DE102016114977A1

DE102016114977A1 - Verfahren zum Ermitteln einer Rotorlage einer Elektromaschine, Elektromaschine, Fahrzeug sowie Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102016114977A1
Application number: DE102016114977.2A
Authority: DE
Inventors: Rolf Kunzler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2018-02-15
Also published as: CN107733299B; CN107733299A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Rotorlage (4) einer Elektromaschine (1) eines Fahrzeugs (20) durch eine Kontrolleinheit (2), wobei die Rotorlage (4) eine Rotorposition (5) und eine Drehrichtung (6) eines Rotors (3) der Elektromaschine (1) umfasst. Ferner betrifft die Erfindung eine Elektromaschine (1) für ein Fahrzeug (20), die Elektromaschine (1) aufweisend einen Rotor (3) und eine Kontrolleinheit (2). Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug (20) mit einer Elektromaschine (1) sowie ein Computerprogrammprodukt (50) zum Ermitteln einer Rotorlage (4) einer Elektromaschine (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Rotorlage einer Elektromaschine eines Fahrzeugs durch eine Kontrolleinheit, wobei die Rotorlage eine Rotorposition und eine Drehrichtung eines Rotors der Elektromaschine umfasst. Ferner betrifft die Erfindung eine Elektromaschine für ein Fahrzeug, die Elektromaschine aufweisend einen Rotor und eine Kontrolleinheit. Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer Elektromaschine sowie ein Computerprogrammprodukt.
In der modernen Fahrzeugtechnik ist es bekannt, Elektromaschinen, insbesondere beispielsweise permanent- oder selbsterregte Synchronmaschinen, in einem Fahrzeug einzusetzen. Dabei kann die Elektromaschine zum Antreiben des Fahrzeugs als ein Elektromotor betrieben werden. Alternativ dazu ist auch ein Betrieb der Elektromaschine als Generator möglich, wodurch mechanische Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Um einen möglichst effektiven Betrieb der Elektromaschine sicherstellen zu können, ist es notwendig, die Elektromaschine oder zumindest Teile der Elektromaschine durch ein Regelungsverfahren geregelt zu betreiben beziehungsweise zu kontrollieren. Für eine effektive und wirksame Regelung, insbesondere für einen Beginn einer derartigen Regelung, wird dabei eine Information über eine Rotorlage der Elektromaschine, die sich aus einer Rotorposition des Rotors relativ zum Stator der Elektromaschine und einer Drehrichtung des Rotors zusammensetzt, als Eingabeparameter benötigt. Auch eine Drehzahl, sowohl deren Betrag als auch deren Vorzeichen, ist zumeist als weiterer Eingabeparameter für die Regelung erforderlich.
Bei lagegeberlosen Elektromaschinen, also Elektromaschinen, die keine speziellen Sensoren zur Feststellung der Rotorlage aufweisen beziehungsweise verwenden, ist es bekannt, die Rotorlage durch ein Versenden von zwei oder mehr Strom- beziehungsweise Spannungsimpulsen zu bestimmen, siehe beispielsweise die DE 10 311 028 B4 , die DE 10 2008 045 630 A1 , die DE 10 2009 029 896 A1 sowie die DE 10 2009 011 674 A1 . Alternativ oder zusätzlich ist auch bekannt, eine ständige, permanente Überwachung der Elektromaschine vorzusehen, um die Rotorlage der Elektromaschine zu jeder Zeit zu bestimmen, siehe beispielsweise die DE 2009 045 247 A1 .
