DE102015218132A1

DE102015218132A1 - Vorrichtung zum Kalibrieren einer elektronisch kommutierten elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102015218132A1
Application number: DE102015218132.4A
Authority: DE
Inventors: Arunkumar Motaganahalli Srinivasamurthy; Zoltan Ersek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-09-22
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2017-03-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer elektronisch kommutierten elektrischen Maschine. Die Maschine weist einen Stator und einen insbesondere permanentmagnetisch oder zum Bestromen ausgebildeten Rotor auf. Die elektrische Maschine weist eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, den Stator, insbesondere Statorspulen des Stators, zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zu bestromen. Die Vorrichtung weist einen Elektromotor auf, welcher mit der elektrischen Maschine gekoppelt und ausgebildet ist, die elektrische Maschine zu drehen. Die Steuereinheit der Maschine ist ausgebildet, den Stator derart drehmomentabgabefrei anzusteuern, dass nur elektrische Leistung im Stator erzeugt werden kann. Die Vorrichtung ist ausgebildet, in Abhängigkeit des eine Drehzahl des Rotors repräsentierenden Rotorpositionssignals, oder eines Drehzahlsignals, einen D-Anteil eines Spannungswertes zum Betreiben der elektrischen Maschine zu ermitteln und die Maschine mit dem D-Spannungswert zu betreiben. Die Vorrichtung weist auch einen Stromsensor auf, welcher ausgebildet ist, einen Statorstrom der elektrischen Maschine zu erfassen. Die Steuereinheit und/oder die Vorrichtung ist ausgebildet, einen Q-Anteil des erfassten Stromes zu ermitteln und in Abhängigkeit des Q-Anteils einen Rotor-Offset zu ermitteln und ein den Rotor-Offset repräsentierendes Kalibriersignal zu erzeugen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer elektronisch kommutierten elektrischen Maschine. Die Maschine weist einen Stator und einen insbesondere permanentmagnetisch oder zum Bestromen ausgebildeten Rotor auf. Die elektrische Maschine weist eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, den Stator, insbesondere Statorspulen des Stators, zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zu bestromen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen Elektromotor auf, welcher mit der elektrischen Maschine gekoppelt und ausgebildet ist, die elektrische Maschine zu drehen.
Die Steuereinheit der Maschine ist ausgebildet, den Stator derart drehmomentabgabefrei anzusteuern, dass nur elektrische Leistung im Stator erzeugt werden kann. Die Vorrichtung ist ausgebildet, in Abhängigkeit des eine Drehzahl des Rotors repräsentierenden Rotorpositionssignals, oder eines Drehzahlsignals, einen D-Anteil eines Spannungswertes zum Betreiben der elektrischen Maschine zu ermitteln und die Maschine mit dem D-Spannungswert zu betreiben. Die Vorrichtung weist auch einen Stromsensor auf, welcher ausgebildet ist, einen Statorstrom der elektrischen Maschine zu erfassen. Die Steuereinheit und/oder die Vorrichtung ist ausgebildet, einen Q-Anteil des erfassten Stromes zu ermitteln und in Abhängigkeit des Q-Anteils einen Rotor-Offset zu ermitteln und ein den Rotor-Offset repräsentierendes Kalibriersignal zu erzeugen.
Die Maschine weist bevorzugt einen eingangsseitig mit der Steuereinheit verbundenen Rotorpositionssensor auf, welcher ausgebildet ist, ein eine Rotorposition des Rotors repräsentierendes Rotorpositionssignal zu erzeugen. Die Drehzahlerfassungsvorrichtung ist bevorzugt durch den Rotorpositionssensor gebildet.
In einer anderen Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Drehzahlerfassungsvorrichung auf, welche ausgebildet ist, die Drehzahl des mit dem Rotor der Maschine gekoppelten Elektromotors zu erfassen und das erwähnte Drehzahlsignal zu erzeugen.
