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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Permanentmagnetmotoren,
und sie betrifft insbesondere Verfahren zum Bewerten von Permanentmagnetmotoren.
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HINTERGRUND
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Hybridfahrzeugsysteme
verwenden typischerweise einen oder mehrere elektrische Permanentmagnetmotoren
als Teil eines Getriebesystems, das eine Antriebsquelle zur Ergänzung
der Maschine bereitstellt. Die Genauigkeit der Herstellung, der
Wartung und des Betriebs dieser Motoren zur Erzeugung spezifizierter Drehmomentprofile
ist für den konsistenten und effizienten Betrieb des Fahrzeugs
wichtig.
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Bei
der Herstellung, der Montage, dem Transport, der Wartung und der
Verwendung der Motoren können verschiedenartige Probleme
auftreten, welche die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen
können. Zum Beispiel kann die magnetische Flussstärke
der Motoren aufgrund von Faktoren, wie etwa den speziellen Eigenschaften
der Magnete, welche die Feldstärke und Auswirkungen von
Wärme und Vibration umfassen, verringert werden. Wenn in ähnlicher
Weise die Statoren der Motoren nicht mit der angegebenen Windungszahl
pro Spule korrekt gewickelt sind, kann die Leistungsfähigkeit
beeinträchtigt sein. Ein weiterer Faktor, der zu der Leistungsfähigkeit
der Motoren beiträgt, ist das Material, das zur Herstellung der
Statoren der Motoren verwendet wurde. Typischerweise bildet Stahl
oder ein ähnliches Material einen Teil des Magnetkreises
durch welchen der Magnetfluss des Motors fließt. Als Beispiel
kann die magnetische Permeabilität des Stahls mit den Materialtypen
variieren, die zur Fertigung der Motoren verwendet werden, und diese
Variation kann die Leistungsfähigkeit des Motors beeinträchtigen.
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Eine
Vorrichtung zur Bewertung eines Motors umfasst die Berechnung und
Bewertung einer Spannungskonstante, welche eine Funktion der Anzahl
von Wicklungen des Stators, der Permeabilität des Flusspfads
und der Feldstärke der Rotormagnete ist. Herkömmliche
Verfahren berechnen die Spannungskonstante des Motors auf der Grundlage
von Spannungsmessungen des Motors selbst. Diese Verfahren sind typischerweise
jedoch nicht verfügbar, wenn der Motor in dem Getriebe
installiert ist.
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Es
ist folglich wünschenswert, Verfahren zum Bewerten von
Permanentmagnetmotoren in Getrieben bei einer Vielzahl von Situationen
bereitzustellen, etwa im Betrieb, nach der Fertigung oder während
der Wartung des Fahrzeugs. Zudem ist es wünschenswert,
derartige Verfahren auf eine wirtschaftliche und brauchbare Weise
bereitzustellen. Darüber hinaus werden sich weitere wünschenswerte
Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden
genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem vorstehenden
technischen Gebiet und Hintergrund ergeben.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bewerten
eines Permanentmagnetmotors bereitstellt, welcher einen Rotor mit
einer Vielzahl daran montierter Magnete und einen Stator mit einer
Vielzahl von Wicklungen in der Nähe des Rotors umfasst,
die mit einem Wechselrichter gekoppelt sind. Das Verfahren umfasst,
dass der Motor derart gedreht wird, dass eine Spannung in den Wicklungen
des Stators und dem Wechselrichter induziert wird; die Spannung
an dem Wechselrichter gemessen wird; die Spannungskonstante des
Motors aus der gemessenen Spannung berechnet wird; die Spannungskonstante
mit einem Satz akzeptierter Spannungskonstanten verglichen wird;
und der Motor als nicht akzeptabel identifiziert wird, wenn die
Spannungskonstante außerhalb eines Bereichs des Satzes
akzeptierter Spannungskonstanten liegt.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren
zum Bewerten von Permanentmagnetmotoren in einem Getriebe im Betrieb
bereitgestellt. Die Motoren umfassen erste und zweite Motoren, von
denen jeder einen Rotor mit einer Vielzahl daran montierter Magnete
und einen Stator mit einer Vielzahl von Wicklungen umfasst, die
sich in der Nähe des Rotors befinden und mit ersten und
zweiten Wechselrichtern gekoppelt sind. Das Verfahren umfasst, dass
eine erste Spannung für den ersten Motor an dem ersten Wechselrichter
gemessen wird; eine erste Spannungskonstante des ersten Motors aus
der ersten Spannung berechnet wird; die erste Spannungskonstante
mit einem Satz akzeptierter Spannungskonstanten verglichen wird;
und der erste Motor als nicht akzeptabel identifiziert wird, wenn
die erste Spannungskonstante außerhalb eines Bereichs der
akzeptierten Spannungskonstanten liegt.
