DE102017003610A1 - Method for determining temperatures in an electrical machine - Google Patents

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Torsten Bone
Matthias Gregor
Robert Lehmann
Isabell Malisi
Marcus Menne
Andrea Neusiedl
Michael Ranzinger
Bernd Rehfus
Steffen Wagner
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Temperaturen (T) in einer elektrischen Maschine (1), umfassend einen Rotor (R) und einen Stator (S), umfassend Stator-Eisen (Fe) und Stator-Wicklungen (W) sowie ein Kühlsystem (2) mit Kühlöl, wobei sich in der elektrischen Maschine (1) zudem Luft (L) befindet, wobei der Rotor (R) Rotor-Eisen und mindestens einen Permanentmagneten umfasst, wobei die Temperaturen (T) mittels eines Wärmebilanzmodells umfassend mindestens drei Wärmebilanzräume (W1, W2, W3) für Stator-Eisen (Fe), Stator-Wicklungen (W) und Rotor (R) simuliert werden, wobei eine Wärmestrombilanz für jeden der Wärmebilanzräume (W1, W2, W3) nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik unter Berücksichtigung von Verlusten (PVFe, PVW, PVR), kühlenden Temperaturen (TOil, TOil(KO)) von Kühlmedien, Wärmeübergangswiderständen (RFeWvirt, RFeRvirt, RWRvirt) sowie von Wärmekapazitäten (CFe, CW, CR) erstellt wird.The invention relates to a method for determining temperatures (T) in an electrical machine (1), comprising a rotor (R) and a stator (S) comprising stator iron (Fe) and stator windings (W) and a cooling system (2) with cooling oil, wherein in the electric machine (1) also air (L) is located, wherein the rotor (R) rotor-iron and at least one permanent magnet, wherein the temperatures (T) by means of a heat balance model comprising at least three heat balance spaces (W1, W2, W3) are simulated for stator iron (Fe), stator windings (W) and rotor (R), with a heat flow balance for each of the heat balance spaces (W1, W2, W3) according to the first law of thermodynamics Consideration of losses (PVFe, PVW, PVR), cooling temperatures (TOil, TOil (KO)) of cooling media, heat transfer resistances (RFeWvirt, RFeRvirt, RWRvirt) as well as heat capacities (CFe, CW, CR).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Temperaturen in einer elektrischen Maschine, insbesondere einer permanenterregten Synchronmaschine, beispielsweise für einen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a method for determining temperatures in an electrical machine, in particular a permanent-magnet synchronous machine, for example for a traction drive of a motor vehicle.

Permanenterregte Synchronmaschinen sind elektrische Maschinen, die meist an einem gehäusefesten Teil Statorwicklungen und Statorbleche sowie an einem sich bewegenden/rotierenden Teil des Motors einen oder mehrere Permanentmagneten aufweisen, beispielsweise Neodym-Eisen-Bor-Magnete, Samarium-Cobalt-Magnete oder sonstige Dauermagnete.Permanently excited synchronous machines are electrical machines which usually have one or more permanent magnets on a housing-fixed part of stator windings and stator laminations and on a moving / rotating part of the motor, for example neodymium-iron-boron magnets, samarium-cobalt magnets or other permanent magnets.

Temperatursensoren für elektrische Maschinen in elektrischen Antrieben werden auf Grund der Kosten, des Platzbedarfs und der Zuverlässigkeit so sparsam wie möglich eingesetzt. Insbesondere stehen für rotierende Elemente auf Grund der Kosten und der zu geringen Haltbarkeit keine geeigneten Sensoren für den Serieneinsatz zur Verfügung.Temperature sensors for electric machines in electric drives are used as economically as possible because of the costs, the space required and the reliability. In particular, no suitable sensors for series production are available for rotating elements due to the costs and the insufficient durability.

Zur Optimierung der Lebensdauer, der Diagnostizierbarkeit und der Verfügbarkeit von elektrischen Maschinen sind Temperaturinformationen von Stator und Rotor jedoch wünschenswert.However, to optimize the life, diagnosability, and availability of electrical machines, stator and rotor temperature information is desirable.

Es ist bekannt, die Rotortemperatur auf Basis der Spannungs-Gleichungen (ud, uq) zu schätzen. Dies ist jedoch nur unter eng bestimmten Bedingungen möglich.It is known to estimate the rotor temperature based on the voltage equations (u d , u q ). However, this is only possible under tight conditions.