Durch die Vorrichtung kann vorteilhaft eine fehlerhafte Kalibrierung der elektrischen Maschine, welche einen Rotor-Offset-Winkel zwischen einer tatsächlichen Rotorposition des Rotors und einer Rotorposition, mit der die elektrische Maschine angesteuert wird, kompensiert werden.
Vorteilhaft weist die elektrische Maschine einen Speicher für das Kalibriersignal auf. Das Kalibriersignal kann so zum Betrieb der elektrischen Maschine – beispielsweise in Form eines das Kalibriersignal repräsentierenden Kalibrierdatensatzes – abgespeichert sein. Die elektrische Maschine kann so beim Betrieb, und so beim elektrischen Ansteuern der Statorspulen, beispielsweise durch Erzeugen eines Blockkommutierungssignals, oder eines Pulsweitenmodulationsmusters, den Rotor-Offset berücksichtigen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgebildet, die Maschine mit einem Stromvektor anzusteuern, bei dem ein Q-Anteil null beträgt und der Stromvektor so nur einen D-Anteil aufweist. Dadurch kann die Maschine vorteilhaft nur elektrische Leistung erzeugen, wobei eine Drehmomentabgabe der elektrischen Maschine bei einem ausschließlichen D-Anteil null beträgt. Bevorzugt ist die Vorrichtung ausgebildet, den D-Anteil der Spannung in Abhängigkeit des Q-Anteils der Spannung zu ermitteln. Die Vorrichtung kann beispielsweise ausgebildet sein, den D-Anteil, und/oder den Q-Anteil der Spannung, oder des Statorstromes mittels einer Park-Transformation zu ermitteln. So kann der Rotor-Offset vorteilhaft in Abhängigkeit der Spannung, insbesondere der Betriebsspannung zum Betreiben der elektrischen Maschine, ermittelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Q-Anteil der Spannung, mit der die elektrische Maschine - insbesondere beim Kalibrieren – betrieben werden kann, einer Zwischenkreisspannung der elektrischen Maschine. Vorteilhaft ist der Q-Anteil des erfassten Stromes, in Abhängigkeit dessen der Rotor-Offset ermittelt werden kann, bei dem maximal möglichen Q-Anteil der Spannung auch im Falle einer Fehlkalibrierung groß, sodass dadurch eine empfindliche Kalibrierung erzielt werden kann. Bevorzugt wird eine Leistungsendstufe oder Inverter der elektrischen Maschine mit der Zwischenkreisspannung versorgt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Kalibrieren einer elektrischen Maschine mit einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten oder mit einem Rotorspulen aufweisenden Rotor.
Bevorzugt ist die Vorrichtung ausgebildet, den Q-Anteil des Stromes bei einer insbesondere hohen Drehzahl des durch die Maschine gebildeten Elektromotors zu ermitteln. Weiter bevorzugt kann der Q-Anteil des erfassten Stromes bei einem minimal möglichen D-Anteil des Stromes ermittelt werden. Dadurch kann der Q-Anteil des Stromes vorteilhaft möglichst groß ausgebildet sein, so dass eine genaue Kalibrierung durchgeführt werden kann.
In einer anderen Ausführungsform weist die Vorrichtung keinen Elektromotor auf. Die Vorrichtung kann beispielsweise Bestandteil der elektrischen Maschine sein. Dadurch kann die Maschine auch ohne den Elektromotor – beispielsweise während eines Fahrbetriebs eines Elektrofahrzeugs beim Rollen – insbesondere neu oder in Zeitabständen wiederholt kalibriert werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Kalibrieren einer elektrischen Maschine mit einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten, oder zum Bestromen ausgebildeten Rotor. Bei dem Verfahren wird ein Stator der elektrischen Maschine derart angesteuert, dass die Maschine kein Drehmoment abgeben kann, wobei der Rotor mittels einer elektrischen Hilfsmaschine – insbesondere möglichst schnell – gedreht wird.
