DE102011004886A1

DE102011004886A1 - Device for measuring temperature of coil winding in electronically commutated electric machine e.g. motor used in internal combustion engine, has driver circuit whose semiconductor switches are operated as power supply unit components

Info

Publication number: DE102011004886A1
Application number: DE102011004886A
Authority: DE
Inventors: Harald Kazmierczak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-09-06

Abstract

A driver circuit (3) has several semiconductor switches (11) such as power transistors, and phase nodes (K) for providing phase voltage to the electric machine (2). The constant signal current is provided by a power supply unit. The voltage between phase nodes is measured by a voltage measurement unit (14). The semiconductor switches of the driver circuit are operated as the components of the power supply unit, to provide the constant signal current. The voltage measurement unit is provided to detect voltage between phase node and the supply potential. Independent claims are included for the following: (1) system for measuring temperature of coil winding in electronically commutated electric machine; and (2) method for measuring temperature of coil winding in electronically commutated electric machine.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft elektronisch kommutierte elektrische Maschinen, insbesondere Treiberschaltungen für elektrische Maschinen, mit denen eine Temperatur im Inneren der elektrischen Maschine durch Auswerten eines Wicklungswiderstands ermittelt werden kann.The invention relates to electronically commutated electrical machines, in particular drive circuits for electrical machines, with which a temperature in the interior of the electrical machine can be determined by evaluating a winding resistance.

Stand der TechnikState of the art

Zum Realisieren von Schutzmaßnahmen für elektrische Maschinen, wie beispielsweise von Drosselklappenantrieben in Motorsystemen mit Verbrennungsmotoren, kann es notwendig sein, die Innentemperatur der elektrischen Maschine zu ermitteln und zu überwachen. Die Überwachung erfolgt in der Regel so, dass die gemessene Temperatur mit einer vorgegebenen Temperaturschwelle verglichen wird. Es erfolgt eine Notabschaltung oder ein Betrieb mit verringerter Leistung, sobald die gemessene Temperatur die Temperaturschwelle überschreitet.In order to implement protective measures for electrical machines, such as throttle actuators in engine systems with internal combustion engines, it may be necessary to determine and monitor the internal temperature of the electrical machine. The monitoring is usually carried out so that the measured temperature is compared with a predetermined temperature threshold. An emergency shutdown or reduced power operation occurs as soon as the measured temperature exceeds the temperature threshold.

Zur Temperaturmessung wird häufig ein Temperaturfühler in die elektrische Maschine eingesetzt, der mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, die durch Messung einer elektrischen Größe die Temperatur im Inneren der elektrischen Maschine bestimmt. Derartige Temperaturfühler können zwar im Inneren der elektrischen Maschine angeordnet sein, jedoch ist es in der Regel nicht möglich, den Temperatursensor an der wärmsten Stelle, d. h. an dem Ort der Temperaturentwicklung, zu platzieren. Dies ist in der Regel innerhalb der bestromten Spulenwicklungen.For temperature measurement, a temperature sensor is often used in the electrical machine, which is connected to an evaluation unit which determines the temperature inside the electrical machine by measuring an electrical variable. Although such temperature sensor can be arranged inside the electric machine, but it is usually not possible, the temperature sensor at the warmest point, d. H. at the place of temperature evolution, to place. This is usually within the energized coil windings.

Während bei mechanisch kommutierten elektrischen Maschinen die Messung des Widerstands einer Rotorwicklung zur Bestimmung einer Temperatur im Inneren der elektrischen Maschine aufgrund des unbestimmten Widerstands zwischen Bürste und Kommutatorlamelle ungeeignet ist, kann bei elektronisch kommutierten elektrischen Maschinen der Widerstandswert einer Statorwicklung eine genaue Auskunft über die Temperatur im Inneren der elektrischen Maschine bieten. Messungen der Temperatur durch Messen des ohmschen Wicklungswiderstands der Spulenwicklungen sind in einfacher Weise realisierbar, da sich der Widerstand der Spulenwicklung quasi linear zur Temperatur ändert.While in mechanically commutated electrical machines, the measurement of the resistance of a rotor winding for determining a temperature inside the electric machine due to the indefinite resistance between the brush and Kommutatorlamelle is unsuitable for electronically commutated electric machines, the resistance of a stator winding accurate information about the temperature inside to provide the electric machine. Measurements of the temperature by measuring the ohmic winding resistance of the coil windings can be realized in a simple manner, since the resistance of the coil winding changes quasi linearly with respect to the temperature.

