segmente (allgemein: Statorwicklungen gleicher Stromphasen) oder in Form mehrerer Vorrichtungen jeweils für ein einzelnes Segment ausgelegt sein. Jeder Umrichter findet dank des hier erläuterten sensorlosen Antriebkonzepts den richtigen Ein- und Ausschaltzeitpunkt. Dadurch werden die Komplexität der Regelung und die Komplexität der Verkabelung vorteilhaft reduziert, da jeder Umrichter passend zur jeweiligen Segmentposition seinen Ein- und Ausschaltzeitpunkt selbst festlegt. Ferner kann so auch die Montage vereinfacht werden, da eine ungenaue Positionierung von jedem Umrichter selbstständig ausgeglichen wird. Der Montageaufwand ist also reduziert.For example, for segmented reluctance machines, but generally also in general, the converter can be designed as a single device for all segments (generally: stator windings of the same current phases) or in the form of multiple devices for each individual segment. Thanks to the sensorless drive concept explained here, each converter finds the correct switch-on and switch-off time. This advantageously reduces the complexity of the regulation and the complexity of the wiring, since each converter determines its own switch-on and switch-off times to match the respective segment position. Furthermore, assembly can also be simplified in this way, since inaccurate positioning is automatically compensated for by each converter. The assembly effort is therefore reduced.

Beispielsweise sind einem Statorsegment sämtliche vorhandene Stromphasen zugeordnet. Hierdurch ist es möglich, dass die unterschiedlichen Statorsegmente gleich aufgebaut sind, wodurch der Aufwand und somit die Kosten reduziert werden können. Es kann jedes Statorsegment über einen eigenen zugeordneten Umrichter mit eigenständiger Stromregelung und Rotorpositionserfassung autark versorgt werden. Dadurch wird bei Ausfall eines Segments eine Redundanz bereitgestellt, sodass die Reluktanzmaschine weiterbetrieben werden kann. Ferner können basierend auf der autarken Versorgung unterschiedliche Segmente auch unterschiedlich elektrisch dimensioniert werden, wodurch eine Reluktanzmaschine mit einer Leistungsanpassung an den jeweiligen Anwendungsfall bereitgestellt wird. Alternativ kann die unterschiedliche elektrische Dimensionierung genutzt werden, um die Reluktanzmaschine an unterschiedliche Leistungsanforderungen anpassen zu können. Die Reluktanzmaschine kann dann entsprechend einer aktuellen Leistungsanforderung mit jeweils bestmöglichem Wirkungsgrad betrieben werden.For example, all current phases present are assigned to a stator segment. This makes it possible for the different stator segments to be constructed in the same way, as a result of which the complexity and thus the costs can be reduced. Each stator segment can be supplied independently via its own assigned converter with its own current control and rotor position detection. This provides redundancy in the event of a segment failure so that the reluctance machine can continue to operate. Furthermore, based on the self-sufficient supply, different segments can also be electrically dimensioned differently, as a result of which a reluctance machine with a performance adjustment to the respective application is provided. Alternatively, the different electrical dimensioning can be used in order to be able to adapt the reluctance machine to different performance requirements. The reluctance machine can then be operated with the best possible efficiency in each case in accordance with a current power requirement.

Der Umrichter umfasst zumindest einen Drehzahlregler, einen Stromregler und eine Treiberschaltung zur Ausgabe der Phasenströme.The converter includes at least one speed controller, one current controller and one driver circuit for outputting the phase currents.

Der Drehzahlregler gibt den Stromsollwert an den Stromregler weiter und kann beispielsweise als einfacher PID-Regler ausgeführt sein.The speed controller forwards the current setpoint to the current controller and can be designed as a simple PID controller, for example.

Der Stromregler hat zumindest mittelbar die Aufgabe den jeweiligen Phasenstrom in die entsprechende Statorspule (Statorwicklung) einzuspeisen. Dabei wählt er abhängig von der Rotorposition die zu schaltende Stromphase aus. Die Rotorposition muss dabei nicht absolut bekannt sein. Es genügt eine Relativrotorposition bezüglich des zugrundeliegenden elektromagnetischen Drehfelds zu berücksichtigen. Unterschiedliche Stromformen (beispielsweise Sinus-Form, Sägezahn-Form, Rechteck-Form oder andere) können genutzt werden. Eine Auswahl kann geeignet getroffen werden, um Einfluss auf das erzeugte Drehmoment und die Drehmomentwelligkeit zu nehmen. Der Stromregler ist typischerweise schneller als der Drehzahlregler und diesem untergeordnet.The current controller has at least indirectly the task of feeding the respective phase current into the corresponding stator coil (stator winding). Depending on the rotor position, it selects the current phase to be switched. The rotor position does not have to be absolutely known. It is sufficient to consider a relative rotor position with regard to the underlying electromagnetic rotating field. Different current forms (e.g. sine wave, sawtooth wave, square wave or others) can be used. A selection can be appropriately made to influence the generated torque and the torque ripple. The current controller is typically faster than the speed controller and subordinate to it.

Optional kann der Stromregler einen Hystereseregler oder Zweipunktregler umfassen oder als solcher ausgeführt sein. Dadurch wird ermöglicht, einen quasikonstanten Phasenstrom durch Wahl geeigneter Schaltschwellen des zugrundeliegenden Reglers zu erhalten. Dabei kann die Regelungsgeschwindigkeit des Stromreglers berücksichtigt werden. Als variable Größe ergibt sich in diesem Fall die jeweilige Anstiegs- und Abfallzeit des Phasenstroms, da diese von der variierenden Phaseninduktivität in Abhängigkeit der Relativrotorposition beeinflusst wird. Also kann so Einfluss auf die Stromänderungsgeschwindigkeit und die Zeitdifferenz zwischen dem Erreichen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle des zugrundeliegenden Reglers genommen werden. Der Stromregler bestimmt also nicht nur die zu beaufschlagende Stromphase, sondern stellt auch die entsprechenden Einschaltzeitpunkte und Ausschaltzeitpunkte bereit, um einen quasi-konstanten Phasenstrom zu erlangen.Optionally, the current controller can include a hysteresis controller or two-point controller or be designed as such. This makes it possible to obtain a quasi-constant phase current by choosing suitable switching thresholds of the underlying controller. The control speed of the current controller can be taken into account. In this case, the respective rise and fall time of the phase current results as a variable quantity, since this is influenced by the varying phase inductance as a function of the relative rotor position. In this way, the current rate of change and the time difference between reaching the upper switching threshold and the lower switching threshold of the underlying controller can be influenced. The current controller therefore not only determines the current phase to be applied, but also provides the corresponding switch-on times and switch-off times in order to obtain a quasi-constant phase current.

Die Treiberschaltung kann beispielsweise entsprechende Halbleitervorrichtungen, insbesondere Dioden und/oder aktive Halbleiter umfassen, welche sperren und/oder schalten und/oder regeln. Beispielhaft können dies Transistoren, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) oder andere entsprechende Vorrichtungen sein, die eine einfache Anpassung der ausgegebenen Phasenströme ermöglichen. Die Leistungselektronik (Treiberschaltung) des Umrichters kann insbesondere als asymmetrische Halbbrücke eingerichtet sein, entsprechend der Anzahl der Stromphasen.The driver circuit can include, for example, corresponding semiconductor devices, in particular diodes and/or active semiconductors, which block and/or switch and/or regulate. Illustratively, these may be transistors, metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs), insulated gate bipolar transistors (IGBTs), or other equivalent devices that allow easy adjustment of the output phase currents. The power electronics (driver circuit) of the converter can be set up in particular as an asymmetrical half-bridge, depending on the number of current phases.

Optional kann der Umrichter eingerichtet sein, um zumindest drei Betriebszustände bezüglich jeder Stromphase einzunehmen, nämlich „Aus“, „An“, und "Freilauf`. Der Zustand „Aus“ verhindert im unbestromten Betriebszustand, dass der Phasenstrom in der beaufschlagten Statorspule (Statorwicklung) ansteigt. Im bestromten Betriebszustand fließt der Strom über die Spannungsquelle. Die Spannung der Quelle wird dann gegen die Spannung der Statorspule geschaltet, was einen schnellen Stromabfall verursacht. Im Betriebszustand „Freilauf” hingegen ist die Spule kurzgeschlossen, was einen verhältnismäßig langsamen Stromabfall des jeweiligen Phasenstroms zur Folge hat. Im Betriebszustand „An“ wird die Spannung der Quelle an die Statorspule angelegt und der Phasenstrom in der Statorspule steigt an.Optionally, the converter can be set up to assume at least three operating states with regard to each current phase, namely "off", "on" and "freewheeling". In the no-current operating state, the "off" state prevents the phase current in the loaded stator coil (stator winding) increases. In the energized operating state, the current flows via the voltage source. The voltage of the source is then compared to the voltage of the station gate coil switched, causing a rapid current drop. In the "freewheeling" operating state, on the other hand, the coil is short-circuited, which results in a relatively slow current drop in the respective phase current. In the "On" operating state, the voltage from the source is applied to the stator coil and the phase current in the stator coil increases.

Es ist lediglich erforderlich, die von dem Umrichter ausgegebenen Phasenströme zu erfassen, um die Reluktanzmaschine entsprechend dem vorhergehend erläuterten Verfahren anzutreiben. Das System, dessen Reluktanzmaschine entsprechend dem zuvor erläuterten Verfahren betrieben wird, ist daher zumindest hinsichtlich der zugrundeliegenden Regelungstechnik vereinfacht. Externe Positionsgeber oder Drehzahlsensoren sind nicht erforderlich. Die Anzahl der zugrundeliegenden Stromphasen des Stators unterliegt keinen besonderen Voraussetzungen. Eine Rückführung von anderen als den herkömmlichen zum Antrieb genutzten Signalen zum Umrichter zum Zwecke der Regelung kann vorteilhaft vermieden werden. Das System zeichnet sich deshalb durch seine Reglungseffizienz und durch eine reduzierte Komplexität aus.It is only necessary to detect the phase currents output by the converter in order to drive the reluctance machine according to the method explained above. The system, whose reluctance machine is operated according to the method explained above, is therefore simplified, at least with regard to the underlying control technology. External position encoders or speed sensors are not required. The number of underlying current phases of the stator is not subject to any special requirements. Feedback of signals other than those conventionally used for the drive to the converter for the purpose of regulation can advantageously be avoided. The system is therefore characterized by its control efficiency and reduced complexity.

