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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Drehmoments einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug.
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Die
WO 2014/54507 A1 offenbart eine Messeinrichtung zum Messen eines Rotationswinkels. Aus der
DE 100 41 089 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur einer Winkelmessung bekannt. Der
DE 10 2010 003 096 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übermittlung einer aktuellen Winkelposition eines drehbaren magnetischen Bauteils in einem elektrischen Antrieb als bekannt zu entnehmen. Die
DE 03 712 808 T1 offenbart eine Winkelbestimmungsvorrichtung. Aus der
DE 10 2014 224 961 A1 ist eine Vorrichtung zur radialen mechanisch absoluten Winkelbestimmung einer Welle bekannt. Die
DE 10 2006 061 577 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels einer Welle. Aus der
DE 10 2016 105 797 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels bei einem Elektromotor bekannt. Der
DE 198 39 446 A1 ist eine Anordnung zur Drehwinkelerfassung eines drehbaren Elements als bekannt zu entnehmen. Des Weiteren offenbart die
DE 10 2017 211 190 A1 ein Sensorsystem zur Bestimmung wenigstens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements. Des Weiteren ist aus der
EP 2 498 066 A2 eine Vorrichtung zur Erkennung eines Rotationswinkels bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine elektrische Maschine und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass ein Drehmoment der elektrischen Maschine auf besonders einfache Weise ermittelt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Drehmoments einer elektrischen Maschine, insbesondere eines einfach auch als Fahrzeug bezeichneten Kraftfahrzeugs. Beispielsweise ist die elektrische Maschine als eine Asynchronmaschine ausgebildet. Beispielsweise wird das Verfahren während eines Betriebs der elektrischen Maschine durchgeführt. Die elektrische Maschine weist beispielsweise einen Rotor und einen Stator auf, mittels welchem der Rotor antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Insbesondere kann die elektrische Maschine, deren axiale Richtung mit der Maschinendrehachse zusammenfällt, über ihren Rotor das Drehmoment bereitstellen, mittels welchem beispielsweise das Kraftfahrzeug, insbesondere rein elektrisch, angetrieben werden kann.
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Um das Drehmoment auf besonders einfache Weise ermitteln zu können, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass, insbesondere während des zuvor genannten Betriebs der elektrischen Maschine, mittels einer Sensoreinrichtung, insbesondere der elektrischen Maschine, ein Streufluss der elektrischen Maschine gemessen, das heißt erfasst wird. Der Streufluss wird auch als magnetischer Streufluss bezeichnet. Insbesondere ist es bei dem Verfahren und insbesondere während des Betriebs vorgesehen, dass bei dem Verfahren und insbesondere während des Betriebs der elektrischen Maschine der Rotor mittels des Stators angetrieben und dadurch um die Maschinendrehachse relativ zu dem Stator gedreht wird. Insbesondere ist es bei dem Verfahren und während des Betriebs der elektrischen Maschine vorgesehen, dass während des Betriebs der elektrischen Maschine und somit während des Verfahrens die elektrische Maschine über ihren Rotor das Drehmoment bereitstellt. Das Drehmoment ist beispielsweise ein auch als Antriebsmoment bezeichnetes Antriebsdrehmoment, mittels welchem das Kraftfahrzeug insbesondere bei dem Verfahren und somit während des Betriebs angetrieben, insbesondere rein elektrisch, wird. Wie aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, ist oder beschreibt der auch als magnetischer Streufluss bezeichnete Streufluss einen Teil eines magnetischen Flusses der elektrischen Maschine, wobei beispielsweise mittels der Sensoreinrichtung der magnetische Fluss und hierdurch der Streufluss insbesondere als Teil des magnetischen Flusses gemessen werden.
