DE102024201512A1 - Electric drive arrangement - Google Patents
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Abstract
Elektrische Antriebsanordnung (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Wechselrichter (2) und eine elektrische Maschine (3), insbesondere eine fremderregte Synchronmaschine, wobei eine an dem Rotor (4) der elektrischen Maschine (3) angeordnete Recheneinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, von dem Wechselrichter (2) ein Spannungssignal zu empfangen, das ein spannungsmoduliertes Eingangssignal (10) umfasst, und in Abhängigkeit des spannungsmodulierten Eingangssignals (10) wenigstens einen Betriebsparameter des Rotors (4), insbesondere einen Rotorstrom, einzustellen. Electrical drive arrangement (1), in particular for a motor vehicle, comprising an inverter (2) and an electrical machine (3), in particular a separately excited synchronous machine, wherein a computing device (6) arranged on the rotor (4) of the electrical machine (3) is designed to receive a voltage signal from the inverter (2) which comprises a voltage-modulated input signal (10), and to set at least one operating parameter of the rotor (4), in particular a rotor current, as a function of the voltage-modulated input signal (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine, insbesondere eine fremderregte Synchronmaschine.The invention relates to an electric drive arrangement, in particular for a motor vehicle, comprising an inverter and an electric machine, in particular a separately excited synchronous machine.
Elektrische Antriebsanordnungen, die eine elektrische Maschine als Antriebseinrichtung aufweisen, zum Beispiel eine fremderregte Synchronmaschine, sind, im Speziellen in der Verwendung in Kraftfahrzeugen, grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Bekanntermaßen wird über einen Wechselrichter der elektrischen Antriebsanordnung ein Spannungssignal ausgegeben, sodass in der elektrischen Maschine entsprechende Ströme gestellt werden, um ein Drehmoment für den Antrieb zu erzeugen. Bei fremderregten Synchronmaschinen ist bekannt, dass diese klassisch über Schleifkontakte verfügen können, um den Rotor elektrisch zu kontaktieren. Daneben ist es ebenso bekannt, über einen induktiven Übertrager bzw. eine induktive Übertragungseinrichtung Strom von dem Wechselrichter induktiv an den Rotor zu übertragen.Electrical drive assemblies that have an electrical machine as the drive device, for example a separately excited synchronous machine, are generally known from the prior art, particularly for use in motor vehicles. As is known, a voltage signal is output via an inverter of the electrical drive assembly, so that corresponding currents are set in the electrical machine to generate a torque for the drive. In the case of separately excited synchronous machines, it is known that these can traditionally have sliding contacts for electrically contacting the rotor. In addition, it is also known to inductively transmit current from the inverter to the rotor via an inductive transformer or an inductive transmission device.
In beiden Fällen ist die Einstellung eines Betriebsparameters seitens des Rotors, beispielsweise eine Veränderung der im Rotor zu stellenden Rotorströme bzw. eine Erfassung einer Betriebsgröße, insbesondere der Temperatur, schwer möglich, da seitens des Rotors keine ansteuerbare Elektronikeinrichtung bzw. Recheneinrichtung vorliegt. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass die entsprechende Betriebsgröße, zum Beispiel der Rotorstrom oder eine Rotortemperatur, vergleichsweise ungenau bestimmt wird, und so zu einem ungenauen ausgegebenen Drehmoment führen kann. Beispielsweise kann der tatsächlich im Rotor fließende Rotorstrom von aktuellen Randbedingungen der induktiven Übertragungseinrichtung abhängen. Entspricht beispielsweise der Luftspalt in dem induktiven Übertrager beispielsweise nicht einem Sollmaß bzw. sind dort Fremdstoffe eingedrungen, beispielsweise Öl, kann dies zu einer Veränderung des Koppelfaktors führen, sodass die tatsächlich in dem Rotor gestellten Ist-Ströme von den Soll-Strömen abweichen.In both cases, adjusting an operating parameter on the rotor side, for example changing the rotor currents to be set in the rotor or recording an operating variable, in particular the temperature, is difficult because there is no controllable electronic device or computing device on the rotor side. This can, for example, lead to the corresponding operating variable, e.g. the rotor current or a rotor temperature, being determined relatively inaccurately, and thus can result in an inaccurate output torque. For example, the rotor current actually flowing in the rotor can depend on the current boundary conditions of the inductive transmission device. If, for example, the air gap in the inductive transformer does not correspond to a target value or if foreign substances, such as oil, have penetrated there, this can lead to a change in the coupling factor, so that the actual currents actually set in the rotor deviate from the target currents.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte elektrische Antriebsanordnung anzugeben, bei der insbesondere eine rotoseitige Einstellung von Betriebsparametern verbessert ist.The invention is based on the object of providing an improved electric drive arrangement in which, in particular, a rotor-side adjustment of operating parameters is improved.