Aus der Druckschrift EP 0 284 711 sind dazu eine Einrichtung und ein Verfahren zum Erfassen der Wicklungstemperatur eines bürstenlosen Gleichstrommotors bekannt. Zur Messung der Temperatur im Inneren der elektrischen Maschine wird der ohmsche Wicklungswiderstand wenigstens einer Wicklung gemessen. Die Messung der Temperatur während des Betriebs der elektrischen Maschine wird durchgeführt, indem eine vom ohmschen Wicklungswiderstand abhängige elektrische Größe während einer Zeitspanne gemessen wird, in der sich die betreffende Wicklung im stromlosen Zustand befindet.From the publication EP 0 284 711 For this purpose, a device and a method for detecting the winding temperature of a brushless DC motor are known. For measuring the temperature inside the electric machine, the ohmic winding resistance of at least one winding is measured. The measurement of the temperature during operation of the electric machine is performed by measuring an electrical resistance dependent on the electrical resistance during a period in which the respective winding is in the de-energized state.

Aus der Druckschrift DE 10 2007 022 213 A1 ist weiterhin ein Verfahren zur Messung und Begrenzung eines Motorstroms abhängig von einer über den Wicklungswiderstand bestimmten Angabe der Motortemperatur bekannt.From the publication DE 10 2007 022 213 A1 Furthermore, a method is known for measuring and limiting a motor current as a function of a specified via the winding resistance specification of the engine temperature.

Die obigen Vorrichtungen und Verfahren zum Messen der Temperatur der elektrischen Maschine durch Messen des ohmschen Wicklungswiderstands einer Spulenwicklung haben jedoch den Nachteil, dass die elektrische Messgröße, beispielsweise die Messspannung, mit der die betreffende Spulenwicklung, an der die Messung vorgenommen werden soll, beaufschlagt wird, separat erzeugt wird und bei der Ansteuerung der elektrischen Maschine während einer Austastlücke durch einen geeigneten Schalter an die betreffende Spulenwicklung angelegt werden muss. Die Vorrichtung zum Bereitstellen der Messgröße und zum Detektieren der Detektionsgröße sowie zum Realisieren der Schaltvorrichtung zum Ankoppeln der Auswerteeinheit während der Austastlücke stellt einen erheblichen Aufwand bei der Realisierung eines solchen Messverfahrens für eine elektronisch kommutierte elektrische Maschine dar.However, the above devices and methods for measuring the temperature of the electrical machine by measuring the ohmic winding resistance of a coil winding have the disadvantage that the electrical measurement, for example, the measurement voltage applied to the relevant coil winding to be measured, is generated separately and must be applied during the activation of the electrical machine during a blanking interval by a suitable switch to the relevant coil winding. The device for providing the measured variable and for detecting the detection variable and for realizing the switching device for coupling the evaluation unit during the blanking interval represents a considerable effort in the realization of such a measuring method for an electronically commutated electrical machine.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen einer Temperatur im Inneren einer elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen, die mit einem möglichst geringen Aufwand realisiert werden kann und möglichst bestehende Strukturen für die Ansteuerung der elektrischen Maschine nützt.It is therefore an object of the present invention to provide a device for measuring a temperature in the interior of an electrical machine, which can be realized with the least possible outlay and, where possible, uses existing structures for the control of the electrical machine.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zum Messen einer Angabe einer Temperatur einer Spulenwicklung in einer elektronisch kommutierten elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren und das Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.This object is achieved by the device for measuring an indication of a temperature of a coil winding in an electronically commutated electric machine according to claim 1 and by the method and the motor system according to the independent claims.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Vorrichtung zum Messen einer Angabe einer Temperatur einer Spulenwicklung in einer elektronisch kommutierten elektrischen Maschine vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst:

– eine Treiberschaltung mit mehreren Halbleiterschaltern, wobei die Treiberschaltung mehrere Phasenknoten zum Bereitstellen von Phasenspannungen für die elektrische Maschine aufweist;
– eine Stromquelle zum Bereitstellen eines konstanten Messstroms;
– eine Spannungsmesseinheit zum Messen einer Detektionsspannung als Angabe der Temperatur, wobei die Detektionsspannung von der Spannung zwischen zwei der mehreren Phasenknoten abhängt;

wobei mindestens einer der Halbleiterschalter der Treiberschaltung als Teil der Stromquelle betreibbar ist, um den konstanten Messstrom bereitzustellen.According to a first aspect, there is provided an apparatus for measuring an indication of a temperature of a coil winding in an electronically commutated electric machine. The device comprises:

