DE102015202229A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Drehmomentwelligkeitsbestimmung - Google Patents

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
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    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehmomentwelligkeitsbestimmung einer elektrischen Maschine (15) mit einem Rotor und einem Stator, der in einem Drehmomentprüfstand (1) mit einem Drehwinkelaufnehmer (2), einem Drehmomentaufnehmer (3) und einem Elektro-Motor (9) eingesetzt ist und einen Drehmomentprüfstand (1). Ferner betrifft die Erfindung den Drehmomentprüfstand (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehmomentwelligkeitsbestimmung von elektrischen Maschinen, insbesondere elektromechanischen Energiewandlern, wie permanentmagneterregten Synchronmaschinen (PMSM).
  • Im Zuge der fortschreitenden Entwicklung werden immer aufwendigere und komplexere Systeme im Automobil eingesetzt. Dadurch wird der Komfort, die Sicherheit sowie die Nachhaltigkeit beim Automobilbau erhöht. Einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung des Bedien- und Fahrkomforts leistet die Integration mechatronischer Systeme. Hierbei sind nicht nur Komfortelemente wie Servolenkung, elektrische Fensterheber, Zentralverriegelung und automatisches Schaltgetriebe zu nennen, sondern auch sicherheitsrelevante Systeme wie Antiblockiersystem, elektronisches Stabilitätsprogramm, Bremsassistenten, Abstandsregelung und Airbagsysteme. Bei vielen der eben genannten Systeme werden mechanische Einrichtungen mit elektronischen Steuergeräten angesteuert, die wiederum untereinander über verschiedene Feldbussysteme kommunizieren. Während zu Beginn der mechatronischen Integration in den Fahrzeugbau hauptsächlich hydraulische Aktuatoren eingesetzt worden sind, dominieren mittlerweile elektromechanische Aktoren. In den letzten Jahren verdrängten Elektromotoren zunehmend die hydraulischen Elemente, unter anderem bei der Servolenkung und bei der automatischen Getriebesteuerung. Dieser Trend wird auch in Zukunft weitergeführt, sodass zum Beispiel elektromechanische Einheiten zum Betätigen der Kupplung oder zum Verstellen der Nockenwellen eingesetzt werden.
  • Synchronmaschinen aus dem Stand der Technik bestehen aus einem Stator mit einer im allgemeinen dreisträngigen Drehfeldwicklung und einem felderregenden Rotor (auch Läufer genannt). Das Erregerfeld wird überwiegend über Permanentmagnete realisiert. Damit entfallen zusätzliche Komponenten, die bei der Variante mit einer Erregerwicklung im Rotor für die Einspeisung eines Erregerstroms notwendig sind (Schleifringe und Bürsten). Dadurch verringert sich das Massenträgheitsmoment und der Rotor kann leichter und kompakter
  • aufgebaut werden. Es treten auch keine mechanischen (Reibung) oder ohmschen Verluste (Bürstenfeuer) an den Motorbürsten auf, wodurch auch der Wirkungsgrad steigt. Beim Synchronmotor dreht sich der Rotor im stationären Zustand synchron mit der Drehzahl des Drehfelds. Im Stator wird in der Regel ein dreiphasiges um 120° versetztes Wicklungssystem eingebracht.
  • Das Drehmoment einer elektrischen Maschine ist grundsätzlich von seinem eingestellten Arbeitspunkt abhängig, d.h. das Drehmoment ist eine Funktion von der Drehzahl. Der Zusammenhang zwischen Drehzahl und Drehmoment wir bei der PMSM über die sogenannte Motorkonstante (Drehmomentkonstante) wiedergegeben und ist in der Regel eine steigungsbehaftete Gerade.
  • Aus dem Artikel „Vergleich verschiedener Messverfahren zur Bestimmung von Pendelmomenten von Christian Ott, Joachim Kempkes, Mechatronik-Labor I – Elektrische Aktuatorik, Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt University of Applied Sciences, Ignaz-Schön-Str. 11, D-97422 Schweinfurt, jkempkes@fh-sw.de, www.fh-sw.de/lab-em" ist ein Verfahren zur Bestimmung der Drehmomentwelligkeit bekannt.
