DE102024201342A1

DE102024201342A1 - Method for controlling an electrical machine and drive unit

Info

Publication number: DE102024201342A1
Application number: DE102024201342.0A
Authority: DE
Inventors: Jochen Fassnacht; David GAENZLE; Maximilian Manderla
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-02-14
Filing date: 2024-02-14
Publication date: 2025-08-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Maschine (1) aufweisend einen Ständer (1d) mit einer Ständerwicklung und einen Läufer (1a). Im Verfahren wird ein elektrisches Lagewinkelsignal des Läufers (1a) und ein Schwingungssignal erfasst (S100) und eine mögliche mechanische Winkelposition des Läufers (1a) bestimmt (S110). Anschließend wird unter Verwendung des Schwingungssignals bestimmt (S120), ob die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers (1a) einer tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers (1a) entspricht, und, die möglichen mechanischen Winkelposition des Läufers (1a) unter Verwendung des elektrischen Lagewinkelsignals des Läufers (1a) korrigiert (S130), wenn bestimmt wird, dass die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers (1a) nicht der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers (1a) entspricht. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Recheneinheit (10), die zur Durchführung des Verfahrens ausgelegt ist und eine Antriebseinheit (100).The invention relates to a method for controlling an electrical machine (1) comprising a stator (1d) with a stator winding and a rotor (1a). In the method, an electrical position angle signal of the rotor (1a) and a vibration signal are detected (S100), and a possible mechanical angular position of the rotor (1a) is determined (S110). Subsequently, using the vibration signal, it is determined (S120) whether the possible mechanical angular position of the rotor (1a) corresponds to an actual mechanical angular position of the rotor (1a), and the possible mechanical angular position of the rotor (1a) is corrected (S130) using the electrical position angle signal of the rotor (1a) if it is determined that the possible mechanical angular position of the rotor (1a) does not correspond to the actual mechanical angular position of the rotor (1a). The invention further relates to a computing unit (10) designed to carry out the method and to a drive unit (100).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren Steuern einer elektrischen Maschine, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung und eine Antriebseinheit.The present invention relates to a method for controlling an electrical machine, as well as a computing unit and a computer program for carrying out the method and a drive unit.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Bei Drehfeldmaschinen, wie zum Beispiel Käfigläufer-Asynchronmaschinen (ASM) oder Permanentmagnet-Synchronmaschinen (PSM), wird zum Betrieb mit einer feldorientierten Regelung die genaue Winkellage des Läufermagnetfeldes benötigt. Zur Bestimmung dieser Lage können verschiedene Gebertypen eingesetzt werden. Durch die Verwendung hochauflösender optischer Geber kann der absolute Winkel sehr genau bestimmt werden. Die große Auflösung derartiger Geber ermöglicht selbst bei großer Polpaarzahl eine ausreichend gute Auflösung der Feldposition. Nachteilig bei derartigen Gebern ist, dass diese oftmals sehr teuer und auch sehr empfindlich sind.In rotating field machines, such as squirrel-cage asynchronous machines (SCMs) or permanent magnet synchronous machines (PCMs), the precise angular position of the rotor's magnetic field is required for operation with field-oriented control. Various types of encoders can be used to determine this position. Using high-resolution optical encoders, the absolute angle can be determined very precisely. The high resolution of such encoders enables a sufficiently good resolution of the field position even with a large number of pole pairs. The disadvantage of such encoders is that they are often very expensive and also very sensitive.

Bei Traktionsantrieben von elektrischen Fahrzeugen, werden herkömmlicherweise deutlich günstigere und robustere Geber, wie beispielsweise Resolver eingesetzt, die allerdings eine deutlich geringere Auflösung haben. Die Auflösung für die feldorientierte Regelung kann einfach und kostengünstig durch eine Erhöhung der Polpaarzahl des Resolvers erhöht werden, wodurch eine Rotorpositionsauflösung um den Faktor der Polpaarzahl erhöht wird. Allerdings ist der mechanische Lagewinkel bei elektrischen Maschinen mit einer Polpaarzahl größer als eins nicht mehr eindeutig dem gemessenen elektrischen Lagewinkel zuordenbar. Dies stört für eine klassische feldorientierte Regelung aber nicht, da die Maschine symmetrisch mit dem elektrischen Lagewinkel ist. Es gibt aber auch Anwendungen, für die der mechanische Lagewinkel entscheidend ist und die Verwendung des falschen mechanischen Lagewinkels aufgrund der Mehrdeutigkeit vermieden werden muss. Zu solchen Anwendungen gehören beispielsweise Positionierungsfunktionen, wie die Synchronisation von Kupplungen in Getrieben, dem synchronisierten Einrasten von Rotorsperren oder auch NVH-Dämpfungsalgorithmen (engl.: noise, vibration, and harshness, NVH) für angebaute Kompressoren oder Getriebe.In traction drives of electric vehicles, much cheaper and more robust sensors, such as resolvers, are conventionally used, although these have a significantly lower resolution. The resolution for field-oriented control can be easily and cost-effectively increased by increasing the number of pole pairs of the resolver, thereby increasing the rotor position resolution by a factor of the number of pole pairs. However, in electrical machines with a number of pole pairs greater than one, the mechanical position angle can no longer be clearly assigned to the measured electrical position angle. This does not affect classic field-oriented control, however, because the machine is symmetrical with the electrical position angle. However, there are also applications for which the mechanical position angle is crucial and the use of the incorrect mechanical position angle must be avoided due to the ambiguity. Such applications include, for example, positioning functions such as the synchronization of clutches in transmissions, the synchronized engagement of rotor locks, or NVH (noise, vibration, and harshness) damping algorithms for attached compressors or transmissions.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens und eine Antriebseinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for controlling an electrical machine, a computing unit and a computer program for implementing the method, and a drive unit with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine mit einem Ständer mit einer Ständerwicklung und einem Läufer, bei der der elektrische Lagewinkel des Läufers der elektrischen Maschine erfasst wird. Zum Erfassen des elektrischen Lagewinkels der elektrischen Maschine umfasst die elektrische Maschine insbesondere einen Lagegeber, der dazu eingerichtet ist, den elektrischen Lagewinkel zu erfassen und der eine Polpaarzahl größer eins aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Lagewinkel auch anhand von „Unsymmetrien“ des elektromagnetischen Feldes der elektrischen Maschine, beispielsweise anhand der Induktivitäten in d- und q-Richtung der elektrischen Maschine, geschätzt werden.The invention is based on an electrical machine having a stator with a stator winding and a rotor, in which the electrical position angle of the rotor of the electrical machine is detected. To detect the electrical position angle of the electrical machine, the electrical machine comprises, in particular, a position sensor configured to detect the electrical position angle and having a pole pair number greater than one. Alternatively or additionally, the electrical position angle can also be estimated based on "asymmetries" of the electromagnetic field of the electrical machine, for example, based on the inductances in the d- and q-direction of the electrical machine.

Beim Betrieb der elektrischen Maschine entstehen mechanische Schwingungen, die ebenso „Unsymmetrien“ aufweisen. Auf die Entstehung dieser Schwingungen bzw. Vibrationen soll hier kurz, und nur beispielhaft anhand eines Getriebes, eingegangen werden. Wenn zwei Zahnräder einer Getriebezahnradstufe ineinander kämmen, verändert sich die Zahnsteifigkeit positionsabhängig, d.h. vom ersten Eingreifen der Zähne ineinander bis zum Lösen des Eingriffs, wodurch es zu einer Schwingung der beiden Zahnräder gegeneinander kommt. Diese Schwingung wird wiederum über Achsen und Lager auf das Gehäuse des Getriebes übertragen und kann beispielsweise von einem Beschleunigungssensor, der an dem Getriebegehäuse oder einem Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet ist, gemessen werden. Die positionsabhängigen Schwingungen basierend auf dem Zahneingriff und treten auf, wenn sich die beiden Zahnräder drehen, da sie auf der winkelabhängigen Änderung der Drehsteifigkeit beruhen. Das eine Zahnrad des Getriebes ist dabei auf der Läuferwelle der elektrischen Maschine fixiert, womit die mechanische Position der Schwingung fest mit der mechanischen Position des Läufers, und somit auch der Lageerfassung des Läufers, korreliert ist. Die Frequenz der Schwingung zwischen den Zahnrädern ist die Frequenz des Zahneingriffs, d.h. sie entspricht der mechanischen Läuferdrehzahl multipliziert mit der Anzahl der Zähne des Zahnrades, das mit der Läuferwelle verbunden ist. Falls nun die Anzahl der Zähne dieses Zahnrades ungerade ist, was per Design erreicht werden kann, ist die mechanische Position, d.h. der mechanische Lagewinkel, in Relation zum elektrischen Lagewinkel immer eindeutig bestimmbar, da der elektrische Lagewinkel immer ein geradzahliges Vielfaches der mechanischen Winkelposition ist.During operation of the electrical machine, mechanical vibrations arise, which also exhibit "asymmetries." The origin of these vibrations will be briefly discussed here, using a gearbox as an example. When two gears in a gear stage mesh, the tooth stiffness changes depending on the position, i.e., from the initial engagement of the teeth until the disengagement, causing the two gears to oscillate against each other. This vibration is in turn transmitted via axles and bearings to the gearbox housing and can be measured, for example, by an acceleration sensor located on the gearbox housing or a housing of the electrical machine. The position-dependent vibrations are based on the tooth meshing and occur when the two gears rotate, as they are based on the angle-dependent change in torsional stiffness. One gear of the gearbox is fixed to the rotor shaft of the electrical machine, whereby the mechanical position of the vibration is firmly correlated with the mechanical position of the rotor, and thus also with the position detection of the rotor. The frequency of the oscillation between the gears is the meshing frequency, i.e., it corresponds to the mechanical rotor speed multiplied by the number of teeth on the gear connected to the rotor shaft. If the number of teeth on this gear is odd, which can be achieved by design, the mechanical position, i.e., the mechanical position angle, can always be uniquely determined in relation to the electrical position angle, since the electrical position angle is always an even multiple of the mechanical angular position.

