DE102016226256A1

DE102016226256A1 - Elektrische Maschine mit synchroner Pulsmustererzeugung

Info

Publication number: DE102016226256A1
Application number: DE102016226256.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Strache; Thomas Koss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-06-28
Also published as: WO2018121906A1; CN110089024A; CN110089024B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor. Der Stator weist eine Mehrzahl von Statorspulen auf. Die elektrische Maschine weist auch wenigstens zwei Leistungsendstufen auf, welche jeweils ausgangsseitig mit einem Teil der Statorspulen verbunden sind. Erfindungsgemäß weist die elektrische Maschine eine Mastereinheit auf, wobei die Mastereinheit ausgebildet ist, ein Mastersynchronisationssignal zur zeitlich gemeinsamen Ansteuerung der Statorspulen zu erzeugen. Die elektrische Maschine weist wenigstens zwei Slave-Einheiten auf, welche jeweils einen Pulsmuster-Generator und eine eingangsseitig mit dem Pulsmuster-Generator verbundene Leistungsendstufe aufweist. Die Slave-Einheit ist ausgebildet, in Abhängigkeit des Mastersynchronisationssignals, ein Pulsmuster-Signal zum Drehbewegen des Rotors zu erzeugen. Die Slave-Einheiten sind jeweils ausgebildet, ein Slave-Taktsignal zum Erzeugen des Pulsmuster-Signals zu erzeugen, und das Mastersyncsignal mittels des Slave-Taktsignals zu erfassen, insbesondere abzutasten, und das Pulsmuster-Signal in Abhängigkeit des Mastersyncsignals derart zeitgleich zu erzeugen, dass ein durch das Pulsmuster-Signal repräsentierter Pulsmuster-Takt durch das Mastersyncsignal bestimmt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor. Der Stator weist eine Mehrzahl von Statorspulen auf. Die elektrische Maschine weist auch wenigstens zwei Leistungsendstufen auf, welche jeweils ausgangsseitig mit einem Teil der Statorspulen verbunden sind.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß weist die elektrische Maschine wenigstens oder nur eine Mastereinheit auf, wobei die Mastereinheit ausgebildet ist, ein Mastersynchronisationssignal, im Folgenden auch Mastersyncsignal genannt, zur zeitlich gemeinsamen Ansteuerung der Statorspulen zu erzeugen. Die elektrische Maschine weist wenigstens zwei Slave-Einheiten auf, welche jeweils einen Pulsmuster-Generator und eine eingangsseitig mit dem Pulsmuster-Generator verbundene Leistungsendstufe aufweist. Die Slave-Einheit ist ausgebildet, in Abhängigkeit des Mastersyncsignals, und insbesondere einem von der Mastereinheit erzeugten Master-PWM-Vorgabesignal, ein Pulsmuster-Signal, insbesondere PWM-Signal (PWM = Puls-Weiten-Modulation) zum Drehbewegen des Rotors zu erzeugen. Die Slave-Einheiten sind jeweils ausgebildet, ein - insbesondere konstantes oder unveränderliches - Slave-Taktsignal zum Erzeugen des Pulsmuster-Signals zu erzeugen, und das Mastersyncsignal mittels des Slave-Taktsignals zu erfassen, insbesondere abzutasten, und das Pulsmuster-Signal in Abhängigkeit des Mastersyncsignals derart zeitgleich zu erzeugen, dass ein durch das Pulsmuster-Signal repräsentierter Pulsmuster-Takt - insbesondere nur - durch das Mastersyncsignal bestimmt ist. Vorteilhaft kann die zeitgleiche Erzeugung des Pulsmuster-Signals unabhängig von einer Frequenzabweichung der Slave-Taktsignale untereinander erfolgen.
Bevorzugt weist das Mastersyncsignal eine zeitliche Folge von insbesondere ansteigenden und/oder abfallenden Flanken auf. Weiter bevorzugt weist das Mastersyncsignal zeitlich - insbesondere periodisch oder nichtperiodisch - aufeinanderfolgende Pulse und Pulspausen auf, wobei auf einen Puls eine Pulspause folgt. Der Puls weist eine Pulsdauer auf und die Pulspause weist eine Pulspausendauer auf. Ein Puls und eine Pulspause bilden gemeinsam eine Pulsperiode mit einer Pulsperiodendauer. Bevorzugt weist der Puls eine ansteigende und eine abfallende Flanke auf. Beispielsweise ist der Puls durch einen Rechteckpuls, einen Sägezahnpuls oder einen Dreieckpuls gebildet.
Dadurch können die Slave-Einheiten vorteilhaft untereinander zeitsynchron, insbesondere in Übereinstimmung mit dem Mastersyncsignal, zeitlich aufeinanderfolgende PWM-Einzelpulse erzeugen und so den Rotor zeitgleich zum Drehbewegen ansteuern. Vorteilhaft kann so bei einer elektrischen Maschine eine redundante pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Stators gebildet sein, wobei die redundante Ansteuerung durch wenigstens zwei oder eine Mehrzahl voneinander unabhängige Pulsmuster-Generatoren in den Slave-Einheiten erfolgen kann. Jede Slave-Einheit ist dabei wenigstens einer Statorspule oder einer Mehrzahl von Statorspulen des Stators zugeordnet. Beispielsweise kann eine dreiphasige elektrische Maschine für jede Phase einen eigenen Pulsmuster-Generator aufweisen. Die Pulsmustererzeugungen in den so gebildeten, drei unabhängig voneinander arbeitenden Pulsmuster-Generatoren in drei Slave-Einheiten können so durch die zeitlich parallel zueinander erfolgende Abtastung des Mastersyncsignals durch die Slave-Einheiten zeitsynchron zueinander arbeiten, auch wenn die Zeittakte der Slave-Einheiten, beispielsweise bedingt durch zueinander verschiedene Temperaturen, oder Bauteiltoleranzen, zueinander verschieden sind, und voneinander abweichen. Vorteilhaft kann bei der vorgenannten elektrischen Maschine, ein Schwingquarz eines Zeitgebers einer Slave-Einheit ein Zeitsignal erzeugen, dessen Frequenz von einem Zeitsignal des Zeitgebers einer weiteren Slave-Einheit - beispielsweise aufgrund von Bauteiltoleranzen oder zueinander verschiedener Temperaturen elektronischer Bauteile - abweicht, da die Frequenzabweichung der Slave-Einheit so keinen Einfluss hat auf die PWM-Erzeugung hat. Der Slave-Takt, repräsentiert durch das Slave-Taktsignal, kann somit - abgesehen von der erwähnten Temperaturdrift oder Bauteilveränderung - unverändert bleiben, und braucht so nicht elektronisch angepasst oder nachgeführt werden.
Vorteilhaft braucht ein Taktsignal eines Zeitgebers der Slave-Einheit so nicht verändert werden und kann mit seiner durch Bauteiltoleranz oder Temperaturänderung verursachten Frequenzverstimmung zu den übrigen Slave-Einheiten oder hinsichtlich des Mastersyncsignals, weiterschwingen. Eine zeitliche Übereinstimmung der PWM-Signale der Slave-Einheiten wird so durch eine Anpassung der Pulsdauer des von dem PWM-Generator der Slave-Einheit erzeugten PWM-Einzelpulses bewirkt. Beispielsweise kann ein PWM-Einzelpuls einer schneller schwingenden Slave-Einheit mittels mehr Slave-Taktperioden oder Taktschwingungen erzeugt sein als ein PWM-Einzelpuls von einer im Vergleich dazu langsamer schwingenden weiteren Slave-Einheit. Vorteilhaft bewirkt die zeitgenaue Ansteuerung der Slave-Einheiten eine Effizienzsteigerung bei der Drehmomenterzeugung und eine Verringerung der von der Maschine verursachten Störgeräusche.