Bei dem Verfahren wird eine Drehzahl des Rotors erfasst, und in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl ein D-Anteil einer Spannung zum Betreiben der elektrischen Maschine ermittelt und ein die Drehzahl repräsentierendes Drehzahlsignal erzeugt. Weiter wird in Abhängigkeit des Drehzahlsignals ein D-Anteil eines Spannungswertes zum Betreiben der elektrischen Maschine ermittelt, und die Maschine mit dem ermittelten Spannungswert betrieben.
Weiter wird ein Strom beim Betrieb der elektrischen Maschine erfasst, und ein einen Q-Anteil des erfassten Stromes repräsentierendes Q-Stromsignal erzeugt und in Abhängigkeit des Q-Stromsignals ein Rotor-Offset ermittelt.
Bei dem Verfahren wird ein den Rotor-Offset repräsentierendes Kalibriersignal erzeugt und zum Kalibrieren der elektrischen Maschine ausgegeben.
Bevorzugt entspricht die Spannung zum Betreiben der elektrischen Maschine einer Zwischenkreisspannung, mit der die elektrische Maschine betrieben wird. So kann vorteilhaft ein Rotoroffset einen großen Q-Anteil des Stromes beim Kalibrieren erzeugen.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren in Abhängigkeit des Kalibriersignals ein Rotor-Offset-Datensatz erzeugt und in einem Speicher der elektrischen Maschine abgespeichert. Dadurch kann die Maschine vorteilhaft mit dem Rotor-Offset-Datensatz betrieben werden, so dass die Maschine effizient im Generatorbetrieb elektrische Leistung erzeugen kann oder im Motorbetrieb mechanische Leistung erzeugen kann.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren der Rotor-Offset durch schrittweises Ändern des D-Anteils und/oder des Q-Anteils der Spannung ermittelt. Dadurch kann die Maschine vorteilhaft durch Ändern elektrischer Betriebsparameter ohne mechanischen Eingriff kalibriert werden.
Bevorzugt wird das Stromsignal rauschgefiltert, bevor der Q-Anteil des erfassten Stromes ermittelt wird und das den Q-Anteil des Stromes repräsentierende Q-Stromsignal erzeugt wird. Dadurch kann der Rotor-Offset vorteilhaft genau ermittelt werden.
Bevorzugt wird der Rotor-Offset bei einem Q-Anteil des Stromes von Null ermittelt. Dadurch kann der Rotor-Offset vorteilhaft mittels einer Nulldurchgangs-Erfassung kalibriert werden. Die Vorrichtung kann dazu beispielsweise einen Nulldurchgangsdiskriminator aufweisen, welcher ausgebildet ist, einen Nulldurchgang in einem Stromverlauf des sich ändernden Q-Anteils des Stromes zu erfassen und ein den Nulldurchgang repräsentierendes Nulldurchgangssignal zu erzeugen. Bevorzugt ist die Vorrichtung ausgebildet, das Kalibriersignal in Abhängigkeit des Nulldurchgangssignals zu erzeugen.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen.
1 zeigt – schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung mit einer Vorrichtung und einer elektrischen Maschine, wobei ein Rotor-Offset der Maschine mit der Vorrichtung erfasst und eine Rotor-Offset-Stellung des Rotors der Maschine mit dem erfassten Rotor-Offset kalibriert werden kann;
2 zeigt ein Diagramm mit von Kurven begrenzten Flächenbereichen, in denen die in 1 dargestellte Maschine kalibriert werden kann;
3 zeigt einen Nulldurchgang einer Kurve, welche einen D-Anteil eines beim Kalibrieren der Rotor-Offset-Stellung erfassten Stromes repräsentiert.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung mit einer Vorrichtung 1 und einer elektrischen Maschine 2. Die elektrische Maschine 2 weist einen Stator 3 und einen Rotor 4 auf. Der Rotor 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel permanentmagnetisch ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform kann der Rotor 4 ein zum Bestromen ausgebildeter Rotor sein. Der Stator 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel drei Statorspulen 5, 6 und 7 auf. Die elektrische Maschine 2 weist auch eine Leistungsendstufe 8 auf, welche ausgebildet ist, die Statorspulen 5, 6 und 7 zu bestromen. Dazu ist die Leistungsendstufe 8 ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 21 mit der Statorspule 6, über eine Verbindungsleitung 22 mit der Statorspule 5 und über eine Verbindungsleitung 23 mit der Statorspule 7 verbunden. Die Verbindungsleitungen 21, 22 und 23 sind jeweils elektrische Verbindungsleitungen.