Der Kern der Erfindung besteht darin, durch die Verwendung der mechanischen „Unsymmetrien“ in einem Schwingungssignal, die Mehrdeutigkeit des elektrischen Lagewinkels, der geschätzt oder von einem Lagegeber gemessen wird, beim Start des Systems aufzulösen. Generell zeigen sich bei als Traktionsantrieben verwendeten elektrischen Maschinen auftretende Vibrationen, z.B. aufgrund der Zahneingriffsfrequenz, an nahezu allen Messpunkten auf dem Getriebe oder der elektrischen Maschine.The essence of the invention is to use the mechanical “asymmetries” in a vibration signal to reduce the ambiguity of the The electrical position angle, which is estimated or measured by a position sensor, is to be resolved at system startup. In general, vibrations occurring in electric machines used as traction drives, e.g., due to the gear mesh frequency, are evident at almost all measuring points on the transmission or electric machine.

Durch das Verfahren wird ermöglicht, den mechanischen Lagewinkel in einfacher Weise korrekt zu bestimmen.The method makes it possible to easily and correctly determine the mechanical position angle.

Dadurch, dass die Anzahl der möglichen mechanischen Lagewinkel für einen gegebenen elektrischen Lagewinkel der Polpaarzahl entspricht, ist der abzusuchende Lösungsraum wertediskret und klein, sodass der mechanischen Lagewinkel robust und mit wenig Rechenaufwand bestimmt werden kann.Because the number of possible mechanical position angles for a given electrical position angle corresponds to the number of pole pairs, the solution space to be searched is discrete and small, so that the mechanical position angle can be determined robustly and with little computational effort.

Weiterhin kann, wenn Zahneingriffsgeräusche eines Getriebes als mechanische Anomalie, die durch den Beschleunigungssensor gemessen werden, verwendet werden, der mechanische Lagewinkel mit einer geringen Fehlerquote bestimmt werden, da das Signal bei jedem Getriebe bei passender Drehzahl deutlich vorhanden ist.Furthermore, if gear meshing noise of a gear is used as a mechanical anomaly measured by the acceleration sensor, the mechanical attitude angle can be determined with a low error rate because the signal is clearly present in each gear at a suitable speed.

Durch das exakte Bestimmen des mechanischen Lagewinkels wird der Einsatz von Getriebe-NVH-Dämpfungsverfahren ermöglicht, wodurch z.B. der Komfort von Fahrzeuginsassen gesteigert wird, wenn die elektrische Maschine als Antrieb in einem Fahrzeug verwendet wird.By precisely determining the mechanical attitude angle, the use of transmission NVH damping techniques is enabled, which, for example, increases the comfort of vehicle occupants when the electric motor is used as a drive in a vehicle.

Weiterhin wird die Synchronisation von getriebeintegrierten (Klauen-)Kupplungen z.B. für Abkoppeleinheiten oder Gangschaltstufen, ermöglicht.Furthermore, the synchronization of transmission-integrated (claw) clutches, e.g. for decoupling units or gearshift stages, is enabled.

Das Verfahren wird dabei vorteilhafterweise bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl größer null durchgeführt. Im Wesentlichen konstant soll dabei bedeuten, dass die Drehzahl im Rahmen von gewissen unvermeidlichen Schwankungen, z.B. um einige wenige Prozent, schwanken kann. Möglich ist auch bei Betrieb mit einer konstanten Beschleunigung, da die konstante Beschleunigung und die dadurch hervorgerufene Änderung des Schwingungssignals mit geringem Rechenaufwand aus dem Schwingungssignal herausgerechnet werden kann. Weiterhin kann durch den Betrieb mit einer Drehzahl größer null sichergestellt werden, dass Schwingungen entstehen und daher ein Schwingungssignal gemessen werden kann.The method is advantageously carried out at an essentially constant speed greater than zero. Essentially constant means that the speed can fluctuate within certain unavoidable fluctuations, e.g., by a few percent. It is also possible to operate at a constant acceleration, since the constant acceleration and the resulting change in the vibration signal can be calculated from the vibration signal with minimal computational effort. Furthermore, operating at a speed greater than zero ensures that vibrations are generated, and therefore a vibration signal can be measured.

Im Einzelnen werden ein elektrisches Lagewinkelsignal des Läufers und ein Schwingungssignal erfasst. Darauffolgend wird eine mögliche mechanische Winkelposition des Läufers unter Verwendung des elektrischen Lagewinkelsignals bestimmt. Wie erläutert, kommen hier nur wenige diskrete Werte in Frage. Anschließend wird unter Verwendung des Schwingungssignals bestimmt, ob die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers entspricht. Wenn bestimmt wird, dass die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers nicht der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers entspricht, wird die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers unter Verwendung des elektrischen Lagewinkelsignals des Läufers korrigiert.Specifically, an electrical position angle signal of the rotor and a vibration signal are acquired. Subsequently, a possible mechanical angular position of the rotor is determined using the electrical position angle signal. As explained, only a few discrete values are possible here. Subsequently, the vibration signal is used to determine whether the possible mechanical angular position of the rotor corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor. If it is determined that the possible mechanical angular position of the rotor does not correspond to the actual mechanical angular position of the rotor, the possible mechanical angular position of the rotor is corrected using the electrical position angle signal of the rotor.

Wenn es mehr als zwei diskrete Werte für die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers gibt, wird anschließend das Verfahren zweckmäßigerweise ein weiteres Mal durchgeführt, um zu bestimmen, ob der korrigierte mechanische Lagewinkel der tatsächlichen mechanischen Lage des Läufers der elektrischen Maschine entspricht.If there are more than two discrete values for the possible mechanical angular position of the rotor, the method is then expediently carried out a second time to determine whether the corrected mechanical position angle corresponds to the actual mechanical position of the rotor of the electrical machine.

Dadurch können die zuvor genannten Vorteile mit geringem Rechenaufwand erreicht werden.This allows the aforementioned advantages to be achieved with little computational effort.

In einer Ausführungsform weist die elektrische Maschine weiterhin einen Lagegeber, insbesondere einen Resolver, auf, der dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Lagewinkel der elektrischen Maschine zu erfassen und das elektrische Lagewinkelsignal zu erzeugen. Dabei ist eine Polpaarzahl des Lagegebers größer als eins und entspricht insbesondere einer Polpaarzahl des Läufers.In one embodiment, the electric machine further comprises a position sensor, in particular a resolver, which is configured to detect an electrical position angle of the electric machine and generate the electrical position angle signal. A pole pair number of the position sensor is greater than one and corresponds in particular to a pole pair number of the rotor.

Für das Verfahren können vorteilhafterweise günstige Lagegeber verwendet werden, wobei mittels der Erfindung dennoch zuverlässig der absolute und korrekte mechanischen Lagewinkel ermittelt werden kann.For the method, advantageous position sensors can be used, whereby the absolute and correct mechanical position angle can still be reliably determined by means of the invention.

