DE102023002861A1

DE102023002861A1 - Method for determining a rotor temperature of an electrical machine

Info

Publication number: DE102023002861A1
Application number: DE102023002861.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Saur; Maximilian Hepp
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-07-14
Filing date: 2023-07-14
Publication date: 2025-01-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Temperatur eines Rotors einer den Rotor und einen Stator (10) aufweisenden, elektrischen Maschine (11), wobei mittels einer Sensoreinrichtung (22) der elektrischen Maschine (11)zumindest ein Teil eines magnetischen Flusses der elektrischen Maschine (11) gemessen wird. In Abhängigkeit von dem mittels der Sensoreinrichtung (22) gemessenen Teil des magnetischen Flusses wird die Temperatur des Rotors mittels einer elektronischen Rechenrichtung (13) berechnet und dadurch ermittelt.

The invention relates to a method for determining a temperature of a rotor of an electrical machine (11) having the rotor and a stator (10), wherein at least a portion of a magnetic flux of the electrical machine (11) is measured by means of a sensor device (22) of the electrical machine (11). Depending on the portion of the magnetic flux measured by means of the sensor device (22), the temperature of the rotor is calculated by means of an electronic calculation device (13) and is thereby determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Rotortemperatur einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for determining a rotor temperature of an electrical machine according to the preamble of patent claim 1.

Die DE 10 2008 018 843 A1 offenbart einen elektronisch kommutierten Asynchronmotor. Aus der DE 10 2021 202 982 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts für eine elektrische Maschine bekannt. Die FR 3033961 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Asynchronmaschine. Die DE 10 2015 012 902 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen einer Temperatur eines Rotors. Der DE 10 2016 214 497 A1 ist eine Steuerungseinheit zum Steuern einer elektrischen Maschine als bekannt zu entnehmen. Des Weiteren offenbart die DE 10 2012 100 237 A1 eine elektrische Maschine mit einem integrierten Rotortemperaturgeber. Aus der US 6042265 A ist eine sensorlose Schätzung einer Rotortemperatur einer elektrischen Maschine bekannt. Die US 6316904 B1 offenbart ein Verfahren zum Schätzen einer Drehzahl und der Rotorzeitkonstante einer elektrischen Maschine. Aus der EP 2 704 311 A2 ist eine Vorrichtung zur Schätzung der Parameter in einem Induktionsmotor bekannt. Des Weiteren offenbart die DE 10 2014 213 103 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Rotortemperatur.The DE 10 2008 018 843 A1 discloses an electronically commutated asynchronous motor. DE 10 2021 202 982 A1 A method and a device for determining a rotor temperature value for an electrical machine are known. The FR 3033961 A1 discloses a method for operating an asynchronous machine. The DE 10 2015 012 902 A1 discloses a method for determining a temperature of a rotor. The DE 10 2016 214 497 A1 A control unit for controlling an electrical machine is known. Furthermore, the DE 10 2012 100 237 A1 an electrical machine with an integrated rotor temperature sensor. From the US 6042265 A A sensorless estimation of the rotor temperature of an electrical machine is known. The US 6316904 B1 discloses a method for estimating a rotational speed and the rotor time constant of an electrical machine. From the EP 2 704 311 A2 A device for estimating the parameters in an induction motor is known. Furthermore, the DE 10 2014 213 103 A1 a method and apparatus for determining a rotor temperature.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem eine Rotortemperatur einer elektrischen Maschine besonders präzise ermittelt, das heißt bestimmt werden kann.The object of the present invention is to provide a method by means of which a rotor temperature of an electrical machine can be determined particularly precisely.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient further developments of the invention are specified in the remaining claims.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer auch als Rotortemperatur bezeichneten Temperatur eines Rotors einer den Rotor und einen Stator aufweisenden, elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet beispielsweise, dass das einfach auch als Fahrzeug bezeichnete und beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Ganz 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. Insbesondere ist der Stator mittels des Rotors antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar. Beispielsweise kann die elektrische Maschine über ihren Rotor auch als Antriebsdrehmoment oder Antriebsmomente bezeichnete Drehmomente bereitstellen, mittels welchen beispielsweise das Kraftfahrzeug, insbesondere rein elektrisch, angetrieben werden kann. Beispielsweise wird das Verfahren während eines Betriebs der elektrischen Maschine durchgeführt, wobei beispielsweise während des Betriebs mittels des Stators der Rotor angetrieben und dadurch um die Maschinendrehachse relativ zu dem Stator gedreht wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass während des Betriebs die elektrische Maschine über ihren Rotor wenigstens eines der Antriebsdrehmomente bereitstellt und hierdurch beispielsweise das Kraftfahrzeug antreibt.The invention relates to a method for determining a temperature, also referred to as rotor temperature, of a rotor of an electrical machine having the rotor and a stator, in particular for a motor vehicle. This means, for example, that the motor vehicle, also referred to simply as a vehicle and designed, for example, as a motor vehicle, in particular as a passenger car, has the electrical machine in its fully manufactured state and can be driven by means of the electrical machine, in particular purely electrically. The electrical machine is very preferably a high-voltage component whose electrical voltage, in particular electrical operating or nominal voltage, is preferably greater than 50 volts, in particular greater than 60 volts, and very preferably several hundred volts. In particular, the stator can be driven by means of the rotor and can thus be rotated about a machine axis of rotation relative to the stator. For example, the electrical machine can also provide torques, referred to as drive torque or drive torques, via its rotor, by means of which the motor vehicle can be driven, in particular purely electrically. For example, the method is carried out during operation of the electrical machine, wherein, for example, during operation the rotor is driven by means of the stator and is thereby rotated about the machine axis of rotation relative to the stator. In particular, it is provided that during operation the electric machine provides at least one of the drive torques via its rotor and thereby drives the motor vehicle, for example.