Diesen bekannten Verfahren ist jedoch gemeinsam, dass eine vollständige Information über die Rotorlage, also sowohl über die Rotorposition als auch über die Drehrichtung des Rotors, nicht sofort sondern erst nach einer gewissen Zeit zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere darin begründet, dass aus einer Stromantwort des Rotors der Elektromaschine auf einen einzigen Strom- beziehungsweise Spannungsimpuls zwar die Rotorposition bestimmt werden kann, jedoch nicht die Drehrichtung. Eine Bestimmung der Rotorlage insgesamt ist somit nur zweideutig möglich. Ein weiterer, zum ersten Strom- beziehungsweise Spannungsimpuls zeitlich versetzt versendeter Strom- beziehungsweise Spannungsimpuls beziehungsweise eine kontinuierliche Überwachung ist somit für eine eindeutige Bestimmung der Rotorlage erforderlich, wodurch jedoch ein größerer Zeitaufwand bei derartigen Verfahren zum Bestimmen einer Rotorlage einer Elektromaschine bedingt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehend beschriebenen Nachteile beim Ermitteln einer Rotorlage einer Elektromaschine zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ermitteln einer Rotorlage einer Elektromaschine, eine Elektromaschine, ein Fahrzeug sowie ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen, die in einfacher und kostengünstiger Weise eine möglichst schnelle, insbesondere sofortige, Ermittlung einer Rotorlage einer Elektromaschine ermöglichen.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, durch die Elektromaschine gemäß Anspruch 6, durch das Fahrzeug gemäß Anspruch 7 sowie durch das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektromaschine, dem erfindungsgemäßen Fahrzeug, dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Rotorlage einer Elektromaschine eines Fahrzeugs durch eine Kontrolleinheit, wobei die Rotorlage eine Rotorposition und eine Drehrichtung eines Rotors der Elektromaschine umfasst. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Senden eines Stromimpulses an die Elektromaschine,
b) Ermitteln einer Stromantwort der Elektromaschine auf den in Schritt a) gesendeten Stromimpuls,
c) Ermitteln einer Rotationsinformation eines Rotationselements einer Abtriebsseite der Elektromaschine, und
d) Ermitteln der Rotorlage der Elektromaschine durch Auswerten der in Schritt b) ermittelten Stromantwort zum Bestimmen der Rotorposition des Rotors der Elektromaschine und durch Auswerten der in Schritt c) ermittelten Rotationsinformation zum Bestimmen der Drehrichtung des Rotors der Elektromaschine.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zur Anwendung an einer Elektromaschine eines Fahrzeugs vorgesehen. Dabei kann das Fahrzeug bevorzugt als ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Soweit technisch sinnvoll und möglich kann ein erfindungsgemäßes Verfahren auch bei weiteren, insbesondere stationär angeordneten, Elektromaschinen zum Ermitteln einer Rotorlage der Elektromaschine eingesetzt werden. Die Elektromaschine weist einen Stator und einen in Bezug auf den Stator drehbeweglich gelagerten Rotor auf und kann ferner beispielsweise als ein Drehstrommotor, zum Beispiel als eine, insbesondere permanenterregte, Synchronmaschine ausgebildet sein. Insbesondere weist die Elektromaschine in ihrem Rotor und/oder Stator zumindest eine Spule als Teil eines Elektromagneten zur Erzeugung eines Magnetfelds auf. Das Verfahren wird dabei durch eine Kontrolleinheit ausgeführt, die als Teil des Kraftfahrzeugs und/oder bevorzugt als Teil der Elektromaschine ausgebildet ist. Die Kontrolleinheit umfasst dabei alle zur Ausführung des Verfahrens notwendigen Elemente oder ist zumindest zum Ansteuern dieser Elemente ausgebildet. Ansteuern im Sinne der Erfindung umfasst dabei insbesondere ein Senden und/oder Empfangen von Steuersignalen und/oder Messdaten.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst eine Rotorlage der Elektromaschine eine Rotorposition, also insbesondere eine Information über eine relative Positionierung des Rotors der Elektromaschine, bevorzugt bezüglich eines Stators der Elektromaschine. Ferner umfasst die Rotorlage eine Drehrichtung des Rotors in der Elektromaschine, mit anderen Worten eine Richtung, in der der Rotor innerhalb der Elektromaschine, bevorzug innerhalb des Stators der Elektromaschine, rotiert.
In einem ersten Schritt a) eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Stromimpuls an die Elektromaschine gesendet. Im Sinne der Erfindung wird dabei in der gesamten Anmeldung unter Stromimpuls ein Strom- und/oder Spannungsimpuls verstanden. Das Senden des Stromimpulses wird dabei durch die Kontrolleinheit vorgenommen oder zumindest durch diese veranlasst. Der Stromimpuls ist bevorzugt kurz, das heißt mit einer Dauer von wenigen Millisekunden oder geringer, ausgebildet.
Durch den in Schritt a) gesendeten Stromimpuls wird in der Elektromaschine, insbesondere in zumindest einer Spule der Elektromaschine, eine Stromantwort erzeugt. Diese Stromantwort ist dabei insbesondere direkt abhängig von den Abständen der Elemente der Elektromaschine, beispielsweise den Spulen der Elektromagnete beziehungsweise, wenn vorhanden, den Polen der Permanentmagnete zueinander. Mit anderen Worten besteht ein direkter Zusammenhang beziehungsweise eine direkte Korrelation zwischen einer Rotorposition des Rotors im Inneren der Elektromaschine und der durch den Stromimpuls in der Elektromaschine erzeugten Stromantwort.