In einer Ausführungsform, in der insbesondere kein Lagegeber benötigt wird, wird der elektrische Lagewinkel in Abhängigkeit von Unsymmetrien des elektrischen Felds der elektrischen Maschine geschätzt. Beispielsweise kann der elektrische Lagewinkel aufgrund von Unsymmetrien der Induktivitäten in d- und q-Richtung geschätzt werden. Beispielsweise können bei niedriger Drehzahl des Läufers der elektrischen Maschine der am Ständer angelegten Spannung Testpulse aufgeprägt werden und anhand der Reaktion des Ständerstroms auf den elektrischen Lagewinkel des Läufers geschlossen werden. Da die Induktivitäten bzw. die Sättigung in d- und q-Richtung unterschiedlich sind, ergeben sich je nach Richtung unterschiedliche Stromanstiegsgeschwindigkeiten bzw. Stromendwerte bei einem auf die Spannung aufgeprägten Testpuls. Alternativ kann bei hoher Drehzahl der Winkel der Gegenspannung basierend auf einer Messung oder Schätzung der Gegenspannung ermittelt werden.In one embodiment, in which in particular no position sensor is required, the electrical position angle is estimated depending on asymmetries of the electric field of the electrical machine. For example, the electrical position angle can be estimated based on asymmetries of the inductances in the d- and q-direction. For example, at low speed of the rotor of the electrical machine, test pulses can be impressed on the voltage applied to the stator, and the electrical position angle of the rotor can be determined based on the reaction of the stator current. Since the inductances or the saturation are different in the d- and q-direction, different current rise rates or final current values result depending on the direction when a test pulse is impressed on the voltage. Alternatively, at high speed, the angle of the Backlash can be determined based on a measurement or estimate of the backlash.

Dadurch kann der mechanische Lagewinkel auch zuverlässig und korrekt ermittelt werden, wenn der elektrische Lagewinkel der elektrischen Maschine, bei bekannter Polpaarzahl der elektrischen Maschine, sensorlos erfasst wird, wodurch das Verfahren besonders kostengünstig implementiert werden kann.This means that the mechanical position angle can also be determined reliably and correctly if the electrical position angle of the electrical machine is measured without sensors when the number of pole pairs of the electrical machine is known, which means that the method can be implemented particularly cost-effectively.

In einer Ausführungsform wird das Schwingungssignal durch einen Beschleunigungssensor gemessen, der an der elektrischen Maschine oder an einem mit der elektrischen Maschine verbundenen Bauteil, beispielsweise einem Getriebe oder einem Stromrichter (Inverter), angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, Schwingungen der elektrischen Maschine oder des mit der elektrischen Maschine verbundenen Bauteils zu messen. Bei dem Beschleunigungssensor handelt es sich insbesondere um einen MEMS-Sensor.In one embodiment, the vibration signal is measured by an acceleration sensor arranged on the electric machine or on a component connected to the electric machine, for example, a transmission or an inverter, and configured to measure vibrations of the electric machine or the component connected to the electric machine. The acceleration sensor is, in particular, a MEMS sensor.

Wenn ein Beschleunigungssensor bereits für andere Anwendungen verbaut ist, können durch dessen Verwendung zur Bestimmung der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers Kosten für weitere Bauteile gespart werden und das Verfahren auch auf bereits vorhandene elektrische Maschinen übertragen werden.If an acceleration sensor is already installed for other applications, using it to determine the actual mechanical angular position of the rotor can save costs for additional components and also allow the method to be transferred to existing electrical machines.

Weiterhin handelt es sich bei MEMS-Sensoren um kostengünstige Sensoren zum Bestimmen von Vibrationen von Bauteilen, sodass die tatsächliche mechanische Winkelposition des Rotors in kostengünstiger Weise zuverlässig und korrekt ermittelt werden kann.Furthermore, MEMS sensors are cost-effective sensors for determining vibrations of components, so that the actual mechanical angular position of the rotor can be determined reliably and accurately in a cost-effective manner.

In einer Ausführungsform wird die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers in Abhängigkeit von einer Referenzposition in dem elektrischen Lagewinkelsignal oder von einer gespeicherten mechanischen Winkelposition bestimmt. Die Referenzposition kann beispielsweise ein Nulldurchgang des elektrischen Lagewinkelsignals sein. Die mögliche mechanische Winkelposition kann dabei der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers entsprechen, oder um eine oder mehrere Periodenlängen des elektrischen Lagewinkelsignals zur tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers verschoben sein. Die gespeicherte mechanische Winkelposition kann insbesondere in einem Speicher einer Recheneinheit, die das Verfahren durchführt, gespeichert sein. Bei der gespeicherten mechanischen Winkelposition handelt es sich beispielsweise um eine bei einer vorherigen Durchführung des Verfahrens bestimmten und anschließend im Speicher abgelegte tatsächliche mechanische Winkelposition, beispielsweise der Winkelposition beim Abstellen bzw. Anhalten der elektrischen Maschine. Die gespeicherte mechanische Winkelposition stimmt herkömmlicherweise mit der tatsächlichen mechanischen Winkelposition überein, es sei denn, die elektrische Maschine wurde, während die Maschinensteuerung bzw. Lageerfassung nicht in Betrieb war, von extern bewegt, beispielsweise weil das elektrische Fahrzeug, in dem die elektrische Maschine verbaut ist, abgeschleppt oder verschoben wurde.In one embodiment, the possible mechanical angular position of the rotor is determined as a function of a reference position in the electrical position angle signal or a stored mechanical angular position. The reference position can, for example, be a zero crossing of the electrical position angle signal. The possible mechanical angular position can correspond to the actual mechanical angular position of the rotor or be shifted by one or more period lengths of the electrical position angle signal relative to the actual mechanical angular position of the rotor. The stored mechanical angular position can, in particular, be stored in a memory of a computing unit that carries out the method. The stored mechanical angular position is, for example, an actual mechanical angular position determined during a previous execution of the method and subsequently stored in the memory, for example, the angular position when the electric machine is switched off or stopped. The stored mechanical angular position conventionally corresponds to the actual mechanical angular position, unless the electric machine was moved externally while the machine control or position detection was not in operation, for example because the electric vehicle in which the electric machine is installed was towed or moved.

In einer Ausführungsform wird die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers durch Verschieben der möglichen mechanischen Winkelposition des Läufers um eine Periodenlänge des elektrischen Lagewinkelsignals korrigiert. Die mechanische Winkelposition des Läufers ist mit der Polpaarzahl des Läufers und des Lagegebers, falls ein solcher verwendet wird, direkt korreliert, und der elektrische Lagewinkel ist immer ein ganzzahliges Vielfaches der mechanischen Winkelposition. Die korrigierte mögliche mechanische Winkelposition des Läufers wird anschließend insbesondere gespeichert und zukünftig als die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers verwendet.In one embodiment, the possible mechanical angular position of the rotor is corrected by shifting the possible mechanical angular position of the rotor by one period of the electrical position angle signal. The mechanical angular position of the rotor is directly correlated with the number of pole pairs of the rotor and the position sensor, if one is used, and the electrical position angle is always an integer multiple of the mechanical angular position. The corrected possible mechanical angular position of the rotor is then stored and used in the future as the possible mechanical angular position of the rotor.

Dadurch kann die tatsächliche mechanische Winkelposition des Läufers in einfacher Weise bestimmt werden.This makes it easy to determine the actual mechanical angular position of the rotor.