Die elektrische Maschine 2 weist auch einen Stromsensor 10 auf, welcher beispielsweise durch in den Verbindungsleitungen 21, 22 und 23 angeordnete Shunt-Widerstände gebildet ist. Der Stromsensor 10 ist ausgebildet, einen Ausgangsstrom der Leistungsendstufe 8 zum Bestromen des Stators 3 zu erfassen und ein den erfassten Strom repräsentierendes Stromsignal zu erzeugen. Der Stromsensor 10 ist ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 26 mit einer Verarbeitungseinheit 9 der elektrischen Maschine 2 verbunden.
Die Verarbeitungseinheit 9, zuvor auch Steuereinheit genannt, ist beispielsweise durch einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller oder ein ASIC (ASIC = Application-Specific-Integrated-Circuit) oder ein FPGA (FPGA = Field-Programmable-Gate-Array) gebildet.
Die elektrische Maschine 2, insbesondere die Verarbeitungseinheit 9, weist auch einen Speicher 13 zum Vorrätighalten eines einen Rotor-Offset repräsentierenden Kalibrierdatensatzes 14 vor. Der Kalibrierdatensatz 14 repräsentiert eine Rotorwinkeldifferenz zwischen einem Rotorwinkel, erfasst durch einen Rotorpositionssensor 15 der elektrischen Maschine 2 und einer elektrischen Ansteuerung, erzeugt durch die Verarbeitungseinheit 9.
Die Verarbeitungseinheit 9 ist ausgebildet, ein Steuersignal zum Ansteuern der Leistungsendstufe 8, insbesondere ein Pulsweitenmodulationssignal oder ein Blockkommutierungssignal, zu erzeugen und so die Leistungsendstufe 8, insbesondere Halbleiterschalter-Halbbrücken der Leistungsendstufe 8, zum Bestromen der Statorspulen des Stators 3 anzusteuern. Die Leistungsendstufe 8 weist dazu beispielsweise für jede Statorspule eine Halbleiterschalter-Halbbrücke auf. In diesem Ausführungsbeispiel, im Falle von drei Statorspulen 5, 6 und 7, weist die Leistungsendstufe 8 eine B6-Brücke auf.
Die zuvor beschriebenen Steuersignale, welche in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet sind, Steueranschlüsse der Halbleiterschalter-Halbbrücken der Leistungsendstufe 8 anzusteuern, können von der Leistungsendstufe 8 über eine Verbindungsleitung 24 von der Verarbeitungseinheit 9 empfangen werden. Die Verarbeitungseinheit 9 ist ausgangsseitig über einen Spannungsausgang 11 mit der Vorrichtung 1 verbunden und ausgangsseitig über einen Stromausgang 12 mit der Vorrichtung 1 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 9 ist eingangsseitig über eine Verbindungsleitung 25 mit dem Rotorpositionssensor 15 verbunden und ist ausgebildet, in Abhängigkeit des von dem Rotorpositionssensor 15 erzeugten Rotorpositionssignals eine Rotordrehzahl des Rotors 4 repräsentierendes Drehzahlsignal zu erzeugen und dieses ausgangsseitig an einen Drehzahlausgang 20 bereitzustellen. Der Drehzahlausgang 20 ist mit der Vorrichtung 1 verbunden.
Der Rotorpositionssensor 15 ist ausgebildet, eine Rotorposition des Rotors 4 zu erfassen und ein entsprechendes Rotorpositionssignal zu erzeugen. Der Rotorpositionssensor 15 ist beispielsweise durch einen AMR-Sensor, einen GMR-Sensor oder einen Hall-Sensor gebildet.