  • Bei der darin beschriebenen Synchronmaschine verläuft jedoch der Polradspannungsverlauf (EMK) nicht ideal trapez- oder sinusförmig aufgrund von Erregerfeld- und Nutoberwellen. Dadurch ist das erzeugte Drehmoment nie exakt polradlageunabhängig. Drehmomente in Abhängigkeit von der Polradlage (γ) nennt man Pendelmomente oder auch Drehmomentripple (vom eng. Torque ripple) und sind meist unerwünscht.
  • Pendelmomente werden bei niedrigen Drehzahlen hauptsächlich vom Motor hervorgerufen. Diese sind von der Geometrie des Motors und seiner Ansteuerung und Regelung abhängig. Die Ursachen lassen sich mit den drei Anteilen des Drehmomentes einer Synchronmaschine einteilen.
  • Die Effekte die einen Beitrag zum Drehmomentripple haben, sind ein Rastmoment, ein Reluktanzmoment und ein elektromagnetisches Moment.
  • Dreht man bei einer unbestromten permanent erregten Synchronmaschine mit der Hand den Rotor, spürt man ein Rasten, dass genauso häufig am Umfang auftritt, wie der Stator Nuten am Umfang besitzt. Zwischen den Nuten wirkt eine Kraft, um den Rotor in eine Stellung mit dem geringsten magnetischen Wiederstand zu drehen. Der Mittelwert dieser Kraft ist Null. Das Rastmoment ist auf die Wechselwirkung zwischen Statornutung (oder Statorgeometrie) und Rotorfeld zurückzuführen und wird üblicherweise durch eine Schrägung des Statorblechpakets, um eine Nutteilung minimiert.
  • Das Reluktanzmoment ist proportional zur Differenz der Induktivitäten in einer Längs- und Querachse und dem Produkt aus Längs- und Querstrom. Es ist bezüglich der Ursache sehr ähnlich zum Rastmoment, da es auf die Wechselwirkung zwischen Rotorgeometrie und Statorfeld zurückzuführen ist. Da das Statorfeld im Gegensatz zum Rotorfeld aber durch die Stromverteilung verändert werden kann, ist dieser Drehmomentanteil technisch nutzbar. Wegen des nicht ideal sinusförmigen Statorfeldes und der nicht ideal sinusförmigen Änderung der Induktivitäten zwischen Längs- und Querachse tritt hier aber ebenfalls eine Abhängigkeit des Drehmoments von der Rotorlage auf. Da die Induktivitäten in der Längs- und Querachse bei vielen permanenterregten Synchronmaschinen (PSM) teilweise extrem sättigungsabhängig sind, ist bei diesen Drehmomentoberschwingungen auch noch eine zusätzliche Stromabhängigkeit zu erwarten.
  • Das elektromagnetische Drehmoment entspricht dem Produkt aus Polradspannung und Querstrom und ist somit auf die Wechselwirkung zwischen Stator- und Rotorfeld zurückzuführen. Da weder die Polradspannung ideal trapez- oder sinusförmig und noch der Strangstrom ideal block- oder sinusförmig ist, enthält auch dieser Drehmomentanteil im Allgemeinen Oberschwingungen.
  • Für die Bestimmung von Pendelmomenten müssen die Wechselanteile des Drehmomentes gemessen werden. Hierzu wurden drei verschiedene Messverfahren miteinander verglichen.
  • Ein klassischer Sensor für die Messung von Drehmomenten ist die Drehmomentmesswelle. Diese misst das Torsionsmoment zwischen Antriebsseite und Messseite mittels eines Dehnmessstreifens (DMS). Das Ausgangssignal des DMS wird verstärkt und durch einen A/D-Wandler digitalisiert. In der äußeren Elektronik wird das digitalisierte DMS-Signal bei der Übertragung wieder in ein analoges Signal von max. ±5 V umgewandelt, das direkt proportional zum Drehmoment ist. Mit diesem Sensor wird auch der Gleichanteil gemessen. Der Prüfling wird drehzahl- und die Belastungsmaschine drehmomentgeregelt.
  • Bei dem Nachweis des Drehmomentripples ist genau abzuwägen, welcher Teil des Drehmomentripples abgeprüft werden soll. Dabei geht es um die Frage, ob das gesamte Drehmoment mit allen Randeffekten beruhend auf Rastmoment-, Reluktanz-, und elektromagnetisches Moment (Kommutierungseffekte) oder lediglich die einzelnen Effekte abgeprüft werden sollen.