In einer Ausführungsform umfasst das Bestimmen, ob die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers entspricht, ein Bestimmen einer Phasenverschiebung zwischen dem Schwingungssignal und der möglichen mechanischen Winkelposition des Läufers. Dazu kann das Schwingungssignal insbesondere unter Verwendung einer anhand des elektrischen Lagewinkelsignals geschätzten Geräuschfrequenz bzw. Zahneingriffsfrequenz einer (schnellen) Fourier-Transformation unterzogen werden, um eine Grundschwingung zu ermitteln. Die Phasenverschiebung zwischen dem Schwingungssignal und der möglichen mechanischen Winkelposition entspricht, wenn die mögliche mechanische Winkelposition der tatsächlichen mechanischen Winkelposition entspricht, einem vorgegebenen bzw. vorbestimmten Wert. Dies soll kurz anhand des Beispiels eines Getriebes mit einer Zahnradstufe erläutert werden. Die Schwingungen der Zahnräder zueinander hängen von der Lage der Zähne der beiden beteiligten Zahnräder zueinander ab. Bei konstanter Drehzahl der elektrischen Maschine ist die Phasenverschiebung zwischen der tatsächlichen mechanischen Winkelposition und dem Schwingungssignal bekannt, da die Phasenverschiebung nur vom mechanischen Aufbau abhängt und für eine formschlüssige Verbindung zwischen Läufer, Lagegeber und Zahnrad konstant ist. Der Wert der Phasenverschiebung kann daher einmal für die Konstruktion ermittelt und dann für alle gleichen Achsen verwendet werden. Anschließend wird bestimmt, dass die mögliche mechanische Winkelposition der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers entspricht, wenn die bestimmten Phasenverschiebung dem vorgegebenen Wert entspricht, und dass die mögliche mechanische Winkelposition nicht der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers entspricht, wenn die bestimmten Phasenverschiebung nicht dem vorgegebenen Wert entspricht. Dabei muss die Phasenverschiebung nicht zwingend exakt den Wert annehmen, sondern kann auch Werte in einem Bereich, der wenige Prozent um den Wert liegt, entsprechen. Dadurch können beispielsweise Alterungsprozesse der mechanischen Bauteile berücksichtigt werden.In one embodiment, determining whether the possible mechanical angular position of the rotor corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor comprises determining a phase shift between the vibration signal and the possible mechanical angular position of the rotor. For this purpose, the vibration signal can be subjected to a (fast) Fourier transformation, in particular using a noise frequency or tooth meshing frequency estimated from the electrical position angle signal, in order to determine a fundamental vibration. If the possible mechanical angular position corresponds to the actual mechanical angular position, the phase shift between the vibration signal and the possible mechanical angular position corresponds to a predefined or predetermined value. This will be briefly explained using the example of a transmission with a gear stage. The vibrations of the gears relative to one another depend on the relative position of the teeth of the two gears involved. At a constant speed of the electric machine, the phase shift between the actual mechanical angular position and the vibration signal is known, since the phase shift depends only on the mechanical structure and is constant for a positive connection between the rotor, position sensor, and gear. The value of the phase shift can therefore be determined once for the construction and then the same for all chen axes are used. It is then determined that the possible mechanical angular position corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor if the determined phase shift corresponds to the specified value, and that the possible mechanical angular position does not correspond to the actual mechanical angular position of the rotor if the determined phase shift does not correspond to the specified value. The phase shift does not necessarily have to assume the exact value, but can also correspond to values within a range of a few percent around the value. This allows, for example, aging processes of the mechanical components to be taken into account.

Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen der Phasenverschiebung zwischen dem Schwingungssignal und der möglichen mechanischen Winkelposition des Läufers umfassen, die Phasenverschiebung im Zeitbereich zu messen.Alternatively or additionally, determining the phase shift between the vibration signal and the possible mechanical angular position of the rotor may comprise measuring the phase shift in the time domain.

Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen der Phasenverschiebung zwischen dem Schwingungssignal und der möglichen mechanischen Winkelposition des Läufers umfassen, die Phasenverschiebung über eine Phasenregelschleife (engl.: Phase-Locked-Loop, PLL) einzuregeln und dadurch zu bestimmen. Alternatively or additionally, determining the phase shift between the vibration signal and the possible mechanical angular position of the rotor may include adjusting and thereby determining the phase shift via a phase-locked loop (PLL).

Durch jede dieser Vorgehensweisen kann die tatsächliche mechanische Winkelposition des Läufers in einfacher Weise und mit geringem Rechenaufwand bestimmt werden.Using each of these approaches, the actual mechanical angular position of the rotor can be determined in a simple manner and with little computational effort.

In einer Ausführungsform umfasst die elektrische Maschine weiterhin eine Oberwellenregelung. Die Oberwellenregelung ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem Schwingungssignal und der möglichen mechanischen Winkelposition des Läufers ein Dämpfungssignal zu bestimmen, mit dem die Schwingungen reduziert bzw. gedämpft werden können. Das bestimmte Dämpfungssignal kann anschließend durch eine Steuerung des Inverters dem dem Ständer zugeführten Strom aufgeprägt werden. Für weitere Details in Bezug auf die Umsetzung und Durchführung einer Oberwellenregelung wird beispielhaft aufIn one embodiment, the electric machine further comprises harmonic control. The harmonic control is configured to determine a damping signal, depending on the vibration signal and the possible mechanical angular position of the rotor, with which the vibrations can be reduced or damped. The determined damping signal can then be applied to the current supplied to the stator by controlling the inverter. For further details regarding the implementation and execution of harmonic control, see, for example,

DE 10 2023 207 191 oder DE 10 2023 207 178 verwiesen. Das Bestimmen, ob die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers entspricht, umfasst dabei ein Bestimmen, durch die Oberwellenregelung, eines Dämpfungssignals zur Dämpfung des Schwingungssignals und ein Steuern der elektrischen Maschine unter Verwendung des Dämpfungssignals. Anschließend wird ein zweites Schwingungssignal erfasst und das Schwingungssignal, das vor der Dämpfung erfasst wurde, mit dem zweiten Schwingungssignal verglichen. Dazu wird insbesondere eine Geräuschfrequenz unter Verwendung des elektrischen Lagewinkels geschätzt, eine schnelle Fouriertransformation des Schwingungssignals und des zweiten Schwingungssignals unter Verwendung der Geräuschfrequenz durchgeführt und eine Amplitude des Schwingungssignals mit einer Amplitude des zweiten Schwingungssignals verglichen. Entspricht die mögliche mechanische Winkelposition der tatsächlichen mechanischen Winkelposition, wird durch die Oberwellenregelung ein Dämpfungssignal bestimmt und durch den Inverter eingeregelt, d.h. die elektrische Maschine unter Verwendung des Dämpfungssignals gesteuert, das die Schwingungen tatsächlich dämpft, wodurch die Amplitude des Schwingungssignals sinkt. Entspricht die mögliche mechanische Winkelposition der tatsächlichen mechanischen Winkelposition hingegen nicht, wird durch die Oberwellenregelung dennoch ein Dämpfungssignal bestimmt und durch den Inverter eingeregelt. Allerdings wird die Schwingung durch dieses Dämpfungssignal nicht gedämpft und kann sogar verstärkt werden, d.h. die Amplitude des Schwingungssignals bleibt unverändert bzw. steigt. Daher kann bestimmt werden, dass die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers entspricht, wenn das zweite Schwingungssignal eine im Vergleich zum Schwingungssignal bedämpfte Schwingung ergibt, oder dass die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers nicht entspricht, wenn das zweite Schwingungssignal keine im Vergleich zum Schwingungssignal bedämpfte Schwingung ergibt. DE 10 2023 207 191 or DE 10 2023 207 178 Determining whether the possible mechanical angular position of the rotor corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor comprises determining, by means of the harmonic control, a damping signal for damping the vibration signal and controlling the electrical machine using the damping signal. Subsequently, a second vibration signal is detected, and the vibration signal detected before damping is compared with the second vibration signal. For this purpose, in particular, a noise frequency is estimated using the electrical position angle, a fast Fourier transform of the vibration signal and the second vibration signal is performed using the noise frequency, and an amplitude of the vibration signal is compared with an amplitude of the second vibration signal. If the possible mechanical angular position corresponds to the actual mechanical angular position, a damping signal is determined by the harmonic control and regulated by the inverter, i.e. the electrical machine is controlled using the damping signal, which actually dampens the vibrations, whereby the amplitude of the vibration signal decreases. If, however, the possible mechanical angular position does not correspond to the actual mechanical angular position, a damping signal is still determined by the harmonic control and adjusted by the inverter. However, the oscillation is not damped by this damping signal and can even be amplified, i.e. the amplitude of the oscillation signal remains unchanged or increases. Therefore, it can be determined that the possible mechanical angular position of the rotor corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor if the second oscillation signal results in an oscillation that is damped compared to the oscillation signal, or that the possible mechanical angular position of the rotor does not correspond to the actual mechanical angular position of the rotor if the second oscillation signal does not result in an oscillation that is damped compared to the oscillation signal.

In Ausgestaltungen der Erfindung wird bestimmt, dass das zweite Schwingungssignal eine im Vergleich zum Schwingungssignal bedämpfte Schwingung ergibt, wenn für die Geräuschfrequenz eine Amplitude des zweiten Schwingungssignals kleiner als eine Amplitude des Schwingungssignals ist, und bestimmt, dass das zweite Schwingungssignal keine im Vergleich zum Schwingungssignal bedämpfte Schwingung ergibt, wenn für die Geräuschfrequenz die Amplitude des zweiten Schwingungssignals größer als oder gleich wie die Amplitude des Schwingungssignals ist.In embodiments of the invention, it is determined that the second vibration signal results in a vibration that is damped compared to the vibration signal if, for the noise frequency, an amplitude of the second vibration signal is smaller than an amplitude of the vibration signal, and it is determined that the second vibration signal does not result in a vibration that is damped compared to the vibration signal if, for the noise frequency, the amplitude of the second vibration signal is greater than or equal to the amplitude of the vibration signal.

