DE102013200672A1

DE102013200672A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer Elektromaschine

Info

Publication number: DE102013200672A1
Application number: DE201310200672
Authority: DE
Inventors: Matthias Gorka; Jörg Reuss
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-06-26

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Elektromaschine (12), die einen Rotor (14) und einen Stator (16) mit mindestens vier Statorphasen (18) aufweist, wobei die Statorphasen (18) zum Erzeugen eines rotierenden Statormagnetfelds über ansteuerbare Schaltelemente (20) mit einer Energiespeichereinheit (22) verbindbar sind. Die Vorrichtung weist auf: ein Betriebsgrößenistwertsystem (42), das dazu ausgebildet ist, für zumindest drei Statorphasen (18) jeweils einen Statorphasenbetriebsgrößenistwert (SBIW1, ..., SBIWAP) bereitzustellen; eine Sollwerteinheit (32), die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Drehmomentsollwerts (Msoll), einen ersten und einen zweiten transformierten Drehverhaltenssollwert (Id,soll, Iq,soll) zu ermitteln, wobei über die beiden Drehverhaltenssollwerte (Id,soll, Iq,soll) das Drehverhalten der Elektromaschine (12) vorgebbar ist; eine Transformationseinheit (40), die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der zumindest drei Statorphasenbetriebsgrößenistwerte (SBIW1, ..., SBIWAP) einen ersten und einen zweiten transformierten Drehverhaltensistwert (Id,ist, Iq,ist) zu ermitteln; eine Betriebsgrößensollwerteinheit (38), die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der beiden transformierten Drehverhaltenssollwerte (Id,soll, Iq,soll) und der beiden transformierten Drehverhaltensistwerte (Id,ist, Iq,ist) für zumindest vier Statorphasen (18) jeweils einen Statorphasenbetriebsgrößensollwert (SBSW1, ..., SBSWAP) zu ermitteln, und eine Ansteuereinheit (50), die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Statorphasenbetriebsgrößensollwerte (SBSW1, ..., SBSWAP) Ansteuersignale (A1, ..., AAP) für die Schaltelemente (20) derart zu erzeugen, dass durch das Ansteuern der zumindest vier Statorphasen (18) die Elektromaschine (12) ein dem Drehmomentsollwert (Msoll) entsprechendes Drehmoment bereitstellt. Ferner betrifft die Erfindung ein zugehöriges Verfahren und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern einer Elektromaschine, die einen Rotor und einen Stator mit mindestens vier Statorphasen aufweist, wobei die Statorphasen zum Erzeugen eines rotierenden bzw. sich drehenden Statormagnetfelds über ansteuerbare Schaltelemente mit einer Energiespeichereinheit verbindbar sind.
Bürstenlos ausgeführte Wechselfeldmaschinen werden heutzutage in vielen Bereichen eingesetzt. Der Grund hierfür ist, dass sie sich durch einen verschleißarmen Betrieb auszeichnen und zudem kostengünstig im Aufbau und sehr leistungsfähig sind. Besonders bevorzugt kommen sogenannte Dreiphasenwechselstrommaschinen zum Einsatz, bei denen es sich um Elektromaschinen handelt, die einen Stator mit drei Statorphasen aufweisen (auch als Drehstrommaschinen bezeichnet).
Ein Einsatzgebiet von Drehstrommaschinen ist der Fahrzeugbau, wobei solche Maschinen in jüngster Zeit in zunehmendem Maße auch für den Antrieb eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Bei dieser Anwendung handelt es sich dann um für den Fahrzeugantrieb ausgebildete Drehstrommaschinen. Die Fahrzeuge können dabei als Hybridfahrzeug oder als Elektrofahrzeug ausgebildet sein. Bei einem Hybridfahrzeug wird neben einer Drehstrommaschine ein weiteres Aggregat für den Antrieb eingesetzt, in der Regel ein Verbrennungsmotor. Wohingegen ein Elektrofahrzeug ausschließlich durch eine Elektromaschine, vorzugsweise Drehstrommaschine angetrieben wird. Die zum Einsatz kommenden Drehstrommaschinen sind in der Regel als Innenläufermaschinen ausgelegt, bei denen ein drehbar gelagerter Rotor von einem ortsfesten Stator umschlossen ist. Der Stator erzeugt ein sich drehendes Statormagnetfeld, durch das der Rotor mitgenommen wird. Der Rotor trägt eine Rotorwelle, die wirktechnisch mit einer Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden ist
Als Drehstrommaschinen können Synchronmaschinen, insbesondere Hybrid-Synchronmaschinen, oder Asynchronmaschinen zum Einsatz kommen. Die Synchronmaschine kann dabei als permanent oder elektrisch erregte Synchronmaschine ausgebildet sein. Unter einer Hybrid-Synchronmaschine soll hier eine permanent erregte Synchronmaschine verstanden werden, die zusätzlich einen stark ausgeprägten, durch eine entsprechend gewählte Rotorgeometrie bedingten Reluktanzeffekt aufweist, der für die Erzeugung des auf den Rotor wirkenden Drehmoments mit genutzt wird. Bei einer Asynchronmaschine kann der Rotor auf zwei Arten ausgeführt sein. Er kann mit einer Wicklung aus massiven, permanent kurzgeschlossenen Leiterstäben bestückt sein. Alternativ kann er mit Drahtwicklungen bestückt sein, deren Enden auf Schleifringe geführt sind, wobei der elektrische Widerstand der Drahtwicklungen betriebszustandsabhängig verändert werden kann
Damit eine in einem Fahrzeug verbaute Drehstrommaschine ein auf die angetriebenen Räder wirkendes Drehmoment erzeugen kann, welches einer Drehmomentanforderung entspricht, ist es erforderlich, und zwar unabhängig davon, wie die Drehstrommaschine konkret ausgeführt ist, dass die Schaltelemente, über die die Statorphasen mit einer Energiespeichereinheit verbindbar sind, mit einem entsprechend generierten Pulsmuster angesteuert werden. Hierfür werden Drehstrommaschinen bevorzugt mittels einer Vektorregelung betrieben (auch als feldorientierte Regelung bezeichnet), wobei die konkrete Ausgestaltung der Vektorregelung davon abhängt, ob die Maschine als Synchronmaschine oder als Asynchronmaschine ausgebildet ist. Bei der Vektorregelung wird ein Statorphasenbetriebsgrößenzeiger verändert, wodurch der magnetische Fluss in der Elektromaschine verändert wird. Bei dem Statorphasenbetriebsgrößenzeiger kann es sich um einen Stromzeiger oder um einen Spannungszeiger handeln, wobei der Stromzeiger die durch die drei Statorphasen jeweils fließenden Statorphasenströme und der Spannungszeiger die an den drei Statorphasen jeweils anliegenden Statorphasenspannungen repräsentiert.
Um eine als Synchronmaschine ausgebildete Drehstrommaschine mittels einer Vektorregelung betreiben zu können, werden üblicherweise die durch die drei Statorphasen fließenden Phasenströme gemessen. Die so für ein Dreiphasensystem ermittelten Phasenstromistwerte werden anschließend mittels der sogenannten Clarke-Transformation in ein orthogonales Zweiphasensystem transformiert, wobei sich die Koordinatenachsen des Zweiphasensystems ebenso wie die Koordinatenachsen des Dreiphasensystems auf den Stator der Synchronmaschine beziehen. Die Koordinaten des statorfesten orthogonalen Zweiphasensystems werden als α/β-Komponenten bezeichnet. Mit einer weiteren Transformation, der sogenannten Park-Transformation, werden die in dem statorfesten orthogonalen Zweiphasensystem vorliegenden α/β-Komponenten in ein auf den Rotor der Synchronmaschine bezogenes orthogonales Zweiphasensystem überführt. Die Koordinaten des rotorfesten und somit mit dem Rotor mitdrehenden orthogonalen Zweiphasensystems werden als d/q-Komponenten bezeichnet. Durch die kaskadierte Transformation wird ein sich zeitlich ändernder, dreiphasig dargestellter Stromzeiger zunächst in einen sich ebenfalls zeitlich ändernden, zweiphasig dargestellten Stromzeiger und anschließend in einen zeitinvarianten, ebenfalls zweiphasig dargestellten Stromzeiger überführt. Insgesamt werden somit die drei sich zeitlich ändernden Phasenstromistwerte in zwei zeitinvariante Stromistwerte überführt. Ausgehend von einer Anforderung für das von der Synchronmaschine bereitzustellende Drehmoment wird für das rotorfeste orthogonale Zweiphasensystem ein zeitinvarianter, zweiphasig dargestellter Stromzeiger und somit zwei zeitinvariante Stromsollwerte ermittelt. In Abhängigkeit der beiden zeitinvarianten Stromistwerte und der beiden zeitinvarianten Stromsollwerte werden zwei zeitinvariante Regelabweichungen ermittelt, die in zeitvariante Spannungswerte überführt werden. Der zeitinvariante, zweiphasig dargestellte Spannungszeiger wird dann unter Verwendung einer inversen Park-Transformation in ein statorfestes Zweiphasensystem und somit in einen sich zeitlich ändernden, zweiphasig dargestellten Spannungszeiger überführt. Mittels einer inversen Clarke-Transformation wird dieser Spannungszeiger dann in ein statorfestes Dreiphasensystem überführt. Dabei entsteht ein sich zeitlich ändernder, dreiphasig dargestellter Spannungszeiger. Die so für ein Dreiphasensystem ermittelten Phasenspannungssollwerte werden dann mittels Pulsweitenmodulation in Ansteuersignale für die Schaltelemente umgesetzt.