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Gemäß noch
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst ein
Kraftfahrzeugsystem eine Brennkraftmaschine; und ein elektromechanisches
Verbundverzweigungsgetriebe mit zwei Modi, das mit der Brennkraftmaschine
gekoppelt ist. Das Getriebe umfasst ein Eingangselement zur Aufnahme
von Leistung von der Brennkraftmaschine; ein Ausgangselement zum
Liefern von Leistung aus dem Getriebe; einen ersten Motor und einen
zweiten Motor, die koaxial ausgerichtet und mit den Ausgangs- und
Eingangselementen gekoppelt sind; einen mit den ersten und zweiten
Motoren gekoppelten Wechselrichter; eine mit dem Wechselrichter gekoppelte
Messeinrichtung zum Messen einer ersten Spannung von dem ersten
Motor; und einen mit der Messeinrichtung gekoppelten Prozessor.
Der Prozessor ist so ausgestaltet, dass er die von der Messeinrichtung
gemessene erste Spannung empfängt; eine erste Spannungskonstante
aus der ersten Spannung berechnet; die erste Spannungskonstante
mit einer akzeptierten Spannungskonstante vergleicht; und den ersten
Motor als nicht akzeptabel identifiziert, wenn die erste Spannungskonstante
um mehr als einen vorbestimmten Betrag von der akzeptierten Spannungskonstante
abweicht.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend hier in Verbindung mit den
folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen
gleiche Elemente bezeichnen und in denen:
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1 ein
Blockdiagramm eines hybriden elektromechanischen Verbundverzweigungsgetriebes
mit zwei Modi gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
ist;
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2 eine
Querschnittsdarstellung eines beispielhaften Elektromotors ist;
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3 eine
schematische Darstellung eines Bewertungssystems für den
Elektromotor von 2 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform ist;
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4 ein
beispielhaftes Verfahren zum Bewerten eines Motors im Betrieb darstellt.
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BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
folgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist
nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungsmöglichkeiten
der Erfindung einzuschränken. Darüber hinaus ist es
nicht beabsichtigt, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie
gebunden zu sein, die in dem vorstehenden technischen Gebiet, dem
Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden genauen
Beschreibung dargestellt ist.
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Hier
beschriebene beispielhafte Ausführungsformen stellen ein
Verfahren zum Bewerten von Permanentmagnetmotoren in einem hybriden
elektromechanischen Verbundverzweigungsgetriebe mit zwei Modi bereit.
Es werden Bewertungsverfahren speziell nach der Herstellung oder
während der Wartung des Getriebes bereitgestellt, indem
eine Spannungskonstante auf der Grundlage von Spannungsmessungen
berechnet wird, welche an dem mit den Motoren gekoppelten Wechselrichter
erfasst werden, und die Spannungskonstante mit vorbestimmten Werten
verglichen wird. Wenn die berechnete Spannungskonstante innerhalb
eines akzeptablen Schwellenwertbereichs der vorbestimmten Werte
liegt, dann kann bestimmt werden, dass die Motoren korrekt hergestellt,
installiert und/oder gewartet wurden.
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In
der nachstehenden Beschreibung werden zuerst die strukturellen und
funktionalen Komponenten des Getriebes und der Motoren einschließlich
einer Erläuterung der Beziehung zwischen den von dem Motor in
dem Getriebe erzeugten Spannungen und den bei den Wechselrichtern
gemessenen Spannungen beschrieben. Danach werden die Bedingungen
und Verfahren zum Bewerten der Motoren genauer bereitgestellt.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform ist ein hybrides elektromechanisches
Verbundverzweigungsgetriebe 10 mit zwei Modi in 1 dargestellt.
Das Hybridgetriebe 10 weist ein Eingangselement 12, etwa
eine Welle, auf, das von einer Maschine 14 direkt angetrieben
sein kann. Ein (nicht gezeigter) Dämpfer für transientes
Drehmoment kann zwischen der Maschine 14 und dem Eingangselement 12 des
Getriebes 10 eingebaut sein.