Diese Stromantwort wird im nächsten Schritt b) eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Kontrolleinheit ermittelt. Ermitteln im Sinne der Erfindung bedeutet dabei insbesondere, dass direkt durch die Kontrolleinheit die Stromantwort gemessen und/oder dass ein zum Messen der Stromantwort ausgebildeter Sensor durch die Kontrolleinheit ausgelesen wird. Insgesamt ist somit erfindungsgemäß nach Ausführung des Schritts b) in der Kontrolleinheit eine Information über die Stromantwort vorhanden. Diese Information kann dabei insbesondere ein elektrisches Vorzeichen, ein Betrag und bevorzugt auch einen zeitlichen Verlauf der Stromantwort umfassen.
Unabhängig von den Schritten a) und b), bevorzugt gleichzeitig zu diesen Schritten, wird im Schritt c) eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Kontrolleinheit eine Rotationsinformation eines Rotationselements einer Abtriebsseite der Elektromaschine ermittelt. Gleichzeitig im Sinne der Erfindung umfasst dabei auch ein im Wesentlichen gleichzeitiges Ermitteln, insbesondere beispielsweise bedingt durch eine Taktzahl einer beispielsweise in der Kontrolleinheit verwendeten Rechnereinheit. Auch hier bedeutet Ermitteln im Sinne der Erfindung dabei insbesondere, dass direkt durch die Kontrolleinheit die Rotationsinformation gemessen und/oder dass ein zum Messen der Rotationsinformation ausgebildeter Sensor durch die Kontrolleinheit ausgelesen wird. Dabei wird verwendet, dass die Elektromaschine in einem Fahrzeug eingesetzt ist. Eine Abtriebsseite der Elektromaschine bezeichnet im Sinne der Erfindung dabei sämtliche Rotationselemente, die zumindest zeitweilig mit der Elektromaschine derart mechanisch wirkverbunden sind, dass sie von der Elektromaschine angetrieben werden können oder dass sie, wenn die Elektromaschine beispielsweise als Generator betrieben wird, die Elektromaschine antreiben können. Die Rotationsinformation, die von der Kontrolleinheit am Rotationselement ermittelt wird, kann dabei insbesondere eine Drehrichtung des Rotationselements umfassen. Durch die mechanische Wirkverbindung des Rotationselements mit der Elektromaschine ist dabei diese Drehrichtung, die als Rotationsinformation am Rotationselement der Abtriebsseite der Elektromaschine ermittelt wurde, direkt korreliert mit einer Drehrichtung des Rotors der Elektromaschine, wobei insbesondere die zugrundeliegende Korrelation bekannt ist. Zum Ermitteln der Rotationsinformation können dabei bevorzugt von der Kontrolleinheit Sensoren angesteuert beziehungsweise ausgelesen werden, die bereits im Fahrzeug vorhanden sind, beispielsweise Getriebesensoren oder ESP-Radsensoren.
Diese beiden oben aufgeführten Korrelationen zwischen der Stromantwort und der Rotorposition beziehungsweise zwischen der Rotationsinformation und der Drehrichtung des Rotors werden im Schritt d) eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Kontrolleinheit verwendet, um die Rotorlage der Elektromaschine zu ermitteln. Dabei wird zum einen durch die Kontrolleinheit die in Schritt b) ermittelte Stromantwort der Elektromaschine ausgewertet. Durch diese Auswertung kann, insbesondere durch Verwendung und Einsatz des bekannten direkten Zusammenhangs zwischen der Stromantwort und der Rotorposition, in der Kontrolleinheit eine Information über die Rotorposition des Rotors in der Elektromaschine bereitgestellt werden. Ferner wird durch die Kontrolleinheit die in Schritt c) ermittelte Rotationsinformation des Rotationselements der Abtriebsseite der Elektromaschine ausgewertet. In dieser Auswertung wird dabei insbesondere der bekannte direkte Zusammenhang zwischen der Rotationsinformation des Rotationselements und einer Drehrichtung der Elektromaschine verwendet, um in der Kontrolleinheit eine Information über die Drehrichtung der Elektromaschine zu generieren. Zusammengefasst wird somit in Schritt d) eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Kontrolleinheit durch die Auswertung der in den Schritten b) und c) ermittelten Daten sowohl die Rotorposition als auch die Drehrichtung des Rotors der Elektromaschine und damit insgesamt die Rotorlage der Elektromaschine ermittelt. Diese Rotorlage kann wiederum beispielsweise als Eingabeparameter für eine Regelung, insbesondere für einen Beginn einer Regelung, der Elektromaschine dienen.