Die Aufgabe wird durch eine elektrische Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by an electric drive arrangement having the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung eine elektrische Antriebsanordnung, im Speziellen für ein Kraftfahrzeug, die einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine aufweist, welche elektrische Maschine im Speziellen als fremderregte Synchronmaschine ausgebildet ist.As described, the invention relates to an electric drive arrangement, in particular for a motor vehicle, which has an inverter and an electric machine, which electric machine is in particular designed as a separately excited synchronous machine.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die elektrische Antriebsanordnung eine an dem Rotor der elektrischen Maschine angeordnete Recheneinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, von dem Wechselrichter ein Spannungssignal zu empfangen, das ein spannungsmoduliertes Eingangssignal umfasst, und in Abhängigkeit des spannungsmodulierten Eingangssignals wenigstens einen Betriebsparameter des Rotors, insbesondere einen Rotorstrom, einzustellen. Mit anderen Worten ist der Wechselrichter der elektrischen Antriebsanordnung dazu ausgebildet, das Spannungssignal zu erzeugen, das ein spannungsmoduliertes Eingangssignal umfasst, und das Spannungssignal an die Recheneinrichtung, die in dem Rotor angeordnet ist, zu übermitteln. Das Spannungssignal kann somit grundsätzlich ein Trägersignal umfassen, das zum Beispiel der von dem Wechselrichter an die elektrische Maschine ausgegebenen Betriebsspannung entsprechen kann. Auf das Trägersignal ist das Eingangssignal aufmoduliert, sodass dieses von der Recheneinrichtung empfangen werden kann.The invention is based on the finding that the electric drive arrangement has a computing device arranged on the rotor of the electric machine, which is designed to receive a voltage signal from the inverter, which comprises a voltage-modulated input signal, and to adjust at least one operating parameter of the rotor, in particular a rotor current, as a function of the voltage-modulated input signal. In other words, the inverter of the electric drive arrangement is designed to generate the voltage signal, which comprises a voltage-modulated input signal, and to transmit the voltage signal to the computing device arranged in the rotor. The voltage signal can thus in principle comprise a carrier signal, which can correspond, for example, to the operating voltage output by the inverter to the electric machine. The input signal is modulated onto the carrier signal so that it can be received by the computing device.
Dadurch ist es möglich, das Eingangssignal an die Recheneinrichtung zu übermitteln, sodass die Recheneinrichtung wiederum den Betriebsparameter des Rotors einstellen kann, zum Beispiel einen Rotorstrom des Rotors. Mit anderen Worten wird eine Kommunikationsschnittstelle zwischen dem Wechselrichter und der Recheneinrichtung des Rotors der elektrischen Maschine geschaffen. Beispielsweise können dadurch Befehle an die Recheneinrichtung des Rotors gesendet werden, indem eine elektrische Betriebsgröße der elektrischen Maschine gezielt moduliert wird.This makes it possible to transmit the input signal to the computing device, which in turn can adjust the rotor's operating parameter, for example, the rotor's rotor current. In other words, a communication interface is created between the inverter and the computing device of the rotor of the electric machine. For example, this allows commands to be sent to the rotor's computing device by specifically modulating an electrical operating variable of the electric machine.
In einer Ausführungsform der elektrischen Antriebsanordnung kann vorgesehen sein, dass der Wechselrichter dazu ausgebildet ist, das Eingangssignal als Befehlssignal für die Recheneinrichtung auf eine an den Rotor ausgegebene Spannung aufzumodulieren, wobei die Recheneinrichtung dazu ausgebildet ist, das aufmodulierte Befehlssignal zu demodulieren und einen durch das Befehlssignal definierten Befehl auszuführen. Wie bereits beschrieben, kann der Wechselrichter das Spannungssignal ausgeben, das das spannungsmodulierte Eingangssignal und die auszugebende Spannung umfassen kann. Dadurch, dass das Eingangssignal als Befehlssignal übertragen werden kann, kann letztlich ein Befehl auf die von dem Wechselrichter ausgegebene Spannung aufmoduliert werden.In one embodiment of the electric drive arrangement, it can be provided that the inverter is designed to modulate the input signal as a command signal for the computing device onto a voltage output to the rotor, wherein the computing device is designed to demodulate the modulated command signal and to execute a command defined by the command signal. As already described, the inverter can output the voltage signal, which can include the voltage-modulated input signal and the voltage to be output. Because the input signal can be transmitted as a command signal, ultimately a command can be applied to the voltage output by the inverter. inverter output voltage can be modulated.
Das bedeutet, dass neben der Funktion des Wechselrichters, die Spannung auszugeben, auch eine Kommunikationsaufgabe erfüllt werden kann, nämlich die Ausgabe des Eingangssignals, im Speziellen des Befehlssignals für die Recheneinrichtung. Die Recheneinrichtung ist wiederum dazu ausgebildet, das auf das Spannungssignal aufmodulierte Befehlssignal zu demodulieren, sodass das Befehlssignal erhalten werden kann. Anschließend kann der durch das Befehlssignal definierte Befehl von der Recheneinrichtung ausgeführt werden, beispielsweise die Einstellung des Betriebsparameters des Rotors.This means that in addition to the inverter's function of outputting the voltage, a communication task can also be performed, namely the output of the input signal, specifically the command signal for the computing device. The computing device, in turn, is designed to demodulate the command signal modulated onto the voltage signal so that the command signal can be obtained. The computing device can then execute the command defined by the command signal, for example, setting the rotor's operating parameter.