Bevorzugt weist die Mastereinheit eine Verarbeitungseinheit, insbesondere einen Rechenprozessor, beispielsweise einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, auf. Die Mastereinheit ist bevorzugt ausgebildet, das Mastersyncsignal zu erzeugen, welches einen Vorgabe-Zeittakt zum Erzeugen des PWM-Signals, insbesondere eines PWM-Taktes repräsentiert, und dieses an die Slave-Einheit zu senden.
Bevorzugt ist die Mastereinheit, insbesondere die Verarbeitungseinheit, ausgebildet, für jede Slave-Einheit ein - insbesondere für die jeweilige Slaveeinheit individuell erzeugtes - Master-PWM-Vorgabesignal zu erzeugen, das eine Pulsweite, insbesondere Pulsdauer, eines durch die Slave-Einheit zu erzeugenden PWM-Pulses repräsentiert und dieses an die Slave-Einheit zu senden. Die Mastereinheit kann so für die Slave-Einheiten zueinander verschiedene Master-PWM-Vorgabesignale erzeugen und so eine Soll-Drehbewegung des Rotors vorgeben.
Bevorzugt weist die Slave-Einheit einen Eingang für das Master-PWM-Vorgabesignal auf und ist mit der Mastereinheit mindestens mittelbar verbunden und ausgebildet, das PWM-Signal in Abhängigkeit des Master-PWM-Vorgabesignals zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Maschine einen Datenbus auf, wobei die Mastereinheit mittels des Datenbus mit den Slave-Einheiten verbunden und ausgebildet ist, das Master-PWM-Vorgabesignal über den Datenbus an die Slave-Einheit zu senden.
Bevorzugt repräsentiert das Master-PWM-Vorgabesignal ein Pulsmuster des von der Slave-Einheit zu erzeugenden PWM-Signals. Das Master-PWM-Vorgabesignal repräsentiert so mittelbar ein von dem Rotor zu erzeugendes Drehmoment und/oder eine Rotordrehzahl.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Slave-Einheit einen Eingang für das Mastersyncsignal auf. Die Slave-Einheit weist bevorzugt eine Verarbeitungseinheit, insbesondere eine Recheneinheit, auf, welche ausgebildet ist, eine Zahl der Taktpulse oder Taktschwingungen des Slave-Taktsignals zu ermitteln, welche dem durch das Mastersyncsignal repräsentierten zeitlichen Flanken- oder Pulsabstand aufeinanderfolgender Flanken oder Pulse entspricht, und die Pulsmuster-Perioden, insbesondere eine Pulsfolgetaktfrequenz aufeinanderfolgender PWM-Einzelpulse, entsprechend der ermittelten Zahl der Taktpulse des Slave-Taktsignals zu erzeugen.
Bevorzugt ist die Slave-Einheit ausgebildet, einen die Zahl der Taktpulse repräsentierenden PWM-Periodendatensatz zu erzeugen und diesen abzuspeichern. Der PWM-Periodendatensatz repräsentiert bevorzugt die Zahl der Schwingungen des Slave-Takts, welche einer vorbestimmten Zahl von Pulsmuster-Perioden entsprechen. Bevorzugt kann die Slave-Einheit eine vorbestimmte Anzahl von Pulsmuster-Perioden in Abhängigkeit des erzeugten Datensatzes erzeugen. Die Slave-Einheit kann so - bevorzugt kontinuierlich - oder in vorbestimmten Zeitabständen, das Mastersyncsignal abtasten und so eine mögliche Temperaturdrift oder Frequenzveränderung des eigenen Taktsignals zum Erzeugen des Pulsmuster-Signals mittels einer - insbesondere kontinuierlichen Anpassung an das Mastersyncsignal, insbesondere den zeitlichen Flankenabstand aufeinanderfolgender Flanken oder Pulse, kompensieren und so eine Abweichung des PWM-Taktes verhindern.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mastereinheit ausgebildet, ein Periodenanzahlsignal zu erzeugen, welches eine Zahl der während einer Pulsfolgedauer oder Pulsperiode des Mastersyncsignals zu erzeugenden Pulsmuster-Perioden repräsentiert. Die Slave-Einheit weist bevorzugt einen Eingang für das Periodenanzahlsignal auf,. und ist ausgebildet, eine Taktdauer, insbesondere eine Zahl der Taktpulse des Slave-Taktsignals die einer Pulsmuster-Periode entspricht, in Abhängigkeit des Periodenanzahlsignals zu ermitteln. Mittels des Periodenanzahlsignals, welches von der Mastereinheit an die Slave-Einheit gesendet werden kann, kann so eine Zahl der Pulsmuster-Perioden, welche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Taktpulsen des Mastersyncsignals von den Slave-Einheiten zueinander zeitsynchron erzeugt werden sollen, durch die Mastereinheit dynamisch vorgegeben werden. Das Periodenanzahlsignal kann beispielsweise über einen Datenbus gemeinsam mit dem PWM-Vorgabesignal an die Slave-Einheiten gesendet werden.
Anders als zuvor beschrieben, kann die Zahl der Pulsmuster-Perioden, welche von den Slave-Einheiten entsprechend dem zeitlichen Pulsfolgeabstand oder dem Pulstakt des Mastersyncsignals zu erzeugen sind, für die elektrische Maschine, und so für die Mastereinheit und die Slave-Einheiten, vorbestimmt sein. So kann die Slave-Einheit vorteilhaft das Pulsmuster-Signal für eine Pulsmusterperiode entsprechend dem Mastersyncsignal erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Slave-Einheit eine Recheneinheit auf, welche ausgebildet ist, einen Taktpulse repräsentierenden Divisionsrest aus seiner Ermittlung der Taktdauer der Pulsmuster-Periode auf eine Taktdauer mindestens mittelbar aufeinanderfolgender folgender Pulsmuster-Perioden oder Pulsmuster-Halbperioden - insbesondere in Abhängigkeit des Mastersyncsignals - aufzuaddieren, und so eine Pulsmuster-Periode mit verlängerter Taktdauer zu erzeugen. Auf diese Weise kann ein Fehler, insbesondere eine Frequenzabweichung bei der Pulsmustergeneration in den Slave-Einheiten, bezogen auf eine Neusynchronisierung der Pulsmustergeneratoren, minimiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Recheneinheit der Slave-Einheit ausgebildet, auf zeitlich aufeinanderfolgende Pulsmuster-Perioden oder Pulsmuster-Halbperioden jeweils einen Taktpuls aufzuaddieren, bis der Divisionsrest verbraucht ist. So kann der Divisionsrest vorteilhaft aufwandsgünstig - beispielsweise mittels eines iterativ arbeitenden Binär-Algorithmus - auf aufeinanderfolgende Pulsmuster-Perioden verteilt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgebildet, auf zeitlich aufeinanderfolgende Pulsmuster-Perioden oder Pulsmuster-Halbperioden unter Auslassung wenigstens einer Pulsmuster-Periode jeweils einen Taktpuls aufzuaddieren, bis der Divisionsrest verbraucht ist. Der Divisionsrest repräsentiert bevorzugt eine ganzzahlige Zahl von Taktpulsen. Auf diese Weise kann eine Gleichlaufschwankung der elektrischen Maschine besonders gering ausgebildet sein, insoweit eine Taktdaueränderung der einzelnen Pulsmuster-Perioden gleichmäßig über ein von den Slave-Einheiten erzeugte PWM-Muster, repräsentiert durch das PWM-Signal, verteilt ist.