Um nun die Rotortemperatur besonders präzise ermitteln, das heißt bestimmen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass, insbesondere während des Betriebs der elektrischen Maschine, mittels einer Sensoreinrichtung der elektrischen Maschine zumindest ein Teil eines magnetischen Flusses der elektrischen Maschine gemessen, das heißt erfasst wird. Insbesondere kann mittels der elektrischen Maschine ein Magnetfeld, insbesondere zum Antreiben des Rotors, erzeugt werden, wobei beispielsweise während des Verfahrens, insbesondere während des Betriebs, die elektrische Maschine das Magnetfeld erzeugt, mittels welchem beispielsweise der Rotor angetrieben wird. Beispielsweise weist die elektrische Maschine wenigstens eine Wicklung auf, mittels welcher das Magnetfeld erzeugbar oder erzeugt wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass beispielsweise mittels des Stators das Magnetfeld erzeugbar oder erzeugt wird. Hierfür ist beispielsweise die genannte Wicklung ein Bestandteil des Stators, sodass die Wicklung beispielsweise auch als Statorwicklung bezeichnet wird. Dabei ist oder wird beispielsweise mittels der Statorwicklung das Magnetfeld erzeugbar oder erzeugt. Der magnetische Fluss ist ein magnetischer Fluss des Magnetfelds. Bei dem Verfahren werden beispielsweise mittels der Sensoreinrichtung das Magnetfeld und somit zumindest der Teil des magnetischen Flusses erfasst. Insbesondere wird mittels der Sensoreinrichtung eine zumindest den Teil des magnetischen Flusses und somit des Magnetfelds charakterisierende, das heißt beschreibende oder angebende Größe erfasst. Der magnetische Fluss wird auch als Magnetfluss bezeichnet.In order to be able to determine the rotor temperature particularly precisely, i.e. to determine it, it is provided according to the invention that, in particular during operation of the electrical machine, at least part of a magnetic flux of the electrical machine is measured, i.e. recorded, by means of a sensor device of the electrical machine. In particular, a magnetic field, in particular for driving the rotor, can be generated by means of the electrical machine, wherein, for example, during the method, in particular during operation, the electrical machine generates the magnetic field by means of which, for example, the rotor is driven. For example, the electrical machine has at least one winding by means of which the magnetic field can be generated or is generated. In particular, it is provided that the magnetic field can be generated or is generated, for example, by means of the stator. For this purpose, for example, the winding mentioned is a component of the stator, so that the winding is also referred to, for example, as a stator winding. In this case, the magnetic field can be generated or is generated, for example, by means of the stator winding. The magnetic flux is a magnetic flux of the magnetic field. In the method, for example, the magnetic field and thus at least part of the magnetic flux are detected by means of the sensor device. In particular, the sensor device is used to detect a quantity that characterizes, i.e. describes or indicates, at least part of the magnetic flux and thus the magnetic field. The magnetic flux is also referred to as magnetic flux.

Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass, insbesondere während des Betriebs der elektrischen Maschine, in Abhängigkeit von dem mittels der Sensoreinrichtung gemessenen Teil des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine die Temperatur des Rotors mittels einer elektronischen Recheneinrichtung berechnet und dadurch ermittelt wird. Da durch das erfindungsgemäße Verfahren die Rotortemperatur besonders präzise bestimmt, das heißt ermittelt werden kann, kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine deutlich höhere thermische Ausnutzung der elektrischen Maschine erzielt werden. Dies bedeutet, dass im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen thermische Grenzen der elektrischen Maschine weiter oder umfangreicher genutzt werden können, sodass ein effektiver und effizienter Betrieb der elektrischen Maschine darstellbar ist. Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, Temperaturmodelle, welche beispielsweise zum Berechnen der Rotortemperatur verwendet werden, besonders einfach abzugleichen. Ein Hintergrund der Erfindung ist insbesondere, dass herkömmliche Temperaturmodelle zum Berechnen der Rotortemperatur sehr genau appliziert werden müssen, rechenintensiv und nur unzureichend genau sind. Demgegenüber ermöglicht es nun das erfindungsgemäße Verfahren, die Rotortemperatur besonders präzise bestimmen, das heißt ermitteln zu können.Furthermore, it is provided according to the invention that, in particular during operation of the electrical machine, depending on the part of the magnetic flux of the electrical machine measured by the sensor device, Machine the temperature of the rotor is calculated by means of an electronic computing device and thereby determined. Since the rotor temperature can be determined, i.e. determined, particularly precisely by the method according to the invention, a significantly higher thermal utilization of the electrical machine can be achieved in comparison to conventional solutions. This means that, in comparison to conventional solutions, thermal limits of the electrical machine can be used further or more extensively, so that effective and efficient operation of the electrical machine is possible. In particular, the invention makes it possible to adjust temperature models which are used, for example, to calculate the rotor temperature particularly easily. One background of the invention is in particular that conventional temperature models for calculating the rotor temperature have to be applied very precisely, are computationally intensive and only insufficiently accurate. In contrast, the method according to the invention now makes it possible to determine the rotor temperature particularly precisely, i.e. to be able to determine it.

Um die Rotortemperatur besonders präzise ermitteln zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass als der Teil des magnetischen Flusses ein auch als magnetischer Streufluss bezeichneter Streufluss der elektrischen Maschine, das heißt des Magnetfelds, gemessen wird. Somit wird beispielsweise mittels der Sensoreinrichtung eine Flussmessung durchgeführt, bei der oder durch die der magnetische Fluss gemessen wird. Insbesondere ist die Flussmessung eine Streuflussmessung, durch die oder bei der der Streufluss gemessen wird.In order to be able to determine the rotor temperature particularly precisely, one embodiment of the invention provides that a leakage flux of the electrical machine, also referred to as magnetic leakage flux, i.e. the magnetic field, is measured as the part of the magnetic flux. Thus, for example, a flux measurement is carried out by means of the sensor device, during or through which the magnetic flux is measured. In particular, the flux measurement is a leakage flux measurement through or through which the leakage flux is measured.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass als der magnetische Fluss der elektrischen Maschine ein magnetischer Fluss des Stators verwendet wird, wobei der magnetische Fluss des Stators auch als Statorfluss oder magnetischer Statorfluss bezeichnet wird. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass als der Teil des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine ein Teil des magnetischen Flusses des Stators mittels der Sensoreinrichtung gemessen, das heißt erfasst wird. Somit handelt es sich vorzugsweise bei dem zuvor genannten Streufluss um einen Streufluss des magnetischen Flusses des Stators, wobei der Streufluss des magnetischen Flusses des Stators auch als Statorstreufluss bezeichnet wird. Somit ist beispielsweise die beispielsweise Flussmessung eine Statorstreuflussmessung, durch die oder bei der der Streufluss des magnetischen Feldes des Stators gemessen wird. In der Folge kann die Rotortemperatur besonders präzise ermittelt werden. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von dem mittels der Sensoreinrichtung gemessenen Teil des magnetischen Flusses des Stators zumindest eine Position zumindest eines Teils eines magnetischen Flusses des Rotors ermittelt wird. Der magnetische Fluss des Rotors ist insbesondere ein magnetischer Fluss eines Magnetfelds des Rotors, wobei beispielsweise der magnetische Fluss des Rotors und somit insbesondere das Magnetfeld des Rotors aus dem magnetischen Fluss des Stators resultiert, insbesondere durch den magnetischen Fluss des Stators beziehungsweise durch das Magnetfeld des Stators induziert wird. Die Position zumindest des Teils des magnetischen Flusses des Rotors wird auch als Rotorflussposition bezeichnet. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung die Rotortemperatur in Abhängigkeit von der ermittelten Rotorflussposition berechnet und dadurch ermittelt wird, wodurch die Rotortemperatur besonders präzise bestimmt werden kann.A further embodiment is characterized in that a magnetic flux of the stator is used as the magnetic flux of the electrical machine, wherein the magnetic flux of the stator is also referred to as stator flux or magnetic stator flux. It is therefore preferably provided that a part of the magnetic flux of the stator is measured, i.e. detected, by means of the sensor device as the part of the magnetic flux of the electrical machine. Thus, the aforementioned leakage flux is preferably a leakage flux of the magnetic flux of the stator, wherein the leakage flux of the magnetic flux of the stator is also referred to as stator leakage flux. Thus, for example, the flux measurement is a stator leakage flux measurement by which or during which the leakage flux of the magnetic field of the stator is measured. As a result, the rotor temperature can be determined particularly precisely. It has proven to be particularly advantageous if at least one position of at least part of a magnetic flux of the rotor is determined by means of the electronic computing device depending on the part of the magnetic flux of the stator measured by means of the sensor device. The magnetic flux of the rotor is in particular a magnetic flux of a magnetic field of the rotor, whereby, for example, the magnetic flux of the rotor and thus in particular the magnetic field of the rotor results from the magnetic flux of the stator, in particular is induced by the magnetic flux of the stator or by the magnetic field of the stator. The position of at least part of the magnetic flux of the rotor is also referred to as the rotor flux position. It is preferably provided that the rotor temperature is calculated and determined by means of the electronic computing device as a function of the determined rotor flux position, whereby the rotor temperature can be determined particularly precisely.