Durch Verwenden der Oberwellenregelung und des Dämpfungssignals kann der mechanische Lagewinkel in einfacher Weise korrekt und zuverlässig bestimmt werden.By using the harmonic control and the damping signal, the mechanical position angle can be determined easily, correctly and reliably.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines elektrischen Fahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of an electric vehicle, is configured, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN-Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is also advantageous, since this entails particularly low costs, in particular if an executing control unit is also used for other tasks and is therefore already present. Finally, a machine-readable storage medium is provided with a computer program stored thereon, as described above. Suitable storage media or data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard disks, flash memories, EEPROMs, DVDs, and others. Downloading a program via computer networks (Internet, intranet, etc.) is also possible. Such a download can be wired or cable-based or wireless (e.g. via a WLAN network, a 3G, 4G, 5G or 6G connection, etc.).

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinheit aufweisend eine elektrische Maschine mit einem Ständer mit einer Ständerwicklung und einem Läufer, einem Beschleunigungssensor, der dazu eingerichtet ist, Schwingungen der elektrischen Maschine oder eines mit der elektrischen Maschine verbunden Bauteils zu messen, einen Inverter, der dazu eingerichtet ist, den Ständer der elektrischen Maschine mit Strom zu versorgen und eine erfindungsgemäße Recheneinheit.The invention further relates to a drive unit comprising an electrical machine with a stator with a stator winding and a rotor, an acceleration sensor which is configured to measure vibrations of the electrical machine or of a component connected to the electrical machine, an inverter which is configured to supply the stator of the electrical machine with current and a computing unit according to the invention.

Durch eine solche Antriebseinheit kann ein höherer Komfort für die Fahrzeuginsassen im Betrieb der elektrischen Maschine erreicht werden, da Schallemissionen aufgrund der korrekt bestimmten mechanischen Lage des Läufers reduziert werden können.Such a drive unit can achieve greater comfort for the vehicle occupants during operation of the electric machine, since noise emissions can be reduced due to the correctly determined mechanical position of the rotor.

Weiterhin kann der Aufbau der Positionsmessung des Läufers der elektrischen Maschine durch die Fusion der Daten kostengünstiger Sensoren optimiert werden.Furthermore, the structure of the position measurement of the rotor of the electric machine can be optimized by merging the data from cost-effective sensors.

In einer Ausführungsform weist die Antriebseinheit weiterhin ein Getriebe mit einer Zahnradstufe umfassend zumindest zwei Zahnräder auf, wobei der Beschleunigungssensor am Getriebe angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Schwingungen des Getriebes zu messen. Das mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbundene Zahnrad weist insbesondere eine ungerade Zahnanzahl auf.In one embodiment, the drive unit further comprises a transmission with a gear stage comprising at least two gears, wherein the acceleration sensor is arranged on the transmission and is configured to measure the vibrations of the transmission. The gear connected to the rotor of the electric machine has, in particular, an odd number of teeth.

Dadurch kann in einfacher und kostengünstiger Weise ein Sensor für die korrekte Bestimmung der mechanischen Lage des Läufers und für die Geräuschreduktion des Getriebes verwendet werden, wodurch insbesondere Kosten reduziert werden können.This allows a sensor to be used in a simple and cost-effective manner to correctly determine the mechanical position of the rotor and to reduce the noise of the gearbox, which in particular can reduce costs.

In einer Ausführungsform weist die Antriebseinheit weiterhin einen Lagegeber auf, der dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Lagewinkel der elektrischen Maschine zu erfassen, wobei in Ausgestaltungen eine Polpaarzahl des Lagegebers größer als eins ist und insbesondere der Polpaarzahl des Läufers entspricht.In one embodiment, the drive unit further comprises a position sensor which is configured to detect an electrical position angle of the electrical machine, wherein in embodiments a number of pole pairs of the position sensor is greater than one and in particular corresponds to the number of pole pairs of the rotor.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

1 shows a drive unit according to an embodiment of the invention,
2a and 2b show stiffness curves of a toothing of gears with tooth pair stiffness, tooth stiffness and the average tooth stiffness,
3 shows the course of the electrical and mechanical position angle as well as a tooth mesh position and a damping signal when the mechanical position angle is determined correctly,
4 shows the course of the electrical and mechanical position angle as well as a tooth mesh position and a damping signal if the mechanical position angle is not determined correctly,
5 shows a flowchart of an embodiment of the method according to the invention, and
6 shows a flow chart of a further embodiment of the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Antriebseinheit 100 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Antriebseinheit 100 weist eine elektrische Maschine 1 mit einem Ständer 1d mit einer Ständerwicklung und einem Läufer 1a auf. Der Läufer 1a ist über einer Läuferwelle 1b mit einem ersten Zahnrad 5a einer Zahnradstufe eines Getriebes 5 verbunden. Die Zahnradstufe weist weiterhin ein zweites Zahnrad 5b auf, das mit dem ersten Zahnrad 5a kämmt und über eine Abtriebswelle 5c das von der elektrischen Maschine 1 erzeugte Drehmoment, beispielsweise an die Traktionsräder eines elektrischen Fahrzeugs, in dem die elektrische Maschine 1 verbaut ist, weitergibt. An der Läuferwelle 1b des Läufers 1a ist weiterhin ein Lagegeber 2 angeordnet, der dazu eingerichtet ist, den elektrischen Lagewinkel bzw. ein elektrisches Lagewinkelsignal des Läufers 1a zu erfassen. Das elektrische Lagewinkelsignal wird einer Recheneinheit 10 der Antriebseinheit 100 zugeführt. Am Gehäuse des Getriebes 5 ist weiterhin ein Beschleunigungssensor 3 der Antriebeinheit 100, der insbesondere ein MEMS-Sensor ist, angeordnet. Der Beschleunigungssensor 3 ist dazu eingerichtet, die Vibrationen bzw. Schwingungen des Getriebes 5 zu messen und das gemessene Schwingungssignal an die Recheneinheit 10 auszugeben. Der Ständer 1d der elektrischen Maschine 1 wird durch einen Inverter 6 der Antriebeinheit 100 mit Strom versorgt und gesteuert. 1 shows a drive unit 100 according to an embodiment of the invention. The drive unit 100 has an electric machine 1 with a stator 1d with a stator winding and a rotor 1a. The rotor 1a is connected via a rotor shaft 1b to a first gear 5a of a gear stage of a transmission 5. The gear stage further has a second gear 5b, which meshes with the first gear 5a and transmits the torque generated by the electric machine 1, for example, to the traction wheels of an electric vehicle in which the electric machine 1 is installed, via an output shaft 5c. On the rotor shaft 1b of the rotor 1a Furthermore, a position sensor 2 is arranged, which is configured to detect the electrical position angle or an electrical position angle signal of the rotor 1a. The electrical position angle signal is fed to a computing unit 10 of the drive unit 100. Furthermore, an acceleration sensor 3 of the drive unit 100, which is in particular a MEMS sensor, is arranged on the housing of the gear unit 5. The acceleration sensor 3 is configured to measure the vibrations or oscillations of the gear unit 5 and to output the measured oscillation signal to the computing unit 10. The stator 1d of the electric machine 1 is supplied with power and controlled by an inverter 6 of the drive unit 100.

2a und 2b zeigen Steifigkeitsverläufe einer Verzahnung von Zahnrädern mit Zahnpaarsteifigkeit c_z, Verzahnungssteifigkeit c_ze und der mittleren Verzahnungssteifigkeit c_zγ über dem Drehwinkel bzw. dem Drehweg, während sich die Zahnräder drehen. 2a and 2b show stiffness curves of a toothing of gears with tooth pair stiffness c _z , tooth stiffness c _ze and the average tooth stiffness c _zγ over the angle of rotation or the rotational path while the gears rotate.

2a zeigt den Steifigkeitsverlauf der Zahnfedersteifigkeit c_z und der Verzahnungssteifigkeit c_ze zweier Zahnräder 5a, 5b, die eine Geradverzahnung aufweisen, über dem Drehwinkel. Dabei ist zu erkennen, dass die Zahnfedersteifigkeit c_z während der Drehbewegung der Zahnräder 5a, 5b von der mittleren Verzahnungssteifigkeit c_zγ während des Kämmens der Zahnräder 5a, 5b in positive und negative Richtung abweicht, wobei die Abweichungen (schraffierte Fläche) in positive und negative Richtung unsymmetrisch sind. Die mit dem Drehwinkel variierende Zahnfedersteifigkeit c_z der Zahnräder 5a, 5b führt dazu, dass im Getriebe 5 Schwingungen entstehen, die auf das Getriebegehäuse übertragen werden und daher von einem Beschleunigungssensor 3 gemessen werden können. Die unsymmetrische Abweichung der Zahnfedersteifigkeit c_z von der mittleren Verzahnungssteifigkeit c_zγ ist auch im vom Beschleunigungssensor 3 gemessenen Schwingungssignal vorhanden, wodurch das Schwingungssignal direkt mit dem Umdrehungszustand der Zahnräder 5a, 5b und damit mit dem Umdrehungszustand des Läufers 1a korreliert werden kann. 2a shows the stiffness curve of the tooth spring stiffness c _z and the toothing stiffness c _ze of two gears 5a, 5b, which have spur teeth, over the angle of rotation. It can be seen that the tooth spring stiffness c _z deviates from the average toothing stiffness c _zγ during the rotary movement of the gears 5a, 5b in the positive and negative directions, with the deviations (shaded area) being asymmetrical in the positive and negative directions. The tooth spring stiffness c _{z of} the gears 5a, 5b, which varies with the angle of rotation, leads to vibrations occurring in the gearbox 5, which are transmitted to the gearbox housing and can therefore be measured by an acceleration sensor 3. The asymmetrical deviation of the tooth spring stiffness c _z from the average tooth stiffness c _zγ is also present in the vibration signal measured by the acceleration sensor 3, whereby the vibration signal can be directly correlated with the rotational state of the gears 5a, 5b and thus with the rotational state of the rotor 1a.

