DE102013109624A1

DE102013109624A1 - Regelvorrichtung für Permanentmagnet-Synchronmotor, die eine irreversible Entmagnetisierung des Permanentmagneten verhindert und Regelsystem dafür

Info

Publication number: DE102013109624A1
Application number: DE102013109624.7A
Authority: DE
Inventors: Kenji Kawai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2014-04-03
Also published as: US20140062362A1; JP2014054064A; CN103684209A; CN103684209B; JP5616409B2; US9054617B2

Abstract

Eine Strommaximalwert-Feststelleinheit stellt den Strommaximalwert eines Permanentmagnet-Synchronmotors fest, um eine irreversible Entmagnetisierung eines Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors zu verhindern, die durch einen transienten Strom verursacht werden kann, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftreten kann, und zwar abhängig von einem Satz von Stromwerten, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen und die der Permanentmagnet-Temperatur und dem transienten Strom zugeordnet sind, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, und von einem Satz Magnetfeldintensitäten, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen und die der Permanentmagnet-Temperatur und der Entmagnetisierungsfeldintensität des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors zugeordnet sind, die beim Kurzschluss der drei Phasen auftreten. Eine Stromregeleinheit regelt den Strom des Permanentmagnet-Synchronmotors, damit der Stromwert des Permanentmagnet-Synchronmotors geringer wird als der Strommaximalwert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen Permanentmagnet-Synchronmotor, die eine irreversible Entmagnetisierung eines Permanentmagneten eines Permanentmagnet-Synchronmotors verhindert, und ein Regelsystem, das eine derartige Regelvorrichtung enthält.
2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Beim Regeln eines Permanentmagnet-Synchronmotors kann der Fall auftreten, dass es nicht mehr möglich ist, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor ein Drehmoment rasch und stabil erzeugt, und zwar aufgrund einer irreversiblen Entmagnetisierung, die durch einen Anstieg der Permanentmagnet-Temperatur des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors verursacht wird. Daher kennt man verschiedene Arten von Motorregelvorrichtungen, die eine irreversible Entmagnetisierung des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors verhindern sollen.
Beispielsweise ist in der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr. 2009-5553 ( JP2009-5553A ) eine herkömmliche Motorregelvorrichtung offenbart, die eine irreversible Entmagnetisierung eines Permanentmagneten eines Permanentmagnet-Synchronmotors verhindern soll. Die Motorregelvorrichtung ist dafür konfiguriert, die Temperatur eines Permanentmagneten zu schätzen, einen Kurzschluss-Stromwert für den Fall vorherzusagen, dass ein Schaltelement eines Stromrichters bei der geschätzten Permanentmagnet-Temperatur versagt, und dafür, die maximale Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors zu begrenzen, damit der vorhergesagte Kurzschluss-Stromwert kleinergleich einem Stromwert ist, bei dem in dem Permanentmagneten eine irreversible Entmagnetisierung auftritt (Stromwert, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt).
Zudem ist beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr. 2006-254521 ( JP 2006-254521 A ) eine herkömmliche Motorregelvorrichtung offenbart, die eine irreversible Entmagnetisierung eines Permanentmagneten eines Permanentmagnet-Synchronmotors verhindern soll. Die Motorregelvorrichtung soll das Auftreten einer irreversiblen Entmagnetisierung dadurch verhindern, dass die Trägerfrequenz eines Stromrichters erhöht wird oder dass das Modulationsschema in dem Stromrichter von einem zweiphasigen auf ein dreiphasiges Schema umgestellt wird, um die Temperatur des Permanentmagneten zu senken, falls es möglich ist, dass eine irreversible Entmagnetisierung bei Betrieb des Synchronmotors auftritt.
Ferner ist beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr. 11-18496 ( JP11-18496A ) und in der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr. 2003-235286 ( JP2003-235286A ) eine herkömmliche Motorregelvorrichtung offenbart, die eine irreversible Entmagnetisierung eines Permanentmagneten eines Permanentmagnet-Synchronmotors verhindern soll. Die Motorregelvorrichtung des Permanentmagnet-Synchronmotors ist dafür konfiguriert, die Abgabe des Permanentmagnet-Synchronmotors abhängig von der Temperatur des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors einzustellen.
Aufgrund seiner innewohnenden Eigenschaften kann ein Permanentmagnet-Synchronmotor in einem Notbetrieb des Permanentmagnet-Synchronmotors generatorisch arbeiten (beispielsweise wenn die Stromversorgung ausfällt, die den Permanentmagnet-Synchronmotor versorgt). Arbeitet der Permanentmagnet-Synchronmotor als Generator, so kann das Problem auftreten, dass Durchbrennschäden aufgrund einer Überspannung auftreten, die im Permanentmagnet-Synchronmotor selbst und in der Motorregelvorrichtung erzeugt wird, die den Permanentmagnet-Synchronmotor regelt. Als übliche Maßnahme gegen dieses Problem werden die drei Phasen der Stromleitungen des Permanentmagnet-Synchronmotors durch eine Kurzschließvorrichtung kurzgeschlossen, wenn der Permanentmagnet-Synchronmotor regelwidrig arbeitet. Dadurch wird der Permanentmagnet-Synchronmotor in sicherer Weise angehalten.
Werden in einem Notfall des Permanentmagnet-Synchronmotors die drei Phasen der Stromleitungen des Permanentmagnet-Synchronmotors durch die Kurzschließvorrichtung kurzgeschlossen, so entsteht ein transienter Strom. Der in dieser Weise erzeugte transiente Strom fließt in der Richtung, in der der Permanentmagnet des Permanentmagnet-Synchronmotors entmagnetisiert wird. Daher kann eine irreversible Entmagnetisierung des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors auftreten.
In den beschriebenen herkömmlichen Motorregelvorrichtungen sind keine Maßnahmen gegen den transienten Strom ergriffen, der erzeugt wird, wenn die drei Phasen der Stromleitungen des Permanentmagnet-Synchronmotors kurzgeschlossen werden. Daher kann eine irreversible Entmagnetisierung des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors, die durch den transienten Strom bewirkt wird, nicht verhindert werden, falls die drei Phasen der Stromleitungen des Permanentmagnet-Synchronmotors kurzgeschlossen werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung eine Regelvorrichtung für einen Permanentmagnet-Synchronmotor bereit, die eine irreversible Entmagnetisierung eines Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors verhindern kann, die durch einen transienten Strom bewirkt wird, der entsteht, wenn die drei Phasen der Stromleitungen des Permanentmagnet-Synchronmotors kurzgeschlossen werden, und ein Regelsystem, das eine derartige Regelvorrichtung enthält.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält die Regelvorrichtung eines Permanentmagnet-Synchronmotors eine Kurzschluss-Steuereinheit, die dafür konfiguriert ist, die drei Phasen der Stromleitungen des Permanentmagnet-Synchronmotors kurzzuschließen, und zwar mit einer Kurzschließvorrichtung, damit der Permanentmagnet-Synchronmotor im Notfall in sicherer Weise angehalten werden kann;
eine Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit, die dafür konfiguriert ist, die Permanentmagnet-Temperatur des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors zu erfassen;
eine Strommaximalwert-Feststelleinheit, die dafür konfiguriert ist, den Strommaximalwert eines Permanentmagnet-Synchronmotors festzustellen, um eine irreversible Entmagnetisierung des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors zu verhindern, die durch einen transienten Strom verursacht werden kann, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftreten kann, und zwar abhängig von einem Satz von Stromwerten, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen und die der Permanentmagnet-Temperatur und dem transienten Strom zugeordnet sind, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, und von einem Satz Magnetfeldintensitäten, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen und die der Permanentmagnet-Temperatur und der Entmagnetisierungsfeldintensität des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors zugeordnet sind, die beim Kurzschluss der drei Phasen auftreten; und
eine Stromregeleinheit, die dafür konfiguriert ist, den Strom des Permanentmagnet-Synchronmotors zu regeln, damit der Stromwert des Permanentmagnet-Synchronmotors geringer ist als der Strommaximalwert.