Zusammenfassend kann durch ein erfindungsgemäßes Verfahren eine Rotorlage einer Elektromaschine besonders einfach und insbesondere besonders zeitsparend und schnell ermittelt werden. Dies kann dadurch bereitgestellt werden, dass die Informationen, die zur Bestimmung der einzelnen Aspekte der Rotorlage, insbesondere der Rotorposition und der Drehrichtung des Rotors, zeitlich parallel und bevorzugt sogar gleichzeitig ermittelt werden können. Vor allem durch das erfindungsgemäße Berücksichtigen einer Abtriebsseite der Elektromaschine zum Ermitteln der Drehrichtung der Elektromaschine kann dies bereitgestellt werden. Ein Aussenden von wenigstens zwei zeitlich beabstandeten Stromimpulsen und/oder ein zeitlich andauerndes, kontinuierliches Überwachen der Elektromaschine kann dadurch vermieden werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass in Schritt c) eine Rotationsinformation eines Rotationselements aus folgender Liste ermittelt wird:

– Kupplung
– Abtriebswelle
– Getriebe
– Antriebsrad

Dabei ist diese Liste nicht abgeschlossen, so dass auch ein anderes Rotationselement als Quelle der Rotationsinformation dienen kann, soweit technisch möglich und sinnvoll. Insbesondere kann dabei das Rotationselement bevorzugt derart gewählt sein, dass die zur Ermittlung der Rotationsinformation verwendeten Sensoren bereits im Fahrzeug vorhanden sind. Auf diese Weise können bei der Herstellung des Fahrzeugs Kosten eingespart und das Fahrzeug insgesamt einfacher und kompakter ausgebildet sein.
Auch kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dahingehend ausgebildet sein, dass in Schritt d) bei der Auswertung der Rotationsinformation zum Bestimmen der Drehrichtung zumindest eine rotationsbeeinflussende Größe, insbesondere ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes, berücksichtig wird. Durch eine derartige rotationsbeeinflussende Größe kann sich dabei insbesondere eine Drehrichtung der Elektromaschine von einer Drehrichtung, die als Rotationsinformation des Rotationselements ermittelt wurde, deutlich unterscheiden. So können dabei nicht nur ein betragsmäßiger Unterschied, sondern sogar ein Unterschied im Vorzeichen und damit genau entgegengesetzte Drehrichtungen der Elektromaschine und des Rotationselements auftreten. Insbesondere kann sich dies auch während des Betriebs des Fahrzeugs ändern, beispielsweise wenn sich die Fahrtrichtung des Fahrzeugs umkehrt. Durch die Berücksichtigung der rotationsbeeinflussenden Größe kann somit sichergestellt werden, dass die in Schritt d) ermittelte Drehrichtung der Elektromaschine auch der tatsächlich vorherrschenden Drehrichtung der Elektromaschine entspricht.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass in Schritt d) eine Drehgeschwindigkeit des Rotors der Elektromaschine bestimmt wird. Diese Drehgeschwindigkeit kann dann wiederum als zusätzliche Information beim Ermitteln der Drehrichtung des Rotors der Elektromaschine verwendet werden. Eine Drehgeschwindigkeit des Rotors stellt dabei neben der Drehrichtung eine weitere Größe dar, die durch die Auswertung der Rotationsinformation des Rotationselements ermittelt werden kann. Insbesondere kann dabei bevorzugt auch eine oder mehrere rotationsbeeinflussende Größen, beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes, berücksichtigt werden. Auch ein zeitlicher Verlauf der Drehgeschwindigkeit kann ermittelt werden. Insgesamt kann durch diese zusätzliche Rotationsinformation eine Bestimmung der Drehrichtung des Rotors und insgesamt der Rotorlage der Elektromaschine weiter verbessert werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass basierend auf der in Schritt d) bestimmten Drehgeschwindigkeit des Rotors der Elektromaschine ein Regelungsverfahren, insbesondere ein EMK-Verfahren oder ein Anisotropie-Verfahren, zum Regeln der Elektromaschine ausgewählt wird. Für die Regelung einer Elektromaschine sind verschiedene Regelungsverfahren bekannt. Dabei sind die Einsatzbereiche der bekannten Regelungsverfahren zumeist von einer Drehgeschwindigkeit des Rotors der Elektromaschine abhängig, mit anderen Worten sind für verschiedene Drehgeschwindigkeiten die Regelungsverfahren unterschiedlich effektiv. So wird beispielsweise ein sogenanntes EMK-Verfahren, bei dem im Rotor und/oder im Stator induzierte Spannungen ausgewertet werden, bei einer sich bereits drehenden, insbesondere schnell drehenden, Elektromaschine eingesetzt, da dieses Verfahren für hohe beziehungsweise höhere