-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor, wobei die elektrische Maschine wenigstens ein erstes Teilsystem und ein zweites Teilsystem mit jeweils mehreren Phasen zum Antrieb der elektrischen Maschine aufweist, wobei das zweite Teilsystem vom ersten Teilsystem elektrisch getrennt, und insbesondere zum ersten Teilsystem versetzt angeordnet ist, und wobei die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, das erste Teilsystem und das zweite Teilsystem symmetrisch zueinander anzusteuern, und wobei die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, erste Phasenströme des ersten Teilsystems zu messen.
-
Eine solche elektrische Maschine ist dem Fachmann bekannt. Hierbei ist diese elektrische Maschine typischerweise dazu eingerichtet, auch die Phasenströme des zweiten Teilsystems zu messen, um die Ansteuerung der elektrischen Maschine für die jeweiligen Phasen entsprechend anpassen zu können.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor, wobei die elektrische Maschine wenigstens ein erstes Teilsystem und ein zweites Teilsystem mit jeweils mehreren Phasen zum Antrieb der elektrischen Maschine aufweist, wobei das zweite Teilsystem vom ersten Teilsystem elektrisch getrennt, und insbesondere zum ersten Teilsystem versetzt angeordnet ist, und wobei die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, das erste Teilsystem und das zweite Teilsystem symmetrisch zueinander anzusteuern, und wobei die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, erste Phasenströme des ersten Teilsystems zu messen.
-
Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, zweite, geschätzte Phasenströme des zweiten Teilsystems und/oder deren Raumzeiger-Parameter in Abhängigkeit von den ersten Phasenströmen zu bestimmen.
-
Vorteilhaft ist hierbei, dass keine zusätzlichen Sensoren zur Erfassung der zweiten Phasenströme des zweiten Teilsystems benötigt werden, da diese in Abhängigkeit der gemessenen ersten Phasenströme abgeschätzt werden können. Hierdurch können Kosten, Aufwand und Bauraum der elektrischen Maschine reduziert werden.
-
Unter elektrischer Maschine ist hierbei ein System zu verstehen, welches unter anderem mittels Stator und Rotor beispielsweise einen Antriebsmotor bildet. Die elektrische Maschine kann insbesondere als Elektromotor ausgebildet sein. Eine solche elektrische Maschine ist insbesondere für ein Kraftfahrzeug, eine Handwerkzeugmaschine oder ein Elektrofahrrad geeignet.
-
Beispielsweise umfassen hierbei das erste Teilsystem und das zweite Teilsystem jeweils eine B6-Brücke und entsprechende Statorwicklungen, wobei die B6-Brücken zum Beispiel von einer gemeinsamen Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuert werden, wodurch beispielsweise eine elektrische Maschine mit 2 x 3 Phasen gebildet wird.
-
Hierbei können die Statorwicklungen insbesondere derartig mechanisch versetzt angeordnet sein, dass bei einer identischen Ansteuerung der Statorwicklungen beider Teilsysteme elektrisch gesehen eine Phasenverschiebung φ zwischen den beiden Teilsystemen vorliegt. Die beiden Teilsysteme weisen dabei konstruktionsbedingt eine Phasenverschiebung zueinander auf. So ist das erste Teilsystem gegenüber dem zweiten Teilsystem aufgrund der versetzten Anordnung beispielsweise um φ = 30° phasenverschoben. Es wäre jedoch auch denkbar, dass die Teilsysteme eine Phasenverschiebung von 0° aufweisen und entsprechend nicht versetzt, sondern auf einer identischen Achse zueinander angeordnet sind.
-
Die Ansteuerung der Teilsysteme erfolgt hierbei symmetrisch, um insbesondere den mechanischen Versatz der Statorwicklungen der entsprechenden Teilsysteme zu berücksichtigen. Unter symmetrischen Ansteuerung ist hierbei zu verstehen, dass beide Teilsysteme mit dem gleichen um φ phasenverschobenen Spannungszeiger beaufschlagt werden, wodurch sich gleich große, phasenverschobene Ströme einstellen. Sind die Teilsysteme nicht versetzt zueinander angeordnet, erfahren beide Teilsysteme eine identische Ansteuerung ohne einen Phasenversatz.
-
Bei einer solchen elektrischen Maschine können die Teilsystem insbesondere auch induktiv gekoppelt sein, worunter zu verstehen ist, dass sich die erzeugten Magnetfelder der Teilsysteme gegenseitig beeinflussen bzw. überlagern. Es wäre jedoch auch denkbar, dass die Statorwicklungen der jeweiligen derartig ausgestaltet sind, dass keine bzw. nahezu keine induktive Kopplung zwischen den beiden Teilsystemen vorliegt.
