用于降噪地运行开关磁阻马达的方法
阅读说明：本技术 用于降噪地运行开关磁阻马达的方法 (Method for operating a switched reluctance motor with reduced noise ) 是由 桑德罗·普尔弗斯特 罗伯特·赖彻特 于 2020-02-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种借助于磁阻马达装置来降噪地运行开关磁阻马达(1)的方法,所述磁阻马达装置具有开关磁阻马达(1)、控制与分析单元(2)、数据存储器(3)、电流调节器(4)、转子角度传感器(5)和扭矩评估器(6),其中,所述开关磁阻马达具有定子(7)、转子(8)和马达线圈(9)。施加到所述马达线圈(9)的电流的大小,为了不同的转子角度而保存在所述数据存储器(3)中的数值表中。获取实际扭矩,并且得出额定扭矩和获取到的所述实际扭矩之间的偏差。在此基础上重新计算电流值。重新计算出的所述电流值记入所述数值1表并且构成下一运行的基础。(The invention relates to a method for operating a switched reluctance motor (1) with noise reduction by means of a reluctance motor arrangement having a switched reluctance motor (1), a control and evaluation unit (2), a data memory (3), a current regulator (4), a rotor angle sensor (5) and a torque estimator (6), wherein the switched reluctance motor has a stator (7), a rotor (8) and a motor coil (9). The magnitude of the current applied to the motor coil (9) is stored in a table of values in the data memory (3) for different rotor angles. An actual torque is determined and a deviation between a setpoint torque and the determined actual torque is determined. The current values are recalculated on this basis. The recalculated current values are entered into the value 1 table and form the basis for the next run.)
技术领域
本发明涉及一种用于降噪地运行开关磁阻马达的方法。
背景技术
从现有技术中已知开关磁阻马达。此外已知为实现减小运转噪声而调制相电流的控制方法。此处的缺点在于，要么必须高成本地适应各自的马达，要么不能最优地减小运转噪声。
发明内容
本发明的任务在于，阐明一种能够以较小成本应用于不同类型磁阻马达并且有效降低噪声级的方法。
所述任务通过在权利要求1中举出的特征解决。在从属权利要求中得到优选的变型方案。
用于降噪地运行开关磁阻马达的所述方法借助于具有后文说明的特征的磁阻马达装置实施。
根据本发明，所述磁阻马达装置具有开关磁阻马达、控制与分析单元、数据存储器、电流调节器、转子角度传感器和扭矩评估器。所述数据存储器、电流调节器、转子角度传感器和扭矩评估器分别和控制与分析单元在数据上连接。
所述控制与分析单元构造用于从转子角度传感器和扭矩评估器接收数据并且处理所述数据。此外，所述控制与分析单元构造用于控制电流调节器、读取数据存储器的数据以及将数据写入数据存储器。所述控制与分析单元优选涉及例如计算机或者控制器的电子线路。尤其所述数据存储器、扭矩评估器和电流调节器能够一起和所述控制与分析单元构造集成的结构单元。