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Des Weiteren ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass, insbesondere während des Betriebs der elektrischen Maschine, mittels einer elektronischen Recheneinrichtung das Drehmoment der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von dem mittels der Sensoreinrichtung gemessenen Streufluss berechnet und dadurch ermittelt wird, insbesondere ohne dass das Drehmoment in Abhängigkeit von einem gemessenen elektrischen Strom der elektrischen Maschine ermittelt wird, ganz insbesondere ohne dass ein elektrischen Strom der elektrischen Maschine gemessen wird. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass bei dem Verfahren eine Messung des elektrischen Stroms der elektrischen Maschine unterbleibt, sodass beispielsweise während des Verfahrens kein gemessener elektrischer Strom der elektrischen Maschine zur Verfügung steht, der zur Ermittlung des Drehmoments berücksichtigt werden könnte. Die Erfindung ermöglicht es somit, das Drehmoment zu berechnen und somit zu ermitteln, ohne den elektrischen Strom der elektrischen Maschine, die beispielsweise mit dem elektrischen Strom insbesondere von einem Wechselrichter versorgt wird, zu messen, sodass beispielsweise eine auch als Strommessung bezeichnete Messung des elektrischen Stroms und somit Stromsensoren zum Messen des Stroms vermieden werden können. Dadurch kann ein besonders kosten-, bauraum- und gewichtsgünstiger Aufbau der elektrischen Maschine realisiert werden, wobei gleichzeitig das Drehmoment berechnet und somit ermittelt werden kann. Die Berechnung und somit Ermittlung des Drehmoments ohne Strommessung bietet im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen Vorteile für eine funktionale Sicherheit. Des Weiteren kann eine Redundanz geschaffen werden, insbesondere mit einer Möglichkeit, Fehler der elektrischen Maschine frühzeitig zu berechnen.
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Grundsätzlich ist es denkbar, das Drehmoment in Abhängigkeit von einem Flussbeobachter zu ermitteln, insbesondere derart, dass der Flussbeobachter das Drehmoment ermittelt, insbesondere berechnet oder dadurch ermittelt, und/oder dass der Flussbeobachter eine Ausgangsgröße bereitstellt, wobei in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße das Drehmoment ermittelt, insbesondere berechnet und dadurch ermittelt werden kann. Üblicherweise umfasst ein solcher Flussbeobachter ein Strom- und Spannungsmodell, wobei das Spannungsmodell alleine betrachtet eine offene Integration ist und somit insbesondere im Stillstand nicht funktioniert. Für das Strommodell ist eine Messung des elektrischen Stroms erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es nun, das Drehmoment ohne Strommessung zu ermitteln, sodass beispielsweise auf das SM verzichtet werden kann. Insbesondere wird beispielsweise das SM durch ein Streuflussmodell ersetzt, was im Folgenden noch genauer erläutert wird, wobei mittels des Streuflussmodells das Drehmoment berechnet werden kann. Der Flussbeobachter beobachtet beispielsweise einen auch als Magnetfluss bezeichneten, magnetischen Fluss der elektrischen Maschine, insbesondere derart, dass der Flussbeobachter den magnetischen Fluss schätzt und/oder wenigstens eine den magnetischen Fluss charakterisierende Größe bereitstellt.
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Um das Drehmoment auf besonders einfache Weise sowie besonders präzise berechnen und somit ermitteln zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung anhand eines ersten Rechenmodells und in Abhängigkeit von dem gemessenen Streufluss wenigstens eine zumindest einen Teil des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine charakterisierende Flussgröße berechnet wird. Somit handelt es sich beispielsweise bei dem ersten Rechenmodell, welches auch als Flussmodell bezeichnet wird, um den Flussbeobachter oder um einen Teil des Flussbeobachters. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem magnetischen Fluss ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, der magnetische Fluss zu verstehen, der den durch die Flussgröße charakterisierten Teil umfasst. Bei dem magnetischen Fluss handelt es sich beispielsweise um einen von dem Streufluss unterschiedlichen magnetischen Fluss und/oder um einen zusätzlich zu dem Streufluss vorgesehenen magnetischen Fluss der elektrischen Maschine.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung anhand eines zweiten Rechenmodells und in Abhängigkeit von dem gemessenen Streufluss der elektrische Strom der elektrischen Maschine berechnet wird, insbesondere ohne dass der elektrische Strom der elektrischen Maschine gemessen wird, wobei mittels der elektronischen Recheneinrichtung das Drehmoment in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine berechnet wird. Insbesondere ist das zweite Rechenmodell das zuvor genannte Strommodell. Somit kann das Drehmoment auf besonders einfache Weise besonders präzise berechnet und somit ermittelt werden.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das zweite Rechenmodell zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell vorgesehen ist, sodass mittels der elektronischen Recheneinrichtung anhand des zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell vorgesehenen, zweiten Rechenmodell und in Abhängigkeit von der Flussgröße der elektrische Strom der elektrischen Maschine berechnet wird, sodass beispielsweise die Flussgröße dem zweiten Rechenmodell zugeführt wird. Somit ist beispielsweise die Flussgröße eine Eingangsgröße des zweiten Rechenmodells. Dabei wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung das Drehmoment in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine berechnet, wodurch das Drehmoment besonders präzise sowie auf einfache Weise und insbesondere ohne Strommessung berechnet und somit ermittelt werden kann.
