DE102015219815A1

DE102015219815A1 - Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors und elektromotorische Pumpe

Info

Publication number: DE102015219815A1
Application number: DE102015219815.4A
Authority: DE
Inventors: Alex Kromer; Jan Kaiser; Lucas Pennewitz; Peter Buckmüller
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2017-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (34) zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors (18) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer elektromotorischen Pumpe (2). Ein elektrischer Widerstandswert (68) einer Phasenwicklung (34) wird ermittelt. Anhand des elektrischen Widerstandswerts (68) wird eine erste Temperatur (T1) bestimmt. Die Erfindung betrifft ferner eine elektromotorische Pumpe (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem bürstenlosen Elektromotor (18). Die elektromotorische Pumpe (2) ist insbesondere eine Getriebeölpumpe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors eines Kraftfahrzeugs. Der Elektromotor ist insbesondere ein Bestandteil einer elektromotorischen Pumpe. Die Erfindung betrifft ferner eine elektromotorische Pumpe eines Kraftfahrzeugs, mit einem bürstenlosen Elektromotor. Die elektromotorische Pumpe ist geeigneterweise eine Getriebeölpumpe.
Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise als Antrieb einen Motor auf, der beispielsweise als Verbrennungsmotor ausgestaltet ist. Um eine von dem Verbrennungsmotor bereitgestellte Drehzahl auf eine Drehzahl zu wandeln, mittels derer ein Antrieb von Rädern des Kraftfahrzeugs erfolgen kann, werden üblicherweise Getriebe verwendet, die eine Anzahl von einzelnen Schaltstufen aufweisen. Mittels der Schaltstufen ist es ermöglicht, den Verbrennungsmotor lediglich in einem vergleichsweise effizienten Bereich zu betreiben, wobei aufgrund des Getriebes und der Schaltstufen unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten der Antriebsräder realisiert werden können.
Innerhalb des Getriebes wälzen Zahnräder aneinander, mittels derer die zu der jeweiligen Schaltstufe korrespondierende Übersetzung eingestellt wird. Zur Reduzierung einer Reibung innerhalb des Getriebes wird als Schmierstoff üblicherweise ein Öl herangezogen. Das Getriebeöl wird mittels einer Getriebeölpumpe innerhalb des Gehäuses umgewälzt und an die zu schmierenden Stellen geleitet. Eine weitere Anwendung derartiger Getriebeölpumpen ist bei sogenannten Wandlergetrieben, bei denen eine mittels eines sogenannten hydraulischen Wandlers erfolgt, der innerhalb des Getriebeöls rotiert.
Die Getriebeölpumpen weisen meist als Antrieb einen Elektromotor auf, der vorzugsweise bürstenlos ausgestaltet ist. Hierbei ist konstruktionsbedingt eine Dichtung vereinfacht, da in dem zwischen dem Rotor und dem Stator gebildeten Spalt ein flüssigkeitsdichter Spalttopf oder Spaltrohr positioniert werden kann. Der Rotor selbst ist von dem Pumpenrad der Getriebeölpumpe nicht getrennt und rotiert bei Betrieb in einem sogenannten Nassraum. Infolgedessen befinden sich die bei Betrieb rotierenden Bestandteile der Getriebeölpumpe vollständig im Nassraum, weswegen es nicht erforderlich ist, eine rotierende Welle gegenüber dem zu pumpenden Öls abzudichten. Somit sind Reibung und Verschleiß verringert.
Bei Betrieb erwärmt sich aufgrund der Reibung innerhalb des Getriebes sowie eines Wärmeeintrags durch den Verbrennungsmotor das Getriebeöl. Da der Spalttopf bzw. das Spaltrohr meist eine vergleichsweise dünne Wandstärke aufweist, erfolgt mittels des Getriebeöls eine Erwärmung des Stators und dessen Phasenwicklungen, die meist aus einem isolierten Lackdraht gefertigt sind. Bei Bestromung der Phasenwicklungen erfolgt aufgrund des elektrischen Widerstandes eine weitere Erwärmung. Um eine Beschädigung der Phasenwicklungen aufgrund einer übermäßigen Erwärmung auszuschließen, ist es daher erforderlich, unter bestimmten Bedingungen eine Bestromung des Elektromotors zu begrenzen oder zu unterlassen. Zur Bestimmung der Temperatur der Phasenwicklungen wird meist ein Temperatursensor herangezogen, der innerhalb der Phasenwicklungen positioniert und von dem Lackdraht zumindest teilweise umschlungen ist. Dies führt zu einer vergleichsweise effizienten thermischen Kontaktierung des Temperatursensors und folglich zu einer vergleichsweise genauen Bestimmung der Temperatur des Stators des Elektromotors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors eines Kraftfahrzeugs sowie eine besonders geeignete elektromotorische Pumpe eines Kraftfahrzeugs anzugeben, wobei insbesondere ein vergleichsweise kostengünstiger Elektromotor herangezogen werden kann und insbesondere die (Betriebs-)Sicherheit vorteilhafterweise erhöht ist.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der elektromotorischen Pumpe hinsichtlich der Merkmale des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Das Verfahren dient dem Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors. Der Elektromotor ist beispielsweise permanenterregt und/oder ein Gleichstrommotor. Der Elektromotor weist eine Phasenwicklung auf, insbesondere eine Anzahl an Phasenwicklungen, geeigneterweise drei Phasenwicklungen, die zweckmäßigerweise ein Bestandteil eines Stators ist. Der Stator ist bevorzugt temperatursensorlos. Mit anderen Worten weist der Stator keinen Temperatursensor auf. Jede der Phasenwicklungen weist zweckmäßigerweise eine Anzahl an Elektromagneten auf, die jeweils mittels einer elektrischen Spule bereitgestellt sind. Die Phasenwicklungen sind geeignet miteinander verschaltet, beispielsweise in einer Dreiecks- oder einer Sternschaltung. Zweckmäßigerweise sind die Phasenwicklungen mittels einer Elektronik elektrisch kontaktiert, mittels derer eine elektrische Kommutierung der Phasenwicklungen erfolgt, wofür die Phasenwicklungen geeignet bestromt werden. Mittels der Kommutierung und der Phasenwicklungen wird beispielsweise ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Zweckmäßigerweise umfasst die Elektronik eine Anzahl von Halbleiterschaltern, insbesondere in einer Brückenschaltung miteinander verschaltet sind, beispielsweise in einer B6-Schaltung.