Somit ist vorzugsweise vorgesehen, dass mittels der Sensoreinrichtung der Streufluss des Stators, das heißt der Streufluss des magnetischen Feldes des Stators gemessen wird, wobei in Abhängigkeit von dem gemessenen Streufluss des Magnetfelds des Stators die Rotorflussposition bestimmt wird. In Abhängigkeit von der Rotorflussposition kann dann die Rotortemperatur besonders präzise bestimmt werden.It is therefore preferably provided that the leakage flux of the stator, i.e. the leakage flux of the magnetic field of the stator, is measured by means of the sensor device, wherein the rotor flux position is determined depending on the measured leakage flux of the magnetic field of the stator. The rotor temperature can then be determined particularly precisely depending on the rotor flux position.

Um die Rotortemperatur besonders präzise ermitteln zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von dem mittels der Sensoreinrichtung gemessenen Teil des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine die Rotorzeitkonstante ermittelt, insbesondere berechnet wird. Dabei hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der Rotorzeitkonstante die Temperatur berechnet und dadurch ermittelt wird, wodurch die Rotortemperatur besonders präzise bestimmt werden kann.In order to be able to determine the rotor temperature particularly precisely, a further embodiment of the invention provides that the rotor time constant is determined, in particular calculated, by means of the electronic computing device as a function of the part of the magnetic flux of the electrical machine measured by the sensor device. It has proven advantageous if the temperature is calculated and thereby determined by means of the electronic computing device as a function of the rotor time constant, whereby the rotor temperature can be determined particularly precisely.

Um die Rotortemperatur besonders präzise ermitteln zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Rotorflussposition die Rotorzeitkonstante ermittelt wird, wobei mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der Rotorzeitkonstante die Temperatur (Rotortemperatur) berechnet und dadurch ermittelt wird.In order to be able to determine the rotor temperature particularly precisely, it is provided in a further embodiment of the invention that the rotor time constant is determined by means of the electronic computing device as a function of the determined rotor flux position, wherein the temperature (rotor temperature) is calculated and thereby determined by means of the electronic computing device as a function of the rotor time constant.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung wenigstens eine auch als Rotorstellung oder Rotorposition bezeichnete Drehstellung des Rotors insbesondere bezüglich des Stators ermittelt wird. Beispielsweise wird die Drehstellung gemessen, beispielsweise mittels eines Sensors, welcher beispielsweise ein insbesondere elektrisches, die gemessene Drehstellung charakterisierendes Messsignal bereitstellt. Die elektronische Recheneinrichtung kann das Messsignal empfangen und dadurch die Drehstellung ermitteln. Ferner ist es denkbar, dass die elektronische Recheneinrichtung die Drehstellung berechnet und dadurch ermittelt. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung wird in Abhängigkeit von der ermittelten Drehstellung (Rotorposition) die Temperatur (Rotortemperatur) berechnet und dadurch ermittelt, wodurch die Rotortemperatur besonders präzise bestimmt werden kann.A further embodiment is characterized in that by means of the electronic computing device at least one rotational position of the rotor, also referred to as rotor setting or rotor position, in particular with respect to the stator is determined. For example, the rotational position is measured, for example by means of a sensor which, for example, provides a measurement signal, in particular an electrical one, characterizing the measured rotational position. The electronic computing device can receive the measurement signal and thereby determine the rotational position. It is also conceivable that the electronic computing device calculates the rotational position and thereby determines it. The temperature (rotor temperature) is calculated and thereby determined by means of the electronic computing device depending on the determined rotational position (rotor position), whereby the rotor temperature can be determined particularly precisely.

Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rotors die Rotorzeitkonstante ermittelt wird, wobei mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der Rotorzeitkonstante die Rotortemperatur berechnet und dadurch ermittelt wird. Somit ist es beispielsweise vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der Rotorposition (Drehstellung) und in Abhängigkeit von der Rotorflussposition mittels der elektronischen Recheneinrichtung die Rotorzeitkonstante ermittelt, insbesondere berechnet, wird, wobei mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Rotorzeitkonstante die Rotortemperatur berechnet und dadurch ermittelt, das heißt bestimmt wird. Hierdurch kann die Rotortemperatur besonders präzise ermittelt werden, sodass ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine darstellbar ist.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the rotor time constant is determined by means of the electronic computing device as a function of the rotational position of the rotor, wherein the rotor temperature is calculated and thereby determined by means of the electronic computing device as a function of the rotor time constant. Thus, for example, it is provided that the rotor time constant is determined, in particular calculated, by means of the electronic computing device as a function of the rotor position (rotational position) and as a function of the rotor flux position, wherein the rotor temperature is calculated and thereby determined, i.e. determined, by means of the electronic computing device as a function of the determined rotor time constant. This allows the rotor temperature to be determined particularly precisely, so that particularly advantageous operation of the electrical machine can be achieved.

Dadurch, dass der Rotor um die Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist, kann der Rotor um die Maschinendrehachse relativ zu dem Stator in mehrere, voneinander unterschiedliche, auch als Winkellagen bezeichnete Drehstellungen gedreht werden, wobei die zuvor genannte, wenigstens eine Drehstellung eine der mehreren Drehstellungen ist.Because the rotor is rotatable about the machine rotation axis relative to the stator, the rotor can be rotated about the machine rotation axis relative to the stator into a plurality of mutually different rotational positions, also referred to as angular positions, wherein the aforementioned at least one rotational position is one of the plurality of rotational positions.