Das System kann ferner zumindest eine mit dem Umrichter gekoppelte Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen. Dann kann das zum Antrieb genutzte Verfahren zumindest teilweise hardware-basiert und/oder software-basiert sein. Insbesondere können der Drehzahlregler, der Stromregler, die Bestimmung der Relativrotorposition und/oder die Bestimmung der Momentandrehzahl im Wesentlichen software-basiert (computer-implementiert) erfolgen.The system may further include at least one data processing device coupled to the converter. The method used for the drive can then be at least partially hardware-based and/or software-based. In particular, the speed controller, the current controller, the determination of the relative rotor position and/or the determination of the instantaneous speed can essentially be software-based (computer-implemented).

Sämtliche im Hinblick auf die verschiedenen Aspekte erläuterten Merkmale sind einzeln oder in (Sub-)Kombination mit anderen Aspekten kombinierbar.All of the features explained with regard to the various aspects can be combined individually or in (sub)combination with other aspects.

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

  • - 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Teils eines Systems umfassend eine Reluktanzmaschine und einen Umrichter sowie eine Vergrößerung eines Ausschnitts des Systems,
  • - 2 eine vereinfachte schematische Darstellung eines beispielhaften Induktivitätsverlaufs für die Reluktanzmaschine aus 1,
  • - 3 eine vereinfachte schematische Darstellung des zugrundeliegenden Regelungskonzepts bei der Reluktanzmaschine aus 1,
  • - 4 eine vereinfachte schematische Darstellung des Induktivitätsverlaufs mit eingeprägtem Phasenstrom und einem korrespondierenden Zeitzähler bei der Reluktanzmaschine aus 1, und
  • - 5 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Verfahrens zum sensorlosen Betrieb einer geschalteten Reluktanzmaschine aus 1.
The invention and other advantageous embodiments and developments thereof are described and explained in more detail below with reference to the examples shown in the drawings. The features to be found in the description and the drawings can be used according to the invention individually or collectively in any combination. Show it:
  • - 1 a simplified schematic representation of part of a system comprising a reluctance machine and a converter as well as an enlargement of a section of the system,
  • - 2 shows a simplified schematic representation of an exemplary inductance profile for the reluctance machine 1 ,
  • - 3 shows a simplified schematic representation of the underlying control concept for the reluctance machine 1 ,
  • - 4 a simplified schematic representation of the inductance curve with an impressed phase current and a corresponding time counter in the reluctance machine 1 , and
  • - 5 a simplified schematic representation of a method for sensorless operation of a switched reluctance machine 1 .

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Alle nachstehend in Bezug auf die Ausführungsbeispiele und/oder die begleitenden Figuren offengelegten Merkmale können allein oder in einer beliebigen Unterkombination mit Merkmalen der Aspekte der vorliegenden Offenbarung, einschließlich Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen, kombiniert werden, vorausgesetzt, die sich ergebende Merkmalskombination ist für einen Fachmann auf dem Gebiet der Technik sinnvoll.All features disclosed below in relation to the exemplary embodiments and/or the accompanying figures can be combined alone or in any sub-combination with features of the aspects of the present disclosure, including features of preferred embodiments, provided that the resulting combination of features is for a person skilled in the art field of technology makes sense.

Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bedeutet die Formulierung „mindestens eines von A, B und C“ beispielsweise (A), (B), (C), (A und B), (A und C), (B und C) oder (A, B und C), einschließlich aller weiteren möglichen Kombinationen, wenn mehr als drei Elemente aufgeführt sind. Mit anderen Worten, der Begriff „mindestens eines von A und B“ bedeutet im Allgemeinen „A und/oder B“, nämlich „A“ allein, „B“ allein oder „A und B“.For purposes of this disclosure, the phrase “at least one of A, B, and C” means, for example, (A), (B), (C), (A and B), (A and C), (B and C), or (A, B and C), including all other possible combinations if more than three items are listed. In other words, the term "at least one of A and B" generally means "A and/or B", namely "A" alone, "B" alone or "A and B".

1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Teils eines Systems 10 umfassend eine beispielhafte Reluktanzmaschine 12 und einen Umrichter 14 sowie eine entsprechende Vergrößerung 27 eines Ausschnitts des Systems 10. 1 shows a simplified schematic representation of part of a system 10 comprising an exemplary reluctance machine 12 and a converter 14 as well as a corresponding enlargement 27 of a section of the system 10.

Die Reluktanzmaschine 12 umfasst einen (beispielsweise aus mehreren Teilen bestehenden) Stator 16 und einen Rotor 18. Der Rotor 18 ist hier als Innenläufer ausgebildet, dementsprechend der Stator 16 als Außenstator. Andere Konfigurationen sind ebenfalls nutzbar, beispielsweise Rotoren 18 als Außenläufer oder der Stator 16 als Doppelstator, der bezüglich des Rotors 18 beidseits des Rotors 18 angeordnet sind (also innen und außen).The reluctance machine 12 comprises a stator 16 (consisting of several parts, for example) and a rotor 18. The rotor 18 is designed here as an internal rotor, and accordingly the stator 16 as an external stator. Other configurations can also be used, for example rotors 18 as external rotors or the stator 16 as a double stator, which is arranged on both sides of the rotor 18 with respect to the rotor 18 (ie inside and outside).

Das vorliegende Verfahren ist nicht auf bestimmte Ausführungen von Statoren 16 und/oder Rotoren 18 beschränkt. Insofern stellt die gezeigte Ausführungsform lediglich eine beispielhafte Ausgestaltung dar.The present method is not limited to specific designs of stators 16 and/or rotors 18 . In this respect, the embodiment shown merely represents an exemplary configuration.

Der Stator 16 ist vorliegend segmentiert, wobei jedes Statorsegment 17 in der gezeigten Ausführungsform zwei Statorzähne 20, 22 und eine dazwischenliegende Statorzahn-Lücke 24 umfasst. Zwischen den Statorsegmenten 17 sind ebenfalls Lücken vorhanden, beispielsweise Lücken, die die gleiche Größe wie die Statorzahn-Lücken 24 haben.The stator 16 is segmented here, with each stator segment 17 in the embodiment shown comprising two stator teeth 20, 22 and a stator tooth gap 24 lying between them. There are also gaps between the stator segments 17 , for example gaps which are the same size as the stator tooth gaps 24 .

Ein Statorsegment 17 kann die Gruppierung einzelner Statorkomponenten sein, insbesondere einzelner Statorzähne 20, 22.A stator segment 17 can be the grouping of individual stator components, in particular individual stator teeth 20, 22.

Insofern umfasst jedes Statorsegment 17 zumindest einen Statorzahn 20.In this respect, each stator segment 17 comprises at least one stator tooth 20.

Je nach Anwendungsfall kann der Stator 16 unterschiedliche Konfigurationen aufweisen. Die Statorzähne 20, 22 können selbstverständlich ebenfalls als Einzelkomponenten (nicht als U-förmige Komponenten) vorgesehen sein. Insbesondere können Statorzähne 20, 22 eines Statorsegments 17 gemeinsam oder sequentiell mit einem Phasenstrom beaufschlagt werden, je nach Gesamtauslegung des Stators 16. Der Rotor 18 umfasst mehrere Rotorzähne 26, die vorliegend umfangsförmig gleichverteilt sind.Depending on the application, the stator 16 can have different configurations. The stator teeth 20, 22 can of course also be provided as individual components (not as U-shaped components). In particular, stator teeth 20, 22 of a stator segment 17 can be subjected to a phase current jointly or sequentially, depending on the overall design of the stator 16. The rotor 18 comprises a plurality of rotor teeth 26, which in the present case are distributed uniformly around the circumference.

Der Durchlauf des Rotors 18 über alle Statorzähne 20, 22, die unterschiedliche Relativpositionen zu den Rotorzähnen 26 aufweisen, entspricht dabei einem vollen Durchlauf des elektrischen Winkels und stimmt mit der Anzahl der verwendeten Stromphasen überein. Exemplarisch weisen die Statorsegmente 17A-17E mit den jeweiligen Statorzähnen 20, 22 unterschiedliche Relativpositionen zu den Rotorzähnen 26 des Rotors 18 auf. Die Stromphasenanzahl der vorliegenden Reluktanzmaschine 12 ist damit fünf. Zur Vereinfachung wird nachfolgend aber von einer Reluktanzmaschine 12 mit drei Stromphasen ausgegangen.The passage of the rotor 18 over all the stator teeth 20, 22, which have different positions relative to the rotor teeth 26, corresponds to a full passage of the electrical angle and corresponds to the number of current phases used. By way of example, the stator segments 17A-17E with the respective stator teeth 20, 22 have different positions relative to the rotor teeth 26 of the rotor 18. The current phase number of the present reluctance machine 12 is therefore five. For simplification, however, a reluctance machine 12 with three current phases is assumed below.

Ein Ausschnitt des Systems 10 ist für die nachfolgenden Erläuterungen in einer Vergrößerung 27 detaillierter dargestellt. Beispielhaft sind eine erste Stellung 28A und eine zweite Stellung 28B (gestrichelt) des Rotors 18 relativ zum Stator 16 dargestellt. Entsprechend der ersten Stellung 28A ist der Rotorzahn 26 korrespondierend zur Statorzahn-Lücke 24 ausgerichtet. Entsprechend der zweiten Stellung 28B ist der Rotorzahn 26 korrespondierend zum zweiten Statorzahn 22 ausgerichtet.A section of the system 10 is shown in more detail in an enlargement 27 for the following explanations. A first position 28A and a second position 28B (dashed lines) of the rotor 18 relative to the stator 16 are shown by way of example. Corresponding to the first position 28A, the rotor tooth 26 is oriented correspondingly to the stator tooth gap 24 . Corresponding to the second position 28B, the rotor tooth 26 is oriented correspondingly to the second stator tooth 22 .

Die Statorzähne 20, 22 umfassen Statorwicklungen 30. Durch Beaufschlagung einer entsprechenden Konfiguration von Statorzähnen 20, 22 kann ein elektrisches Feld ausgebildet werden, das durch den Rotor 18 geschlossen wird. Zur Beaufschlagung kann der Umrichter 14 genutzt werden, der über Signalleitungen 32 mit den Statorwicklungen 30 gekoppelt ist. Dadurch wird eine Reluktanzkraft erzeugt, die eine Bewegung des Rotors 18 verursacht, beispielsweise entsprechend der Drehrichtung 34. Die Statorwicklungen 30 der unterschiedlichen Statorzähne 20, 22 werden entsprechend mehrerer Stromphasen beaufschlagt, nachfolgend beispielhaft gezeigt für eine drei-phasige Reluktanzmaschine 12 mit den Stromphasen 36A, 36B, 36C. Die Stromphasen 36A, 36B, 36C werden generell sequentiell (nacheinander) bestromt. Die Anzahl der Stromphasen 36A, 36B, 36C kann frei gewählt werden, muss aber zur Anzahl der Rotorzähne 26 und korrespondierenden Statorzähne 20, 22 passen.The stator teeth 20, 22 include stator windings 30. By applying a corresponding configuration of stator teeth 20, 22, an electric field can be formed, which is closed by the rotor 18. The converter 14 , which is coupled to the stator windings 30 via signal lines 32 , can be used for charging. This generates a reluctance force which causes the rotor 18 to move, for example in the direction of rotation 34. The stator windings 30 of the different stator teeth 20, 22 are acted upon in accordance with a number of current phases, shown below as an example for a three-phase reluctance machine 12 with the current phases 36A, 36B, 36C. The current phases 36A, 36B, 36C are generally energized sequentially (one after the other). The number of current phases 36A, 36B, 36C can be chosen freely, but must match the number of rotor teeth 26 and corresponding stator teeth 20, 22.