Bevorzugt ist die Recheneinheit ausgebildet, jede zweite oder jede dritte Pulsmuster-Periode auszulassen, sodass eine Folge mit Additionslücken aufeinanderfolgender Pulsmuster-Perioden gebildet ist. Dadurch kann eine gleichmäßige Verteilung der durch den Divisionsrest repräsentierten verbleibenden Pulsmuster-Pulse im PWM-Signal gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die elektrische Maschine für jede Phase der Maschine eine Slave-Einheit auf. Vorteilhaft kann die elektrische Maschine so - anders als eine elektrische Maschine mit nur einem Pulsmuster-Generator und beispielsweise einer B6-Brücke, welche ausgebildet ist, die Statorspulen eines Stators zu bestromen - zueinander redundante Notlaufeigenschaften, gebildet durch die autonome Pulsmustererzeugung der Slave-Einheiten aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die elektrische Maschine wenigstens zwei Teilmaschinen auf, welche jeweils dieselbe Phasenzahl aufweisen, wobei die Maschine für jede Teilmaschine, weiter bevorzugt für jede Phase der Teilmaschine - wenigstens eine Slave-Einheit aufweist. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine vorteilhaft beim Ausfall eines Teils einer Teilmaschine oder einem vollständigen Ausfall einer Teilmaschine mit der übrigen Teilmaschine oder im Falle mehrerer Teilmaschinen mit den übrigen Teilmaschinen noch sicher weiter betrieben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt eine Taktfrequenz des Slave-Taktes ein Vielfaches der Flanken- oder Pulsfolgefreqenz des Mastersyncsignals. Beispielsweise beträgt eine Taktfrequenz des Slave-Taktes mehr als zehn Megahertz, beispielsweise 33 Megahertz. Eine Flanken- oder Pulsfolgefrequenz, des Mastersyncsignals beträgt beispielsweise weniger als 100 Kilohertz, beispielsweise 20 Kilohertz.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mastereinheit ausgebildet, eine Periodendauer, bevorzugt eine Folgefrequenz des Mastersyncsignals, und somit insbesondere einen zeitlichen Abstand der Pulse, die Pulsdauer der Pulse und/oder die Länge der Pulspausen zwischen zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Flanken oder Pulsen, zu ändern. Bei einer Modulation der Pulsdauer der Pulse kann eine Pulspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen konstant bleiben. Dazu kann das Mastersyncsignal - beispielsweise durch einen Modulator der Mastereinheit, insbesondere Pulsweitenmodulator, - moduliert werden. Vorteilhaft kann so eine PWM-Frequenz des von der Slave-Einheit erzeugten PWM-Signals von der Mastereinheit über das Mastersyncsignal gesteuert werden. Die Slave-Einheiten erzeugen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flanken oder Pulsen eine vorbestimmte Anzahl von PWM-Perioden, oder eine dem Periodenanzahlsignal entsprechende Anzahl von PWM-Perioden. Dadurch kann vorteilhaft eine Frequenzbandbreite der PWM-Erzeugung durch das Mastersynchronisationssignal geändert und so beeinflusst werden. Beispielweise bewirkt eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Periodendauer der Pulsfolge des Mastersyncsignals eine Veränderung des PWM-Frequenzgehaltes, insbesondere einer spektralen Leistungsdichte, was vorteilhaft eine Veränderung einer Störabstrahlung von elektromagnetischen Wellen bewirkt.
Bevorzugt ist die Mastereinheit ausgebildet, die Folgefrequenz, insbesondere einen zeitlichen Abstand der Pulse oder die Länge der Pulspausen zwischen zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Flanken oder Pulsen des Mastersyncsignals zufällig, insbesondere in Abhängigkeit einer erzeugten Zufallszahl zu ändern. Bevorzugt ist die Mastereinheit oder eine mit der Mastereinheit verbundene Verarbeitungseinheit, insbesondere Mikroprozessor oder Mikrocontroller, ausgebildet, die Folgefrequenz mit einem Folgefrequenzwert innerhalb eines vorbestimmten Frequenzintervalls zufällig zu erzeugen, sodass eine Frequenzbandbreite der von den Slaves erzeugten PWM-Signale vergrößert ist. Mit der Vergrößerung der Frequenzbandbreite wird die Energie der PWM-Pulse so innerhalb eines Frequenzspektrums verteilt, was eine positive Auswirkung auf ein EMV-Abstrahlverhalten (EMV = Elektro-Magnetische Verträglichkeit) hat.
Die Mastereinheit kann dazu einen Modulator aufweisen, welcher ausgebildet ist, eine Pulsfolgefrequenz des Mastersyncsignals derart - bevorzugt mittels einer auf die Periodendauer aufmodulierten Änderung oder Schwankung der Periodendauer der Pulsfolge - zu modulieren, dass ein Frequenzgehalt des PWM-Signals - insbesondere im Vergleich ohne Modulation - vergrößert ist. Bevorzugt ist der Modulator ausgebildet, ein Frequenzband oder Frequenzintervall der PWM-Erzeugung zu vergrößern. Bevorzugt ist der Modulator ausgebildet, die Modulation derart zu erzeugen, dass dem PWM-Signal ein weißes Rauschen, insbesondere Bandrauschen einer vorbestimmten Frequenzbandbreite überlagert ist. In einer anderen Ausführungsform ist der Modulator ausgebildet, die Modulation mittels Chirp-Modulation, Sinus-Modulation, Frequency-Hopping oder Dithering innerhalb einer vorbestimmten Modulationsbandbreite der Pulsfolgefrequenz durchzuführen.
Die Erfindung betrifft auch einen elektrischen Antrieb für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug mit einer elektrischen Maschine der vorbeschrieben Art, wobei die Maschine ausgebildet ist ein Drehmoment zum Bewegen des Fahrzeugs zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft auch eine Servolenkung für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine der vorbeschrieben Art, wobei die Maschine ausgebildet ist, ein unterstützendes Lenkmoment zum Fahrzeuglenken zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine.
Bei dem Verfahren bilden wenigstens zwei Teile der Statorspulen der Maschine jeweils eine Teilmaschine.
Die Teilmaschine wird von einer mit der Teilmaschine verbundenen Slave-Einheit angesteuert, wobei ein Ansteuermuster zum Bestromen der Teilmaschine von der Slave-Einheit erzeugt wird.
Eine Zeitsynchronisation der Slave-Einheiten untereinander wird dabei durch ein Mastersyncsignal vorgegeben, das ein Zeitintervall umfassend einen Startzeitpunkt und einen Endzeitpunkt für eine vorbestimmte Zahl - oder von der Mastereinheit gesondert mittels eines Periodenanzahlsignals übermittelte Zahl - von den Slave-Einheiten zu erzeugenden PWM-Perioden repräsentiert.