A driver circuit having a plurality of semiconductor switches, the driver circuit having a plurality of phase nodes for providing phase voltages to the electrical machine;
A current source for providing a constant measuring current;
A voltage measuring unit for measuring a detection voltage indicative of the temperature, the detection voltage depending on the voltage between two of the plurality of phase nodes;

wherein at least one of the semiconductor switches of the driver circuit is operable as part of the current source to provide the constant sense current.

Eine Idee der obigen Vorrichtung besteht darin, die Temperaturmessung durch Einprägen eines Messstroms in die Spulenwicklung der elektrischen Maschine und anschließendes Messen einer über der Spulenwicklung abfallenden Detektionsspannung vorzunehmen. Dazu ist vorgesehen, dass mindestens einer der Halbleiterschalter der Treiberschaltung, die die elektrische Maschine mithilfe eines Kommutierungsschemas ansteuert, gleichzeitig Teil einer Stromquelle sein kann, mit der der konstante Messstrom erzeugt werden kann. Dieser Messstrom kann dann während einer Austastlücke, die vorzugsweise zeitlich so vorgesehen ist, dass sie während eines Nulldurchgangs der induzierten Spannung besteht, eingeprägt werden. Dadurch kann eine aufgrund des eingeprägten Messstroms über den Spulenwicklungen abfallende Detektionsspannung gemessen werden, die die Wicklungstemperatur der Spulenwicklungen repräsentiert.An idea of the above device is to carry out the temperature measurement by impressing a measuring current in the coil winding of the electric machine and then measuring a voltage drop across the coil winding detection voltage. For this purpose, it is provided that at least one of the semiconductor switches of the driver circuit, which drives the electric machine by means of a commutation scheme, can simultaneously be part of a current source with which the constant measuring current can be generated. This measuring current can then be impressed during a blanking interval, which is preferably arranged in time so that it exists during a zero crossing of the induced voltage. As a result, a detection voltage which drops across the coil windings due to the impressed measuring current can be measured, which represents the winding temperature of the coil windings.

Weiterhin kann die Stromquelle eine Stromspiegelschaltung mit einem Stromspiegeltransistor umfassen, um eine konstante Stromspiegelspannung bereitzustellen, wobei die konstante Stromspiegelspannung über den Schalter in dem zweiten Schaltzustand an einen der Halbleiterschalter anlegbar ist, um den konstanten Messstrom über dem einen Halbleiterschalter einzustellen.Furthermore, the current source may include a current mirror circuit having a current mirror transistor to provide a constant current mirror voltage, wherein the constant current mirror voltage across the switch in the second switching state to one of the semiconductor switches can be applied to adjust the constant measuring current across the one semiconductor switch.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Treiberschaltung mehrere Inverterschaltungen umfassen, die jeweils zwischen zwei Versorgungspotentialen angeordnet sind, wobei die Inverterschaltungen so ansteuerbar sind, dass sie entweder ein hohes oder ein niedriges Versorgungspotential an den jeweiligen Phasenknoten anlegen.According to one embodiment, the driver circuit may comprise a plurality of inverter circuits, each arranged between two supply potentials, wherein the inverter circuits are controllable to apply either a high or a low supply potential to the respective phase node.

Es kann vorgesehen sein, dass die Spannungsmesseinheit ausgebildet ist, um die Detektionsspannung zwischen einem Phasenknoten und einem Versorgungspotential zu messen.It can be provided that the voltage measuring unit is designed to measure the detection voltage between a phase node and a supply potential.

Insbesondere kann die Vorrichtung weiterhin einen Schalter umfassen, um in einem ersten Schaltzustand alle Halbleiterschalter der Treiberschaltung gemäß einem Kommutierungsschema anzusteuern, so dass die Phasenspannungen bereitgestellt werden, und um in einem zweiten Schaltzustand mindestens einen der Halbleiterschalter der Treiberschaltung als Teil der Stromquelle zu betreiben, um den konstanten Messstrom bereitzustellen.In particular, the device may further comprise a switch for driving in a first switching state all the semiconductor switches of the driver circuit according to a commutation scheme so that the phase voltages are provided and for operating in a second switching state at least one of the semiconductor switches of the driver circuit as part of the current source to provide the constant measuring current.