Die Überdeckung zwischen Rotorzahn 26, Statorzahn 22 und Statorzahn-Lücke 24 bestimmt die Phaseninduktivität 38A der jeweiligen Stromphase 36A, da die Statorwicklung 30 ortsfest an einem jeweiligen Statorzahn angeordnet ist. Ist der Rotorzahn 26 korrespondierend mit der Statorzahn-Lücke 24 ausgerichtet (erste Stellung), so liegt eine Minimalphaseninduktivität vor. Ist der Rotorzahn 26 korrespondierend mit einem Statorzahn 22 ausgerichtet (zweite Stellung), so liegt eine Maximalphaseninduktivität vor. Die jeweilige Phaseninduktivität 38A, 38B, 38C hängt deshalb von der Relativrotorposition bezogen auf den elektrischen Drehwinkel des zugrundeliegenden elektromagnetischen Drehfelds ab.The overlap between the rotor tooth 26, the stator tooth 22 and the gap 24 in the stator tooth determines the phase inductance 38A of the respective current phase 36A, since the stator winding 30 is arranged in a stationary manner on a respective stator tooth. If the rotor tooth 26 is correspondingly aligned with the stator tooth gap 24 (first position), then there is a minimum phase inductance. If the rotor tooth 26 is correspondingly aligned with a stator tooth 22 (second position), then there is a maximum phase inductance. The respective phase inductance 38A, 38B, 38C therefore depends on the relative rotor position in relation to the electrical angle of rotation of the underlying electromagnetic rotating field.

2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines beispielhaften Induktivitätsverlaufs 40 für eine Reluktanzmaschine 12 in Abhängigkeit des Rotorwinkels 42. Die Reluktanzmaschine 12 wird beispielhaft entsprechend dreier Stromphasen 36A, 36B, 36C bestromt. Gezeigt ist deshalb der Induktivitätsverlauf 40 für die unterschiedlichen Phaseninduktivitäten 38A, 38B, 38C der zugrundeliegenden Stromphasen 36A, 36B, 36C. Da die Statorzähne 20, 22 der unterschiedlichen Stromphasen 36A, 36B, 36C einen geometrischen Versatz entlang dem Statorumfang derart aufweisen, dass sie nicht gleichzeitig mit Rotorzähnen 26 überdecken, weisen die Phaseninduktivitäten 38A, 38B, 38C unter Berücksichtigung der Rotordrehung einen zeitlichen Versatz bezüglich ihrer Extremwerte auf, der hier durch einen Rotorwinkelversatz 44 dargestellt ist. Anders ausgedrückt, die Maximalphaseninduktivität 46A der ersten Stromphase 36A wird zu einem anderen Rotorwinkel 42 (Zeitpunkt) erreicht als die Maximalphaseninduktivität 46B der zweiten Stromphase 36B. Entsprechend spiegelt sich das auch bei den jeweiligen Minimalphaseninduktivitäten 48A, 48B wieder. Da die Drehrichtung 34 des Rotors 18 konstant ist, weist jede Phaseninduktivität 38A, 38B, 38C ein monoton steigendes oder monoton fallendes Verhalten zwischen den Extremwerten der jeweiligen Phaseninduktivität 38A, 38B, 38C auf, entsprechend einer zunehmenden oder abnehmenden Überdeckung zwischen Statorzahn 22 und Rotorzahn 26. 2 shows a simplified schematic representation of an exemplary inductance profile 40 for a reluctance machine 12 as a function of the rotor angle 42. The reluctance machine 12 is, for example, energized according to three current phases 36A, 36B, 36C. The inductance profile 40 is therefore shown for the different phase inductances 38A, 38B, 38C of the underlying current phases 36A, 36B, 36C. Since the stator teeth 20, 22 of the different current phases 36A, 36B, 36C have a geometric offset along the stator circumference in such a way that they do not overlap with rotor teeth 26 at the same time, the phase inductances 38A, 38B, 38C have a time offset with respect to their extreme values, taking into account the rotor rotation on, which is represented here by a rotor angle offset 44 . In other words, the maximum phase inductance 46A of the first current phase 36A is reached at a different rotor angle 42 (time) than the maximum phase inductance 46B of the second current phase 36B. This is also reflected accordingly in the respective minimum phase inductances 48A, 48B. Since the direction of rotation 34 of the rotor 18 is constant, each phase inductance 38A, 38B, 38C has a monotonically increasing or monotonically decreasing behavior between the extreme values of the respective phase inductance 38A, 38B, 38C, corresponding to an increasing or decreasing overlap between the stator tooth 22 and the rotor tooth 26 .

Der Rotorwinkel 42 muss hier nicht als absoluter Rotorwinkel verstanden werden. Es ist ausreichend den Rotorwinkel 42 als Drehwinkel des zugrundeliegenden elektromagnetischen Drehfelds zu interpretieren. Dementsprechend ist keine absolute Rotorposition erforderlich, sondern eine Relativrotorposition bezüglich des zugrundeliegenden elektromagnetischen Drehfelds ausreichend, da sie dieselbe Abhängigkeit wiederspiegelt.The rotor angle 42 does not have to be understood here as an absolute rotor angle. It is sufficient to interpret the rotor angle 42 as the angle of rotation of the underlying electromagnetic rotating field. Accordingly, no absolute rotor position is required, but a relative rotor position with respect to the underlying electromagnetic rotating field is sufficient, since it reflects the same dependency.

3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung des zugrundeliegenden Regelungskonzepts 50 des Systems 10. 3 shows a simplified schematic representation of the underlying control concept 50 of the system 10.

Der Umrichter 14 ist von der Reluktanzmaschine 12 bis auf die Signalleitungen 32 zur Beaufschlagung der Statorwicklungen 30 getrennt. Eine Rückführung von Signalen aus der Reluktanzmaschine 12 in den Umrichter 14 ist für das Regelungskonzept 50 nicht erforderlich. Lediglich die über die Signalleitungen 32 ausgegebenen Phasenströme 86müssen ausgewertet werden und werden im Regelungskonzept 50 genutzt. Das bedeutet, dass die der Regelung zugrundeliegenden Eingangsgrößen aus dem Umrichter 14 selbst abgeleitet werden können.The converter 14 is separated from the reluctance machine 12 except for the signal lines 32 for loading the stator windings 30 . Feedback of signals from the reluctance machine 12 to the converter 14 is not necessary for the control concept 50 . Only the phase currents 86 output via the signal lines 32 have to be evaluated and are used in the control concept 50 . This means that the input variables on which the regulation is based can be derived from the converter 14 itself.

Der Umrichter 14 umfasst einen Drehzahlregler 52, einen Stromregler 54, eine Treiberschaltung 56, eine Positionsbestimmungstechnik 58 und eine Drehzahlbestimmungstechnik 60. Einzelne Komponenten des Umrichters 14 können hardware-basiert oder, bevorzugt, software-basiert implementiert sein.The converter 14 includes a speed controller 52, a current controller 54, a driver circuit 56, a position determining technique 58 and a speed determining technique 60. Individual components of the converter 14 can be implemented on a hardware basis or, preferably, on a software basis.

Der Drehzahlregler 52 erhält als Eingangsgröße einen Drehzahlsollwert 62, beispielsweise von einer Mensch-Maschine-Schnittstelle. Als weitere Eingangsgröße empfängt der Drehzahlregler 52 eine Momentandrehzahl 64 des Rotors 18. Basierend auf den Eingangsgrößen, beispielsweise basierend auf der Differenz, bestimmt der Drehzahlregler 52 einen Stromsollwert 66 zur Beaufschlagung von zumindest einer Statorwicklung 30. Basierend auf dem Stromsollwert 66 wird ein Phasenstrom 86 eingeprägt und damit versucht, die Momentandrehzahl 64 des Rotors 18 an den Drehzahlsollwert 62 anzupassen.The speed controller 52 receives a desired speed value 62 as an input variable, for example from a man-machine interface. Speed controller 52 receives an instantaneous speed 64 of rotor 18 as a further input variable. Based on the input variables, for example based on the difference, speed controller 52 determines a current setpoint 66 for applying at least one stator winding 30. Based on current setpoint 66, a phase current 86 is impressed and thus tries to adapt the instantaneous speed 64 of the rotor 18 to the desired speed value 62 .

Der Stromregler 54 erhält als Eingangsgrößen den Stromsollwert 66 und den Stromistwert 72 des von dem Umrichter 14 für die jeweilige Stromphase 36A, 36B, 36C ausgegebenen Phasenstroms. Ferner erhält der Stromregler 54 als Eingangsgröße die Relativrotorposition 70 des Rotors 18 bezogen auf das zugrundeliegende elektromagnetische Drehfeld. Basierend auf den Eingangsgrößen bestimmt der Stromregler 54 Einschaltzeitpunkte und Ausschaltzeitpunkte, die durch ein entsprechendes Schaltsignal 74 (auch Spulenspannung genannt) an die nachgelagerte Treiberschaltung 56 weitergegeben werden. In der Folge wird durch die Treiberschaltung 56, die von einer Spannungsquelle eine Versorgungsspannung 76 empfängt, ein quasikonstanter Phasenstrom für die jeweilige zur Ansteuerung der Reluktanzmaschine 12 genutzte Stromphase 36A, 36B, 36C ausgegeben.The current controller 54 receives the current setpoint value 66 and the current actual value 72 of the phase current output by the converter 14 for the respective current phase 36A, 36B, 36C as input variables. Furthermore, the current controller 54 receives the relative rotor position 70 of the rotor 18 in relation to the underlying electromagnetic rotary field as an input variable. Based on the input variables, the current controller 54 determines switch-on times and switch-off times, which are forwarded to the downstream driver circuit 56 by a corresponding switching signal 74 (also called coil voltage). As a result, a quasi-constant phase current for the respective current phase 36A, 36B, 36C used to control the reluctance machine 12 is output by the driver circuit 56, which receives a supply voltage 76 from a voltage source.