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Um das Drehmoment auf besonders einfache Weise und besonders präzise berechnen und somit ermitteln zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung anhand eines zusätzlich zu dem zweiten Rechenmodell vorgesehenen, dritten Rechenmodells und in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine wenigstens eine eine elektrische Spannung der elektrischen Maschine charakterisierende Spannungsgröße berechnet wird. Somit ist beispielsweise das dritte Rechenmodell das zuvor genannte Spannungsmodell. Dabei wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung das Drehmoment in Abhängigkeit von der berechneten Spannungsgröße berechnet. Hierdurch kann das Drehmoment auf besonders einfache Weise besonders präzise berechnet und somit ermittelt werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das dritte Rechenmodell zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell und zusätzlich zweiten Rechenmodell vorgesehen ist, wodurch das Drehmoment besonders präzise berechnet und somit ermittelt werden kann.
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Um auf besonders einfache Weise einen besonders vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Maschine in Abhängigkeit von dem berechneten Drehmoment betrieben, insbesondere geregelt, wird.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn bei dem Verfahren mittels der elektrischen Maschine das zuvor genannte Kraftfahrzeug angetrieben wird, wodurch ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine und des Kraftfahrzeugs gewährleistet werden kann.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche zum Durchführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine elektrische Maschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein elektrisch, antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Perspektivansicht eines Stators einer elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug;
- 2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer Platine einer Sensoreinrichtung der elektrischen Maschine; und
- 3 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Ermitteln eines Drehmoments der elektrischen Maschine.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Verfahren zum Ermitteln eines Drehmoments einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, erläutert. Beispielsweise ist das Verfahren zum Ermitteln des Drehmoments ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine oder ein Teil eines Verfahrens zum Betreiben der elektrischen Maschine, so soll beispielsweise bei dem Verfahren die elektrische Maschinenabhängigkeit von dem ermittelten Drehmoment betrieben wird.
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Dabei zeigt 1 in einer schematischen Perspektivansicht einen Stator 10 der elektrischen Maschine. Beispielsweise weist das einfach auch als Fahrzeug bezeichnete und beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine auf, wobei das Kraftfahrzeug beispielsweise mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere Hundert Volt beträgt. Die elektrische Maschine weist in ihrem vollständig hergestellten Zustand den Stator 10 und einen in den Figuren nicht dargestellten Rotor auf, welcher um eine Maschinendrehachse der elektrischen Maschine, deren axiale Richtung mit der Maschinendrehachse zusammenfällt, relativ zu dem Stator 10 drehbar ist. Insbesondere kann die elektrische Maschine, deren radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung der elektrischen Maschine verläuft über ihren Rotor das zuvor genannte Drehmoment bereitstellen, mittels welchem beispielsweise das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Daher wird das Drehmoment auch als Antriebsdrehmoment oder Antriebsmoment bezeichnet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass bei dem Verfahren die elektrische Maschine das Drehmoment bereitstellt und/oder das der Stator den Rotor antreibt und somit um die Maschinendrehachse relativ zu dem Stator dreht.