Die vorstehend beschriebene Vektorregelung hat den Vorteil, dass sich eine Drehstrommaschine, in diesem Fall eine Synchronmaschine, in dem rotorfesten orthogonalen Zweiphasensystem im Wesentlichen so beschreiben lässt, wie eine Gleichstrommaschine. Dadurch vereinfacht, sich die Regelung für die Ansteuerung der Drehstrommaschine. In dem rotorfesten orthogonalen Zweiphasensystem repräsentiert die q-Komponente den Wert des Drehmoments und die d-Komponente den Wert des magnetischen Fluss. Die q-Komponente ist somit an der Entstehung des von der Elektromaschine bereitzustellenden Drehmoments beteiligt, wohingegen es sich bei der d-Komponente um eine feldbildende Komponente handelt.
Wenn nachfolgend von einem auf der feldorientierten Regelung basierenden Regler die Rede ist, so ist darunter ein Regler in der vorstehend dargelegten Ausführung zu verstehen. Ein Regler also, der auf Basis eines zweiphasig dargestellten Zeigers, insbesondere eines Stromzeigers, Regelabweichungen ermittelt, ausgehend von denen dann Ansteuersignale für Schaltelemente ermittelt werden. Bei dem zweiphasig dargestellten Zeiger kann es sich um einen sich zeitlich ändernden Zeiger handeln (α/β-Komponenten), bevorzugt handelt es sich jedoch um einen zeitinvarianten Zeiger (d/q-Komponenten). Da diesem Regler ein zweiphasig dargestellter Zeiger zugrunde liegt, weist er zwei Teilregler auf, jeweils einen Teilregler für eine der beiden Komponenten. Der auf der feldorientierten Regelung basierende Regler weist somit zwei Teilregler auf, die zusammen eine Vektorregelung realisieren.
Allerdings kann es beim Einsatz von Elektromaschinen mit drei Statorphasen zu folgenden Erscheinungen kommen, insbesondere dann, wenn diese für den Antrieb eines Fahrzeugs eingesetzt werden und somit große Drehmomente bereitzustellen sind: dadurch dass lediglich drei Statorphasen für die Erzeugung des bereitzustellenden Drehmoments zur Verfügung stehen, fließen entsprechend große Phasenströme durch die einzelnen Statorphasen. Entsprechend sind die Schaltelemente, über die die Statorphasen mit der Energiespeichereinheit verbindbar sind, auszulegen, was in der Regel dadurch erreicht wird, dass eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen, beispielsweise IGBTs, parallel geschaltet sind. Ferner zeigen Elektromaschinen mit drei Statorphasen eine deutlich wahrnehmbare Welligkeit im Zwischenkreis, d. h. in der Zwischenkreisspannung und in den diesem entnommenen Phasenströmen.
Diese nachteiligen Erscheinungen können durch den Einsatz von Elektromaschinen behoben werden, die mehr als drei Statorphasen aufweisen. Allerdings kann für solch eine Elektromaschine eine Vektorregelung bzw. feldorientierte Regelung nicht mittels eines einzigen auf der feldorientierten Regelung basierenden Reglers erfolgen. Der Grund hierfür ist, dass die einer Vektorreglung zugrundeliegende Clarke-Transformation, sowohl in der inversen, als auch in der nicht-inversen Form, jeweils für Dreiphasensysteme formuliert ist, also für eine Elektromaschine mit drei Statorphasen. Um dennoch eine Elektromaschine mit mehr als drei Statorphasen mittels einer Vektorregelung bzw. feldorientierten Regelung betreiben zu können, wird heutzutage solch eine Maschine unter Verwendung mehrerer Regler betrieben, wobei jeder dieser Regler auf der feldorientierten Regelung basiert. So wird beispielsweise eine Elektromaschine, die sechs Statorphasen aufweist, mittels zweier solcher Regler betrieben. Einem ersten Paar von drei Statorphasen ist ein erster auf der feldorientierten Regelung basierender Regler zugeordnet und einem zweiten Paar von drei Statorphasen ist ein zweiter auf der feldorientierten Regelung basierender Regler zugeordnet, wobei jeder dieser beiden Regler eine Vektorregelung durchführt. Bezogen auf die gesamte Elektromaschine, handelt es sich für das jeweilige Paar von Statorphasen um eine Teilvektorregelung. In der Überlagerung ergeben beide Teilvektorregelungen eine Gesamtvektorregelung. Dabei sind die beiden Regler jeweils dreiphasig ausgeführt. Die sechs Statorphasen können beispielsweise entweder zu einer Sternschaltung mit einem einzigen Sternpunkt oder zu zwei eigenständigen Sternschaltungen mit jeweils eigenem Sternpunkt angeordnet sein. Nachteilig an diesem Ansatz ist, dass zum einen aufgrund der beiden durchzuführenden Teilvektorregelungen der Rechenaufwand sehr groß ist, weshalb ein schneller Mikrocontroller bzw. Prozessor mit hoher Rechenkapazität eingesetzt werden muss, der deswegen teuer ist. Zum anderen kann es dazu kommen, dass sich die beiden parallel arbeitenden Regler im Betrieb gegenseitig aufschwingen, weshalb geeignete Maßnahmen zu ergreifen sind, um dies zu verhindern.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art weiterzubilden, um in einfacher Art und Weise eine Elektromaschine, die mindestens vier Statorphasen aufweist, betreiben zu können, und zudem einen insgesamt kostengünstigen Einsatz solcher Elektromaschinen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die folgende Mittel aufweist: Ein Betriebsgrößenistwertsystem, das dazu ausgebildet ist, für zumindest drei Statorphasen jeweils einen Statorphasenbetriebsgrößenistwert bereitzustellen, wobei es sich bei der Statorphasenbetriebsgröße um eine den Betrieb der jeweiligen Statorphase repräsentierende physikalische Größe handelt, eine Sollwerteinheit, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Drehmomentsollwerts, der ein von der Elektromaschine bereitzustellendes Drehmoment repräsentiert, einen ersten und einen zweiten transformierten Drehverhaltenssollwert zu ermitteln, wobei über die beiden Drehverhaltenssollwerte das Drehverhalten der Elektromaschine vorgebbar ist, eine Transformationseinheit, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der zumindest drei Statorphasenbetriebsgrößenistwerte einen ersten und einen zweiten transformierten Drehverhaltensistwert zu ermitteln, eine Betriebsgrößensollwerteinheit, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der beiden transformierten Drehverhaltenssollwerte und der beiden transformierten Drehverhaltensistwerte für zumindest vier Statorphasen jeweils einen Statorphasenbetriebsgrößensollwert zu ermitteln, und eine Ansteuereinheit, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Statorphasenbetriebsgrößensollwerte Ansteuersignale für die Schaltelemente derart zu erzeugen, dass durch das Ansteuern der zumindest vier Statorphasen die Elektromaschine ein dem Drehmomentsollwert entsprechendes Drehmoment bereitstellt.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden:

– Bereitstellen von Statorphasenbetriebsgrößenistwerten für zumindest drei Statorphasen, wobei es sich bei der Statorphasenbetriebsgröße um eine den Betrieb der jeweiligen Statorphase repräsentierende physikalische Größe handelt,
– Ermitteln eines ersten und eines zweiten transformierten Drehverhaltenssollwerts in Abhängigkeit eines Drehmomentsollwerts, der ein von der Elektromaschine bereitzustellendes Drehmoment repräsentiert, wobei über die beiden Drehverhaltenssollwerte das Drehverhalten der Elektromaschine vorgebbar ist,
– Ermitteln eines ersten und eines zweiten transformierten Drehverhaltensistwerts in Abhängigkeit der zumindest drei Statorphasenbetriebsgrößenistwerte,
– Ermitteln jeweils eines Statorphasenbetriebsgrößensollwerts für zumindest vier Statorphasen, in Abhängigkeit der beiden transformierten Drehverhaltenssollwerte und der beiden transformierten Drehverhaltensistwerte, und
– Erzeugen von Ansteuersignale für die Schaltelemente in Abhängigkeit der Statorphasenbetriebsgrößensollwerte derart dass durch das Ansteuern der zumindest vier Statorphasen die Elektromaschine ein dem Drehmomentsollwert entsprechendes Drehmoment bereitstellt.

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Idee zugrunde, eine Elektromaschine, die mehr als drei Statorphasen aufweist, mittels einem einzigen, auf der feldorientierten Regelung basierenden Regler anzusteuern. Hierfür werden die für zumindest drei Statorphasen jeweils ermittelten Statorphasenbetriebsgrößenistwerte in zwei transformierte Drehverhaltensistwerte überführt, auf deren Grundlage dann Ansteuersignale für die Schaltelemente ermittelt werden, über die die Statorphasen mit einer Energiespeichereinheit zum Erzeugen eines von der Elektromaschine bereitzustellenden Drehmoments verbindbar sind.