  • Bei der Messung des Drehmomentripples auf die eben genannten Methoden, ergeben sich eine ganze Reihe von Messungenauigkeiten. Diese Messungenauigkeiten können die Messergebnisse massiv beeinflussen. Die Messung des Drehmomentripples ist nur eingeschränkt möglich bzw. umsetzbar. Die gängigste Methode erfolgt über die Messung einer eingebauten Drehmomentmesswelle, wobei die im folgenden genannte Effekte mit aufgezeichnet werden. Die einzelnen Effekte werden nachfolgend kurz beschrieben.
  • Der maximale Strom eines Steuergeräts ist zeitlich begrenzt. So können die meisten Steuergeräte den maximalen Strom lediglich für eine begrenzte Zeitspanne treiben, wodurch die Messdauer für das maximale Drehmoment vom eingesetzten Steuergerät abhängig ist.
  • Der hohe Strom, der bei Arbeitspunkten mit großem Drehmoment benötigt wird, erwärmt die vorhandenen Kupferspulen, wodurch der Ohm‘sche Widerstand steigt und die Motorkonstante verändert wird. Dadurch verringert sich das maximal abgreifbare Drehmoment der elektrischen Maschine.
  • In Abhängigkeit des Kommutierungsmodus des Steuergeräts entsteht ein unterschiedliches Drehmomentenripple. Ist eine Sinuskommutierung aktiv, führt das zu einem „glatten“ Drehmoment. Bei aktiver Blockkommutierung entsteht typischerweise ein Drehmomentripple von 10 bis 20 %.
  • Im Falle einer fehlerhaften Blockkommutierung beispielsweise über fehlerhaft positioniert Sensoren ergibt sich eine zusätzliche Welligkeit im Drehmoment.
  • Eine Drehmomentmesswelle besitzt in der Regel eine beschränkte Abtastrate, wodurch bestimme Drehzahlen nicht angefahren werden können. Die Drehmomentregelung eines angeschlossenen Servomotors verursacht eine zusätzliche Schwingung in der Messung. Darüber hinaus ist der Servomotor ebenfalls mit einem Rastmoment und einer Drehmomentwelligkeit belastet, was die Messergebnisse verfälscht.
  • Der gesamte mechanische Aufbau ist dabei drehelastisch ausgebildet. Durch diese Elastizität, gepaart mit einer ungeschickten Drehwinkelmessung für zu einem Drift der Messergebnisse. Außerdem ergeben sich durch die sinusförmigen Anregungen eines Prüflings und des typischerweise eingesetzten Servomotors Resonanzschwingungen, die die Messungen ebenfalls verfälschen.
  • Es besteht somit die technische Aufgabe, die oben beschriebenen Effekte zu minimieren und eine Verbesserung der Messung der Drehmomentwelligkeit zu erzielen. Bisher ist kein Messverfahren etabliert, dass in der Lage ist, eine genaue Messung der Drehmomentwelligkeit durchzuführen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur Drehmomentwelligkeitsbestimmung einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator, der in einem Drehmomentprüfstand mit einem Drehwinkelaufnehmer und einem Drehmomentaufnehmer und einer Vorrichtung eingesetzt ist, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte aufweist:
    • – schrittweises Verdrehen des Rotors gegenüber dem Stator in definierten Winkelschritten,
    • – Bestromen der elektrischen Maschine nach jedem Winkelschritt und
    • – Bestimmen eines Drehwinkels mittels des Drehwinkelaufnehmers und eines Drehmoments mittels des Drehwinkelaufnehmers.
  • Durch ein Vorsehen des Verfahrens zur Bestimmung der Drehmomentwelligkeit einer elektrischen Maschine lassen sich alle oben angesprochenen Nebeneffekte durch die statische Vermessung eliminieren. Im Gegensatz zu der dynamischen Drehmomentmessung einer Drehmomentmesswelle ist das vorliegende Drehmoment statisch erfassbar.
  • Dabei erfolgt eine Bestimmung des Drehwinkels und des Drehmoments in Abhängigkeit von einer Rotorlage zu einer Statorlage. Der Rotor der elektrischen Maschine wird gegenüber dem Stator in kleinen Winkelschritten verdreht und anschließend bestromt. Während der kurzzeitigen Bestromung stellen sich ein konstanter Drehwinkel und eine konstantes Drehmoment ein. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis eine komplette mechanische Umdrehung ausgeführt wurde.