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Die
Maschine 14 kann eine Maschine für fossilen Kraftstoff,
etwa eine Dieselmaschine, sein. Bei der beispielhaften Ausführungsform
arbeitet die Maschine 14 nach dem Starten und während
des Großteils seines Betriebs in einem Drehzahlbereich
von etwa 600 bis etwa 6000 U/min (RPM). Obwohl die spezielle Drehzahl- und
PS-Ausgabe der Maschine 14 variieren kann, wird für
die Beschreibung einer beispielhaften Installation zum Erzielen
eines klaren Verständnisses des Hybridgetriebes 10 eine
verfügbare Ausgabe von etwa 220 KW (300 PS) aus der Maschine 14 angenommen.
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Das
Getriebe 10 umfasst drei Planetenradsätze 24, 26 und 28.
Der erste Planetenradsatz 24 ist mit dem Eingangselement 12 verbunden
und weist ein Hohlradelement 30 (oder ”äußeres” Zahnradelement)
auf, das ein Sonnenradelement 32 (oder ”inneres” Zahnradelement)
umgibt. Eine beliebige Anzahl von Planetenradelementen 34 ist
an einem Träger 36 derart drehbar montiert, dass
sich jedes Planetenradelement 34 drehen und mit sowohl
dem äußeren Zahnradelement 30 als auch
dem Sonnenradelement 32 kämmen kann.
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Der
zweite Planetenradsatz 26 weist auch ein Hohlradelement 38 auf,
das ein Sonnenradelement 40 umgibt. Eine Anzahl von Planetenradelementen 42 ist
an einem Träger 44 derart drehbar montiert, dass
jedes Planetenrad 42 sowohl in das Hohlradelement 38 als
auch das Sonnenradelement 40 eingreift.
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Der
dritte Planetenradsatz 28 weist auch ein Hohlradelement 46 auf,
das ein Sonnenradelement 48 umgibt. Eine Anzahl von Planetenradelementen 50 ist
an einem Träger 52 derart drehbar montiert, dass
jedes Planetenrad 50 sowohl in das Hohlradelement 46 als
auch das Sonnenradelement 48 eingreift.
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Die
ersten und zweiten Planetenradsätze 24 und 26 sind
insofern verbunden, als das Sonnenradelement 32 des ersten
Planetenradsatzes 24 etwa durch ein Nabenscheibenzahnrad
(oder ein erstes Verbindungselement) 54 mit dem Hohlradelement 38 des
zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden ist. Das verbundene
Sonnenradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24 und
das Hohlradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 sind
mit einem ersten Motor 56 kontinuierlich gekoppelt. Bei
der Verwendung hierin kann der Ausdruck ”Motor” einen
Generator umfassen. Der erste Motor 56 ist nachstehend
genauer beschrieben.
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Die
ersten und zweiten Planetenradsätze 24 und 26 sind
ferner insofern verbunden, als der Träger 36 des
ersten Planetenradsatzes 24 etwa durch eine Welle 60 mit
dem Träger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden
ist. Folglich sind die Träger 36 und 44 der
ersten und zweiten Planetenradsätze 24 bzw. 26 verbunden.
Die Welle 60 ist mit dem Träger 52 des
dritten Planetenradsatzes 28 durch eine Kupplung (oder
eine ”zweite Kupplung” CL2) 62 selektiv
verbunden, welche die Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 10 unterstützt.
Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”Kupplung” eine
beliebige Einrichtung, die zur Übertragung von Rotation
in der Lage ist und die in Eingriff gestellt und außer
Eingriff gestellt werden kann, wie z. B. eine Reibungskupplung,
eine Mehrscheiben-Nasskupplung, eine Kupplung mit magnetorheologischem
Fluid (MR-Fluid) oder eine Motor-Generator-Kupplung.
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Der
Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 ist
direkt mit dem Getriebeausgangselement 64 gekoppelt. Wenn
das Hybridgetriebe 10 bei einem Bodenfahrzeug verwendet
wird, kann das Ausgangselement 64 mit den (nicht gezeigten)
Fahrzeugachsen verbunden sein, die wiederum in den (auch nicht gezeigten)
Antriebselementen enden können. Die Antriebselemente können
entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an
welchem sie eingesetzt sind, oder sie können die Antriebsräder
eines Schienenfahrzeugs sein.