Dadurch dass es nun möglich ist, eine Elektromaschine, die mehr als drei Statorphasen aufweist, nunmehr mittels lediglich einem einzigen, auf der feldorientierten Regelung basierenden Regler zu betreiben bzw. anzusteuern und nicht mehr wie bisher mittels einer Vielzahl von Reglern, die jeweils auf der feldorientierten Regelung basieren und die jeweils eine Teilvektorregelung durchführen, sinkt insgesamt der für das Ansteuern der Elektromaschine erforderliche Rechenaufwand. Dies ermöglicht den Einsatz eines Mikrocontrollers bzw. Prozessors, der eine geringere Rechenkapazität aufweist bzw. weniger mächtig ausgelegt ist und somit kostengünstiger ist.
Bei anderer Betrachtungsweise, hier wird angenommen, dass trotz des gesunkenen Rechenaufwands (ein Regler) ein gemäß dem bisherigen Rechenaufwand (mehrere Regler) entsprechend mächtig ausgelegter Mikrocontroller bzw. Prozessor zum Einsatz kommt, könnten weitere Funktionalitäten realisiert werden, da aufgrund des für die Vektorregelung gesunkenen Rechenaufwands Rechenkapazität zur Verfügung steht. So kann beispielsweise eine Funktion implementiert werden, die eine verbesserte Ermittlung des optimalen Betriebspunkts der Elektromaschine ermöglicht, oder eine zusätzliche Dämpfungsfunktion. Es können aber auch bereits bestehende Funktionalitäten aufgewertet werden, beispielsweise können höherwertige Filterfunktionen realisiert werden. Außerdem ermöglicht der Einsatz eines Mikrocontrollers bzw. Prozessors, der über eine Rechenkapazitätsreserve verfügt, per se den Einsatz von Elektromaschinen, die eine deutlich größere Anzahl als vier Statorphasen aufweisen.
Aufgrund der Tatsache, dass eine Elektromaschine mit mehr als drei Statorphasen nunmehr mit einem einzigen, auf der feldorientierten Regelung basierenden Regler betrieben werden kann, ist zwangsläufig auch das Problem der sich gegenseitig im Betrieb aufschwingenden Regler beseitigt.
Die nunmehr gegebene Möglichkeit, Elektromaschinen mit (deutlich) mehr als drei Statorphasen problemlos mit einem einzigen, auf der feldorientierten Regelung basierenden Regler betreiben zu können, wird zu einem verstärkten Einsatz solcher Maschinen führen. Da bei solchen Elektromaschinen die in den Statorphasen fließenden Phasenströme kleiner sind, können die Anforderungen an die Schaltelemente, die für das Verbinden der Statorphasen mit der Energiespeichereinheit benötigt werden, reduziert werden. So können beispielsweise kleiner dimensionierte Schaltelemente bzw. Halbleiterbauelemente eingesetzt werden. Oder aber in den einzelnen Zweigen kann jeweils die Anzahl dieser Elemente reduziert werden, d. h. der Parallelisierungsaufwand wird geringer. Beide Maßnahmen führen zu einer weiteren Reduzierung der Kosten.
Der Einsatz solcher höherphasigen Elektromaschinen bringt weitere Vorteile mit sich: Zum einen sinkt die Welligkeit im Zwischenkreis. Zum anderen bringt eine höherphasige Elektromaschine eine gewisse Redundanz mit sich. Fallen nämlich ein oder mehrere Zweige aus, dann kann die Elektromaschine immer noch bei reduzierter Leistung weiter betrieben werden.
Die obengenannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Transformationseinheit dazu ausgebildet, die beiden transformierten Drehverhaltensistwerte mittels einer Transformation der zumindest drei Statorphasenbetriebsgrößenistwerte in ein orthogonales Zweiphasensystem zu ermitteln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem orthogonalen Zweiphasensystem um ein auf den Rotor bezogenes Rotorkoordinatensystem. Durch diese Maßnahme lässt sich die Elektromaschine, die mehr als drei Statorphasen aufweist, in dem rotorfesten orthogonalen Zweiphasensystem im Wesentlichen so beschreiben, wie eine Gleichstrommaschine, wodurch sich die Regelung für die Ansteuerung der Elektromaschine deutlich vereinfacht. Diesem Ansatz liegt eine verallgemeinerte bzw. erweiterte Clarke-Transformation zugrunde. D. h. die klassische, für eine Elektromaschine mit drei Statorphasen formulierte Clarke-Transformation ist entsprechend verallgemeinert, so dass diese nun auch bei Elektromaschinen mit mehr als drei Statorphasen einsetzbar bzw. anwendbar ist.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Elektromaschine um eine Synchronmaschine und bei den Statorphasenbetriebsgrößen um Phasenströme. Demzufolge weist das Betriebsgrößenistwertsystem zumindest drei Stromsensoren auf, wobei jeweils ein Stromsensor einer Statorphase zugeordnet ist, so dass für zumindest drei Statorphasen der durch die jeweilige Statorphase fließende Phasenstrom erfassbar ist. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Betriebsgrößensollwerteinheit dazu ausgebildet ist, Sollwerte für die an den Statorphasen jeweils einzustellende Phasenspannung zu ermitteln. Die Anzahl der Stromsensoren, die das Betriebsgrößenistwertsystem aufweist, hängt zum einen davon ab, wie viele Statorphasen die Elektromaschine aufweist, und zum anderen davon, wie die Statorphasen verschaltet sind. Beispielsweise reichen bei einer vierphasigen Elektromaschine, deren Statorphasen zu einem Stern verschaltet sind, drei Stromsensoren aus, da aufgrund der Tatsache, dass bei der Sternschaltung die Summe der Phasenströme Null ist, der vierte Phasenstrom aus den drei gemessenen Phasenströmen errechnet bzw. ermittelt werden kann. Verallgemeinert: bei einer Elektromaschine mit n zu einem Stern verschalteten Statorphasen werden n – 1 Stromsensoren benötigt. Handelt es sich dagegen um eine Elektromaschine, die sechs Statorphasen aufweist, von denen ein erstes Paar von drei Statorphasen zu einem ersten Stern und ein zweites Paar von drei Statorphasen zu einem zweiten eigenständigen Stern verschaltet sind, wobei jeder der beiden Sterne einen eigenständigen Sternpunkt aufweist, so reichen in diesem Fall vier Stromsensoren aus.
Vorzugsweise ist die Elektromaschine in einem Fahrzeug verbaut, wobei das Fahrzeug angetriebene Räder aufweist, und die Elektromaschine dazu ausgebildet ist, ein auf die angetriebenen Räder wirkendes Drehmoment zu erzeugen. Bei der Elektromaschine kann es sich hierbei um eine für den Fahrzeugantrieb ausgebildete Antriebsmaschine oder um einen Generator handeln. Mit Blick auf die für den Fahrzeugantrieb ausgebildete Antriebsmaschine ergeben sich die vorstehend dargelegten Vorteile, die zum einen mit dem Einsatz eines einzigen Reglers einhergehen, der auf der feldorientierten Regelung basiert (kein Aufschwingen, günstigere Controller), und die zum anderen mit dem Einsatz von Elektromaschinen einhergehen, die mehr als drei Statorphasen aufweisen (niedrigere Kosten für die Schaltelemente, geringere Welligkeit im Zwischenkreis). Mit Blick auf die Generatoren ergibt sich ein weiterer Kosten reduzierender Effekt. Bereits heute sind in Fahrzeugen Generatoren verbaut, die deutlich mehr als drei Statorphasen aufweisen. Die nun gegebene Möglichkeit, eine Elektromaschine mit mehr als drei Statorphasen problemlos mit einem einzigen, auf der feldorientierten Regelung basierenden Regler betreiben zu können, eröffnet nun den Raum für weitere Anwendungen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren können solche Generatoren nun in einfacher Art und Weise auch motorisch betrieben werden, und beispielsweise als Hilfsantrieb zum Rangieren oder Einparken eingesetzt werden. Das Hinzukommen weiterer Einsatzgebiete für solche Generatoren wird zu größeren Stückzahlen und sinkenden Stückzahlkosten führen (Skaleneffekte).
Was das Betriebsgrößenistwertsystem angeht, so sind zwei alternative Ausgestaltungen denkbar. Bei einer ersten Ausgestaltung weist das Betriebsgrößenistwertsystem lediglich Sensoren auf, die dazu ausgebildet sind, Statorphasenbetriebsgrößen zu erfassen. Je nachdem, ob es sich bei der Statorphasenbetriebsgröße um den Phasenstrom oder um die Phasenspannung handelt, sind diese Sensoren entweder zur Strommessung oder zur Spannungsmessung ausgebildet. Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist es bei entsprechend vorteilhafter Verschaltung der Statorphasen nicht zwingend erforderlich, für jede der Statorphasen einen Sensor vorzusehen. So kann es bei einer vierphasigen Elektromaschine ausreichen, für drei Statorphasen jeweils einen Sensor vorzusehen. Bei einer sechsphasigen Elektromaschine mit einem ersten Paar von drei zu einem ersten Stern verschalteter Statorphasen und einem zweiten Paar von drei zu einem zweiten Stern verschalteter Statorphasen reicht es aus, für jeweils zwei Statorphasen eines jeden Paares, insgesamt also für vier Statorphasen einen Sensor vorzusehen. Für diejenige Statorphase, für die kein Sensor vorgesehen ist, können die Statorphasenbetriebsgrößenistwerte aus den gemessenen Statorphasenbetriebsgrößenistwerten ermittelt werden. Bei der ersten Ausgestaltung erfolgt dies durch entsprechende Formulierung der in der Transformationseinheit hinterlegten Transformationsgleichungen. Bei einer zweiten Ausgestaltung weist das Betriebsgrößenistwertsystem neben Sensoren noch zumindest eine Statorphasenbetriebsgrößenermittlungseinheit auf, mit der für diejenige Statorphase, für die kein Sensor vorgesehen ist, die Statorphasenbetriebsgrößenistwerte vorab ermittelt werden, bevor in der Transformationseinheit die weitere Bearbeitung der Statorphasenbetriebsgrößen erfolgt. Bei der zweiten Ausgestaltung sind im Vergleich zu der ersten Ausgestaltung andere Transformationsgleichungen in der Transformationseinheit hinterlegt.