Bevorzugt bestimmt die Strommaximalwert-Feststelleinheit den Strommaximalwert abhängig von einem Satz von Stromwerten, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen und die der Permanentmagnet-Temperatur und einem Grenzwert des transienten Stroms zugeordnet sind, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, und von einem Satz Magnetfeldintensitäten, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen und die der Permanentmagnet-Temperatur und einem Grenzwert der Entmagnetisierungsfeldintensität des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors zugeordnet sind, die beim Kurzschluss der drei Phasen auftreten.
Bevorzugt bestimmt die Strommaximalwert-Feststelleinheit den Strommaximalwert für jede Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors.
Bevorzugt führt die Stromregeleinheit die Regelung so aus, dass sie den Permanentmagnet-Synchronmotor ansteuert und dabei eine induzierte Spannung unterdrückt, die durch den Permanentmagnet des Permanentmagnet-Synchronmotors verursacht wird, indem sie dem Permanentmagnet-Synchronmotor einen Strom liefert, der eine reaktive Stromkomponente enthält, wenn die Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors zwischen einer ersten Drehzahl größer als null und einer zweiten Drehzahl liegt, die größer ist als die erste Drehzahl.
Das Regelsystem der Erfindung enthält einen Permanentmagnet-Synchronmotor und die Regelvorrichtung für einen Permanentmagnet-Synchronmotor der Erfindung.
Bevorzugt enthält das Regelsystem der Erfindung zudem eine Kurzschließvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, die drei Phasen der Stromleitungen des Permanentmagnet-Synchronmotors kurzzuschließen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es möglich, eine irreversible Entmagnetisierung eines Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors zu verhindern, die durch einen transienten Strom bewirkt wird, der entsteht, wenn die drei Phasen der Stromleitungen des Permanentmagnet-Synchronmotors kurzgeschlossen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus den folgenden Ausführungsformen zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Es zeigt:
1 ein Blockdiagramm eines Regelsystems, das die Motorregelvorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung enthält;
2 eine Skizze eines Beispiels für Kurven eines q-Achsen-Stroms und eines d-Achsen-Stroms vor und nach dem Kurzschluss von drei Phasen der Stromleitungen eines Permanentmagnet-Synchronmotors;
3A eine Skizze eines Beispiels für Ansteuermuster bei maximaler Belastung des Permanentmagnet-Synchronmotors;
3B eine Skizze eines Grenzwerts des d-Achsen-Stroms, der erzeugt wird, wenn die drei Phasen der Stromleitungen bei den in 3A dargestellten Drehzahlen kurzgeschlossen werden;
4 eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen der Höhe des Drehmoments (Last), das der Permanentmagnet-Synchronmotor erzeugt, und dem Grenzwert des d-Achsen-Stroms, der fließen kann, wenn die drei Phasen der Stromleitungen für jedes Drehmoment bei der in 3 dargestellten ersten Drehzahl ω_a kurzgeschlossen werden;
5 ein ausführliches Blockdiagramm eines Beispiels der Strommaximalwert-Feststelleinheit in 1;
6 ein ausführliches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels der Strommaximalwert-Feststelleinheit;
7 ein ausführliches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels der Strommaximalwert-Feststelleinheit; und
8 ein ausführliches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels der Strommaximalwert-Feststelleinheit.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden nun Ausführungsformen der Motorregelvorrichtung der Erfindung mit Hilfe der Zeichnungen erklärt. In den Zeichnungen sind gleichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugewiesen.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Regelsystems, das die Motorregelvorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung enthält. Das in 1 dargestellte Regelsystem umfasst eine dreiphasige Wechselstromversorgung 1, einen Gleichrichter 2, einen Glättungskondensator 3, einen Wechselrichter 4, eine Kurzschließvorrichtung 5, einen Permanentmagnet-Synchronmotor 6, ein angetriebenes Objekt 7, einen Drehwinkelsensor 8, eine Drehzahl-Berechnungseinheit 9, einen Wicklungstemperatursensor 10, eine q-Achsen-Strom- und d-Achsen-Strom-Erfassungseinheit 11, eine Motorregelvorrichtung 12 und eine übergeordnete Regelvorrichtung 13.
Der Gleichrichter 2 besteht beispielsweise aus einer Anzahl (im Fall eines dreiphasigen Wechselstroms sechs) Gleichrichterdioden und setzt von der dreiphasigen Wechselstromquelle 1 gelieferten Wechselstrom in Gleichstrom um. Der Glättungskondensator 3 ist parallel zum Gleichrichter 2 geschaltet und glättet die Spannung, die die Gleichrichterdioden im Gleichrichter 2 gleichrichten. Der Wechselrichter 4 ist parallel zum Glättungskondensator 3 geschaltet und besteht aus einer Anzahl (im Fall eines dreiphasigen Wechselstroms sechs) Gleichrichterdioden und Transistoren, die jeweils antiparallel zu den Gleichrichterdioden geschaltet sind, und setzt den vom Gleichrichter 2 erzeugten Gleichstrom im Wechselstrom um, indem er die Transistoren gemäß den PWM-Signalen V_U*, V_V* und V_W* ein- und ausschaltet, die später erklärt werden.
Die Kurzschließvorrichtung 5 besteht beispielsweise aus einem Schalter oder Relais, und schließt die drei Phasen der Stromleitungen 5U, 5V und 5W des Permanentmagnet-Synchronmotors 6 als Reaktion auf einen – später erklärten – Kurzschlussbefehl S kurz. Der Permanentmagnet-Synchronmotor 6 kann ein beliebiger Motor sein, an den ein angetriebenes Objekt 7 gekoppelt ist, beispielsweise ein Tisch, der mit dem Permanentmagnet-Synchronmotor 6 verbunden ist, ein damit verbundener Arm, und ein Werkstück, das am Tisch oder Arm befestigt bzw. davon gelöst werden kann, und der dafür konfiguriert ist, die Position und Lage des Tischs zu verändern, der das Werkstück in einer Werkzeugmaschine hält, oder dafür, den Arm eines Roboters usw. zu drehen und zu betätigen. In der Erfindung ist der Permanentmagnet-Synchronmotor 6 ein rotierender Permanentmagnet-Synchronmotor, der einen Läufer 62 enthält, der eine Drehwelle 61 besitzt, an der der Drehwinkelsensor 8 angebracht ist, und einen Ständer 63, der so angeordnet ist, dass er den Läufer 62 umgibt.
Der Läufer 62 weist Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d auf. Der Ständer 63 weist Spulen 65u, 65v und 65w auf, die mit Abständen von 120° angeordnet sind und in die ein U-Phasen-Strom i_u, ein V-Phasen-Strom i_v und ein W-Phasen-Strom i_w als Strom der ersten, zweiten und dritten Phase der drei Phasen eingespeist wird. Damit arbeitet der Permanentmagnet-Synchronmotor 6 als dreiphasiger Synchronmotor.
Der Drehwinkelsensor 8 besteht aus einem Winkelgeber, der dafür konfiguriert ist, einen Drehwinkel θ des Läufers 62 als Position des Läufers zu erfassen. Die Drehzahl-Berechnungseinheit 9 berechnet eine Drehzahl ω des Läufers 62 aus der Frequenz des U-Phasen-Stroms i_u, des V-Phasen-Stroms i_v und des W-Phasen-Stroms i_w als Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors 6 durch Differenzieren des Drehwinkels θ, der in die Drehzahl-Berechnungseinheit 9 eingegeben wird, nach der Zeit, und gibt die Drehzahl ω an die Motorregelvorrichtung 12 aus. Der Temperatursensor 10 erfasst eine Wicklungstemperatur T_coil der Spulen 65u, 65v und 65w und besteht beispielsweise aus einem Thermistor.