Der Elektromotor ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und geeigneterweise mit einem Niedervolt-Bordnetz elektrisch kontaktiert. Der Elektromotor ist beispielsweise ein Bestandteil eines Stellantriebs des Kraftfahrzeugs, wie eines elektromotorischen Fensterhebers oder einer elektromotorischen Sitzverstellung. Besonders bevorzugt ist der Elektromotor jedoch ein Bestandteil einer elektromotorischen Pumpe des Kraftfahrzeugs, wie einer Wasserpumpe, die beispielsweise ein Bestandteil eines Kühlkreislaufs eines Verbrennungsmotors ist. In einer Alternative hierzu ist die elektromotorische Pumpe ein Bestandteil einer Klimaanlage. Besonders bevorzugt ist die elektromotorische Pumpe eine Ölpumpe. Mittels der Ölpumpe wird bei Betrieb beispielsweise ein Hydrauliköl bzw. eine Hydraulikflüssigkeit bewegt, die insbesondere ein Bestandteil eines Bremssystems ist. Besonders bevorzugt ist die elektromotorische Pumpe ein Bestandteil eines Ölkreislaufs des Verbrennungsmotors oder eines Getriebes. Mit anderen Worten ist die elektromotorische Pumpe eine Getriebeölpumpe.
Das Verfahren sieht vor, dass in einem Arbeitsschritt zunächst ein elektrischer Widerstandswert der Phasenwicklung ermittelt wird. Der elektrische Widerstand entspricht hierbei insbesondere dem aktuellen Wert des elektrischen Widerstands der Phasenwicklung, insbesondere deren Ohmschen Widerstand. Anhand des elektrischen Widerstandswerts wird eine erste Temperatur bestimmt, wobei die erste Temperatur insbesondere zur Temperatur des Stators bzw. der Phasenwicklung korrespondiert. Vorzugsweise wird die erste Temperatur als Temperatur der Phasenwicklung, des Stators und/oder des Elektromotors herangezogen.
Beispielsweise wird zur Bestimmung eine Tabelle herangezogen, innerhalb derer die erste Temperatur in Abhängigkeit des elektrischen Widerstandswerts hinterlegt ist. Beispielsweise ist die Tabelle anhand eines theoretischen Modelles berechnet oder es sind Messwerte innerhalb der Tabelle hinterlegt, die zweckmäßigerweise auf einem Prüfstand ermittelt wurden. Die Tabelle ist beispielsweise für jeweils den Elektromotor oder für einen bestimmten Typ von Elektromotoren gültig. Beispielsweise ist die erste Temperatur in einem Kennfeld in Abhängigkeit des elektrischen Widerstandswerts und gegebenenfalls weiterer Parameter hinterlegt. In einer Alternative hierzu wird die erste Temperatur anhand des elektrischen Widerstandswerts berechnet, wofür beispielsweise ein theoretisches Modell herangezogen wird. Sofern die erste Temperatur anhand des elektrischen Widerstandswerts berechnet wird, beispielsweise bei Hinterlegung innerhalb der Tabelle/Kennfeld oder bei jeder erneuten Berechnung, wird zweckmäßigerweise das Material berücksichtigt, aus dem die Phasenwicklung erstellt ist. Zweckmäßigerweise wird der spezifische elektrische Widerstand des Materials der Phasenwicklung herangezogen sowie zweckmäßigerweise dessen Temperaturabhängigkeit.
Aufgrund der Bestimmung der ersten Temperatur anhand des elektrischen Widerstandswerts ist kein Temperatursensor erforderlich, um die Temperatur des Elektromotors zu bestimmen. Infolgedessen sind Herstellungskosten reduziert. Da der elektrische Widerstandswert von der Temperatur des jeweiligen Leiters abhängt, ist anhand des elektrischen Widerstandswerts die Temperatur der jeweiligen Phasenwicklung ermittelbar, was vergleichsweise präzise ist. Somit ist die Ermittlung der ersten Temperatur ebenfalls vergleichsweise präzise, wobei keine etwaige thermische Dämpfung zwischen der Phasenwicklung und einem etwaigen Temperatursensor berücksichtigt werden muss. Zudem ist im Vergleich zu einem Temperatursensor, bei dem stets eine verliersichere Anbindung an der Phasenwicklung gewährleistet sein muss, eine fehlerhafte Bestimmung der ersten Temperatur im Wesentlichen ausgeschlossen, weswegen die Sicherheit erhöht ist.