Die vorstehenden Ausführungen, gemäß denen es sich bei der Elektromaschine um eine für den Fahrzeugantrieb ausgebildete Antriebsmaschine oder um einen Generator handelt, soll keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung für sämtliche in einem Fahrzeug verbauten Elektromaschinen eingesetzt werden, beispielsweise auch für ein in einem Lenksystem enthaltenes Hilfsaggregat oder für einen Starter.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine detailliertere schematische Darstellung von in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenen Komponenten,
3 eine schematische Darstellung eines in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenen Wechselrichters.
Bevor das Ausführungsbeispiel beschrieben wird, soll zunächst der theoretische Hintergrund erläutert werden. Die nachfolgenden Betrachtungen werden dabei anhand einer Synchronmaschine angestellt, wobei als Statorphasenbetriebsgrößen die durch die Statorphasen jeweils fließenden Phasenströme ermittelt werden und es sich somit um eine phasenstrombasierte Regelung handelt. Dies soll jedoch keine einschränkende Wirkung haben. Zum einen können als Statorphasenbetriebsgrößen auch die an den Statorphasen jeweils anliegenden Phasenspannungen oder die sich in den Statorphasen jeweils einstellenden magnetischen Flüsse verwendet werden. Zum anderen können die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren unter entsprechender Anpassung auch bei einer Asynchronmaschine zur Anwendung kommen.
Für eine Elektromaschine, die einen Stator mit mehr als drei Statorphasen aufweist, kann die Clarke-Transformation in verallgemeinerter bzw. erweiterter Form, wie folgt aufgestellt werden:
wobei AP die Anzahl der Statorphasen ist, so dass für den Faktor g g = 2 / AP (2) gilt.
Mit der verallgemeinerten bzw. erweiterten Clarke-Transformation gemäß Gleichung (1) kann ein Mehrphasensystem, also eine Elektromaschine mit einer Anzahl AP von Statorphasen in ein orthogonales Zweiphasensystem überführt werden, wobei beide Phasensysteme auf den Stator der Elektromaschine bezogen sind. Die Größen φ₁ bis φ_AP stellen dabei den Winkel dar, den die jeweilige Statorphase des Mehrphasensystems gegenüber einer Achse des Zweiphasensystems, vorzugsweise gegenüber der reellen Achse aufweist.
Aus Gründen der Vereinfachung kann die erste Phase des Mehrphasensystems auf die reelle Achse des Zweiphasensystems gelegt werden, so dass der Winkel φ₁ den Wert Null aufweist. Wird zudem angenommen, dass die Summe der Phasenströme den Wert Null aufweist, was beispielweise bei einer Sternschaltung der Statorphasen mit einem gemeinsamen Sternpunkt der Fall ist, dann kann einer der Phasenströme, hier der Phasenstrom I_AP, durch die anderen ersetzt werden, was zu folgender Gleichung führt:
Aus diesem allgemeinen Ansatz lassen sich nun für unterschiedlich konfigurierte Elektromaschinen die Transformationsgleichungen, mit denen das Mehrphasensystem in ein orthogonales Zweiphasensystem überführt werden kann, herleiten.
Für eine Elektromaschine mit drei Statorphasen gilt, wobei die Statorphasen entweder zu einem Dreieck oder zu einem Stern mit unbelastetem Sternpunkt verschaltet sind, und unter der Maßgabe, dass φ₁ = 0°, φ₂ = 120° und φ_AP = 240° ist:
wobei es sich hierbei um das Gleichungssystem handelt, das von der klassischen, sprich dreiphasigen Clarke-Transformation her bekannt ist.
Für eine Elektromaschine mit sechs gleichverteilten Statorphasen, d. h. die Statorphasen weisen paarweise zueinander einen Winkel von jeweils 60° auf, gilt, wobei die Statorphasen entweder zu einem Dreieck oder zu einem Stern mit unbelastetem Sternpunkt verschaltet sind:
Für eine Elektromaschine, die sechs Statorphasen aufweist, die zu einem ersten Paar von drei Statorphasen und zu einem zweiten Paar von drei Statorphasen zusammengefasst sind, wobei die beiden Paare von Statorphasen zueinander um einen elektrischen Winkel von 30° versetzt sind, gilt:
wobei dieses Gleichungssystem die vorstehend beschriebene Elektromaschine in der allgemeinsten Form beschreibt, d. h. für keines der beiden Paare von Statorphasen ist die Summe der jeweiligen Phasenströme Null.
Weist dagegen für eines der beiden Paare die Summe der Phasenströme den Wert Null auf, dann gilt folgendes Gleichungssystem:
Weist dagegen für beide Paare die Summe der jeweiligen Phasenströme den Wert Null auf, dann ergibt sich folgendes Gleichungssystem:
Mit Hilfe der sogenannten Park-Transformation (auch als d/q-Transformation bezeichnet)
wird das statorfeste orthogonale Zweiphasensystem in ein rotorfestes und somit mit dem Rotor mitdrehendes orthogonales Zweiphasensystem überführt. Die in dem statorfesten Zweiphasensystem vorliegenden α/β-Komponenten werden somit in d/q-Komponenten des rotorfesten Koordinatensystems überführt. Der Winkel β stellt für gewöhnlich die elektrische Winkellage dar, und ergibt sich zu β = z_p·β_mech, (5) wobei z_p die Polpaarzahl ist und β_mech der mit Hilfe eines Winkellagegebers ermittelte Winkel des Rotors gegenüber einer im Stator definierten Position. Anstelle der elektrischen Winkellage kann auch ein anderer Winkel zugrundgelegt werden. So kann auch mit der Flussachse gedreht werden, die zu der eigentlichen Rotorachse verschoben ist.
Werden beide Schritte angewandt, d. h. die verallgemeinerte bzw. erweiterte Clarke-Transformation (Gleichung (1)) und die Park-Transformation (Gleichung (4)), dann ergibt sich unter Berücksichtigung der Beziehung cos(β – x·π) = cos(β)·cos(x·π) + sin(β)·sin(x·π) (6) folgendes Gleichungssystem:
wobei folgende Abkürzungen gelten:
und
Das Gleichungssystem (7) gilt für eine Elektromaschine mit einer beliebigen Anzahl von Statorphasen, die beliebig angeordnet (beispielsweise Stern- oder Dreieckschaltung) und beliebig zu Statorphasenteilsystemen (beispielsweise Paare von drei Statorphasen) zusammengefasst sein können.
In einem auf der feldorientierten Regelung basierenden Regler kann das Anwenden der Clarke-Transformation und der Park-Transformation auf unterschiedliche Art und Weise umgesetzt sein. Diese kaskadierte Transformation kann in einer zeitlichen Reihenfolge bzw. in zwei in dem Regler enthaltenen Bearbeitungseinheiten erfolgen. Mit anderen Worten: in einem ersten Schritt wird die Clarke-Transformation auf die Statorphasenbetriebsgrößen I₁ bis I_AP angewendet, um dann in einem zweiten Schritt die Zwischengrößen I_α und I_β mittels der Park-Transformation in die beiden Größen I_d und I_q zu überführen. In diesem Fall werden nacheinander Lösungen für zwei Gleichungssysteme ermittelt. Alternativ kann in einer entsprechend ausgebildeten Bearbeitungseinheit ausgehend von den Statorphasenbetriebsgrößen I₁ bis I_AP die Ermittlung der beiden Größen I_d und I_q in einem Schritt erfolgen (entsprechend der Gleichung 7). In diesem Fall werden Lösungen für ein Gleichungssystem ermittelt.