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Die elektrische Maschine, insbesondere der Stator 10, weist wenigstens eine Wicklung 12 auf, mittels welcher ein erstes Magnetfeld, insbesondere mit einem einfach auch als erster Fluss oder erster Magnetfluss bezeichneten, ersten magnetischen Fluss, erzeugbar ist. Beispielsweise wird bei dem Verfahren das erste Magnetfeld und somit der erste Magnetfluss erzeugt. Der erste Magnetfluss ist beispielsweise ein Magnetfluss des Stators, sodass das erste Magnetfeld ein Magnetfeld des Stators 10 ist. Beispielsweise kann mittels des ersten Magnetfelds ein zweites Magnetfeld des Rotors erzeugt werden, wobei das zweite Magnetfeld einen zweiten magnetischen Fluss aufweist, welcher auch als zweiter Fluss oder zweiter Magnetfluss bezeichnet wird. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem Magnetfluss oder dem magnetischen Flusses, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, der erste magnetische Fluss und/oder der zweite magnetische Fluss zu verstehen. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem Magnetfeld ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, das erste Magnetfeld und/oder das zweite Magnetfeld zu verstehen. Ganz vorzugsweise ist die Wicklung 12 nach der auch nach Hairpin-Technologie bezeichneten Haarnadel-Technologie ausgebildet und wird daher auch als Hairpin-Wicklung bezeichnet. Da die Wicklung 12 eine Wicklung des Stators 10 ist, wird die Wicklung 12 auch als StatorWicklung bezeichnet. Der Stator 10 und somit die elektrische Maschine weisen ein Blechpaket 14 auf, an welchem die Wicklung 12 gehalten ist. Somit ist die Wicklung 12 durch das Blechpaket 14 getragen. Die axiale Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 16 veranschaulicht. Beispielsweise ist das Blechpaket 14 aus mehreren, separat voneinander ausgebildet und miteinander verbundenen Blechsegmenten gebildet, insbesondere zusammengesetzt. Aus 1 ist erkennbar, dass jeweilige Längenbereiche L der Wicklung 12 auf einer ersten axialen Stirnseite AS1 des Blechpakets 14 in axialer Richtung des Blechpakets 14 von dem Blechpaket 14, insbesondere von der axialen Stimseite AS1, abstehen, wodurch die Längenbereiche L wenigstens einen auf der ersten axialen Stirnseite AS1 angeordneten Wickelkopf 18 der Wicklung 12 bilden. Das Blechpaket 14 weist beispielsweise auch eine in axialer Richtung der elektrischen Maschine von der ersten axialen Stirnseite AS1 abgewandte, zweite axiale Stirnseite AS2 auf. Dabei ist es beispielsweise denkbar, dass auf der zweiten axialen Stirnseite AS2 zweite Längenbereiche L2 der Wicklung 12 in axialer Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 von dem Blechpaket 14, insbesondere von der axialen Stirnseite AS2, abstehen, wodurch beispielsweise die Längenbereiche L2 auf der zweiten axialen Stirnseite AS2 einen zweiten Wickelkopf 20 der Wicklung 12 bilden.
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Die elektrische Maschine, insbesondere der Stator 10, weist außerdem eine Sensoreinrichtung 22 auf, mittels welcher bei dem Verfahren ein Streufluss, insbesondere als ein Teil des magnetischen Flusses, der elektrischen Maschine gemessen, das heißt erfasst wird. Insbesondere wird beispielsweise mittels der Sensoreinrichtung 22 das Magnetfeld und somit der Streufluss gemessen, das heißt erfasst.
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Um den Streufluss mittels der Sensoreinrichtung 22 besonders vorteilhaft, insbesondere besonders präzise, erfassen, das heißt messen zu können, weist die Sensoreinrichtung 22 wenigstens eine Platine 24 auf, welche vorzugsweise separat von dem Blechpaket 14 ausgebildet und beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit dem Blechpaket 14 verbunden ist.