  • Bevorzugt erfolgt eine Auswertung von den bestimmten Daten mittels einer Recheneinheit, insbesondere einem Computer.
  • Bevorzugt wird das schrittweise Verdrehen des Rotors gegenüber dem Stator mittels eines Elektro-Motors erreicht. Alternativ kann ein schrittweises Verdrehen des Rotors gegenüber dem Stator auch manuell oder hydraulisch erfolgen.
  • Bevorzugt ist die elektrische Maschine ein elektro-mechanischer Energiewandler oder eine permanenterregte Synchronmaschine. Nachfolgend wird unter einem Prüfling die elektrische Maschine verstanden.
  • In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Verfahren folgenden Schritt auf:
    • – Verdrehen des Rotors in definierten Winkelschritten über eine ganze Umdrehung des Rotors, um ein Drehmomentripple zu messen.
  • Auf diese Weise lässt sich das Drehmomenttripple quasistatisch ermitteln.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Verfahren folgenden Schritt auf:
    • – Bestimmen einer Temperatur mittels eines Temperaturerfassungsmittels in der elektrischen Maschine, um einen Temperatureinfluss auf die elektrische Maschine zu berücksichtigen.
  • Auf diese Weise lässt sich ein Temperatureinfluss auf die Messergebnisse auf einfache Weise feststellen.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Verfahren folgenden Schritt auf:
    • – Messen eines Rastmoments bei der elektrischen Maschine mittels einer Messeinrichtung mit anschließenden phasenkorrekter Substruktion eines Rastmoments vom quasistatisch gemessenen Drehmoment der Drehmomentwelligkeitsmessung, um ein reines Reluktanzverhalten der elektrischen Maschine zu bestimmen.
  • Hierdurch ist das Rastmoment aus der aufgenommenen Messung herausrechnenbar, um das reine Reluktanzverhalten zu detektieren.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Verfahren folgenden Schritt auf:
    • – Ausführen einer winkelabhängigen Sinuskommutierung.
  • Mit einer drehwinkelgenauen Rastmomentmessung und einer „reinen“ Sinuskommutierung kann der reluktanzbedingte Anteil der Drehmomentwelligkeit gemessen oder bestimmt werden. Die sogenannte Anisotropie ist ausschlaggebenden für die abgegebene Welligkeit der elektrischen Maschine (insbesondere der permanenterregten Synchronmaschine).
  • Bevorzugt werden sämtliche ermittelte Daten mittels einer Recheneinheit bestimmt, berechnet, eingelesen, ausgewertet und/oder ausgeführt.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Verfahren folgenden Schritt auf:
    • – Verlängern eines Rotorhebelarms des elektro-mechanischen Energiewandlers mittels eines Hebels,
    • – Messen einer Kraft am Hebel und
    • – Aufzeichnen der Kraft mittels einer Feinwaage, während der Stator gegenüber dem Rotor verdreht wird.
  • Auf die Weise wird eine Möglichkeit vorgeschlagen, das Verfahren zur Drehmomentwelligkeitsbestimmung zu verfeinern, um ein Drehmomenttripple zu bestimmen.
  • Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch einen Drehmomentprüfstand zur Drehmomentwelligkeitsbestimmung einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator, aufweisend einen Drehwinkelaufnehmer und einen Drehmomentaufnehmer, wobei der Rotor eingerichtet ist, schrittweise von einer Position in eine weitere Positionen in definierten Winkelschritten gegenüber dem Stator verdreht zu werden, um infolge eines Bestromens der zu prüfenden elektrischen Maschine mittels des Drehwinkelaufnehmers einen Drehwinkel und mittels des Drehmomentaufnehmers ein Drehmoment der elektrischen Maschine zu bestimmen.
  • Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von einer Rotorlage zur Statorlage zwei Phasenanschlüsse des elektro-mechanischen Energiewandlers bestromt werden.
  • Vorliegend ist der Elektro-Motor eingerichtet, den elektro-mechanischen Energiewandler schrittweise von einer Position in weitere Positionen zu verdrehen.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Drehmomentprüfstand eingerichtet, den Rotor in vorgegebenen Schritten über eine ganze Umdrehung zu verdrehen, um ein Drehmomentripple zu bestimmen.