Der mindestens eine Halbleiterschalter kann mit einem ersten Versorgungspotential verbunden sein, wobei eine Steuereinheit vorgesehen ist, um, wenn sich der Schalter in dem zweiten Schaltzustand befindet, einen weiteren Halbleiterschalter, der mit einem zweiten Versorgungspotential verbunden ist, zu schließen, um einen Strompfad für den Messstrom durch den mindestens einen Halbleiterschalter, der Teil der Stromquelle ist, und durch den weiteren Halbleiterschalter auszubilden.The at least one semiconductor switch may be connected to a first supply potential, wherein a control unit is provided to close when the switch is in the second switching state, another semiconductor switch, which is connected to a second supply potential to a current path for the Measuring current through the at least one semiconductor switch, which is part of the power source, and form by the other semiconductor switch.

Ferner kann die Steuereinheit weiterhin ausgebildet sein, den Schalter nur während eines Zeitraums, in dem die induzierte Spannung zwischen den zwei der mehreren Phasenknoten einen Nulldurchgang aufweist, in den zweiten Schaltzustand zu versetzen.Furthermore, the control unit may be further configured to place the switch in the second switching state only during a period in which the induced voltage between the two of the plurality of phase nodes has a zero crossing.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine Auswerteeinheit vorgesehen sein, um die Detektionsspannung einer Angabe einer Temperatur der Spulenwicklung zuzuordnen.According to one embodiment, an evaluation unit may be provided to associate the detection voltage with an indication of a temperature of the coil winding.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System mit der obigen Vorrichtung und einer elektrischen Maschine vorgesehen, die über die Phasenknoten ansteuerbar ist.According to a further aspect, a system with the above device and an electrical machine is provided, which can be controlled via the phase node.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben der obigen Vorrichtung vorgesehen, wobei während eines Zeitraums, in dem die induzierte Spannung zwischen den zwei der mehreren Phasenknoten einen Nulldurchgang aufweist, ein Strompfad für den Messstrom durch den mindestens einen Halbleiterschalter, der Teil der Stromquelle ist, ausgebildet wird.According to another aspect, there is provided a method of operating the above apparatus, wherein during a period in which the induced voltage between the two of the plurality of phase nodes has a zero crossing, a current path for the sense current through the at least one semiconductor switch that is part of the current source , is trained.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine; und 1 a schematic representation of an engine system for controlling an electric machine; and

2 eine Treiberschaltung mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Messstroms und zum Messen einer resultierenden Detektionsspannung. 2 a driver circuit having means for generating a measurement current and measuring a resulting detection voltage.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines eine elektrische Maschine 2 umfassenden Motorsystems 1. Die elektrische Maschine 2 ist vorzugsweise als elektronisch kommutierte elektrische Maschine, wie beispielsweise in Form eines Synchron- oder Asynchronmotors, ausgebildet. Die elektrische Maschine 2 kann Spulenwicklungen für jede Phase umfassen, die in Stern-, Dreiecks- oder sonstiger Verschaltung angeordnet sein können. 1 shows a schematic representation of an electric machine 2 comprehensive engine system 1 , The electric machine 2 is preferably as an electronically commutated electric machine, such as in the form of a synchronous or asynchronous motor, formed. The electric machine 2 may include coil windings for each phase, which may be arranged in star, delta or other circuitry.

Die elektrische Maschine 2 wird mithilfe einer Treiberschaltung 3 angesteuert, wobei die Treiberschaltung 3 mehrere Phasenspannungen zum Anlegen an die einzelnen Spulenwicklungen der elektrischen Maschine 2 bereitstellt.The electric machine 2 is done using a driver circuit 3 driven, wherein the driver circuit 3 a plurality of phase voltages for application to the individual coil windings of the electrical machine 2 provides.