Die q-Achsen-Strom- und d-Achsen-Strom-Erfassungseinheit 11 erfasst einen q-Achsen-Strom i_q und einen d-Achsen-Strom i_d aus dem U-Phasenstrom i_u und dem V-Phasenstrom i_v, die durch den Permanentmagnet-Synchronmotor 6 fließen, und dem Drehwinkel θ. Hierzu besteht die q-Achsen-Strom- und d-Achsen-Strom-Erfassungseinheit 11 aus einem Koordinatenumsetzer, der dafür konfiguriert ist, eine Drehkoordinatenumsetzung und eine Umsetzung von drei Phasen auf zwei Phasen vorzunehmen. Folglich konvertiert die q-Achsen-Strom- und d-Achsen-Strom-Erfassungseinheit 11 den U-Phasenstrom i_u und den V-Phasenstrom i_v im stationären Koordinatensystem (UVW-Koordinatensystem) in den q-Achsen-Strom i_q und den d-Achsen-Strom i_d ausgedrückt durch ein Drehkoordinatensystem, das um den Drehwinkel θ gegen das stationäre Koordinatensystem (αβ-Koordinatensystem) gedreht ist, und gibt den q-Achsen-Strom i_q und den d-Achsen-Strom i_d an die Motorregelvorrichtung 12 aus.
In diesem Fall werden der U-Phasenstrom i_u und der V-Phasenstrom i_v von Stromerfassungseinheiten 4U und 4V erfasst, die in den Abgabeleitungen des Wechselrichters 4 vorhanden sind. Die Stromerfassungssignale, die die Stromerfassungseinheiten 4U und 4V ausgeben, werden in (nicht dargestellte) A/D-Umsetzer eingegeben und in digitale Daten umgesetzt. Die Stromerfassungseinheiten 4U und 4V bestehen beispielsweise aus Hallelementen.
Wie später genauer erklärt wird, verhindert die Motorregelvorrichtung 12 eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d des Permanentmagnet-Synchronmotors 6. Hierzu besitzt die Motorregelvorrichtung 12 eine Kurzschluss-Regeleinheit 21, eine Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22, eine Strommaximalwert-Feststelleinheit 23 und eine Stromregeleinheit 24.
In der Ausführungsform nehmen die q-Achsen-Strom- und d-Achsen-Strom-Erfassungseinheit 11 und die Motorregelvorrichtung 12 eine Vektorregelung vor, um den q-Achsen-Strom und den d-Achsen-Strom des Permanentmagnet-Synchronmotors 6 unabhängig zu regeln, damit das Drehmoment des Permanentmagnet-Synchronmotors 6 sowohl rasch als auch stabil erzeugt wird.
In der Ausführungsform sind die Drehzahl-Berechnungseinheit 9, die q-Achsen-Strom- und d-Achsen-Strom-Erfassungseinheit 11, die Kurzschluss-Regeleinheit 21, die Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22, die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23 und die Stromregeleinheit 24 durch einen Prozessor implementiert, der einen Ein/Ausgabe-Port, eine serielle Kommunikationsschaltung, einen A/D-Umsetzer, einen Zeitgeber usw. enthält, und der diverse Verarbeitungen anhand von Verarbeitungsprogrammen vornimmt, die in einem (nicht dargestellten) Speicher abgelegt sind.
Die Kurzschluss-Regeleinheit 21 veranlasst die Kurzschließvorrichtung 5, die drei Phasen der Stromleitungen 5U, 5V und 5W kurzzuschließen, damit der Permanentmagnet-Synchronmotor 6 bei einem Notfall des Permanentmagnet-Synchronmotors 6 sicher angehalten wird. Um festzustellen, ob in dem Permanentmagnet-Synchronmotor 6 ein Notfall aufgetreten ist, wird in die Kurzschluss-Regeleinheit 21 die Drehzahl ω von der Drehzahl-Berechnungseinheit 9 eingegeben, der q-Achsen-Strom i_q und der d-Achsen-Strom i_d werden von der q-Achsen-Strom- und d-Achsen-Strom-Erfassungseinheit 11 eingegeben, ein Drehzahl-Sollwert ω* wird von der übergeordneten Regelvorrichtung 13 eingegeben, und ein q-Achsen-Strom-Sollwert i_q* und ein d-Achsen-Strom-Sollwert i_d* werden von der Stromregeleinheit 24 eingegeben. Nun stellt die Kurzschluss-Regeleinheit 21 fest, dass in dem Permanentmagnet-Synchronmotor 6 ein Notfall aufgetreten ist, wenn mindestens eine Differenz zwischen der Drehzahl ω und dem Drehzahl-Sollwert ω*, eine Differenz zwischen dem q-Achsen-Strom i_q und dem q-Achsen-Strom-Sollwert i_q* und eine Differenz zwischen dem d-Achsen-Strom i_d und dem d-Achsen-Strom-Soll-wert i_d* einen vorbestimmten Wert überschreitet, und sie gibt den Kurzschlussbefehl S an die Kurzschließvorrichtung 5 aus.
Die Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22 erfasst eine Permanentmagnet-Temperatur T_magnet der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d. In dieser Ausführungsform weist die Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22 eine Tabelle auf, die den Zusammenhang zwischen der Permanentmagnet-Temperatur T_magnet, der Drehzahl ω, der Wicklungstemperatur T_coil, dem q-Achsen-Strom i_q und dem d-Achsen-Strom i_d angibt. In die Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22 wird die Drehzahl ω von der Drehzahl-Berechnungseinheit 9 eingegeben, die Wicklungstemperatur T_coil wird von dem Wicklungstemperatursensor 10 eingegeben und der q-Achsen-Strom i_q und der d-Achsen-Strom i_d werden von der q-Achsen-Strom- und d-Achsen-Strom-Erfassungseinheit 11 eingegeben. Anschließend bestimmt die Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22 die Permanentmagnet-Temperatur T_magnet abhängig von der Drehzahl ω, der Wicklungstemperatur T_coil, dem q-Achsen-Strom i_q und dem d-Achsen-Strom i_d, die alle eingegeben wurden, aus der Tabelle.
In die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23 wird die Permanentmagnet-Temperatur T_magnet von der Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22 eingegeben, und die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23 bestimmt den Strommaximalwert I_MAX des Stroms in den Stromleitungen 5U, 5V und 5W, der ermittelt werden muss, um eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d zu verhindern, die durch einen transienten d-Achsen-Strom auftreten kann, wenn die drei Phasen kurzgeschlossen werden, d. h. einen Grenzwert I_dmax des d-Achsen-Stroms abhängig von einem Einstellwert eines Stromwerts I_demag, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, und zwar abhängig von der Permanentmagnet-Temperatur T_magnet und dem Grenzwert I_dmax des d-Achsen-Stroms, und gibt den Strommaximalwert I_MAX in die Stromregeleinheit 24 ein.
Die Stromregeleinheit 24 regelt den Strom in den Stromleitungen 5U, 5V und 5W, damit der Stromwert der Stromleitungen 5U, 5V und 5W kleiner wird als der Strommaximalwert I_MAX. 2 zeigt eine Skizze eines Beispiels für Kurven des q-Achsen-Stroms und des d-Achsen-Stroms vor und nach dem Kurzschluss der drei Phasen der Stromleitungen des Permanentmagnet-Synchronmotors. Werden, siehe 2, die drei Phasen der Stromleitungen 5U, 5V und 5W zum Zeitpunkt t1 kurzgeschlossen, so zeigt sich, dass ein Grenzwert I_dmax(ω) des d-Achsen-Stroms, der der vorbestimmten Drehzahl ω zugeordnet ist, zum Zeitpunkt t2 auftritt, da der transiente d-Achsen-Strom fließt.