Um die Rotortemperatur besonders präzise ermitteln zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass als die elektrische Maschine eine Asynchronmaschine insbesondere mit einem Stäbe umfassenden Käfig, insbesondere Kurzschlusskäfig, verwendet wird. Insbesondere ist der Käfig ein Bestandteil des Rotors. Somit ist beispielsweise der magnetische Fluss des Rotors, das heißt der magnetische Fluss des Magnetfelds des Rotors, ein magnetischer Fluss eines Magnetfelds des Käfigs. Hintergrund ist insbesondere, dass der magnetische Fluss des Rotors beziehungsweise das Magnetfeld des Rotors, insbesondere direkt, von einem elektrischen Strom, mit welchem die elektrische Maschine insbesondere während des Betriebs versorgt wird, und daher über einen elektrischen Widerstand auch von der Rotortemperatur abhängt, die beispielsweise eine Temperatur des Käfigs, insbesondere wenigstens eines der Stäbe des Käfigs, ist.In order to be able to determine the rotor temperature particularly precisely, a further embodiment of the invention provides that an asynchronous machine, in particular with a cage comprising bars, in particular a squirrel cage, is used as the electrical machine. In particular, the cage is a component of the rotor. Thus, for example, the magnetic flux of the rotor, i.e. the magnetic flux of the magnetic field of the rotor, is a magnetic flux of a magnetic field of the cage. The background is in particular that the magnetic flux of the rotor or the magnetic field of the rotor depends, in particular directly, on an electrical current with which the electrical machine is supplied, in particular during operation, and therefore also depends, via an electrical resistance, on the rotor temperature, which is, for example, a temperature of the cage, in particular of at least one of the bars of the cage.

Um einen besonders vorteilhaften Betrieb realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Maschine in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur betrieben wird.In order to be able to realize a particularly advantageous operation, it is provided in a further embodiment of the invention that the electrical machine is operated as a function of the determined temperature.

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.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the respective combination specified, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.

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 Übermitteln einer Rotortemperatur der elektrischen Maschine.

The drawing shows in:

1 a schematic perspective view of a stator of an electrical machine, in particular for a motor vehicle;
2 a partial schematic perspective view of a circuit board of a sensor device of the electrical machine; and
3 a flow chart illustrating a method for transmitting a rotor temperature of the electric machine.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with identical reference symbols.

1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht einen Stator 10 einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das einfach auch als Fahrzeug bezeichnete und beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine aufweist und 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 über ihren Rotor Antriebsdrehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. 1 shows a schematic perspective view of a stator 10 of an electrical machine, in particular of a motor vehicle. This means that the motor vehicle, also referred to simply as a vehicle and designed, for example, as a motor vehicle, in particular as a passenger car, has the electrical machine in its fully manufactured state and can be driven by means of the electrical machine, in particular purely electrically. Preferably, the electrical machine is a high-voltage component whose electrical voltage, in particular electrical operating or nominal voltage, is preferably greater than 50 volts, in particular greater than 60 volts, and very preferably amounts to several hundred volts. In its fully manufactured state, the electrical machine has the stator 10 and a rotor (not shown in the figures), which about a machine rotation axis of the electric machine, whose axial direction coincides with the machine rotation axis, relative to the stator 10. In particular, the electric machine can provide drive torques for driving the motor vehicle via its rotor.

Die elektrische Maschine ist in 3 schematisch dargestellt und mit 11 bezeichnet. Die elektrische Maschine 11, insbesondere der Stator 10, weist wenigstens eine Wicklung 12 auf, mittels welcher ein auch als Statormagnetfeld bezeichnetes, erstes Magnetfeld, insbesondere mit einem einfach auch als erster Fluss oder erster Magnetfluss bezeichneten, ersten magnetischen Fluss erzeugbar ist. Anhand der Figuren wird im Folgenden ein Verfahren zum Ermitteln einer Temperatur des Rotors der elektrischen Maschine 11 erläutert, wobei beispielsweise bei dem Verfahren mittels der Wicklung 12 des Stators 10 das erste Magnetfeld und somit der erste magnetische Fluss erzeugt wird. Da das erste Magnetfeld ein Magnetfeld des Stators 10 ist, wird das erste Magnetfeld auch als Statormagnetfeld bezeichnet, und da der erste magnetische Fluss ein magnetischer Fluss des Stators 10 ist, wird der erste magnetische Fluss auch als Statorfluss bezeichnet. Ganz vorzugsweise ist die Wicklung 12 nach der auch als 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 Stator-Wicklung bezeichnet. Beispielsweise ist ein zweites Magnetfeld, insbesondere mit einem zweiten magnetischen Fluss, erzeugbar, wobei der zweite magnetische Fluss auch als zweiter Magnetfluss oder zweiter Fluss bezeichnet wird. Insbesondere ist das zweite Magnetfeld ein Magnetfeld des Rotors, sodass das zweite Magnetfeld auch als Rotormagnetfeld bezeichnet wird. Somit ist beispielsweise der zweite magnetische Fluss ein magnetischer Fluss des Rotors, sodass der zweite magnetische Fluss auch als Rotorfluss bezeichnet wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass während des Verfahrens das zweite Magnetfeld und somit insbesondere der zweite magnetische Fluss erzeugt werden. Beispielsweise werden das zweite Magnetfeld und somit der zweite magnetische Fluss mittels des ersten Magnetfelds und mittels des ersten magnetischen Flusses erzeugt, beispielsweise dadurch, dass das zweite Magnetfeld mittels des ersten Magnetfelds induziert wird.The electric machine is in 3 shown schematically and designated 11. The electrical machine 11, in particular the stator 10, has at least one winding 12, by means of which a first magnetic field, also referred to as a stator magnetic field, in particular with a first magnetic flux, also simply referred to as a first flux or first magnetic flux, can be generated. A method for determining a temperature of the rotor of the electrical machine 11 is explained below with reference to the figures, wherein, for example, in the method the first magnetic field and thus the first magnetic flux is generated by means of the winding 12 of the stator 10. Since the first magnetic field is a magnetic field of the stator 10, the first magnetic field is also referred to as a stator magnetic field, and since the first magnetic flux is a magnetic flux of the stator 10, the first magnetic flux is also referred to as a stator flux. The winding 12 is very preferably designed according to hairpin technology, also referred to as hairpin technology, and is therefore also referred to as a hairpin winding. Since the winding 12 is a winding of the stator 10, the winding 12 is also referred to as a stator winding. For example, a second magnetic field, in particular with a second magnetic flux, can be generated, wherein the second magnetic flux is also referred to as a second magnetic flux or second flux. In particular, the second magnetic field is a magnetic field of the rotor, so that the second magnetic field is also referred to as a rotor magnetic field. Thus, for example, the second magnetic flux is a magnetic flux of the rotor, so that the second magnetic flux is also referred to as a rotor flux. In particular, it is provided that the second magnetic field and thus in particular the second magnetic flux are generated during the method. For example, the second magnetic field and thus the second magnetic flux are generated by means of the first magnetic field and by means of the first magnetic flux, for example by inducing the second magnetic field by means of the first magnetic field.