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2 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht die Sensoreinrichtung 22. Besonders gut aus 2 erkennbar ist, die Platine 24, welche in um die Maschinendrehachse verlaufender Umfangsrichtung der elektrischen Maschine zumindest teilweise, vorliegend vollständig, voneinander beabstandete Platinenbereiche 26 aufweist, zwischen welchen die Längenbereiche L angeordnet sind. Umgekehrt ausgedrückt sind die Platinenbereiche 26 in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine zwischen den Längenbereiche L angeordnet.
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Die Sensoreinrichtung 22 weist auch Sensorelemente 28 auf, welche an der Platine 24 gehalten und dadurch durch die Platine 24 getragen sind, insbesondere derart, dass die Sensorelemente 28 jeweils zumindest teilweise in die Platine 24 eingebettet sind. Somit ist die Platine 24 mit den Sensorelementen 28 bestückt. Beispielsweise ist oder umfasst das jeweilige Sensorelement 28 wenigstens oder genau einen jeweiligen Magnetfeldsensor. Mittels der Sensorelemente 28, insbesondere mittels der Magnetfeldsensoren, kann der Streufluss, insbesondere können beispielsweise das Magnetfeld und somit der Streufluss, erfasst werden. Somit ist es beispielsweise bei den Verfahren vorgesehen, dass mittels der Sensorelemente 28, insbesondere mittels der Magnetfeldsensoren, der Streufluss, insbesondere das Magnetfeld und dadurch der Streufluss gemessen, das heißt erfasst wird, beziehungsweise werden. Beispielsweise stellen die Sensorelemente 28 und somit die Sensoreinrichtung 22 wenigstens ein insbesondere elektrischen Signal bereit, welches den mittels der Sensorelemente 28 erfasst, das heißt gemessenen Streufluss charakterisiert.
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Aus 2 ist erkennbar, dass, insbesondere genau, ein jeweiliges der Sensorelemente 28 an, insbesondere genau, einem jeweiligen der Platinenbereiche 26 gehalten ist. Somit sind beispielsweise die Sensorelemente 28 zwischen den Längenbereichen L angeordnet, insbesondere in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine betrachtet.
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Bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Platinenbereiche 26 als Zähne oder Zinken ausgebildet, welche in radialer Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 nach innen hin von einem den Zähnen gemeinsamen Basisbereich 30 der Platine 24 abstehen und in radialer Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 nach innen hin an einem jeweiligen, den Basisbereich 30 gegenüberliegenden, freien Ende E des jeweiligen Zahns enden. Somit ist die Platine 24 kammförmig ausgebildet, vorliegend derart, dass die Platine 24 in Form eines um die Maschinendrehachse gebogenen Kamms ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, die Platine 24 derart besonders zeit- und kostengünstig zu montieren, dass beispielsweise bei einem Verfahren zum Herstellen der elektrischen Maschine die Platine 24 in radialer Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 von außen nach innen hin zwischen die Längenbereiche L gesteckt wird. Die radiale Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 verläuft senkrecht zur axialen Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und ist in 1 und 2 durch einen Doppelpfeil 32 veranschaulicht. Die axiale Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 ist in 1 durch eine strichpunktierte Linie 34 veranschaulicht. Wobei die Umfangsrichtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 um die axiale Richtung herum verläuft und durch einen Doppelpfeil 36 veranschaulicht ist.