-
Eine Messung der Phasenströme kann beispielsweise durch entsprechende Stromsensoren umgesetzt werden, welche die jeweiligen Phasenströme eines Teilsystems erfassen. Die Stromsensoren können beispielsweise mittels eines Messwiderstands oder als Hall-Sensoren ausgestaltet sein. Um alle Phasenströme eines Teilsystems bestimmen zu können, reicht es hierbei prinzipiell aus, lediglich alle bis auf einen Phasenstrom zu messen, wobei dieser letzte Phasenstrom über das Kirchhoffsche Gesetz durch die anderen Phasenströme des Teilsystems ermittelt werden kann.
-
Als Raumzeiger-Parameter sind hierbei Parameter zu verstehen, welche ausgehend von den Phasenströmen durch eine entsprechende Raumzeiger-Transformation dieser Phasenströme erhalten werden können.
-
Die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgestaltet sein.
-
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, zweite Phasenströme des zweiten Teilsystems zu messen und die zweiten, geschätzten Phasenströme und/oder deren Raumzeiger-Parameter mit den zweiten Phasenströme und/oder deren Raumzeiger-Parametern zu vergleichen und in Abhängigkeit vom Vergleich eine Reaktion umzusetzen. Vorteilhaft ist hierbei, dass hierdurch eine Plausibilisierung der zweiten Phasenströme möglich ist, ohne redundante Sensoren zur Erfassung der zweiten Phasenströme zu benötigen. Hierdurch können wiederum Kosten und Bauraum der elektrischen Maschine eingespart werden.
-
Eine solche Plausibilisierung ist insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen notwendig, wie sie beispielsweise im Automotive-Bereich vorkommen, bei welchen zum Beispiel in Abhängigkeit von den Phasenströmen auf das vorhandene Drehmoment geschlossen und die elektrische Maschine darauf basierend angesteuert wird. Hierbei kann eine fehlerhafte Eingangsgröße in Form eines entsprechenden Phasenstroms zu einer fehlerhaften Drehmomentberechnung und entsprechend zu einer fehlerhaften Ansteuerung der elektrischen Maschine führen, was unbedingt vermieden werden soll.
-
Die Plausibilisierung der gemessenen gegenüber geschätzten Phasenströmen kann neben Fehlern im Messpfad auch beispielsweise die Diagnose von Windungskurzschlüssen oder Kurzschlüsse gegen das Gehäuse in einem Teilsystem ermöglichen.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, bei einer wesentlichen Abweichung der zweiten, geschätzten Phasenströme und/oder deren Raumzeiger-Parameter gegenüber den zweiten Phasenströmen und/oder deren Raumzeiger-Parametern als Reaktion ein Warnsignal zu erzeugen.
-
Vorteilhaft ist hierbei, dass anhand des Warnsignals auf einen möglichen Fehler im entsprechend Teilsystem hingewiesen werden kann. Das Warnsignal kann hierbei entweder intern verarbeitet werden, um beispielsweise die Ansteuerung des fehlerhaften Teilsystems entsprechend anzupassen, oder es kann mittels einer insbesondere drahtlosen Kommunikationseinheit ausgesendet werden, um beispielsweise einen Nutzer der elektrischen Maschine über den möglichen Fehler zu informieren.
-
Als wesentliche Abweichung ist eine Differenz zu verstehen, welche einen Unterschied zwischen gemessenen und geschätzten Phasenströmen beziehungsweise deren Raumzeiger-Parameter darstellt, welcher nicht lediglich auf Messungenauigkeiten oder auch Berechnungsungenauigkeiten zurückzuführen ist. Die entsprechenden Größen sollten sich hierbei daher um mindestens einige Prozent voneinander unterscheiden.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, erste, geschätzte Phasenströme des ersten Teilsystems und/oder deren Raumzeiger-Parameter in Abhängigkeit von den zweiten Phasenströmen zu bestimmen und die ersten, geschätzten Phasenströme und/oder deren Raumzeiger-Parameter mit den ersten Phasenströme und/oder deren Raumzeiger-Parametern zu vergleichen und in Abhängigkeit vom Vergleich eine weitere Reaktion umzusetzen.