Die Slave-Einheiten weisen jeweils einen Zeitgeber auf, welcher ein einen Zeittakt repräsentierendes Slave-Taktsignal für die Slave-Einheit unabhängig von dem Master, insbesondere von einem Zeitgeber des Masters erzeugt, wobei das Slave-Taktsignal einen Zeittakt repräsentiert, mit dem die Slaveeinheit, insbesondere ein Mikroprozessor oder Mikrocontroller der Slave-Einheit getaktet ist. Bevorzugt bleibt das Slave-Taktsignal unverändert. Das Mastersyncsignal wird von der Slave-Einheit mit dem Zeittakt des Slave-Taktsignals der Slave-Einheit abgetastet, und eine Zahl der Taktpulse oder Taktschwingungen des Slave-Taktsignals ermittelt, welche der durch das Mastersyncsignal repräsentierten zeitlichen Folge insbesondere ansteigender oder abfallender Flanken entspricht. Bevorzugt wird von der Slave-Einheit eine Zahl der Taktpulse oder Taktschwingungen des Slave-Taktsignals ermittelt, welche einer Periodendauer zwischen aufeinanderfolgenden Flanken, beispielsweise ansteigenden oder abfallenden Flanken oder Pulsen entspricht. Weiter werden von der Slave-Einheit, insbesondere dem PWM-Generator der Slave-Einheit die Pulsmuster-Perioden für einen Rotorumlauf entsprechend der Zahl der Taktpulse erzeugt. Eine Pulsperiode mit der vorgenannten Periodendauer weist bevorzugt eine Pulspause und einen Puls auf.
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 ein Ausführungsbeispiel für eine elektrische Maschine, welche eine Mastereinheit und zwei Slaveeinheiten aufweist, wobei die Slave-Einheiten jeweils ausgebildet sind, eine von der Mastereinheit als Mastersyncsignal erzeugte Pulsfolge abzutasten und eine dem Mastersyncsignal entsprechende Anzahl der Slavetakte zu ermitteln und so eine zeitliche Synchronisation untereinander zu erzeugen;
2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren, gemäß dem die in 1 dargestellten Slave-Einheiten der elektrischen Maschine untereinander synchronisiert werden können;
3 zeigt schematisch eine zeitliche Folge von Pulsmuster-Perioden, unter denen ein Divisionsrest umfassend einzelne Slave-Takte auf aufeinanderfolgende Pulsmuster-Perioden unter Addition einzelner Pulsmuster-Takte verteilt ist, so dass die einzelnen Pulsmuster-Perioden jeweils zeitlich länger als Pulsmuster-Perioden ausgebildet sind, auf die keine Slave-Takte addiert sind;
4 zeigt schematisch eine zeitliche Folge von Pulsmuster-Perioden, unter denen ein Divisionsrest umfassend einzelne Slave-Takte auf aufeinanderfolgende Pulsmuster-Perioden bei Auslassung einzelner Pulsmuster-Perioden verteilt ist;
5 zeigt eine Steuereinheit für eine elektrische Maschine, wobei die Steuereinheit eine Mastereinheit und mehrere Slave-Einheiten aufweist, welche über einen Datenbus mit der Mastereinheit verbunden sind.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2 auf und einen insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor 3. Der Stator 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel sechs Statorspulen, nämlich eine Statorspule 4, eine Statorspule 5 und eine Statorspule 6, auf, welche gemeinsam eine Teilmaschine 10 ausbilden. Drei weitere Statorspulen der sechs Statorspulen, nämlich eine Statorspule 7, eine Statorspule 8 und eine Statorspule 9, bilden gemeinsam eine weitere Teilmaschine 11. Der Stator 2 weist somit zwei Teilmaschinen auf. Die Statorspulen der Teilmaschinen sind in diesem Ausführungsbeispiel in Sternschaltung miteinander verbunden. Die Statorspulen der Teilmaschinen können - anders als in 1 dargestellt - auch in Dreieckschaltung miteinander verbunden sein. Die Statorspulen 4, 5, 6, 7, 8 und 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel innerhalb des Stators 2 schematisch dargestellt. Eine physikalische Anordnung der Statorspulen auf dem Stator kann beispielsweise für jede Teilmaschine einen Umlaufwinkel von 120 Grad zwischen zwei zueinander benachbarten Statorspulen derselben Teilmaschine einschließen.
Die elektrische Maschine 1 weist auch eine Leistungsendstufe 12 auf, welche ausgangsseitig über einen Ausgangsanschluss 28 mit den Statorspulen 4, 5 und 6 der Teilmaschine 10 verbunden ist und welche ausgebildet ist, die Statorspulen 4, 5 und 6 der Teilmaschine 10 zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zu bestromen. Die elektrische Maschine 1 weist auch eine Leistungsendstufe 13 auf, welche ausgangsseitig über einen Ausgangsanschluss 29 mit den Statorspulen 7, 8 und 9 der Teilmaschine 11 verbunden ist.
Die elektrische Maschine 1 weist beispielsweise auch einen Rotorpositionssensor 14 auf, welcher beispielsweise durch einen Hall-Sensor, einen GMR-Sensor (GMR = Giant-Magneto-Resistive) oder einen AMR-Sensor (AMR = Anisotrope-Magneto-Resistive) gebildet ist. Der Rotorpositionssensor 14 ist ausgebildet, eine Rotorposition des Rotors 3 zu erfassen und ein die Rotorposition repräsentierendes Rotorpositionssignal zu erzeugen. Die elektrische Maschine 1 weist auch eine Slave-Einheit 15 auf, welche die Leistungsendstufe 12 umfasst und eine Slave-Einheit 16, welche die Leistungsendstufe 13 umfasst. Die elektrische Maschine 1 weist auch eine Mastereinheit 17 auf, welche ausgebildet ist, ein Master-PWM-Vorgabesignal und ein Mastersyncsignal zum Ansteuern der Slave-Einheiten 15 und 16 zu erzeugen, in Abhängigkeit dessen die Slave-Einheiten 15 und 16 mittelbar jeweils ein Pulsmuster-Signal zum Ansteuern der Leistungsendstufe 12 beziehungsweise 13 erzeugen können. Das Master-PWM-Vorgabesignal repräsentiert beispielsweise wenigstens ein zu erzeugendes PWM-Muster, und repräsentiert so ein Tastverhältnis der PWM-Ansteuerung. Ein zu erzeugendes Drehmoment oder zusätzlich eine Rotordrehzahl oder einen Drehsinn des Rotors kann so von der Mastereinheit vorgegeben werden.
Die Mastereinheit 17 ist eingangsseitig mit dem Rotorpositionssensor 14 verbunden und kann so das Master-PWM-Vorgabesignal in Abhängigkeit des Rotorpositionssignals erzeugen. Die Mastereinheit 17 ist ausgangsseitig über eine Verbindung 31, beispielsweise einen Datenbus, mit der Slave-Einheiten 15 und 16 verbunden und ausgebildet, das Master-PWM-Vorgabesignal, zum Erzeugen der PWM-Signale durch die Slave-Einheiten 15 und 16 an die Slave-Einheiten 15 und 16 zu senden.
Die Verbindung 31 kann anders als zuvor beschrieben beispielsweise als elektrische Verbindungsleitung ausgebildet sein.