Letztlich können über das Befehlssignal beliebige Befehle an die Recheneinrichtung des Rotors gesendet werden, beispielsweise welcher Rotorstrom eingestellt oder wie dieser verändert werden soll. Wie bereits beschrieben, kann die Übertragung grundsätzlich darauf basieren, dass die an die Recheneinrichtung gestellte Spannung als Trägersignal verwendet wird, wobei eine Modulation um einen definierten Wert, beispielsweise 10V, für die Modulation des Eingangssignals verwendet werden kann. Das bedeutet, dass eine Reihe von Pulsen auf das Trägersignal aufmoduliert werden kann, die in der Recheneinrichtung demoduliert werden können. Daraus ergibt sich, dass beispielsweise jedem aufmodulierten Puls eine logische „1“ zugeordnet werden kann. Der Befehl kann somit in Form einer 1-0-Transformation als Befehlssignal codiert über das aufmodulierte Eingangssignal übertragen und im Rotor durch die Recheneinrichtung wieder demoduliert werden. Die Recheneinrichtung kann hierzu einen Spannungsmesseingang aufweisen, an dem die aktuelle Spannung gemessen werden kann.Ultimately, any commands can be sent to the rotor's computing device via the command signal, for example which rotor current should be set or how this should be changed. As already described, the transmission can basically be based on the voltage applied to the computing device being used as a carrier signal, whereby a modulation by a defined value, for example 10V, can be used to modulate the input signal. This means that a series of pulses can be modulated onto the carrier signal, which can then be demodulated in the computing device. This means that, for example, each modulated pulse can be assigned a logical "1". The command can thus be transmitted in the form of a 1-0 transformation as a command signal coded via the modulated input signal and demodulated again in the rotor by the computing device. For this purpose, the computing device can have a voltage measuring input at which the current voltage can be measured.
Bei der elektrischen Antriebsanordnung kann ferner vorgesehen sein, dass die Einstellung des Betriebsparameters eine Einstellung eines Rotorstroms umfasst und/oder dass die Einstellung des Betriebsparameters ein Aufmodulieren eines Informationssignals auf den Rotorstrom umfasst, wobei der Wechselrichter dazu ausgebildet ist, das Informationssignal von dem Rotorstrom zu demodulieren. In der beschriebenen Ausführung wird letztlich eine Kommunikation in der der vorausliegend beschriebenen Kommunikationsrichtung gegenüberliegenden Kommunikationsrichtung ermöglicht. Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, dass eine Kommunikation zwischen der Recheneinrichtung des Rotors und dem Wechselrichter durch eine Modulation des Rotorstroms möglich ist. Das bedeutet, dass zusätzlich zu der Möglichkeit, der Recheneinrichtung durch das spannungsmodulierte Eingangssignal einen Befehl zu übermitteln, den die Recheneinrichtung durch Einstellung eines Betriebsparameters ausführt, auch ein Befehl übertragen werden kann, ein Informationssignal zu senden. Alternativ kann die Recheneinrichtung das Informationssignal beispielsweise auch, im Speziellen zyklisch, übermitteln, ohne, dass ein expliziter Befehl erforderlich ist.In the electric drive arrangement, it can further be provided that the setting of the operating parameter comprises setting a rotor current and/or that the setting of the operating parameter comprises modulating an information signal onto the rotor current, wherein the inverter is designed to demodulate the information signal from the rotor current. In the described embodiment, communication is ultimately enabled in the communication direction opposite to the communication direction described above. In other words, it is proposed that communication between the computing device of the rotor and the inverter is possible by modulating the rotor current. This means that, in addition to the possibility of transmitting a command to the computing device via the voltage-modulated input signal, which the computing device executes by setting an operating parameter, a command to send an information signal can also be transmitted. Alternatively, the computing device can also transmit the information signal, for example, specifically cyclically, without the need for an explicit command.