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Aus 2 ist erkennbar, dass der Basisbereich 30 auf seiner von den Zähnen (Platinenbereiche 26) abgewandten in radialer Richtung der elektrischen Maschine nach außen weisenden Seite 35 kreissegmentförmig ausgebildet ist. Aus 1 ist erkennbar, dass sich in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 beidseitig an die Platine 24 ein jeweiliges der Blechsegmente, aus welchen das Blechpaket 14 gebildet ist, anschließt, wobei ein erstes der sich in Umfangsrichtung an die Platine 24 anschließenden Blechsegmente mit 38 und ein zweites der sich in Umfangsrichtung an die Platine 24, insbesondere direkt, anschließenden Blechsegmente mit 40 bezeichnet ist. Das jeweilige Blechsegment 38, 40 und die Platine 24 sind in axialer Richtung der elektrischen Maschine betrachtet zumindest teilweise, insbesondere vollständig, auf gleicher Höhe angeordnet, vorliegend derart, dass das jeweilige Blechsegment 38, 40 und die Platine 24 auf der ersten axialen Stirnseite AS1 bündig zueinander angeordnet sind. Dabei ist die Platine 24 in eine durch einen Fall 42 veranschaulichte, erste Richtung durch das Blechpaket 14 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als zur Hälfte oder aber Vollständig überdeckt, das heißt überlappt, wobei die durch den Fall 42 veranschaulichte, erste Richtung parallel zur axialen Richtung verläuft oder mit der axialen Richtung der elektrischen Maschine zusammenfällt. In eine durch einen Pfeil 44 veranschaulichte, der ersten Richtung entgegengesetzte, zweite Richtung ist die Platine 24 vollständig überlappungsfrei zu dem Blechpaket 14 angeordnet und somit nicht durch das Bleckpaket 14 überlappt oder überdeckt, wobei die zweite Richtung parallel zur axialen Richtung verläuft oder mit der axialen Richtung zusammenfällt und der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Somit ist die Platine 24 in axialer Richtung der elektrischen Maschine zwischen dem Wickelkopf 18 und zumindest einem Längenbereich des Blechpakets 14 angeordnet, wodurch der Streufluss besonders vorteilhaft gemessen, das heißt erfasst werden kann. Insbesondere sind die Sensorelemente 28 in axialer Richtung zwischen dem Wickelkopf 18 und zumindest dem Längenbereich des Blechpakets 14 angeordnet.
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Um das Magnetfeld besonders präzise messen, das heißt erfassen zu können, ist es beispielsweise vorgesehen, dass der jeweilige Magnetfeldsensor als ein AMR-Sensor, mithin als ein anisotroper magneto-resistiver Sensor ausgebildet ist.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Sensoreinrichtung 22 dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem erfassten Magnetfeld und/oder Streufluss wenigstens eine Drehstellung, insbesondere mehrere Drehstellungen, des Rotors, insbesondere bezüglich des Stators 10, und/oder einer Amplitude des Magnetfelds und/oder des magnetischen Flusses und/oder des Streuflusses und/oder eine Temperatur der elektrischen Maschine 10 zu bestimmen, das heißt zu ermitteln. Die jeweilige Drehstellung wird auch als Rotorlage oder Rotorposition bezeichnet und kann beispielsweise genutzt werden, um die elektrische Maschine in Abhängigkeit von der ermittelten Drehstellung zu betreiben, insbesondere zu regeln. Je höher eine Anzahl der Sensorelemente 28 ist, desto höher ist eine Genauigkeit, mit welcher der Streufluss erfasst und/oder die Drehstellung des Rotors ermittelt werden kann. Dadurch kann eine besonders präzise Regelung der elektrischen Maschine gewährleistet werden. Insbesondere ist beispielsweise vorgesehen, dass die elektrische Maschine in Abhängigkeit von dem Drehmoment geregelt wird.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass wenigstens eines der Blechsegmente des Blechpakets 14 und die Platine 24 an sich, das heißt für sich alleine betrachtet baugleich, also identisch ausgebildet sind, insbesondere zumindest im Hinblick auf deren jeweilige Außenkonturen, mithin außenumfangsseitige Formen. Vorzugsweise liegt die Anzahl der Sensorelemente 28 in einem Bereich von einschließlich 10 bis einschließlich 100. Ganz vorzugsweise ist die Platine 24 durch ein Spritzgussverfahren und/oder durch ein Laser-Direktstrukturierungsverfahren, mithin durch Laser-Direktstrukturierung (LDS) hergestellt. Dadurch, dass die Platine 24 vorzugsweise in Form eines Blechsegments des Blechpakets 14 ausgebildet ist, kann die Platine 24 zeit- und kostengünstig in die beispielsweise als Hairpin-Wicklung ausgebildete, gefertigte Wicklung 12 eingebracht werden, insbesondere derart, dass die vorliegend kammförmige Platine 24 in radialer Richtung von außen nach innen zwischen die Längenbereiche L der Wicklung 12 gesteckt wird.