In den beiden Gleichungen (7) und (8) ist der Arkuscosinus cos^–1 enthalten. Für diesen ist eine quadrantenabhängige Korrektur vorzunehmen, wobei die Quadranten wie folgt festgelegt sind: Die Abszisse entspricht der α-Komponente bzw. Koordinate und die Ordinate entspricht der β-Komponente bzw. Koordinate (s. Gleichung (1)), wobei die beiden Komponenten in den einzelnen Quadranten folgende Werte aufweisen: im ersten Quadrant sind beide Komponenten positiv; im zweiten Quadranten ist die α-Komponente negativ und die β-Komponente positiv; im dritten Quadranten sind beide Komponenten negativ; im vierten Quadranten ist die α-Komponente positiv und die β-Komponente negativ. In allgemeiner Form lässt sich α = cos(φ_[1...AP]) (11) und β = sin(φ_[1...AP]) (12) formulieren. Oder, wenn die Summe der Phasenströme Null ist, in reduzierter Form: α = cos(φ_[1...AP-1]) – cos(φ_AP) (11') und β = sin(φ_[1...AP-1]) – sin(φ_AP). (12')
Somit ergibt sich für den in Gleichung (8) enthaltenen Arkuscosinus-Term die Korrektur
und für den in Gleichung (9) enthaltenen Arkuscosinus-Term die Korrektur
Den vorstehenden Ausführungen liegt die Annahme zugrunde, dass es sich bei den Statorphasenbetriebsgrößen, die mit der feldorientierten Regelung geregelt werden sollen, um die durch die Statorphasen jeweils fließenden Phasenströme handelt, weswegen Istwerte für die Phasenströme ermittelt und die Transformationen auf die Phasenströme angewandt werden. Dies soll keine einschränkende Wirkung haben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bzw. Transformation kann ebenso gut angewandt werden, wenn es sich bei den zu regelenden Statorphasenbetriebsgrößen um die an den jeweiligen Statorphasen anliegenden Phasenspannungen handelt, wobei dann Istwerte für die Phasenspannungen ermittelt werden. Es ist auch denkbar, dass es sich bei den zu regelenden Statorphasenbetriebsgrößen um die sich in den Statorphasen jeweils einstellenden magnetischen Flüsse handelt. In diesem Fall werden Istwerte für den Phasenstrom oder die Phasenspannung ermittelt und ausgehend von diesen Istwerten Istwerte für den magnetischen Fluss ermittelt. Sollen anstelle der Phasenströme andere Statorphasenbetriebsgrößen geregelt werden, ist evtl. eine Anpassung des Faktors g erforderlich.
Auf Basis der vorstehenden Ausführungen ergeben sich beispielsweise für eine Elektromaschine, die sechs Statorphasen aufweist, die zu einem ersten Paar von drei Statorphasen (Phasen U, V, W) und zu einem zweiten Paar von drei Statorphasen (Phasen X, Y, Z) zusammengefasst sind, wobei die beiden Paare von Statorphasen zueinander um einen elektrischen Winkel von –30° versetzt sind, und unter der Maßgabe, dass für jedes Paar von Statorphasen die Summe der jeweiligen Phasenströme Null ist, folgende Gleichungssysteme:
und
mit γ(y, x) = cos^–1( M(y,x) / m), (18)
und M = Hauptmatrix, (20) wobei gilt:

M(1, x): = Element in der ersten Zeile und x-ten Spalte
M(2, x): = Element in der zweiten Zeile und x-ten Spalte

Entsprechend den Ausführungen zu Gleichung (7) gilt auch hier für den Faktor m die in Gleichung (10) gezeigte Beziehung. Da im vorliegenden Fall für jedes der beiden Paare von Statorphasen die Summe der Phasenströme Null ist, kommen die Gleichungen (11') und (12') zur Anwendung. Inder vorstehenden Darstellung sind aus Gründern der Übersichtlichkeit die einzelnen Terme zu den entsprechenden Matrixelementen M(1, x) bzw. M(2, x) zusammengefasst.
Insgesamt ergibt sich folgende in dem Regler zu implementierende Transformationsgleichung:
Für weitere Konstellationen kann das jeweilige Gleichungssystem entsprechend der in Gleichung (16) gewählten Darstellung angegeben werden.
Sollte ein Fehlerfall vorliegen, bei dem eine sechsphasig ausgebildete Elektromaschine nur noch mit drei ihrer Statorphasen betreibbar ist, so gelten die vorstehenden Gleichungen (3c), (3c') und (3c'') nach wie vor, allerdings ist dann die Matrix nur noch halb so groß, was davon herrührt, dass drei der Phasenströme den Wert Null aufweisen. Zudem gilt g = 2 / 3. Ein Fehlerfall kann mittels einer entsprechend ausgebildeten Fehlererkennungseinheit festgestellt werden, die dann automatisch die Anpassung des Faktors g veranlasst. Hierzu wird die Drehzahl der Elektromaschine ausgewertet. Sofern ein (Mess-)Wert für das von der Elektromaschine bereitgestellte Drehmoment vorliegt, kann dieses zusätzlich berücksichtigt werden. Alternativ ist auch eine Teilabschaltung einzelner Phasen denkbar, indem in einem Fehlerfall eine neue reduzierte Matrix verwendet wird. Wenn beispielsweise eine sechsphasige Elektromaschine, deren Statorphasen zu einem einzigen Stern verschaltet sind, einen Defekt in einer der Phasen bzw. Halbbrücken aufweist, dann wird die defekte Statorphase deaktiviert und die Transformationsmatrix für eine fünfphasige Elektromaschine implementiert. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform kann das bewusste Deaktivieren eines Paares von Statorphasen durch Verwendung der entsprechenden dreiphasigen Transformation zu Wirkungsgradsteigerungen des Gesamtsystems führen.
Nachfolgend wird nun ein Ausführungsbeispiel anhand der 1 bis 3 beschrieben.
In 1 ist eine in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Vorrichtung zum Ansteuern einer in einem Fahrzeug angeordneten Elektromaschine 12 dargestellt. In der Vorrichtung 10 läuft ein entsprechendes Verfahren ab. Einzelne der in 1 dargestellten Komponenten sind in den 2 und 3 in einem höheren Detailliertheitsgrad dargestellt.
Die Elektromaschine 12 weist einen Rotor 14 und einen Stator 16 mit Statorphasen 18 auf. Zum Erzeugen eines rotierenden Statormagnetfelds und somit zum Erzeugen eines von der Elektromaschine 12 bereitzustellenden Drehmoments sind die Statorphasen 18 über ansteuerbare Schaltelemente 20 mit einer Energiespeichereinheit 22 verbindbar. In 1 ist der Einfachheit halber die Vielzahl der Schaltelemente 20 zu einem Schaltelementeblock 24 zusammengefasst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll das von der Elektromaschine erzeugte Drehmoment, auf (nicht dargestellte) angetriebene Räder eines Fahrzeugs wirken. Dies soll keine einschränkende Wirkung haben. Ebenso gut kann es sich bei der Elektromaschine um ein in einem Lenksystem enthaltenes Hilfsaggregat, um einen Starter oder um einen Generator handeln. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren sind dazu ausgebildet, eine Elektromaschine 12 anzusteuern, die mindestens vier bzw. mehr als drei Statorphasen 18 aufweist. Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Elektromaschine 12 sechs Statorphasen 18 auf. Dies soll keine einschränkende Wirkung haben. Bei entsprechender Adaption kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine Elektromaschine mit vier oder fünf oder sieben oder noch mehr Statorphasen 18 angesteuert werden. Bei einer Elektromaschine 12 mit sechs Statorphasen 18 kann es sich entweder um gleichverteilte Statorphasen handeln, oder die Statorphasen sind zu zwei Paaren von je drei Statorphasen zusammengefasst, wobei die beiden Paare von Statorphasen untereinander um einen vorgebbaren elektrischen Winkel versetzt sind.
Die Vorrichtung 10 weist eine Drehmomentsollwerteinheit 26 auf, die einen Drehmomentsollwert M_soll für das von der Elektromaschine 12 zu erzeugende Drehmoment bereitstellt. Das zu erzeugende Drehmoment kann die angetriebenen Räder beschleunigen oder verzögern. In die Ermittlung des Drehmomentsollwerts M_soll gehen der Fahrerwunsch und/oder von im Fahrzeug enthaltenen Fahrzeugstabilisierungssystemen 28 erzeugte Momentenvorgaben ein. Der Fahrerwunsch kann durch entsprechend ausgebildete Fahrerwunschsensoren 30 ermittelt werden, mit denen die vom Fahrer vorgenommene Betätigung des Fahrpedals und/oder Bremspedals ermittelt wird. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen Bremspedalsensor und um einen Fahrpedalsensor. Bei den Fahrzeugstabilisierungssystemen 28 kann es sich beispielsweise um ein ABS-System und/oder um ein in Fahrzeugen der Anmelderin verbautes DSC-System (Dynamische Stabilitäts Control) handeln. Mit einem ABS-System wird durch entsprechend durchgeführte Eingriffe verhindert, dass bei einem Bremsvorgang einzelne Räder blockieren, insbesondere bei einem vom Fahrer ausgelösten Bremsvorgang. Mit einem DSC-System kann ein Fahrzeug im Vortriebsfall und/oder bei einer Kurvenfahrt stabilisiert werden. Hierzu werden entsprechende Bremseneingriffe an einzelnen Rädern des Fahrzeuges durchgeführt.
Momentenvorgaben, die die jeweils durchzuführenden Eingriffe charakterisieren, werden der Drehmomentsollwerteinheit 26 ausgehend von dem jeweiligen Fahrzeugstabilisierungssystem 28 zugeführt.
In einer Sollwerteinheit 32 werden ausgehend von dem Drehmomentsollwert M_soll ein erster und ein zweiter transformierter Drehverhaltenssollwert I_q,soll und I_d,soll ermittelt, über die das Drehverhalten der Elektromaschine 12 vorgebbar ist; die beiden transformierten Drehverhaltenssollwerte I_q,soll und I_d,soll können auch als Führungsgrößen bezeichnet werden. Die beiden transformierten Drehverhaltenssollwerte I_q,soll und I_d,soll sind in einem rotorfesten und somit mit dem Rotor mitdrehenden bzw. auf den Rotor bezogenen orthogonalen Zweiphasensystems dargestellt. In die Ermittlung der beiden transformierten Drehverhaltenssollwerte I_q,soll und I_d,soll gehen weitere Größen ein. Diese Größen werden von entsprechenden Bereitstellungsmitteln 34 bereitgestellt, wobei es sich hierbei um entsprechend ausgebildete Sensoren handeln kann. Bei diesen Größen kann es sich beispielsweise um wenigstens eine der folgende Größen handeln: die an einem Zwischenkreis 36 anliegende Spannung U_ZK; die der Ansteuerung der Schaltelemente 20 zugrundeliegende Periodendauer T; die Drehzahl n der Elektromaschine 12. Die beiden transformierten Drehverhaltenssollwerte I_q,soll und I_d,soll werden in der Sollwerteinheit 32 beispielsweise unter Verwendung entsprechender Kennfelder ermittelt.