Drehgeschwindigkeiten des Rotors der Elektromaschine besonders effektiv ist. Bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten und insbesondere bei einer stehenden Elektromaschine kann ein EMK-Verfahren jedoch nur eingeschränkt oder sogar gar nicht angewendet werden, so dass hier oftmals ein Anisotropie-Verfahren zum Einsatz kommt, bei dem der Elektromaschine zumeist ein hochfrequenter Sensierungsstrom aufgeprägt wird und eine induktive Antwort der Elektromaschine auf diesen Sensierungsstrom ausgewertet wird. Durch die Bestimmung einer Drehgeschwindigkeit des Rotors kann nun eine Entscheidungsbasis dafür bereitgestellt werden, welches der Regelungsverfahren verwendet wird. So kann beispielsweise eine Grenzgeschwindigkeit festgelegt werden, unterhalb derer ein Anisotropie-Verfahren und oberhalb derer ein EMK-Verfahren zum Einsatz kommt. Eine insgesamt optimierte und dadurch bessere Regelung einer Elektromaschine kann somit durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Elektromaschine für ein Fahrzeug, die Elektromaschine aufweisend einen Rotor und eine Kontrolleinheit. Eine erfindungsgemäße Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit zum Ausführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Damit bringt eine erfindungsgemäße Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug mit einer Elektromaschine. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung die die gleichen Vorteile mit sich, wie eine erfindungsgemäße Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Ferner ist eine erfindungsgemäße Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Somit bringt ein Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, das eine erfindungsgemäße Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist, die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Dabei kann ein erfindungsgemäßes Fahrzeug bevorzugt als ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug vorgesehen sein, dass die Kontrolleinheit zum Ermitteln der Rotationsinformation in Schritt c) zumindest einen Sensor des Fahrzeugs, insbesondere einen Getriebesensor und/oder einen ESP-Radsensor, verwendet. Die Abtriebsseite der Elektromaschine wird in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug zumindest im Wesentlichen durch Elemente des Fahrzeugs gebildet, beispielsweise durch Getriebe, Kupplungen, Abtriebswellen und/oder Antriebsrädern. Im Fahrzeug sind dabei zumeist Sensoren vorhanden, die den Betrieb dieser Elemente überwachen. Diese Sensoren, die beispielsweise als Getriebesensoren und/oder ESP-Radsensoren ausgebildet sind, können erfindungsgemäß auch verwendet und durch die Kontrolleinheit angesteuert und/oder ausgelesen werden, um eine Rotationsinformation des entsprechenden Rotationselements in der Abtriebsseite der Elektromaschine zu ermitteln. Zusätzliche Sensoren, die allein für diese Ermittlung einer Rotationsinformation im Zuge einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen wären, können so vermieden werden. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug kann auf diese Weise einfacher, kompakter und kostengünstiger ausgestaltet sein.
Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäß eines vierten Aspekts der Erfindung ein Computerprogrammprodukt zum Ermitteln einer Rotorlage einer Elektromaschine zur Verfügung gestellt, wobei das Computerprogrammprodukt zur Verwendung für eine wie vorstehend beschriebene Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und/oder für das vorstehend beschriebene Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ausgestaltet und zum Durchführen des vorstehend im Detail beschriebenen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung konfiguriert ist. So bringt auch das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie vorstehend ausführlich beschrieben worden sind. Durch das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt kann wie vorstehend dargestellt eine Rotorlage einer Elektromaschine vorteilhaft ermittelt werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und/oder Wirkungsweise sind dabei in den 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen jeweils schematisch:
1 ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik,
2 eine erfindungsgemäße Elektromaschine,
3 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug,
4 ein erfindungsgemäßes Verfahren,
5 Regelungsverfahren aufgetragen gegen eine Drehgeschwindigkeit, und
6 ein weiteres erfindungsgemäßes Fahrzeug.