Der Stator 10 und somit die elektrische Maschine 11 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 11 und somit des Stators 10 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 16 veranschaulicht. Beispielsweise ist das Blechpaket 14 aus mehreren, separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Blechsegmenten gebildet, insbesondere zusammengepresst. Aus 1 ist erkennbar, dass jeweilige Längenbereiche L der Wicklung 12 auf einer ersten axialen Stirnseite AS1 des Blechpakets 14 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 11 und somit des Blechpakets 14 von dem Blechpaket 14, insbesondere von der axialen Stirnseite 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 11 und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 von der axialen Stirnseite AS1 abgewandte, zweite axiale Stirnseite AS2 auf. Dabei ist es beispielsweise denkbar, dass auf der axialen Stirnseite AS2 zweite Längenbereiche L2 der Wicklung 12 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 11 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.The stator 10 and thus the electrical machine 11 have a laminated core 14 on which the winding 12 is held. The winding 12 is thus supported by the laminated core 14. The axial direction of the electrical machine 11 and thus of the stator 10 is in 1 by a double arrow 16. For example, the laminated core 14 is formed from several sheet metal segments that are formed separately from one another and connected to one another, in particular pressed together. 1 it can be seen that respective length regions L of the winding 12 on a first axial end face AS1 of the laminated core 14 protrude from the laminated core 14, in particular from the axial end face AS1, in the axial direction of the electrical machine 11 and thus of the laminated core 14, whereby the length regions L form at least one winding head 18 of the winding 12 arranged on the first axial end face AS1. The laminated core 14 also has, for example, a second axial end face AS2 facing away from the axial end face AS1 in the axial direction of the electrical machine 11 and thus of the stator 10 and the laminated core 14. In this case, it is conceivable, for example, that on the axial end face AS2, second length regions L2 of the winding 12 protrude from the laminated core 14, in particular from the axial end face AS2, in the axial direction of the electrical machine 11 and thus of the stator 10 and the laminated core 14, whereby, for example, the length regions L2 on the second axial end face AS2 form a second winding head 20 of the winding 12.

Die elektrische Maschine 11, deren radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung verläuft, weist außerdem eine Sensoreinrichtung 22 auf. Um nun die auch als Rotortemperatur bezeichnete Temperatur des Rotors besonders präzise ermitteln, das heißt bestimmen zu können, ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass, insbesondere während des Betriebs der elektrischen Maschine 11, mittels der Sensoreinrichtung 22 zumindest ein Teil des ersten magnetischen Flusses des Stators 10, das heißt zumindest ein Teil des Statorflusses gemessen wird. Insbesondere handelt es sich bei dem genannten Teil des Statorflusses um einen auch als magnetischer Streufluss bezeichneten Streufluss des ersten magnetischen Flusses, das heißt des Statorflusses, sodass beispielsweise der Streufluss des Statorflusses mittels der Sensoreinrichtung 22 gemessen wird. Wie im Folgenden noch näher erläutert, wird, insbesondere während des Betriebs der elektrischen Maschine 11, in Abhängigkeit von dem mittels der Sensoreinrichtung 22 gemessenen Teil des Statorflusses die Rotortemperatur mittels einer in 3 besonders schematisch dargestellten, elektronischen Recheneinrichtung 13 berechnet und dadurch ermittelt. Der Streufluss des Statorflusses wird auch als Statorstreufluss bezeichnet wird. Somit wird beispielsweise mittels der Sensoreinrichtung 22, insbesondere mittels der Sensorelemente 28, der Statorstreufluss gemessen.The electric machine 11, the radial direction of which runs perpendicular to the axial direction, also has a sensor device 22. In order to be able to determine the temperature of the rotor, also referred to as the rotor temperature, particularly precisely, the method provides that, in particular during operation of the electric machine 11, at least a portion of the first magnetic flux of the stator 10, i.e. at least a portion of the stator flux, is measured by means of the sensor device 22. In particular, the said portion of the stator flux is a leakage flux, also referred to as magnetic leakage flux, of the first magnetic flux, i.e. the stator flux, so that, for example, the leakage flux of the stator flux is measured by means of the sensor device 22. As explained in more detail below, in particular during operation of the electric machine 11, the rotor temperature is determined by means of a sensor device 22 as a function of the portion of the stator flux measured by means of the sensor device 22. 3 calculated by the electronic computing device 13, which is shown particularly schematically, and is thereby determined. The leakage flux of the stator flux is also referred to as stator leakage flux. The stator leakage flux is thus measured, for example, by means of the sensor device 22, in particular by means of the sensor elements 28.

Um das Statormagnetfeld und somit den Statorfluss besonders vorteilhaft 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.In order to be able to detect, i.e. measure, the stator magnetic field and thus the stator flux particularly advantageously, the sensor device 22 has at least one circuit board 24, which is preferably formed separately from the laminated core 14. and is connected, for example, at least indirectly, in particular directly, to the laminated core 14.

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 11 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 11 zwischen den Längenbereichen L angeordnet. 2 shows a schematic perspective view of the sensor device 22. 2 The circuit board 24 can be seen, which has at least partially, in the present case completely, spaced-apart circuit board regions 26 in the circumferential direction of the electrical machine 11 running around the machine rotation axis, between which the length regions L are arranged. Expressed conversely, the circuit board regions 26 are arranged in the circumferential direction of the electrical machine 11 between the length regions L.

Die Sensoreinrichtung 22 weist 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, wobei mittels der Sensorelemente 28, insbesondere mittels der Magnetfeldsensoren, das erste Magnetfeld (Statormagnetfeld) und somit der erste magnetische Fluss (Statorfluss) erfasst werden. Beispielsweise stellen die Sensorelemente 28 und somit die Sensoreinrichtung 22 wenigstens ein, insbesondere elektrisches Signal bereit, welches das mittels der Sensorelemente 28 erfasste, das heißt gemessene, erste Magnetfeld (Statormagnetfeld) und somit den mittels der Sensorelemente 28 gemessenen, ersten magnetischen Fluss (Statorfluss) charakterisiert. Aus 2 ist erkennbar, dass, insbesondere genau, ein jeweiliger der Sensorelemente 28 an, insbesondere genau, einem jeweiligen der Platinenbereiche 26 gehalten ist. Somit sind beispielsweise die Sensorelemente 28 zwischen den Längenbereichen L angeordnet.The sensor device 22 has sensor elements 28 which are held on the circuit board 24 and are thereby supported by the circuit board 24, in particular such that the sensor elements 28 are each at least partially embedded in the circuit board 24. The circuit board 24 is thus equipped with the sensor elements 28. For example, the respective sensor element 28 is or comprises at least or exactly one respective magnetic field sensor, wherein the first magnetic field (stator magnetic field) and thus the first magnetic flux (stator flux) are detected by means of the sensor elements 28, in particular by means of the magnetic field sensors. For example, the sensor elements 28 and thus the sensor device 22 provide at least one, in particular electrical signal, which characterizes the first magnetic field (stator magnetic field) detected, i.e. measured, by means of the sensor elements 28 and thus the first magnetic flux (stator flux) measured by means of the sensor elements 28. From 2 it can be seen that, in particular precisely, a respective one of the sensor elements 28 is held on, in particular precisely, a respective one of the circuit board regions 26. Thus, for example, the sensor elements 28 are arranged between the length regions L.

Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Platinenbereiche 26 als Zähne oder Zinken ausgebildet, welche in radialer Richtung der elektrischen Maschine 11 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 11 und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 nach innen hin an einem jeweiligen, dem 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 beispielsweise möglich, die Platine 24 derart besonders zeit- und kostengünstig zu montieren, dass bei einem Verfahren zum Herstellen der elektrischen Maschine 11 die Platine 24 in radialer Richtung der elektrischen Maschine 11 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 11 und somit des Stators 10 verläuft senkrecht zur axialen Richtung der elektrischen Maschine 11 und somit des Stators 10 und ist in 1 und 2 durch einen Doppelpfeil 32 veranschaulicht. Die axiale Richtung der elektrischen Maschine 11 und somit des Stators 10 ist in 1 durch eine strichpunktierte Linie 34 veranschaulicht, wobei die Umfangsrichtung der elektrischen Maschine 11 und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 um die axiale Richtung herum verläuft und durch einen Doppelpfeil 36 veranschaulicht ist.In the 1 and 2 In the embodiment shown, the circuit board areas 26 are designed as teeth or prongs which protrude inwards in the radial direction of the electrical machine 11 and thus of the stator 10 and the laminated core 14 from a base area 30 of the circuit board 24 common to the teeth and end inwards in the radial direction of the electrical machine 11 and thus of the stator 10 and the laminated core 14 at a respective free end E of the respective tooth opposite the base area 30. The circuit board 24 is thus designed in a comb shape, in this case such that the circuit board 24 is designed in the form of a comb bent around the machine's axis of rotation. This makes it possible, for example, to assemble the circuit board 24 in a particularly time- and cost-effective manner such that, in a method for producing the electrical machine 11, the circuit board 24 is inserted in the radial direction of the electrical machine 11 and thus of the stator 10 and the laminated core 14 from the outside to the inside between the length regions L. The radial direction of the electrical machine 11 and thus of the stator 10 runs perpendicular to the axial direction of the electrical machine 11 and thus of the stator 10 and is in 1 and 2 illustrated by a double arrow 32. The axial direction of the electric machine 11 and thus of the stator 10 is in 1 illustrated by a dash-dotted line 34, wherein the circumferential direction of the electrical machine 11 and thus of the stator 10 and the laminated core 14 runs around the axial direction and is illustrated by a double arrow 36.

Aus 2 ist erkennbar, dass der Basisbereich 30 auf seiner von den Zähnen (Platinenbereiche 26) abgewandten, in radialer Richtung der elektrischen Maschine 11 nach außen weisenden Seite 35 kreissegmentförmig ausgebildet ist. Aus 1 ist erkennbar, dass sich in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine 11 und somit des Stators 10 beidseitig an die Platine 24 ein jeweiliges der Blechsegmente, aus welchem 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 11 betrachtet zumindest teilweise, insbesondere vollständig, auf gleicher Höhe angeordnet, vorliegend derart, dass das jeweilige Blechsegment 38, 40 und die Platine 24 auf der axialen Stirnseite AS1 bündig zueinander angeordnet sind. Dabei ist die Platine 24 in eine durch einen Pfeil 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 oder überlappt, wobei die durch den Pfeil 42 veranschaulichte, erste Richtung parallel zur axialen Richtung der elektrischen Maschine 11 verläuft oder mit der axialen Richtung der elektrischen Maschine 11 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 Blechpaket 14 überlappt, wobei die zweite Richtung parallel zur axialen Richtung der elektrischen Maschine 11 verläuft oder mit der axialen Richtung der elektrischen Maschine 11 zusammenfällt und der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Somit ist die Platine 24 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 11 zwischen dem Wickelkopf 18 und zumindest einem Längenbereich des Blechpakets 14 angeordnet, wodurch das erste Magnetfeld (Statormagnetfeld) und der erste magnetische Fluss (Statorfluss) besonders vorteilhaft, insbesondere besonders präzise, erfasst werden können. Insbesondere sind die Sensorelemente 28 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 11 zwischen dem Wickelkopf 18 und zumindest dem Längenbereich des Blechpakets 14 angeordnet.Out of 2 it can be seen that the base region 30 is formed in the shape of a circular segment on its side 35 facing away from the teeth (circuit board regions 26) and pointing outwards in the radial direction of the electric machine 11. 1 it can be seen that in the circumferential direction of the electrical machine 11 and thus of the stator 10, a respective one of the sheet metal segments from which the laminated core 14 is formed adjoins the circuit board 24 on both sides, wherein a first of the sheet metal segments adjoining the circuit board 24 in the circumferential direction is designated by 38 and a second of the sheet metal segments adjoining the circuit board 24, in particular directly, in the circumferential direction is designated by 40. The respective sheet metal segment 38, 40 and the circuit board 24 are arranged at least partially, in particular completely, at the same height when viewed in the axial direction of the electrical machine 11, in this case such that the respective sheet metal segment 38, 40 and the circuit board 24 are arranged flush with one another on the axial end face AS1. In this case, the circuit board 24 is at least partially, in particular at least predominantly and thus at least more than half or completely, covered or overlapped by the laminated core 14 in a first direction illustrated by an arrow 42, wherein the first direction illustrated by the arrow 42 runs parallel to the axial direction of the electrical machine 11 or coincides with the axial direction of the electrical machine 11. In a second direction illustrated by an arrow 44 and opposite to the first direction, the circuit board 24 is arranged completely without overlapping with the laminated core 14 and thus is not overlapped by the laminated core 14, wherein the second direction runs parallel to the axial direction of the electrical machine 11 or coincides with the axial direction of the electrical machine 11 and is opposite to the first direction. The circuit board 24 is thus arranged in the axial direction of the electrical machine 11 between the winding head 18 and at least a length region of the laminated core 14, whereby the first magnetic field (stator magnetic field) and the first magnetic flux (stator flux) can be detected particularly advantageously, in particular particularly precisely. In particular, the sensor elements 28 are arranged in the axial direction of the electrical machine 11 between the winding head 18 and at least the length region of the laminated core 14.

Um das erste Magnetfeld und somit den ersten magnetischen Fluss (Statorfluss) besonders präzise erfassen zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der jeweilige Magnetfeldsensor als ein AMR-Sensor, mithin als ein anisotroper magnetoresistiver Sensor ausgebildet ist.In order to be able to detect the first magnetic field and thus the first magnetic flux (stator flux) particularly precisely, it is preferably provided that the respective magnetic field sensor is designed as an AMR sensor, thus as an anisotropic magnetoresistive sensor.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Sensoreinrichtung 22 dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem erfassten ersten Magnetfeld, das heißt in Abhängigkeit von dem erfassten, ersten magnetischen Fluss wenigstens eine Drehstellung, insbesondere mehrere Drehstellungen, des Rotors, insbesondere bezüglich des Stators 10, und/oder eine Amplitude des ersten Magnetfelds zu ermitteln. Die jeweilige Drehstellung wird auch als Rotorlage oder Rotorposition bezeichnet und kann beispielsweise genutzt werden, um die elektrische Maschine 11 in Abhängigkeit von der ermittelten Drehstellung zu betreiben, insbesondere zu regeln. Je höher eine Anzahl der Sensorelemente 28, desto höher ist eine Genauigkeit, mittels welcher das erste Magnetfeld und/oder die Drehstellung des Rotors ermittelt werden kann. Dadurch kann eine besonders präzise Regelung der elektrischen Maschine 11 gewährleistet werden.It has proven to be particularly advantageous if the sensor device 22 is designed to determine at least one rotational position, in particular several rotational positions, of the rotor, in particular with respect to the stator 10, and/or an amplitude of the first magnetic field depending on the detected first magnetic field, that is to say depending on the detected first magnetic flux. The respective rotational position is also referred to as the rotor position or rotor position and can be used, for example, to operate, in particular to control, the electrical machine 11 depending on the determined rotational position. The higher the number of sensor elements 28, the higher the accuracy with which the first magnetic field and/or the rotational position of the rotor can be determined. This ensures particularly precise control of the electrical machine 11.