In Abhängigkeit der beiden transformierten Drehverhaltenssollwerte I_q,soll und I_d,soll und jeweils zugehöriger erster und zweiter transformierter Drehverhaltensistwerte I_q,ist und I_d,ist werden Regelabweichungen I_q,delta und I_d,delta ermittelt, die einer Betriebsgrößensollwerteinheit 38 zugeführt werden. Die transformierten Drehverhaltensistwerte I_q,ist und I_d,ist werden von einer Transformationseinheit 40 bereitgestellt, der hierfür zumindest drei Statorphasenbetriebsgrößenistwerte SBIW₁ bis SBIW_AP zugeführt werden, wobei es sich bei der Statorphasenbetriebsgröße SB um eine physikalische Größe handelt, die den Betrieb jeweils einer der Statorphasen 18 repräsentiert. Bei der Statorphasenbetriebsgröße SB kann es sich, je nachdem auf welche physikalische Größe mit der feldorientierten Regelung geregelt werden soll, um die durch die Statorphasen 18 jeweils fließenden Phasenströme oder um die an den jeweiligen Statorphasen 18 anliegenden Phasenspannungen oder um die sich in den Statorphasen 18 jeweils einstellenden magnetischen Flüsse handeln. Mittels einem Betriebsgrößenistwertsystem 42 werden für zumindest drei Statorphasen 18 jeweils ein Statorphasenbetriebsgrößenistwert SBIW₁ bis SBIW_AP bereitgestellt. Die konkrete Ausgestaltung der Transformationseinheit 40 wird noch anhand 2 beschrieben. An dieser Stelle sei lediglich vorgreifend erwähnt, dass in dieser Einheit die verallgemeinerte bzw. erweiterte Clarke-Transformation und die Park-Transformation implementiert sind.
Je nachdem, auf welche physikalische Größe mit der feldorientierten Regelung geregelt werden soll, ist das Betriebsgrößenistwertsystem 42 unterschiedlich ausgebildet. Handelt es sich um den Phasenstrom, so weist das Betriebsgrößenistwertsystem 42 eine Vielzahl von Sensoren auf, die zur Strommessung ausgebildet sind. Handelt es sich um die Phasenspannung, so weist das Betriebsgrößenistwertsystem 42 eine Vielzahl von Sensoren auf, die zur Spannungsmessung ausgebildet sind. Eventuell weist in diesem Fall das Betriebsgrößenistwertsystem 42 noch Filter zur Glättung der Istwerte auf. Handelt es sich dagegen bei der Statorphasenbetriebsgröße um den magnetischen Fluss, so weist das Betriebsgrößenistwertsystem 42 neben Sensoren zur Strommessung oder Spannungsmessung zusätzlich eine (nicht dargestellte) Flußermittlungseinheit auf, mit der ausgehend von den mit den Sensoren ermittelten Messwerten der magnetische Fluss ermittelt wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Elektromaschine 12 um eine Synchronmaschine, für die die Phasenströme mittels einer feldorientierten Regelung geregelt werden sollen. Folglich handelt es sich bei den Statorphasenbetriebsgrößen um Phasenströme und das Betriebsgrößenistwertsystem 42 weist zumindest drei Stromsensoren auf, von denen jeweils ein Stromsensor einer Statorphase 18 zugeordnet ist, so dass für zumindest drei Statorphasen 18 der durch die jeweilige Statorphase 18 fließende Phasenstrom erfassbar ist. Dies soll jedoch keine einschränkende Wirkung haben. So kann die Elektromaschine 12 beispielsweise auch als Asynchronmaschine ausgebildet sein und/oder es können andere Statorphasenbetriebsgrößen, beispielsweise die Phasenspannung ermittelt werden.
Vorzugsweise ist die Elektromaschine 12 in einem (nicht dargestellten) Fahrzeug verbaut, und dazu ausgebildet, ein auf die angetriebenen Fahrzeugräder wirkendes Drehmoment zu erzeugen. Es handelt sich somit um eine für den Fahrzeugantrieb ausgebildete Antriebsmaschine. Alternativ kann es sich bei der Elektromaschine auch um einen in dem Fahrzeug verbauten Generator handeln, der beispielsweise Teil eines Bordnetzes ist.
Die Betriebsgrößensollwerteinheit 38 ermittelt in Abhängigkeit der beiden transformierten Drehverhaltenssollwerte I_q,soll und I_d,soll und der beiden transformierten Drehverhaltensistwerte I_q,ist und I_d,ist für zumindest vier Statorphasen 18 jeweils einen Statorphasenbetriebsgrößensollwert SBSW₁ bis SBSW_AP, wobei die Statorphasenbetriebsgröße und somit die Sollwerte auf ein statorfestes Mehrphasensystem bezogen sind, dessen Phasenanzahl der Anzahl der Statorphasen der Elektromaschine 12 entspricht. Bei der Statorphasenbetriebsgröße kann es sich um die an einer Statorphase 18 anliegende Phasenspannung handeln, weswegen es sich bei den mit der Betriebsgrößensollwerteinheit 38 ermittelten Sollwerte SBSW₁ bis SBSW_AP um Sollwerte der jeweils an einer Statorphase 18 anliegenden Phasenspannung handelt. Soll eine sechsphasig ausgebildete Elektromaschine zur Verbesserung des Wirkungsgrads lediglich dreiphasig betrieben werden, so wird ein reduziertes Gleichungssystem angewandt (s. o. nachgelagerte Ausführungen zu den Gleichungen (3c), (3c'), (3c'')), weswegen für lediglich drei Statorphasen Statorphasenbetriebsgrößensollwerte ermittelt werden, die von Null verschieden sind, wohingegen für die anderen drei Statorphasen als Statorphasenbetriebsgrößensollwerte dauerhaft, d. h. solange der dreiphasige Betrieb gewünscht ist, der Wert Null ausgegeben wird.
In der Betriebsgrößensollwerteinheit 38 wird zunächst ein zweidimensionaler rotorfester Spannungszeiger u →_rot ermittelt. Die d-Komponente U_d,soll dieses Spannungszeigers wird in einer ersten Rotorspannungszeigerermittlungseinheit 44d und die q-Komponente U_q,soll in einer zweiten Rotorspannungszeigerermittlungseinheit 44q ermittelt. Bei dem rotorfesten Spannungszeiger u →_rot handelt es sich um einen zweiphasig dargestellten Spannungszeiger, der auf ein rotorbezogenes zweiachsiges d/q-Koordinatensystem bezogen ist. In einer Statorspannungszeigerermittlungseinheit 46 werden aus den beiden Komponenten U_d,soll und U_q,soll die beiden Komponenten U_α und U_β eines statorfesten zweidimensionalen Spannungszeigers u →_stat ermittelt. Dies kann beispielsweise unter Anwendung einer inversen Park-Transformation erfolgen. Bei dem statorfesten Spannungszeiger u →_stat handelt es sich um einen zweiphasig dargestellten Spannungszeiger, der auf ein zweiachsiges statorbezogenes Koordinatensystem mit den Achsen α und β bezogen ist. In einer Rücktransformationseinheit 48 wird der zweidimensionale statorfeste Spannungszeiger u →_stat in ein statorfestes Mehrphasensystem transformiert, wobei die Anzahl der Phasen dieses Systems der Anzahl der Statorphasen 18 der Elektromaschine 12 entspricht. Hierbei kommt eine verallgemeinerte bzw. in allgemeiner Form formulierte inverse Clarke-Transformation zur Anwendung, mit der ein Spannungszeiger eines Zweiphasensystems in einen Spannungszeiger eines Mehrphasensystems überführt werden kann, wobei das Mehrphasensystem mehr als drei Phasen aufweist. Die in der Betriebsgrößensollwerteinheit 38 ermittelten Statorphasenbetriebsgrößensollwert SBSW₁ bis SBSW_AP werden einer Ansteuereinheit 50 zur weiteren Verarbeitung zugeführt.
Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, handelt es sich bei der (ersten) Statorphasenbetriebsgröße, für die mit dem Betriebsgrößenistwertsystem 42 die Statorphasenbetriebsgrößenistwerte SBIW₁ bis SBIW_AP ermittelt werden, nämlich dem Phasenstrom, und bei der (zweiten) Statorphasenbetriebsgröße, für die mit der Betriebsgrößensollwerteinheit 38 die Statorphasenbetriebsgrößensollwerte SBSW₁ bis SBSW_AP ermittelt werden, nämlich die Phasenspannung, um zwei verschiedene Statorphasenbetriebsgrößen. Es ist aber ebenso denkbar, dass mit der Betriebsgrößensollwerteinheit 38 Sollwerte SBSW₁ bis SBSW_AP für den Phasenstrom ermittelt werden. In diesem Fall enthält dann die Betriebsgrößensollwerteinheit 38 keine Rotorspannungszeigerermittlungseinheiten 44d, 44q.