Das Informationssignal kann beispielsweise einen aktuellen Rotorstrom oder eine Rotortemperatur betreffen. Um das Informationssignal an den Wechselrichter zu übermitteln, wird der Rotorstrom moduliert bzw. wird das Informationssignal auf den Rotorstrom moduliert. Zum Beispiel kann der Rotorstrom gepulst werden, d. h. hochfrequent ein- und ausgeschaltet werden, wobei die Pulse im Vergleich zu einer Änderung des Rotorstroms im regulären Betrieb deutlich höherfrequent liegen, beispielsweise im Mikrosekundenbereich. Dadurch wird ein durch den Rotorstrom erzeugtes Rotorfeld nicht oder nicht signifikant beeinflusst. Der Wechselrichter weist beispielsweise einen Strommesswiderstand oder allgemein eine geeignete Strommesseinrichtung auf, um den Rotorstrom zu erfassen. Dadurch können die Rotorstrompulse gefiltert werden, die das Informationssignal tragen. Mit anderen Worten kann die Übertragung des Eingangssignals von dem Wechselrichter an den Rotor spannungsmoduliert sein und die Übertragung des Informationssignals von dem Rotor an den Wechselrichter kann strommoduliert sein.The information signal can, for example, relate to a current rotor current or a rotor temperature. To transmit the information signal to the inverter, the rotor current is modulated or the information signal is modulated onto the rotor current. For example, the rotor current can be pulsed, i.e., switched on and off at a high frequency, with the pulses being at a significantly higher frequency than a change in the rotor current during regular operation, for example, in the microsecond range. As a result, a rotor field generated by the rotor current is not affected or not significantly affected. The inverter has, for example, a current measuring resistor or generally a suitable current measuring device to detect the rotor current. This allows the rotor current pulses that carry the information signal to be filtered. In other words, the transmission of the input signal from the inverter to the rotor can be voltage-modulated, and the transmission of the information signal from the rotor to the inverter can be current-modulated.
Wie beschrieben, kann die Recheneinrichtung das Informationssignal durch Modulation des Rotorstroms an den Wechselrichter übertragen. In einer Ausführungsform der elektrischen Antriebsanordnung kann die Recheneinrichtung dazu ausgebildet sein, das Informationssignal pulsförmig auf den Rotorstrom aufzumodulieren. Im Speziellen wird der Rotorstrom zur Modulation des Informationssignals getaktet bzw. in Form kurzer Pulse, insbesondere im µs-Bereich, verändert. Die beschriebenen Pulse können anschließend auf der Seite des Wechselrichters demoduliert werden, um das Informationssignal zu erhalten.As described, the computing device can transmit the information signal to the inverter by modulating the rotor current. In one embodiment of the electric drive arrangement, the computing device can be configured to modulate the information signal onto the rotor current in pulse form. Specifically, the rotor current is clocked or varied in the form of short pulses, particularly in the µs range, to modulate the information signal. The described pulses can then be demodulated on the inverter side to obtain the information signal.
Die elektrische Antriebsanordnung kann dahingehend weitergebildet werden, dass der Wechselrichter dazu ausgebildet ist, das Informationssignal basierend auf einer Gradientenüberwachung des Rotorstroms zu demodulieren. Wie beschrieben, wird die Modulation des Informationssignals basierend auf einer pulsförmigen Ausgabe des Rotorstroms übertragen. Die Pulse sind dabei kürzer bzw. höherfrequent, d. h., dass diese eine deutlich schnellere Stromveränderung besitzen als eine Veränderung des Rotorstroms im regulären Betrieb. Daher ist es möglich, durch Überwachung des Gradienten des Rotorstroms seitens des Wechselrichters zu ermitteln, ob eine Veränderung des Rotorstrom vorliegt oder ob ein Informationssignal übertragen wird. Zum Beispiel kann ein Gradientengrenzwert festgelegt werden, wobei eine Veränderung des Rotorstroms unterhalb des Gradientengrenzwerts eine reguläre Rotorstromveränderung darstellt und eine Veränderung des Rotorstrom oberhalb des Gradientengrenzwerts als ein Puls zur Übertragung des Informationssignals identifiziert werden kann. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Lowpass-Filter zu verwenden, um Veränderungen des Rotorstrom zu übertragen und einen Highpass-Filter für die Übertragung des Informationssignals zur verwenden bzw. die genannten Filter zu verwenden, um das Informationssignal von dem Rotorstrom zu trennen.The electric drive arrangement can be further developed in such a way that the inverter is designed to demodulate the information signal based on a gradient monitoring of the rotor current. As described, the modulation of the information signal is transmitted based on a pulse-shaped output of the rotor current. The pulses are shorter or higher frequency, meaning that they have a significantly faster current change than a change in the rotor current during regular operation. Therefore, by monitoring the gradient of the rotor current on the part of the inverter, it is possible to determine whether a change in the rotor current is present or whether an information signal is being transmitted. For example, a gradient A limit value can be set, whereby a change in the rotor current below the gradient limit represents a regular rotor current change, and a change in the rotor current above the gradient limit can be identified as a pulse for transmitting the information signal. Another possibility is to use a low-pass filter to transmit changes in the rotor current and a high-pass filter to transmit the information signal, or to use the aforementioned filters to separate the information signal from the rotor current.