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Das
Hohlradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 wird
durch eine Kupplung (oder eine ”erste Kupplung” CL1) 70 selektiv
mit Masse gekoppelt, die durch das Getriebegehäuse 68 dargestellt
ist. Auch die erste Kupplung 70 unterstützt die
Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 10, wie nachstehend
genauer beschrieben wird. Das Sonnenrad 48 ist mit einem
zweiten Motor 72 kontinuierlich gekoppelt. Alle Planetenradsätze 24, 26 und 28 sowie
die zwei Motoren 56 und 72 sind koaxial orientiert
gezeigt, etwa um die axial angeordnete Welle 60 herum.
Bei dieser Ausführungsform sind beide Motoren 56 und 72 so
gezeigt, dass sie eine ringförmige Ausgestaltung aufweisen,
die es ihnen ermöglicht, die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 derart
zu umgeben, dass die Planetenrad sätze 24, 26 und 28 radial
innerhalb der Motoren 56 und 72 angeordnet sind.
Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass die Gesamtumhüllende,
d. h. die Umfangsdimension, des Getriebes 10 minimiert
ist.
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Eine
Kupplung (oder eine ”dritte Kupplung” CL3) 73 koppelt
das Sonnenrad 40 selektiv mit Masse (d. h. mit dem Getriebegehäuse 68).
Eine Kupplung (oder eine ”vierte Kupplung” CL4) 75 dient
als Verriegelungskupplung, welche die Planetenradsätze 24, 26,
den Motor 56 und den Eingang 12 so verriegelt,
dass sie als eine Gruppe rotieren, indem sie das Sonnenrad 40 selektiv
mit dem Träger 44 koppelt. Das Sonnenrad 40 ist auch
mit dem Sonnenrad 48 gekoppelt. Obwohl in 2 eine
beispielhafte Getriebeanordnung dargestellt ist, können
die hier offenbarten Systeme und Verfahren für eine beliebige
Zahnrad- und Kupplungsausgestaltung bereitgestellt werden.
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Das
Getriebe
10 arbeitet als ein elektromechanisches Verbundverzweigungsfahrzeuggetriebe
mit zwei Modi. Betriebs-”Modi” bezeichnen Umstände,
bei welchen die Getriebefunktionen von einer Kupplung (z. B. der
Kupplung
62 oder der Kupplung
70) und von der
gesteuerten Drehzahl und dem Drehmoment der Motoren
56 und
72 gesteuert
werden, wobei ein Beispiel davon in dem
US-Patent mit der Nr. 5,009,301 beschrieben
ist, das am 23. April 1991 an General Motors Corporation erteilt
wurde. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird ein
erster Modus gewählt, wenn die erste Kupplung
70 betätigt
wird, um das Hohlradelement
46 des dritten Planetenradsatzes
28 „mit
Masse zu verbinden”. Ein zweiter Modus wird gewählt,
wenn die erste Kupplung
70 gelöst wird und die
zweite Kupplung
62 gleichzeitig betätigt wird,
um die Welle
60 mit dem Träger
52 des
dritten Planetenradsatzes
128 zu verbinden.
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Zudem
können einige Betriebs-”Bereiche” erreicht
werden, indem eine zusätzliche Kupplung (z. B. die Kupplung 62, 73 oder 75)
angewandt wird. Wenn die zusätzliche Kupplung angewandt
wird (d. h., wenn zwei Kupplungsmechanismen angewendet werden),
wird ein festes Drehzahlverhältnis von Eingang zu Ausgang
(d. h. ein festes Übersetzungsverhältnis oder
eine feste Getriebestufe) erreicht. Die Drehungen der Motoren 56 und 72 hängen
dann von einer internen Rotation des Mechanismus ab, der durch das
Kuppeln definiert ist, und sind proportional zu der Eingangsdrehzahl.
Bei einer Ausführungsform fällt der erste Bereich
in den ersten Betriebsmodus, wenn die erste und die vierte Kupplung 70 und 75 eingerückt
sind, und der zweite Bereich fällt in den ersten Betriebsmodus,
wenn die erste und zweite Kupplung 62 und 70 eingerückt
sind. Während des zweiten Betriebsmodus ist ein dritter
Bereich mit fester Übersetzung verfügbar, wenn
die zweite und vierte Kupplung 62 und 75 eingerückt
sind, und ein vierter Bereich mit fester Übersetzung ist
während des zweiten Betriebsmodus verfügbar, wenn
die zweite und dritte Kupplung 62 und 73 eingerückt
sind.
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Das
Getriebe 10 empfängt selektiv Leistung von der
Maschine 14. Das Getriebe 10 empfängt
auch Leistung von einer elektrischen Speichereinrichtung 74.