Der Stromregler 54 umfasst insbesondere einen Hystereseregler und/oder einen Zweipunktregler, um einen quasi-konstanten Phasenstrom bereitzustellen. In Abhängigkeit des Stromsollwerts 66 werden zumindest eine obere Schaltschwelle und eine untere Schaltschwelle festgelegt, zwischen denen der ausgegebene Phasenstrom geregelt wird.The current controller 54 includes in particular a hysteresis controller and/or a two-point controller in order to provide a quasi-constant phase current. At least one upper switching threshold and one lower switching threshold, between which the output phase current is regulated, are defined as a function of current setpoint value 66 .

Die Schaltzeitpunkte, zu denen die Ausgabe des Phasenstroms begonnen wird und/oder beendet wird, werden zumindest mittelbar als Eingangsgrößen 66 der Drehzahlbestimmungstechnik 60 genutzt, um die Momentandrehzahl 64 des Rotors 18 zu bestimmen.The switching times at which the output of the phase current is started and/or ended are used at least indirectly as input variables 66 of the speed determination technique 60 in order to determine the instantaneous speed 64 of the rotor 18 .

Der ausgegebene Phasenstrom wird zudem im Hinblick auf die jeweilige Stromänderungsgeschwindigkeit zumindest mittelbar als Eingangsgröße 68 genutzt, um mittels der Positionsbestimmungstechnik 58 eine Relativrotorposition 70 des Rotors 18 zu bestimmen.The output phase current is also used at least indirectly as an input variable 68 with regard to the respective rate of change of current in order to determine a relative rotor position 70 of the rotor 18 using the position determination technique 58 .

Insbesondere zur Bestimmung der Relativrotorposition 70 kann der Umrichter einen Zeitzähler 78 umfassen. Der Zeitzähler 78 kann wiederholend zu zählen beginnen, wenn von dem ausgegebenen Phasenstrom die obere Schaltschwelle erreicht wird und jeweils zu zählen aufhören, wenn die untere Schaltschwelle erreicht wird. Dadurch ergeben sich aufeinanderfolgende Zählwerte und entsprechende Zählwertdifferenzen zwischen aufeinanderfolgenden Zählvorgängen, die generell aufgrund der sich ändernden Phaseninduktivität 38A, 38B, 38C durch die Drehbewegung des Rotors 18 variieren. Die Zählwerte und Zählwertdifferenzen können daher die Eingangsgröße 68 bestimmen.The converter can include a time counter 78 in particular for determining the relative rotor position 70 . The time counter 78 can start counting repeatedly when the output phase current reaches the upper switching threshold and stop counting when the lower switching threshold is reached. This results in consecutive count values and corresponding count value differences between consecutive count processes, which generally vary due to the changing phase inductance 38A, 38B, 38C due to the rotational movement of the rotor 18. The count values and count value differences can therefore determine the input variable 68 .

Das zum Betrieb der Reluktanzmaschine 12 genutzte Verfahren wird nachfolgend mit Bezug auf 3 und die 4 und 5 erläutert.The method used to operate the reluctance machine 12 is described below with reference to FIG 3 and the 4 and 5 explained.

4 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung 80 der Phaseninduktivität 38Aeiner bestromten Stromphase 36A, den Verlauf des entsprechenden eingeprägten Phasenstroms 86 und einen korrespondierenden Zeitzähler 78. Insofern ist die Ordinate 82 multifunktional und zeigt die Amplitude der Phaseninduktivität 38A, die Amplitude des Phasenstroms 86 und die Höhe fortlaufender Zählwerte 104A des Zeitzählers 78. Die Abszisse 84 ist ebenfalls multifunktional und zeigt den fortlaufenden Relativrotorwinkel 70 an, der proportional zur fortlaufenden Zeit ist. 4 shows a simplified schematic representation 80 of the phase inductance 38A of an energized current phase 36A, the course of the corresponding impressed phase current 86 and a corresponding time counter 78. In this respect, the ordinate 82 is multifunctional and shows the amplitude of the phase inductance 38A, the amplitude of the phase current 86 and the height of consecutive counts 104A of the time counter 78. The abscissa 84 is also multifunctional and shows the continuous relative rotor angle 70 which is proportional to the running time.

5 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Verfahrens 110 zum sensorlosen Betrieb einer geschalteten Reluktanzmaschine 12. Optionale Verfahrensschritte oder Teilschritte sind gestrichelt dargestellt. Das Verfahren 110 kann daher um einzelne der optionalen Schritte oder Teilschritte oder um eine spezifische (Sub-)Kombination erweitert werden. 5 shows a simplified schematic representation of a method 110 for sensorless operation of a switched reluctance machine 12. Optional method steps or partial steps are shown in dashed lines. The method 110 can therefore be expanded to include individual optional steps or sub-steps or a specific (sub)combination.

Das Verfahren 110 umfasst zumindest den Schritt 112 des Bestimmens eines Stromsollwerts 66 mittels des Drehzahlreglers 52. Dabei werden als Eingangsgrößen der Drehzahlsollwert 62 und die Momentandrehzahl 64 berücksichtigt.The method 110 includes at least the step 112 of determining a current setpoint 66 using the speed controller 52. The speed setpoint 62 and the instantaneous speed 64 are taken into account as input variables.

Ferner umfasst das Verfahren 110 zumindest den Schritt 114 des Bestimmens zumindest eines Schaltsignals 74 mittels des Stromreglers 54 für zumindest eine Stromphase 36A basierend auf zumindest dem Stromsollwert 66 und einem von dem Umrichter 14 ausgegebenen Stromistwert 72 und unter Berücksichtigung einer Relativrotorposition 70 bezüglich eines Drehwinkels eines elektromagnetischen Drehfelds der geschalteten Reluktanzmaschine 12.Method 110 also includes at least step 114 of determining at least one switching signal 74 using current controller 54 for at least one current phase 36A based on at least current setpoint 66 and an actual current value 72 output by converter 14 and taking into account a relative rotor position 70 with respect to an angle of rotation of an electromagnetic rotating field of the switched reluctance machine 12.

Außerdem umfasst das Verfahren den Schritt 116 des Ausgebens eines Phasenstroms 86 durch eine Treiberschaltung 56 des Umrichters 14 für zumindest eine Stromphase 36A an zumindest eine Statorwicklung 30 als Folge des zumindest einen Schaltsignals 74. Der ausgegebene Phasenstrom 86 wird dabei durch den Stromregler 54 zwischen einer oberen Schaltschwelle 96 und einer unteren Schaltschwelle 98 geregelt. 4 zeigt unter anderem beispielhaft den Verlauf des ausgegebenen Phasenstroms 86 für die Stromphase 36A.The method also includes the step 116 of outputting a phase current 86 by a driver circuit 56 of the converter 14 for at least one current phase 36A to at least one stator winding 30 as a result of the at least one switching signal 74. The output phase current 86 is divided by the current regulator 54 between an upper Switching threshold 96 and a lower switching threshold 98 regulated. 4 shows, among other things, the course of the output phase current 86 for the current phase 36A by way of example.

Sofern der Einschaltzeitpunkt, der durch das Schaltsignal 74 bereitgestellt wird, noch nicht erreicht ist, befindet sich der Umrichter 14 mit dem Stromregler 54 und der Treiberschaltung 56 im Betriebszustand „Aus“ 88. Da die Statorwicklung 30 zunächst unbestromt ist, verhindert dieser Betriebszustand einen Anstieg des Phasenstroms 86 in der Statorwicklung 30.If the switch-on time, which is provided by the switching signal 74, has not yet been reached, the converter 14 with the current regulator 54 and the driver circuit 56 is in the operating state “Off” 88. Since the stator winding 30 is initially without current, this operating state prevents an increase of the phase current 86 in the stator winding 30.

Ist der Einschaltzeitpunkt erreicht, wechselt der Umrichter 14 mit dem Stromregler 54 und der Treiberschaltung 56 basierend auf dem Schaltsignal 74 in den Betriebszustand „An“ 90. Dann wird an der Statorwicklung 30 die Spulenspannung angelegt und der ausgegebene Phasenstrom 86 steigt entsprechend der Einschaltflanke 87A an bis er die obere Schaltschwelle 96 erreicht.When the switch-on time is reached, the converter 14 with the current regulator 54 and the driver circuit 56 changes to the operating state “On” 90 based on the switching signal 74. The coil voltage is then applied to the stator winding 30 and the output phase current 86 increases in accordance with the switch-on edge 87A until it reaches the upper switching threshold 96.

Nun wird die Statorwicklung 30 kurzgeschlossen. Der Umrichter 14 und die Statorwicklung 30 befinden sich also im Betriebszustand „Freilauf“ 92, was in Abhängigkeit der Phaseninduktivität 38A einen verhältnismäßig langsamen Abfall des Phasenstroms 86 zur Folge hat. Erreicht der Phasenstrom 86 die untere Schaltschwelle 98, wechselt der Umrichter 14 wieder in den Betriebszustand „An“ 90. Der Phasenstrom 86 wird erneut verstärkt, bis er erneut die obere Schaltschwelle 96 erreicht. Der Ablauf zwischen dem Betriebszustand „Freilauf” 92 und dem Betriebszustand „An“ 90 wiederholt sich bis der Ausschaltzeitpunkt erreicht wird. Der Stromregler 54 stellt insofern in Abhängigkeit der oberen Schaltschwelle 96 und der unteren Schaltschwelle 98 einen quasi-konstanten Phasenstrom 86 bereit.Now the stator winding 30 is short-circuited. The converter 14 and the stator winding 30 are therefore in the “freewheeling” operating state 92, which results in a relatively slow drop in the phase current 86 depending on the phase inductance 38A. If the phase current 86 reaches the lower switching threshold 98, the converter 14 changes back to the operating state “On” 90. The phase current 86 is amplified again until it reaches the upper switching threshold 96 again. The sequence between the operating state “freewheeling” 92 and the operating state “on” 90 is repeated until the switch-off time is reached. In this respect, the current controller 54 provides a quasi-constant phase current 86 as a function of the upper switching threshold 96 and the lower switching threshold 98 .

Ist der Ausschaltzeitpunkt erreicht, wechselt der Umrichter 14 in den Betriebszustand „Aus“ 94. Die Versorgungsspannung 76 der Spannungsquelle wird dann gegen die Spulenspannung der Statorwicklung 30 geschaltet, was einen schnellen Stromabfall des Phasenstroms 86 entsprechend der Ausschaltflanke 87B verursacht. Der Ausschaltzeitpunkt ist generell zum Zeitpunkt der Maximalphaseninduktivität 46A der Phaseninduktivität 38A erreicht. Dann erfolgt der Wechsel in den Betriebszustand „Aus“ 94.When the switch-off time is reached, the converter 14 changes to the operating state "Off" 94. The supply voltage 76 of the voltage source is then switched against the coil voltage of the stator winding 30, which causes a rapid current drop in the phase current 86 corresponding to the switch-off edge 87B. The turn-off time is generally reached at the time of the maximum phase inductance 46A of the phase inductance 38A. Then there is a change to the operating state "Off" 94.