根据本发明，所述开关磁阻马达具有定子、转子和马达线圈。所述转子优选位于旋转对称的定子的内部，并且围绕所述旋转轴线可转动地支承。所述定子和转子在齿结构中具有软磁的材料。这在后文中也被称为定子齿和转子齿。所述转子齿在后文中部分地也被称为转子臂。所述马达线圈在定子上优选地关于定子齿上的转子的旋转轴线对称地布置。所述磁阻马达构造成，通过以电流施加给马达线圈，产生通过转子的磁通。通过磁阻力，所述转子齿对于定子齿定向，使得磁阻减小。通过转子齿和定子齿相对彼此的几何布置，因此引起转子的旋转。通过接入和断开不同定子齿上的马达线圈，总是又重新产生这样的磁通，所述磁通使转子用于将磁阻最小化。所述开关磁阻马达在后文同样部分缩短地仅称作磁阻马达或者马达。
作为根据本发明的方法基础的认识是，所述转子齿和定子齿由于所述磁阻力而尤其横向于其纵轴变形。该变形导致转子齿的振荡、定子齿的振荡和磁阻马达的部分其它机械连接的构件振荡或者被驱动的单元的振荡，所述振荡作为噪声被感知。为了减小所述振荡并且借此减小噪声，本方法阐明一种解决方案，根据所述解决方案，控制转子齿和定子齿上的力，使得转子齿和定子齿的振荡减小。对此，尽可能在转子的所有的角度位置中恒定地保持扭矩。借此，横向于转子齿纵轴和定子齿纵轴的基本恒定的力同样作用在转子齿和定子齿上。本方法在此提供一种解决方案，其不与转子齿和定子齿的特定的几何形状和其它结构构造相关。
根据本发明，所述方法在此包含以下方法步骤：
a)定义所述数据存储器中的数值表，所述数值表包含多个表点，其中，所述表点作为数值元组构成。所述数值元组分别包含由额定扭矩和转子角度组成的数值对以及配属的电流额定值。
b)执行部分循环
b)1预先确定额定扭矩
b)2借助于所述转子角度传感器探测第一实际转子角度
b)3借助于所述控制与分析单元挑选配属给由所述额定扭矩和所述第一实际转子角度组成的所述第一数值对额定扭矩的所述电流额定值。在此得出相对于预先确定的所述额定扭矩的最接近的两个表点，并且得出相对于实际转子角度最接近的两个表点，并且计算所述额定扭矩的真实值与所述第一实际转子角度的真实值到所述表点的差距。通过双线性内插法从所述四个表点的各自的电流额定值得出所述电流额定值。
b)4通过所述电流调节器调节所述电流额定值
b)5对马达线圈施加电流
b)6借助于所述扭矩评估器估算所述实际扭矩
b)7通过比较所述额定扭矩和实际扭矩，借助于所述控制与分析单元得出扭矩偏差
b)8在所述扭矩偏差的基础上，借助于所述控制与分析单元计算改正过的电流额定值，用于所有四个最后应用的表点的所述计算相关于应用的内插间隔进行。
b)9借助于所述控制与分析单元将改正过的电流额定值的计算出的值记入所述数值表的四个相关的数值元组，并且删除所述电流额定值的迄今为止的数值。
c)重复执行所述部分循环，直到达到符合完整的马达状态的转子角度，并且因此构成总循环。
d)重复实施总循环
后文中借助方法步骤对所述方法进行详细说明。
a)定义数值表
相应数值表的示例在表1中示出。
各个用于相应待施加电流的马达线圈的电流额定值被配属给转子角度(⊙ist)和额定扭矩。表点构成数值元组，所述数值元组具有所述转子角度(⊙ist)、额定扭矩(Msoll)和至少一个电流额定值，或者优选两个电流额定值，具体而言是用于两个相邻马达线圈(I1、I2)的各一个电流额定值。
表1示出用于具有两个线圈的磁阻马达的数值表。当磁阻马达具有更多线圈时，所述数值元组收到用于每个其它线圈的额外的电流额定值。
表1数值表示例
该数值表储存在所述数据存储器中。所述控制与分析单元构造用于访问所述数据存储器和数值表。
b)执行部分循环
b)1预先确定额定扭矩
通过应由马达施加的负荷来确定额定扭矩的预定值。由控制与分析单元在开关磁阻马达的启动过程中进行所述额定扭矩的预先确定。
b)2借助于所述转子角度传感器探测第一实际转子角度
转子角度传感器测量转子的机械的角位置。以这种方式已知所述转子齿和定子齿相对彼此如何定位。转子角度传感器借此同时确定所述转子在马达状态内的位置。