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, das heißt 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 der elektrischen Maschine 11 von außen nach innen zwischen die Längenbereiche L der Wicklung 12 gesteckt wird.Preferably, it is provided that at least one of the sheet metal segments of the laminated core 14 and the circuit board 24 per se, i.e. considered on its own, are of the same construction, i.e. identically designed, in particular at least with regard to their respective outer contours, i.e. outer peripheral shapes. The number of sensor elements 28 is preferably in a range from 10 to 100 inclusive. The circuit board 24 is very preferably manufactured by an injection molding process and/or by a laser direct structuring process, i.e. by laser direct structuring (LDS). Because the circuit board 24 is preferably designed in the form of a sheet metal segment of the laminated core 14, the circuit board 24 can be introduced into the manufactured winding 12, which is designed, for example, as a hairpin winding, in a time- and cost-effective manner, in particular in such a way that the comb-shaped circuit board 24 in the present case is inserted in the radial direction of the electrical machine 11 from the outside to the inside between the length regions L of the winding 12.

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 Rotortemperatur verändert. Durch Erfassen des ersten Magnetfelds beziehungsweise des ersten magnetischen Flusses können beispielsweise Lagerschäden erkannt werden, und ein Lagesignal kann beispielsweise redundant erfasst werden. Außerdem kann beispielsweise eine Veränderung der elektrischen Maschine 11 durch Alterung, Temperatur oder sonstige Beschädigung kompensiert werden. Bewegende Teile oder Kupplungen sind im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen nicht mehr erforderlich und können somit vermieden werden, sodass eine besonders hoher Robustheit darstellbar ist.The temperature, for example, formed as the rotor temperature, can be calculated as a function of the amplitude, in particular from the amplitude, for example by the amplitude changing proportionally to the rotor temperature. By detecting the first magnetic field or the first magnetic flux, bearing damage can be detected, for example, and a position signal can be detected redundantly, for example. In addition, a change in the electrical machine 11 due to aging, temperature or other damage can be compensated for, for example. Moving parts or couplings are no longer required compared to conventional solutions and can therefore be avoided, so that a particularly high level of robustness can be achieved.

3 zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens zum Ermitteln der Rotortemperatur. Durch einen Block 46 ist ein auch als Inverter bezeichneter Wechselrichter veranschaulicht, von welchem die elektrische Maschine 11 mit einem elektrischen Strom versorgbar ist oder versorgt wird. Mittels des elektrischen Stroms, mit welchem die elektrische Maschine 11 von dem Wechselrichter versorgt wird, wird beispielsweise die elektrische Maschine 11 betrieben, insbesondere derart, dass mittels des elektrischen Stroms das Statormagnetfeld und somit der Statorfluss erzeugt werden. Durch einen Block 48 ist ein Regler oder eine Regelung veranschaulicht, wobei beispielsweise mittels des Reglers oder mittels der Regelung die elektrische Maschine 11 geregelt und somit geregelt betrieben wird. Beispielsweise wird der Wechselrichter mittels des Reglers oder mittels der Regelung geregelt und somit geregelt betrieben, wobei beispielsweise über den Wechselrichter die elektrische Maschine 11 mittels des Reglers oder mittels der Regelung geregelt wird. Durch Pfeile 50 ist veranschaulicht, dass der elektrische Strom, mit welchem die elektrische Maschine 11, insbesondere der Stator 10, von dem Wechselrichter versorgt wird, ermittelt wird, beispielsweise dadurch, dass der elektrische Strom gemessen und/oder berechnet wird. Durch einen Block 52 ist eine Berechnung der Rotorzeitkonstante der elektrischen Maschine 11, insbesondere des Rotors, veranschaulicht. Die durch den Block 52 veranschaulichte Berechnung wird beispielsweise mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 durchgeführt, sodass beispielsweise mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 die Rotorzeitkonstante berechnet und dadurch ermittelt wird. Aus 3 ist erkennbar, dass beispielsweise bei der durch den Block 52 veranschaulichten Berechnung und somit mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 die Rotorzeitkonstante in Abhängigkeit von dem elektrischen Strom ermittelt, insbesondere berechnet und dadurch ermittelt, wird. Aus 3 ist anhand von Pfeilen 54 erkennbar, dass beispielsweise bei der durch den Block 52 veranschaulichten Berechnung und somit mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 die Rotorzeitkonstante in Abhängigkeit von dem mittels der Sensoreinrichtung 22 gemessenen Statorfluss ermittelt, insbesondere berechnet und dadurch ermittelt, wird. Ein Pfeil 56 veranschaulicht die zuvor genannte, auch als Rotorposition bezeichnete Drehstellung des Rotors, wobei die Drehstellung des Rotors beispielsweise mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 ermittelt wird. 3 shows a flow chart to illustrate the method for determining the rotor temperature. A block 46 illustrates an inverter, also referred to as an inverter, from which the electrical machine 11 can be or is supplied with an electrical current. The electrical machine 11 is operated, for example, by means of the electrical current with which the electrical machine 11 is supplied by the inverter, in particular in such a way that the stator magnetic field and thus the stator flux are generated by means of the electrical current. A block 48 illustrates a controller or a control, wherein the electrical machine 11 is controlled, for example, by means of the controller or by means of the control, and thus operated in a controlled manner. For example, the inverter is controlled, for example, by means of the controller or by means of the control, and thus operated in a controlled manner, wherein the electrical machine 11 is controlled, for example, via the inverter, by means of the controller or by means of the control. Arrows 50 illustrate that the electric current with which the electric machine 11, in particular the stator 10, is supplied by the inverter is determined, for example by measuring and/or calculating the electric current. A block 52 illustrates a calculation of the rotor time constant of the electric machine 11, in particular of the rotor. The calculation illustrated by block 52 is carried out, for example, by means of the electronic computing device 13, so that the rotor time constant is calculated and thereby determined, for example, by means of the electronic computing device 13. From 3 It can be seen that, for example, in the calculation illustrated by block 52 and thus by means of the electronic computing device 13, the rotor time constant is determined, in particular calculated and thereby determined, as a function of the electric current. 3 Arrows 54 show that for example, in the calculation illustrated by block 52 and thus by means of the electronic computing device 13, the rotor time constant is determined, in particular calculated and thereby determined, as a function of the stator flux measured by means of the sensor device 22. An arrow 56 illustrates the previously mentioned rotational position of the rotor, also referred to as the rotor position, wherein the rotational position of the rotor is determined, for example, by means of the electronic computing device 13.

Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird beispielsweise in Abhängigkeit von dem gemessenen Statorstreufluss zumindest ein Teil des Rotorflusses und/oder zumindest eine Position zumindest eines Teils des Rotorflusses ermittelt, wobei die Position zumindest des Teils des Rotorflusses auch als Rotorflussposition bezeichnet wird. Beispielsweise wird bei der durch den Block 52 veranschaulichten Berechnung und somit mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 in Abhängigkeit von der Rotorflussposition die Rotorzeitkonstante ermittelt, insbesondere berechnet und dadurch ermittelt. Ganz insbesondere ist es vorgesehen, dass bei der Berechnung (Block 52) und somit mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 in Abhängigkeit von der Rotorflussposition und in Abhängigkeit von der Drehstellung (Rotorposition) die Rotorzeitkonstante ermittelt, insbesondere berechnet und dadurch ermittelt, wird.By means of the electronic computing device 13, for example, at least a part of the rotor flux and/or at least a position of at least a part of the rotor flux is determined as a function of the measured stator leakage flux, wherein the position of at least part of the rotor flux is also referred to as the rotor flux position. For example, in the calculation illustrated by block 52 and thus by means of the electronic computing device 13, the rotor time constant is determined, in particular calculated and thereby ascertained as a function of the rotor flux position. In particular, it is provided that in the calculation (block 52) and thus by means of the electronic computing device 13, the rotor time constant is determined, in particular calculated and thereby ascertained as a function of the rotor flux position and as a function of the rotational position (rotor position).

Aus 3 ist erkennbar, dass beispielsweise die ermittelte Rotorzeitkonstante einem durch einen Block 58 veranschaulichten Beobachter zugeführt wird, welcher die Rotorzeitkonstante empfängt und beispielsweise als Luenberger-Beobachter ausgebildet ist. Außerdem wird beispielsweise die Rotorposition (Drehstellung) dem Beobachter zugeführt, welche beispielsweise die Drehstellung (Rotorposition) empfängt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Regelung oder der Regler den Wechselrichter und/oder die elektrische Maschine 11 in Abhängigkeit von einem Ausgang des Beobachter regelt und dadurch betreibt. Der Ausgang des Beobachters kann die Rotortemperatur umfassen, sodass beispielsweise mittels des Beobachters die Rotortemperatur in Abhängigkeit von der Rotorzeitkonstante berechnet und dadurch ermittelt wird. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die elektrische Maschine 11 und/oder der Wechselrichter in Abhängigkeit von der ermittelten Rotortemperatur betrieben, insbesondere geregelt, wird.Out of 3 it can be seen that, for example, the determined rotor time constant is fed to an observer illustrated by a block 58, which receives the rotor time constant and is designed, for example, as a Luenberger observer. In addition, for example, the rotor position (rotational position) is fed to the observer, which receives, for example, the rotational position (rotor position). In particular, it is provided that the control or the regulator controls the inverter and/or the electrical machine 11 depending on an output of the observer and thereby operates it. The output of the observer can include the rotor temperature, so that, for example, the rotor temperature is calculated and thereby determined by means of the observer depending on the rotor time constant. It is thus preferably provided that the electrical machine 11 and/or the inverter is operated, in particular regulated, depending on the determined rotor temperature.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

1010: Statorstator
1111: elektrische Maschineelectric machine
1212: Wicklungwinding
1313: elektronische Recheneinrichtungelectronic computing device
1414: Blechpaketsheet metal package
1616: Doppelpfeildouble arrow
1818: Wickelkopfwinding head
2020: Wickelkopfwinding head
2222: Sensoreinrichtungsensor device
2424: Platinecircuit board
2626: Platinenbereichcircuit board area
2828: Sensorelementsensor element
3030: Basisbereichbasic area
3232: Doppelpfeildouble arrow
3434: strichpunktierte Liniedotted line
3535: SeitePage
3636: Doppelpfeildouble arrow
3838: Blechsegmentsheet metal segment
4040: Blechsegmentsheet metal segment
4242: PfeilArrow
4444: PfeilArrow
4646: Blockblock
4848: Blockblock
5050: PfeilArrow
5252: Blockblock
5454: PfeilArrow
5656: PfeilArrow
5858: Blockblock
AS1AS1: axiale Stirnseiteaxial face
AS2AS2: axiale Stirnseiteaxial face
LL: Längenbereichelength ranges
L2L2: Längenbereichelength ranges

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2008 018 843 A1 [0002]
DE 10 2021 202 982 A1 [0002]
FR 3033961 A1 [0002]
DE 10 2015 012 902 A1 [0002]
DE 10 2016 214 497 A1 [0002]
DE 10 2012 100 237 A1 [0002]
US 6042265 A [0002]
US 6316904 B1 [0002]
EP 2 704 311 A2 [0002]
DE 10 2014 213 103 A1 [0002]

Claims

Method for determining a temperature of a rotor of an electrical machine (11) having the rotor and a stator (10), characterized in that: - at least a portion of a magnetic flux of the electrical machine (11) is measured by means of a sensor device (22) of the electrical machine (11); and - depending on the portion of the magnetic flux measured by means of the sensor device (22), the temperature of the rotor is calculated by means of an electronic computing device (13) and is thereby determined.

procedure according to claim 1 , characterized in that a leakage flux of the electrical machine (11) is measured as the part of the magnetic flux.

procedure according to claim 1 or 2 , characterized in that a magnetic flux of the stator (10) is used as the magnetic flux of the electrical machine (11).

procedure according to claim 3 , characterized in that: - at least one position of at least a portion of a magnetic flux of the rotor is determined by means of the electronic computing device (13) as a function of the portion of the magnetic flux of the stator (10) measured by means of the sensor device (22); and - the temperature is calculated and thereby determined by means of the electronic computing device (13) as a function of the determined position.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that : - the rotor time constant is determined by means of the electronic computing device (13) as a function of the part of the magnetic flux of the electrical machine (11) measured by means of the sensor device (22); and - the temperature is calculated and thereby determined by means of the electronic computing device (13) as a function of the rotor time constant.

Procedure according to the claims 4 and 5 , characterized in that: - the rotor time constant is determined by means of the electronic computing device (13) as a function of the determined position; and - the temperature is calculated and thereby determined by means of the electronic computing device (13) as a function of the rotor time constant.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that: - at least one rotational position of the rotor is determined by means of the electronic computing device (13); and - the temperature is calculated and thereby determined by means of the electronic computing device (13) as a function of the determined rotational position.

procedure according to claim 7 in its reference to claim 5 or 6 , characterized in that: - the rotor time constant is determined by means of the electronic computing device (13) as a function of the rotational position of the rotor; and - the temperature is calculated and thereby determined by means of the electronic computing device (13) as a function of the rotor time constant.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an asynchronous machine is used as the electrical machine (11).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical machine (11) is operated as a function of the determined temperature.