Vorzugsweise wird die erste Temperatur mit einem Grenzwert verglichen, der beispielsweise fest vorgegeben und in Abhängigkeit des Elektromotors gewählt ist. In einer Alternative hierzu wird der Grenzwert anhand weiterer Parameter bestimmt, wie beispielsweise einer Umgebungstemperatur oder anhand sonstiger Umgebungsparameter, die beispielsweise anhand von weiteren Sensoren des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Sofern die erste Temperatur größer als der Grenzwert ist, wird die Bestromung des Elektromotors für eine Zeitspanne unterbunden. Die Zeitspanne ist beispielsweise abhängig von der ersten Temperatur und/oder weiterer Parameter, insbesondere Umgebungsparameter. Alternativ hierzu ist die Zeitspanne fest vorgegeben und/oder auf den jeweiligen Elektromotor bzw. die Phasenwicklung abgestimmt. Hierbei wird der Elektromotor nicht betrieben, auch wenn eine Leistungsanforderung an diesen vorliegt. Beispielsweise wird mittels einer Anzeigevorrichtung signalisiert, dass die erste Temperatur oberhalb des Grenzwerts liegt, und folglich ein Betrieb des Elektromotors nicht sicher ist, da eine Beschädigung oder Zerstörung nicht ausgeschlossen werden kann.
Besonders bevorzugt wird zur Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts eine elektrische Spannung und ein elektrischer Strom herangezogen, wobei der elektrische Widerstandswert das Verhältnis der elektrischen Spannung zu dem elektrischen Strom bezeichnet. Die elektrische Spannung liegt an der Phasenwicklung an und der elektrische Strom fließt durch die Phasenwicklung. Mit anderen Worten ist die Phasenwicklung mit dem elektrischen Strom beaufschlagt. Hierbei wird beispielsweise die Phasenwicklung mit einem vorgegebenen elektrischen Strom beaufschlagt und die anliegende elektrische Spannung gemessen. Besonders bevorzugt jedoch wird eine bestimmte elektrische Spannung an der Phasenwicklung angelegt und der hieraus resultierende elektrische Strom bestimmt. Hierfür wird zweckmäßigerweise eine Spannungsregelung des Elektromotors herangezogen, die beispielsweise verwendet wird, wenn eine Leistungsanforderung an den Elektromotor anliegt. Auf diese Weise ist kein weiteres Bauteil des Elektromotors benötigt, was wiederum Herstellungskosten reduziert. Auch ist eine vergleichsweise einfache Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts ermöglicht. Zweckmäßigerweise erfolgt die Erfassung des elektrischen Stroms mittels eines Sensors, der beispielsweise zur Regelung und/oder Steuerung des Elektromotors herangezogen wird, falls eine Leistungsanforderung vorliegt. Beispielsweise erfolgt die Bestimmung des elektrischen Stroms mittels eines Shunt-Widerstands, den die Phasenwicklung bevorzugt aufweist. Zweckmäßigerweise wird eine über den Shunt-Widerstand abfallende elektrische Spannung erfasst/gemessen und hieraus der elektrische Strom berechnet.
Besonders bevorzugt erfolgt die Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts, wenn keine Leistungsanforderung vorliegt. Unter Leistungsanforderung wird insbesondere verstanden, dass ein Antrieb eines mit dem Elektromotor wirkverbundenen Bauteils erfolgen soll, also insbesondere eine Verbringung des Bauteils. Zumindest jedoch soll das Bauteil mit einer mittels des Elektromotors aufgebrachten Kraft beaufschlagt werden und dieses beispielsweise an einer bestimmten Stelle gehalten werden. Der elektrische Widerstandswert wird somit ermittelt, falls eben das Bauteil nicht mit einer mittels des Elektromotors aufgebrachten Kraft beaufschlagt werden soll. Sofern zur Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts die elektrische Spannung an die Phasenwicklung angelegt wird und/oder die Phasenwicklung mit dem elektrischen Strom beaufschlagt wird, erfolgt eine Drehnung des Rotors um maximal 120°, bis dieser entsprechend des mittels der Phasenwicklung erstellten Magnetfelds ausgerichtet ist, sofern der bürstenlose Elektromotor dreiphasig ist. Insbesondere umfasst der Elektromotor pro Phasenwicklung eine Anzahl an Elektromagneten, weswegen die Maximaldrehung des Rotors 120°/Anzahl der Elektromagneten pro Phasenwicklung beträgt. Zusammenfassend wird der Elektromotor lediglich um einen bestimmten Winkel rotiert, der geringer als 360° ist. Zweckmäßigerweise wird die Phasenwicklung weiterhin mit dem elektrischen Strom beaufschlagt bzw. eine elektrische Spannung angelegt, nachdem der Rotor ausgerichtet ist. Infolgedessen erfolgt eine Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, wenn der Rotor stillsteht. Somit ist eine vergleichsweise zuverlässige Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts ermöglicht, ohne dass etwaige mittels des Elektromotors wirkverbundene Bauteile bewegt werden, oder dass diese einen Einfluss auf die Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts aufweisen.