Die Recheneinrichtung kann nach einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Antriebsanordnung zur Erfassung einer Betriebsgröße ausgebildet sein und die erfasste Betriebsgröße, insbesondere ein Rotorfeld und/oder eine Rotorposition und/oder einen Rotorstrom und/oder eine Rotortemperatur und/oder ein Statorfeld, als Bestandteil des Informationssignals an den Wechselrichter zu übertragen. Vermittels der Recheneinrichtung können somit bestimmte Betriebsgrößen des Rotors erfasst werden, die den Betrieb der elektrischen Maschine charakterisieren können. Diese können anschließend, wie beschrieben, durch Modulation des Rotorstroms als Informationssignal an den Wechselrichter übertragen werden.According to a further embodiment of the electric drive arrangement, the computing device can be designed to detect an operating variable and to transmit the detected operating variable, in particular a rotor field and/or a rotor position and/or a rotor current and/or a rotor temperature and/or a stator field, to the inverter as a component of the information signal. Thus, by means of the computing device, certain operating variables of the rotor can be detected, which can characterize the operation of the electric machine. These can then be transmitted to the inverter as an information signal by modulating the rotor current, as described.
Im Speziellen ist es möglich, dass durch die Übertragung des spannungsmodulierten Eingangssignals konkret eine Information von der Recheneinrichtung abgefragt werden kann, die anschließend mit der Recheneinrichtung erfasst wird oder bereits von der Recheneinrichtung erfasst vorliegt und als Informationssignal zurück an den Wechselrichter übertragen werden kann. Beispielsweise kann dabei sichergestellt werden, dass der gewünschte Rotorstrom im Rotor gestellt wird. Insbesondere kann der aktuelle Rotorstrom von der Recheneinrichtung erfasst werden und an den Wechselrichter übermittelt werden. Dadurch kann identifiziert werden, ob sich zwischen einem Soll-Rotorstrom und einem Ist-Rotorstrom eine Differenz ergibt. Daraus kann weiter ermittelt werden, ob die Stellung des Drehmoments seitens der elektrischen Maschine genau genug erfolgt. Treten beispielsweise Schwankungen im Betrieb der induktiven Übertragungseinrichtung auf, beispielsweise verursacht durch den Luftspalt, Öl oder dergleichen, können diese identifiziert werden und der Ist-Rotorstrom durch die Übertragung des entsprechenden Befehlsignals angepasst werden, sodass dieser dem Soll-Rotorstrom entspricht.In particular, it is possible that by transmitting the voltage-modulated input signal, specific information can be queried from the computing device, which is then recorded by the computing device or is already recorded by the computing device and can be transmitted back to the inverter as an information signal. For example, this can ensure that the desired rotor current is set in the rotor. In particular, the current rotor current can be recorded by the computing device and transmitted to the inverter. This makes it possible to identify whether there is a difference between a target rotor current and an actual rotor current. This can then be used to determine whether the torque setting on the part of the electric machine is precise enough. If, for example, fluctuations occur in the operation of the inductive transmission device, caused for example by the air gap, oil or the like, these can be identified and the actual rotor current can be adjusted by transmitting the corresponding command signal so that it corresponds to the target rotor current.
Ferner kann bei der elektrischen Antriebsanordnung vorgesehen sein, dass der Rotor wenigstens einen aktiven Gleichrichter aufweist, wobei die Recheneinrichtung dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen aktiven Gleichrichter in Abhängigkeit eines erfassten Rotorstroms zu steuern. Wie beschrieben, kann ein Abgleich zwischen einem Soll-Rotorstrom und einem Ist-Rotorstrom durchgeführt werden. Dadurch kann ermittelt werden, was tatsächlich durch die induktive Übertragungseinrichtung übertragen wird und was in dem Rotor tatsächlich benötigt wird. Beispielsweise kann die induktive Übertragungseinrichtung bei einer Übertragungsfrequenz betrieben werden, bei der diese ein Effizienzoptimum aufweist.Furthermore, the electric drive arrangement can be provided with at least one active rectifier, wherein the computing device is configured to control the at least one active rectifier as a function of a detected rotor current. As described, a comparison can be made between a desired rotor current and an actual rotor current. This makes it possible to determine what is actually being transmitted by the inductive transmission device and what is actually required in the rotor. For example, the inductive transmission device can be operated at a transmission frequency at which it exhibits optimum efficiency.
Die Übertragungsfrequenz muss hierbei nicht mit einer Regelungsfrequenz des Wechselrichters übereinstimmen und auch nicht mit der Regelungsfrequenz der Recheneinrichtung bzw. der Regelung des Rotorfelds. Durch den aktiven Gleichrichter ist es möglich, den Rotorstrom einzustellen bzw. festzulegen, wieviel des durch die induktive Übertragungseinrichtung bereitgestellten Stroms in dem Rotor gestellt werden soll. Besteht ein Überschuss kann dieser in der induktiven Übertragungseinrichtung verbraucht werden bzw. für die Feldaufrechterhaltung verwendet werden. Die Regelung des Rotorfelds des Rotors der elektrischen Maschine kann folglich mittels des aktiven Gleichrichters durch die Recheneinrichtung gesteuert werden, ohne dass der Betrieb des Wechselrichters verändert werden muss.The transmission frequency does not have to match the inverter's control frequency, nor does it have to match the control frequency of the computing device or the rotor field control. The active rectifier makes it possible to adjust the rotor current or to specify how much of the current provided by the inductive transmission device should be applied to the rotor. Any surplus can be consumed in the inductive transmission device or used to maintain the field. The control of the rotor field of the electric machine's rotor can therefore be controlled by the computing device using the active rectifier, without having to change the operation of the inverter.