Es ist weiter bekannt, eine Vielzahl von Temperaturen in der elektrischen Maschine mit Hilfe von auf FEM (Finite Elemente Methode) basierenden Wärmebilanzmodellen detailliert zu bestimmen. Diese Verfahren sind jedoch aufgrund ihrer Komplexität nicht für den On-Board-Einsatz in Steuergeräten von Kraftfahrzeugen geeignet.It is also known to determine a plurality of temperatures in the electric machine in detail by means of FEM (Finite Element Method) based heat balance models. Due to their complexity, however, these methods are not suitable for on-board use in control units of motor vehicles.

Aus der DE 101 06 944 B4 ist ein Verfahren zur Regelung der Leistungsabgabe einer elektrischen Maschine bekannt, enthaltend eine Erregerwicklung sowie Ständerwicklungen, der ein Pulswechselrichter und ein Gleichspannungsbordnetz nachgeordnet sind, wobei die elektrische Maschine als Generator und als Motor betrieben werden kann, wobei regelungstechnisch das Überschreiten einer kritischen Temperatur an temperaturempfindlichen Bauteilen der elektrischen Maschine verhindert wird gemäß der folgenden Verfahrensschritte:

  • – es erfolgt eine Temperaturmessung mit Temperatursensoren und folgenden kritischen Bauteilen: an einem Zwischenkreiskondensator, an dem Pulswechselrichter, an einem Schleifringsystem, an einem Leistungshalbleiter, an einem Mikrocontroller oder an einem ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung);
  • – es erfolgt eine Temperaturberechnung der kritischen Bauteile mit nicht direkt messbaren Temperaturen über Temperaturmodelle;
  • – es erfolgt eine Auswertung der gemessenen Temperaturen und der berechneten Temperaturen und deren Vergleich mit kritischen Temperaturen;
  • – bei Erreichen der kritischen Temperatur an einem kritischen Bauteil erfolgt eine Zuordnung, welche Stellgröße die Temperatur des zu warmen Bauteils beeinflusst und
  • – es erfolgt eine Regelung durch eine Änderung des Sollwertes einer oder mehrerer Stellgrößen, so dass die Temperatur des zu warmen Bauteils sinkt, wobei die jeweilige Stellgröße mit geändertem Sollwert die Eingangsgröße eines Mehrgrößenreglers ist und die Stellgrößen
  • – im Pulswechselrichterbetrieb des Generators die Erreger- und die Phasenströme sind,
  • – im Diodenbetrieb des Generators der Erregerstrom ist und
  • – Starterbetrieb der elektrischen Maschine der Erregerstrom und die Phasenströme sind,
  • – wobei bei Erreichen einer kritischen Temperatur der Startstrom und das Startmoment oder die zulässige Startzeit reduziert werden und der Start-Stopp-Betrieb der elektrischen Maschine unterbunden wird.
From the DE 101 06 944 B4 a method for controlling the power output of an electrical machine is known, comprising a field winding and stator windings, which are arranged downstream of a pulse inverter and a DC electrical system, the electric machine can be operated as a generator and as a motor, wherein control technology exceeds the exceeding of a critical temperature of temperature-sensitive components the electric machine is prevented according to the following process steps:
  • A temperature measurement is carried out with temperature sensors and the following critical components: on a DC link capacitor, on the pulse inverter, on a slip ring system, on a power semiconductor, on a microcontroller or on an ASIC (application-specific integrated circuit);
  • - There is a temperature calculation of the critical components with not directly measurable temperatures on temperature models;
  • - there is an evaluation of the measured temperatures and the calculated temperatures and their comparison with critical temperatures;
  • - Upon reaching the critical temperature of a critical component is an assignment, which manipulated variable affects the temperature of the component too warm and
  • - There is a control by changing the setpoint of one or more control variables, so that the temperature of the component to warm drops, the respective manipulated variable with a changed setpoint is the input of a multi-variable controller and the manipulated variables
  • In the pulse inverter operation of the generator, the excitation and the phase currents are,
  • - In the diode mode of the generator, the excitation current is and
  • - Starter operation of the electric machine, the excitation current and the phase currents are,
  • - When reaching a critical temperature of the starting current and the starting torque or the allowable starting time can be reduced and the start-stop operation of the electric machine is suppressed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung von Temperaturen in einer elektrischen Maschine anzugeben.The invention is based on the object to provide an improved method for determining temperatures in an electrical machine.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2.The object is achieved by a method having the features of claim 1 or 2.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung von Temperaturen wird angewandt in einer elektrischen Maschine, umfassend einen Rotor und einen Stator, umfassend Stator-Eisen und Stator-Wicklungen sowie ein Kühlsystem mit Kühlöl, wobei sich in der elektrischen Maschine zudem Luft befindet, wobei der Rotor Rotor-Eisen und mindestens einen Permanentmagneten umfasst. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Temperaturen mittels eines Wärmebilanzmodells umfassend mindestens vier Wärmebilanzräume für Stator-Eisen, Stator-Wicklungen, Rotor und Luft simuliert, wobei eine Wärmestrombilanz für jeden der Wärmebilanzräume nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik unter Berücksichtigung von Verlusten in Stator-Eisen, Stator-Wicklungen und Rotor, kühlenden Temperaturen von Kühlmedien, Wärmeübergangswiderständen zwischen Stator-Eisen und Außenluft, zwischen Stator-Eisen und Luft, zwischen Stator-Eisen und Kühlöl, zwischen Stator-Eisen und Rotor, zwischen Stator-Eisen und Stator-Wicklungen, zwischen Rotor und Luft, zwischen Rotor und Kühlöl, zwischen Stator-Wicklungen und Luft und zwischen Stator-Wicklungen und Kühlöl, sowie von Wärmekapazitäten erstellt wird, wobei Verluste in den Stator-Wicklungen aus Stromwärmeverlusten unter Berücksichtigung von Widerstandsänderungen in Abhängigkeit von der modellierten Temperatur der Stator-Wicklungen sowie des Skin-Effekts berücksichtigt werden, wobei Verluste im Stator-Eisen aus Wärmeeinträgen aufgrund von Wirbelstromverlusten und Hystereseverlusten berechnet werden, wobei Verluste im Rotor aufgrund von Hystereseverlusten und Wirbelstromverlusten im Rotoreisen und Hystereseverlusten im Permanentmagneten berechnet werden. A method according to the invention for determining temperatures is used in an electrical machine, comprising a rotor and a stator, comprising stator iron and stator windings, and a cooling system with cooling oil, wherein air is also present in the electric machine, wherein the rotor Iron and at least one permanent magnet comprises. In one embodiment of the method according to the invention, the temperatures are simulated by means of a heat balance model comprising at least four heat balance spaces for stator iron, stator windings, rotor and air, wherein a heat flow balance for each of the heat balance rooms according to the first law of thermodynamics taking into account losses in stator Iron, stator windings and rotor, cooling temperatures of cooling media, heat transfer resistances between stator iron and outside air, between stator iron and air, between stator iron and cooling oil, between stator iron and rotor, between stator iron and stator windings , between rotor and air, between rotor and cooling oil, between stator windings and air and between stator windings and cooling oil, and heat capacity is created, with losses in the stator windings from current heat losses, taking into account resistance changes depending on the model The losses of the stator iron are calculated from heat inputs due to eddy current losses and hysteresis losses, losses in the rotor due to hysteresis losses and eddy current losses in the rotor iron and hysteresis losses in the permanent magnet are calculated.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Temperaturen mittels eines Wärmebilanzmodells umfassend drei Wärmebilanzräume für Stator-Eisen, Stator-Wicklungen und Rotor simuliert, wobei Wärmeübergangswiderstände zwischen Stator-Eisen und Luft, zwischen Rotor und Luft sowie zwischen Stator-Wicklungen und Luft mittels einer Stern-Dreieck-Transformation in virtuelle Wärmeübergangswiderstände umgerechnet werden, wobei ein Wärmeübergangswiderstand zwischen Stator-Eisen und Stator-Wicklungen mit einem dazu parallel geschalteten der virtuellen Wärmeübergangswiderstände zusammengefasst wird, wobei eine Wärmestrombilanz für jeden der Wärmebilanzräume nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik unter Berücksichtigung von Verlusten in Stator-Eisen, Stator-Wicklungen und Rotor, kühlenden Temperaturen von Kühlmedien, dem Wärmeübergangswiderstand zwischen Stator-Eisen und Kühlöl, dem Wärmeübergangswiderstand zwischen Rotor und Kühlöl, den virtuellen Wärmeübergangswiderständen sowie von Wärmekapazitäten erstellt wird, wobei Verluste in den Stator-Wicklungen aus Stromwärmeverlusten unter Berücksichtigung von Widerstandsänderungen in Abhängigkeit von der modellierten Temperatur der Stator-Wicklungen sowie des Skin-Effekts berücksichtigt werden, wobei Verluste im Stator-Eisen aus Wärmeeinträgen aufgrund von Wirbelstromverlusten und Hystereseverlusten berechnet werden, wobei Verluste im Rotor aufgrund von Hystereseverlusten und Wirbelstromverlusten im Rotoreisen und Hystereseverlusten im Permanentmagneten berechnet werden.According to a further embodiment of the method, the temperatures are simulated by means of a heat balance model comprising three heat balance spaces for stator iron, stator windings and rotor, wherein heat transfer resistances between stator iron and air, between rotor and air and between stator windings and air by means of a star -Thieck transformation into virtual heat transfer resistances are converted, wherein a heat transfer resistance between stator iron and stator windings is combined with a parallel to the virtual heat transfer resistors, a heat flow balance for each of the heat balance rooms according to the first law of thermodynamics taking into account losses in Stator iron, stator windings and rotor, cooling temperatures of cooling media, the heat transfer resistance between stator iron and cooling oil, the heat transfer resistance between rotor and cooling oil, the virtual Heat transfer resistors and heat capacities is created, taking into account losses in the stator windings from current heat losses taking into account resistance changes as a function of the modeled temperature of the stator windings and the skin effect, wherein losses in the stator iron from heat inputs due to eddy current losses and Hysteresis losses are calculated, whereby losses in the rotor due to hysteresis losses and eddy current losses in the rotor iron and hysteresis losses are calculated in the permanent magnet.