3A zeigt eine Skizze eines Beispiels für ein Ansteuermuster bei maximaler Belastung des Permanentmagnet-Synchronmotors. 3B zeigt eine Skizze eines Grenzwerts des d-Achsen-Stroms, der erzeugt wird, wenn die drei Phasen der Stromleitungen bei den in 3A dargestellten Drehzahlen kurzgeschlossen werden. Liegt in dieser Ausführungsform die Drehzahl ω des Permanentmagnet-Synchronmotors zwischen einer ersten Drehzahl ω_a größer als null und einer zweiten Drehzahl ω_b, die größer ist als die erste Drehzahl ω_a, so erfolgt die Regelung derart, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor 6 so angesteuert wird, dass die induzierte Spannung unterdrückt wird, die durch die Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d verursacht wird, indem der Strom, der den d-Achsen-Strom enthält, als reaktive Komponente geliefert wird. Dadurch wird eine Ansteuerung bei hoher Drehzahl möglich. Zudem, siehe 3B, tritt im Fall des Ansteuermusters nach 3A der Maximalwert I_dmax des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms in der Nähe der ersten Drehzahl ω_a auf, und seine Höhe ist größer als die Höhe des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms bei der zweiten Drehzahl ω_b.
4 zeigt eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen der Höhe des Drehmoments (Last), das der Permanentmagnet-Synchronmotor erzeugt, und dem Grenzwert des d-Achsen-Stroms, der fließen kann, wenn die drei Phasen der Stromleitungen für jedes Drehmoment bei der ersten in 3 dargestellten Drehzahl ω_a kurzgeschlossen werden. Ist das Drehmoment des Permanentmagnet-Synchronmotors 6 hoch, siehe 4, so nimmt der Grenzwert des d-Achsen-Stroms zu, wenn die drei Phasen der Stromleitungen kurzgeschlossen werden. 4 zeigt auch, dass man den Maximalwert I_dmax des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms indirekt einstellen kann, der nach dem Kurzschluss der drei Phasen der Stromleitungen auftreten kann, indem man den Strommaximalwert I_MAX des Stroms kontrolliert, der durch den Permanentmagnet-Synchronmotor 6 fließt, da die Höhe des Drehmoments von der Höhe des Stroms abhängt. Gemäß der Ausführungsform wird also durch das Kontrollieren des Strommaximalwerts I_MAX des Stroms, der durch den Permanentmagnet-Synchronmotor 6 fließt, während er angesteuert wird, und zwar so, dass der Maximalwert I_dmax des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms den Stromwert I_demag, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, nicht überschreitet, die irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d, die durch den Maximalwert I_dmax des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms erfolgen kann, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, verhindert.
In dieser Ausführungsform umfasst die Stromregeleinheit 24 eine Drehmomentsollwert-Erzeugungseinheit 31, eine Stromsollwert-Erzeugungseinheit 32, eine Spannungssollwert-Erzeugungseinheit 33 und eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit 34. In die Drehmomentsollwert-Erzeugungseinheit 31 wird die Drehzahl ω von der Drehzahl-Berechnungseinheit 9 eingegeben, der Drehzahl-Sollwert ω* wird von der übergeordneten Regelvorrichtung 13 eingegeben, und der Strommaximalwert I_MAX wird von der Strommaximalwert-Feststelleinheit 23 eingegeben. Daraufhin erzeugt die Drehmomentsollwert-Erzeugungseinheit 31 einen Drehmomentsollwert τ* abhängig von der Drehzahl ω, dem Drehzahl-Sollwert ω* und dem Strommaximalwert I_MAX, die alle eingegeben werden, und gibt den Drehmomentsollwert τ* an die Stromsollwert-Erzeugungseinheit 32 aus.
In die Stromsollwert-Erzeugungseinheit 32 wird die Drehzahl ω von der Drehzahl-Berechnungseinheit 9 eingegeben, und der Drehmomentsollwert τ* wird von der Drehmomentsollwert-Erzeugungseinheit 31 eingegeben. Nun erzeugt die Stromsollwert-Erzeugungseinheit 32 den q-Achsen-Strom-Sollwert i_q* und den d-Achsen-Strom-Sollwert i_d* abhängig von der Drehzahl ω und dem Drehmomentsollwert τ*, die eingegeben wurden.
In die Spannungssollwert-Erzeugungseinheit 33 wird die Drehzahl ω von der Drehzahl-Berechnungseinheit 9 eingegeben, der q-Achsen-Strom i_q und der d-Achsen-Strom i_d werden von der q-Achsen-Strom- und d-Achsen-Strom-Erfassungseinheit 11 eingegeben, und der q-Achsen-Strom-Sollwert i_q* und der d-Achsen-Strom-Sollwert i_d* werden von der Stromsollwert-Erzeugungseinheit 32 eingegeben. Daraufhin erzeugt die Spannungssollwert-Erzeugungseinheit 33 einen q-Achsen-Spannungssollwert V_q* und einen d-Achsen-Spannungssollwert V_d* abhängig von der Drehzahl ω, dem q-Achsen-Strom i_q und dem d-Achsen-Strom i_d sowie dem q-Achsen-Strom-Sollwert i_q* und dem d-Achsen-Strom-Sollwert i_d*, die eingegeben werden.
In die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 34 wird der Drehwinkel θ von dem Drehwinkelsensor 8 eingegeben, und der q-Achsen-Spannungssollwert V_q* und der d-Achsen-Spannungssollwert V_d* werden von der Spannungssollwert-Erzeugungseinheit 33 eingegeben. Nun erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 34 die PWM-Signale V_U*, V_V* und V_W* zum Ein- und Ausschalten der Transistoren des Wechselrichters 4 abhängig vom Drehwinkel θ und dem q-Achsen-Spannungssollwert V_q* und dem d-Achsen-Spannungssollwert V_d*, die eingegeben wurden.
Die übergeordnete Regelvorrichtung 13 besteht aus einer CNC (numerische Computersteuerung) usw. und gibt den Drehzahl-Sollwert ω* in die Kurzschluss-Regeleinheit 21 und die Drehmomentsollwert-Erzeugungseinheit 31 ein.
5 zeigt ein ausführliches Blockdiagramm eines Beispiels der Strommaximalwert-Feststelleinheit in 1. In 5 bestimmt die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23 den Strommaximalwert I_MAX abhängig von einem Satz Stromwerte I_demagk1 (k1 ist eine natürliche Zahl nicht kleiner als eins und nicht größer als n1), die eine irreversible Entmagnetisierung bewirken, und denen eine Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 zugeordnet ist, und von einem Maximalwert I_dmaxk1k2 (k2 ist eine natürliche Zahl nicht kleiner als eins und nicht größer als n2) des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms, und sie gibt den Strommaximalwert I_MAX in die Stromregeleinheit 24 ein. Hierzu umfasst die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23 eine Erfassungseinheit 41 für einen Stromwert, der eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, eine Grenzwert-Erfassungseinheit 42 und eine Vergleichseinheit 43.
In der Erfassungseinheit 41 für einen Stromwert, der eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, ist eine Tabelle abgelegt, die den Zusammenhang zwischen der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 und dem Stromwert I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, angibt. Man kann beispielsweise den Stromwert I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, aus der vorab eingestellten Permanentmagnet-Temperatur und den Eigenschaften des Magnetfelds, das eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, mit Hilfe des Finite-Elemente-Verfahrens (FEM) gewinnen. In diesem Fall entspricht die Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 der in 1 dargestellten Permanentmagnet-Temperatur T_magnet. Folglich ist in der Tabelle, die in der Erfassungseinheit 41 für einen Stromwert, der eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, abgelegt ist, die Anzahl n1 der Stromwerte, die eine irreversible Entmagnetisierung bewirken, entsprechend zur Anzahl n1 der Permanentmagnet-Temperaturen festgesetzt. Wird die Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 von der Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22 eingegeben, so sucht die Erfassungseinheit 41 für einen Stromwert, der eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, nach dem Stromwert I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, und der der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 zugeordnet ist, in der Tabelle, und sie gibt den gesuchten Stromwert I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, an die Vergleichseinheit 43 aus.
In der Grenzwert-Erfassungseinheit 42 ist eine Tabelle hinterlegt, die einen Zusammenhang zwischen der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1, dem Maximalwert I_dmaxk1k2 des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms und einem Strommaximalwert I_maxk1k2 angibt. In diesem Fall entspricht der Strommaximalwert I_maxk1k2 dem Strommaximalwert I_MAX in 1. Die in der Grenzwert-Erfassungseinheit 42 abgelegte Tabelle enthält also den Maximalwert des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms in jedem Satz (von n1 × n2 Sätzen) der Anzahl n1 von Permanentmagnet-Temperaturen und der Anzahl n2 von Strommaximalwerten. Nun wird die Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 von der Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22 eingegeben, und der Strommaximalwert I_maxk1k2 wird von der Vergleichseinheit 43 zurückgeführt (in 5 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem ein Strommaximalwert I_maxk1k2-1 an die Grenzwert-Erfassungseinheit 42 zurückgeführt wird). Wie später erklärt wird, sucht die Grenzwert-Erfassungseinheit 42 nach dem Maximalwert I_dmaxk1k2 des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms, der der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 und dem Strommaximalwert I_maxk1k2 zugeordnet ist, und sie gibt den gesuchten Maximalwert I_dmaxk1k2 des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms an die Vergleichseinheit 43 aus.
Den Grenzwert des d-Achsen-Stroms, der an einem vorbestimmten Betriebspunkt auftreten kann, wenn die drei Phasen der Stromleitungen 5U, 5V und 5W kurzgeschlossen werden, kann man durch das Berechnen der Stromantworten erhalten, wenn die linke Seite in einer Spannungsgleichung zu null gesetzt wird, und zwar im dq-Koordinatensystem des Permanentmagnet-Synchronmotors 6, die wie folgt lautet,
d. h., eines d-Achsen-Stroms I_D0 unmittelbar vor dem Kurzschluss der drei Phasen der Stromleitungen 5U, 5V und 5W, eines q-Achsen-Stroms I_Q0 unmittelbar vor dem Kurzschluss der drei Phasen der Stromleitungen 5U, 5V und 5W und einer Drehzahl ω₀ (elektrische Kreisfrequenz), und durch das Einsetzen des d-Achsen-Stroms I_D0, des q-Achsen-Stroms I_Q0 und der Drehzahl ω₀, die berechnet wurden, in eine Formel
wobei gilt A = f(I_D0, I_Q0, ω₀), B = g(ω₀), C = h(I_D0, I_Q0, ω₀) und a und K Konstanten sind. Der Maximalwert I_dmaxk1k2 des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms ist dem maximalen Grenzwert des d-Achsen-Stroms zugeordnet. den man für jede Drehzahl des Ansteuermusters bei dem Strommaximalwert I_maxk1k2 erhält (Grenzwert I_dmax für ω₀ = ω_a in dem in 3A dargestellten Ansteuermuster).
In die Vergleichseinheit 43 wird der Stromwert I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, von der Erfassungseinheit 41 für einen Stromwert, der eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, eingegeben, und der Maximalwert I_dmaxk1k2 des Grenzwerts wird von der Grenzwert-Erfassungseinheit 42 eingegeben. Nun stellt die Vergleichseinheit 43 fest, ob der Betrag des Stromwerts I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, größer ist als der Betrag des Maximalwerts I_dmaxk1k2 des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms.
Ist der Betrag des Stromwerts I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, größer als der Betrag des Maximalwerts I_dmaxk1k2 des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms, so stellt die Vergleichseinheit 43 fest, dass eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d durch den transienten Strom, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, nicht erfolgt, und sie gibt den Strommaximalwert I_maxk1k2 an die Drehmomentsollwert-Erzeugungseinheit 31 als Strommaximalwert I_MAX aus. D. h., die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23 verändert den Strommaximalwert I_MAX gegenüber dem Anfangswert nicht.
Ist dagegen der Betrag des Stromwerts I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, kleinergleich dem Betrag des Maximalwerts I_dmaxk1k2 des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms, so stellt die Vergleichseinheit 43 fest, dass eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d durch den transienten Strom, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, eintreten kann, und sie führt den Strommaximalwert I_maxk1k2-1 zurück, der dem Strommaximalwert I_maxk1k2 entspricht, von dem eine vorbestimmte positive Größe ΔI subtrahiert wird, und zwar auf die Grenzwert-Erfassungseinheit 42. Die Grenzwert-Erfassungseinheit 42 erfasst nun in ähnlicher Weise einen Strommaximalwert I_dmaxk1k2-1 des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms und sie gibt den erfassten Strommaximalwert I_dmaxk1k2-1 des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms an die Vergleichseinheit 43 aus (in 5 ist der Fall dargestellt, dass der Strommaximalwert I_dmaxk1k2 des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms an die Vergleichseinheit 43 ausgegeben wird). Dann wird das Zurückführen des Strommaximalwerts von der Vergleichseinheit 43 auf die Grenzwert-Erfassungseinheit 42 und der Vergleich zwischen dem Betrag des Stromwerts, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, und dem Betrag des Maximalwerts des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms in der Vergleichseinheit 43 wie oben beschrieben wiederholt, bis der Betrag des Stromwerts, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, größer wird als der Betrag des Maximalwerts des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms.
Gemäß der beschriebenen Ausführungsform wird der Strommaximalwert I_MAX auf einen Wert gesetzt, mit dem es möglich ist, die irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d zu verhindern, die durch den transienten d-Achsen-Strom auftreten kann, wenn die drei Phasen der Stromleitungen 5U, 5V und 5W kurzgeschlossen werden. Damit ist es möglich, die irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d zu verhindern, die durch den transienten d-Achsen-Strom verursacht wird, der auftritt, wenn die drei Phasen der Stromleitungen 5U, 5V und 5W kurzgeschlossen werden.
6 zeigt ein ausführliches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels der Strommaximalwert-Feststelleinheit. In 6 wird eine Strommaximalwert-Feststelleinheit 23a anstelle der Strommaximalwert-Feststelleinheit 23 der Motorregelvorrichtung 12 in 1 verwendet. Sie bestimmt den Strommaximalwert I_MAX abhängig von einem Satz Magnetfeldintensitäten H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen und die der Permanentmagnet-Temperatur T_magnet zugeordnet sind, und von einem Maximalwert H_dmaxk1k2 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds, das durch den d-Achsen-Strom auftritt, und sie gibt den Strommaximalwert I_MAX in die Motorregelvorrichtung 12 ein. Hierzu weist die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23a eine Erfassungseinheit 41a für eine Magnetfeldintensität auf, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, eine Grenzwert-Erfassungseinheit 42a eine Vergleichseinheit 43a.
In der Erfassungseinheit 41a für eine Magnetfeldintensität, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, ist eine Tabelle abgelegt, die den Zusammenhang zwischen der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 und der Magnetfeldintensität H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, herstellt. Auch in diesem Fall entspricht die Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 der in 1 dargestellten Permanentmagnet-Temperatur T_magnet. Daher ist in der Tabelle, die in der Erfassungseinheit 41a für eine Magnetfeldintensität abgelegt ist, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, die Anzahl n1 der Magnetfeldintensitäten, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen, entsprechend zur Anzahl n1 der Permanentmagnet-Temperaturen eingestellt. Wird die Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 von der Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22 eingegeben, so sucht die Erfassungseinheit 41a für eine Magnetfeldintensität, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, in der genannten Tabelle nach der Magnetfeldintensität H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, die zu der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 gehört, und sie gibt die gesuchte Magnetfeldintensität H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, an die Vergleichseinheit 43a aus.
In der Grenzwert-Erfassungseinheit 42a ist eine Tabelle hinterlegt, die den Zusammenhang zwischen der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1, dem Maximalwert H_dmaxk1k2 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds und dem Strommaximalwert I_maxk1k2 angibt. Auch in diesem Fall entspricht der Strommaximalwert I_maxk1k2 dem Strommaximalwert I_MAX in 1. Die in der Grenzwert-Erfassungseinheit 42a abgelegte Tabelle enthält also den Maximalwert des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds in jedem Satz (von n1 × n2 Sätzen) der Anzahl n1 von Permanentmagnet-Temperaturen und der Anzahl n2 von Strommaximalwerten. Nun wird die Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 von der Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22 eingegeben, und der Strommaximalwert I_maxk1k2 wird von der Vergleichseinheit 43a zurückgeführt (in 6 ist ein Beispiel dargestellt, in dem der Strommaximalwert I_maxk1k2-1 auf die Grenzwert-Erfassungseinheit 42a zurückgeführt wird). Wie später erklärt wird, sucht die Grenzwert-Erfassungseinheit 42a nach dem Maximalwert H_dmaxk1k2 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds, der zu der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 und dem Strommaximalwert I_maxk1k2 gehört, und sie gibt den gesuchten Maximalwert H_dmaxk1k2 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds an die Vergleichseinheit 43a aus.
In die Vergleichseinheit 43a wird die Magnetfeldintensität H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, von der Erfassungseinheit 41a für eine Magnetfeldintensität eingegeben, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, und der Maximalwert H_dmaxk1k2 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds wird von der Grenzwert-Erfassungseinheit 42a eingegeben. Nun stellt die Vergleichseinheit 43a fest, ob der Betrag der Magnetfeldintensität H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, größer ist als der Betrag des Maximalwerts H_dmaxk1k2 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds.
Ist der Betrag der Magnetfeldintensität H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, größer als der Betrag des Maximalwerts H_dmaxk1k2 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds, so stellt die Vergleichseinheit 43a fest, dass eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d durch den transienten Strom, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, nicht erfolgt, und sie gibt den Strommaximalwert I_maxk1k2 an die Drehmomentsollwert-Erzeugungseinheit 31 als Strommaximalwert I_MAX aus. D. h., die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23a verändert den Strommaximalwert I_MAX gegenüber dem Anfangswert nicht.
Ist dagegen der Betrag der Magnetfeldintensität H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, kleinergleich dem Betrag des Maximalwerts H_dmaxk1k2 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds, so stellt die Vergleichseinheit 43a fest, dass eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d durch den transienten Strom, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, eintreten kann, und sie führt den Strommaximalwert I_maxk1k2-1 zurück, der dem Strommaximalwert I_maxk1k2 entspricht, von dem eine vorbestimmte positive Größe ΔI subtrahiert wird, und zwar auf die Grenzwert-Erfassungseinheit 42a. Die Grenzwert-Erfassungseinheit 42a erfasst nun in ähnlicher Weise einen Maximalwert H_dmaxk1k2-1 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds, und sie gibt den erfassten Maximalwert H_dmaxk1k2-1 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds an die Vergleichseinheit 43a aus (in 6 ist der Fall dargestellt, dass der Maximalwert H_dmaxk1k2 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds an die Vergleichseinheit 43a ausgegeben wird). Dann wird das Zurückführen des Strommaximalwerts von der Vergleichseinheit 43a auf die Grenzwert-Erfassungseinheit 42a und der Vergleich zwischen dem Betrag der Magnetfeldintensität, die eine irreversible Entmagnetisierung hervorruft, und dem Betrag des Maximalwerts des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds wie oben beschrieben wiederholt, bis der Betrag der Magnetfeldintensität, die eine irreversible Entmagnetisierung hervorruft, größer wird als der Betrag des Maximalwerts des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds.
Gemäß der beschriebenen Ausführungsform wird der Maximalwert des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds anstelle des Maximalwerts des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms verwendet, um den Strommaximalwerts I_MAX zu bestimmen. Daher treten keine nachteiligen Einflüsse durch magnetische Sättigung usw. auf, wenn der Strommaximalwert I_MAX bestimmt wird.
7 zeigt ein ausführliches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels der Strommaximalwert-Feststelleinheit. In 7 wird eine Strommaximalwert-Feststelleinheit 23b anstelle der Strommaximalwert-Feststelleinheit 23 der Motorregelvorrichtung 12 in 1 verwendet. Sie bestimmt den Strommaximalwert I_MAX abhängig von einem Satz Grenzwerte I_dmaxk1k2(ω) des d-Achsen-Stroms, der für jede Drehzahl ω entsprechend zur Permanentmagnet-Temperatur T_magnet eingestellt ist, und von einem Strommaximalwert I_maxk1k2(ω), der für jede Drehzahl ω eingestellt ist, und sie gibt den Strommaximalwert I_MAX in die Motorregelvorrichtung 12 ein. Hierzu umfasst die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23b die Erfassungseinheit 41 für einen Stromwert, der eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, eine Grenzwert-Erfassungseinheit 42b und eine Vergleichseinheit 43b.
In der Grenzwert-Erfassungseinheit 42b ist eine Tabelle hinterlegt, die den Zusammenhang zwischen der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1, dem Grenzwert I_dmaxk1k2(ω) des d-Achsen-Stroms und dem Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) angibt. Auch in diesem Fall entspricht der Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) dem Strommaximalwert I_MAX in 1. Die in der Grenzwert-Erfassungseinheit 42b abgelegte Tabelle enthält also den Grenzwert des d-Achsen-Stroms in jedem Satz (von n1 × n2 Sätzen) der Anzahl n1 von Permanentmagnet-Temperaturen und der Anzahl n2 von Strommaximalwerten für jede Drehzahl ω. Nun wird die Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 von der Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22 eingegeben, und der Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) wird von der Vergleichseinheit 43b zurückgeführt (in 7 ist ein Beispiel dargestellt, in dem der Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) auf die Grenzwert-Erfassungseinheit 42b zurückgeführt wird). Wie später erklärt wird, sucht die Grenzwert-Erfassungseinheit 42b nach dem Grenzwert I_dmaxk1k2(ω) des d-Achsen-Stroms, der zu der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 und dem Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) gehört, und sie gibt den gesuchten Grenzwert I_dmaxk1k2(ω) des d-Achsen-Stroms, der für jede Drehzahl ω eingestellt ist, an die Vergleichseinheit 43b aus.
In die Vergleichseinheit 43b wird der Stromwert I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, von der Erfassungseinheit 41 für einen Stromwert, der eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, eingegeben, und der Grenzwert I_dmaxk1k2(ω) des d-Achsen-Stroms wird von der Grenzwert-Erfassungseinheit 42b eingegeben. Nun stellt die Vergleichseinheit 43b fest, ob der Betrag des Stromwerts I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, größer ist als der Betrag des Grenzwerts I_dmaxk1k2(ω) des d-Achsen-Stroms (der Grenzwert des d-Achsen-Stroms, der zu der aktuellen Drehzahl ω gehört).
Ist der Betrag des Stromwerts I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, größer als der Betrag des Grenzwerts I_dmaxk1k2(ω) des d-Achsen-Stroms, so stellt die Vergleichseinheit 43b fest, dass eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d durch den transienten Strom, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, nicht erfolgt, und sie gibt den Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) an die Drehmomentsollwert-Erzeugungseinheit 31 als Strommaximalwert I_MAX aus. D. h., die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23b verändert den Strommaximalwert I_MAX gegenüber dem Anfangswert nicht.
Ist dagegen der Betrag des Stromwerts I_demagk1, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, kleinergleich dem Betrag des Grenzwerts I_dmaxk1k2(ω)des d-Achsen-Stroms, so stellt die Vergleichseinheit 43b fest, dass eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d durch den transienten Strom, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, eintreten kann, und sie führt den Strommaximalwert I_maxk1k2-1(ω) zurück, der dem Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) entspricht, von dem eine vorbestimmte positive Größe ΔI subtrahiert wird, und zwar auf die Grenzwert-Erfassungseinheit 42. Die Grenzwert-Erfassungseinheit 42 erfasst nun in ähnlicher Weise den Grenzwert I_dmaxk1k2(ω) des d-Achsen-Stroms, und sie gibt den erfassten Grenzwert I_dmaxk1k2(ω) des d-Achsen-Stroms an die Vergleichseinheit 43b aus (in 7 ist der Fall dargestellt, dass der Grenzwert I_dmaxk1k2(ω) des d-Achsen-Stroms an die Vergleichseinheit 43b ausgegeben wird). Dann wird das Zurückführen des Strommaximalwerts von der Vergleichseinheit 43b auf die Grenzwert-Erfassungseinheit 42b und der Vergleich zwischen dem Betrag des Stromwerts, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, und dem Betrag des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms in der Vergleichseinheit 43b wie oben beschrieben wiederholt, bis der Betrag des Stromwerts, der eine irreversible Entmagnetisierung bewirkt, größer wird als der Betrag des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms.
Gemäß der beschriebenen Ausführungsform kann der Strommaximalwert I_MAX für jede Drehzahl ω festgesetzt werden. Daher ist es möglich, die Einschränkungen des Stroms durch die Stromregeleinheit 24 weniger gravierend zu gestalten als in dem Fall dass der Strommaximalwert I_MAX abhängig von dem Strommaximalwert I_dmaxk1k2 des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms eingestellt wird.
8 zeigt ein ausführliches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels der Strommaximalwert-Feststelleinheit. In 8 wird eine Strommaximalwert-Feststelleinheit 23c anstelle der Strommaximalwert-Feststelleinheit 23 in der Motorregelvorrichtung 12 verwendet. Sie bestimmt den Strommaximalwert I_MAX abhängig von einem Satz Grenzwerte H_dmaxk1k2(ω) des Entmagnetisierungsfelds, der für jede Drehzahl ω entsprechend zur Permanentmagnet-Temperatur T_magnet eingestellt ist, und von einem Strommaximalwert I_maxk1k2(ω), der für jede Drehzahl ω eingestellt ist, und sie gibt den Strommaximalwert I_MAX in die Motorregelvorrichtung 12 ein. Hierzu umfasst die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23c die Erfassungseinheit 41a für eine Magnetfeldintensität, der eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, eine Grenzwert-Erfassungseinheit 42c und eine Vergleichseinheit 43c.
In der Grenzwert-Erfassungseinheit 42c ist eine Tabelle hinterlegt, die den Zusammenhang zwischen der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1, dem Grenzwert H_dmaxk1k2(ω) des Entmagnetisierungsfelds und dem Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) angibt. Auch in diesem Fall entspricht der Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) dem Strommaximalwert I_MAX in 1. Die in der Grenzwert-Erfassungseinheit 42c abgelegte Tabelle enthält also den Grenzwert des Entmagnetisierungsfelds in jedem Satz (von n1 × n2 Sätzen) der Anzahl n1 von Permanentmagnet-Temperaturen und der Anzahl n2 von Strommaximalwerten für jede Drehzahl ω. Nun wird die Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 von der Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit 22 eingegeben, und der Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) wird von der Vergleichseinheit 43c zurückgeführt (in 8 ist ein Beispiel dargestellt, in dem der Strommaximalwert I_maxk1k2-1(ω) auf die Grenzwert-Erfassungseinheit 42c zurückgeführt wird). Wie später erklärt wird, sucht die Grenzwert-Erfassungseinheit 42c nach dem Grenzwert H_dmaxk1k2(ω) des Entmagnetisierungsfelds, der zu der Permanentmagnet-Temperatur T_magnetk1 und dem Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) gehört, und sie gibt den gesuchten Grenzwert H_dmaxk1k2 des Entmagnetisierungsfelds an die Vergleichseinheit 43c aus.
In die Vergleichseinheit 43c wird die Magnetfeldintensität H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, von der Erfassungseinheit 41a für eine Magnetfeldintensität eingegeben, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, und der Grenzwert H_dmaxk1k2(ω) des Entmagnetisierungsfelds wird von der Grenzwert-Erfassungseinheit 42c eingegeben. Nun stellt die Vergleichseinheit 43c fest, ob der Betrag der Magnetfeldintensität H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, größer ist als der Betrag des Grenzwerts H_dmaxk1k2(ω) des Entmagnetisierungsfelds.
Ist der Betrag der Magnetfeldintensität H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, größer als der Betrag des Grenzwerts H_dmaxk1k2(ω) des Entmagnetisierungsfelds, so stellt die Vergleichseinheit 43c fest, dass eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d durch den transienten Strom, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, nicht erfolgt, und sie gibt den Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) an die Drehmomentsollwert-Erzeugungseinheit 31 als Strommaximalwert I_MAX aus. D. h., die Strommaximalwert-Feststelleinheit 23c verändert den Strommaximalwert I_MAX gegenüber dem Anfangswert nicht.
Ist dagegen der Betrag der Magnetfeldintensität H_demagk1, die eine irreversible Entmagnetisierung verursacht, kleinergleich dem Betrag des Grenzwerts H_dmaxk1k2(ω) des Entmagnetisierungsfelds, so stellt die Vergleichseinheit 43c fest, dass eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d durch den transienten Strom, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, eintreten kann, und sie führt den Strommaximalwert I_maxk1k2-1(ω) zurück, der dem Strommaximalwert I_maxk1k2(ω) entspricht, von dem eine vorbestimmte positive Größe ΔI subtrahiert wird, und zwar auf die Grenzwert-Erfassungseinheit 42c. Die Grenzwert-Erfassungseinheit 42c erfasst nun in ähnlicher Weise wie beschrieben einen Grenzwert H_dmaxk1k2-1(ω) des Entmagnetisierungsfelds, und sie gibt den erfassten Grenzwert H_dmaxk1k2-1(ω) des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds an die Vergleichseinheit 43c aus (in 8 ist der Fall dargestellt, dass der Grenzwert H_dmaxk1k2(ω) des Entmagnetisierungsfelds an die Vergleichseinheit 43c ausgegeben wird). Dann wird das Zurückführen des Strommaximalwerts von der Vergleichseinheit 43c auf die Grenzwert-Erfassungseinheit 42c und der Vergleich zwischen dem Betrag der Magnetfeldintensität, die eine irreversible Entmagnetisierung hervorruft, und dem Betrag des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds wie oben beschrieben in der Vergleichseinheit 43c wiederholt, bis der Betrag der Magnetfeldintensität, die eine irreversible Entmagnetisierung hervorruft, größer wird als der Betrag des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds.
Gemäß der beschriebenen Ausführungsform wird der Grenzwert des Entmagnetisierungsfelds anstelle des Maximalwerts des Grenzwerts des d-Achsen-Stroms verwendet, um den Strommaximalwert I_MAX zu bestimmen. Damit treten keine nachteiligen Einflüsse durch magnetische Sättigung usw. auf, wenn der Strommaximalwert I_MAX bestimmt wird. Daher ist es möglich, die Einschränkungen des Stroms durch die Stromregeleinheit 24 weniger gravierend zu gestalten als in dem Fall dass der Strommaximalwert I_MAX abhängig von dem Maximalwert H_dmaxk1k2 des Grenzwerts des Entmagnetisierungsfelds eingestellt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt. Man kann einige Abwandlungen und Änderungen vornehmen. Beispielsweise wird in den beschriebenen Ausführungsformen ein rotierender Permanentmagnet-Synchronmotor, in dem Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d im Läufer 62 vorhanden sind, als Permanentmagnet-Synchronmotor 6 verwendet. Man kann jedoch auch einen rotierenden Permanentmagnet-Synchronmotor verwenden, in dem Permanentmagnete im Ständer vorhanden sind, einen Linearmotor mit Permanentmagneten, in dem Permanentmagnete entweder im Ständer oder im Läufer verwendet werden, usw. als Permanentmagnet-Synchronmotor 6 einsetzen.
Zudem kann die Drehpositions-Erfassungseinheit 8 aus einem Teil bestehen (beispielsweise einem Hallelement oder einem Koordinatenwandler) das kein Winkelgeber ist. Man kann den Drehwinkelsensor 8 auch weglassen und den Drehwinkel θ und die Drehzahl ω aus dem Wechselstrom und der Wechselspannung berechnen, die dem Permanentmagnet-Synchronmotor 6 geliefert werden.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist der Fall erklärt, dass zwei beliebige Phasen (in den beschriebenen Ausführungsformen der U-Phasenstrom I_u und der V-Phasenstrom I_v) der drei Phasen des U-Phasenstroms I_u, des V-Phasenstroms I_v und des W-Phasenstroms I_w benutzt werden, um den q-Achsen-Strom i_q und den d-Achsen-Strom i_d zu erfassen. Man kann jedoch den q-Achsen-Strom i_q und den d-Achsen-Strom i_d unter Verwendung aller drei Phasen des U-Phasenstroms I_u, des V-Phasenstroms I_v und des W-Phasenstroms I_w erfassen.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist der Fall erklärt, dass die Permanentmagnet-Temperatur T_magnet mit Hilfe einer Tabelle erfasst wird, die den Zusammenhang zwischen der Permanentmagnet-Temperatur T_magnet, der Drehzahl ω, der Wicklungstemperatur T_coil, dem q-Achsen-Strom i_q und dem d-Achsen-Strom i_d herstellt. Man kann jedoch die Permanentmagnet-Temperatur T_magnet auch mit Hilfe der Spannungsgleichung des Permanentmagnet-Synchronmotors 6 erfassen, oder durch eine direkte Messung der Temperatur der Permanentmagnete 64a, 64b, 64c und 64d.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist der Fall erklärt, dass eine Vektorregelung zum unabhängigen Regeln des q-Achsen-Stroms und des d-Achsen-Stroms des Permanentmagnet-Synchronmotors 6 vorgenommen wird. Man kann die Erfindung jedoch auch anwenden, wenn keine Vektorregelung ausgeführt wird.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist der Fall erklärt, dass die Grenzwert-Erfassungseinheiten 42 und 42b eine Tabelle verwenden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Grenzwert-Erfassungseinheiten 42 und 42b Echzeitberechnungen mit Hilfe der angegebenen Gleichung ausführen.
Zudem ist der Fall erklärt, dass die übergeordnete Regelvorrichtung 13 dazu verwendet wird, den Drehzahl-Sollwert ω* auszugeben. Man kann jedoch auch eine andere Regelvorrichtung als die übergeordnete Regelvorrichtung 13 dazu verwenden, den Drehzahl-Sollwert ω* auszugeben.
Die Erfindung wurde mit Hilfe der bevorzugten Ausführungsformen erklärt. Fachleuten ist klar, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich sind, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, der in den Ansprüchen offenbart ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-5553 [0003]
JP 2009-5553 A [0003]
JP 2006-254521 [0004]
JP 2006-254521 A [0004]
JP 11-18496 [0005]
JP 11-18496 A [0005]
JP 2003-235286 [0005]
JP 2003-235286 A [0005]

Claims

Regelvorrichtung (12) für einen Permanentmagnet-Synchronmotor (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung umfasst: eine Kurzschluss-Steuereinheit (21), die dafür konfiguriert ist, die drei Phasen der Stromleitungen (5U, 5V, 5W) eines Permanentmagnet-Synchronmotors kurzzuschließen, und zwar mit einer Kurzschließvorrichtung (5), damit der Permanentmagnet-Synchronmotor im Notfall in sicherer Weise angehalten werden kann; eine Permanentmagnet-Temperaturerfassungseinheit (22), die dafür konfiguriert ist, die Permanentmagnet-Temperatur (T_magnet) eines Permanentmagneten (64a, 64b, 64c, 64d) des Permanentmagnet-Synchronmotors zu erfassen; eine Strommaximalwert-Feststelleinheit (23), die dafür konfiguriert ist, den Strommaximalwert (I_MAX) eines Permanentmagnet-Synchronmotors festzustellen, um eine irreversible Entmagnetisierung eines Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors zu verhindern, die durch einen transienten Strom verursacht werden kann, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftreten kann, und zwar abhängig von einem Satz von Stromwerten, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen und die der Permanentmagnet-Temperatur und dem transienten Strom zugeordnet sind, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, und von einem Satz Magnetfeldintensitäten, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen und die der Permanentmagnet-Temperatur und der Entmagnetisierungsfeldintensität des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors zugeordnet sind, die beim Kurzschluss der drei Phasen auftreten; und eine Stromregeleinheit (24), die dafür konfiguriert ist, den Strom des Permanentmagnet-Synchronmotors zu regeln, damit der Stromwert des Permanentmagnet-Synchronmotors geringer wird als der Strommaximalwert.
Regelvorrichtung eines Permanentmagnet-Synchronmotors nach Anspruch 1, wobei die Strommaximalwert-Feststelleinheit den Strommaximalwert abhängig von einem Satz von Stromwerten feststellt, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen und die der Permanentmagnet-Temperatur und einem Grenzwert des transienten Stroms zugeordnet sind, der beim Kurzschluss der drei Phasen auftritt, und von einem Satz Magnetfeldintensitäten, die eine irreversible Entmagnetisierung verursachen und die der Permanentmagnet-Temperatur und einem Grenzwert der Entmagnetisierungsfeldintensität des Permanentmagneten des Permanentmagnet-Synchronmotors zugeordnet sind, die beim Kurzschluss der drei Phasen auftreten.
Regelvorrichtung eines Permanentmagnet-Synchronmotors nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strommaximalwert-Feststelleinheit den Strommaximalwert für jede Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors bestimmt.
Regelvorrichtung eines Permanentmagnet-Synchronmotors nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stromregeleinheit die Regelung so ausführt, dass sie den Permanentmagnet-Synchronmotor ansteuert und dabei eine induzierte Spannung unterdrückt, die durch den Permanentmagnet des Permanentmagnet-Synchronmotors verursacht wird, indem sie dem Permanentmagnet-Synchronmotor einen Strom liefert, der eine reaktive Stromkomponente enthält, wenn die Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors zwischen einer ersten Drehzahl größer als null und einer zweiten Drehzahl liegt, die größer ist als die erste Drehzahl.
Regelsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem einen Permanentmagnet-Synchronmotor (6) enthält und die Regelvorrichtung (12) für einen Permanentmagnet-Synchronmotor nach Anspruch 1.
Regelsystem nach Anspruch 5, zudem umfassend eine Kurzschließvorrichtung (5), die dafür konfiguriert ist, die drei Phasen der Stromleitungen des Permanentmagnet-Synchronmotors kurzzuschließen.