Die elektrische Speichereinrichtung 74 kann aus einer oder
mehreren Batterien oder anderen Typen von Speichereinrichtungen
bestehen. Die elektrische Speichereinrichtung 74 kommuniziert über Übertragungsleitungen 78A und 78B mit
einer elektrischen Steuerungseinheit (ECU) 76. Die ECU 76 kommuniziert über Übertragungsleitungen 78C und 78D mit
dem ersten Motor 56, und die ECU 76 kommuniziert
auf ähnliche Weise über Übertragungsleitungen 78E und 78F mit
dem zweiten Motor 72.
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Die
ECU 76 erhält Informationen von sowohl dem ersten
als auch dem zweiten Motor 56 bzw. 72, der Maschine 14 und
der elektrischen Speichereinrichtung 74. In Ansprechen
auf eine Aktion eines Bedieners oder eine ”Bedieneranforderung” (z.
B. von einem Fahrbereichswahlhebel, einem Gaspedal und/oder einem
Bremspedal) ermittelt die ECU 76, was gefordert ist, und
manipuliert dann die selektiv betätigten Komponenten des Hybridgetriebes 10 auf
geeignete Weise, um auf die Bedieneranforderung zu reagieren.
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2 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht des Motors 56, der in dem vorstehend
beschriebenen Getriebe 10 verwendet wird. Der Motor 56 wird
beschrieben, um ein besseres Verständnis der nachstehend beschriebenen
beispielhaften Motorbewertungsverfahren bereitzustellen. Der in 2 dargestellte
Motor ist als der erste Motor 56 beschriftet, obwohl er
auch den zweiten Motor 72 darstellen kann.
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Der
Motor 56 kann eine zweipolige, dreiphasige bürstenlose
Permanentmagnetmaschine sein, obwohl die nachstehende Beschreibung
auf eine beliebige Anzahl von Polen angewendet werden kann. Der
Motor 56 umfasst eine Welle 202 zum Bereitstellen
eines Eingangs an den Motor 56 und zum Empfangen eines
Ausgangs aus dem Motor 56. Ein Rotor 204 ist mit
der Welle 202 gekoppelt und umfasst einen Rotorkern 206 mit daran
montierten Permanentmagneten 208. Ein Stator 210 ist
von dem Rotor 204 durch einen Luftspalt 212 getrennt
und umfasst einen Statorkern 214 mit daran angeordneten
Ankerwicklungen 216.
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Wenn
der Rotor 204 bezüglich der Wicklungen 214 an
dem Stator 210 rotiert, wird in den Wicklungen 216,
wie durch das Faraday-Gesetz beschrieben, eine Spannung induziert,
welche nachstehend als Gleichung (1) ausgedrückt ist. eind = –dλdt (1)wobei λ die
gesamte Flusskopplung der Statorwicklung ist und eind die
an der Spule induzierte Spannung ist.
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Unter
der Annahme, dass die Magnete 208 um den Rotor 204 herum
gleichmäßig verteilt sind, kann die Flusskupplung
als Gleichung (2) geschrieben werden. λ =
Kvsin(ωt) (2)wobei Kv die Spannungskonstante des Motors ist und ω die
Drehfrequenz des Motors ist.
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Die
Spannungskonstante Kv ist eine Funktion
verschiedener Parameter des Motorentwurfs, die umfassen: die Windungszahl
der Wicklung 216 des Stators 210; die Magnetfeldstärke
des Rotors 204; und die Permeabilität des Flusspfads
in dem Motor 56. Ein Einsetzen von Gleichung (2) in Gleichung
(1) führt zu Gleichung (3).
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Gleichung
(3) zeigt, dass die Größe der an einer Phase einer
Wicklung 216 des Stators 210 induzierten Spannung
proportional zu der Spannungskonstante Kv und
der Drehzahl des Motors 56 ist.
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Gleichung
(4) veranschaulicht, dass die Spannungskonstante Kv eine
Funktion der Windungszahl der Wicklungen 216, der Permeabilität
des Flusspfads und der Stärke der Magnete 208 ist,
wie nachstehend gezeigt ist. Kv = f(N, μ, Φ) (4)wobei N die
Windungszahl in den Statorwicklungen ist, μ die Permeabilität
des Flusspfades ist und Φ die Feldstärke der Rotormagnete
ist.