Besonders bevorzugt wird, sofern die Leistungsanforderung vorliegt, der elektrische Strom bestimmt, insbesondere gemessen, und anhand dessen eine weitere Bestromung der Phasenwicklung des Elektromotors zur Erstellung des rotierenden Magnetfelds angepasst. Zweckmäßigerweise wird der Messwert zur Ansteuerung herangezogen, beispielsweise zu einer Vektorsteuerung. Dahingegen wird bei Bestimmung des elektrischen Widerstandswerts die Messzeit zur Bestimmung des elektrischen Stroms vergrößert. Beispielsweise beträgt die Messzeit zur Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts das 1,5-, 2- oder bis zu 3-Fache der Messzeit, wenn eine Leistungsanforderung vorliegt. Infolgedessen ist eine vergleichsweise präzise Bestimmung des elektrischen Stroms und folglich des elektrischen Widerstandswerts ermöglicht. Zusammenfassend wird zur Bestimmung des elektrischen Stroms die Messzeit herangezogen, die größer als bei der Leistungsanforderung ist. Mit anderen Worten wird, wenn die Leistungsanforderung besteht, der elektrische Strom mittels einer Messzeit (zweite Messzeit) bestimmt, wobei diese Messzeit kleiner ist, als die Messzeit (erste Messzeit), die zur Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts herangezogen wird.
Insbesondere ist die Zeit, in der die Phasenwicklung mit dem elektrischen Strom beaufschlagt wird bzw. die elektrische Spannung an der Phasenwicklung angelegt wird, größer oder zumindest gleich der Messzeit. Beispielsweise wird zunächst eine Zeitspanne abgewartet, bis der Rotor entsprechend der Phasenwicklung ausgerichtet ist, und im Anschluss hieran startet die Messzeit zur Bestimmung des elektrischen Stroms. Infolgedessen ist eine etwaige Schwankung, die beispielsweise aufgrund einer Wechselwirkung des Rotors mit dem Stator hervorgerufen wird, ohne Einfluss auf die Bestimmung des elektrischen Widerstandswerts.
Alternativ oder in Kombination hierzu wird die elektrische Spannung abgesenkt, die an die Phasenwicklung angelegt wird, wenn der elektrische Widerstandswert bestimmt wird. Mit anderen Worten wird zur Bestimmung des elektrischen Widerstandswerts eine elektrische Spannung herangezogen, die geringer als bei der Leistungsanforderung ist. Folglich wird die elektrische Spannung zunächst auf einen Wert herabgesetzt und dieser an der Phasenwicklung angelegt. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Pulsweitenmodulations-Verfahrens (PWM-Ansteuerung der Phasenwicklung). Insbesondere beträgt die elektrische Spannung die Hälfte, ein Drittel oder ein Viertel der elektrischen Spannung, die bei einer Leistungsanforderung an der Phasenwicklung anliegt. Insbesondere liegt die elektrische Spannung zwischen der Hälfte und einem Viertel, insbesondere der Hälfte, einem Drittel, einem Viertel der elektrischen Spannung des Niedervolt-Bordnetzes des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise ist die elektrische Spannung, die zur Bestimmung des elektrischen Widerstandswerts angelegt wird, im Wesentlichen gleich 12V, 6V, sofern das Bordnetz eine Spannung von 42V aufweist, oder im Wesentlichen gleich 6V, 3V, 2V, falls das Bordnetz eine Spannung von im Wesentlichen 12V aufweist. Infolgedessen ist eine Verlustleistung der Phasenwicklung bei Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts im Vergleich zur Verlustleistung bei einer Leistungsanforderung vergleichsweise gering. Somit wird bei Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts die Phasenwicklung vergleichsweise gering erwärmt. Folglich hat die Bestimmung des elektrischen Widerstandswerts lediglich einen vergleichsweise geringen Einfluss auf die Temperatur der Phasenwicklung, weswegen die erste Temperatur im Wesentlichen der Temperatur der Phasenwicklung bzw. des Stators entspricht.
Beispielsweise wird ferner eine zweite Temperatur der Elektronik erfasst. Dies erfolgt insbesondere mittels eines Temperatursensors, der innerhalb eines Elektronikfachs des Elektromotors angeordnet ist. Alternativ hierzu wird eine Betriebsdauer der Elektronik, insbesondere eine Betriebsdauer von Halbleiterschaltern einer Brückenschaltung, bestimmt und anhand derer die zweite Temperatur ermittelt, wobei beispielsweise ein linearer Zusammenhang zwischen der zweiten Temperatur und der Betriebsdauer herangezogen wird. Die Parameter für den linearen Zusammenhang werden beispielsweise auf einem Prüfstand oder anhand eines theoretischen Modells bestimmt. Mittels der zweiten Temperatur wird die erste Temperatur korrigiert. Beispielsweise wird der Mittelwert zwischen der zweiten Temperatur und der mittels des elektrischen Widerstandswerts bestimmten ersten Temperatur bestimmt, und der Mittelwert wird als erste Temperatur herangezogen. Mit anderen Worten entspricht die erste Temperatur im Wesentlichen der durchschnittlichen Temperatur des Elektromotors. In einer Alternative hierzu wird das Maximum aus der zweiten Temperatur und der Temperatur, die mittels des elektrischen Widerstandswerts bestimmt wurde, als erste Temperatur herangezogen. Sofern ein Vergleich mit dem Grenzwert erfolgt, ist somit eine Sicherheit erhöht, da stets die Maximaltemperatur des Elektromotors mit dem Grenzwert verglichen wird.