Nach einer weiteren Ausführungsform der elektrischen Antriebsanordnung kann vorgesehen sein, dass der Wechselrichter und/oder die Recheneinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Koppelfaktor eines induktiven Übertragers der elektrischen Antriebsanordnung zu ermitteln und in Abhängigkeit von dem erfassten Rotorstrom den Koppelfaktor zu verändern, insbesondere durch Veränderung einer Übertragungsfrequenz des induktiven Übertragers. Durch die beschriebene Ausgestaltung ist es möglich, den Koppelfaktor des induktiven Übertragers bzw. der induktiven Übertragungseinrichtung der elektrischen Antriebsanordnung zu ermitteln und auszugleichen.According to a further embodiment of the electric drive arrangement, it can be provided that the inverter and/or the computing device is configured to determine a coupling factor of an inductive transformer of the electric drive arrangement and to change the coupling factor depending on the detected rotor current, in particular by changing a transmission frequency of the inductive transformer. The described configuration makes it possible to determine and compensate for the coupling factor of the inductive transformer or the inductive transmission device of the electric drive arrangement.
Zum Beispiel kann der Rotorstrom durch die Recheneinrichtung in dem Rotor gemessen werden und mit dem zu übertragenden bzw. übertragenen Strom abgeglichen werden. Daraus kann der Koppelfaktor der induktiven Übertragungseinrichtung ermittelt werden. Mit anderen Worten wird bestimmt, welcher Strom durch die aktuelle Betriebssituation des Wechselrichters bereitgestellt werden soll, d. h. welcher Soll-Strom gestellt wird und welcher Ist-Strom in dem Rotor ankommt. Wie beschrieben, kann durch die Ansteuerung des aktiven Gleichrichters durch die Recheneinrichtung der Ist-Strom geregelt werden. Weiter ist es möglich, den Koppelfaktor der induktiven Übertragungseinrichtung zu optimieren, indem die Übertragungsfrequenz der Übertragungseinrichtung verändert wird. Durch die Veränderung des Koppelfaktors kann der Ist-Strom so verändert werden, dass der Ist-Strom in dem Rotor dem Soll-Strom entspricht. Letztlich kann dadurch ohne Veränderung des Betriebs des Wechselrichters der Strom in dem Rotor angepasst werden.For example, the rotor current can be measured by the computing device in the rotor and compared with the current to be transmitted or transmitted. From this, the coupling factor of the inductive transmission device can be determined. In other words, it is determined which current should be provided by the current operating situation of the inverter, i.e. which target current is set and which actual current arrives in the rotor. As described, the actual current can be regulated by controlling the active rectifier via the computing device. Furthermore, it is possible to optimize the coupling factor of the inductive transmission device by changing the transmission frequency of the transmission device. By changing By adjusting the coupling factor, the actual current can be changed so that the actual current in the rotor corresponds to the target current. Ultimately, this allows the current in the rotor to be adjusted without changing the operation of the inverter.
Neben der beschriebenen elektrischen Antriebsanordnung betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine zuvor beschriebene elektrische Antriebsanordnung umfasst.In addition to the described electric drive arrangement, the invention relates to a motor vehicle comprising a previously described electric drive arrangement.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer elektrischen Antriebsanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine, insbesondere eine fremderregte Synchronmaschine, wobei mittels einer an dem Rotor angeordneten Recheneinrichtung von dem Wechselrichter ein Spannungssignal empfangen wird, das ein spannungsmoduliertes Eingangssignal umfasst und in Abhängigkeit des spannungsmodulierten Eingangssignals wenigstens ein Betriebsparameter des Rotors, insbesondere ein Rotorstrom, eingestellt wird.Furthermore, the invention relates to a method for controlling the operation of an electric drive arrangement, in particular for a motor vehicle, comprising an inverter and an electric machine, in particular a separately excited synchronous machine, wherein a voltage signal is received from the inverter by means of a computing device arranged on the rotor, which voltage signal comprises a voltage-modulated input signal and at least one operating parameter of the rotor, in particular a rotor current, is set as a function of the voltage-modulated input signal.
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die elektrische Antriebsanordnung beschrieben wurden, sind vollständig auf das Kraftfahrzeug und das Verfahren übertragbar.All advantages, details and features described with regard to the electric drive arrangement are fully transferable to the motor vehicle and the method.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer elektrischen Antriebsanordnung; -
2 eine Prinzipdarstellung eines Spannungsdiagramms; und -
3 eine Prinzipdarstellung eines Stromdiagramms.
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1 a schematic diagram of an electric drive arrangement; -
2 a schematic diagram of a voltage diagram; and -
3 a schematic diagram of a current diagram.