Optional kann eine zeitliche Abweichung (entspricht einer winkelförmigen) vom Erreichen der Maximalphaseninduktivität 46A der Phaseninduktivität 38A vorgesehen sein, um beispielsweise Einfluss auf die Drehmomentwelligkeit zu nehmen.Optionally, a time deviation (corresponds to an angular deviation) from reaching the maximum phase inductance 46A of the phase inductance 38A can be provided in order to influence the torque ripple, for example.

Da sich die Relativrotorposition 70 mit fortschreitender Dauer ändert, was mit einer variierenden Phaseninduktivität 38A einhergeht, variiert auch die Stromänderungsgeschwindigkeit 100A. In anderen Worten ändert sich die Steigung des Phasenstroms 86 im Betriebszustand „Freilauf“ abhängig von der Phaseninduktivität 38A. Während die Stromänderungsgeschwindigkeit 100A entsprechend ihrer Steigung zu Beginn des Betriebszustands „Freilauf“ 92 einen ersten Steigungswert aufweist, nimmt die Stromänderungsgeschwindigkeit 100B einen zweiten Steigungswert zu einem späteren Zeitpunkt ein. Das spiegelt sich auch darin wieder, dass die Zeitdifferenzen 102A, 102B zwischen dem Erreichen der oberen Schaltschwelle 96 und der unteren Schaltschwelle 98 durch den Phasenstrom 86 in Abhängigkeit der Phaseninduktivität 38A variieren. Aufgrund der Abhängigkeit der Zeitpunkte des Erreichens der oberen Schaltschwelle 96 und der unteren Schaltschwelle 98 von der Phaseninduktivität 38A, können die Zeitpunkte zumindest mittelbar in einfacher Weise zur Bestimmung der Relativrotorposition 70 genutzt werden.As the relative rotor position 70 changes over time, resulting in a varying phase inductance 38A, the rate of change of current 100A also varies. In other words, the gradient of the phase current 86 in the “freewheeling” operating state changes as a function of the phase inductance 38A. While the current rate of change 100A has a first gradient value corresponding to its gradient at the beginning of the “freewheeling” operating state 92, the current rate of change 100B assumes a second gradient value at a later point in time. This is also reflected in the fact that the time differences 102A, 102B between when the upper switching threshold 96 and the lower switching threshold 98 are reached by the phase current 86 vary as a function of the phase inductance 38A. Due to the dependence of the points in time when the upper switching threshold 96 and the lower switching threshold 98 are reached on the phase inductance 38A, the points in time can be used at least indirectly in a simple manner to determine the relative rotor position 70 .

Eine beispielhafte Nutzung kann mittels des Zeitzählers 78 erfolgen. Dieser beginnt wiederholend zu zählen, wenn der Phasenstrom 86 die obere Schaltschwelle 96 erreicht. Eine Zählung endet, wenn der Phasenstrom 86 bis auf die untere Schaltschwelle 98 abgefallen ist. Es ergeben sich dann Zählwerte 104A, 104B, die ebenfalls variieren, entsprechend der sich ändernden Zeitdifferenzen 102A, 102B. Als Folge ergibt sich ebenfalls eine generell variierende Zählwertdifferenz 106A, 106B von aufeinanderfolgenden Zählvorgängen des Zeitzählers 78.An exemplary use can be made using the time counter 78 . This starts repetitively to count when the phase current 86 reaches the upper switching threshold 96 . A count ends when the phase current 86 has fallen to the lower switching threshold 98 . Count values 104A, 104B then result, which also vary, corresponding to the changing time differences 102A, 102B. As a result, there is also a generally varying count value difference 106A, 106B from successive counting processes of the time counter 78.

Ist die Maximalphaseninduktivität 46A erreicht, führt der anschließende Abfall der Phaseninduktivität 38A dazu, dass der Phasenstrom 86 nicht weiter abfällt, sondern generell anwachsen würde, wenn der Umrichter 14 und die Statorwicklung 30 den Betriebszustand „Freilauf“ 92 beibehalten würden. Deshalb kann beispielsweise für den Zählwert des Zeitzählers 78 ein Umschaltschwellenwert 108 festgelegt werden, bei dessen Erreichen durch den Zeitzähler 78 in den Betriebszustand „Aus“ 94 umgeschaltet wird. Dieser Umschaltschwellenwert 108 kann so gewählt werden, dass das Umschalten vor der Maximalphaseninduktivität 46A, (exakt) auf bei dieser oder nach der Maximalphaseninduktivität 46A erfolgt. In entsprechender Weise kann ein Schwellenwert für Zählwertdifferenzen festgelegt werden, wobei optional auch eine Interpolation berücksichtigt werden kann. Dies sind beispielhafte Realisierungsmöglichkeiten des optionalen Verfahrensschritts 126 (siehe Erläuterungen zu 5).If the maximum phase inductance 46A is reached, the subsequent drop in the phase inductance 38A means that the phase current 86 no longer falls, but would generally increase if the converter 14 and the stator winding 30 were to remain in the “freewheeling” 92 operating state. For this reason, for example, a switchover threshold value 108 can be defined for the count value of the timer 78 , when it is reached, the timer 78 switches to the operating state “off” 94 . This switching threshold 108 can be chosen such that the switching occurs before the maximum phase inductance 46A, (exactly) at it, or after the maximum phase inductance 46A. A threshold value for counter value differences can be defined in a corresponding manner, with interpolation optionally also being able to be taken into account. These are exemplary implementation options for optional method step 126 (see explanations for 5 ).

Da nach dem Wechsel in Betriebszustand „Aus“ 94 nun die Beaufschlagung einer ersten Stromphase 36A mit dem Phasenstrom 86 beendet ist, kann dies optional auch als Auslösung dafür genutzt werden, dass eine nachfolgende Stromphase 36B mit dem Phasenstrom 86 beaufschlagt wird. Dadurch wird das Regelungskonzept 50 vereinfacht (siehe auch optionaler Schritt 134).Since the application of the phase current 86 to a first current phase 36A has now ended after the change to the “Off” operating state 94, this can optionally also be used as a trigger for the phase current 86 to be applied to a subsequent current phase 36B. This simplifies the control concept 50 (see also optional step 134).

Es werden damit in einfacher Weise vielfältige Größen bereitgestellt, die mindestens mittelbar bestimmbar sind, nämlich Anzahl von Einschaltflanken 78A und/oder Ausschaltflanken 78B je Einheitszeitintervall, Extremwerte 46A, 48A der Phaseninduktivität 38A, Stromänderungsgeschwindigkeiten 100A, Zeitdifferenzen 102A zwischen dem Erreichen der der oberen Schaltschwelle 96 und der unteren Schaltschwelle 98 durch den Phasenstrom 86, Zählwerten 104A des Zeitzählers 78 und Zählwertdifferenzen 106A zwischen aufeinanderfolgenden Zählvorgängen des Zeitzählers 78. Die Größen können mindestens mittelbar als Eingangsgrößen 66, 68 für die Positionsbestimmungstechnik 58 und die Drehzahlbestimmungstechnik 60 genutzt werden.A variety of variables are thus provided in a simple manner, which can be determined at least indirectly, namely the number of switch-on edges 78A and/or switch-off edges 78B per unit time interval, extreme values 46A, 48A of the phase inductance 38A, rates of current change 100A, time differences 102A between reaching the upper switching threshold 96 and the lower switching threshold 98 by the phase current 86, count values 104A of the time counter 78 and count value differences 106A between successive count processes of the time counter 78. The variables can be used at least indirectly as input variables 66, 68 for the position determination technique 58 and the speed determination technique 60.

Beispielsweise kann in dem Verfahren 110 der optionale Schritt 118 berücksichtigt werden. Basierend auf der grundsätzlich bekannten Rotorgeometrie und der Statorgeometrie kann die Momentandrehzahl 64 anhand der Drehzahlbestimmungstechnik 60 dadurch bestimmt werden, dass die Anzahl von Einschaltflanken 78A und/oder Ausschaltflanken 78B des ausgegebenen Phasenstroms 86 je Einheitszeitintervall für zumindest eine Stromphase 36A, 36B, 36C bestimmt wird, bevorzugt für mehrere oder alle Stromphasen 36A, 36B, 36C.For example, in the method 110, the optional step 118 can be considered. Based on the fundamentally known rotor geometry and the stator geometry, the instantaneous speed 64 can be determined using the speed determination technique 60 in that the number of switch-on edges 78A and/or switch-off edges 78B of the output phase current 86 per unit time interval is determined for at least one current phase 36A, 36B, 36C, preferably for several or all power phases 36A, 36B, 36C.

Zudem ist die Phaseninduktivität 38A abhängig von der Relativrotorposition 70 des Rotors 18. Des Weiteren kann die Phaseninduktivität 38A als proportional zur Messzeit angesehen werden. Das bedeutet, dass auch die Messzeit proportional zur Relativrotorposition 70 ist. Mit fortschreitendem Drehwinkel (fortschreitender Relativrotorposition 70) wächst somit die Phaseninduktivität 38A an. Das ist auch anhand der anwachsenden Zeitdifferenzen 102A erkennbar. Die Positionsbestimmungstechnik 58 kann daher basierend auf den Zeitpunkten des Erreichens der oberen Schaltschwelle 96 und der unteren Schaltschwelle 98, den Zeitdifferenzen 102A und/oder den Zählwerten des Zeitzählers 78 die Relativrotorposition 70 des Rotors 18 bezüglich des elektromagnetischen Drehfelds bestimmen. Die Relativrotorposition 70 kann dann wiederum im Stromregler 54 zur Regelung genutzt werden.In addition, the phase inductance 38A is dependent on the relative rotor position 70 of the rotor 18. Furthermore, the phase inductance 38A can be viewed as being proportional to the measurement time. This means that the measuring time is also proportional to the relative rotor position 70. The phase inductance 38A thus increases with an increasing angle of rotation (advancing relative rotor position 70). This can also be seen from the increasing time differences 102A. The position determination technique 58 can therefore determine the relative rotor position 70 of the rotor 18 with respect to the rotating electromagnetic field based on the times when the upper switching threshold 96 and the lower switching threshold 98 were reached, the time differences 102A and/or the count values of the time counter 78 . The relative rotor position 70 can then in turn be used in the current regulator 54 for regulation.