Die Treiberschaltung 3 kann je nach Phasenzahl eine Halbbrückenschaltung, eine 2H-Brückenschaltung oder eine B6-Schaltung umfassen. Allen Treiberschaltungen ist gemein, dass sie mit mehreren so genannten Inverterschaltungen aufgebaut sind. Insbesondere bei dem hier näher beschriebenen dreiphasigen Synchronmotor, dessen Spulenwicklungen in Sternschaltung miteinander verschaltet sind, entspricht die Treiberschaltung 3 einer B6-Schaltung mit drei Inverterschaltungen.The driver circuit 3 may include, depending on the number of phases, a half-bridge circuit, a 2H bridge circuit or a B6 circuit. All driver circuits have in common that they are constructed with several so-called inverter circuits. In particular, in the three-phase synchronous motor described in more detail here, whose coil windings are connected in star connection with each other, corresponds to the driver circuit 3 a B6 circuit with three inverter circuits.

Jede der Inverterschaltungen weist jeweils zwei zwischen einem hohen Versorgungspotential V_H und einem niedrigen Versorgungspotential V_L in Reihe geschaltete Halbleiterschalter auf. Die Halbleiterschalter sind in der Regel als Leistungstransistoren, Thyristoren oder dergleichen ausgebildet und weisen Steuereingänge auf, die durch eine Steuereinheit 4, die vorzugsweise als Mikrocontroller ausgebildet ist, angesteuert werden können. Die Ansteuerung der Halbleiterschalter 4 der Treiberschaltung 3 erfolgt bei einer Blockkommutierung in der Regel digital, d. h. die als Leistungstransistoren ausgebildeten Halbleiterschalter 3 werden als Schalter betrieben, also entweder vollständig geöffnet oder geschlossen, abhängig von dem angelegten Ansteuersignal. Bei einem weiteren Kommutierungsverfahren, wie z. B. der Sinuskommutierung kann auch eine analoge Ansteuerung der als Leistungstransistoren ausgebildeten Halbleiterschalter vorgesehen sein.Each of the inverter circuits in each case has two semiconductor switches connected in series between a high supply potential V _H and a low supply potential V _L. The semiconductor switches are usually designed as power transistors, thyristors or the like and have control inputs, which by a control unit 4 , which is preferably designed as a microcontroller, can be controlled. The control of the semiconductor switch 4 the driver circuit 3 takes place in a block commutation in the rule digitally, ie, designed as power transistors semiconductor switch 3 are operated as switches, so either fully open or closed, depending on the applied drive signal. In another commutation method, such. B. the sinusoidal commutation can also be provided an analog control of the formed as power transistors semiconductor switch.

Als Kommutierungsarten kommen Blockkommutierung, Sinuskommutierung und Trapezkommutierung in Betracht, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Viele Kommutierungsarten können Austastlücken vorsehen, insbesondere zu geschätzten Zeitpunkten eines Nulldurchgangs einer in den Spulenwicklungen induzierten Spannung. Während dieser Austastlücken kann vorgesehen sein, dass über den Zeitpunkt des Nulldurchgangs der induzierten Spannung im stromlosen Phasenzweig die Rotorlage der elektrischen Maschine sensorlos geschätzt werden kann.As Kommutierungsarten come block commutation, sine commutation and trapezoidal commutation into consideration, which are known from the prior art. Many types of commutation may provide blanking intervals, particularly at estimated times of a zero crossing of a voltage induced in the coil windings. During these blanking intervals it can be provided that the rotor position of the electrical machine can be estimated without sensor over the time of the zero crossing of the induced voltage in the currentless phase branch.

Es ist nun vorgesehen, eine solche Austastlücke, die sich über einen Nulldurchgang der induzierten Spannung erstreckt, zu nutzen, um eine Temperaturmessung einer Temperatur im Inneren der elektrischen Maschine 2 durchzuführen. Bei der Temperaturmessung ist vorgesehen, einen Messstrom (Messgröße) in zwei der Spulenwicklungen (bei einer Sternschaltung) einzuprägen und die darüber abfallende Spannung als Detektionsspannung (Detektionsgröße) zu messen. Die Detektionsspannung kann dann als Maß der Temperatur der betreffenden Spulenwicklung und somit als Maß der Temperatur im Inneren der elektrischen Maschine herangezogen werden.It is now intended to use such a blanking interval, which extends over a zero crossing of the induced voltage, to a temperature measurement of a temperature in the interior of the electrical machine 2 perform. When measuring the temperature, it is intended to impress a measuring current (measured variable) in two of the coil windings (in the case of a star connection) and to measure the voltage dropping above it as the detection voltage (detection variable). The detection voltage can then be used as a measure of the temperature of the relevant coil winding and thus as a measure of the temperature in the interior of the electrical machine.