Die elektrische Maschine 3 weist schematisch einen Rotor 4 auf, der gegenüber einem nicht näher dargestellten Stator der elektrischen Maschine 3 drehbar gelagert ist. Beispielsweise ist die elektrische Maschine 3 als fremderregte Synchronmaschine ausgeführt. Die elektrische Maschine 3 kann eine induktive Übertragungseinrichtung 5 aufweisen, kann jedoch alternativ auch klassisch, d. h. mittels Schleifkontakten ausgestaltet sein, um den Rotor 4 zu kontaktieren. Die nachfolgende Beschreibung ist entsprechend übertragbar.The electric machine 3 schematically comprises a rotor 4, which is rotatably mounted relative to a stator (not shown in detail) of the electric machine 3. For example, the electric machine 3 is designed as a separately excited synchronous machine. The electric machine 3 can have an inductive transmission device 5, but can alternatively also be designed in a conventional manner, i.e., using sliding contacts to contact the rotor 4. The following description applies accordingly.
An dem Rotor 4 ist weiter eine Recheneinrichtung 6 angeordnet. Wie durch einen Pfeil 7 dargestellt ist, kann die Recheneinrichtung 6 von dem Wechselrichter 2 ein Spannungssignal empfangen, zum Beispiel mittels eines Spannungsmesseingangs bzw. einer Spannungserfassungseinrichtung der Recheneinrichtung 6. Entsprechend ist weiter durch einen Pfeil 8 dargestellt, dass der Wechselrichter 2 von der elektrischen Maschine 3, insbesondere von der Recheneinrichtung 6 ein Stromsignal empfangen kann, insbesondere mittels einer Strommesseinrichtung, zum Beispiel einem Strommesswiderstand.A computing device 6 is also arranged on the rotor 4. As indicated by an arrow 7, the computing device 6 can receive a voltage signal from the inverter 2, for example, by means of a voltage measuring input or a voltage detection device of the computing device 6. Accordingly, an arrow 8 further indicates that the inverter 2 can receive a current signal from the electrical machine 3, in particular from the computing device 6, in particular by means of a current measuring device, for example, a current measuring resistor.
Im Speziellen ist die Recheneinrichtung 6 dazu ausgebildet, von dem Wechselrichter 2 ein Spannungssignal zu empfangen, das ein spannungsmoduliertes Eingangssignal 10 umfasst. Das Spannungssignal, das beispielsweise in
Dementsprechend kann das Eingangssignal 10 von dem Wechselrichter 2 auf die der elektrischen Maschine 3 bereitgestellte Betriebsspannung aufmoduliert werden, wie dies in
Im Speziellen umfasst das Eingangssignal 10 ein Befehlssignal, das die Recheneinrichtung 6 durch Ausführung eines durch das Befehlssignal definierten Befehls abarbeiten kann. Hierzu stellt die Recheneinrichtung 6 im Speziellen einen Betriebsparameter des Rotors 4 ein, im Speziellen einen Rotorstrom. Dies kann zum einen dazu verwendet werden, den Rotorstrom des Rotors 4 zu steuern, zum Beispiel um einen Betriebspunkt der elektrischen Maschine 3 zu verändern. Ebenso ist es möglich, wie beispielsweise in
Rein beispielhaft ist in
Wie beschrieben, kann die Recheneinrichtung 6 zur Erfassung von Betriebsgrößen der elektrischen Maschine 3 bzw. des Rotors 4 ausgebildet sein. Im Speziellen kann die Recheneinrichtung 6 eine Rotortemperatur und einen Rotorstrom des Rotors 4 erfassen. Die erfasste Betriebsgröße kann ferner ein Rotorfeld, eine Rotorposition, einen Rotorstrom oder ein Statorfeld betreffen. Die Betriebsgröße kann, insbesondere ausgelöst durch einen entsprechenden Befehl, der als Eingangssignal 10 von dem Wechselrichter 2 an die Recheneinrichtung 6 übertragen wurde, als Bestandteil eines Informationssignals 11 an den Wechselrichter 2 übermittelt werden.As described, the computing device 6 can be designed to detect operating variables of the electric machine 3 or the rotor 4. Specifically, the computing device 6 can detect a rotor temperature and a rotor current of the rotor 4. The detected operating variable can further relate to a rotor field, a rotor position, a rotor current, or a stator field. The operating variable can be transmitted to the inverter 2 as part of an information signal 11, in particular triggered by a corresponding command transmitted as an input signal 10 from the inverter 2 to the computing device 6.