Die Mastereinheit 17 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Zeitgeber 23, insbesondere einen Schwingquarz, auf, welcher ausgebildet ist, ein Zeitsignal zu erzeugen und dieses auszugeben. Die Mastereinheit 17 weist auch eine Verarbeitungseinheit 20, insbesondere Mikroprozessor oder Mikrocontroller auf, welcher eingangsseitig mit dem Zeitgeber 23 verbunden und ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Zeitsignals das Mastersyncsignal oder zusätzlich das Master-PWM-Vorgabesignal zu erzeugen.
Das Master-PWM-Vorgabesignal kann beispielsweise ein Drehmoment, einen Startzeitpunkt zum Starten einer Drehbewegung des Rotors, einen Drehwinkel des Rotors oder ein Drehmoment, welches über den Rotor abgegeben werden soll, oder zusätzlich das zuvor erwähnte Periodenanzahlsignal repräsentieren. Die Slave-Einheit 15 weist einen Eingang 26 für das Mastersyncsignal 30 auf. Die Mastereinheit 17 ist ausgangsseitig mit dem Eingang 26 der Slave-Einheit 15 verbunden und ausgebildet, das Mastersyncsignal 30 über den Eingang 26 an die Slave-Einheit 15 zu senden. Die Slave-Einheit 16 weist einen Eingang 27 für das Mastersyncsignal 30 auf. Die Mastereinheit 17 ist auch ausgangsseitig mit dem Eingang 27 der Slave-Einheit 16 verbunden und ausgebildet, das Mastersyncsignal 30 an die Slave-Einheit 16 zu senden..
Die Verbindung zwischen der Mastereinheit 17 und den Slave-Einheiten 15 und 16 ist beispielsweise durch einen Datenbus, insbesondere einen SPI-Datenbus gebildet. Das Mastersyncsignal oder zusätzlich das Master-PWM-Vorgabesignal, kann so vorteilhaft über den Datenbus an die Slave-Einheiten übertragen werden. Beispielsweise kann eine gemeinsame Synchronisation der Slave-Einheiten untereinander so über nur eine elektrische Verbindung - beispielsweise gebildet durch einen Ausgangsanschluss der Mastereinheit für das Mastersyncsignal - erfolgen. Anders als zuvor beschrieben, ist die Verbindung beispielsweise eine Point-to-Point-Verbindung, bei der die Mastereinheit über gesonderte Verbindungsleitungen mir den Slave-Einheiten verbunden ist.
Die Slave-Einheiten 15 und 16 können jeweils das Mastersyncsignal 30 abtasten. Dazu weist die Slave-Einheit 15 einen Zeitgeber 25 auf, welcher ausgebildet ist, ein Slave-Taktsignal 34 zu erzeugen und dieses an eine Verarbeitungseinheit 21 zu senden. Die Verarbeitungseinheit 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, das Mastersyncsignal 30 abzutasten und eine Anzahl der SlaveTaktpulse oder Slave-Taktperioden des Slave-Taktsignals zu ermitteln, welche einer Periode, insbesondere der zeitlichen Pulsfolge des Mastersyncsignals entsprechen. Die Verarbeitungseinheit 21 ist ausgebildet, einen entsprechenden Datensatz zu erzeugen, welcher die Pulspausendauer, im Falle eines periodischen Mastersyncsignals der Taktdauer oder Periodendauer des Mastersyncsignals repräsentiert.
Die Slave-Einheit 15 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch einen Pulsweitenmodulator 18 auf, welcher eingangsseitig mit der Verarbeitungseinheit 21 und ausgangsseitig mit der Leistungsendstufe 12 verbunden ist und ausgebildet ist, ein Pulsmuster-Signal 36 zu erzeugen und dieses ausgangsseitig an die Leistungsendstufe 12 zu senden. Der Pulsweitenmodulator 18 kann das Pulsmuster-Signal 36 in Abhängigkeit des von der Verarbeitungseinheit 21 erzeugten Datensatzes erzeugen, welcher die Periodendauer der Pulsfolge des Mastersyncsignals repräsentiert. Zusätzlich kann der Pulsweitenmodulator 18 das Pulsmuster-Signal 36 in Abhängigkeit des über die Verbindungsleitung 31 empfangenen Master-PWM-Vorgabesignals erzeugen, wobei die für eine Pulsperiode des Mastersyncsignals zu erzeugende Anzahl von Pulsmuster-Perioden durch den Pulsweitenmodulator 18 - beispielsweise durch eine abgespeicherte Anzahl im Pulsweitenmodulator - bestimmt ist. Die Slave-Einheit 16 weist einen dem Pulsweitenmodulator 18 entsprechenden Pulsweitenmodulator 19 auf, welcher ausgebildet ist, ein Pulsmuster-Signal 37 zu erzeugen und dieses ausgangsseitig an die Leistungsendstufe 13 zum entsprechenden Bestromen der Teilmaschine 11 zu senden.
Der Pulsweitenmodulator 19 ist eingangsseitig mit einer Verarbeitungseinheit 22 verbunden, welche eingangsseitig mit einem Zeitgeber 24 verbunden und ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines von dem Zeitgeber 24 erzeugten Slave-Taktsignals 35 das am Eingang 27 empfangene Mastersyncsignal 30 abzutasten und so - wie bereits am Beispiel der Slave-Einheit 15 beschrieben - den Pulsweitenmodulator 19 zum zeitsynchronen Erzeugen des Pulsmuster-Signals 37 anzusteuern.
Die Verarbeitungseinheiten 21 und 22 sind jeweils ausgebildet, ein von der Mastereinheit erzeugtes Synchronisationssignal zum Starten der synchronen PWM-Periodenerzeugung zu empfangen, so dass alle Slave-Einheiten zeitsynchron zueinander eine PWM-Signal-Generierung ausführen können. Die Slaveeinheiten sind beispielsweise ausgebildet, eine Resynchronisation der PWM-Erzeugung nach jedem Empfang eines neuen Mastersynchronisationspulses oder - in Abhängigkeit einer vorbestimmten Anzahl empfangener aufeinanderfolgender Pulse des Mastersyncsignals, beispielsweise weniger als fünf, als zehn oder als einhundert Pulse - durchzuführen.
Die Pulsweitenmodulatoren 18 und 19 können so die Pulsmuster-Signale 36 und 37 zueinander zeitsynchron erzeugen, auch wenn die Slave-Taktsignale 35 und 34 zueinander abweichende, das heißt verschiedene, Frequenzen, beispielsweise bedingt durch Bauteiltoleranzen oder zueinander verschiedene Temperaturen, aufweisen.
Die Teilmaschinen 10 und 11 können so in Abhängigkeit des Mastersyncsignals 30 zueinander zeitsynchron angesteuert werden, ohne dass ein Zeittakt der Slave-Taktsignale 34 oder 35 geändert werden muss oder die Slave-Taktsignale 34 oder 35 mittels eines PLL-Verfahrens (PLL = Phase-Locked-Loop) an das Mastersyncsignal 30 approximiert werden.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Erzeugen des in 1 bereits dargestellten Pulsmuster-Signals 36 oder 37, in Abhängigkeit des Mastersyncsignals 30. Das Mastersyncsignal 30 weist eine Pulsfolgedauer 33, insbesondere Periodendauer auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel 400 Mikrosekunden und acht zu erzeugenden Pulsmuster-Perioden des Pulsmuster-Taktes entspricht.