Die Temperaturen von Stator und Rotor werden mit Hilfe eines Wärmebilanzmodells simuliert, welches auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik beruht. Insbesondere wird die Struktur des Wärmebilanzmodells (Anzahl der Wärme-Bilanzräume) eigens für den On-Board-Einsatz reduziert. Die Parametrierung des Modells kann an Hand von Testprofilen (Prüfstand, Fahrzeug) und geeigneten Identifikations-Algorithmen erfolgen.The stator and rotor temperatures are simulated using a heat balance model based on the first law of thermodynamics. In particular, the structure of the heat balance model (number of heat balance rooms) is reduced specifically for on-board use. The parameterization of the model can be done on the basis of test profiles (test bench, vehicle) and suitable identification algorithms.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Erhöhung der Lebensdauer durch effektiven Bauteilschutz für die elektrische Maschine durch Vermeidung thermischer Überlastung insbesondere bei hohen Leistungsanforderungen erreicht.By means of the method according to the invention, an increase in the service life is achieved by effective component protection for the electrical machine by avoiding thermal overload, in particular with high power requirements.

Weiter kann die Diagnosefähigkeit eines eventuell vorhandenen Stator-Temperatursensors durch Erkennung von Abweichungen zur Stator-Modelltemperatur verbessert werden.Furthermore, the diagnostic capability of a possibly existing stator temperature sensor can be improved by detecting deviations from the stator model temperature.

Die Verfügbarkeit kann bei Ausfall eines eventuell vorhandenen Stator-Temperatursensors durch Substitution mit der Stator-Modelltemperatur erhöht werden. Weiter ist eine Erhöhung der Leistung durch bessere Ausnutzung von Temperaturreserven und gegebenenfalls durch verbesserte Auslegung (Kühl-/Betriebsstrategie, Einsparung von Material und seltener Erden) möglich.The availability can be increased by substitution with the stator model temperature in case of failure of any existing stator temperature sensor. Further, an increase in performance through better utilization of temperature reserves and possibly by improved design (cooling / operating strategy, saving of material and rare earths) is possible.