2b zeigt den Steifigkeitsverlauf der Zahnfedersteifigkeit c_z und der Verzahnungssteifigkeit c_ze zweier Zahnräder 5a, 5b, die eine Schrägverzahnung aufweisen, über dem Drehwinkel. Im Gegensatz zur Geradverzahnung ist die Abweichung (schraffierte Fläche) der Zahnfedersteifigkeit c_z von der mittleren Verzahnungssteifigkeit c_zγ geringer. Allerdings ist auch bei der Schrägverzahnung die Abweichung in positive und negative Richtung unsymmetrisch, sodass aus dem durch den Beschleunigungssensor 3 gemessenen Vibrations- bzw. Schwingungssignal auf den Umdrehungszustand der Zahnräder 5a, 5b und damit des Läufers 1a geschlossen werden kann. 2b shows the stiffness curve of the tooth spring stiffness c _z and the toothing stiffness c _ze of two gears 5a, 5b with helical gearing, plotted against the angle of rotation. In contrast to spur gearing, the deviation (hatched area) of the tooth spring stiffness c _z from the average toothing stiffness c _zγ is smaller. However, even with helical gearing, the deviation in the positive and negative directions is asymmetrical, so that the vibration or oscillation signal measured by the acceleration sensor 3 can be used to determine the rotational state of the gears 5a, 5b and thus of the rotor 1a.

3 zeigt den Verlauf 310 des elektrischen Lagewinkels, d.h. das elektrische Lagewinkelsignal (gestrichelte Linie, unterster Graph), und einer der zwei möglichen mechanischen Winkelpositionen (durchgezogene Linie 330, mittlerer Graph), bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl der elektrischen Maschine 1. 4 zeigt den Verlauf 310 des elektrischen Lagewinkels und der anderen der zwei möglichen mechanischen Winkelpositionen (durchgezogene Linie 350, mittlerer Graph), bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl der elektrischen Maschine 1. Der Lagegeber 2, der das elektrische Lagewinkelsignal misst, hat dabei eine Polpaarzahl von zwei. Dies ist daran zu erkennen, dass das elektrische Lagewinkelsignal zwei Umdrehung (zwei Durchläufe von 0° bis 360°) zeigt, während die mögliche mechanische Winkelposition eine Umdrehung (einen Durchlauf von 0° bis 360°) zeigt, d.h. der Läufer 1a der elektrischen Maschine 1 nur eine Umdrehung durchführt, während das elektrische Lagewinkelsignal zwei Umdrehungen misst. 3 shows the curve 310 of the electrical position angle, i.e. the electrical position angle signal (dashed line, bottom graph), and one of the two possible mechanical angular positions (solid line 330, middle graph), at an essentially constant speed of the electrical machine 1. 4 shows the curve 310 of the electrical position angle and the other of the two possible mechanical angular positions (solid line 350, middle graph), at an essentially constant speed of the electrical machine 1. The position sensor 2, which measures the electrical position angle signal, has a pole pair number of two. This can be seen from the fact that the electrical position angle signal shows two revolutions (two sweeps from 0° to 360°), while the possible mechanical angular position shows one revolution (one sweep from 0° to 360°), i.e. the rotor 1a of the electrical machine 1 only performs one revolution, while the electrical position angle signal measures two revolutions.

Weiterhin sind in den 3 und 4 zwei unterschiedliche Ausführungsformen zum Bestimmen der tatsächlichen mechanischen Winkelposition, d.h. welche von 330 oder 350 richtig ist, skizziert, wobei beide Methoden ein Schwingungssignal auswerten.Furthermore, in the 3 and 4 two different embodiments for determining the actual mechanical angular position, ie which of 330 or 350 is correct, are outlined, both methods evaluating a vibration signal.

Eine erste Methode bedient sind der Bestimmung eines Schwingungssignals 340 für die Zahneingriffsfrequenz, d.h. aus einem insgesamt gemessenen Schwingungssignal wird das Schwingungssignal 340 für die Zahneingriffsfrequenz (gepunktete Linie, oberer Graph) z.B. mittels FFT bestimmt. Dem Schwingungssignal 340 ist zu entnehmen, dass das Zahnrad 5a, das über die Läuferwelle 1b mit dem Läufer 1a der elektrischen Maschine 1 verbunden ist, beispielhaft drei Zähne aufweist, da im Verlauf einer Umdrehung des Läufers 1a (ein Durchlauf der möglichen mechanischen Winkelposition) drei Zahneingriffe (drei Durchläufe der Zahneingriffslage) stattfinden.A first method involves determining a vibration signal 340 for the tooth meshing frequency. This means that the vibration signal 340 for the tooth meshing frequency (dotted line, upper graph) is determined from a total measured vibration signal, e.g., using FFT. From the vibration signal 340, it can be seen that the gear 5a, which is connected to the rotor 1a of the electric machine 1 via the rotor shaft 1b, has, for example, three teeth, since three tooth meshes (three cycles of the tooth meshing position) occur during one revolution of the rotor 1a (one cycle through the possible mechanical angular position).

Anschließend wird eine Phasenverschiebung zwischen dem Schwingungssignal 340 und der möglichen mechanischen Winkelposition 330 bzw. 350 des Läufers 1a bestimmt. Im Beispiel von 3 ergibt sich eine Phasenverschiebung von (etwa) null, im Beispiel von 4 von ungleich null. Die erwartete Phasenverschiebung für die tatsächliche Winkellage ist vorab bekannt, so dass die korrekte mögliche mechanische Winkelposition ausgewählt werden kann.Subsequently, a phase shift is determined between the vibration signal 340 and the possible mechanical angular position 330 or 350 of the rotor 1a. In the example of 3 results in a phase shift of (approximately) zero, in the example of 4 of non-zero. The expected phase shift for the actual angular position is known in advance, so the correct possible mechanical angular position can be selected.

Eine zweite Methode bedient sich einer Dämpfung des Schwingungssignals mittels eines Dämpfungssignals 320 (strich-punkt Linie, mittlerer Graph), welches mittels einer Oberwellenregelung bestimmt wird.A second method uses a damping of the vibration signal by means of a damping signal 320 (dash-dot line, middle Graph), which is determined by means of harmonic control.

Zum Bestimmen, ob die mögliche mechanische Winkelposition der tatsächlichen mechanischen Winkelposition entspricht, wird das Schwingungssignal erfasst. Anschließend wird das Dämpfungssignal bestimmt und durch die Steuerung des Inverters 6 auf den Strom der elektrischen Maschine 1 aufgeprägt. Darauffolgend wird ein zweites Schwingungssignal bestimmt, das anschließend mit dem zuvor erfassten Schwingungssignal verglichen wird. Entspricht die mögliche mechanische Winkelposition der tatsächlichen mechanischen Winkelposition nicht, kommt es nicht zu einer Dämpfung der Schwingungen bzw. Vibrationen der Zahnräder, sodass für die Zahneingriffsfrequenz bzw. Geräuschfrequenz die Amplitude des zweiten Schwingungssignals gleich oder größer als die Amplitude des zuvor erfassten Schwingungssignals ist. Entspricht hingegen die mögliche mechanische Winkelposition der tatsächlichen mechanischen Winkelposition, kommt es zu einer Dämpfung der Schwingungen bzw. Vibrationen der Zahnräder, sodass für die Zahneingriffsfrequenz bzw. Geräuschfrequenz die Amplitude des zweiten Schwingungssignals kleiner als die Amplitude des zuvor erfassten Schwingungssignals ist.To determine whether the possible mechanical angular position corresponds to the actual mechanical angular position, the vibration signal is recorded. The damping signal is then determined and impressed on the current of the electric machine 1 by the control of the inverter 6. A second vibration signal is then determined and compared with the previously recorded vibration signal. If the possible mechanical angular position does not correspond to the actual mechanical angular position, the oscillations or vibrations of the gears are not damped, so that for the tooth meshing frequency or noise frequency, the amplitude of the second vibration signal is equal to or greater than the amplitude of the previously recorded vibration signal. If, on the other hand, the possible mechanical angular position corresponds to the actual mechanical angular position, the oscillations or vibrations of the gears are damped, so that for the tooth meshing frequency or noise frequency, the amplitude of the second vibration signal is smaller than the amplitude of the previously recorded vibration signal.