1 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln einer Rotorlage 4 einer Elektromaschine 1 (jeweils nicht mit abgebildet) gemäß dem Stand der Technik. Dabei werden zumindest zwei Strom- beziehungsweise Spannungsimpulse 40 an die Elektromaschine 1 gesendet, wobei die Aussendung der Strom- beziehungsweise Spannungsimpulse 40 durch eine Wartezeit 42 gegeneinander verzögert ist. Entsprechend dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik wird eine Stromantwort 41 auf jeden der Strom- beziehungsweise Spannungsimpulse 40 ermittelt und aus allen gesammelten Informationen eine Rotorlage 4 der Elektromaschine 1 ermittelt. Diese Rotorlage 4 ermöglicht dann den Start eines Regelungsverfahrens 60 für einen geregelten Betrieb der Elektromaschine 1. Durch die benötigte Wartezeit 42 kann dieses Regelungsverfahren 60 jedoch erst verzögert und nicht sofort gestartet werden. Eine ähnliche Verzögerung eines Starts eines Regelungsverfahrens 60 ergibt sich auch bei Verfahren gemäß dem Stand der Technik, bei denen durch eine kontinuierliche Überwachung der Elektromaschine 1 deren Rotorlage 4 ermittelt wird.
Die 2, 3 und 4 zeigen eine erfindungsgemäße Elektromaschine 1, ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 20 sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren und werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. 2 zeigt dabei eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Elektromaschine 1, wie sie beispielsweise in einem in 3 abgebildeten erfindungsgemäßen Fahrzeug 20 eingesetzt werden kann. Eine derartige Elektromaschine 1 weist dabei insbesondere einen Rotor 3 und einen Stator 8 auf, die in dieser Ausgestaltungsform jeweils mit sechs Polen ausgebildet sind. Eine Rotorlage 4 der Elektromaschine 1 setzt sich dabei aus einer Rotorposition 5 des Rotors 3 und einer Drehrichtung 6 des Rotors 3 zusammen.
Die Elektromaschine 1 kann dabei Teil eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 20 sein, wie es in 3 abgebildet ist. Das Fahrzeug 20 ist in dieser Ausgestaltungsform als Hybridfahrzeug ausgebildet. So weist das Fahrzeug 20 neben der Elektromaschine 1 einen Verbrennungsmotor 22 auf, die mechanisch seriell zueinander angeordnet sind und beide zum Antreiben der Antriebsräder 23 des Fahrzeugs 20 ausgebildet sind. Ferner sind eine Batterie 25 und ein Umrichter 24 gezeigt, durch die die Elektromaschine 1 mit elektrischer Energie versorgbar ist. Zur Ermittlung dieser Rotorlage 4 wird erfindungsgemäß in einem ersten Schritt a) eines erfindungsgemäßen Verfahrens ein Strom- beziehungsweise Spannungsimpuls 40 an die Elektromaschine 1 gesendet, wie es beispielsweise in 4 abgebildet ist. Dabei wird dies und alle weiteren Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine Kontrolleinheit 2 durchgeführt, die bevorzugt als Teil der erfindungsgemäßen Elektromaschine 1 ausgebildet ist. Das Verfahren kann ferner als ein Computerprogrammprodukt 50 in der Kontrolleinheit 2 gespeichert sein, welches durch diese ausgeführt wird. Durch die Kontrolleinheit 2 wird in einem Schritt b) eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Stromantwort 41 der Elektromaschine 1 ermittelt. Diese Stromantwort 41 ist dabei direkt korreliert zur Rotorposition 5 des Rotors 3 der Elektromaschine 1. Zusätzlich und erfindungsgemäß bevorzugt gleichzeitig dazu wird in einem Schritt c) eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Rotationsinformation 12 eines Rotationselements 11 durch die Kontrolleinheit 2 ermittelt. Dabei ist erfindungsgemäß das Rotationselement 11 in einer Abtriebsseite 10 der Elektromaschine 1 angeordnet und bevorzugt als ein Teil des Fahrzeugs 20 ausgebildet. So kann das Rotationselement 11 beispielsweise eine Kupplung 13, eine Abtriebswelle 14, ein Getriebe 15 und/oder ein Antriebsrad 23 sein. Bevorzugt wird dabei