-
Vorteilhaft ist hierbei, dass hierdurch die Phasenströme beider Teilsysteme plausibilisiert werden können.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, ausgehend von gemessenen Phasenströmen geschätzte Phasenströme und/oder Raumzeiger-Parameter in Abhängigkeit von einer Raumzeiger-Transformation, insbesondere einer Clarke-Transformation oder einer Park-Transformation, und in Abhängigkeit von der symmetrischen Ansteuerung des ersten Teilsystems zum zweiten Teilsystem zu bestimmen.
-
Vorteil ist hierbei, dass die Abhängigkeit der beiden Teilsysteme aufgrund ihres bekannten Aufbaus bzgl. Symmetrie und entsprechendem Phasenversatz zwischen den beiden Teilsystemen besonders einfach in eine entsprechende Raumzeiger-Transformation abgebildet werden kann, um daraus dann entsprechende Rückschlüsse über die Phasenströme des anderen Teilsystems ableiten zu können.
-
So können die gemessenen Phasenströme beispielsweise mittels einer Clarke-Transformationen (Tαβ,1, Tαβ,2), auch Alpha-Beta-Transformation genannt, in einen Raumzeiger im Alpha-Beta-Koordinatensystem umgewandelt werden. Hierbei ist zu beachten, dass in der Transformation jeweils eine Drehung um beispielsweise φ =30° stattfindet, was der versetzten Anordnung der beiden Teilsysteme zueinander geschuldet ist. Liegt kein Versatz vor, wird der Phasenwinkel mit φ = 0° angenommen.
-
T
αβ,1 stellt hierbei den Bezug zum zweiten Teilsystem her mit einer Drehung um + φ her. T
αβ,2 stellt den Bezug zum ersten Teilsystem mit einer Drehung um - φ her. Es werden entsprechend folgende Gleichungen angewendet:
-
Anschließend können beispielsweise die zuvor bestimmten Raumzeiger mit Hilfe einer inversen Clarke-Transformation in die geschätzten Phasenströme umgerechnet werden:
-
Daraufhin können zur Plausibilisierung beispielsweise i1 mit is1 oder auch i2 mit is2 verglichen werden.
-
Diese Transformation bringt mit sich, dass die Sinus- und Cosinus-Funktionen der Transformation nur durch Konstanten bestimmt sind und daher auch über Konstanten implementiert werden können. Dies bringt weitere, folgende Vorteile mit sich. So kann eine möglichst einfache Umsetzung der Bestimmung erfolgen, wodurch wiederum die Rechenzeit der Verarbeitungseinheit zur Bestimmung der geschätzten Phasenströme und entsprechend auch zur Plausibilisierung reduziert werden kann.
-
Als Alternative kann eine Park-Transformation, auch d/q-Transformation genannt, genutzt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, Alpha-Beta-Komponenten der Raumzeiger einer Clarke-Transformation als Raumzeiger-Parameter zu bestimmen und insbesondere zum Vergleich heranzuziehen.
-
Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine besonders einfache Möglichkeit darstellt, den Vergleich zwischen geschätzten und gemessenen Strömen zur Plausibilisierung der jeweiligen Phasenströme durchzuführen.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, Raumzeigerlängen als Raumzeiger-Parameter zu bestimmen und insbesondere zum Vergleich heranzuziehen. Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine besonders einfache Möglichkeit darstellt, den Vergleich zwischen geschätzten und gemessenen Strömen zur Plausibilisierung der jeweiligen Phasenströme durchzuführen.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, einen Betrag der Differenz von transformierten Phasenströmen als Raumzeiger-Parameter zu bestimmen und insbesondere zum Vergleich heranzuziehen.
-
Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine besonders einfache Möglichkeit darstellt, den Vergleich zwischen geschätzten und gemessenen Strömen zur Plausibilisierung der jeweiligen Phasenströme durchzuführen.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, die ersten Phasenströme und/oder die zweiten Phasenströme über jeweils einen vorbestimmten Zeitraum einer Tiefpassfilterung zu unterziehen und/oder zu mitteln.
-
Vorteilhaft ist hierbei, dass der Einfluss von harmonischen Oberwellen reduziert werden kann, wodurch die Bestimmung der Phasenströme des anderen Teilsystems aus den gemessenen Phasenströme und auch eine nachfolgende Plausibilisierung weniger störanfällig ist.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem Stator und einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor, wobei die elektrische Maschine wenigstens ein erstes Teilsystem und ein zweites Teilsystem mit jeweils mehreren Phasen zum Antrieb der elektrischen Maschine aufweist.
-
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem Stator und einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor, wobei die elektrische Maschine wenigstens ein erstes Teilsystem und ein zweites Teilsystem mit jeweils mehreren Phasen zum Antrieb der elektrischen Maschine aufweist.