In einem Verfahrensschritt 40 wird das Mastersyncsignal 30 mittels eines Komparators gewandelt und dazu mit einer Taktfrequenz abgetastet, welche dem Slave-Zeittakt 34 entspricht. Der Slave-Zeittakt 34 wird dazu von dem Zeitgeber 25 erzeugt. Der Komparator ist ausgebildet, einen Puls, insbesondere eine steile Flanke eines Pulses des Mastersyncsignals zu erfassen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das den Puls, insbesondere Pulsbeginn repräsentiert.
In einem Schritt 41 wird insbesondere in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Komparators ein Datensatz erzeugt, welcher die Zahl der Taktpulse oder Taktschwingungen des Slave-Taktsignals 34 repräsentiert, welche der Pulsfolgedauer 33 oder Pulsperiodendauer des Mastersyncsignals 30 entsprechen. Die Slave-Taktfrequenz beträgt beispielsweise 38,65 Megahertz. Die Zahl der Taktpulse des so erzeugten Datensatzes beträgt dann beispielsweise 15.460 Taktpulse.
In einem weiteren Schritt 43 wird eine Periodendauer einer Pulsmuster-Periode berechnet. Dazu kann die Zahl der Pulsmuster-Perioden entweder vorbestimmt sein, und dazu beispielsweise in einem Speicher der Slave-Einheit abgespeichert sein, oder wie in 1 bereits dargestellt, von der Master-Einheit als Periodenanzahlsignal an die Slave-Einheit gesendet werden, wobei das Periodensignal die Zahl der zu erzeugenden Pulsmusterperioden bezogen auf einen zeitlichen Pulsabstand oder eine Pulsperiodendauer des Mastersyncsignals repräsentiert.
In einem Schritt 42 wird aus dem in Schritt 43 erzeugten Divisionsergebnis ein Pulsmuster-Periodendauerdatensatz erzeugt, welcher dem in Schritt 43 erzeugten Divisionsergebnis entspricht. In einem weiteren Schritt 44 wird ein Divisionsrest ermittelt, und in einem Schritt 45 ein den ganzzahligen Divisionsrest repräsentierender Restdatensatz erzeugt.
In einem Schritt 46 wird eine Pulsmuster-Periode generiert und dazu der Pulsmuster-Periodendauerdatensatz 42 geladen und der Restdatensatz geladen.
In einem weiteren Schritt 47 wird - beispielsweise mittels eines Diskriminators der Slave-Einheit, welcher beispielsweise der Verarbeitungseinheit 21 enthalten ist - die Zahl der Takte des Restdatensatzes erfasst. Beträgt die Zahl der Takte des Restdatensatzes mehr als null, so wird in einem weiteren Schritt 48 die Zahl der Takte des Restdatensatzes um einen ganzzahligen Wert reduziert und in einem weiteren Schritt 49 eine Pulsmuster-Periode mit einer Periodendauer erzeugt, welche der Zahl der Takte des Pulsmuster-Periodendauerdatensatzes und zusätzlich einem Periodentakt des Slave-Taktes, erzeugt von dem Zeitgeber der Slave-Einheit, entspricht.
Beträgt im Schritt 47 der Wert des Restintervalls gleich null, so wird in einem Schritt 51 eine Pulsmuster-Periode mit der Periodendauer des Divisionsergebnisses erzeugt.
In einem weiteren Schritt 52 wird diskriminiert, ob die Zahl der zu erzeugenden Pulsmuster-Perioden bereits der durch das Mastersyncsignal 30 repräsentierten zeitlichen Pulsfolgeabstand 33 oder Periodendauer entspricht. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Zahl der zu erzeugenden Pulsmuster-Perioden acht Pulsmuster-Perioden während des Pulsfolgeabstands 33. Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt das Verfahren zum Schritt 47 zurück. Ist dies der Fall, setzt das Verfahren mit dem Schritt 46 fort, indem ein neuer Pulsmuster-Periodendauerdatensatz und ein neuer Restdatensatz geladen werden kann.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Taktsignal, welches die während der Pulsfolgedauer 33 des Mastersyncsignals 30 erzeugten Pulsmuster-Perioden repräsentiert. Anders als zuvor beschrieben, können auch anstelle von Pulsmuster-Perioden Pulsmuster-Halbperioden erzeugt werden. Ein Hinzuaddieren von Taktpulsen kann so beispielsweise auf aufeinanderfolgende Halbperioden erfolgen. Das Taktsignal 65 umfasst dabei zeitlich aufeinanderfolgende Pulsmuster-Perioden 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59 und 60. Die Pulsmuster-Periodendauer-der ersten vier Halbperioden der aufeinanderfolgenden Pulsmuster-Perioden 53 und 54 sind jeweils entsprechend dem Divisonsrestergebnis - in diesem Beispiel vier Slavetaktpulse - einen Taktpuls des Slave-Taktsignals länger, als die Halbperioden der darauffolgenden Pulsmuster-Perioden 55, 56, 57, 58, 59 und 60, welche bei dem in 2 dargestellten Verfahren in Schritt 51 erzeugt worden sind und deren Periodendauer dem Pulsmuster-Periodendauerdatensatz entspricht.
Die erste Halbperiode 61 und die zweite Halbperiode 62 der Pulsmuster-Periode 53, und die erste Halbperiode 63 und die zweite Halbperiode 64 der Pulsmuster-Periode 54 sind jeweils um einen Slave-Taktpuls verlängert, im Vergleich zu den Halbperioden der darauf folgenden Pulsmuster-Perioden 55, 56, 57, 58, 59 und 60.
Beispielsweise kann bei einer Periodendauer des Mastersyncsignals, welche acht von den Slave-Einheiten zu erzeugenden PWM-Perioden entspricht, ein Divisionsrest von bis zu sieben Taktpulsen auf acht ganze Perioden oder bis zu fünfzehn Taktpulse auf sechzehn Halbperioden verteilt werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Takte des Restdatensatzes - anders als in 3 dargestellt - gleichmäßig über das erzeugte Pulsmuster-Signal, umfassend aufeinanderfolgende Pulsmuster-Perioden, verteilt sind. Das in 4 dargestellte Pulsmuster-Signal 78 umfasst acht Pulsmuster-Perioden, welche jeweils zeitlich aufeinanderfolgen. Eine Pulsmuster-Periode 66 weist eine um einen Taktperiode des Slave-Taktsignals verlängerte Pulsmuster-Halbperiode 74 auf. Eine auf die Pulsmuster-Periode 66 unmittelbar folgende Pulsmuster-Periode 67 ist nicht verlängert und weist somit die Periodendauer des Pulsmuster-Periodendauerdatensatzes auf. Auf die Pulsmuster-Periode 67 folgt eine Pulsmuster-Periode 68, deren Periodendauer 75 der ersten Halbperiode um einen Takt des Slave-Taktsignals verlängert ist. Auf die Pulsmuster-Periode 68 folgt eine unverlängerte Pulsmuster-Periode 69, darauf eine verlängerte Pulsmuster-Periode 70, deren erste Halbperiode 76 eine verlängerten Periodendauer aufweist, darauf eine unverlängerte Pulsmuster-Periode 71 und wieder eine verlängerte Pulsmuster-Periode 72 mit einer verlängerten ersten Halbperiode 77 und abschließend eine achte Pulsmuster-Periode 73, welche unverlängert ist. Die verlängerten und unverlängerten Pulsmuster-Perioden wechseln somit zeitlich aufeinanderfolgend einander ab.