Besonders bevorzugt wird, sofern die erste Temperatur erneut bestimmt wird, eine weitere Phasenwicklung herangezogen und deren elektrischer Widerstandswert bestimmt. Anhand dieses elektrischen Widerstandswerts erfolgt die erneute Bestimmung der ersten Temperatur. Infolgedessen ist, sofern zur Bestimmung des elektrischen Widerstandswerts die Phasenwicklungen mittels eines elektrischen Stroms beaufschlagt werden bzw. die elektrische Spannung an der jeweiligen Phasenwicklung angelegt wird, eine lediglich partielle Erwärmung des Elektromotors vermieden, und eine Überbelastung einer einzigen der Phasenwicklungen unterbleibt. Ferner entspricht die erste Temperatur im Wesentlichen der Temperatur des Stators und nicht lediglich einer einzigen Phasenwicklung, deren Temperatur aufgrund einer Vielzahl von Bestimmungen des elektrischen Widerstandswerts verfälscht wäre.
Die Erfindung betrifft ferner einen bürstenlosen Elektromotor beispielsweise eines Fensterhebermotors oder einen Pumpenmotor eines Kraftfahrzeugs, der insbesondere nach dem Verfahren betrieben ist. Hierfür weist der Elektromotor zweckmäßigerweise eine Steuereinheit auf, die beispielsweise innerhalb einer Elektronik integriert ist, mittels derer ebenfalls eine Bestromung erfolgt. Beispielsweise weist die Elektronik eine Brückenschaltung aus einer Anzahl an Halbleiterschaltern auf. Der bürstenlose Elektromotor ist geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, ein Verfahren durchzuführen, bei dem ein elektrischer Widerstandswert einer Phasenwicklung ermittelt wird und anhand des elektrischen Widerstandswerts eine erste Temperatur bestimmt wird. Der Elektromotor ist beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor.
Die elektromotorische Pumpe eines Kraftfahrzeugs umfasst einen bürstenlosen Motor. Insbesondere ist die elektromotorische Pumpe ein Innenläufer und weist einen Rotor auf, an dem geeigneterweise ein Pumpenrad angebunden ist, beispielsweise angeformt. Die elektromotorische Pumpe ist zum Beispiel ein Bestandteil eines Kühlmittelkreislaufs einer Klimaanlage. Alternativ hierzu ist die elektromotorische Pumpe eine Wasserpumpe, mittels derer ein Kühlwasser bei Betrieb durch Kühlkanäle eines Verbrennungsmotors oder eines Elektromotors gepumpt wird. Besonders bevorzugt ist die elektromotorische Pumpe eine Ölpumpe und folglich vorgesehen und eingerichtet, ein Öl zu pumpen und/oder umzuwälzen. Mittels der elektromotorischen Pumpe wird beispielsweise ein Motoröl oder bevorzugt ein Getriebeöl gepumpt, wobei beispielsweise ein vergleichsweise hoher Druck erstellt wird. Die elektromotorische Pumpe ist geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, ein Verfahren auszuführen, bei dem ein elektrischer Widerstandswert einer Phasenwicklung des bürstenlosen Elektromotors ermittelt und anhand des elektrischen Widerstandswerts eine erste Temperatur bestimmt wird. Insbesondere umfasst die elektromotorische Pumpe eine Steuereinheit, mittels derer das Verfahren ausgeführt ist.
Der Elektromotor ist beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor. Vorzugsweise umfasst der Stator keinen Temperatursensor und ist folglich temperatursensorlos. Mit anderen Worten wird die Temperatur des Stators lediglich anhand der ersten Temperatur bestimmt und diese insbesondere als Temperatur für den Stator bei einer Überwachung herangezogen. Folglich ist kein Temperaturfühler oder ein sonstiger Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des Stators erforderlich, weswegen die Herstellungskosten reduziert sind. Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst der Elektromotor einen Stromsensor mit einem Shunt. Zweckmäßigerweise ist der Stromsensor ein Bestandteil der Phasenwicklung oder einer Elektronik. Mittels des Stromsensors erfolgt zweckmäßigerweise bei Antrieb eine Überwachung und/oder Regelung des mittels des Stators erstellten Magnetfelds oder eine Drehzahl- und/oder Drehmomentüberwachung. Aufgrund des Shunts ist keine Überwachung des Magnetfelds selbst erforderlich und Herstellungskosten sind reduziert. Der Stromsensor wird zweckmäßigerweise zur Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts herangezogen.