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Folglich
kann Gleichung (3) für die induzierte Spannung als Gleichung
(5) geschrieben werden, wie nachstehend gezeigt ist. eind = –f(N, μ, Φ)ωcos(ωt) (5)
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Wie
in Gleichung (5) gezeigt ist, ist die Größe der
induzierten Spannung das Produkt der Winkelgeschwindigkeit des Rotors 204 und
einer Funktion der Windungszahl der Wicklungen 216, der
Permeabilität des Stahls des Stators 210 und der
Stärke der Magnete 208. Wenn irgendwelche dieser
Parameter nicht mit den Entwurfskriterien übereinstimmen,
wird die induzierte Spannung an dem Motor 56 für
eine gegebene Drehzahl nicht mit den auf der Grundlage der Entwurfswerte
berechneten Werten übereinstimmen.
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Mit
Bezug auf 3 umfasst der Motor 56 einen
Wechselrichter 300 oder kann mit diesem gekoppelt sein,
um einen Leistungsfluss an den oder von dem Motor 300 zu
ermöglichen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
misst eine Messeinrichtung 302 Spannungen an dem Wechselrichter 300.
Wie nachstehend beschrieben ist, entsprechen die an dem Wechselrichter 300 gemessenen
Spannungen unter gewissen Bedingungen den Spannungen, die an den
Wicklungen 216 des Stators 210 des Motors 56 induziert
werden. Folglich können die an dem Wechselrichter 300 gemessenen
Spannungen bei einer Bewertung des Motors 56 verwendet
werden.
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Der
Wechselrichter 300 ist eine dreiphasige Schaltung, die
mit dem Motor gekoppelt ist (dargestellt als erster Motor 56,
obwohl es auch der zweite Motor 72 sein kann). Der Wechselrichter 300 umfasst
drei serielle Schalterpaare 302, 304 und 306,
die mit der Batterie 74 und dem Motor 56 gekoppelt
sind. Das erste Schalterpaar 302 ist mit der ersten Phase 314 des
Motors 56 bei einem ersten Anschluss 308 gekoppelt.
Das zweite Schalterpaar 304 ist mit der zweiten Phase 316 des
Motors 56 bei dem zweiten Anschluss 310 gekoppelt.
Das dritte Schalterpaar 306 ist mit der dritten Phase 318 des
Motors 56 bei dem dritten Anschluss 312 gekoppelt.
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Im
Betrieb erzeugt der Wechselrichter 300 eine dreiphasige
Spannung an den Anschlüssen 308, 310 und 312,
indem er die Zustande der drei Schalterpaare 302, 304 und 306 verändert.
Als Beispiel wird die Spannung am Wechselrichter 300 zwischen
zwei Phasen (A und B) (unter der Annahme, dass ein aus dem Wechselrichter
herausfließender Strom positiv ist) durch Gleichung (6)
veranschaulicht. Vab = LadIadt + RaIa +
Ea – Eb – RbIb – LbdIbdt (6)
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Typischerweise
betätigt der Wechselrichter 300 die Schalter 302, 304 und 306,
um den Strom zu steuern, der in jeden Anschluss 308, 310 und 312 hinein
und aus diesem heraus fließt. Wenn der Wechselrichter 300 angewiesen
wird, wie vorstehend angegeben ist, einen Nullstrom in den Phasenanschlüssen
z. B. unter Verwendung von Stromreglern mit geschlossenem Kreis
zu steuern, wobei Ia = Ib = dIa/dt = dIb/dt = 0, dann verringert
sich die Wechselrichterspannungsgleichung zu Gleichung (7). Vab = Ea – Eb (7)
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Da
angenommen wird, dass die Ströme Null sind, kann die induzierte
Spannung von Gleichung (3) mit der in Gleichung (7) gegebenen Anschlussspannung
gleichgesetzt werden, was zu Gleichung (7) führt. Vab = –Kvωcos(ωt) (8)
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Die
Beziehung zwischen in dem physikalischen Referenzrahmen gemessenen
Größen und einem mathematischen dq-Rahmen ist
in Gleichung (9) veranschaulicht.
wobei
f durch eine geeignete physikalische Größe ersetzt
werden kann, z. B. eine Spannung, einen Strom oder einen Fluss.