Die Verarbeitungseinheit 9 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch einen Park-Transformator 16 auf. Der Park-Transformator 16 ist ausgebildet, in Abhängigkeit des von dem Stromsensor 10 empfangenen Stromsignals einen Q-Anteil des Stromsignals und einen D-Anteil des Stromsignals zu ermitteln und diese Stromanteile an dem Stromausgang 11 bereitzustellen. Der Park-Transformator 16 ist auch ausgebildet, in Abhängigkeit einer Spannung zum Betreiben der elektrischen Maschine 2, insbesondere einer an der Leistungsendstufe 8 anliegenden Zwischenkreisspannung, und weiter in Abhängigkeit des von dem Rotorpositionssensor 15 eingangsseitig empfangenen Rotorpositionssignals, sowohl einen D-Anteil der Spannung als auch einen Q-Anteil der Spannung zu ermitteln und diese Spannungsanteile am Spannungsausgang 11 bereitzustellen. Der Q-Anteil des Stromes und der D-Anteil des Stromes kann ebenfalls von dem Park-Transformator 16 in Abhängigkeit des von dem Rotorpositionssensor 15 empfangenen Rotorpositionssignals ermittelt werden.
Die Vorrichtung 1, welche in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller gebildet ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel den D-Anteil der Spannung an einem stationären Arbeitspunkt, an dem ein Q-Anteil des Stromes null beträgt, wie folgt zu berechnen:
Im Stationären Zustand der Maschine 2 sind die Anteile des Motorstroms
mit I_d = D-Anteil des Statorstroms I_q = Q-Anteil des Statorstroms R = Ohmscher Widerstand des Stators U_d = D-Anteil der Statorspannung U_q = Q-Anteil der Statorspannung Ψ_Rotor = magnetischer Rotorflux ω = elektrische Winkelgeschwindigkeit des Rotors L_d = D-Anteil der Statorinduktivität L_q = Q-Anteil der Statorinduktivität.
Für einen Arbeitspunkt, an dem der Q-Anteil des Statorstroms Null beträgt kann die Vorrichtung 1 den D-Anteil der Statorspannung wie folgt ermitteln:
Die Vorrichtung 1 ist ausgebildet, den Wert für den D-Anteil der Spannung, insbesondere in Form eines Datensatzes an die Steuereinheit 9 der Maschine 2 zu senden. Die Steuereinheit 9 kann die Maschine – insbesondere im Kalibrierbetrieb – mit dem D-Anteil der Spannung ansteuern. Im Falle eines Rotor-Offset ergibt sich ein Q-Anteil des Statorstroms von ungleich Null.
Die Vorrichtung 1 ist ausgebildet, den an dem Stromausgang 12 bereitgestellten, von dem Stromsensor 10 erfassten Strom, insbesondere den Q-Anteil des von dem Stromsensor 10 erfassten Stromes, zu überwachen. Im Falle eines Stromes, welcher von keinem Strom, also einem Stromwert von null abweicht, ist die Vorrichtung 1 ausgebildet, ein Kalibriersignal zu erzeugen, welches einen korrigierten Offset-Winkel repräsentiert und diesen ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 48 an die Verarbeitungseinheit 9 zu senden. Die Verarbeitungseinheit 9 kann den Stator 3 mit dem korrigierten Kalibriersignal ansteuern. Die Vorrichtung 1 kann dazu ausgebildet sein, das Kalibriersignal derart zu erzeugen, dass der Q-Anteil des Stromes minimal wird, oder verschwindet. Die Vorrichtung 1 kann dazu beispielsweise einen Proportional-Integralregler aufweisen, welcher ausgebildet ist, das Kalibriersignal derart zu erzeugen, dass der Q-Anteil des Stromes minimal ist oder gleich null beträgt. Die Vorrichtung 1 kann über eine Verbindungsleitung 49 einen Elektromotor 17, insbesondere einen Rotor 18 des Elektromotors 17, zum Drehbewegen ansteuern. Der Rotor 18 ist über eine Welle 19 mit dem Rotor 4 der elektrischen Maschine 2 verbinden. Während des Kalibriervorgangs, durch die Kalibriervorrichtung 1, kann die elektrische Maschine 2, insbesondere der Rotor 4 der elektrischen Maschine 2, kein Drehmoment erzeugen. Der Rotor 4 wird zum Kalibrieren mittels des Elektromotors 17 als Hilfsmaschine in Drehbewegung versetzt. Die Drehbewegung, insbesondere eine Drehzahl der Drehbewegung, kann, wie im Folgenden in 2 dargestellt, zum Kalibrieren möglichst groß sein.