In der Ansteuereinheit 50 werden in Abhängigkeit der Statorphasenbetriebsgrößensollwerte SBSW₁ bis SBSW_AP Ansteuersignale A₁ bis A_AP für die Schaltelemente 20 erzeugt, und zwar derart, dass durch das Ansteuern der zumindest vier Statorphasen 18 die Elektromaschine 12 ein dem Drehmomentsollwert M_soll entsprechendes Drehmoment bereitstellt. Hierzu weist die Ansteuereinheit 50 eine Tastverhältnisermittlungseinheit 52 auf, mit der die Statorphasenbetriebsgrößensollwerte SBSW₁ bis SBSW_AP in Tastverhältniswerte d_c1 bis d_cAP umgesetzt werden. Die Tastverhältniswerte d_c1 bis d_cAP werden dann mit einer Signalermittlungseinheit 54 in Ansteuersignale A₁ bis A_AP überführt.
1 zeigt in stark vereinfachter Art den Signalverlauf ausgehend von einem mittels Fahrerwunschsensoren 26 erfassten Fahrerwunsch bis hin zur Berechnung der Tastverhältniswerte und somit der Ermittlung der durch die Ansteuersignale definierten Pulsmuster für die Ansteuerung der Schaltelemente 20.
In 2 ist eine Elektromaschine 12 mit sechs Statorphasen 18 dargestellt, wobei die Statorphasen 18 zu einem ersten Paar 56 von drei Statorphasen U, V, W und zu einem zweiten Paar 58 von drei Statorphasen X, Y, Z zusammengefasst sind, wobei die beiden Paare von Statorphasen untereinander um einen elektrischen Winkel versetzt sind, der beispielsweise 30° beträgt. Bei der sechsphasigen Elektromaschine 12 soll es sich um eine Synchronmaschine handeln.
Das erste Paar 56 von Statorphasen ist über einen ersten Wechselrichter 60 und das zweite Paar 58 von Statorphasen ist über einen zweiten Wechselrichter 62 mit der Energiespeichereinheit 22 verbindbar. Hierzu werden Schaltelemente 20, die in den beiden Wechselrichtern 60, 62 enthalten sind, über Ansteuersignale A_UH, A_VH, A_WH, A_UL, A_VL, A_WL bzw. A_XH, A_YH, A_ZH, A_XL, A_YL, A_ZL angesteuert, die allesamt von der Ansteuereinheit 50 bereitgestellt werden. Die Energiespeichereinheit 22 weist eine Spannungsquelle 64 und einen dieser nachgeschalteten Zwischenkreis 36 auf.
Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, ist den Statorphasen U, V, X und Y jeweils ein Stromsensor 66 zugeordnet, mit dem der durch die jeweilige Statorphase fließende Phasenstrom I_U, I_V, I_X und I_Y ermittelt werden kann. Die Stromsensoren 66 können jeweils beispielsweise als Hallsensor ausgeführt sein. Wie der Darstellung in 2 weiter zu entnehmen ist, ist bei den beiden Paaren 56 und 58 von Statorphasen nicht jeder Statorphase 18 ein Stromsensor 66 zugeordnet. In jedem Paar von Statorphasen kann auf einen Stromsensor verzichtet werden, da für jedes Paar die Summe der Phasenströme Null ist, und sich somit der nicht gemessene und somit „fehlende” Phasenstrom aus den beiden gemessenen Phasenströmen ermitteln lässt. Der „fehlende” Phasenstrom kann auf unterschiedliche Art und Weise berücksichtigt werden, weshalb in 2 die beiden Komponenten 67a, 67b und die beiden Phasenströme I_W und I_Z strichliniert dargestellt sind. Bei einer ersten Ausgestaltung werden die beiden „fehlenden” Phasenströme I_W und I_Z durch entsprechend formulierte Transformationsgleichungen berücksichtigt, die in der Transformationseinheit 40 hinterlegt sind. In diesem Fall weist das Betriebsgrößenistwertsystem 42 lediglich die Sensoren 66 auf, die Komponenten 67a, 67b werden nicht benötigt, die beiden Phasenströme I_W und I_Z werden nicht der Transformationseinheit 40 zugeführt. In einer zweiten Ausgestaltung werden die „fehlenden” Phasenströme I_W und I_Z nicht in der Transformationseinheit 40, sondern mit Hilfe der beiden Komponenten 67a, 67b ermittelt. D. h. es werden vor Anwendung der Transformation zunächst alle Phasenströme ermittelt. Hierzu wird für das erste Paar 56 von Statorphasen der Phasenstrom I_W in einer ersten Stromermittlungseinheit 67a aus den beiden Phasenströmen I_U und I_V ermittelt. Für das zweite Paar 58 von Statorphasen wird der Phasenstrom I_Z in einer zweiten Stromermittlungseinheit 67b aus den beiden Phasenströmen I_X und I_Y ermittelt. Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, setzt sich in diesem Fall das Betriebsgrößenistwertsystem 42 aus den vier Stromsensoren 66 und den beiden Stromermittlungseinheiten 67a und 67b zusammen. Die Darstellung von zwei Stromermittlungseinheiten soll keine einschränkende Wirkung auf die bauliche Ausgestaltung haben. Es ist denkbar die beiden Einheiten baulich getrennt oder zusammen in einer baulichen Einheit auszuführen. Es ist aber auch denkbar, bei mindestens einem Paar von Statorphasen für jede der Statorphasen einen Stromsensor vorzusehen. Wird stattdessen als Statorphasenbetriebsgröße die Phasenspannung betrachtet, dann sind die beiden Komponenten 67a, 67b als Spannungsermittlungseinheiten ausgebildet.
Bevorzugt kommt die erste Ausgestaltung zum Einsatz, weil im Vergleich zu der zweiten Ausgestaltung der Rechenaufwand aufgrund der kleineren Transformationsmatrix geringer ist und die beiden Stromermittlungseinheiten nicht benötigt werden. Zudem besteht im Fehlerfall, wenn beispielsweise eine Statorphase und/oder ein Sensor defekt ist, die Möglichkeit, die betroffene Statorphase durch Wahl einer entsprechend angepassten Transformationsmatrix bzw. entsprechend angepasster Transformationsgleichungen „abzuschalten”.
Bei der ersten Ausgestaltung werden die Phasenströme I_U, I_V, I_X und I_Y einer ersten Transformationsteileinheit 68 zugeführt. Bei der zweiten Ausgestaltung werden der ersten Transformationsteileinheit 68 zusätzlich die beiden Phasenströme I_W und I_Z zugeführt. In der ersten Transformationsteileinheit 68 werden die in einem Mehrphasensystem, im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein System mit sechs Phasen, gegebenen Phasenströme I_U, I_V, I_W, I_X, I_Y und I_Z in ein orthogonales Zweiphasensystem überführt, das ebenso wie das Mehrphasensystem statorfest ist. Dabei ergeben sich die beiden ersten Stromzeigergrößen I_α und I_β. Das Überführen erfolgt dabei mit Hilfe der verallgemeinerten bzw. erweiterten Clarke-Transformation (vgl. Gleichungen (1) bzw. (7)). Mit einer zweiten Transformationsteileinheit 70 werden die beiden in einem statorfesten Zweiphasensystem vorliegenden Stromzeigergrößen I_α und I_β in ein rotorfestes Zweiphasensystem überführt, wobei sich die beiden zweiten Stromzeigergrößen I_d und I_q ergeben. In der zweiten Transformationsteileinheit 70 kommt die Park-Transformation zur Anwendung (Gleichung (4)). Die Istwerte I_d,IST und I_q,IST dieser beiden zweiten Stromzeigergrößen I_d und I_q, es handelt sich hierbei um den ersten und den zweiten Drehverhaltensistwert, werden zusammen mit den beiden Drehverhaltenssollwerte in der Betriebsgrößensollwerteinheit 38 verarbeitet. Ferner wird der zweiten Transformationsteileinheit 70 ein Rotorwinkel β_mech zugeführt, der mit Hilfe eines Winkelsensors 72 ermittelt wird. Der Rotorwinkel β_mech repräsentiert vorzugsweise denjenigen Winkel, um den der Rotor 14 der Elektromaschine 12 gegenüber ihrem Stator 16 ausgelenkt ist. Dieser Winkel wird für die Durchführung der Park-Transformation benötigt. In der Transformationseinheit 40 findet eine kaskadierte Transformation statt, die sich aus zwei Transformationen zusammensetzt, nämlich der verallgemeinerten bzw. erweiterten Clarke-Transformation und der Park-Transformation (d/q-Transformation).
Sind beispielsweise bei der in 2 dargestellten Elektromaschine 12 die beiden Paare 56, 58 von Statorphasen untereinander um einen elektrischen Winkel von –30° versetzt so ist in der Transformationseinheit 40 insgesamt die Transformationsgleichung (21) implementiert.
In 3 ist der Aufbau des ersten Wechselrichters 60 gezeigt. Der erste Wechselrichter 60 ist aus drei Halbbrücken 74 aufgebaut, wobei jede dieser Halbbrücken 74 aus zwei Schaltelementen 20 und zwei Dioden 76 besteht, wobei jeweils eine Diode 76 einem Schaltelement 20 parallel geschaltet ist. In 3 sind die Schaltelemente 20 als IGBTs ausgeführt. Dies soll keine einschränkende Wirkung haben. Es können auch andere Halbleiterbauelemente, beispielsweise MOSFETs eingesetzt werden.