ferner die Rotationsinformation 12 durch einen Sensor 21 ermittelt, der im Fahrzeug 20 bereits vorhanden ist, beispielsweise durch einen Getriebesensor oder einen ESP-Sensor. Dadurch kann ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 20 besonders einfach, kompakt und kostengünstig ausgebildet sein. Dabei steht diese ermittelte Rotationsinformation 12 des Rotationselements 11 in direktem Zusammenhang mit der Drehrichtung 6 des Rotors 3 der Elektromaschine 1. Dadurch ist es in einem Schritt d) eines erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, aus den in den Schritten b) und c) ermittelten Informationen direkt die Rotorlage 4 des Rotors 3 beziehungsweise der Elektromaschine 1 zu bestimmen. Dabei können bevorzugt auch rotationsbeeinflussende Größen, wie beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes 15 in der Abtriebsseite 10 der Elektromaschine 1, bei der Ermittlung der Rotorlage 4 berücksichtigt werden. Auch durch ein Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit 7 (nicht mit abgebildet) des Rotors 3 der Elektromaschine 1 kann eine Ermittlung der Rotorlage 4 weiter verbessert werden.
Insbesondere in 4 wird dabei der Vorteil der vorliegenden Erfindung, realisiert durch ein erfindungsgemäßes Verfahren, ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt 50, eine erfindungsgemäße Elektromaschine 1 oder ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 20, deutlich. Durch die parallele Ermittlung der Rotorposition 5 und der Drehrichtung 6 ist es möglich, direkt nach dem Strom- beziehungsweise Spannungsimpuls 40 die Rotorlage 4 zu ermitteln. Ein zusätzlicher Strom- beziehungsweise Spannungsimpuls 40, der erst nach einer Wartezeit 42 (jeweils nicht mit abgebildet) ausgesendet werden könnte, ist nicht nötig. So kann sofort mit der Ausführung eines Regelungsverfahrens 60 begonnen werden, durch das beispielsweise durch ein entsprechendes Ansteuern des Umrichters 24 die Elektromaschine 1 geregelt betrieben wird, um insbesondere beispielsweise einen besonders effektiven Betrieb der Elektromaschine 1 zu gewährleisten. Insgesamt kann somit durch das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ein besonders schnelles, sicheres und gleichzeitig einfaches Ermitteln einer Rotorlage 4 einer Elektromaschine 1 bereitgestellt werden, wodurch ein sicherer Betrieb der Elektromaschine 1, geregelt durch ein Regelungsverfahren 60, besonders schnell begonnen werden kann.
Wie in Bezug auf die 2, 3 und 4 bereits ausgeführt, kann durch Auswerten der Rotationsinformation 12 des Rotationselements 11 (jeweils nicht mit abgebildet) auch eine Drehgeschwindigkeit 7 des Rotors 3 der Elektromaschine 1 (nicht mit abgebildet) ermittelt werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, da verschiedene Regelungsverfahren 60 für jeweils unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten 7 am besten geeignet sind. So ist beispielsweise ein EMK-Verfahren 61, bei dem im Rotor 3 und/oder im Stator 8 induzierte Spannungen ausgewertet werden, für hohe Drehgeschwindigkeiten 7 besser geeignet als ein Anisotropie-Verfahren 62, bei dem der Elektromaschine 1 zumeist ein hochfrequenter Sensierungsstrom aufgeprägt wird und dann eine induktive Antwort der Elektromaschine 1 auf diesen Sensierungsstrom ausgewertet wird. Besonders vorteilhaft wird dabei gemäß der Erfindung eine Grenzgeschwindigkeit 63 festgelegt, wobei bei einer Drehgeschwindigkeit 7 oberhalb der Grenzgeschwindigkeit 63 das EMK-Verfahren 61, bei einer Drehgeschwindigkeit 7 unterhalb der Grenzgeschwindigkeit 63 das Anisotropie-Verfahren 62 zur Regelung eines Betriebs der Elektromaschine 1 verwendet wird. Eine besonders gute Regelung der Elektromaschine 1, insbesondere unabhängig von einer Drehgeschwindigkeit 7 eines Rotors 3 der Elektromaschine 1, kann dadurch bereitgestellt werden.