-
Dargestellt ist eine elektrische Maschine 10. Die elektrische Maschine 10 ist insbesondere als elektrischer Antrieb ausgestaltet und weist einen Stator 20 und einen permanentmagnetischen Rotor 30 auf. Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 10 ein erstes Teilsystem 11 und ein gestrichelt gezeichnetes, zweites Teilsystem 12 mit jeweils drei Phasen zum Antrieb der elektrischen Maschine 10. Insbesondere umfassen hierbei das erste Teilsystem 11 und das zweite Teilsystem 12 jeweils eine B6-Brücke 40 und entsprechende Statorwicklungen 21, wobei die B6-Brücken 40 von einer gemeinsamen Verarbeitungseinheit 50 entsprechend angesteuert werden. Die Ansteuerung erfolgt hierbei symmetrisch und berücksichtigt den mechanischen Versatz der Statorwicklungen 21 der entsprechenden Teilsysteme 11, 12.
-
Hierbei ist das zweite Teilsystem 12 vom ersten Teilsystem 11 elektrisch getrennt, zum ersten Teilsystem 11 versetzt angeordnet und mit dem ersten Teilsystem 11 induktiv gekoppelt.
-
Des Weiteren ist die die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, erste Phasenströme i1 des ersten Teilsystems 11 und zweite Phasenströme i2 des zweiten Teilsystems jeweils mittels Stromsensoren 60 zu messen und der Verarbeitungseinheit 50 zur Verfügung zu stellen.
-
Zudem ist die die elektrische Maschine 10 dazu eingerichtet, zweite, geschätzte Phasenströme is2 des zweiten Teilsystems 12 und/oder deren Raumzeiger-Parameter in Abhängigkeit von den ersten Phasenströmen i1 zu bestimmen sowie erste, geschätzte Phasenströme is1 des ersten Teilsystems 11 und/oder deren Raumzeiger-Parameter in Abhängigkeit von den zweiten Phasenströmen i2 zu bestimmen.
-
Insbesondere ist die elektrische Maschine 10 dazu eingerichtet, ausgehend von gemessenen Phasenströmen i1, i2 geschätzte Phasenströme is1, is2 und/oder Raumzeiger-Parameter in Abhängigkeit von einer Raumzeiger-Transformation, insbesondere einer Clarke-Transformation oder einer Park-Transformation, und in Abhängigkeit von der symmetrischen Ansteuerung des ersten Teilsystems 11 zum zweiten Teilsystem 12 zu bestimmen.
-
Des Weiteren ist die die elektrische Maschine 10 dazu eingerichtet ist, die zweiten, geschätzten Phasenströme is2 und/oder deren Raumzeiger-Parameter mit den zweiten Phasenströme i2 und/oder deren Raumzeiger-Parametern zu vergleichen und in Abhängigkeit vom Vergleich eine Reaktion umzusetzen sowie die ersten, geschätzten Phasenströme is1 und/oder deren Raumzeiger-Parameter mit den ersten Phasenströme i1 und/oder deren Raumzeiger-Parametern zu vergleichen und in Abhängigkeit vom Vergleich eine weitere Reaktion umzusetzen.
-
Insbesondere kann bei einer wesentlichen Abweichung der zweiten, geschätzten Phasenströme is2 und/oder deren Raumzeiger-Parameter gegenüber den zweiten Phasenströmen i2 und/oder deren Raumzeiger-Parametern als Reaktion ein Warnsignal erzeugt werden, welches beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Kommunikationseinheit ausgesendet oder aber intern weiterverarbeitet werden kann. Eine entsprechende Reaktion kann für die weitere Reaktion beim Vergleich der ersten, geschätzten Phasenströme is1 und/oder deren Raumzeiger-Parameter mit den ersten Phasenströme i1 und/oder deren Raumzeiger-Parametern erfolgen.
-
Beim Vergleich können beispielsweise anhand von Alpha-Beta-Komponenten der Raumzeiger einer Clarke-Transformation als Raumzeiger-Parameter oder auch anhand von Raumzeigerlängen als Raumzeiger-Parameter oder auch ein Betrag der Differenz von transformierten Phasenströmen als Raumzeiger-Parameter herangezogen werden.
-
Des Weiteren kann die elektrische Maschine 10 dazu eingerichtet sein, die ersten Phasenströme i1 und/oder die zweiten Phasenströme i2 jeweils über einen vorbestimmten Zeitraum einer Tiefpassfilterung zu unterziehen und/oder zu mitteln.