Der in 1 dargestellte Rotor 3 kann dadurch ein Drehmoment mit einer geringen Drehmomentwelligkeit abgeben.
5 zeigt eine Steuereinheit für eine elektrische Maschine. Die Steuereinheit umfasst eine Mastereinheit 80 und mehrere Slave-Einheiten, welche über einen Datenbus 85 mit der Mastereinheit 80 verbunden sind. Der Datenbus ist beispielsweise ein SPI-Datenbus (SPI = Serial-Peripheral-Interface).
Eine Slave-Einheit 81 für eine U-Phase einer dreiphasigen Maschine ist eingangsseitig über einen Eingang 86, beispielsweise einem MOSI-Eingang (MOSI = Master-Output-Slave-Input) für das Master-PWM-Vorgabesignal mit der Mastereinheit 80 verbunden und kann von der Mastereinheit das Master-PWM-Vorgabesignal empfangen. Die Slave-Einheit 81 ist ausgangsseitig über einen Ausgang 87, beispielsweise MISO-Ausgang (MISO = Master-Input-Slave-Output) , mit einer weiteren Slave-Einheit 82 für eine V-Phase, und dort mit einem Eingang 88, beispielsweise MOSI-Eingang verbunden. Die Slave-Einheit 82 ist ausgangsseitig über einen Ausgang 89, beispielsweise MISO-Ausgang, mit einer weiteren Slave-Einheit 83 für eine W-Phase, und dort mit einem Eingang 90, beispielsweise MOSI-Eingang verbunden.
Die Slave-Einheit 83 ist ausgangsseitig über einen Ausgang 91, beispielsweise MISO-Ausgang, mit einer weiteren Slave-Einheit 84 für eine weitere-Phase, und dort mit einem Eingang 92, beispielsweise MOSI-Eingang verbunden.
Die Steuereinheit kann zusätzlich zu den Slave-Einheiten 81, 82, 83 auch noch weitere Slave-Einheiten aufweisen, von denen eine Slave-Einheit 84 beispielhaft dargestellt ist. Ein Ausgang 91 der Slave-Einheit 83 beispielsweise ein MISO-Ausgang, ist dazu mit einer weiteren Slave-Einheit 84 für eine Phase einer Teilmaschine, und dort mit einem Eingang 92, beispielsweise MOSI-Eingang verbunden.
Beispielsweise kann eine Steuereinheit für eine Maschine mit Teilmaschinen für jede Phase der Teilmaschine eine Slave-Einheit aufweisen. Dadurch kann eine hohe Betriebssicherheit der Maschine gegeben sein.
Die Slave-Einheiten sind in diesem Ausführungsbeispiel zum Empfang des Master-PWM-Vorgabesignals miteinander in Serie verbunden, und bilden so gemeinsam eine kaskadierte Anordnung. Die Mastereinheit 80 weist einen Ausgang 93 für das Mastersyncsignal 30 auf. Die Slave-Einheiten 81, 82, 83 und 84 sind jeweils eingangsseitig mittels einer gemeinsamen Verbindungsleitung 94 mit dem Ausgang 93 verbunden und können von dort das Mastersyncsignal empfangen. Die Verbindungsleitung 94 kann Bestandteil des Datenbus 85 sein, so dass die Slave-Einheiten das Mastersyncsignal über den Datenbus 85 empfangen können. So kann der Empfang des Mastersyncsignals beispielsweise über nur eine einzige Verbindungsleitung 94 erfolgen, welche von der Mastereinheit 80 zu den Slaveeeinheiten geführt ist.
In einer Variante der in 5 dargestellten Steuereinheit ist die Mastereinheit 80 ausgebildet, das Master-PWM-Vorgabesignal über einen Slave-Select-Ausgang 95 und eine Verbindungsleitung 96 an die Slave-Einheiten zu senden. Die Slave-Einheiten können jeweils das Master-PWM-Vorgabesignal über die Verbindungsleitung 96 an einem Eingang für das Slave-Select-Signal empfangen. Die Mastereinheit 80 ist dazu beispielsweise ausgebildet, das Master-PWM-Vorgabesignal moduliert über eine Slave-Select-Verbindungsleitung zu senden. Die Mastereinheit kann dazu einen Modulator und die Slave-Einheiten jeweils einen Demodulator für das Master-PWM-Vorgabesignal aufweisen. Beispielsweise kann das Master-PWM-Vorgabesignal nach einem Senden eines Slave-Select-Signals durch die Mastereinheit gesendet werden. Die durch das Slave-Selectsignal angesteuerte entsprechende Slave-Einheit kann dann das Master-PWM-Vorgabesignal empfangen. Die Verbindungsleitung 96 zum Übertragen des Slave-Select-Signals kann Bestandteil des Datenbus 85 sein.
Beispielsweise ist die Mastereinheit ausgebildet, das Slave-Select-Signal und das Master-PWM-Vorgabesignal auf zueinander verschiedenen Frequenzbändern zu senden, was eine Signaltrennung des Slave-Selectsignals und des Master-PWM-Vorgabesignal durch die Slave-Einheiten erleichtert.
So können vorteilhaft die Verbindungsleitungen zur kaskadierten Verbindung zwischen den Slave-Einheiten, demgemäß zwischen MISO-Ausgängen und MOSI-Eingängen entfallen.
Dargestellt sind auch die von den Slave-Einheiten erzeugten PWM-Signale, insbesondere ein von der Slave-Einheit 81 erzeugtes PWM-Signal 101, ein von der Slave-Einheit 82 erzeugtes PWM-Signal 102, ein von der Slave-Einheit 83 erzeugtes PWM-Signal 103 und ein von der weiteren Slave-Einheit 84 erzeugtes PWM-Signal 104. Die jeweils von zueinander verschiedenen Slave-Einheiten erzeugten PWM-Signale umfassen jeweils ein PWM-Periode mit einer Pulsmuster-Periodendauer 105. Die Pulsmuster-Periodendauer kann dabei durch den bereits erwähnten Pulsmuster-Periodendauerdatensatz repräsentiert sein.
Die PWM-Signale werden jeweils entsprechend dem Mastersyncsignal 30 zueinander zeitsynchron durch die Slaveeinheiten zum Startzeitpunkt 98 erzeugt und enden aufgrund der jeweils gleichen Periodendauer 105 gemeinsam zum Zeitpunkt 99. Der Beginn zum Startzeitpunkt 98 und das Ende zum Zeitpunkt 99, jeweils auf einer Zeitachse 97 dargestellt, sind somit - insbesondere innerhalb einer Genauigkeit des Slave-Systems -unabhängig von einer Frequenzabweichung der internen Zeitgeber der Slave-Einheiten untereinander.