Alternativ oder kumulativ kann die Momentandrehzahl 64 des Rotors 18 gemäß des optionalen Schritts 120 auch basierend auf Zählwertdifferenzen 106A von aufeinanderfolgenden Zählvorgängen des Zeitzählers 78 bestimmt werden, da die Zählwerte 104A durch die Abhängigkeit von der Phaseninduktivität 38A unter Berücksichtigung der Relativrotorposition 70 variieren.Alternatively or cumulatively, the instantaneous speed 64 of the rotor 18 according to the optional step 120 can also be determined based on count value differences 106A from successive counting processes of the time counter 78, since the count values 104A vary due to the dependence on the phase inductance 38A, taking into account the relative rotor position 70.

Um dies zu ermöglichen, kann beispielsweise jeder ermittelte Zählwert 104A verwendet werden, um eine zu dem jeweiligen ermittelten Zählwert 104A korrespondierende Phaseninduktivität 38A zu bestimmen. Da die Relativrotorposition 70 und die Phaseninduktivität 38A eine korrespondierende Abhängigkeit aufweisen, kann die Momentandrehzahl 64 des Rotors 18 durch die Ermittlung der einzelnen Relativrotorpositionen 70 in Abhängigkeit der jeweiligen Phaseninduktivität 38A bestimmt werden. Mit jeder neuen Erfassung eines Zählwerts 104A kann die Momentandrehzahl 64 aktualisiert werden.In order to make this possible, each determined counter value 104A can be used, for example, to determine a phase inductance 38A corresponding to the respective determined counter value 104A. Since the relative rotor position 70 and the phase inductance 38A have a corresponding dependency, the instantaneous speed 64 of the rotor 18 can be determined by determining the individual relative rotor positions 70 as a function of the respective phase inductance 38A. With each new acquisition of a count 104A, the instantaneous speed 64 may be updated.

Als weitere Alternative können auch die Zählwertdifferenzen 106A von wiederholenden und/oder aufeinanderfolgenden Zählvorgängen des Zeitzählers 78 zur Bestimmung der Momentandrehzahl 64 genutzt werden. Hier wird zunächst eine Hüllkurve über die Zählwertdifferenzen 106A bestimmt, basierend auf der die korrespondierende Momentandrehzahl 64 ermittelt werden kann. Die fortlaufende Anpassung der Hüllkurve aufgrund neuer, bestimmter Zählwertdifferenzen 106A ermöglicht die Aktualisierung der Momentandrehzahl 64.As a further alternative, the counter value differences 106A from repetitive and/or consecutive counting processes of the time counter 78 can also be used to determine the instantaneous speed 64 . Here, first of all, an envelope curve is determined via the counter value differences 106A, on the basis of which the corresponding instantaneous speed 64 can be determined. The continuous adaptation of the envelope due to new, determined ter counter value differences 106A enables the instantaneous speed to be updated 64.

Ferner kann der Schritt 114 um den optionalen Schritt 122 weitergebildet werden. Dann kann das Schaltsignal 74 mittels des Stromreglers 54 für zumindest eine Stromphase 36A basierend auf der variierenden Stromänderungsgeschwindigkeit 100A durch die jeweilige Zeitdifferenz 102A des vom Umrichter ausgegebenen ansteigenden und/oder abfallenden Phasenstroms 86 zwischen der oberen Schaltschwelle 96 und der unteren Schaltschwelle 98 bestimmt werden.Furthermore, step 114 can be further developed by the optional step 122 . Then the switching signal 74 can be determined by means of the current controller 54 for at least one current phase 36A based on the varying rate of current change 100A through the respective time difference 102A of the rising and/or falling phase current 86 output by the converter between the upper switching threshold 96 and the lower switching threshold 98.

Alternativ oder kumulativ kann der Verfahrensschritt 124 berücksichtigt werden. Dann kann das Schaltsignal 74 zum Ausgeben des Phasenstroms 86 durch ein Minimum der Phaseninduktivität 38A bestimmt sein (siehe 2).Alternatively or cumulatively, method step 124 can be taken into account. Then the switching signal 74 for outputting the phase current 86 can be determined by a minimum of the phase inductance 38A (see FIG 2 ).

Des Weiteren kann das Verfahren 110 um den optionalen Schritt 126 weitergebildet werden, um einen Ausschaltzeitpunkt für den Wechsel in den Betriebszustand „Aus“ 94 zu bestimmen. Optional kann dazu der Schritt 128 verwendet werden, gemäß dem ein Umschaltschwellenwert 108 für den Zeitzähler 78 festgelegt wird, bei dessen Erreichen der Umrichter 14 und die Statorwicklung 30 in den Betriebszustand „Aus“ 94 wechselt.Furthermore, the method 110 can be further developed to include the optional step 126 in order to determine a switch-off time for changing to the “off” operating state 94 . Optionally, step 128 can be used for this purpose, according to which a switchover threshold value 108 for the timer 78 is defined, when this is reached the converter 14 and the stator winding 30 switch to the operating state “off” 94 .

Alternativ oder kumulativ kann auch der optionale Schritt 130 verwendet werden, der auf der Bestimmung eines Maximums der Phaseninduktivität 38A beruht, um dadurch das Ausschaltsignal auszulösen.Alternatively or cumulatively, the optional step 130 can also be used, which is based on the determination of a maximum of the phase inductance 38A, in order to thereby trigger the switch-off signal.

Des Weiteren kann das Verfahren 110 um den optionalen Schritt 132 weitergebildet werden. Dann wird ein Zeitversatz entsprechend einem Winkelversatz des Rotors 18 gegenüber den Relativrotorpositionen 70 berücksichtigt, zu denen jeweils ein Extremwert der Phaseninduktivität 38A erreicht wird. In anderen Worten werden die Einschaltzeitpunkte und/oder Ausschaltzeitpunkte gerade so gewählt, dass sie (leicht) von den zu Extremwerten der Phaseninduktivität 38A korrespondierenden Relativrotorpositionen 70 abweichen. Die jeweilige Abweichung kann zeitlich variabel sein, insbesondere innerhalb vorgegebener Abweichungsintervalle bezogen auf die Extremwertpositionen. Somit kann die resultierende Drehmomentwelligkeit beeinflusst werden.Furthermore, the method 110 can be further developed by the optional step 132. A time offset is then taken into account corresponding to an angular offset of the rotor 18 in relation to the relative rotor positions 70 at which an extreme value of the phase inductance 38A is reached in each case. In other words, the switch-on times and/or switch-off times are selected such that they deviate (slightly) from the relative rotor positions 70 corresponding to the extreme values of the phase inductance 38A. The respective deviation can be variable over time, in particular within predetermined deviation intervals based on the extreme value positions. The resulting torque ripple can thus be influenced.

Das Verfahren 110 kann zudem den optionalen Schritt 134 umfassen, bei dem die sequentielle Bestromung der verschiedenen Stromphasen 36A, 36B, 36C ausgenutzt wird. Wenn das Ausschaltsignal für die erste Stromphase 36A erreicht ist, kann dadurch das Einschaltsignal für eine nachfolgende Stromphase bestimmt sein. Dies kann gemäß dem optionalen Schritt 136 basierend darauf bestimmt werden, dass die Stromänderungsgeschwindigkeit 100A einen vorbestimmten Wechselschwellenwert erreicht, überschreitet oder unterschreitet, beispielsweise wenn die durchschnittliche Steigung einer Zeitdifferenz 102A den Wechselschwellenwert überschreitet.The method 110 can also include the optional step 134, in which the sequential energization of the different current phases 36A, 36B, 36C is utilized. When the switch-off signal for the first current phase 36A is reached, the switch-on signal for a subsequent current phase can thereby be determined. This may be determined according to optional step 136 based on the current rate of change 100A reaching, exceeding or falling below a predetermined switching threshold, for example when the average slope of a time difference 102A exceeds the switching threshold.

Alternativ oder kumulativ kann gemäß dem optionalen Schritt 138 auch eine Zählwertdifferenz (106A) zwischen Zählwerten 104A wiederholter Zählvorgänge des Zeitzählers 78 genutzt werden, um den Zeitpunkt zum Umschalten zwischen den Stromphasen 36A, 36B, 36C zu bestimmen. Es kann insofern die Zählwertdifferenz 106A berücksichtigt werden, um zu entscheiden, wann von einer ersten zum Antreiben der geschalteten Reluktanzmaschine 12 genutzten Stromphase 36A zu einer zweiten zum Antreiben genutzten Stromphase 36B umgeschaltet wird.Alternatively or cumulatively, according to the optional step 138, a count value difference (106A) between count values 104A of repeated counting processes of the time counter 78 can also be used to determine the point in time for switching between the current phases 36A, 36B, 36C. As such, count difference 106A may be considered to decide when to switch from a first current phase 36A used to drive switched reluctance machine 12 to a second current phase 36B used to drive.

Die Reluktanzmaschine 12 kann durch den Umrichter 14 mittels des Verfahrens 110 grundsätzlich für variierende Drehzahlsollwerte 62 betrieben werden. Bei steigenden Momentandrehzahlen 64 verringert sich natürlich die Anzahl der Intervalle zur Bestimmung der Stromänderungsgeschwindigkeit 100A. Das Verfahren 110 ist aber zumindest für solche Momentandrehzahlen 64 anwendbar, für die zumindest noch ein Intervall zur Bestimmung der Stromänderungsgeschwindigkeit 100A vorliegt. Anders ausgedrückt, es muss noch eine Zeitdifferenz 102A bestimmbar sein. Für höhere Momentandrehzahlen 64 muss das Verfahren abgewandelt werden. Hier kann Einfluss beispielsweise durch die Regelungsgeschwindigkeit des Stromreglers 54 genommen werden, denn die obere Schaltschwelle 96 und die untere Schaltschwelle 98 hängen schlussendlich von der Regelungsgeschwindigkeit des Stromreglers 54 unter Berücksichtigung der Momentandrehzahl 64 des Rotors 18 ab. Weiter wirkt sich eine Anpassung der Zwischenkreisspannung auf die Regelungsgeschwindigkeit des Stromreglers 54 aus, was wiederum eingesetzt werden kann, um noch höhere Drehzahlen zu ermöglichen.In principle, the reluctance machine 12 can be operated by the converter 14 using the method 110 for varying speed setpoints 62 . With increasing instantaneous speeds 64, the number of intervals for determining the rate of change of current 100A naturally decreases. However, method 110 can be used at least for instantaneous speeds 64 for which at least one interval for determining current rate of change 100A still exists. In other words, a time difference 102A must still be determinable. The method must be modified for higher instantaneous speeds 64 . Here, for example, the control speed of the current controller 54 can have an influence, since the upper switching threshold 96 and the lower switching threshold 98 ultimately depend on the control speed of the current controller 54 , taking into account the instantaneous speed 64 of the rotor 18 . Adaptation of the intermediate circuit voltage also has an effect on the control speed of the current controller 54, which in turn can be used to enable even higher speeds.