5 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren kann vorteilhafterweise dann durchgeführt werden, wenn der Läufer 1a der elektrischen Maschine 1 mit einer konstanten Drehzahl größer null betrieben wird. 5 shows a flowchart of an embodiment of the method according to the invention. The method can advantageously be carried out when the rotor 1a of the electric machine 1 is operated at a constant speed greater than zero.

In Schritt S100 werden ein elektrisches Lagewinkelsignal des Läufers 1a und ein Schwingungssignal durch die Recheneinheit 10 erfasst. Das elektrische Lagewinkelsignal kann dabei aufgrund von Unsymmetrien im elektrischen Feld geschätzt werden (sensorlose Bestimmung) oder durch einen Lagegeber 2, dessen Polpaarzahl größer als eins ist, gemessen werden. Ein beispielhafter Verlauf des elektrischen Lagewinkelsignals 310 für einen als Lagegeber 2 verwendeten Resolver mit einer Polpaarzahl von zwei ist in den 3 und 4 gezeigt (gepunktete Linie). Das Schwingungssignal wird durch den Beschleunigungssensor 3, beispielsweise einen MEMS-Sensor, gemessen und an die Recheneinheit 10 ausgegeben.In step S100, an electrical position angle signal of the rotor 1a and a vibration signal are detected by the computing unit 10. The electrical position angle signal can be estimated based on asymmetries in the electric field (sensorless determination) or measured by a position sensor 2 whose number of pole pairs is greater than one. An exemplary curve of the electrical position angle signal 310 for a resolver used as position sensor 2 with a number of pole pairs of two is shown in the 3 and 4 shown (dotted line). The vibration signal is measured by the acceleration sensor 3, for example a MEMS sensor, and output to the computing unit 10.

In Schritt S110 wird die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers 1a bestimmt, beispielsweise in Abhängigkeit von einer im Speicher der Recheneinheit 10 hinterlegten mechanischen Winkelposition oder in Abhängigkeit von einer Referenzposition, beispielsweise eines Nulldurchgangs des elektrischen Lagewinkelsignals.In step S110, the possible mechanical angular position of the rotor 1a is determined, for example as a function of a mechanical angular position stored in the memory of the computing unit 10 or as a function of a reference position, for example a zero crossing of the electrical position angle signal.

In Schritt S120 wird unter Verwendung des Schwingungssignals bestimmt, ob die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers 1a der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers 1a entspricht.In step S120, it is determined using the vibration signal whether the possible mechanical angular position of the rotor 1a corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor 1a.

Dazu wird in Schritt S121a eine Phasenverschiebung zwischen dem Schwingungssignal und der möglichen mechanischen Winkelposition des Läufers 1a bestimmt. Zur Bestimmung der Phasenverschiebung kann das Schwingungssignal insbesondere einer (schnellen) Fourier-Transformation unterzogen werden, wobei als Frequenz für die Fouriertransformation eine anhand des elektrischen Lagewinkelsignals geschätzte Geräuschfrequenz bzw. Zahneingriffsfrequenz verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Phasenverschiebung auch im Zeitbereich gemessen oder über eine PLL eingeregelt und dadurch bestimmt werden, und dann mit dem vorgegebenen Wert verglichen werden.For this purpose, a phase shift between the vibration signal and the possible mechanical angular position of the rotor 1a is determined in step S121a. To determine the phase shift, the vibration signal can, in particular, be subjected to a (fast) Fourier transformation, with a noise frequency or tooth meshing frequency estimated from the electrical position angle signal being used as the frequency for the Fourier transformation. Alternatively or additionally, the phase shift can also be measured in the time domain or adjusted via a PLL and thus determined, and then compared with the specified value.

Anschließend wird in Schritt S122a bestimmt, dass die mögliche mechanische Winkelposition einer tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers 1a entspricht, wenn die bestimmte Phasenverschiebung einem vorgegebenen Wert entspricht, oder in Schritt S123a bestimmt, dass die mögliche mechanische Winkelposition der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers 1a nicht entspricht, wenn die bestimmte Phasenverschiebung dem vorgegeben Wert nicht entspricht.Subsequently, in step S122a, it is determined that the possible mechanical angular position corresponds to an actual mechanical angular position of the rotor 1a if the determined phase shift corresponds to a predetermined value, or in step S123a, it is determined that the possible mechanical angular position does not correspond to the actual mechanical angular position of the rotor 1a if the determined phase shift does not correspond to the predetermined value.

Anschließend wird in Schritt S130 die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers 1a korrigiert, wenn in Schritt S123a bestimmt wird, dass die mögliche mechanische Winkelposition der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers 1a nicht entspricht.Subsequently, in step S130, the possible mechanical angular position of the rotor 1a is corrected if it is determined in step S123a that the possible mechanical angular position does not correspond to the actual mechanical angular position of the rotor 1a.

Dazu wird die mögliche mechanische Winkelposition in Schritt S131 um eine Periodenlänge des elektrischen Lagewinkelsignals verschoben. Da, wie zuvor bereits beschrieben, die Frequenz des elektrischen Lagewinkelsignals ein Vielfaches der Frequenz des mechanischen Lagewinkels ist, kann die tatsächliche mechanische Winkelposition nach einer Zahl von Iterationen ermittelt werden. Die Höchstzahl der Iterationen entspricht dabei der Zahl der Polpaare des Lagegebers 2.To do this, the possible mechanical angular position is shifted by one period of the electrical position angle signal in step S131. Since, as previously described, the frequency of the electrical position angle signal is a multiple of the frequency of the mechanical position angle, the actual mechanical angular position can be determined after a number of iterations. The maximum number of iterations corresponds to the number of pole pairs of position sensor 2.

6 zeigt ein Flussdiagramm einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur Durchführung des in 6 dargestellten Verfahrens weist die elektrische Maschine eine Oberwellenregelung auf. Die Oberwellenregelung kann beispielsweise Teil der Recheneinheit 10 sein. 6 shows a flow chart of another embodiment of the method according to the invention. To carry out the 6 In the method described, the electric machine has harmonic control. The harmonic control can, for example, be part of the computing unit 10.

Wie in dem in 5 dargestellten Verfahren werden in Schritt S100 ein elektrisches Lagewinkelsignal des Läufers 1a und ein Schwingungssignal durch die Recheneinheit 10 erfasst und in Schritt S110 die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers 1a bestimmt.As in the 5 In the method shown, an electrical position angle signal of the rotor 1a and a vibration signal are detected by the computing unit 10 in step S100 and the possible mechanical angular position of the rotor 1a is determined in step S110.

In Schritt S120 wird wiederum unter Verwendung des Schwingungssignals bestimmt, ob die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers 1a einer tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers 1a entspricht.In step S120, it is again determined using the vibration signal whether the possible mechanical angular position of the rotor 1a corresponds to an actual mechanical angular position of the rotor 1a.

Dazu wird in Schritt S121 b durch die Oberwellenregelung ein Dämpfungssignal 320 zur Dämpfung des Schwingungssignals bestimmt. Das Dämpfungssignal wird dabei in Abhängigkeit von dem Schwingungssignal und der möglichen mechanischen Winkelposition des Läufers bestimmt.For this purpose, in step S121b, the harmonic control determines a damping signal 320 to dampen the vibration signal. The damping signal is determined depending on the vibration signal and the possible mechanical angular position of the rotor.

In Schritt S122b wird die elektrische Maschine 1 unter Verwendung des Dämpfungssignals gesteuert. Dazu wird der Stator 1d vom Inverter 6 mit einem Strom versorgt, dem das Dämpfungssignal aufgeprägt ist. Dieses bewirkt ein entsprechendes Drehmomentsignal auf dem Läufer 1a.In step S122b, the electric machine 1 is controlled using the damping signal. For this purpose, the stator 1d is supplied with a current from the inverter 6, which is imprinted with the damping signal. This produces a corresponding torque signal on the rotor 1a.