Die Vorrichtung 1 kann eine – in 1 nicht dargestellte Benutzerschnittstelle zum Steuern der Vorrichtung und Starten des Kalibriervorganges aufweisen. Die Vorrichtung 1 weist beispielsweise einen Mikroprozessor, oder einen Mikrocontroller auf. Die Vorrichtung 1 ist beispielsweise im Falle einer von der Maschine 2 getrennten Vorrichtung durch einen Personalcomputer gebildet.
2 zeigt ein Diagramm, von dem eine Abszisse 27 einen D-Anteil eines Maschinenstroms der in Figur dargestellten Maschine 2 repräsentiert und eine Ordinate 28 einen Q-Anteil des Maschinenstroms der in 1 dargestellten Maschine 2 repräsentiert. Dargestellt ist eine Spannungslimitkurve 29, welche einen Ellipsenabschnitt repräsentiert und welche zwischen der Abszisse 27 und der Kurve 29 eine Fläche einschließt, in welcher die elektrische Maschine 2 ohne Überschreiten eines Spannungslimits, insbesondere eines Spannungslimits, gebildet aus einer Zwischenkreisspannung geteilt durch eine Quadratwurzel aus der Zahl 3, betrieben werden kann.
Die Vorrichtung 1 kann in einer bevorzugten Ausführungsform Bestandteil der elektrischen Maschine 2 sein. Dadurch kann die Maschine auch ohne den Elektromotor 17 – beispielsweise während eines Fahrbetriebs eines Elektrofahrzeugs – insbesondere neu oder wiederholt kalibriert werden. Das Kalibrieren kann beispielsweise während eines Rollens des Elektrofahrzeugs erfolgen, bei dem kein Moment von der Maschine abgegeben wird. Der Rotor 4 der elektrischen Maschine 2 kann dabei von der kinetischen Energie des Fahrzeugs über ein Fahrzeuggetriebe des Elektrofahrzeugs gedreht werden. Die Vorrichtung 1 kann während des Rollens des Fahrzeugs ein Kalibrieren des Rotor-Offsets durchführen.
2 zeigt auch eine Kurve 30 in dem Diagramm, welche ein maximal abzugebendes Drehmoment pro Ampere Statorstrom der elektrischen Maschine 2 repräsentiert. Die elektrische Maschine 2 kann an Betriebspunkten betrieben werden, welche in einer Fläche enthalten sind, die sich zwischen der Kurve 30, insbesondere links von der Kurve 30, und der Abszisse 27 erstreckt. Die Kurven 29 und 30 beschränken somit den Betriebsbereich der elektrischen Maschine 2 in dem in 2 gezeigten Diagramm.
2 zeigt auch eine jeweils durch Ellipsenabschnitte gebildete Kurvenschar, wobei Kurven der Kurvenschar jeweils eine Kurve konstanter Drehzahl repräsentiert. Dargestellt ist eine Kurve 31, welche einer Maschinendrehzahl von 18.000 Umdrehungen pro Minute entspricht, eine Kurve 32, welche einer Umdrehungszahl von 10.000 Umdrehungen pro Minute entspricht, eine Kurve 33, welche einer Umdrehungszahl von 6.000 Umdrehungen pro Minute entspricht, eine Kurve 34, welche einer Umdrehungszahl von 4.000 Umdrehungen pro Minute entspricht und eine Kurve 35, welche einer Umdrehungszahl von 2.000 Umdrehungen pro Minute entspricht.