In der vorliegenden Anmeldung kann auf Mengen und Zahlen Bezug genommen werden. Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind solche Mengen und Zahlen nicht als einschränkend zu betrachten, sondern als Beispiele für die möglichen Mengen oder Zahlen im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung. In diesem Zusammenhang kann in der vorliegenden Anmeldung auch der Begriff „Mehrzahl“ verwendet werden, um auf eine Menge oder Zahl zu verweisen. In diesem Zusammenhang ist mit dem Begriff „Mehrzahl“ jede Zahl gemeint, die größer als eins ist, z. B. zwei, drei, vier, fünf, usw. Die Begriffe „etwa“, „ungefähr“, „nahe“ usw. bedeuten plus oder minus 5 % des angegebenen Wertes.Amounts and numbers may be referred to in the present application. Unless expressly stated, such amounts and numbers are not to be considered as limiting, but as examples of the possible amounts or numbers within the context of the present application. In this context, the term "plurality" can also be used in the present application to refer to a quantity or number. In this context, the term "plurality" means any number greater than one, e.g. B. two, three, four, five, etc. The terms "about", "approximately", "near" etc. mean plus or minus 5% of the stated value.

Claims (17)

Verfahren (110) zum sensorlosen Betrieb einer geschalteten Reluktanzmaschine (12) mit mehreren Stromphasen (36A, 36B, 36C), wobei die geschaltete Reluktanzmaschine (12) mittels eines Umrichters (14) angesteuert wird, wobei das Verfahren (110) zumindest die folgenden Schritte umfasst: - Bestimmen eines Stromsollwerts (66) zur Beaufschlagung von zumindest einer Statorspule (30) mittels eines Drehzahlreglers (52) basierend auf zumindest einem Drehzahlsollwert (62) und einer Momentandrehzahl (64), - Bestimmen zumindest eines Schaltsignals (74) mittels eines Stromreglers (54) für zumindest eine Stromphase (36A, 36B, 36C) basierend auf zumindest dem Stromsollwert (66) und einem von dem Umrichter (14) ausgegebenen Stromistwert (72) und unter Berücksichtigung einer Relativrotorposition (70) bezüglich eines Drehwinkels eines elektromagnetischen Drehfelds der geschalteten Reluktanzmaschine (12), - Ausgeben eines Phasenstroms (86) durch eine Treiberschaltung (56) des Umrichters (14) für zumindest eine Stromphase (36A, 36B, 36C) an zumindest eine Statorspule (30) als Folge des zumindest einen Schaltsignals (74), und wobei der ausgegebene Phasenstrom (86) durch den Stromregler (54) zwischen einer oberen Schaltschwelle (96) und einer unteren Schaltschwelle (98) geregelt wird, wobei die Relativrotorposition (70) zumindest basierend auf einer Initialrotorposition und/oder einer Stromänderungsgeschwindigkeit (100A) des vom Umrichter (14) ausgegebenen Phasenstroms (86) bestimmt wird.Method (110) for sensorless operation of a switched reluctance machine (12) with a plurality of current phases (36A, 36B, 36C), the switched reluctance machine (12) being controlled by means of a converter (14), the method (110) having at least the following steps includes: - Determining a current setpoint (66) for applying at least one stator coil (30) by means of a speed controller (52) based on at least one speed setpoint (62) and an instantaneous speed (64), - Determining at least one switching signal (74) by means of a current controller (54) for at least one current phase (36A, 36B, 36C) based on at least the current setpoint (66) and an actual current value (72) output by the converter (14) and taking into account a Relative rotor position (70) with respect to a rotation angle of an electromagnetic rotating field of the switched reluctance machine (12), - Outputting a phase current (86) by a driver circuit (56) of the converter (14) for at least one current phase (36A, 36B, 36C) to at least one stator coil (30) as a result of the at least one switching signal (74), and wherein the output Phase current (86) is regulated by the current controller (54) between an upper switching threshold (96) and a lower switching threshold (98), the relative rotor position (70) being at least based on an initial rotor position and/or a current rate of change (100A) of the converter ( 14) output phase current (86) is determined. Verfahren (110) nach Anspruch 1, wobei die Stromänderungsgeschwindigkeit (100A) durch eine Zeitdifferenz (102A) des vom Umrichter (14) ausgegebenen ansteigenden und/oder abfallenden Phasenstroms (86) zwischen der oberen Schaltschwelle (96) und der unteren Schaltschwelle (98) bestimmt wird, insbesondere wobei die Zeitdifferenz (102A) durch Zeitpunkte, zu denen die obere Schaltschwelle (96) und die untere Schaltwelle (98) erreicht werden, bestimmt ist.Method (110) according to claim 1 , the current rate of change (100A) being determined by a time difference (102A) of the rising and/or falling phase current (86) output by the converter (14) between the upper switching threshold (96) and the lower switching threshold (98), in particular the time difference (102A) is determined by points in time at which the upper switching threshold (96) and the lower switching shaft (98) are reached. Verfahren (110) nach Anspruch 2, wobei die Zeitdifferenz (102A) durch einen Zählwert (104A) eines Zeitzählers (78) bestimmt wird, wobei der Zeitzähler (78) wiederholend zu zählen beginnt, wenn der durch den Stromregler (54) geregelte Phasenstrom (86) die obere Schaltschwelle (96) erreicht, insbesondere wobei der Zeitzähler (78) jeweils zu zählen aufhört, wenn der durch den Stromregler (54) geregelte Phasenstrom (86) die untere Schaltschwelle (98) erreicht.Method (110) according to claim 2 , the time difference (102A) being determined by a count (104A) of a time counter (78), the time counter (78) beginning to count repeatedly when the phase current (86) regulated by the current controller (54) exceeds the upper switching threshold (96 ), in particular the time counter (78) stops counting when the phase current (86) regulated by the current controller (54) reaches the lower switching threshold (98). Verfahren (110) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Stromregler (54) ein stetiges oder unstetiges Regelverhalten aufweist, insbesondere wobei der Stromregler (54) einen Zweipunktregler und/oder einen Hystereseregler umfasst.Method (110) according to one of the preceding claims, wherein the current controller (54) has a continuous or discontinuous control behavior, in particular wherein the current controller (54) comprises a two-point controller and/or a hysteresis controller. Verfahren (110) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die zumindest eine vom Umrichter (14) mit dem Phasenstrom (86) beaufschlagte Statorspule (30) in einem Freilauf (92) befindet, sobald der durch den Stromregler (54) geregelte Phasenstrom (86) die obere Schaltschwelle (96) erreicht, insbesondere wobei der Freilauf (92) der beaufschlagten Statorspule (30) beendet wird und der Phasenstrom (86) wieder ausgegeben wird, sobald der durch den Stromregler (54) geregelte Phasenstrom (86) die untere Schaltschwelle (98) erreicht.Method (110) according to one of the preceding claims, in which the at least one stator coil (30) to which the phase current (86) is applied by the converter (14) is in freewheeling (92) as soon as the phase current ( 86) reaches the upper switching threshold (96), in particular the freewheeling (92) of the loaded stator coil (30) is terminated and the phase current (86) is output again as soon as the phase current (86) regulated by the current regulator (54) exceeds the lower Switching threshold (98) reached. Verfahren (110) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Momentandrehzahl (64) basierend auf einer Anzahl von Einschaltflanken und/oder Ausschaltflanken zumindest einer Stromphase (36A, 36B, 36C) je Einheitszeitintervall bestimmt wird, bevorzugt wobei die Momentandrehzahl (64) basierend auf der Anzahl von Einschaltflanken und/oder Ausschaltflanken mehrerer oder sämtlicher Stromphasen (36A, 36B, 36C) je Einheitszeitintervall bestimmt wird.Method (110) according to one of the preceding claims, wherein the instantaneous speed (64) is determined based on a number of switch-on edges and/or switch-off edges of at least one current phase (36A, 36B, 36C) per unit time interval, preferably wherein the instantaneous speed (64) is based on the number of switch-on edges and/or switch-off edges of several or all current phases (36A, 36B, 36C) per unit time interval is determined. Verfahren (110) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei von einer ersten zum Antreiben der geschalteten Reluktanzmaschine (12) genutzten Stromphase (36A) zu einer zweiten zum Antreiben genutzten Stromphase (36B) umgeschaltet wird, sobald ein für die erste Stromphase (36A) vorgegebener Wechselschwellenwert für die Stromänderungsgeschwindigkeit (100A) erreicht oder überschritten wird.Method (110) according to one of the preceding claims, in which a switch is made from a first current phase (36A) used to drive the switched reluctance machine (12) to a second current phase (36B) used for driving as soon as a current phase (36A) specified for the first current phase threshold value for the rate of current change (100A) is reached or exceeded. Verfahren (110) nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 7 soweit zurückbezogen auf Anspruch 3, wobei eine Ausgabe des Phasenstroms (86) durch eine Treiberschaltung (56) des Umrichters (14) für die jeweilige Stromphase (36A, 36B, 36C) nach einem Ausschaltsignal beendet wird, und wobei das Ausschaltsignal dadurch bestimmt ist, dass der Zählwert (104A) des Zeitzählers (78) für die jeweilige Stromphase (36A, 36B, 36C) einen vorgegebenen Umschaltschwellenwert (108) übersteigt.Method (110) according to claim 3 or one of the Claims 4 until 7 so far related to claim 3 , wherein an output of the phase current (86) by a driver circuit (56) of the converter (14) for the respective current phase (36A, 36B, 36C) is terminated after a switch-off signal, and wherein the switch-off signal is determined in that the count value (104A ) of the time counter (78) for the respective current phase (36A, 36B, 36C) exceeds a predetermined switching threshold value (108). Verfahren (110) nach Anspruch 8, wobei von einer ersten zum Antreiben der geschalteten Reluktanzmaschine (12) genutzten Stromphase (36A) zu einer zweiten zum Antreiben genutzten Stromphase (36B) umgeschaltet wird, sobald ein für die erste Stromphase (36A) vorgegebener Umschaltschwellenwert (108) erreicht oder überschritten wird.Method (110) according to claim 8 , switching from a first current phase (36A) used to drive the switched reluctance machine (12) to a second current phase (36B) used to drive as soon as a switching threshold value (108) specified for the first current phase (36A) is reached or exceeded. Verfahren (110) nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 9 soweit zurückbezogen auf Anspruch 3, wobei von einer ersten zum Antreiben der geschalteten Reluktanzmaschine genutzten Stromphase (36A) zu einer zweiten zum Antreiben genutzten Stromphase (36B) umgeschaltet wird, basierend auf einer Zählwertdifferenz (106A) zwischen Zählwerten (104A) wiederholter Zählvorgänge des Zeitzählers (78).Method (110) according to claim 3 or one of the Claims 4 until 9 so far related to claim 3 switching from a first current phase (36A) used to drive the switched reluctance machine to a second current phase (36B) used to drive based on a count difference (106A) between counts (104A) of repeated counts of the time counter (78). Verfahren (110) nach Anspruch 10, wobei die Momentandrehzahl (64) basierend auf der Zählwertdifferenz (106A) zwischen Zählwerten (104A) wiederholter Zählvorgänge des Zeitzählers (78) bestimmt wird.Method (110) according to claim 10 wherein the instantaneous speed (64) is determined based on the count difference (106A) between counts (104A) of repeated counts of the time counter (78). Verfahren (110) nach Anspruch 8 oder einem der Ansprüche 9 bis 11 soweit zurückbezogen auf Anspruch 8, wobei ein Einschaltsignal und/oder das Ausschaltsignal zum Ausgeben des Phasenstroms (86) und/oder Beenden der Ausgabe des Phasenstroms (86) durch Extremwerte (46A, 48A) einer Phaseninduktivität (38A) der jeweiligen Stromphase (36A) bestimmt sind, insbesondere wobei das Einschaltsignal und/oder das Ausschaltsignal zum Ausgeben des Phasenstroms (86) und/oder Beenden der Ausgabe des Phasenstroms (86) von einer Momentandrehzahl (64) des Rotors (18) und/oder einem Arbeitspunkt der Reluktanzmaschine (12) und/oder vorbestimmten Maschinenparametern der Reluktanzmaschine (12) abhängt.Method (110) according to claim 8 or one of the claims 9 until 11 so far related to claim 8 , wherein a switch-on signal and/or the switch-off signal for outputting the phase current (86) and/or ending the output of the phase current (86) are determined by extreme values (46A, 48A) of a phase inductance (38A) of the respective current phase (36A), in particular wherein the switch-on signal and/or the switch-off signal for outputting the phase current (86) and/or ending the output of the phase current (86) from an instantaneous speed (64) of the rotor (18) and/or an operating point of the reluctance machine (12) and/or predetermined ones Machine parameters of the reluctance machine (12) depends. Verfahren (110) nach Anspruch 12, wobei das Einschaltsignal zum Ausgeben des Phasenstroms (86) durch ein Minimum der Phaseninduktivität (48A) und das Ausschaltsignal zum Beenden der Ausgabe des Phasenstroms (86) durch ein Maximum der Phaseninduktivität (46A) bestimmt sind.Method (110) according to claim 12 wherein the turn-on signal for outputting the phase current (86) is determined by a minimum of the phase inductance (48A) and the turn-off signal for stopping the output of the phase current (86) is determined by a maximum of the phase inductance (46A). Verfahren (110) nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Einschaltsignal zum Ausgeben des Phasenstroms (86) für eine bestimmte Stromphase (36A, 36B, 36C) mit einem Ausschaltsignal zum Beenden der Ausgabe des Phasenstroms (86) einer vorhergehenden Stromphase (36A, 36B, 36C) zusammenfällt.Method (110) according to claim 12 or 13 wherein the turn-on signal to output phase current (86) for a particular power phase (36A, 36B, 36C) coincides with a turn-off signal to stop outputting phase current (86) of a previous power phase (36A, 36B, 36C). Verfahren (110) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Einschaltsignal zum Ausgeben des Phasenstroms (86) für eine Stromphase (36A, 36B, 36C) und/oder das Ausschaltsignal zum Beenden der Ausgabe des Phasenstroms (86) bezüglich der jeweiligen Extremwerte (46A, 48A) der Phaseninduktivität (38A, 38B, 38C) der jeweiligen Stromphase (36A, 36B, 36C) einen Zeitversatz aufweist.Method (110) according to any one of Claims 12 until 14 , wherein the switch-on signal for outputting the phase current (86) for a current phase (36A, 36B, 36C) and/or the switch-off signal for ending the output of the phase current (86) with respect to the respective extreme values (46A, 48A) of the phase inductance (38A, 38B , 38C) of the respective current phase (36A, 36B, 36C) has a time offset. Verfahren (110) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine absolute Momentanrotorposition basierend auf Zeitpunkten des Erreichens der oberen Schaltschwelle (96) und/oder der unteren Schaltschwelle (98) des vom Umrichter (14) ausgegebenen Phasenstroms (86) bestimmt wird.Method (110) according to one of the preceding claims, wherein an absolute instantaneous rotor position is determined based on the times at which the upper switching threshold (96) and/or the lower switching threshold (98) of the phase current (86) output by the converter (14) is reached. System (10) umfassend zumindest eine geschaltete Reluktanzmaschine (12) und zumindest einen Umrichter (14), wobei die Reluktanzmaschine (12) basierend auf dem Verfahren (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 angetrieben wird, insbesondere wobei das System (10) ferner zumindest eine mit dem Umrichter (14) gekoppelte Datenverarbeitungsvorrichtung umfasst, und wobei das Verfahren (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zumindest teilweise hardware-basiert und/oder software-basiert ist.System (10) comprising at least one switched reluctance machine (12) and at least one converter (14), wherein the reluctance machine (12) based on the method (110) according to one of Claims 1 until 16 is driven, in particular wherein the system (10) further comprises at least one with the converter (14) coupled data processing device, and wherein the method (110) according to one of Claims 1 until 16 is at least partially hardware-based and/or software-based.
DE102021127127.4A 2021-10-19 2021-10-19 Method for sensorless operation of a switched reluctance machine and system comprising at least one switched reluctance machine and at least one converter Pending DE102021127127A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021127127.4A DE102021127127A1 (en) 2021-10-19 2021-10-19 Method for sensorless operation of a switched reluctance machine and system comprising at least one switched reluctance machine and at least one converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021127127.4A DE102021127127A1 (en) 2021-10-19 2021-10-19 Method for sensorless operation of a switched reluctance machine and system comprising at least one switched reluctance machine and at least one converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021127127A1 true DE102021127127A1 (en) 2023-04-20