Claims

Elektrische Maschine (1) mit einem Stator (2) und einem Rotor (3), wobei der Stator (2) eine Mehrzahl von Statorspulen (4, 5, 6, 7, 8, 9) aufweist, und wenigstens zwei Leistungsendstufen (12, 13), welche jeweils ausgangsseitig mit einem Teil der Statorspulen (4, 5, 6, 7, 8, 9) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) eine Mastereinheit (17, 80) aufweist, welche ausgebildet ist, ein Mastersyncsignal (30) zum insbesondere mittelbaren Ansteuern des Stators (2) zu erzeugen, und die elektrische Maschine (1) wenigstens zwei Slave-Einheiten (15, 16, 81, 82, 83, 84) aufweist, welche jeweils einen Pulsmuster-Generator (18, 19) und eine eingangsseitig mit dem Pulsmuster-Generator (18, 19) verbundene Leistungsendstufe (12, 13) aufweisen und jeweils ausgebildet sind, in Abhängigkeit des Mastersyncsignals ein Pulsmuster-Signal zum Drehbewegen des Rotors (3) zu erzeugen, wobei die Slave-Einheiten (15, 16, 81, 82, 83, 84) jeweils ausgebildet sind, ein insbesondere konstantes Slave-Taktsignal (34, 35) zum Erzeugen des Pulsmuster-Signals (36, 37) zu erzeugen und das Mastersyncsignal (30) mittels des Slave-Taktsignals (34, 35) zu erfassen, insbesondere abzutasten und das Pulsmuster-Signal (36, 37) in Abhängigkeit des Mastersyncsignals (30) derart zeitgleich zu erzeugen, dass ein durch das Pulsmuster-Signal (36, 37) repräsentierter Pulsmuster-Takt (65, 78) durch das Mastersyncsignal (30) bestimmt ist, so dass die zeitgleiche Erzeugung des Pulsmuster-Signals unabhängig von einer Frequenzabweichung der Slave-Taktsignale untereinander erfolgen kann.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Slave-Einheit (15, 16, 81, 82, 83, 84) einen Eingang (26, 27) für das Mastersyncsignal (30) aufweist, wobei das Mastersyncsignal zeitlich aufeinanderfolgende insbesondere anteigende oder abfallende Flanken aufweist, und die Slave-Einheit (15, 16, 81, 82, 83, 84) eine Verarbeitungseinheit (21, 22) aufweist, welche ausgebildet ist, eine Zahl der Taktpulse oder Taktschwingungen des Slave-Taktsignals (34) zu ermitteln, welche einem durch das Mastersyncsignal (30) repräsentierten zeitlichen Abstand unmittelbar aufeinanderfolgender Flanken entspricht und die Pulsmuster-Perioden (53, 54, 55, 66, 67, 69) des Pulsmustersignals (36) entsprechend der Zahl der Taktpulse zu erzeugen.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Slaveeinheit (15, 16, 81, 82, 83, 84) eine Recheneinheit (21, 22) aufweist, welche ausgebildet ist, einen Taktpulse repräsentierenden Divisionsrest aus einer Ermittlung der Taktdauer der Pulsmuster-Periode auf eine Taktdauer mindestens mittelbar aufeinanderfolgender Pulsmuster-Perioden aufzuaddieren und so eine Pulsmuster-Periode (53, 54, 55, 56, 66, 68, 70, 72) mit verlängerter Taktdauer zu erzeugen.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (21, 22) ausgebildet ist, auf zeitlich aufeinanderfolgende Pulsmuster-Perioden oder Pulsmuster-Halbperioden (61, 62, 63, 64) jeweils einen Taktpuls aufzuaddieren, bis der Divisionsrest verbraucht ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (21, 22) ausgebildet ist, auf zeitlich aufeinanderfolgende Pulsmuster-Perioden (66, 68, 70) oder Pulsmuster-Halbperioden unter Auslassung wenigstens einer Pulsmuster-Periode (67, 69, 71) jeweils einen Taktpuls aufzuaddieren, bis der Divisionsrest verbraucht ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mastereinheit (17, 80) ausgebildet ist, ein Periodenanzahlsignal zu erzeugen, welches eine Zahl der während einer Pulsfolgedauer oder Pulsperiode des Mastersyncsignals (30) zu erzeugenden Pulsmuster-Perioden (53, 54, 55, 66, 67, 69) repräsentiert, wobei die Slave-Einheit (15, 16, 81, 82, 83, 84) ausgebildet ist, eine Taktdauer, insbesondere eine Zahl der Taktpulse des Slave-Taktsignals die einer Pulsmuster-Periode (105) entspricht, in Abhängigkeit des Periodenanzahlsignals zu ermitteln.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) für jede Phase der Maschine (1) eine Slave-Einheit (15, 16, 81, 82, 83, 84) aufweist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) wenigstens zwei Teilmaschinen (10, 11) aufweist, welche jeweils dieselbe Phasenzahl aufweisen, wobei die Maschine für jede Teilmaschine (10, 11) wenigstens eine Slave-Einheit (15, 16, 81, 82, 83, 84) aufweist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz des Slave-Taktes (34) ein Vielfaches einer Flanken- oder Pulsfolgefrequenz des Mastersyncsignals (30) beträgt.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Mastereinheit (17, 80) ausgebildet ist, eine Periodendauer zwischen zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden ansteigenden oder abfallenden Flanken oder von Pulsen des Mastersynchsignals zu ändern, und so eine PWM-Frequenz des von der Slave-Einheit erzeugten PWM-Signals zu steuern.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mastereinheit (17,80) einen Modulator aufweist, welcher ausgebildet ist, eine Pulsfolgefrequenz des Mastersyncsignals (30) mittels einer auf die Periodendauer aufmodulierten Änderung oder Schwankung der Periodendauer der Pulsfolge zu modulieren, so dass ein Frequenzgehalt des PWM-Signals im Vergleich ohne Modulation vergrößert ist.
Elektrischer Antrieb für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug mit einer elektrischen Maschine (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Maschine ausgebildet ist ein Drehmoment zum Bewegen des Fahrzeugs zu erzeugen.
Servolenkung für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei die Maschine ausgebildet ist, ein unterstützendes Lenkmoment zum Fahrzeuglenken zu erzeugen.
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine, bei dem wenigstens zwei Teile der Statorspulen (4, 5, 6, 7, 8, 9) der Maschine (1) jeweils eine Teilmaschine (10, 11) bilden, wobei die Teilmaschine (10, 11) von einer mit der Teilmaschine (10, 11) verbundenen eine Slave-Einheit (15, 16) bildenden Steuereinheit angesteuert wird, wobei ein Ansteuermuster zum Bestromen der Teilmaschine (10, 11) von der Slave-Einheit (15, 16) erzeugt wird, und eine Zeitsynchronisation der Slave-Einheiten (15, 16, 81, 82, 83, 84) untereinander durch eine zeitliche Folge von Flanken oder Pulsen repräsentierendes Mastersyncsignal (30) vorgegeben wird, wobei die Slave-Einheiten (15, 16) jeweils einen Zeitgeber (24, 25) aufweisen, welcher ein Slave-Taktsignal (34) für die Slave-Einheit unabhängig vom Mastersyncsignal erzeugt und das Mastersyncsignal (30) mit dem Zeittakt des Slave-Taktsignals (34) der Slave-Einheit (15, 16) abgetastet wird und eine Zahl der Taktpulse oder Taktschwingungen des Slave-Taktsignals (34) zu ermitteln, welche der durch das Mastersyncsignal (30) repräsentierten zeitlichen Folge insbesondere anteigender oder abfallender Flanken entspricht und die Pulsmuster-Perioden (53, 54, 55, 66, 67, 68) für einen Rotorumlauf entsprechend der Zahl der Taktpulse zu erzeugen.