b)3借助于所述控制与分析单元挑选电流额定值
所述控制与分析单元从数据存储器的数值表中挑选相对于最接近的转子角度和额定扭矩的电流额定值。挑选出的四个临近的表点的数值和真实值一同计算，并且确定所述额定扭矩的真实值与所述第一实际转子角度的真实值相对于表点的差距。四个已得出的点的示例在数值表中通过框突出。
通过双线性内插法从四个表点的各自的电流额定值计算出所述电流额定值。
b)4通过所述电流调节器调节所述电流额定值
电流调节器调节计算出的用于各马达线圈的电流额定值。在此可涉及现有技术中已知的各种具有足够快的开关时间的电流调节器。优选地涉及一种数字电流调节器。
b)5对马达线圈施加电流
电流调节器将电流额定值导到相应的马达线圈上，借此产生磁通并因此产生作用于转子的力。
b)6借助于所述扭矩评估器估算所述实际扭矩
扭矩评估器确定实际扭矩。优选从可供使用的特征值、例如从电流实际值和转子角度，得出实际扭矩。
b)7借助于所述控制与分析单元得出扭矩偏差
通过比较所述额定扭矩和实际扭矩，控制与分析单元确定扭矩偏差。
b)8在所述扭矩偏差的基础上，借助于所述控制与分析单元计算改正过的电流额定值
从确定的扭矩偏差可知，所述电流额定值的大小并不完全适合调节预先确定的额定扭矩。同时从确定的扭矩偏差的大小得到一种判断，即改变的电流额定值预计会在何种程度上使实际扭矩符合额定扭矩。
根据本发明进行用于所有四个最后应用的表点的计算。所述计算相关于应用的内插间隔(h，I)和扭矩偏差(Msoll-Mist)进行。所述计算此外包括学习常量(KLern)。
b)9借助于所述控制与分析单元将改正过的电流额定值的计算出的值记入所述数值表的四个相关的数值元组，并且删除所述电流额定值的迄今为止的数值
控制与分析单元将用于改正过的电流额定值的得出的数值写入所述四个表点的数值元组。
c)重复执行所述部分循环，直到达到符合完整的马达状态的马达角度
马达的一次换向到下一次换向的运行期称为马达状态。在此，从一次换向的角位置开始直到下一次换向，转子经过所有的角位置。马达状态结尾时的转子的角位置和下一马达状态开始时的角位置相同。
所述部分循环会重复，直至磁阻马达的转子达到旋转角度，所述旋转角度符合相对于下一马达状态开始时的旋转角度完全相同的位置。根据转子的臂的数量，转子始终根据360°除以马达状态数量得到的角度，达到对于这样的马达状态而言完全相同的位置。在此从转子的旋转对称的构造出发。
当转子具有三个臂时，马达状态每过120°便结束一次。借此达到总循环。总循环表示所有部分循环的整体，从马达状态的开始至马达状态的结束执行所述部分循环。
在达到第一马达状态后，同样为了下一马达状态执行所述部分循环并且重复，直至重新达到总循环。
d)重复实施总循环
为所有下述的总循环重复执行所述方法。
当转子具有三个臂时，为了转子完整地旋转360°，执行三个马达状态并且借此执行三个总循环。为了每个马达状态，分别始终重新执行一个部分循环，直至再次达到一个总循环。
在根据表1的示例中，第一马达状态在转子旋转60°后结束。为了360°的完整的转子转动，运行六个马达状态并因此运行六个总循环。
为引起转子持久的旋转，这会不断重复。
根据本发明的方法尤其具有以下特别的优点。
本方法是迭代地自我学习性的。所述表点随着部分循环的每次运行，相关于电流额定值的数值而得到优化。随着本方法的继续执行，所有的表点都会得到优化。通过重复的执行，所述电流额定值始终继续接近最优的数值，从而扭矩偏差渐进地向零调整。
通过扭矩始终改进的调整的限定，实现非常良好的安静稳定运行和降噪来作为优点。
此外有利的是，本方法无需适应即可应用于不同的马达，或者仅以较小的适应的成本应用于不同的马达。仅仅必需的是，首先将得出的大致的数值配属给数值表，得出的大致的所述数值仅必须实现马达的运行能力。通过应用本方法，随着部分循环和总循环的执行，在对各自马达的适应中自动实现电流额定值的数值的优化。
此外有利的是，本方法提供对可能出现的制造公差的自动平衡。
另外具有的优点在于，本方法提供对可能首先随着马达运行而逐渐出现的变化的自动适应，所述变化例如是轴承磨损导致的失衡或者不均匀的运行。本方法使电流额定值适应于马达的各自的物理特性。