Dargestellt sind auch Kurven konstanten Drehmoments, welches von der elektrischen Maschine 2 erzeugt werden kann. Eine Kurve 36 repräsentiert ein konstantes Drehmoment von 5 Newtonmeter, eine Kurve 37 von 10 Newtonmeter, eine Kurve 38 von 15 Newtonmeter, eine Kurve 39 von 20 Newtonmeter, eine Kurve 40 von 25 Newtonmeter und eine Kurve 41 von 30 Newtonmeter.
Dargestellt ist auch eine Begrenzungsgerade 42, welche einen minimalen D-Anteil des Stroms repräsentiert, mit welchem die Maschine 2 betrieben werden kann.
Es wurde gefunden, dass der zuvor beschriebene, mittels des Stromsensors 10 erfasste Q-Anteil des Stromes in einem Bereich des in 2 dargestellten Diagramms besonders gut erfasst werden kann, welcher im Bereich eines möglichst kleinen D-Anteils des Stromes liegt. Somit kann die in 1 dargestellte elektrische Maschine 2 beispielsweise besonders gut in einem Betriebsbereich kalibriert werden, welcher zwischen der Kurve 31 und der Abszisse 27 und der Begrenzungsgerade 42 eingeschlossen ist.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 ist dazu beispielsweise ausgebildet, die elektrische Maschine 2, insbesondere den Rotor 4, mittels des Elektromotors 17 zu einer maximal möglichen Drehzahl zu bewegen, um bei dieser maximal möglichen Drehzahl ein Kalibrieren der Rotorwinkelabweichung der elektrischen Maschine 2 durchzuführen.
Zum Kalibrieren der elektrischen Maschine 2 kann so der Stator 3 mit der maximal möglichen Spannung, in diesem Ausführungsbeispiel der Zwischenkreisspannung, angesteuert werden. In einem darauf folgenden Schritt kann die Vorrichtung 1 den D-Anteil der Spannung, insbesondere gemäß der vorbeschriebenen Formel, ermitteln. Die Vorrichtung 1 kann dann den von dem Stromsensor 10 erfassten Strom, insbesondere den Q-Anteil des Stromes, empfangen und in Abhängigkeit des empfangenen Stroms ein Kalibriersignal zum Kalibrieren der elektrischen Maschine 2, insbesondere der Steuereinheit 9, erzeugen. Der Rotorwinkel-Offset zwischen der elektrischen und so der magnetischen Ansteuerung des Stators 3 und dem von dem Rotorpositionssensor 15 erfassten Rotorpositionssignal kann dabei insbesondere Schrittweise bis hin zu einem Minimalwert oder einem Nullwert des von dem Stromsensor 10 erfassten Q-Anteil des Statorstromes geändert werden.
3 zeigt ein Diagramm 43, mit einer Abszisse 44 und einer Ordinate 45. Die Abszisse 44 repräsentiert die zuvor erwähnte Rotorwinkeldifferenz, zuvor auch Rotor-Offset genannt. Die Ordinate 45 repräsentiert einen Q-Stromanteil, erfasst durch den Stromsensor 10 in 1. Eine Kurve 46 repräsentiert den Q-Stromanteil in Abhängigkeit des Rotor-Offsets. Bei einem Arbeitspunkt 47, bei dem der Rotor-Offset null beträgt, ist die elektrische Maschine 2 optimal eingestellt. Die elektrische Maschine 2 kann an dem Arbeitspunkt 47 ein maximal großes Drehmoment erzeugen und besonders effizient elektrisch und magnetisch angesteuert werden. Weiter vorteilhaft kann die elektrische Maschine 2 in dem Arbeitspunkt 47 minimale Geräusche erzeugen.