6 zeigt ein weiteres Fahrzeug 20 mit einer erfindungsgemäßen Elektromaschine 1, wobei die Elektromaschine 1 eine Kontrolleinheit 2 aufweist, die zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer Rotorlage 4 (nicht mit abgebildet) ausgestaltet ist. Außerdem ist in 6 ein Computerprogrammprodukt 50 zum Ermitteln einer Rotorlage 4 einer Elektromaschine 1 dargestellt, das zur Verwendung für die Elektromaschine 1 und/oder für das Fahrzeug 20 ausgestaltet und zum Durchführen eines wie vorstehend beschriebenen Verfahrens konfiguriert ist.
Bezugszeichenliste

1: Elektromaschine
2: Kontrolleinheit
3: Rotor
4: Rotorlage
5: Rotorposition
6: Drehrichtung
7: Drehgeschwindigkeit
8: Stator
10: Abtriebsseite
11: Rotationselement
12: Rotationsinformation
13: Kupplung
14: Abtriebswelle
15: Getriebe
20: Fahrzeug
21: Sensor
22: Verbrennungsmotor
23: Antriebsrad
24: Umrichter
25: Batterie
40: Strom- beziehungsweise Spannungsimpuls
41: Stromantwort
42: Wartezeit
50: Computerprogrammprodukt
60: Regelungsverfahren
61: EMK-Verfahren
62: Anisotropie-Verfahren
63: Grenzgeschwindigkeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10311028 B4 [0004]
DE 102008045630 A1 [0004]
DE 102009029896 A1 [0004]
DE 102009011674 A1 [0004]
DE 2009045247 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Rotorlage (4) einer Elektromaschine (1) eines Fahrzeugs (20) durch eine Kontrolleinheit (2), wobei die Rotorlage (4) eine Rotorposition (5) und eine Drehrichtung (6) eines Rotors (3) der Elektromaschine (1) umfasst, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Senden eines Stromimpulses (40) an die Elektromaschine (1), b) Ermitteln einer Stromantwort (41) der Elektromaschine (1) auf den in Schritt a) gesendeten Stromimpuls (40), c) Ermitteln einer Rotationsinformation (12) eines Rotationselements (11) einer Abtriebsseite (10) der Elektromaschine (1), und d) Ermitteln der Rotorlage (4) der Elektromaschine (1) durch Auswerten der in Schritt b) ermittelten Stromantwort (41) zum Bestimmen der Rotorposition (5) des Rotors (3) der Elektromaschine (1) und durch Auswerten der in Schritt c) ermittelten Rotationsinformation (12) zum Bestimmen der Drehrichtung (6) des Rotors (3) der Elektromaschine (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) eine Rotationsinformation (12) eines Rotationselements (11) aus folgender Liste ermittelt wird: – Kupplung (13) – Abtriebswelle (14) – Getriebe (15) – Antriebsrad (23)
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) bei der Auswertung der Rotationsinformation (12) zum Bestimmen der Drehrichtung (6) zumindest eine rotationsbeeinflussende Größe, insbesondere ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes (15), berücksichtig wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) eine Drehgeschwindigkeit (7) des Rotors (3) der Elektromaschine (1) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der in Schritt d) bestimmten Drehgeschwindigkeit (7) des Rotors (3) der Elektromaschine (1) ein Regelungsverfahren (60), insbesondere ein EMK-Verfahren (61) oder ein Anisotropie-Verfahren (62), zum Regeln der Elektromaschine (1) ausgewählt wird.
Elektromaschine (1) für ein Fahrzeug (20), die Elektromaschine (1) aufweisend einen Rotor (3) und eine Kontrolleinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (2) zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.
Fahrzeug (20) mit einer Elektromaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (1) nach Anspruch 6 ausgebildet ist.
Fahrzeug (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (2) zum Ermitteln der Rotationsinformation (12) in Schritt c) zumindest einen Sensor (21) des Fahrzeugs (20), insbesondere einen Getriebesensor und/oder einen ESP-Radsensor, verwendet.
Computerprogrammprodukt (50) zum Ermitteln einer Rotorlage (4) einer Elektromaschine (1), das zur Verwendung in einer Kontrolleinheit (2) einer Elektromaschine (1) nach Anspruch 6 und/oder für ein Fahrzeug (20) nach Anspruch 7 ausgestaltet und zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 konfiguriert ist.