根据有利的变型方案，构造用于转子完整的一转的数值表。
当所述数值表设计用于转子完整的一转、即用于360°的旋转时，表点可逆明确地配属给转子齿相对于定子齿的每个物理的位置关系。在各个转子齿或者定子齿上的最细微的制造差异、或者转子上有失衡或者磨损现象时，以此同样能够通过本方法抵消。借此能够额外增强所述磁阻马达的安静稳定运行，并且即使在长时间运转后也能保证安静稳定运行。
附图说明
作为实施例借助以下图示进一步对本发明进行阐述。
图1示出磁阻马达装置
图2示出本方法的示意性运行图
图3示出本方法中磁阻马达的扭矩性能
图4示出数值、内插和更正的计算
具体实施方式
图1示出所述磁阻马达装置的示意性结构。所述磁阻马达装置具有控制与分析单元2、数据存储器3、电流调节器4、转子角度传感器5、扭矩评估器6和开关磁阻马达1。所述电流调节器4、转子角度传感器5和扭矩评估器6分别与开关磁阻马达1和控制与分析单元2连接。
在该实施方式中，具有数值表的所述数据存储器3集成在控制与分析单元2中。
所述开关磁阻马达1具有定子7、转子8和多个马达线圈9。
所述电流调节器将用于马达线圈的电流额定值调节至由控制与分析单元传递的数值。
所述转子角度传感器5得出所述转子8的位置并且将该位置信息传递给控制与分析单元2和扭矩评估器6。所述扭矩评估器6从附在所述磁阻马达1上的特征值、在本实施例中尤其从实际的电流，相关于具体的转子角度得出所述实际扭矩，并且将所述实际扭矩同样传递给控制与分析单元2。所述控制与分析单元2从中算出扭矩偏差并在此基础上算出优化过的电流额定值，并且使该电流额定值取代迄今为止的电流额定值，将该电流额定值登入所述数据存储器3的数值表中。
图2示出用于降噪地运行开关磁阻马达的方法的简图。该简图概括地示出从a)至d)所有的方法步骤，其中，借助所有分步骤展示所述方法步骤b)。重复所述部分循环(方法步骤b))，直至达到所述第一马达状态结尾，并且在达到第一马达状态后进行重复，直至达到下一马达状态结尾(方法步骤c))。在此涉及总循环。
为了所有的马达状态，重复所述总循环，直至达到所述转子的360°的完整的一转(方法步骤d))。如果完整的转子转动结束，那么为了引起持久的旋转，该运行过程在整体上可以任意重复。
所述数值表在方法步骤b)不断更新。
图3示出本方法的应用中磁阻马达的扭矩性能的图表总括。起始时(t＝0或者左方)，所述开关磁阻马达还展现出高的扭矩峰值，所述扭矩峰值也称作扭矩波动，所述扭矩波动通过部分扭矩的没有优化的叠加产生且尤其在从一个马达状态到下一马达状态的过渡中产生(左下方)。在多个总循环中，扭矩峰值明显减小(右下方)并且部分扭矩更有利地叠加。所述扭矩峰值是转子齿振荡和定子齿振荡的原由，并借此作为磁阻马达较大的运转噪声的原由。减小所述扭矩峰值借此同样使马达噪声减小。
图4示出坐标系a)中的数值的内插和表b)中用于电流额定值的更正的计算。
根据方法步骤b)3的数值内插在坐标系a)中以图表示出。所述控制与分析单元收到预先确定的额定扭矩，并且所述转子角度传感器提供实际转子角度(⊙ist)。所述控制与分析单元得出四个最接近的表点(P11、P12、P21、P22)并且通过双线性内插法将电流额定值(Isoll)内插。以此通过内插法得到的用于电流额定值(Isoll)的数值，在方法步骤b)4和b)5中通过所述电流调节器调节并被导到马达线圈。
在方法步骤b)6中，借助于扭矩评估器评估加载的实际扭矩(Mist)，并且在方法步骤b)7中通过控制与分析单元由所述实际扭矩与额定扭矩(Msoll)结算扭矩偏差(Msoll-Mist)。
图4在表b)示出借助应用的内插间隔(h，I)、学习常数(KLern)和扭矩偏差(Msoll-Mist)的用于具有所述扭矩偏差的修正值(根据方法步骤b)8)的计算公式。
附图标记
1 开关磁阻马达
2 控制与分析单元
3 数据存储器
4 电流调节器
5 转子角度传感器
6 扭矩评估器
7 定子
8 转子
9 马达线圈。
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