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Die beispielsweise als Rotortemperatur ausgebildete Temperatur kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Amplitude, insbesondere aus der Amplitude, berechnet werden, beispielsweise dadurch, dass sich die Amplitude proportional mit der Temperatur verändert. Durch erfassen des Magnetfelds und/oder des magnetischen Flusses und/oder des Streuflusses können beispielsweise Lagerschäden erkannt werden, und ein Lagesignal kann beispielsweise redundant erfasst werden. Außerdem kann beispielsweise eine Veränderung der elektrischen Maschine durch Alterung, Temperatur oder sonstige Beschädigungen kompensiert werden. Bewegende Teile oder Kupplungen sind im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen nicht mehr erforderlich und können somit vermieden werden, sodass eine besonders hohe Robustheit darstellbar ist.
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Besonders schematisch dargestellt in 3 ist eine elektronische Recheneinrichtung 13, welche beispielsweise Bestandteil des Kraftfahrzeugs und/oder der elektrischen Maschine ist. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird das Drehmoment der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von den mittels der Sensoreinrichtung 22 gemessenen Streufluss berechnet und dadurch ermittelt.
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3 zeigt ein Flussdiagramm, anhand dessen das Verfahren zum Berechnen und somit ermitteln des Drehmoments näher erläutert wird. Ein Block 46 veranschaulicht eine auch als Flussmodell oder Streuflussmodell bezeichnetes, erstes Rechenmodell, welchem der mittels der Sensoreinrichtung 22 gemessene Streufluss als Eingangsgröße des ersten Rechenmodells zugeführt wird, sodass mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 anhand des ersten Rechenmodells und in Abhängigkeit von dem gemessenen Streufluss wenigstens eine zumindest einen Teil des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine charakterisierende Flussgröße 48 berechnet wird. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird das Drehmoment in Abhängigkeit von der berechnenden Flussgröße 48 berechnet.
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Durch einen Block 50 ist ein zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell (Streuflussmodell) vorgesehenes, zweites Rechenmodell veranschaulicht, welches auch als Strommodell bezeichnet wird. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird anhand des zweiten Rechenmodells und in Abhängigkeit von dem gemessenen Streufluss ein elektrischer Strom der elektrischen Maschine berechnet, welche beispielsweise mit dem elektrischen Strom insbesondere von einem Wechselrichter versorgt wird. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird das Drehmoment in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine berechnet. Beispielsweise wird hierfür dem Strommodell (Block 50) die Flussgröße 48 als Eingangsgröße des Strommodells zugeführt, sodass beispielsweise mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 anhand des zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell vorgesehenen, zweiten Rechenmodells (Strommodell) und in Abhängigkeit von der Flussgröße 48 der elektrische Strom der elektrischen Maschine berechnet wird. Dabei wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 das Drehmoment in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine berechnet. In 3 ist der mittels der Sensoreinrichtung 22 gemessene Streufluss durch einen Pfeil 52 veranschaulicht.