  • Bevorzugt ist der Drehmomentprüfstand eingerichtet, eine Temperatur des elektro-mechanischen Energiewandlers zu bestimmen.
  • Auf diese Weise lässt sich ein Temperatureinfluss auf die Messergebnisse auf einfache Weise feststellen. Bevorzugt erfolgt eine winkelabhängige Sinuskommutierung.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Rotor mittels eines Hebels verlängert, um eine Kraft am Hebel zu messen.
  • Bevorzugt wird das schrittweise Verdrehen mit einem Schrittmotor und einer Zahnradübersetzung umgesetzt, um einer höhere und genauere Winkelauflösung zu erhalten.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Kraft, die durch den Hebel entsteht, während der Stator gegenüber dem Rotor verdreht wird, mittels einer Feinwaage bestimmbar.
  • Die Erfindung wird nun beispielhaft durch Figuren veranschaulicht. Es zeigen:
  • 1a einen Graphen einer Drehmomentwelligkeit die durch eine Blockkommutierung entsteht,
  • 1b einen Graphen mit einem idealen normierten Drehmomentripple bei reiner Blockkommutierung und einem idealen normierten Drehmoment bei reiner Sinuskommutierung,
  • 1c einen Graphen eines Drehmomentripples das durch fehlerhafte Kommutierung bei Blockkommutierung entsteht,
  • 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen statischen Drehmomentprüfstands und
  • 3 eine schematische Darstellung eines alternativen statischen Drehmomentprüfstands.
  • 1a zeigt einen Graphen einer Drehmomentwelligkeit die durch eine Blockkommutierung entsteht.
  • Im Graphen ist der Strom U 16, der Strom V 17, der Strom W 18 und das Drehmoment 19 dargestellt.
  • 1b zeigt einen Graphen mit einem idealen normierten Drehmomentripple bei reiner Blockkommutierung und einem idealen normierten Drehmoment bei reiner Sinuskommutierung.
  • Ist eine Sinuskommutierung aktiv, führt das zu einem „glatten“ Drehmoment 20. Erst bei höheren Drehzahlen wird auf Blockkommutierung umgeschaltet, wodurch typischerweise ein Drehmomentripple 19 von 10 bis 20 % entsteht, wie in 1c dargestellt.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen statischen Drehmomentprüfstands.
  • Der Drehmomentprüfstand 1 weist einen Drehwinkelaufnehmer 2, einen Drehmomentaufnehmer 3 und eine Vorrichtung 9, nämlich einen Stell-Motor auf. Der Drehwinkelaufnehmer 2 ist an einem ersten Ende einer Welle 4 angeordnet. An einem zweiten Ende der Welle 4 ist eine Kupplung 5 vorgesehen.
  • Ein Prüfling 15 ist zwischen einer festen Einspannung 6, die selbst mittels Festlagern 7 auf einer Oberfläche fixiert ist, und der Kupplung 5 im Drehmomentprüfstand 1 fest eingespannt. Der Prüfling, d.h. die zu vermessende elektrische Maschine, ist ein elektro-mechanischer Energiewandler 15. Der Aufbau des elektro-mechanischen Energiewandlers 15 wird als bekannt vorausgesetzt, so dass auf weitere Erläuterungen insbesondere zum Rotor und Stator des elektro-mechanischen Energiewandlers 15 an dieser Stelle verzichtet werden soll. Der Stator liegt auf der festen Einspannung 6 auf und der Rotor wird von der Kupplung 5 festgehalten.
  • Die Welle 4 ist im Bereich zwischen dem Drehwinkelaufnehmer 2 und der Kupplung 5 durch ein wellenseitiges Zahnrad 8 geführt. Die Welle 4 ist mit dem wellenseitigen Zahnrad 8 verbunden. Dabei bildet die Welle 4 die Drehachse des wellenseitigen Zahnrads 8 aus. An einer Unterseite des wellenseitigen Zahnrads 8 ist der Drehmomentaufnehmer 3 angeordnet.
  • Der Elektro-Motor 9 ist als ein Schrittmotor ausgebildet. Der Elektro-Motor 9 weist ein motorseitiges Zahnrad 10 auf. Das motorseitige Zahnrad 10 kämmt mit dem wellenseitigen Zahnrad 8. Das wellenseitige Zahnrad 8 weist eine Zahnung zum motorseitigen Zahnrad 10 auf, um eine höhere Winkelauflösung zu erhalten.