Besonders bevorzugt umfasst der Elektromotor einen Spalttopf, innerhalb dessen der Rotor angeordnet ist. Zweckmäßigerweise wird bei Betrieb der elektromotorischen Pumpe der Rotor mit der zu pumpenden Flüssigkeit umspült. Mit anderen Worten ist der Rotor in einem Nassbereich angeordnet, sodass eine Dichtung zwischen einem Pumpenrad und dem Rotor nicht erforderlich ist. Folglich wird einerseits der Elektromotor zumindest teilweise mittels der zu pumpenden Flüssigkeit gekühlt. Andererseits ist aufgrund der fehlenden Dichtung und der somit fehlenden Reibung ein Wirkungsgrad erhöht. Sofern die erste Temperatur mit dem Grenzwert verglichen wird, und eine Bestromung des Elektromotors für die Zeitspanne unterbunden wird, wenn die erste Temperatur größer als der Grenzwert ist, wird folglich kein Fluid gepumpt, insbesondere kein Getriebeöl. Insbesondere liegt eine Leistungsanforderung an die Getriebeölpumpe vor, wenn ein Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs für eine vergleichsweise kurze Zeit stillsteht, zweckmäßigerweise in einem Segelbetrieb oder in einer Stopp-Phase, sofern eine sogenannte Start/Stopp-Automatik aktiv ist, beispielsweise bei einem Ampelstand.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch vereinfacht in einer Schnittdarstellung eine Getriebeölpumpe eines Kraftfahrzeugs mit einem bürstenlosen Elektromotor,
2 schematisch den bürstenlosen Elektromotor, und
3 ein Verfahren zum Betrieb des bürstenlosen Elektromotors.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Getriebeölpumpe 2 eines Kraftfahrzeugs, die an ein Getriebegehäuse 4 eines Getriebes 6 angeflanscht ist. Innerhalb des Getriebegehäuses 4 sind nicht näher dargestellte Zahnräder und Wellen angeordnet. Mittels des Getriebes 6 wird eine mittels eines Verbrennungsmotors erstellte Rotationsbewegung einer nicht näher dargestellten Antriebswelle in einer Rotationsbewegung einer nicht näher dargestellten Abtriebswelle unter- und/oder übersetzt. Die Getriebeölpumpe 2 weist einen Zulauf 8 auf, der mit einer Öffnung 10 des Getriebegehäuses 4 fluchtet. Die Öffnung 10 mündet in einen Pumpenraum 12 der Getriebeölpumpe 2, innerhalb derer ein Pumpenrad 14 sowie ein Rotor 16 eines bürstenlosen Elektromotors 18 angeordnet ist. Der Rotor 16 weist eine nicht näher dargestellte Anzahl an Permanentmagneten auf und ist an dem Pumpenrad 14 angebunden und treibt dieses folglich an. Insbesondere ist der Rotor 16 an dem Pumpenrad 14 angeformt. Bei einer Rotationsbewegung des Rotors 16 um eine Rotationsachse 20 wird das Pumpenrad 14 ebenfalls um die Rotationsachse 20 rotiert und ein sich innerhalb des Pumpenraums 12 befindendes Öl durch einen Ablauf 21 aus dem Pumpenraum 12 befördert sowie weiteres Öl durch den Zulauf 8 sowie die Öffnung 10 aus dem Getriebegehäuse 4 gesaugt.
Der Rotor 16 ist in radialer Richtung sowie stirnseitig auf der dem Pumpenrad 14 gegenüberliegende Seite mittels eines Spalttopfes 22 umgeben, der somit den Pumpenraum 12 von einem Trockenraum 24 trennt, innerhalb dessen ein temperatursensorloser Stator 26 angeordnet ist, der folglich keinen Temperatursensor aufweist. Der Stator 26 ist innerhalb eines im Wesentlichen zylindrischen Pumpengehäuses 28 angeordnet, welches auf der dem Zulauf 8 gegenüberliegenden Seite ein Elektronikfach 30 aufweist, innerhalb derer eine Elektronik 32 angeordnet ist, mittels derer eine Bestromung des Stators 26 erfolgt.
In 2 ist schematisch vereinfacht der bürstenlose Elektromotor 18 dargestellt, wobei der Rotor 16 weggelassen ist. Der Stator 26 weist drei Phasenwicklungen 34 auf, die freiendseitig gegen einen Sternpunkt 36 geführt sind. Der Sternpunkt 36 ist mit Masse 38 elektrisch kontaktiert, die beispielsweise mittels einer Karosserie des Kraftfahrzeugs bereitgestellt ist. Die verbleibenden Enden der Phasenwicklungen 34 weisen jeweils einen Stromsensor 40 auf, der gegen die Elektronik 32 geführt ist. Mit der Elektronik 32 sind ferner jeweils Signalleitungen 42 signaltechnisch gekoppelt, wobei jeweils eine der Signalleitungen 42 einem der Stromsensoren 40 zugeordnet ist. Die Elektronik 32 ist elektrisch mit einem Bordnetz 44 kontaktiert, das ein Niedervolt-Bordnetz ist, und entweder 12V oder 42V aufweist. Mittels des Bordnetzes 44 erfolgt eine Bereitstellung von elektrischer Energie zum Betrieb des Elektromotors 18 und folglich für die Bestromung der Elektronik 32 sowie der Phasenwicklungen 34.
Der Elektromotor 18 wird gemäß einem in 3 dargestellten Verfahren 46 betrieben. In einem ersten Arbeitsschritt 48 wird erfasst, dass eine Leistungsanforderung 50 vorliegt. Diese wird beispielsweise mittels eines Bus-Systems an die Elektronik 32 übertragen. Infolgedessen erfolgt mittels der Elektronik 32 eine zyklische Bestromung der Phasenwicklungen 34, mittels derer folglich ein um die Rotationsachse 20 rotierendes Magnetfeld erstellt wird. Infolgedessen wird der die Permanentmagneten aufweisende Rotor 16 ebenfalls um die Rotationsachse 20 rotiert und das Pumpenrad 14 angetrieben. Folglich wird durch den Zulauf 8 und die Öffnung 10 Getriebeöl aus dem Getriebegehäuse 4 gesaugt und in den Ablauf 21 befördert, von wo es zu Düsen geführt und mittels dieser erneut in das Getriebegehäuse 4 eingespritzt wird.