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Auf
der Grundlage der vorstehenden Transformation in Gleichung (9) können
Stromregler, welche die Schalter 302, 304 und 306 steuern,
in der Form von Gleichungen (10) ausgedrückt werden. Vd = PIregulator(Idcommanded – Idmeasured)
Vq
= PIregulator(Iqcommanded – Iqmeasured) (10)
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Die
Stromregler arbeiten mit dem gemessenen Strom im Vergleich zu dem
befohlenen Strom. Wie vorstehend angemerkt, werden von dem Wechselrichter 300 die
befohlenen Ströme als Null angegeben. Daher sind alle von
Null verschiedenen Ausdrücke auf der rechten Seite von
Gleichung (10) messbar und die Spannung, die zum Halten der Ströme
auf Null benötigt wird, wird berechnet, wenn die Stromregler
den gemessenen Strom auf den Sollstrom regeln. Die Größe
der entwickelten Spannung kann berechnet werden, wie in Gleichung
(11) gezeigt ist.
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Die
Spannung sollte unterhalb einer Basisdrehzahl gemessen werden, d.
h., wenn die Wechselrichterausgangsspannung maximal ist. Mit anderen
Worten ist die Basisdrehzahl derjenige Punkt, bei welchem die induzierte
Spannung an dem Motor 56 oder 72 mit der für
den Wechselrichter 300 verfügbaren Versorgungsspannung übereinstimmt.
Beim Vergleichen von Vref von Gleichung (11) mit Gleichung (8) und
bei der Kenntnis der Motordrehzahl aus einer Messung kann die Spannungskonstante
Kv jedes der Motoren 56 und 72 berechnet und mit
einem Satz akzeptierter Werte verglichen werden, um damit den Motor 56 oder 72 zu
bewerten.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform können die Motoren 56 und 72 im
Betrieb bewertet werden. Eine Kenntnis der Spannungskonstanten des
ersten und zweiten Motors 56 und 72 während
eines Fahrzeugbetriebs ist aus mehreren Gründen wünschenswert.
Erstens kann die Regelungstreue des ersten und zweiten Motors 56 und 72 verbessert
werden, indem Veränderungen bei der Spannungskonstante
während der Lebensdauer des ersten und zweiten Motors 56 und 72 erfasst
werden. Beispielsweise können Veränderungen bei
der Magnetfeldstärke den Betrieb des ersten und zweiten
Motors 56 und 72 beeinträchtigen. Die Regelungstreue
wird verbessert, indem die Schaltbefehle für die ersten
und zweiten Motoren 56 und 72 auf der Grundlage
der Kenntnis der Veränderungen bei den ersten und zweiten
Motoren 56 und 72 aktualisiert werden. Zudem kann
die Kenntnis der Spannungskonstante der ersten und zweiten Motoren 56 und 72 verwendet werden,
um eine Diagnose auszulösen und eine Warnung an die Besitzer
des Kraftfahrzeugs bereitzustellen, wenn einer der ersten und zweiten
Motoren 56 und 72 Leistungsprobleme zeigt.
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Wenn
das Fahrzeug in Betrieb ist, werden die ersten und zweiten Motoren 56 und 72 in
Abhängigkeit von der Konfiguration der Kupplungen 70, 62, 73 und 75 in
dem Getriebe 10 mit verschiedenen Drehzahlbeziehungen rotieren.
Die Drehzahlbeziehungen und Konfigurationen können zur
Bestimmung der Spannungskonstante der ersten und zweiten Motoren 56 und 72 im
Betrieb verwendet werden.
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Zum
Beispiel werden in der ersten festen Getriebestufe sowohl die ersten
und zweiten Motoren 56 und 72 als auch die Eingangsdrehzahl
bei dem Eingangselement 12 durch die Zahnrad- und Kupplungskonfiguration
alle auf der gleichen Drehzahl gehalten. Zudem ist die Maschine 14 durch
das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 10 direkt
mit dem Getriebeausgang 64 gekoppelt. Dies ermöglicht,
dass das Getriebe 10 Antriebsdrehmoment an das Fahrzeug
bereitstellt, und dass die ersten und zweiten Motoren 56 und 72 alleine
durch das Drehmoment von der Maschine 14 gedreht werden.
Folglich werden sich der erste und zweite Motor 56 und 72 mit
der gleichen Drehzahl wie die Maschine 14 drehen, müssen
aber kein Drehmoment erzeugen. Wenn diese Bedingungen vorliegen,
kann die ECU 76 in einen Testmodus im Betrieb eintreten
und die Wechselrichterspannung der ersten und zweiten Motoren 56 und 72 verwenden,
um die Spannungskonstanten zu bestimmen.