Zum Beispiel kann ein aktueller Rotorstrom von der Recheneinrichtung 6 erfasst werden und an den Wechselrichter 2 übermittelt werden. Dadurch kann ein Abgleich eines Soll-Stroms, der, insbesondere über die induktive Übertragungseinrichtung 5, an den Rotor 4 übertragen werden soll, mit einem Ist-Strom, der von der Recheneinrichtung 6 in dem Rotor 4 erfasst wurde, abgeglichen werden. Dadurch ist eine Regelung des Rotorstroms verbessert möglich, da seitens der Recheneinrichtung 6 erfasst werden kann, welcher Ist-Rotorstrom tatsächlich gestellt wird, was mit dem seitens des Wechselrichters 2 gesteuerten Soll-Strom verglichen werden kann. Die Recheneinrichtung 6 kann hierbei insbesondere dazu ausgebildet sein, wenigstens einen aktiven Gleichrichter des Rotors 4 zu steuern. Beispielsweise kann der aktive Gleichrichter in Abhängigkeit des erfassten Rotorstroms gesteuert werden, insbesondere um den Soll-Strom einzuregeln.For example, a current rotor current can be detected by the computing device 6 and transmitted to the inverter 2. This makes it possible to compare a target current, which is to be transmitted to the rotor 4, in particular via the inductive transmission device 5, with an actual current detected by the computing device 6 in the rotor 4. This improves the control of the rotor current, since the computing device 6 can detect which actual rotor current is actually being set, which can be compared with the target current controlled by the inverter 2. The computing device 6 can in particular be designed to control at least one active rectifier of the rotor 4. For example, the active rectifier can be controlled as a function of the detected rotor current, in particular in order to regulate the target current.
Beispielsweise kann mit dem beschriebenen aktiven Gleichrichter über eine, insbesondere hochfrequente, Pulsweitenmodulation, der für den Rotor zur Verfügung stehende Strom geregelt werden. Dadurch kann der Rotorstrom so eingestellt werden, dass dieser dem Soll-Strom entspricht. Dies ergibt die Möglichkeit, die induktive Übertragungseinrichtung 5 effizienter zu betreiben, da diese an ihrer optimalen Übertragungsfrequenz betrieben werden kann bzw. die Übertragungsfrequenz verändert werden kann.For example, with the described active rectifier, the current available to the rotor can be regulated via pulse-width modulation, in particular high-frequency pulse-width modulation. This allows the rotor current to be adjusted so that it corresponds to the desired current. This makes it possible to operate the inductive transmission device 5 more efficiently, since it can be operated at its optimal transmission frequency or the transmission frequency can be changed.
Weiter ist es möglich, den Koppelfaktor der induktiven Übertragungseinrichtung zu bestimmen, insbesondere mittels der Recheneinrichtung 6. Zum Beispiel kann von dem Wechselrichter 2 die Ausgabespannung bzw. der Ausgabestrom, d. h. die Betriebsspannung und der Soll-Strom übermittelt werden. Dies kann ins Verhältnis zu dem mittels der Recheneinrichtung 6 gemessenen Ist-Strom des Rotors und der auf dem Rotor 4 gemessenen Spannung gesetzt werden. Dadurch ist es möglich, den Rotorstrom in bestimmten Grenzen durch die Recheneinrichtung 6 einzustellen, ohne einen Regeleingriff auf dem Wechselrichter 2 auszuführen.Furthermore, it is possible to determine the coupling factor of the inductive transmission device, in particular by means of the computing device 6. For example, the output voltage or output current, i.e., the operating voltage and the target current, can be transmitted from the inverter 2. This can be related to the actual rotor current measured by the computing device 6 and the voltage measured on the rotor 4. This makes it possible to adjust the rotor current within certain limits by the computing device 6 without implementing any control intervention on the inverter 2.
Das hierin beschriebene Verfahren kann mit der elektrischen Antriebsanordnung 1 ausgeführt werden. Wie beschrieben, kann die elektrische Antriebsanordnung 1 einem Kraftfahrzeug zugeordnet sein bzw. in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Die vorausgehende Beschreibung ist daher auch auf das Verfahren und das Kraftfahrzeug übertragbar.The method described herein can be carried out using the electric drive assembly 1. As described, the electric drive assembly 1 can be assigned to a motor vehicle or arranged in a motor vehicle. The preceding description is therefore also applicable to the method and the motor vehicle.
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind miteinander kombinierbar, untereinander austauschbar und aufeinander übertragbar.The advantages, details and features shown in the embodiments can be combined with one another, are interchangeable and are transferable to one another.
BezugszeichenReference symbol
- 11
- elektrische Antriebsanordnungelectric drive arrangement
- 22
- WechselrichterInverter
- 33
- elektrische Maschineelectric machine
- 44
- Rotorrotor
- 55
- induktive Übertragungseinrichtunginductive transmission device
- 66
- Recheneinrichtungcomputing device
- 7, 87, 8
- PfeilArrow
- 99
- Trägersignalcarrier signal
- 1010
- EingangssignalInput signal
- 1111
- InformationssignalInformation signal
- 1212
- BereichArea
Claims (10)
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ID=96585911
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Citations (3)
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| EP3039775B1 (en) * | 2013-11-14 | 2019-07-17 | ARM Limited | An electronically controlled universal motor |
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-
2024
- 2024-02-20 DE DE102024201512.1A patent/DE102024201512A1/en active Pending
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