Zur Bereitstellung des rotierenden Magnetfelds wird mittels der Elektronik 32 an jeweils eine der Phasenwicklungen 34 die Bordnetzspannung angelegt und mittels des jeweils zugeordneten Stromsensors 40 der hieraus resultierende elektrische Strom mittels der jeweiligen Signalleitung 42 zur Elektronik 32 übertragen. Anhand dieser Werte wird die aktuelle Leistung des Elektromotors 18 und folglich die Pumpleistung der Getriebeölpumpe 2 berechnet und mit der Leistungsanforderung 50 verglichen. Sofern eine Abweichung vorliegt und folglich die Pumpleistung der Getriebeölpumpe 2 nicht der gewünschten Fördermenge entspricht, wird die Bestromung der Phasenwicklungen 34 geeignet verändert. Solange die Leistungsanforderung 50 besteht, wird die zyklische Bestromung der Phasenwicklungen 34 aufrecht erhalten und folglich der Rotor 16 um die Rotationsachse 20 rotiert.
In einem zweiten Arbeitsschritt 52 wird ermittelt, dass die Leistungsanforderung 50 nicht weiter besteht. Dies erfolgt beispielsweise aufgrund eines Übertragens eines weiteren Signals über das Bus-System oder anhand des Ausbleibens eines die Leistungsanforderung 50 repräsentierenden Signals. In einem dritten Arbeitsschritt 54 wird eine zweite Temperatur T₂ der Elektronik 32 erfasst, wobei zunächst die Betriebsdauer der Elektronik 32 bestimmt wird, also den Zeitabstand zwischen dem ersten Arbeitsschritt 48 und dem zweiten Arbeitsschritt 52. Anhand eines Kennfeldes wird aus der Betriebsdauer die zweite Temperatur T₂ ermittelt. Mit anderen Worten wird die zweite Temperatur T₂ abhängig von der Betriebsdauer ermittelt, wobei aufgrund einer erhöhten Betriebsdauer auch die zweite Temperatur T₂ erhöht ist, da einzelne elektrische und/oder elektronische Bauteile der Elektronik 32 eine Verlustleistung und somit eine Erwärmung aufweisen.
In einem vierten Arbeitsschritt 56 wird eine elektrische Spannung 58 an eine der Phasenwicklungen 34 angelegt, wobei mittels der Elektronik 32 eine PWM-Ansteuerung erfolgt, und die elektrische Spannung 58 im Wesentlichen auf die Hälfte der elektrischen Spannung des Bordnetzes 44 herabgesetzt wird. Im Gegensatz hierzu liegt im Wesentlichen die volle elektrische Spannung des Bordnetzes 44 an der jeweiligen Phasenwicklung 34 an, wenn die Leistungsanforderung besteht.
In einem sich hieran anschließenden fünften Arbeitsschritt 60 wird der aufgrund der elektrischen Spannung 58 durch diese Phasenwicklung 34 fließende elektrische Strom 62 bestimmt, wofür der den Shunt aufweisende Stromsensor 40 verwendet wird. Hierbei wird eine Messzeit 64 herangezogen, die größer ist, als wenn die Leistungsanforderung vorliegt. Mit anderen Worten wird die jeweilige Phasenwicklung 34 länger bestromt, als wenn die Leistungsanforderung 50 vorliegt. Aufgrund der verringerten elektrischen Spannung 58 ist die Erwärmung der jeweiligen Phasenwicklung 34 vergleichsweise gering. In einem sich hieran anschließenden sechsten Arbeitsschritt 66 wird ein elektrischer Widerstandswert 68 der Phasenwicklung 34 bestimmt, wofür das Verhältnis aus der elektrischen Spannung 58 und dem elektrischen Strom 62 bestimmt wird. Sobald der elektrische Widerstandswert 68 bestimmt wurde, wird die Bestromung der Phasenwicklung 68 eingestellt. Hierfür wird das Anlegen der elektrischen Spannung 58 an der Phasenwicklung 34 beendet.
In einem sich hieran anschließenden siebten Arbeitsschritt 70 wird anhand des elektrischen Widerstandswerts 68 eine erste Temperatur T₁ ermittelt. Hierfür wird beispielsweise ein theoretisches Modell herangezogen oder ein Kennfeld, das auf einem Prüfstand ermittelt wurde, und die Abhängigkeit der ersten Temperatur T₁ von dem elektrischen Widerstand 68 repräsentiert. Die erste Temperatur T₁ entspricht der Temperatur der Phasenwicklung 34, die mittels der Elektronik 32 bestromt wird. Diese Temperatur wird mittels der zweiten Temperatur T₂ korrigiert und somit die erste Temperatur T₁ bestimmt. Beispielsweise wird der Mittelwert zwischen den beiden Temperaturen zur Bestimmung der ersten Temperatur T₁ herangezogen oder aber die erste Temperatur T₁ ist das Maximum der beiden Temperaturen. In einer Alternative hierzu wird die zweite Temperatur T₂ nicht berücksichtigt, sondern lediglich die anhand des theoretischen Modells oder des Kennfelds bestimmte Temperatur als erste Temperatur T₁ herangezogen.