  • Infolge einer Aktivierung des Elektro-Motors 9 erfährt das motorseitige Zahnrad 10 eine Drehung. Hierbei wird auch das wellenseitige Zahnrad 8 in Bewegung gebracht. Hierdurch dreht auch die Welle 4, die für ein schrittweises Verdrehen des Rotors des elektro-mechanischen Energiewandlers 15 sorgt. Dabei wird der Rotor in kleinen Winkelschritten verdreht.
  • Im Gegensatz zu der dynamischen Drehmomentmessung einer Drehmomentmesswelle wird bei diesem Prüfstand das Drehmoment statisch erfasst. Das bedeutet, dass der elektro-mechanischer Energiewandler 15 mittels des Schrittmotors 9 in eine definierte Position verfahren wird, dort anhält und dann der Drehwinkel und das Drehmoment aufgezeichnet werden.
  • In Anhängigkeit der Rotorlage des Prüflings 15 gegenüber der Statorlage werden zwei Phasenanschlüsse mit einem definierten Strom bestromt. Vorzugweise wird die Temperatur mit aufgezeichnet um einen Temperatureinfluss auszuschließen. Zudem erfolgt die Messung über einen kurzen Stromimpuls. Der elektro-mechanische Energiewandler 15 soll anschließend genug Zeit haben wieder abzukühlen. Alternativ kann auch eine winkelabhängige Sinuskommutierung erfolgen.
  • Ein anderer Messaufbau (nicht dargestellt) sieht vor, den Rotor über einen Hebel zu verlängern und die Kraft am Hebel zu messen. Die Kraft, die durch ein Drehmoment entsteht, wird über eine Feinwaage aufgezeichnet, während der Stator gegenüber den Rotor verdreht wird.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen statischen Drehmomentprüfstands.
  • Im Unterschied zur 1, die einen vertikalen Aufbau eines Drehmomentprüfstands 1 zeigt, wird in der 3 ein horizontaler Aufbau eines Drehmomentprüfstands 1 gezeigt.
  • Der Drehmomentprüfstand 1 weist einen Drehwinkelaufnehmer 2, einen Drehmomentaufnehmer 3 und einen Elektro-Motor 9 auf. Ein Prüfling 15 ist zwischen dem Drehwinkelaufnehmer 2 und dem Drehmomentaufnehmer 3 im Drehmomentprüfstand 1 angeordnet. Der Elektro-Motor 9 ist als ein gesteuerter Servo-Motor ausgebildet. Der Prüfling ist ein elektro-mechanischer Energiewandler 15.
  • Der Prüfling, d.h. die zu vermessende elektrische Maschine, 15 ist fest im Drehmomentprüfstand 1 eingespannt. Dabei ist der Stator des elektro-mechanischen Energiewandlers 15 an einem Maschinenbett 14 fixiert. Der Rotor wird von der Welle 4 festgehalten.
  • Der Elektro-Motor 9 treibt eine Welle 4 an. Die Welle 4 ist durch den Drehmomentaufnehmer 3 zum Rotor des elektro-mechanischen Energiewandlers 15 geführt. Die Welle 4 weist zwei Kupplungen 12, 13 auf. Die Kupplung 12 ist zwischen dem Drehwinkelaufnehmer 2 und dem elektro-mechanischen Energiewandler 15 angeordnet. Die Kupplung 13 ist zwischen dem elektro-mechanischen Energiewandler 15 und dem Drehmomentaufnehmer 3 angeordnet.
  • Infolge einer Aktivierung des Elektro-Motors 9 erfährt die Welle 4 eine Drehung. Hierbei erfolgt ein schrittweises Verdrehen des Rotors des elektro-mechanischen Energiewandlers 15. Dabei wird der Rotor in kleinen Winkelschritten verdreht.