Anschließend wird in Schritt S123b ein zweites Schwingungssignal erfasst. Wurde das Dämpfungssignal anhand der tatsächlichen mechanischen Winkelposition bestimmt, d.h. die mögliche mechanische Winkelposition entspricht der tatsächlichen mechanischen Winkelposition, werden die Schwingungen gedämpft. Entspricht die mögliche mechanische Winkelposition hingegen nicht der tatsächlichen mechanischen Winkelposition, kommt es nicht zu einer optimalen Dämpfung der Schwingungen. Die Schwingungen können beispielsweise nur schwach gedämpft sein oder sogar noch angeregt werden.Subsequently, a second vibration signal is acquired in step S123b. If the damping signal was determined based on the actual mechanical angular position, i.e., the possible mechanical angular position corresponds to the actual mechanical angular position, the vibrations are damped. However, if the possible mechanical angular position does not correspond to the actual mechanical angular position, optimal damping of the vibrations is not achieved. For example, the vibrations may be only weakly damped or even still be excited.

In Schritt S124b werden das Schwingungssignal und das zweite Schwingungssignal miteinander verglichen. Dabei wird insbesondere eine Geräuschfrequenz unter Verwendung des elektrischen Lagewinkels geschätzt, eine schnellen Fouriertransformation des Schwingungssignals und des zweiten Schwingungssignals unter Verwendung der Geräuschfrequenz durchgeführt, und eine Amplitude des transformierten zweiten Schwingungssignals und eine Amplitude des Schwingungssignals miteinander verglichen.In step S124b, the vibration signal and the second vibration signal are compared. Specifically, a noise frequency is estimated using the electrical attitude angle, a fast Fourier transform of the vibration signal and the second vibration signal is performed using the noise frequency, and an amplitude of the transformed second vibration signal and an amplitude of the vibration signal are compared.

Daraufhin wird in Schritt S125b bestimmt, ob die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers 1a der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers 1a entspricht. Dabei wird bestimmt, dass die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers 1a der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers 1a entspricht, wenn das zweite Schwingungssignal eine im Vergleich zum Schwingungssignal gut bedämpfte Schwingung ergibt, oder bestimmt, dass die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers 1a der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers 1a nicht entspricht, wenn das zweite Schwingungssignal keine im Vergleich zum Schwingungssignal gut bedämpfte Schwingung ergibt. Das zweite Schwingungssignal ergibt beispielsweise eine bedämpfte Schwingung, wenn die Amplitude des transformierten zweiten Schwingungssignals deutlich kleiner als die Amplitude des Schwingungssignals ist, und ergibt beispielsweise keine bedämpfte Schwingung, wenn die Amplitude des transformierten zweiten Schwingungssignals größer als oder gleich wie die Amplitude des Schwingungssignals ist.Subsequently, in step S125b, it is determined whether the possible mechanical angular position of the rotor 1a corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor 1a. It is determined that the possible mechanical angular position of the rotor 1a corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor 1a if the second oscillation signal results in a well-damped oscillation compared to the oscillation signal, or it is determined that the possible mechanical angular position of the rotor 1a does not correspond to the actual mechanical angular position of the rotor 1a if the second oscillation signal does not result in a well-damped oscillation compared to the oscillation signal. For example, the second oscillation signal results in a damped oscillation if the amplitude of the transformed second oscillation signal is significantly smaller than the amplitude of the oscillation signal, and does not result in a damped oscillation if the amplitude of the transformed second oscillation signal is greater than or equal to the amplitude of the oscillation signal.

Anschließend wird in Schritt S130 die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers 1a unter Verwendung des elektrischen Lagewinkelsignals korrigiert, wenn in Schritt S125b bestimmt wird, dass die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers 1a der tatsächlichen mechanischen Winkelposition des Läufers 1a nicht entspricht.Subsequently, in step S130, the possible mechanical angular position of the rotor 1a is corrected using the electrical position angle signal if it is determined in step S125b that the possible mechanical angular position of the rotor 1a does not correspond to the actual mechanical angular position of the rotor 1a.

Dazu wird die mögliche mechanische Winkelposition des Läufers 1a in Schritt S131 um eine Periodenlänge des elektrischen Lagewinkelsignals verschoben.For this purpose, the possible mechanical angular position of the rotor 1a is shifted in step S131 by one period length of the electrical position angle signal.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents submitted by the applicant was generated automatically and is included solely for the convenience of the reader. This list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2023 207 191 [0032]
DE 10 2023 207 178 [0032]

Claims

A method for controlling an electrical machine (1) comprising a stator (1d) with a stator winding and a rotor (1a), the method comprising: Detecting (S100) an electrical position angle signal of the rotor (1a) and a vibration signal, Determining (S110) a possible mechanical angular position (330, 350) of the rotor (1a) using the electrical position angle signal; Determining (S120) whether the possible mechanical angular position of the rotor (1a) corresponds to an actual mechanical angular position of the rotor (1a) using the vibration signal, and Correcting (S130) the possible mechanical angular position of the rotor (1a) using the electrical position angle signal of the rotor (1a) if it is determined that the possible mechanical angular position of the rotor (1a) does not correspond to the actual mechanical angular position of the rotor (1a).

Procedure according to Claim 1 , wherein the electrical machine (1) further comprises a position sensor (2), in particular a resolver, which is designed to detect the electrical position angle signal of the electrical machine (1), wherein a number of pole pairs of the position sensor (2) is greater than one.

Procedure according to Claim 2 , wherein the number of pole pairs of the position sensor (2) corresponds to a number of pole pairs of the rotor (1a).

Method according to one of the preceding claims, wherein the electrical position angle signal is determined as a function of asymmetries of the electrical field of the electrical machine (1).

Method according to one of the preceding claims, wherein the vibration signal is measured by an acceleration sensor (3) which is arranged on the electrical machine (1) or on a component connected to the electrical machine (1) and is designed to measure vibrations of the electrical machine (1) or of the component connected to the electrical machine (1), wherein the acceleration sensor (3) is in particular a MEMS sensor.

Method according to one of the preceding claims, wherein the possible mechanical angular position of the rotor (1a) is determined (S110) as a function of a reference position in the electrical position angle signal or of a stored mechanical angular position.

Method according to one of the preceding claims, wherein the correcting (S130) of the possible mechanical angular position of the rotor (1a) comprises: shifting (S131) the possible mechanical angular position by a period length of the electrical position angle signal.

The method according to any one of the preceding claims, wherein determining (S120) whether the possible mechanical angular position of the rotor (1a) corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor (1a) comprises: determining (S121a) a phase shift between the oscillation signal (340) and the possible mechanical angular position (330, 350) of the rotor (1a), and determining (S122a) that the possible mechanical angular position corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor (1a) if the determined phase shift corresponds to a predetermined value, and that the possible mechanical angular position does not correspond to the actual mechanical angular position of the rotor (1a) if the determined phase shift does not correspond to the predetermined value.

Method according to one of the preceding claims, wherein the electric machine (1) further comprises a harmonic control configured to determine a damping signal for damping the vibration signal as a function of the vibration signal and the possible mechanical angular position of the rotor (1a), and determining (S120) whether the possible mechanical angular position of the rotor (1a) corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor (1a) comprises: - determining (S121b) by the harmonic control, the damping signal, - controlling (S122b) the electric machine (1) using the damping signal, - detecting (S123b) a second vibration signal, - comparing (S124b) the vibration signal and the second vibration signal, wherein determining (S120) whether the possible mechanical angular position of the rotor (1a) corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor (1a) comprises: - determining (S125b) that the possible mechanical angular position of the rotor (1a) corresponds to the actual mechanical angular position of the rotor (1a) if the second oscillation signal results in an oscillation which is damped in comparison to the oscillation signal, or that the possible mechanical angular position of the rotor (1a) does not correspond to the actual mechanical angular position of the rotor (1a) if the second Vibration signal does not result in a damped vibration compared to the vibration signal.

The method according to the preceding claim, wherein comparing (S124b) the vibration signal and the second vibration signal comprises: estimating a noise frequency using the electrical attitude angle, performing a fast Fourier transform of the vibration signal and the second vibration signal using the noise frequency, and comparing an amplitude of the second vibration signal and an amplitude of the vibration signal for the noise frequency.

Computing unit (10) which is configured to carry out all method steps of a method according to one of the preceding claims.

Computer program that causes a computing unit to carry out all the process steps of a process according to one of the Claims 1 until 10 to perform when executed on the processing unit.

Machine-readable storage medium having stored thereon a computer program according to the preceding claim.

Drive unit (100) comprising an electrical machine (1) with a stator with a stator winding and a rotor (1a), an acceleration sensor (3) which is designed to measure vibrations of the electrical machine (1) or of a component (5) connected to the electrical machine (1), an inverter (6) which is designed to supply the stator (1d) of the electrical machine (1) with current, and a computing unit (10) according to Claim 11 .

Drive unit (100) according to Claim 14 , further comprising a position sensor (2) which is designed to detect an electrical position angle of the rotor (1a) of the electrical machine (1).