In einem sich hieran anschließenden achten Arbeitsschritt 72 wird die erste Temperatur T₁ mit einem Grenzwert 74 verglichen. Sofern die erste Temperatur T₁ größer als der Grenzwert 74 ist, wird für eine Zeitspanne 76 eine Bestromung des Elektromotors 18 unterbunden. Sofern folglich innerhalb der Zeitspanne 76 die Leistungsanforderung 50 oder eine erneute Leistungsanforderung vorliegt, wird der Stator 26 nicht bestromt, und folglich mittels des Stators 26 kein Magnetfeld erstellt. Infolgedessen wird der Stator 26 nicht erwärmt und somit ist eine Beschädigung der Phasenwicklungen 34 aufgrund einer übermäßigen Temperatur ausgeschlossen.
Sobald die Zeitspanne 76 verstrichen ist, wird eine Sperrung des Elektromotors 18 aufgehoben, und folglich ist eine Bestromung des Stators 26 erneut möglich, falls die Leistungsanforderung 50 vorliegt. Mit anderen Worten wird erneut der erste Arbeitsschritt 48 ausgeführt. Sofern erneut die erste Temperatur T₁ bestimmt werden soll, wird wiederum der zweite und dritte Arbeitsschritt 52, 54 ausgeführt. Ebenfalls wird der vierte Arbeitsschritt 56 ausgeführt, wobei jedoch die elektrische Spannung 58 an einer der verbleibenden zwei Phasenwicklung 34 angelegt wird, und folglich deren elektrischer Widerstandswert 68 im sechsten Arbeitsschritt 66 ermittelt wird. Hierfür wird im fünften Arbeitsschritt 60 folglich auch der elektrische Strom 62 ermittelt, der durch diese Phasenwicklung 34 fließt. Infolgedessen ist bei Ermittlung der ersten Temperatur T₁ eine übermäßige Erwärmung lediglich einer einzigen der Phasenwicklungen 34 aufgrund der Temperaturbestimmung ausgeschlossen.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Getriebeölpumpe
4: Getriebegehäuse
6: Getriebe
8: Zulauf
10: Öffnung
12: Pumpenraum
14: Pumpenrad
16: Rotor
18: Elektromotor
20: Rotationsachse
21: Ablauf
22: Spalttopf
24: Trockenraum
26: Stator
28: Pumpengehäuse
30: Elektronikfach
32: Elektronik
34: Phasenwicklung
36: Sternpunkt
38: Masse
40: Stromsensor
42: Signalleitung
44: Bordnetz
46: Verfahren
48: erster Arbeitsschritt
50: Leistungsanforderung
52: zweiter Arbeitsschritt
54: dritter Arbeitsschritt
56: vierter Arbeitsschritt
58: elektrische Spannung
60: fünfter Arbeitsschritt
62: elektrischer Strom
64: Messzeit
66: sechster Arbeitsschritt
68: elektrischer Widerstandswert
70: siebter Arbeitsschritt
72: achter Arbeitsschritt
74: Grenzwert
76: Zeitspanne
T₁: erste Temperatur
T₂: zweite Temperatur

Claims

Verfahren (34) zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors (18) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer elektromotorischen Pumpe (2), bei dem – ein elektrischer Widerstandswert (68) einer Phasenwicklung (34) ermittelt wird, und – anhand des elektrischen Widerstandswerts (68) eine erste Temperatur (T₁) bestimmt wird.
Verfahren (46) nach Anspruch 1, bei dem eine Bestromung des Elektromotors (18) für eine Zeitspanne (76) unterbunden wird, wenn die erste Temperatur (T₁) größer als ein Grenzwert (74) ist.
Verfahren (46) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zur Ermittlung des elektrischen Widerstandswerts (68) eine elektrische Spannung (58) an die Phasenwicklung (34) angelegt wird, und ein elektrischer Strom (62) bestimmt wird.
Verfahren (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Widerstandswert (68) ermittelt wird, wenn keine Leistungsanforderung (50) vorliegt.
Verfahren (46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Bestimmung des elektrischen Stroms (62) eine Messzeit (64) herangezogen wird, die größer als bei der Leistungsanforderung (50) ist.
Verfahren (46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine elektrische Spannung (58) herangezogen wird, die geringer als bei der Leistungsanforderung (50) ist.
Verfahren (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine zweite Temperatur (T₂) einer Elektronik (32) erfasst wird, wobei insbesondere eine Betriebsdauer bestimmt wird, und wobei die erste Temperatur (T₁) mittels der zweiten Temperatur (T₂) korrigiert wird.
Verfahren (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine erneute Bestimmung der ersten Temperatur (T₁) anhand eines elektrischen Widerstandswerts (68) einer weiteren Phasenwicklung (34) erfolgt.
Elektromotorische Pumpe (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Getriebeölpumpe, mit einem bürstenlosen Elektromotor (18), der gemäß einem Verfahren (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 betrieben ist.
Elektromotorische Pumpe (2) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen temperatursensorlosen Stator (26), einen elektrischen Stromsensor (40) mit einem Shunt und/oder einen innerhalb eines Spalttopfs (22) angeordneten Rotor (16).