Family

ID=85773601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021127127.4A Pending DE102021127127A1 (en) 2021-10-19 2021-10-19 Method for sensorless operation of a switched reluctance machine and system comprising at least one switched reluctance machine and at least one converter

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021127127A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0276625B1 (en) 1987-01-28 1992-09-02 Emerson Electric Co. Control apparatus and method for operating a switched reluctance motor
US5600218A (en) 1995-09-11 1997-02-04 George H. Holling Sensorless commutation position detection for brushless motors
US5821713A (en) 1995-09-11 1998-10-13 Advanced Motion Controls, Inc. Commutation position detection system and method
EP0780966B1 (en) 1995-12-19 2000-03-15 Switched Reluctance Drives Limited Sensorless rotor position monitoring in reluctance machines
EP2712075A1 (en) 2012-09-20 2014-03-26 Perkins Engines Company Limited Method to control a switched reluctance machine
EP3125424A1 (en) 2015-07-28 2017-02-01 Perkins Engines Company Limited Method to control a switched reluctance motor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0276625B1 (en) 1987-01-28 1992-09-02 Emerson Electric Co. Control apparatus and method for operating a switched reluctance motor
US5600218A (en) 1995-09-11 1997-02-04 George H. Holling Sensorless commutation position detection for brushless motors
US5821713A (en) 1995-09-11 1998-10-13 Advanced Motion Controls, Inc. Commutation position detection system and method
EP0780966B1 (en) 1995-12-19 2000-03-15 Switched Reluctance Drives Limited Sensorless rotor position monitoring in reluctance machines
EP2712075A1 (en) 2012-09-20 2014-03-26 Perkins Engines Company Limited Method to control a switched reluctance machine
EP3125424A1 (en) 2015-07-28 2017-02-01 Perkins Engines Company Limited Method to control a switched reluctance motor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BEKIESCH, J.; SCHRÖDER, G.: A new Sensorless Control for the Switched Reluctance Machine. In: 12th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC 2006, S. 425-430. - ISBN:1-4244-0121-6; - DOI: 10.1109/EPE.2005.219260

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3781542T2 (en) CONTROL UNIT AND METHOD FOR CONTROLLING A STEP-BY-STEP RELUCTIVE MOTOR.
DE69726485T2 (en) Current formation in reluctance machines
DE4009258C2 (en) Method and electronic control circuit for starting a brushless slip current motor
EP0472052B1 (en) Method for the regulation of a DC brushless motor current
EP2068436B1 (en) Method and device for identifying step loss in a stepper motor
DE2837187C2 (en)
DE69515519T2 (en) APPARATUS AND METHOD FOR STARTING A SYNCHRONOUS MACHINE
EP3669452B1 (en) Method and circuit assembly for the resonance damping of stepper motors
DE4009184C2 (en)
DE102009040139B4 (en) Method and circuit arrangement for sensorless motor load detection and load value-dependent motor current control in stepper motors
EP2561608B1 (en) Processing a motor variable of a dc motor
EP1727268A2 (en) Method for operating an electronically commutated motor, and motor for carrying out one such method
EP1191676B1 (en) Process for determining the speed of an ac motor and motor control system
EP0744807A1 (en) DC motor current limiting method and DC motor for implementing this method
EP2603971B1 (en) Electronically commutated motor
EP3874592B1 (en) Method and circuit assembly for sensorless load detection in stepper motors
DE69934438T2 (en) PREVIOUS-STATE COMMUTATION LOOP CONTROL FOR BRUSHLESS DC MOTOR
EP2638630B1 (en) Method and circuit arrangement for detecting motor load without sensors and for controlling motor current according to the load angle for a stepper motor
EP1514342B1 (en) Method and circuit arrangement for operating stepper motors
EP0690556B1 (en) Stop recognizing of inverter controlled motor without speed sensor by restarting
DE3305306A1 (en) ARRANGEMENT FOR CONTROLLING AN ELECTRIC STEPPER MOTOR
DE102008027720A1 (en) Method for sensorless position detection of electrical adjusting or positioning drive, involves determining position of rotor of direct current motor based on specific equation by comparing inductance stored in storage unit
EP2474090A2 (en) Method and device for determining a rotor position of a synchronous machine
EP3413459B1 (en) Method for detecting a blockage of electrically commutated electric motors
EP3864746B1 (en) Method for determining the rotor position of a bldc motor

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified