DE102016224056A1 - Arrangement, stationary energy converter, means of locomotion and method for Rotorpositions- and / or speed determination of a rotary electric motor - Google Patents

Abstract

Es werden eine Anordnung, ein stationärer Energiewandler, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung eines Drehfeldmotors, insbesondere Synchronmotors vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: – Erfassen eines Signals repräsentierend einen Phasenstrom eines Stators des Drehfeldmotors, – Auswerten des Signals mittels eines Kalman-Filters zur Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung, – Schätzen einer Rotorposition des Synchronmotors, und – Ausgeben eines im Ansprechen auf die Schätzung angepassten Leistungssignals zum Antrieb des Drehfeldmotors.An arrangement, a stationary energy converter, a means of locomotion and a method for rotor position and / or rotational speed determination of a rotating field motor, in particular a synchronous motor, are proposed. The method comprises the following steps: detecting a signal representing a phase current of a stator of the rotating field motor, evaluating the signal by means of a Kalman filter for rotor position and / or rotational speed detection, estimating a rotor position of the synchronous motor, and outputting one in response to the estimate adapted power signal for driving the rotating field motor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, einen stationären Energiewandler, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung eines elektrischen Drehfeldmotors, insbesondere eines Synchronmotors. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Regelung eines solchen Synchronmotors, welcher zum Antreiben eines Kompressors bspw. für einen Energiewandler wie eine Brennstoffzelle verwendet wird.The present invention relates to an arrangement, a stationary energy converter, a means of locomotion and a method for Rotorpositions- and / or speed determination of an electric rotating field motor, in particular a synchronous motor. In particular, the present invention relates to the control of such a synchronous motor, which is used for driving a compressor, for example. For an energy converter such as a fuel cell.

In Brennstoffzellen wird Luft bzw. Sauerstoff mittels eines Kompressors verdichtet und für die Reaktion mit dem Brennstoff durch die Brennstoffzelle geführt. Zum Antreiben der Kompressoren werden vorzugsweise Synchronmotoren verwendet, deren Drehzahl bedarfsweise an die Betriebsbedingungen der Brennstoffzelle angepasst wird. Hierzu ist es erforderlich, die Drehzahl messtechnisch zu ermitteln und/oder zumindest die Rotorposition des Synchronmotors festzustellen. Der Steuerungsalgorithmus muss sowohl das Startverhalten als auch die dynamischen Eigenschaften des Kompressors der Brennstoffzelle und/oder des Synchronmotors berücksichtigen. Die dynamischen Eigenschaften der Brennstoffzelle bedingen zusätzliche Vorgaben an die Dynamik des Reglers.In fuel cells, air or oxygen is compressed by a compressor and passed through the fuel cell for reaction with the fuel. For driving the compressors, synchronous motors are preferably used whose speed is, if necessary, adapted to the operating conditions of the fuel cell. For this purpose, it is necessary to metrologically determine the speed and / or determine at least the rotor position of the synchronous motor. The control algorithm must take into account both the starting behavior and the dynamic characteristics of the fuel cell compressor and / or the synchronous motor. The dynamic properties of the fuel cell require additional specifications for the dynamics of the controller.

Herkömmliche Sensorik zur Erfassung der Rotorposition von Synchronmotoren bzw. elektrischen Drehfeldmotoren allgemein ist einerseits kostspielig, andererseits fehleranfällig. Insbesondere für solche Synchronmotoren, welche für den Antrieb eines Kompressors einer Brennstoffzelle eingesetzt werden, sind aufgrund der geforderten hohen Drehzahlen sensorlose Systeme zur Ermittlung der Rotorposition vorteilhaft. Mit hohen Drehzahlen eines antreibenden elektrischen Drehfeldmotors sind nämlich hohe Leistungsdichten des Kompressors möglich, welche insbesondere bei mobilen Anwendungen wie z. B. elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmitteln vorteilhaft sind. Durch die hohen Drehzahlen sind luftgelagerte Rotoren vorteilhaft, welche jedoch eine besonders zuverlässige Steuerung der Betriebsweise des Kompressors erfordern, da der Kompressor-Druck auch für die Luftversorgung der Lagerung verwendet wird. Bspw. würde ein Betrieb des Kompressors für mehr als drei Sekunden unterhalb seiner Mindestdrehzahl ernsthafte Hardwareschäden mit sich bringen können. Für Synchronmaschinen wird die Rotorpositionsermittlung dabei häufig mittels Phasenstrommessungen vorgenommen, welche mittels der sogenannten Back-EMF Methode ausgewertet werden. Die Back-EMF Methode hat den Nachteil, dass ungenaues Wissen der Motorparameter (oder mit der Zeit veränderte Motorparameter, entweder durch höhere Temperaturen oder aufgrund von Abnutzungserscheinungen der Maschine) zu Fehlern in den Positionsschätzungen und/oder Drehzahlschätzung führt. Die Positionsschätzung der Back-EMF Methode hängt zudem vom Fehler der Strommessung ab.Conventional sensors for detecting the rotor position of synchronous motors or electric rotary field motors in general on the one hand expensive, on the other hand error prone. In particular, for such synchronous motors, which are used for driving a compressor of a fuel cell, sensorless systems for determining the rotor position are advantageous due to the required high speeds. At high speeds of a driving electric rotary field motor namely high power densities of the compressor are possible, which in particular in mobile applications such. B. electrically driven means of transport are advantageous. Due to the high speeds air-bearing rotors are advantageous, but which require a particularly reliable control of the operation of the compressor, since the compressor pressure is also used for the air supply of the storage. For example. Operating the compressor for more than three seconds below its minimum speed would cause serious hardware damage. For synchronous machines, the rotor position determination is often carried out by means of phase current measurements, which are evaluated by means of the so-called back-EMF method. The back-EMF method has the disadvantage that inaccurate knowledge of the engine parameters (or engine parameter changes over time, either due to higher temperatures or due to wear of the engine) results in errors in the position estimates and / or speed estimation. The position estimation of the back-EMF method also depends on the error of the current measurement.

Wenngleich vorstehend eine Erläuterung von Nachteilen des bekannten Standes der Technik für Synchronmotoren, welche Kompressoren von Brennstoffzellen antreiben, erfolgte, stellt dieser geschilderte Anwendungsfall keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Vielmehr kann ein im weiteren ausführlich beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren bei jeder Art von elektrischem Drehfeldmotor und somit auch bei einem Asynchronmotor angewandt werden, wobei der elektrische Drehfeldmotor jede beliebige Art einer Rotationsmaschine (und nicht nur einen Kompressor) antreiben kann. Eine solchermaßen angetriebene Rotationsmaschine muss auch nicht zwangsweise Bestandteile einer Anlage mit einem Energiewandler, bspw. einer Brennstoffzelle sein.Although an explanation has been given above of disadvantages of the known prior art for synchronous motors which drive compressors of fuel cells, this described application does not constitute a limitation of the present invention. Rather, a method according to the invention described in detail below can be applied to any type of rotary electric motor and thus also be applied to an asynchronous motor, wherein the rotary electric motor can drive any type of rotary machine (and not just a compressor). A rotary machine driven in this way does not necessarily have to be part of a system with an energy converter, for example a fuel cell.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Rotorpositionsermittlung insbesondere einer hochdrehenden Synchronmaschine und allgemein einer elektrischen Drehfeldmaschine robuster und einfacher zu machen, als diejenige der im Stand der Technik bekannten Anordnungen.Based on the aforementioned prior art, it is an object of the present invention to make the rotor position detection, in particular a high-speed synchronous machine and generally a rotary electric machine more robust and easier than that of the arrangements known in the prior art.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Kalman-Filters als Zustandsbeobachter für die Positionsbestimmung gelöst. Der Kalman-Filter ist sehr robust gegen sich verändernde Motorparameter und Messstörungen. In einem ersten Schritt wird ein Signal repräsentierend einen Phasenstrom eines Stators des elektrischen Drehfeldmotors, insbesondere Synchronmotors erfasst. Das Signal kann als Ausgang eines Stromsensors erhalten werden. Insbesondere kann der Drehfeldmotor/Synchronmotor eine mehrphasige (z. B. dreiphasige) elektrische Maschine sein, welche in mindestens zwei Phasen, bevorzugt in allen N-Phasen, zumindest in N-1 Phasen, einen jeweiligen Stromsensor aufweist. Anschließend wird das Signal repräsentierend den jeweiligen Phasenstrom mittels eines Kalman-Filters als Zustandsbeobachter zur Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung ausgewertet. Aus dem Signal wird eine Rotorposition des Drehfeldmotors/Synchronmotors geschätzt. Dies geschieht als Bestandteil des Kalman-Filters als Zustandsbeobachter. Schließlich wird ein in Abhängigkeit des Schätzergebnisses angepasstes Leistungssignal zum Antrieb des Drehfeldmotors/Synchronmotors ausgegeben. Insbesondere bei hochdrehenden Synchronmotoren mit Drehzahlen von oberhalb von 20.000 U/min. oder 30.000 U/min., insbesondere von 40.000 U/min., geschieht dies unmittelbar nach der Schätzung, um eine Anpassung des Leistungssignals so früh wie möglich vorzunehmen.The above object is achieved according to the invention by the use of a Kalman filter as condition observer for the position determination. The Kalman filter is very robust against changing engine parameters and measurement disturbances. In a first step, a signal representing a phase current of a stator of the electric rotary field motor, in particular synchronous motor is detected. The signal can be obtained as the output of a current sensor. In particular, the rotary field motor / synchronous motor can be a polyphase (eg three-phase) electrical machine which has a respective current sensor in at least two phases, preferably in all N phases, at least in N-1 phases. Subsequently, the signal representing the respective phase current is evaluated by means of a Kalman filter as state observer for rotor position and / or rotational speed determination. From the signal, a rotor position of the rotating field motor / synchronous motor is estimated. This happens as part of the Kalman filter as state observer. Finally, a power signal adapted in dependence on the estimated result is output for driving the rotating field motor / synchronous motor. Especially with high-speed synchronous motors with speeds of above 20,000 rpm. or 30,000 RPM, especially 40,000 RPM., this is done immediately after the estimate to a Adjust the power signal as early as possible.

Im Ergebnis ermöglicht die vorliegende Erfindung eine sehr robuste und exakte Regelung des Drehfeldmotors/Synchronmotors, welcher insbesondere als permanentmagnet-erregte Synchronmaschine (PMSM) ausgestaltet sein kann. Ein Umparametrieren des Kalman-Filters zur Anpassung an verschiedene Synchronmotoren bzw. Drehfeldmotoren und/oder an von diesen angetriebenen Rotationsmaschinen, bspw. Kompressoren kann schnell und problemlos erfolgen. Diese robuste Regelung erlaubt, die geforderten Dynamiken von Drehfeldmotoren/Synchronmotoren zu fahren, d. h. große Drehzahlsprünge in kurzer Zeit durchzuführen.As a result, the present invention enables a very robust and precise control of the rotating field motor / synchronous motor, which can be designed in particular as a permanent magnet-excited synchronous machine (PMSM). A reparameterization of the Kalman filter for adaptation to various synchronous motors or rotary field motors and / or driven by these rotary machines, for example. Compressors can be done quickly and easily. This robust control makes it possible to drive the required dynamics of induction motors / synchronous motors, i. H. to perform large speed jumps in a short time.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. So kann (bevorzugt) zur Ausgabe des angepassten Leistungssignals ein Tastverhältnis für das Leistungssignal angepasst werden. Mit anderen Worten kann das Ein-/Aus-Verhältnis (Duty-Cycle) angepasst werden, um die dem Synchronmotor – im weiteren wird nur noch vom Synchronmotor stellvertretend für einen elektrischen Drehfeldmotor gesprochen, ohne hiermit eine Beschränkung zum Ausdruck bringen zu wollen – zugeführte elektrische Energie anzupassen. Das (dem Fachmann bekannte) Tastverhältnis steht dabei stellvertretend für jede mögliche Modulationsverfahrens-größe für das Leistungssignal eines solchen elektrischen Drehfeldmotors. Genannt werden kann hierfür bspw. jede Ausprägung einer Pulsweitenmodulation, wie Pulsfolgesteuerung oder Zwei- oder Mehrpunktregelungen.The dependent claims show preferred developments of the invention. Thus, a duty cycle for the power signal may be adjusted (preferably) to output the adjusted power signal. In other words, the on / off ratio (duty cycle) can be adapted to those of the synchronous motor - in the following is spoken only by the synchronous motor representative of an electric rotary field motor, without wishing to express a limitation - fed electrical To adjust energy. The (known to those skilled) duty cycle is representative of each possible modulation process size for the power signal of such a rotary electric motor. For example, each expression of a pulse width modulation, such as pulse train control or two or more point control can be mentioned.

Sofern die geschätzte Drehzahl niedriger als die Soll-Drehzahl ist, wird das Tastverhältnis (oder dgl.) erhöht. Sofern die geschätzte Drehzahl höher als die Soll-Drehzahl ist, wird das Tastverhältnis (oder dgl.) verringert. Zusätzlich können Reglereingangsgrößen mit dem zuvor ermittelten Signal repräsentierend den Phasenstrom abgeglichen werden. Die Reglereingangsgrößen können bspw. der Phasenstrom bzw. die Phasenströme, die Drehzahl und/oder die Winkelposition des Rotors der Synchronmaschine bilden. Bevorzugt kann das Leistungssignal entsprechend dem aktualisierten Tastverhältnis innerhalb einer einzigen Regelschleife des Kalman-Filters angepasst werden, was also einen bevorzugten Korrekturschritt des Kalman-Filters darstellt. Mit anderen Worten wird vor einem nächstmöglichen Zeitpunkt seit dem Schätzen der Rotorposition als Korrekturschritt eine Aktualisierung des Tastverhältnisses vorgenommen, sodass die Aktivierung bzw. Verwendung des angepassten Tastverhältnisses zu jedem möglichen Regelzyklus erfolgt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Drehzahl des Synchronmotors so hoch ist, dass eine im Stand der Technik vorgesehene Korrektur des Schätzwertes anhand von gemessenen Strömen erst dann vollendet ist, wenn der Zeitpunkt zur Anpassung des Tastverhältnisses bereits verstrichen ist. Entsprechend kann bei hohen Drehzahlen ein im Stand der Technik bekanntes Regelverfahren mitunter nur die Pulsweite bzw. das Tastverhältnis einer zweiten Periode anpassen, wodurch die Präzision des Regelalgorithmus hinter derjenigen des erfindungsgemäßen Verfahrens zurückbleibt. Demgegenüber erfolgt gemäß vorliegender Erfindung unter Verwendung eines Kalman-Filters die Ausgabe eines im Ansprechen auf die Schätzung angepassten Leistungssignals zum Antrieb des Drehfeldmotors.If the estimated speed is lower than the target speed, the duty ratio (or the like) is increased. If the estimated speed is higher than the target speed, the duty ratio (or the like) is decreased. In addition, controller input variables can be matched with the previously determined signal representing the phase current. The regulator input variables can, for example, form the phase current or the phase currents, the rotational speed and / or the angular position of the rotor of the synchronous machine. Preferably, the power signal may be adjusted according to the updated duty cycle within a single control loop of the Kalman filter, which is thus a preferred correction step of the Kalman filter. In other words, before a next possible time since the rotor position is estimated as a correction step, an update of the duty cycle is undertaken, so that the activation or use of the adjusted duty cycle takes place for each possible control cycle. This is particularly advantageous when the rotational speed of the synchronous motor is so high that a correction of the estimated value provided in the prior art is only completed on the basis of measured currents when the time for adjusting the pulse duty factor has already elapsed. Correspondingly, at high speeds, a control method known in the prior art can sometimes only adjust the pulse width or the duty cycle of a second period, as a result of which the precision of the control algorithm lags behind that of the method according to the invention. On the other hand, according to the present invention, by using a Kalman filter, the output of a power signal adjusted in response to the estimation is made to drive the rotating field motor.

Bevorzugt können die Schätzwerte des Kalman-Filters die Eingangsgrößen des Regelalgorithmus darstellen. Insbesondere können die Schätzwerte rechentechnisch ermittelte Werte für die Rotorposition des Synchronmotors sein. Die Eingangsgrößen des Regelalgorithmus' können also bevorzugt ausschließlich auf Schätzwerten basieren. Alternativ oder zusätzlich können die Messwerte für den genannten Korrekturschritt des Kalman-Filters maximal halb so hoch wie die Schätzwerte des Kalman-Filters gewichtet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Motormodell bzw. die Betriebszustände einer erfindungsgemäß geregelten Anlage so gut zutreffen, dass sich durch die Messwerte die Regelgröße ohnehin nur gering ändert. Dies ist bspw. für viele Anwendungen an Kompressoren von Brennstoffzellen der Fall. Die mitunter zeitaufwändige Auswertung der Messwerte verzögert somit nicht die Anpassung der pulsweitenmodulierten Leistungssignale zum nächstmöglichen Zeitpunkt, sondern fließt erst in Form einer Korrektur der nächsten Schätzung ein. Wie oben angesprochen, kann ein Modell des Synchronmotors und/oder des Kompressors datentechnisch vorgehalten werden, welches die elektrischen und/oder mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäß zu regelnden Anlage bereithält, sodass die Schätzwerte in Verbindung mit dieser Referenz generiert werden. Das Modell kann insbesondere eine betriebszustands- und/oder drehzahlabhängige Leistungsaufnahme (elektrisch) und/oder Leistungsabgabe (mechanisch) ausgeben. Hierzu kann das Motormodell die folgenden Größen berücksichtigen:

• • Stator Induktivitäten
• • Stator Widerstand
• • Gegen-EMK Konstante
• • Rotor Trägheitsmoment
• • Polpaarzahl der Synchronmaschine
• • das notwendige Drehmoment, um die Luftlager anfänglich aus der Ruheposition anzudrehen und die ungefähre Geschwindigkeit, ab welcher die Reibung des Motors an den Lagern stark abfällt (relevant für den Aufstart-Mechanismus)

The estimated values of the Kalman filter can preferably represent the input variables of the control algorithm. In particular, the estimated values may be computationally determined values for the rotor position of the synchronous motor. The input variables of the control algorithm can therefore be based exclusively on estimated values. Alternatively or additionally, the measured values for the mentioned correction step of the Kalman filter can be weighted at most half as high as the estimates of the Kalman filter. This is advantageous in particular when the engine model or the operating states of a system controlled according to the invention are so good that the control variable changes only slightly by the measured values anyway. This is the case, for example, for many applications of compressors of fuel cells. The sometimes time-consuming evaluation of the measured values thus does not delay the adaptation of the pulse-width modulated power signals at the earliest possible time, but only flows in the form of a correction of the next estimation. As mentioned above, a model of the synchronous motor and / or the compressor can be provided with data technology, which holds the electrical and / or mechanical properties of the system to be controlled according to the invention, so that the estimated values are generated in conjunction with this reference. In particular, the model can output an operating state and / or speed-dependent power consumption (electrical) and / or power output (mechanical). For this, the engine model can take into account the following quantities:

• • stator inductors
• • stator resistance
• • Counter-EMF constant
• • Rotor moment of inertia
• • pole pair number of the synchronous machine
• • The torque required to initially turn the air bearings out of the rest position and the approximate speed at which engine friction drops off the bearings (relevant to the start-up mechanism)

Insbesondere kann auch die vom Betriebszustand einer in einer erfindungsgemäßen Anlage oder Anordnung vorgesehenen Brennstoffzelle abhängige elektrische Spannung berücksichtigt werden, da mit dieser auch die zum Antrieb des Synchronmotors bereitstehende Energie über der Zeit veränderlich ist. Dies verbessert die Geschwindigkeit und Präzision des Regelungsvorgangs weiter.In particular, the from the operating state of a plant or in an inventive system Arrangement provided for fuel cell dependent electrical voltage are taken into account, since with this also the energy available for driving the synchronous motor energy is variable over time. This further improves the speed and precision of the control process.

Bevorzugt kann der Synchronmotor in niedrigen Drehzahlbereichen gesteuert betrieben werden, bis eine vordefinierte Bedingung eingetreten ist. Anschließend wird der Synchronmotor geregelt betrieben, wobei das wie vorstehend beschriebene Verfahren ab dem Eintreten der vordefinierten Bedingung ausgeführt wird. Die vordefinierte Bedingung kann bspw. eine Drehzahl (z. B. im Bereich zwischen 5.000 U/min. und 30.000 U/min.) sein. In Versuchen hat sich eine Drehzahl von ca. 8.000 U/min. bis 12.000 U/min. für den Wechsel von einer gesteuerten Betriebsart zu einer geregelten Betriebsart als günstig erwiesen. Alternativ oder zusätzlich kann die vordefinierte Bedingung ein Unterschreiten eines vordefinierten maximalen Fehlers der Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung gemäß dem obigen Verfahren umfassen. Hierzu kann das Verfahren bereits in niedrigen Drehzahlbereichen und insbesondere ab dem Start des Synchronmotors verwendet und der Abgleich zwischen den Schätzwerten und den gemessenen Werten zur Ermittlung eines Fehlers vorgenommen werden. Sofern der Fehler einen vordefinierten Maximalwert unterschreitet, kann der Wechsel von dem gesteuerten zum erfindungsgemäß geregelten Betrieb des Synchronmotors vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine vordefinierte Zeitdauer (z. B. seit dem Anfahren des Synchronmmotros) darüber entscheiden, in welchen Betriebszuständen ein gesteuerter und in welchen Betriebszuständen ein geregelter Betrieb des Synchronmotors erfolgt.Preferably, the synchronous motor can be operated under controlled control in low speed ranges until a predefined condition has occurred. Subsequently, the synchronous motor is operated in a regulated manner, wherein the method as described above is carried out from the occurrence of the predefined condition. The predefined condition may be, for example, a speed (eg in the range between 5,000 rpm and 30,000 rpm). In experiments, a speed of about 8,000 rev / min. up to 12,000 rpm. for the change from a controlled mode to a controlled mode proved to be favorable. Alternatively or additionally, the predefined condition may include falling below a predefined maximum error of the rotor position and / or rotational speed determination according to the above method. For this purpose, the method can already be used in low speed ranges and in particular from the start of the synchronous motor and the adjustment between the estimated values and the measured values can be made to determine a fault. If the error falls below a predefined maximum value, the change from controlled to controlled according to the invention operation of the synchronous motor can be made. Alternatively or additionally, a predefined period of time (for example, since the synchronization master has started up) can decide in which operating states a controlled and in which operating states a controlled operation of the synchronous motor takes place.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung (auch ”Regeleinheit” oder ”Regler”) zur Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung eines Synchronmotors beansprucht. Die Anordnung umfasst einen Signaleingang und eine Auswerteeinheit (z. B. einen programmierbarer Prozessor, einen DSP o. ä.). Der Signaleingang ist eingerichtet, ein Signal repräsentierend einen Phasenstrom eines Stators eines Synchronmotors zu ermitteln. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, das Signal mittels eines Kalman-Filters als Zustandsbeobachter zur Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung auszuwerten. Eine Schätzeinheit ist eingerichtet, eine Rotorposition des Synchronmotors in der Funktion eines Beobachters, hier des Kalman-Filters, zu schätzen. Eine Ausgabeeinheit ist eingerichtet, im Ansprechen auf die Schätzung ein angepasstes Leistungssignal zum Antrieb des Synchronmotors auszugeben. Die Ausgabeeinheit kann als Leistungsverstärker verstanden werden oder einen Leistungsverstärker ansteuern, welcher bspw. ein pulsweitenmoduliertes Leistungssignal an den Synchronmotor auszugeben eingerichtet ist. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Anordnung eingerichtet, die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechender Weise zu verwirklichen, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.According to a second aspect of the present invention, an arrangement (also called "control unit" or "controller") for rotor position and / or speed detection of a synchronous motor is claimed. The arrangement comprises a signal input and an evaluation unit (eg a programmable processor, a DSP or the like). The signal input is arranged to detect a signal representing a phase current of a stator of a synchronous motor. The evaluation unit is set up to evaluate the signal by means of a Kalman filter as condition observer for rotor position and / or rotational speed determination. An estimation unit is arranged to estimate a rotor position of the synchronous motor in the function of an observer, here the Kalman filter. An output unit is arranged to output an adapted power signal for driving the synchronous motor in response to the estimation. The output unit can be understood as a power amplifier or drive a power amplifier, which, for example, a pulse width modulated power signal is output to the synchronous motor is set up. In this way, the arrangement according to the invention is set up to realize the features, feature combinations and the resulting advantages of the method according to the invention in a corresponding manner, so that reference is made to avoid repetition of the above statements.

Die Anordnung kann den Synchronmotor umfassen bzw. an einem Synchronmotor, bevorzugt in einem Verbund mit dem Synchronmotor sowie einer von diesem angetriebenen Rotationsmaschine bspw. in Form eines Kompressor sowie bevorzugt einem über die Rotationsmaschine irgendwie versorgten Energiewandler, insbesondere einer Brennstoffzelle, eingesetzt werden. Der Synchronmotor weist bevorzugt eine maximale Drehzahl von oberhalb 5.000 U/min., insbesondere oberhalb von 30.000 U/min, auf. Die Nenndrehzahl des Synchronmotors kann hoher als 80.000 U/min., bevorzugt höher als 100.000 U/min. liegen. Der Synchronmotor kann ein Leistungsabgabevermögen größer 10 kW, insbesondere 20 kW aufweisen. Aufgrund der hohen Leistungsdichte kann der Synchronmotor für den Betrieb in Verbindung mit Brennstoffzellen automobiler Anwendungen vorteilhaft verwendet werden.The arrangement can comprise the synchronous motor or can be used on a synchronous motor, preferably in a composite with the synchronous motor and a rotary machine driven by it, for example in the form of a compressor and preferably an energy converter, in particular a fuel cell, which is somehow supplied via the rotary machine. The synchronous motor preferably has a maximum speed of above 5,000 rpm, in particular above 30,000 rpm. The nominal speed of the synchronous motor may be higher than 80,000 rpm, preferably higher than 100,000 rpm. lie. The synchronous motor can have a power output capacity greater than 10 kW, in particular 20 kW. Due to the high power density, the synchronous motor can be advantageously used for operation in conjunction with automotive fuel cell applications.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein stationärer Energiewandler (z. B. für ein Wohngebäude und/oder ein gewerblich genutztes Gebäude und/oder einen Industriebetrieb) beansprucht, welcher bspw. in Verbindung mit einer Brennstoffzelle, einem Kompressor und einem Synchronmotor, zumindest aber mit einer Anordnung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt ausgestattet ist. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile ergeben sich in entsprechender Weise.According to a third aspect, a stationary energy converter (for example for a residential building and / or a commercially used building and / or an industrial enterprise) is claimed which, for example, in conjunction with a fuel cell, a compressor and a synchronous motor, but at least one Arrangement is equipped according to the second-mentioned aspect of the invention. The features, feature combinations and advantages arise in a corresponding manner.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel (ein Motorrad, ein Pkw, ein Transporter, ein Lkw, ein Luft- und/oder Wasserfahrzeug) vorgeschlagen, welches eine Anordnung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Auch diesbezüglich ergeben sich die Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile in entsprechender Weise.According to a fourth aspect of the present invention, a means of transportation (a motorcycle, a car, a van, a truck, an air and / or water vehicle) is proposed which has an arrangement according to the second aspect of the invention. Also in this regard, the features, feature combinations and benefits arise in a corresponding manner.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:

1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels; 1 a schematic view of an embodiment of an inventively designed means of transport;

2 eine schematische Skizze veranschaulichend Komponenten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung im Verbund mit einem Kompressor und einer Brennstoffzelle; 2 a schematic sketch illustrating components of an embodiment of an inventive arrangement in combination with a compressor and a fuel cell;

3 ein Drehzahl-Zeitdiagramm veranschaulichend den Hochlauf eines erfindungsgemäß geregelten Synchronmotors; 3 a speed-time diagram illustrating the start-up of a synchronous motor controlled according to the invention;

4 schematische Zeitdiagramme veranschaulichend die Schritte eines regelungstechnischen Verfahrens gemäß dem Stand der Technik (oben) und eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung eines Synchronmotors für Hochdrehzahlanwendungen (unten); 4 schematic time charts illustrating the steps of a control technique according to the prior art (above) and an embodiment of a method according to the invention for controlling a synchronous motor for high-speed applications (bottom);

5 ein beispielhaftes Regeldiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung und 5 an exemplary control diagram of an embodiment of an inventive arrangement and

6 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 6 a flowchart illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention.

1 zeigt einen Pkw 10 als Fortbewegungsmittel, welcher mittels einer elektrische Maschine bspw. in Form eines Synchronmotors 6 (oder eines anderen Drehstrommotors) angetrieben werden kann, der elektrisch mit einer Brennstoffzelle 1 verbunden ist. Diese dargestellte Anordnung 2 wird hinsichtlich einzelner Komponenten in Verbindung mit 2 detailliert dargestellt und beschrieben. 1 shows a car 10 as a means of transport, which by means of an electric machine, for example. In the form of a synchronous motor 6 (or another three-phase motor), which is electrically connected to a fuel cell 1 connected is. This illustrated arrangement 2 is related to individual components in connection with 2 shown in detail and described.

2 zeigt eine Brennstoffzelle 1, welche mittels eines Kompressors 3 mit Luft 4 versorgt wird, welche im Inneren der Brennstoffzelle 1 reagiert und elektrische Energie bereitstellt. Die Reaktionsprodukte 9 werden durch eine Öffnung in der Brennstoffzelle 1 abgeführt. Eine Welle 5 verbindet den Kompressor 3 mit einem ggf. weiteren Synchronmotor 6, über welchen (auch) ein Rotor, nämlich das Verdichterrad des Kompressors 3 angetrieben wird. Die elektrische Energie zur Versorgung des Synchronmotors 6 entstammt einer Ein-/Ausgabeeinheit 7, welche als Bestandteil einer Auswerteeinheit 8 dargestellt ist. Über die Ein-/Ausgabeeinheit 7 versorgt die Auswerteeinheit 8 den Synchronmotor 6 mit elektrischer Energie und nimmt andererseits eine Phasenstromermittlung vor. Anhand der ermittelten Phasenströme kann die Auswerteeinheit 8 das erfindungsgemäße Verfahren zur Rotorpositions- und Drehzahlermittlung bezüglich des Synchronmotors 6 durchführen. 2 shows a fuel cell 1 , which by means of a compressor 3 with air 4 is supplied, which is inside the fuel cell 1 reacts and provides electrical energy. The reaction products 9 be through an opening in the fuel cell 1 dissipated. A wave 5 connects the compressor 3 with an optionally further synchronous motor 6 over which (also) a rotor, namely the compressor wheel of the compressor 3 is driven. The electrical energy to supply the synchronous motor 6 comes from an input / output unit 7 , which as part of an evaluation unit 8th is shown. About the input / output unit 7 supplies the evaluation unit 8th the synchronous motor 6 with electrical energy and on the other hand, performs a phase current detection. On the basis of the determined phase currents, the evaluation unit 8th the inventive method for Rotorpositions- and speed determination with respect to the synchronous motor 6 carry out.

3 zeigt den ansteigenden Verlauf einer Drehzahl eines bzw. des Synchronmotors 6, welcher insbesondere zum Antreiben eines Kompressors einer bzw. der Brennstoffzelle 1 verwendet werden kann. Zu einem Zeitpunkt T₀ erreicht der Synchronmotor 6 eine vordefinierte Drehzahl N. Zu diesem Zeitpunkt wird von einem gesteuerten Betrieb des Synchronmotors 6 in einen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelten Betrieb des Synchronmotors 6 gewechselt. Ab der Drehzahl N ist auch der Fehler eines in erfindungsgemäßer Weise ermittelten Schätzwertes eines Kalman-Filters gegenüber den jeweiligen Messwerten (d. h. die Abweichung Schätzwert-Messwert) so gering, dass eine präzise Rotorpositionsermittlung vorgenommen und der Betrieb gegenüber einem gesteuerten Ansteuerungsverfahren präziser wird. 3 shows the rising profile of a speed of a or the synchronous motor 6 which in particular for driving a compressor of a fuel cell or the fuel cell 1 can be used. At a time T ₀ reaches the synchronous motor 6 a predefined speed N. At this time, a controlled operation of the synchronous motor 6 in a regulated by means of the method according to the invention operation of the synchronous motor 6 changed. From the rotational speed N, the error of an estimated value of a Kalman filter determined in accordance with the invention (ie the deviation of the estimated value measured value) is also so small that a precise rotor position determination is made and the operation becomes more precise than a controlled driving method.

4 zeigt in ihrer oberen Hälfte Positionsermittlungs- und Regelungsschritte I, II, III über der Zeit t, welche in einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik aufeinander folgen. Die Zeitpunkte SM1, SM2, SM3 kennzeichnen die Zeitpunkte einer Phasenstrommessung des Synchronmotors 6, während die Zeitpunkte P1, P2, P3 die möglichen Zeitpunkte zum Stellen eines Tastverhältnisses eines PWM-Leistungssignals für den Synchronmotor 6 kennzeichnen. 4 shows in its upper half Positionermittlungs- and control steps I, II, III over the time t, which follow one another in a method according to the prior art. The times SM1, SM2, SM3 mark the times of a phase current measurement of the synchronous motor 6 while the times P1, P2, P3 are the possible times for setting a duty ratio of a PWM power signal for the synchronous motor 6 mark.

Gemäß dem Stand der Technik startet das Verfahren also mit einem Vorhersageschritt I, auf welchen ein Korrekturschritt II und ein Regelschritt III folgen. Gemäß dem Stand der Technik wird am Ende des Regelschrittes III ein neues Tastverhältnis ausgegeben, welches zum nächstmöglichen Zeitpunkt (P2) für die Ansteuerung des Synchronmotors 6 verwendet werden kann. Die dargestellten Schritte I, II, III wiederholen sich daher alle zwei Periodendauern.Thus, according to the prior art, the method starts with a prediction step I, followed by a correction step II and a control step III. According to the prior art, a new duty cycle is output at the end of the control step III, which at the next possible time (P2) for the control of the synchronous motor 6 can be used. The illustrated steps I, II, III are therefore repeated every two periods.

In der unteren Bildhälfte von 4 ist eine erfindungsgemäße Modifikation des soeben geschilderten (bekannten) Regelungsverfahrens unter Verwendung eines Kalman-Filters veranschaulicht. Bereits vor der ersten Strommessung SM1 erfolgt auf Basis eines Motormodells eine Vorhersage I und direkt anschließend ein Regelschritt III. Der Vorhersageschritt I schätzt vier Größen, nämlich zwei Phasenströme, die Position des Rotors und seine Geschwindigkeit. Diese vier Größen fließen vollumfänglich in den Regelschritt III ein. Der Regelschritt III berechnet aus diesen Größen die Pulsweitenmodulationen (PWM), d. h. das sog. Tastverhältnis, für die nächste Periode T. Die Pulsweitenmodulationen (PWM) müssen bis spätestens zum Zeitpunkt P1 berechnet sein und gelten in der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten P1 und P2. Die Ausgangsgrößen des Regelschrittes III werden also allein auf Basis des Schätzwertes generiert, welcher im Vorhersageschritt I ermittelt wurde.In the lower half of 4 a modification of the invention just described (known) control method using a Kalman filter is illustrated. Already prior to the first current measurement SM1, a prediction I is carried out on the basis of a motor model and then immediately a control step III. The prediction step I estimates four quantities, namely two phase currents, the position of the rotor and its speed. These four variables are fully incorporated in the control step III. The control step III calculates from these variables the pulse width modulations (PWM), ie the so-called duty cycle, for the next period T. The pulse width modulations (PWM) must be calculated by the time P1 at the latest and apply in the time interval between the times P1 and P2. The output variables of the control step III are therefore generated solely on the basis of the estimated value which was determined in the prediction step I.

Wie im Stand der Technik (oben) wird auch erfindungsgemäß ab dem Zeitpunkt SM1 und somit in der Mitte der ersten Periode (½T) eine Strommessung der zwei Phasenströme ausgeführt, welche jedoch keinen Eingang mehr in das Ausgangssignal des Regelschrittes III findet. Auf diese Weise kann bereits im Zeitpunkt P1 ein aktualisiertes Tastverhältnis aktiviert werden. Die Messwerte des Phasenstromes aus dem Korrekturschritt II beeinflussen lediglich den Schätzwert, welcher nach der ersten Periode T bzw. nach dem Zeitpunkt P1 beginnt. Im Korrekturschritt II in der ersten Periode (bei ½T) werden die zwei Phasenströme mit den vorhergesagten Werten verglichen. Anschließend wird daraus ein Gewichtungsfaktor durch den Kalman-Filter 12 ermittelt, mit welchen er die Messgrößen und die vorhergesagten Größen gewichtet. Der Schätzwert wird anschließend in dem Regelschritt III der zweiten Periode, d. h. nach T bzw. P1 erneut herangezogen, um bereits im Zeitpunkt P2 das Leistungssignal, mittels dessen der Synchronmotor 6 betrieben wird, erneut anzupassen.As in the prior art (above), a current measurement of the two phase currents is also carried out according to the invention from the time SM1 and thus in the middle of the first period (½T), which, however, no longer finds an input in the output signal of the control step III. In this way, an updated duty cycle can already be activated at time P1. The measured values of the phase current from the correction step II only influence the estimated value which starts after the first period T or after the point in time P1. In correction step II in the first period (at ½T) the two phase currents are compared with the predicted values. Then it becomes a weighting factor through the Kalman filter 12 determines with which he weights the measured quantities and the predicted quantities. The estimated value is subsequently used again in the control step III of the second period, ie after T or P1, in order to generate the power signal already at time P2, by means of which the synchronous motor 6 is operated again.

Auch zum Zeitpunkt SM2 wird im Korrekturschritt II, also in der Mitte der zweiten Periode T und somit bei 3/2T eine Strommessung durchgeführt, deren Ergebnis jedoch nicht die zweite Anpassung des Leistungssignals zum Zeitpunkt P2 eingeht, sondern lediglich den Schätzwert beeinflusst, welcher wiederum die Regelausgangsgröße des Regelschrittes III für die Aktualisierung des Leistungssignals zum Zeitpunkt P3 beeinflusst. Erkennbar kann in jeder Periode ein aktualisiertes Tastverhältnis erzeugt und aktiviert werden und somit eine exaktere Regelung des Synchronmotors 6 als im Stand der Technik vorgenommen werden, da im Stand der Technik insbesondere bei hohen Drehzahlen die informationsverarbeitende Hardware zur Ermittlung eines aktualisierten Tastverhältnisses länger benötigt, als zwischen zwei möglichen Zeitpunkten zur Aktualisierung des Tastverhältnisses gegeben ist.Even at the time SM2, a current measurement is carried out in the correction step II, ie in the middle of the second period T and thus at 3 / 2T, the result of which, however, does not enter the second adaptation of the power signal at time P2, but only affects the estimated value, which in turn influences the Control output variable of the control step III for the update of the power signal at time P3 influenced. It can be seen that an updated duty cycle can be generated and activated in each period and thus a more exact control of the synchronous motor 6 be made as in the prior art, since in the prior art, especially at high speeds, the information-processing hardware for determining an updated duty cycle longer than is given between two possible times to update the duty cycle.

5 zeigt ein Regeldiagramm, welches die Signalverarbeitung in einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung darstellt. Eine Abgleicheinheit 13 erhält eine Soll-Drehzahl S1 und eine geschätzte Drehzahl S3 des Synchronmotors 6. Die Soll-Drehzahl S1 kann bspw. aufgrund einer Lastanforderung einer bzw. der Brennstoffzelle 1 bereitgestellt werden. Die Abgleicheinheit 13 steuert entsprechend einen Drehzahlregler 11 mit einem Differenzsignal an, welches umso größer ist, je stärker die geschätzte Drehzahl S3 gegenüber der Soll-Drehzahl S1 abfällt. Unter Berücksichtigung einer geschätzten Position sowie der vorhergesagten Ströme S4 gibt der Drehzahlregler 11 ein Tastverhältnis S2 aus, welches als Leistungssignal dem Synchronmotor 6 sowie einem Kalman-Filter 12 zugeführt wird. Der Kalman-Filter 12 erhält überdies ein Signal S5, welches einen gemessenen Phasenstrom des Synchronmotors 6 repräsentiert. Aus dem aktuellen Tastverhältnis S2 und den gemessenen Phasenströmen S5 schätzt der Kalman-Filter 12 die Drehzahl S3 und stellt dem Drehzahlregler 11 die geschätzte Position sowie die vorhergesagten Ströme S4 bereit. 5 shows a control diagram, which represents the signal processing in one embodiment of an inventive arrangement. A matching unit 13 receives a target speed S1 and an estimated speed S3 of the synchronous motor 6 , The setpoint speed S1 can, for example, due to a load request of the fuel cell or the fuel cell 1 to be provided. The matching unit 13 controls a speed controller accordingly 11 with a difference signal, which is the greater, the stronger the estimated speed S3 relative to the target speed S1 drops. Taking into account an estimated position and the predicted currents S4, the speed controller outputs 11 a duty cycle S2, which as a power signal to the synchronous motor 6 and a Kalman filter 12 is supplied. The Kalman filter 12 also receives a signal S5, which is a measured phase current of the synchronous motor 6 represents. The Kalman filter estimates from the current duty cycle S2 and the measured phase currents S5 12 the speed S3 and represents the speed controller 11 the estimated position as well as the predicted currents S4.

6 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rotorpositions- und Drehzahlermittlung eines bzw. des Synchronmotors 6. In Schritt 100 wird eine Lastanforderung von einer Brennstoffzelle 1 ermittelt, im Ansprechen worauf ein Synchronmotor 6 zum Antrieb eines Kompressors 3 bis zum Eintreten einer vordefinierten Bedingung in Form eines vordefinierten mittleren Maximalfehlers des Kalman-Filters 12 durch ein gesteuertes Verfahren betrieben wird. In Schritt 200 wird eine Rotorposition des Synchronmotors 6 durch einen bzw. den Kalman-Filter 12 geschätzt und anschließend in Schritt 300 ein im Ansprechen auf die Schätzung angepasstes Leistungssignal zum Antrieb des Synchronmotors 6 ausgegeben. In Schritt 400 wird ein Signal repräsentierend einen Phasenstrom eines Stators des Synchronmotors 6 erfasst. Obwohl die Strommessung ggf. bereits vor dem nächstmöglichen Aktivierungszeitpunkt eines aktualisierten Tastverhältnisses gestartet und ggf. auch beendet wird, wird erfindungsgemäß darauf verzichtet, auch die regelungstechnische Ermittlung des aktualisierten Tastverhältnisses auf dem Ergebnis der Strommessung aufzubauen. Vielmehr wird das in Schritt 400 erfasste Signal in Schritt 500 mittels eines Kalman-Filters 12 zur Rotorpositions- und Drehzahlermittlung ausgewertet, jedoch zunächst zur Schätzung der Rotorposition des Synchronmotors 6 (siehe hierzu Schritt 200) herangezogen, im Ansprechen worauf wieder eine Ausgabe eines im Ansprechen auf das Schätzergebnis angepassten Leistungssignals zum Antrieb des Synchronmotors 6 (siehe Schritt 300) erfolgt. Im Ergebnis kann auch bei hohen Drehzahlen des Synchronmotors 6 zu jedem möglichen Aktivierungszeitpunkt ein aktuelles Tastverhältnis bereitgestellt werden, sodass sich die Präzision der Regelung der Synchronmaschine 6 erhöht. 6 shows steps of an embodiment of a method according to the invention for Rotorpositions- and speed detection of one or the synchronous motor 6 , In step 100 becomes a load request from a fuel cell 1 determined in response to what a synchronous motor 6 to drive a compressor 3 until the occurrence of a predefined condition in the form of a predefined mean maximum error of the Kalman filter 12 operated by a controlled method. In step 200 becomes a rotor position of the synchronous motor 6 through a or the Kalman filter 12 appreciated and then in step 300 a power signal adapted to drive the synchronous motor in response to the estimate 6 output. In step 400 is a signal representing a phase current of a stator of the synchronous motor 6 detected. Although the current measurement is possibly already started before the next possible activation time of an updated duty cycle and possibly also terminated, is omitted according to the invention also to build the control technical determination of the updated duty cycle on the result of the current measurement. Rather, that will be in step 400 captured signal in step 500 by means of a Kalman filter 12 evaluated for Rotorpositions- and speed determination, but first to estimate the rotor position of the synchronous motor 6 (see step 200 ), in response to which, again, an output of a power signal adapted to drive the synchronous motor in response to the estimation result 6 (see step 300 ) he follows. As a result, even at high speeds of the synchronous motor 6 be provided at each possible activation time, a current duty cycle, so that the precision of the control of the synchronous machine 6 elevated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Brennstoffzellefuel cell

22

Anordnungarrangement

33

Kompressorcompressor

44

Luftair

55

Wellewave

66

Synchronmotorsynchronous motor

77

Ein-/AusgabeeinheitInput / output unit

88th

Prozessor/AuswerteeinheitProcessor / evaluation unit

99

Verbrennungsproduktcombustion product

1010

Pkwcar

1111

DrehzahlreglerSpeed governor

1212

Kalman-FilterKalman filter

1313

Abgleicheinheitadjustment unit

100100

500500

Verfahrensschrittesteps

NN

Drehzahlrotation speed

S1S1

Soll-DrehzahlTarget speed

S3S3

geschätzte Drehzahlestimated speed

S2S2

Tastverhältnisduty cycle

S4S4

vorhergesagte Strömepredicted currents

S5S5

gemessene Strömemeasured currents

SM1–SM3SM1-SM3

StrommesszeitpunktCurrent measurement time

tt

ZeitTime

T₀ T ₀

Zeitpunkt des Wechsels von gesteuertem zu geregeltem BetriebTime of change from controlled to regulated operation

P1–P3P1-P3

Zeitpunkt der Aktivierung des TastverhältnissesTime of activation of the duty cycle

II

VorhersageschrittPrediction step

IIII

Korrekturschrittcorrection step

IIIIII

Regelschrittrule step

Claims (11)

Verfahren zur Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung eines Drehfeldmotors, insbesondere Synchronmotors (6), umfassend die Schritte – Erfassen (400) eines Signals (S5) repräsentierend einen Phasenstrom eines Stators des Drehfeldmotors (6), – Auswerten (500) dieses Signals (S5) mittels eines Kalman-Filters (12) zur Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung, – Schätzen (200) einer Rotorposition des Drehfeldmotors (6), und – Ausgeben (300) eines im Ansprechen auf die Schätzung angepassten Leistungssignals (S2) zum Antrieb des Drehfeldmotors (6).Method for rotor position and / or rotational speed determination of a rotating field motor, in particular synchronous motor ( 6 ), comprising the steps - detecting ( 400 ) of a signal (S5) representing a phase current of a stator of the rotating field motor ( 6 ), - evaluate ( 500 ) of this signal (S5) by means of a Kalman filter ( 12 ) for rotor position and / or speed determination, - estimating ( 200 ) a rotor position of the rotating field motor ( 6 ), and - spend ( 300 ) of a power signal (S2) adapted in response to the estimation for driving the rotating field motor ( 6 ). Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend – Ermitteln eines aktualisierten Tastverhältnisses als Modulationsverfahrens-Größe für das Leistungssignal (S2) zur Ansteuerung des Drehfeldmotors (6), – Abgleichen von Reglereingangsgrößen mit dem Signal (S5) repräsentierend den Phasenstrom und anschließend – Ausgeben des Leistungssignals (S2) entsprechend dem aktualisierten Tastverhältnis.Method according to claim 1, further comprising determining an updated duty cycle as a modulation method quantity for the power signal (S2) for controlling the rotating field motor ( 6 ), - adjusting controller inputs to the signal (S5) representing the phase current, and then - outputting the power signal (S2) according to the updated duty cycle. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Schätzwerte des Kalman-Filters (12) die Eingangsgrößen eines Regelalgorithmus darstellen und Messwerte für einen Korrekturschritt (II) des Kalman-Filters (12) maximal halb so hoch wie die Schätzwerte des Kalman-Filters (12) gewichtet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein estimated values of the Kalman filter ( 12 ) represent the input variables of a control algorithm and measured values for a correction step (II) of the Kalman filter ( 12 ) at most half the estimated values of the Kalman filter ( 12 ) are weighted. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Schätzwerte in Verbindung mit einer abgespeicherten Referenz repräsentierend ein Modell des Drehfeldmotors (6) und/oder einer vom Drehfeldmotor angetriebenen Rotationsmaschine, insbesondere eines Kompressors (3), generiert werden.Method according to Claim 3, wherein the estimated values in conjunction with a stored reference represent a model of the rotating field motor ( 6 ) and / or a rotary machine driven by the rotary machine, in particular a compressor ( 3 ), to be generated. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend ein gesteuertes Anfahren (100) des Drehfeldmotors (6) bis zum Eintreten einer vordefinierten Bedingung.Method according to one of the preceding claims further comprising a controlled start ( 100 ) of the rotating field motor ( 6 ) until the occurrence of a predefined condition. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die vordefinierte Bedingung – eine Drehzahl (N), insbesondere im Bereich zwischen 5.000 U/min und 30.000 U/min, bevorzugt im Bereich zwischen 8.000 U/min. und 12.000 U/min. und/oder – ein Unterschreiten eines vordefinierten maximalen Fehlers der Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung mittels des Kalman-Filters und/oder – eine vordefinierte Zeitdauer (T₀) ist oder umfasst.The method of claim 5, wherein the predefined condition - a speed (N), in particular in the range between 5,000 rpm and 30,000 rpm, preferably in the range between 8,000 U / min. and 12,000 rpm. and / or - is or falls below a predefined maximum error of the rotor position and / or rotational speed determination by means of the Kalman filter and / or - a predefined period of time (T ₀ ). Anordnung zur Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung eines Drehfeldmotors (6) umfassend einen Signaleingang (7), eine Ausgabeeinheit und eine Auswerteeinheit (8), sowie eine Schätzeinheit, welche eingerichtet ist, eine Rotorposition des Drehfeldmotors (6) zu schätzen, wobei der Signaleingang (7) eingerichtet ist, ein Signal repräsentierend einen Phasenstrom eines Stators des Drehfeldmotors (6) zu ermitteln und die Auswerteeinheit (8) eingerichtet ist, das Signal mittels eines Kalman-Filters zur Rotorpositions- und/oder Drehzahlermittlung auszuwerten, und wobei die Ausgabeeinheit eingerichtet ist, ein im Ansprechen auf die Schätzung der Rotorposition des Drehfeldmotors (6) angepasstes Leistungssignal zum Antrieb des Drehfeldmotors (6) auszugeben.Arrangement for rotor position and / or rotational speed determination of a rotating field motor ( 6 ) comprising a signal input ( 7 ), an output unit and an evaluation unit ( 8th ), and an estimation unit, which is set up, a rotor position of the rotating field motor ( 6 ), the signal input ( 7 ) is arranged, a signal representing a phase current of a stator of the rotating field motor ( 6 ) and the evaluation unit ( 8th ) is adapted to evaluate the signal by means of a Kalman filter for rotor position and / or rotational speed determination, and wherein the output unit is arranged, one in response to the estimate of the rotor position of the rotary field motor ( 6 ) adapted power signal for driving the rotating field motor ( 6 ). Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Auswerteeinheit (8) eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.Arrangement according to claim 7, wherein the evaluation unit ( 8th ) is arranged to carry out a method according to one of the preceding claims. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8 weiter umfassend den Drehfeldmotor, insbesondere Synchronmotor (6), wobei der Drehfeldmotor (6) eine maximale Drehzahl von oberhalb 5.000 U/min, insbesondere oberhalb 30.000 U/min, und/oder ein Leistungsabgabevermögen größer 10 kW, insbesondere größer 20 kW, hat.Arrangement according to claim 7 or 8 further comprising the rotating field motor, in particular synchronous motor ( 6 ), wherein the rotating field motor ( 6 ) has a maximum speed of above 5,000 rpm, in particular above 30,000 rpm, and / or a power output capacity of more than 10 kW, in particular greater than 20 kW. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Drehfeldmotor (6) zum Antreiben eines Kompressors (3) für einen Energiewandler, insbesondere eine Brennstoffzelle (1), eingerichtet ist.Arrangement according to one of claims 7 to 9, wherein the rotating field motor ( 6 ) for driving a compressor ( 3 ) for an energy converter, in particular a fuel cell ( 1 ) is set up. Stationärer Energiewandler oder Fortbewegungsmittel (10) umfassend eine Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10.Stationary energy converter or means of transportation ( 10 ) comprising an arrangement according to one of claims 7 to 10.

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