Die Austastlücke, während der die Messung durchgeführt wird, kann dieselbe Austastlücke sein, in der auch der Zeitpunkt des Nulldurchgangs der induzierten Spannung bestimmt wird; es ist jedoch vorteilhafter, wenn eine zusätzliche Austastlücke vorgesehen wird, die möglichst über dem Zeitpunkt eines erwarteten Nulldurchgangs der induzierten Spannung liegt.The blanking interval during which the measurement is carried out may be the same blanking interval in which the time of zero crossing of the induced voltage is determined; However, it is more advantageous if an additional blanking interval is provided, which is preferably above the time of an expected zero crossing of the induced voltage.

In 2 ist die Treiberschaltung 3 für eine dreiphasige elektrische Maschine ausführlicher dargestellt. Der konstante Messstrom, der während der Austastlücke in die Spulenwicklungen eingeprägt wird, wird mithilfe einer Stromspiegelschaltung erzeugt, wobei einer der Halbleiterschalter 11 einer der Inverterschaltungen 10 Teil der Stromspiegelschaltung ist und somit während der Austastlücke analog betrieben wird.In 2 is the driver circuit 3 for a three-phase electric machine shown in more detail. The constant measurement current impressed into the coil windings during the blanking interval is generated by means of a current mirror circuit, one of the semiconductor switches 11 one of the inverter circuits 10 Part of the current mirror circuit is thus operated analogously during the blanking interval.

Im Detail umfasst die Treiberschaltung 3 drei Inverterschaltungen 10, die jeweils eine Reihenschaltung von zwei Halbleiterschalter 11 aufweisen. Die Reihenschaltungen sind zwischen dem hohen Versorgungspotential V_H und dem niedrigen Versorgungspotential V_L angeschlossen, wobei zwischen den Halbleiterschalter 11 ein Phasenknoten K vorgesehen ist, der mit einem entsprechenden Phasenanschluss der elektrischen Maschine 2 verbunden ist.In detail includes the driver circuit 3 three inverter circuits 10 , each having a series connection of two semiconductor switches 11 exhibit. The series circuits are connected between the high supply potential V _H and the low supply potential V _L , wherein between the semiconductor switch 11 a phase node K is provided, which is connected to a corresponding phase connection of the electrical machine 2 connected is.

Ein Stromfluss durch die Treiberschaltung 3 und die dreiphasige elektrische Maschine 2 erfolgt bei einer Sternschaltung der drei Spulenwicklungen der elektrischen Maschine 2 immer gleichzeitig durch zwei der Spulenwicklungen, die sich zwischen zwei der Phasenknoten K von jeweils zwei der Inverterschaltungen 10 befinden.A current flow through the driver circuit 3 and the three-phase electric machine 2 occurs in a star connection of the three coil windings of the electric machine 2 always simultaneously by two of the coil windings extending between two of the phase nodes K of every two of the inverter circuits 10 are located.

Die als Leistungstransistoren ausgebildeten Halbleiterschalter 11 weisen Steueranschlüsse, in der Regel Gate-Anschlüsse, auf, die mit der Steuereinheit 4 verbunden sind. Der Steueranschluss einer der Halbleiterschalter 11 ist jedoch über einen Analogschalter 12 mit der Steuereinheit 4 verbunden, wobei der Schaltzustand des Analogschalters 12 ebenfalls von der Steuereinheit 4 vorgegeben werden kann.The semiconductor switches designed as power transistors 11 have control terminals, usually gate terminals, which are connected to the control unit 4 are connected. The control terminal of one of the semiconductor switches 11 is however via an analog switch 12 with the control unit 4 connected, wherein the switching state of the analog switch 12 also from the control unit 4 can be specified.