Der in 3 gezeigte Aufbau des Wechselrichters 60 soll keine einschränkende Wirkung haben. Ebenso gut kann ein H-Brücken Wechselrichter oder ein Multilevel-Wechselrichter zum Einsatz kommen.
Die nachfolgenden Erläuterungen werden anhand der der Phase U zugeordneten Halbbrücke 74u gemacht und sind auf die beiden anderen Halbbrücken 74v und 74w entsprechend übertragbar. Die Halbbrücke 74u weist ein als High Side Switch (HSS) bezeichnetes Schaltelement 20 und ein als Low Side Switch (LSS) bezeichnetes Schaltelement 20 auf. Um einen stromgeregelten Betrieb der Elektromaschine 12 darstellen zu können, wird die Halbbrücke 74u im allgemeinen Fall periodisch mit der Frequenz f = 1/T getaktet. Die beiden Schaltelemente 20 werden – abgesehen von der Schutzzeit, während der beide Schaltelemente 20 sperren – immer komplementär getaktet. D. h. wenn HSS leitet, sperrt LSS und umgekehrt. Der High Side Switch wird mit dem Ansteuersignal A_UH und der Low Side Switch mit dem Ansteuersignal A_UL angesteuert.
Dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt eine Synchronmaschine zugrunde. Dies soll keine einschränkende Wirkung haben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren können bei entsprechender Adaption ebenso bei einer Asynchronmaschine zur Anwendung kommen.
Abschließend soll nochmals der Grundgedanke der Erfindung dargelegt werden: mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine Elektromaschine, die mindestens vier Statorphasen aufweist, mittels einem einzigen, auf der feldorientierten Regelung basierenden Regler zu betreiben bzw. anzusteuern. Hierfür werden für zumindest drei der Statorphasen Statorphasenbetriebsgrößenistwerte mittels Sensoren erfasst, ausgehend von denen Statorphasenbetriebsgrößensollwerte für die Statorphasen ermittelt werden.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Elektromaschine
14: Rotor
16: Stator
18: Statorphase
20: Schaltelement
22: Energiespeichereinheit
24: Schaltelementeblock
26: Drehmomentsollwerteinheit
28: Fahrzeugstabilisierungssystem
30: Fahrerwunschsensoren
32: Sollwerteinheit
34: Bereitstellungsmittel
36: Zwischenkreis
38: Betriebsgrößensollwerteinheit
40: Transformationseinheit
42: Betriebsgrößenistwertsystem
44: Rotorspannungszeigerermittlungseinheit
46: Statorspannungszeigerermittlungseinheit
48: Rücktransformationseinheit
50: Ansteuereinheit
52: Tastverhältnisermittlungseinheit
54: Signalermittlungseinheit
56: erstes Paar Statorphasen
58: zweites Paar Statorphasen
60: erster Wechselrichter
62: zweiter Wechselrichter
64: Spannungsquelle
66: Stromsensor
67: Stromermittlungseinheit
68: erste Transformationsteileinheit
70: zweite Transformationsteileinheit
72: Winkelsensor
74: Halbbrücke
76: Diode

Claims

Vorrichtung zum Ansteuern einer Elektromaschine (12), die einen Rotor (14) und einen Stator (16) mit mindestens vier Statorphasen (18) aufweist, wobei die Statorphasen (18) zum Erzeugen eines rotierenden Statormagnetfelds über ansteuerbare Schaltelemente (20) mit einer Energiespeichereinheit (22) verbindbar sind, mit einem Betriebsgrößenistwertsystem (42), das dazu ausgebildet ist, für zumindest drei Statorphasen (18) jeweils einen Statorphasenbetriebsgrößenistwert (SBIW₁, ..., SBIW_AP) bereitzustellen, wobei es sich bei der Statorphasenbetriebsgröße (SB₁, ... SB_AP) um eine den Betrieb der jeweiligen Statorphase (18) repräsentierende physikalische Größe handelt, einer Sollwerteinheit (32), die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Drehmomentsollwerts (M_soll), der ein von der Elektromaschine (12) bereitzustellendes Drehmoment repräsentiert, einen ersten und einen zweiten transformierten Drehverhaltenssollwert (I_d,soll, I_q,soll) zu ermitteln, wobei über die beiden Drehverhaltenssollwerte (I_d,soll, I_q,soll) das Drehverhalten der Elektromaschine (12) vorgebbar ist, einer Transformationseinheit (40), die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der zumindest drei Statorphasenbetriebsgrößenistwerte (SBIW₁, ..., SBIW_AP) einen ersten und einen zweiten transformierten Drehverhaltensistwert (I_d,ist, I_q,ist) zu ermitteln, einer Betriebsgrößensollwerteinheit (38), die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der beiden transformierten Drehverhaltenssollwerte (I_d,soll, I_q,soll) und der beiden transformierten Drehverhaltensistwerte (I_d,ist, I_q,ist) für zumindest vier Statorphasen (18) jeweils einen Statorphasenbetriebsgrößensollwert (SBSW₁, ..., SBSW_AP) zu ermitteln, und einer Ansteuereinheit (50), die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Statorphasenbetriebsgrößensollwerte (SBSW₁, ..., SBSW_AP) Ansteuersignale (A₁, ..., A_AP) für die Schaltelemente (20) derart zu erzeugen, dass durch das Ansteuern der zumindest vier Statorphasen (18) die Elektromaschine (12) ein dem Drehmomentsollwert (M_soll) entsprechendes Drehmoment bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinheit (40) dazu ausgebildet ist, die beiden transformierten Drehverhaltensistwerte (I_d,ist, I_q,ist) mittels einer Transformation der zumindest drei Statorphasenbetriebsgrößenistwerte (SBIW₁, ..., SBIW_AP) in ein orthogonales Zweiphasensystem zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem orthogonalen Zweiphasensystem um ein auf den Rotor (14) bezogenes Rotorkoordinatensystem handelt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Elektromaschine (12) um eine Synchronmaschine und bei den Statorphasenbetriebsgrößen (SB₁, ... SB_AP) um Phasenströme (I_U, ..., I_Z) handelt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgrößenistwertsystem (42) zumindest drei Stromsensoren (66) aufweist, wobei jeweils ein Stromsensor (66) einer Statorphase (18) zugeordnet ist, so dass für zumindest drei Statorphasen (18) der durch die jeweilige Statorphase (18) fließende Phasenstrom (I_U, ..., I_Z) erfassbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsgrößensollwerteinheit (38) dazu ausgebildet ist, Sollwerte für die an den Statorphasen jeweils einzustellende Phasenspannung zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (12) in einem Fahrzeug verbaut ist, wobei das Fahrzeug angetriebene Räder aufweist, und die Elektromaschine (12) dazu ausgebildet ist, ein auf die angetriebenen Räder wirkendes Drehmoment zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Elektromaschine (12) um eine für den Fahrzeugantrieb ausgebildete Antriebsmaschine oder um einen Generator handelt.
Verfahren zum Ansteuern einer Elektromaschine (12), die einen Rotor (14) und einen Stator (16) mit mindestens vier Statorphasen (18) aufweist, wobei die Statorphasen (18) zum Erzeugen eines rotierenden Statormagnetfelds über ansteuerbare Schaltelemente (20) mit einer Energiespeichereinheit (22) verbindbar sind, mit den Schritten: – Bereitstellen von Statorphasenbetriebsgrößenistwerten (SBIW₁, ..., SBIW_AP) für zumindest drei Statorphasen (18), wobei es sich bei der Statorphasenbetriebsgröße (SB₁, ... SB_AP) um eine den Betrieb der jeweiligen Statorphase (18) repräsentierende physikalische Größe handelt, – Ermitteln eines ersten und eines zweiten transformierten Drehverhaltenssollwerts (I_d,soll, I_q,soll) in Abhängigkeit eines Drehmomentsollwerts (M_soll), der ein von der Elektromaschine (12) bereitzustellendes Drehmoment repräsentiert, wobei über die beiden Drehverhaltenssollwerte (I_d,soll, I_q,soll) das Drehverhalten der Elektromaschine (12) vorgebbar ist, – Ermitteln eines ersten und eines zweiten transformierten Drehverhaltensistwerts (I_d,ist, I_q,ist) in Abhängigkeit der zumindest drei Statorphasenbetriebsgrößenistwerte (SBIW₁, ..., SBIW_AP), – Ermitteln jeweils eines Statorphasenbetriebsgrößensollwerts (SBSW₁, ..., SBSW_AP) für zumindest vier Statorphasen (18), in Abhängigkeit der beiden transformierten Drehverhaltenssollwerte (I_d,soll, I_q,soll) und der beiden transformierten Drehverhaltensistwerte (I_d,ist, I_q,ist), und – Erzeugen von Ansteuersignale (A₁, ..., A_AP) für die Schaltelemente (20) in Abhängigkeit der Statorphasenbetriebsgrößensollwerte (SBSW₁, ..., SBSW_AP) derart dass durch das Ansteuern der zumindest vier Statorphasen (18) die Elektromaschine (12) ein dem Drehmomentsollwert entsprechendes Drehmoment bereitstellt.
Computerprogrammprodukt mit einem Datenträger mit Programmcode, der dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach Anspruch 9 durchzuführen, wenn der Programmcode in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 abläuft.