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Mit
zusätzlichem Bezug auf 4 besteht
folglich der erste Schritt 410 eines Verfahrens 400 zum
Bewerten der Motoren 56 und 72 im Betrieb darin,
das Getriebe 10 in einen Arbeitspunkt mit fester Getriebestufe zu
versetzen. Der erste und zweite Motor 56 und 72 können
jedes Mal dann getestet werden, wenn sich das Getriebe 10 in
einem Zustand mit fester Getriebestufe befindet, da die Motordrehmomente
nicht benötigt werden, um die Drehmomentanforderungen des
Fahrzeugs zu erfüllen. Bei festen Getriebestufen neigen
die Algorithmen zur Arbeitspunktwahl naturgemäß zur
Wahl von Punkten, die auf der Grundlage des Wirkungsgrads dieser
Arbeitspunkte niedrige Motordrehmomente benötigen. Bei
niedrigen Drehmomentwerten gibt es nur sehr wenig Leistungsverlust.
Wenn das Übersetzungsverhältnis derart ist, dass
die Maschine 14 bei diesen Punkten auch Kraftstoff verwendet,
wählten die hybriden Optimierungsalgorithmen Arbeitspunkte,
bei denen die Motordrehmomente niedrig oder gleich Null sind, um
irgendwelche elektrischen Verluste zu beseitigen. Daher gibt es
im Verlauf des normalen Fahrens viele Gelegenheiten zur Durchführung
des Tests des ersten und zweiten Motors 56 und 72.
Jedoch können be sonders vorteilhafte Umstände
für den Test der ersten und zweiten Motoren 56 und 72 im
Betrieb verwendet werden.
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Die
Arbeitspunkt-Auswahllogik in der ECU 76 kann zugunsten
von Arbeitspunkten mit fester Getriebestufe, welche kein Motordrehmoment
erfordern, modifiziert werden, insbesondere, wenn eine wesentliche
Zeitspanne vergangen ist, seitdem sich das System in dieser Art
von Arbeitspunkt befand. Dies gibt der ECU 76 regelmäßige
Gelegenheiten zum Durchführen des Tests im Betrieb.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform kann die ECU 76 das
Getriebe in eine Betriebbedingung versetzen, bei welcher der Test
im Betrieb ausgeführt werden kann. Bei dieser Ausführungsform
kann die ECU 76 die detailliertere Information anwenden,
die ihr bezüglich des letzten Mals, als ein erfolgreicher
Test abgeschlossen wurde, und des Betriebs des ersten und zweiten
Motors 56 und 72 zur Verfügung steht,
um zu bestimmen, wann ein Test gebraucht wird. Dies ermöglicht,
dass die ECU 76 die Motoren 56 und 72 bei
günstigeren Punkten periodisch testet. Diese Punkte entsprechen
allgemein Arbeitspunkten mit fester Getriebestufe und niedriger
Motordrehzahl.
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Wenn
diese Bedingungen vorhanden sind, können die Spannungen
an den Wechselrichtern der ersten und zweiten Motoren 56 und 72 von
der Messeinrichtung 302 (3) bei einem
zweiten Schritt 420 gemessen werden. Die Messeinrichtung 302 kann
beispielsweise ein Sensor oder eine andere geeignete Einrichtung
zum Messen der Spannung an dem Wechselrichter sein. Nach der Messung
können in einem dritten Schritt 430 und einem
vierten Schritt 440 die Spannungskonstanten der ersten
und zweiten Motoren 56 und 72 berechnet und mit
dem Entwurfsspezifikationswert verglichen werden, um die Motoren 56 und 72 zu
bewerten.
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Wenn
die aus den Spannungsmessungen der ersten und zweiten Motoren 56, 72 abgeleiteten
Spannungskonstanten innerhalb akzeptabler Schwellenwerte der vorbestimmten
Werte liegen, dann werden die Motoren 56, 72 als
korrekt hergestellt, installiert und/oder gewartet angesehen. Wenn
die Spannungskonstanten andererseits außerhalb des Schwellenwerts
liegen, kann dies ein Problem mit den Motoren 56, 72 anzeigen.
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Obwohl
mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorstehenden
genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass
eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch
festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder
die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind
und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder
die Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken.
Stattdessen wird die vorstehende genaue Beschreibung Fachleuten
eine brauchbare Anleitung zur Implementierung der beispielhaften
Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen
bereitstellen. Es versteht sich, dass in der Funktion und Anordnung
von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt
werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen,
wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren
juristischen Äquivalenten offengelegt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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