Der Analogschalter 12 ist ausgebildet, um in einem ersten Schaltzustand das Ansteuersignal, d. h. das Kommutierungssignal, das von der Steuereinheit 4 bereitgestellt wird, an den Steueranschluss des betreffenden Halbleiterschalters 11 anzulegen. In einem zweiten Schaltzustand wird über den Analogschalter 12 eine Stromspiegelschaltung hergestellt, über die eine analoge Stromspiegelspannung U_S an den Steueranschluss des betreffenden Halbleiterschalters 11 angelegt wird. Die Stromspiegelspannung U_S wird von einem Stromspiegeltransistor 13 bereitgestellt, dessen Source-Anschluss mit dem hohen Versorgungspotential V_H und dessen Drain-Anschluss mit dem niedrigen Versorgungspotential V_L verbunden ist. Der Gate-Anschluss des Stromspiegeltransistors 13 ist mit dem Source-Anschluss verbunden. Zur Einstellung (Reduzierung) der Stromspiegelspannung U_S, die bei einer Stromspiegelschaltung den Messstrom definiert, kann ein geeigneter Widerstand in Reihe zu dem Stromspiegeltransistor 13 geschaltet sein. The analog switch 12 is configured to in a first switching state, the drive signal, that is, the commutation signal from the control unit 4 is provided to the control terminal of the semiconductor switch in question 11 to apply. In a second switching state is via the analog switch 12 a current mirror circuit is produced, via which an analog current mirror voltage U _S to the control terminal of the respective semiconductor switch 11 is created. The current mirror voltage U _S is from a current mirror transistor 13 whose source terminal is connected to the high supply potential V _H and whose drain terminal is connected to the low supply potential V _L. The gate terminal of the current mirror transistor 13 is connected to the source connector. To set (reduce) the current mirror voltage U _S , which defines the measuring current in a current mirror circuit, a suitable resistor in series with the current mirror transistor 13 be switched.

Der Phasenknoten K der Inverterschaltung 10, in der sich der Halbleiterschalter 11 befindet, mit dem die Stromspiegelschaltung ausgebildet wird, ist mit einer Spannungsmesseinheit 14 verbunden, deren weiterer Anschluss mit dem niedrigen Versorgungspotential V_L verbunden ist. Durch die Spannungsmesseinheit 14 kann die über den Spulenwicklungen und dem weiteren geschlossenen Halbleiterschalter 11 abfallende Spannung ermittelt werden.The phase node K of the inverter circuit 10 in which is the semiconductor switch 11 is, with which the current mirror circuit is formed, is connected to a voltage measuring unit 14 connected, whose further terminal is connected to the low supply potential V _L. Through the voltage measuring unit 14 can the over the coil windings and the other closed semiconductor switch 11 declining voltage can be determined.

Zum Betreiben der Vorrichtung zur Messung der Temperatur im Inneren der elektrischen Maschine 2 kann die Steuereinheit 4 nun vorsehen, dass während einer Austastlücke der Analogschalter 12 in den zweiten Schaltzustand geschaltet wird, wobei die Stromspiegelspannung U_S an den Steueranschluss des als Leistungstransistor ausgebildeten Halbleiterschalters 11, mit dem der Stromspiegel ausgebildet wird, angelegt wird. Die Stromspiegelspannung U_S bestimmt den Strom, der durch den betreffenden Halbleiterschalter 11 fließt, und somit auch den Strom, der durch die zwei betreffenden Spulenwicklungen der elektrischen Maschine 2 fließt. Gleichzeitig steuert die Steuereinheit 4 einen weiteren der Halbleiterschalter 11 an, die sich in einem Pull-Down-Zweig befinden, d. h. die mit dem niedrigen Versorgungspotential V_L verbunden sind, um einen Strompfad für den Messstrom zwischen dem hohen und niedrigen Versorgungspotential V_H, V_L auszubilden.To operate the device for measuring the temperature inside the electric machine 2 can the control unit 4 now provide that during a blanking interval of the analog switch 12 is switched to the second switching state, wherein the current mirror voltage U _S to the control terminal of the semiconductor transistor designed as a power transistor 11 , with which the current mirror is formed, is applied. The current mirror voltage U _S determines the current passing through the relevant semiconductor switch 11 flows, and thus also the current passing through the two relevant coil windings of the electric machine 2 flows. At the same time the control unit controls 4 another of the semiconductor switches 11 which are in a pull-down branch, ie, which are connected to the low supply potential V _L to form a current path for the measuring current between the high and low supply potential V _H , V _L.