  • Durch ein Vorsehen des horizontalen Aufbaus wird eine weitere Möglichkeit zur Drehmomentwelligkeitsbestimmung bereitgestellt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Drehmomentprüfstand
    2
    Drehwinkelaufnehmer
    3
    Drehmomentaufnehmer
    4
    Welle
    5
    Kupplung
    6
    feste Einspannung
    7
    Festlager
    8
    wellenseitige Zahnrad
    9
    Schrittmotor
    10
    motorseitiges Zahnrad
    11
    Stromquelle
    12
    Kupplung
    13
    Kupplung
    14
    Maschinenbett
    15
    elektrische Maschine
    16
    Strom U
    17
    Strom V
    18
    Strom W
    19
    Drehmoment
    20
    glattes Drehmoment
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Artikel „Vergleich verschiedener Messverfahren zur Bestimmung von Pendelmomenten von Christian Ott, Joachim Kempkes, Mechatronik-Labor I – Elektrische Aktuatorik, Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt University of Applied Sciences, Ignaz-Schön-Str. 11, D-97422 Schweinfurt, jkempkes@fh-sw.de, www.fh-sw.de/lab-em“ [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Drehmomentwelligkeitsbestimmung einer elektrischen Maschine (15) mit einem Rotor und einem Stator, der in einem Drehmomentprüfstand (1) mit einem Drehwinkelaufnehmer (2) und einem Drehmomentaufnehmer (3) eingesetzt ist, aufweisend die Schritte: – schrittweises Verdrehen des Rotors gegenüber dem Stator in definierten Winkelschritten, – Bestromen der zu prüfenden elektrischen Maschine (15) nach jedem Winkelschritt und – Bestimmen eines Drehwinkels mittels des Drehwinkelaufnehmers (2) und eines Drehmoments mittels des Drehmomentaufnehmers (3).
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend den Schritt: – Verdrehen des Rotors in definierten Winkelschritten über eine ganze Umdrehung des Rotors, um eine Welligkeit des Drehmoments zu messen.
  3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt: – Bestimmen einer Temperatur mittels eines Temperaturerfassungsmittels in der elektrischen Maschine (15), um einen Temperatureinfluss auf die elektrische Maschine (15) zu berücksichtigen.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt: – Messen eines Rastmoments bei der elektrischen Maschine (15) mittels einer Messeinrichtung mit anschließenden phasenkorrekter Substruktion eines Rastmoments vom quasistatisch gemessenen Drehmoment der Drehmomentwelligkeitsmessung, um ein reines Reluktanzverhalten der elektrischen Maschine (15) zu bestimmen.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt: – Ausführen einer winkelabhängigen Sinuskommutierung.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt: – Verlängern eines Rotorhebelarms der elektrischen Maschine (15) mittels eines Hebels, – Messen einer Kraft am Hebel und – Aufzeichnen der Kraft mittels einer Feinwaage, während der Stator gegenüber dem Rotor verdreht wird.
  7. Drehmomentprüfstand (1) zur Drehmomentwelligkeitsbestimmung einer elektrischen Maschine (15) mit einem Rotor und einem Stator, aufweisend einen Drehwinkelaufnehmer (2) und einen Drehmomentaufnehmer (3), wobei der Rotor eingerichtet ist, schrittweise von einer Position in eine weitere Positionen in definierten Winkelschritten gegenüber dem Stator verdreht zu werden, um infolge eines Bestromens der zu prüfenden elektrischen Maschine (15) mittels des Drehwinkelaufnehmers (2) einen Drehwinkel und mittels des Drehmomentaufnehmers (3) ein Drehmoment der elektrischen Maschine (15) zu bestimmen.
  8. Drehmomentprüfstand (1) gemäß Anspruch 7, wobei der Drehmomentprüfstand (1) eingerichtet ist, den Rotor in vorgegebenen Schritten über eine ganze Umdrehung zu verdrehen, um ein Drehmomentripple zu bestimmen.
  9. Drehmomentprüfstand (1) gemäß einem Ansprüche 7 bis 8, wobei der Rotor mittels eines Hebels verlängert ist, um eine Kraft am Hebel zu messen.
  10. Drehmomentprüfstand (1) gemäß Anspruch 9, wobei eine Kraft, die durch den Hebel entsteht, während der Stator gegenüber dem Rotor verdreht wird, mittels einer Feinwaage bestimmbar ist.
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Artikel „Vergleich verschiedener Messverfahren zur Bestimmung von Pendelmomenten von Christian Ott, Joachim Kempkes, Mechatronik-Labor I – Elektrische Aktuatorik, Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt University of Applied Sciences, Ignaz-Schön-Str. 11, D-97422 Schweinfurt, jkempkes@fh-sw.de, www.fh-sw.de/lab-em"

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