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In 3 ist durch einen Block 54 ein zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell und zusätzlich zu dem zweiten Rechenmodell vorgesehenes, drittes Rechenmodell veranschaulicht, wobei das dritte Rechenmodell auch als Spannungsmodell bezeichnet wird. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird anhand des Spannungsmodells und in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine wenigstens eine eine elektrische Spannung der elektrischen Maschine charakterisierende Spannungsgröße berechnet. Der anhand des zweiten Rechenmodells (Block 50) berechnete, elektrische Strom der elektrischen Maschine ist durch einen Pfeil 56 veranschaulicht, und durch einen Pfeil 58 ist die Spannungsgröße veranschaulicht. Es ist erkennbar, dass der anhand des zweiten Rechenmodells berechnete und dadurch ermittelte, elektrische Strom der elektrischen Maschine dem dritten Rechenmodell (Block 54) als Eingangsgröße des dritten Rechenmodells zugeführt wird. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird das Drehmoment in Abhängigkeit von der berechneten Spannungsgröße (Pfeil 58) berechnet und dadurch ermittelt. Durch einen Block 60 ist die Berechnung des Drehmoments veranschaulicht, wobei beispielsweise, wie durch den Pfeil 58 veranschaulicht ist, die Spannungsgröße als Eingangsgröße des Blocks 60 dem Block 60, das heißt der Berechnung des Drehmoments zugeführt wird. Als weitere Eingangsgröße des Blocks 60 beziehungsweise der Berechnung des Drehmoments wird beispielsweise dem Block 60 beziehungsweise der Berechnung des Drehmoments der berechnete und dadurch ermittelte, elektrische Strom der elektrischen Maschine zugeführt. Das bei der oder durch die durch den Block 60 veranschaulichte Berechnung berechnete und dadurch ermittelte Drehmoment der elektrischen Maschine ist durch einen Pfeil 62 veranschaulicht.
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Beispielsweise bilden das erste Rechenmodell (Flussmodell) und das Spannungsmodell einen Flussbeobachter, mittels welchem der auch als Statorfluss bezeichnete, magnetische Fluss des Stators beobachtet, insbesondere geschätzt und dadurch ermittelt, wird, und zwar insbesondere aus dem gemessenen Streufluss. Da der Flussbeobachter beispielsweise den magnetischen Fluss des Stators beobachtet, das heißt beispielsweise schätzt und/oder berechnet und dadurch ermittelt, wird der Flussbeobachter beispielsweise auch als Statorflussbeobachter bezeichnet. Somit handelt es sich vorzugsweise bei dem zuvor genannten Magnetfeld um das Magnetfeld des Stators, mithin das Statormagnetfeld, und vorzugsweise handelt es sich bei dem magnetischen Fluss um den magnetischen Fluss des Stators. Der Flussbeobachter benötigt keine Messung des elektrischen Stroms der elektrischen Maschine. Insgesamt ist erkennbar, dass das Drehmoment basierend auf der Messung des Streuflusses und basierend auf dem Spannungsmodell, insbesondere auf der Spannungsgröße, berechnet werden. Insbesondere handelt es sich bei dem Streufluss, welche mittels der Sensoreinrichtung 22 gemessen wird, um einen Streufluss des Stators 10, sodass beispielsweise mittels der Sensoreinrichtung 22 eine auch als Statorstreuflussmessung bezeichnete Streuflussmessung durchgeführt wird, bei der oder durch die der Streufluss des Stators 10 gemessen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stator
- 12
- Wicklung
- 13
- elektronische Recheneinrichtung
- 14
- Blechpaket
- 16
- Doppelpfeil
- 18
- Wickelkopf
- 20
- Wickelkopf
- 22
- Sensoreinrichtung
- 24
- Platine
- 26
- Platinenbereich
- 28
- Sensorelement
- 30
- Basisbereich
- 32
- Doppelpfeil
- 34
- Strichpunktierte Linie
- 35
- Seite
- 36
- Doppelpfeil
- 38
- Blechsegment
- 40
- Blechsegment
- 42
- Pfeil
- 44
- Pfeil
- 46
- Block
- 48
- Flussgröße
- 50
- Block
- 52
- Pfeil
- 54
- Block
- 56
- Pfeil
- 58
- Pfeil
- 60
- Block
- 62
- Pfeil
- AS1
- axiale Stirnseite
- AS2
- axiale Stirnseite
- E
- Ende
- L
- Längenbereiche
- L2
- Längenbereiche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/54507 A1 [0002]
- DE 100 41 089 A1 [0002]
- DE 10 2010 003 096 A1 [0002]
- DE 03 712 808 T1 [0002]
- DE 10 2014 224 961 A1 [0002]
- DE 10 2006 061 577 A1 [0002]
- DE 10 2016 105 797 A1 [0002]
- DE 198 39 446 A1 [0002]
- DE 10 2017 211 190 A1 [0002]
- EP 2 498 066 A2 [0002]