Weiterhin wird während der Austastlücke, während der die Stromspiegelspannung U_S an dem Steueranschluss des den Stromspiegel bildenden Leistungstransistors (Halbleiterschalter 11) angelegt ist, die Spannung mithilfe der Spannungsmesseinheit 14 gemessen. Die gemessene Detektionsspannung wird der Steuereinheit 4 zugeführt, die anhand der Detektionsspannung eine Temperatur im Inneren der elektrischen Maschine 2 ermitteln kann. Diese Ermittlung kann mithilfe einer geeigneten Funktion oder mithilfe einer Lookup-Tabelle erfolgen.Furthermore, during the blanking interval, during which the current mirror voltage U _S at the control terminal of the current mirror forming power transistor (semiconductor switch 11 ) is applied, the voltage using the voltage measuring unit 14 measured. The measured detection voltage becomes the control unit 4 supplied, the basis of the detection voltage, a temperature inside the electrical machine 2 can determine. This determination can be made using a suitable function or a lookup table.

Es kann eine Kalibrierung durchgeführt werden, bei der bei einer bekannten Motortemperatur oder bei mehreren bekannten Motortemperaturen die Detektionsspannungen für einen bestimmten vorgegebenen Messstrom ermittelt wenden können und daraus eine Zuordnungsfunktion oder Zuordnungstabelle von Detektionsspannungen zu Motortemperaturen eingelernt werden kann.A calibration can be carried out in which the detection voltages for a given predetermined measurement current can be determined at a known engine temperature or at several known engine temperatures, and from this an assignment function or assignment table can be taught-in from detection voltages to engine temperatures.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0284711 [0005]
DE 102007022213 A1 [0006]

Claims

Device for measuring a temperature of a coil winding in an electronically commutated electric machine ( 2 ), comprising: - a driver circuit ( 3 ) with a plurality of semiconductor switches ( 11 ), in particular power transistors, wherein the driver circuit ( 3 ) has a plurality of phase nodes (K) for providing phase voltages to the electrical machine; A current source for providing a constant measuring current, a voltage measuring unit ( 14 ) for measuring a detection voltage that depends on the voltage between two of the plurality of phase nodes (K); characterized in that at least one of the semiconductor switches ( 11 ) the driver circuit ( 3 ) is operable as part of the power source to provide the constant measurement current.

The device of claim 1, wherein the current source comprises a current mirror circuit having a current mirror transistor ( 13 ) to provide a constant current mirror voltage, wherein the constant current mirror voltage to one of the semiconductor switches ( 11 ) can be applied to the constant measuring current across the one semiconductor switch ( 11 ).

Device according to one of claims 1 to 2, wherein the driver circuit ( 3 ) a plurality of inverter circuits ( 10 ), which are respectively arranged between two supply potentials, wherein the inverter circuits ( 10 ) are so controllable that they create either a high or a low supply potential to the respective phase node (K).

Device according to one of claims 1 to 3, wherein the voltage measuring unit ( 14 ) is configured to measure the detection voltage between a phase node (K) and a supply potential.

Device according to one of claims 1 to 4, further comprising: - a switch ( 12 ) in order in a first switching state, all semiconductor switches ( 11 ) the driver circuit ( 3 ) according to a commutation scheme, so that the phase voltages are provided, and in a second switching state, at least one of the semiconductor switches ( 11 ) the driver circuit ( 3 ) as part of the power source to provide the constant measuring current.

Apparatus according to claim 5, wherein the at least one semiconductor switch ( 11 ) is connected to a first supply potential, wherein a control unit ( 3 ) is provided, when the switch ( 12 ) is in the second switching state, another semiconductor switch ( 11 ), which is connected to a second supply potential, to close a current path for the measuring current through the at least one semiconductor switch ( 11 ), which is part of the power source, and by the further semiconductor switch form.

Apparatus according to claim 6, wherein the control unit ( 4 ) is further adapted, the switch ( 12 ) to put into the second switching state only during a period in which the induced voltage between the two of the plurality of phase nodes (K) has a zero crossing.

Device according to one of claims 1 to 7, wherein an evaluation unit is provided to assign the detection voltage of an indication of a temperature of the coil winding.

System ( 1 ) with an apparatus according to one of claims 1 to 7 and an electrical machine ( 2 ), which can be controlled via the phase node (K).

Method for operating a device according to one of claims 1 to 7, wherein during a period in which the induced voltage between the two of the plurality of phase nodes (K) has a zero crossing, a current path for the measuring current through the at least one semiconductor switch ( 11 ), which is part of the power source, is formed.