Claims

Vorrichtung (1) zum Kalibrieren einer elektronisch kommutierten elektrischen Maschine (2), wobei die Maschine (2) einen Stator (3) und einen insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor (4) aufweist, wobei die elektrische Maschine (2) eine Steuereinheit aufweist, welche ausgebildet ist, den Stator (3), insbesondere Statorspulen (5, 6, 7) des Stators (3) zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zu bestromen, und die Maschine (2) einen eingangsseitig mit der Steuereinheit (9) verbundenen Rotorpositionssensor (15) aufweist, welcher ausgebildet ist, ein eine Rotorposition des Rotors (4) repräsentierendes Rotorpositionssignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Elektromotor (17) aufweist, welcher mit der elektrischen Maschine (2) gekoppelt ist und ausgebildet ist, die elektrische Maschine (2) zu drehen, wobei die Steuereinheit (9) der Maschine (2) ausgebildet ist, den Stator (3) derart drehmomentabgabefrei anzusteuern, dass nur elektrische Leistung im Stator (3) erzeugt werden kann, und die Vorrichtung (1) ausgebildet ist, in Abhängigkeit des eine Drehzahl des Rotors repräsentierenden Rotorpositionssignals einen D-Anteil eines Spannungswertes zum Betreiben der elektrischen Maschine zu ermitteln, und die Maschine mit dem D-Spannungswert anzusteuern, und die Vorrichtung einen Stromsensor aufweist, welcher ausgebildet ist, einen Strom der elektrischen Maschine zu erfassen, und die Vorrichtung (1) ausgebildet ist, einen Q-Anteil des erfassten Stromes zu ermitteln, und in Abhängigkeit des Q-Anteils einen Rotor-Offset zu ermitteln, und ein den Rotor-Offset repräsendierendes Kalibriersignal zu erzeugen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ausgebildet ist, die Maschine (2) mit einem Stromvektor anzusteuern, bei dem ein Q-Anteil Null beträgt und der Stromvektor so nur einen D-Anteil aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ausgebildet ist, den D-Anteil der Spannung, in Abhängigkeit eines Q-Anteils der Spannung zu ermitteln.
Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Q-Anteil der Spannung, mit der die elektrische Maschine (2) beim Kalibrieren betrieben werden kann, einer Zwischenkreisspannung der elektrischen Maschine (2) entspricht.
Verfahren zum Kalibrieren einer elektrischen Maschine mit einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor, bei dem ein Stator (3) der elektrischen Maschine (2) derart angesteuert wird, dass die Maschine (2) kein Drehmoment abgeben kann, wobei der Rotor (4) mittels einer elektrischen Hilfsmaschine (17) gedreht wird und eine Drehzahl des Drehens erfasst wird, und in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl ein D-Anteil eines Spannungswertes zum Betreiben der elektrischen Maschine ermittelt wird und die Maschine mit dem ermittelten Spannungswert betrieben wird, und ein Strom beim Betrieb der elektrischen Maschine erfasst wird, und ein einen Q-Anteil des erfassten Stromes repräsentierendes Q-Stromsignal erzeugt wird und in Abhängigkeit des Q-Stromsignals ein Rotor-Offset ermittelt wird, und ein den Rotor-Offset repräsentierendes Kalibriersignal erzeugt wird und zum Kalibrieren der elektrischen Maschine ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Spannung einer Zwischenkreisspannung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem in Abhängigkeit des Kalibriersignals ein einen Rotor-Offset repräsentierender Kalibrierdatensatz (14) erzeugt wird und in einem Speicher (13) der elektrischen Maschine (2) abgespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der Rotor-Offset durch schrittweises Ändern des D-Anteils und/oder des Q-Anteils der Spannung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem das Stromsignal rauschgefiltert wird, bevor der Q-Anteil des erfassten Stromes ermittelt wird und das den Q-Anteil des Stromes repräsentierende Q-Stromsignal erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem der Rotor-Offset bei einem Q-Anteil des Stromes von Null ermittelt wird.