Durch bedarfsgerechte Auslegung der elektrischen Maschine und der Betriebsstrategie durch Berücksichtigung der aus dem Verfahren rückgemeldeten Temperaturbelastungskollektive ist eine Optimierung von Kosten oder Zuverlässigkeit möglich. Beispiel hierfür ist die Einsparung seltener Erden.By appropriate design of the electrical machine and the operating strategy by taking into account the feedback from the process Temperaturbelastungskollektive an optimization of costs or reliability is possible. An example of this is the saving of rare earths.

Das Verfahren kann mittels eines in einer Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Programms durchgeführt werden, das die benötigten Temperaturen ohne zusätzliche Hardware mit Hilfe eines Software-Simulationsmodells on-board berechnet.The method can be carried out by means of a program provided in a control unit of a motor vehicle, which calculates the required temperatures on-board without additional hardware with the aid of a software simulation model.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein schematisches Wärmebilanzmodell einer elektrischen Maschine mit vier Bilanzräumen, und 1 a schematic heat balance model of an electric machine with four balance spaces, and

2 ein schematisches, vereinfachtes Wärmebilanzmodell einer elektrischen Maschine mit drei Bilanzräumen. 2 a schematic, simplified heat balance model of an electrical machine with three balance spaces.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein schematisches Wärmebilanzmodell einer elektrischen Maschine 1, insbesondere einer permanenterregten Synchronmaschine mit vier Bilanzräumen. 1 shows a schematic heat balance model of an electrical machine 1 , in particular a permanent magnet synchronous machine with four balance spaces.

Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator S und einen Rotor R mit mindestens einem Permanentmagneten. Die elektrische Maschine 1 wird mittels eines Kühlsystems 2, beispielsweise einem Ölkreislauf, gekühlt. Ebenso trägt Umgebungsluft U zur Kühlung bei. Der Stator S umfasst Stator-Eisen Fe und Stator-Wicklungen W. In der elektrischen Maschine 1 befindet sich außerdem Luft L.The electric machine 1 comprises a stator S and a rotor R with at least one permanent magnet. The electric machine 1 is by means of a cooling system 2 , For example, an oil circuit, cooled. Likewise, ambient air U contributes to cooling. The stator S includes stator iron Fe and stator windings W. In the electric machine 1 is also air L.

Die Temperaturen werden mit Hilfe eines Wärmebilanzmodells simuliert, welches auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik beruht, der auf vier Wärmebilanzräume angewandt wird: Wärmebilanzraum W1 für Stator-Eisen Fe, Wärmebilanzraum W2 für Stator-Wicklungen W, Wärmebilanzraum W3 für Rotor R und Wärmebilanzraum W4 für Luft L in der elektrischen Maschine 1. Die Temperaturen des Öls im Kühlsystem 2 werden modelliert.The temperatures are simulated using a heat balance model based on the first law of thermodynamics applied to four heat balance rooms: heat balance space W1 for stator iron Fe, heat balance space W2 for stator windings W, heat balance space W3 for rotor R and heat balance space W4 for Air L in the electric machine 1 , The temperatures of the oil in the cooling system 2 are modeled.

Ausgangspunkt bilden Differenzengleichungen, die wie folgt aufgebaut sind:

  • • Unterteilung der elektrischen Maschine 1 in die vier Wärmebilanzräume W1, W2, W3, W4,
  • • Aufstellen der Wärmestrombilanzen für jeden Wärmebilanzraum W1, W2, W3, W4 nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik
    Figure DE102017003610A1_0002
wobei T = Temperatur, Pv = Verlustwärmeströme, Q . = zugehende- oder abgehende Wärmeströme, C = Wärmekapazität.Starting point are difference equations, which are structured as follows:
  • • Subdivision of the electrical machine 1 into the four heat balance rooms W1, W2, W3, W4,
  • • Setting up the heat flow balances for each thermal balance room W1, W2, W3, W4 according to the first law of thermodynamics
    Figure DE102017003610A1_0002
where T = temperature, Pv = waste heat flows, Q. = incoming or outgoing heat flows, C = heat capacity.

Die Gleichung (1) für die Wärmestrombilanz für den Wärmebilanzraum W1 lautet:

Figure DE102017003610A1_0003
The equation (1) for the heat flow balance for the heat balance room W1 is:
Figure DE102017003610A1_0003

Die Gleichung (2) für die Wärmestrombilanz für den Wärmebilanzraum W2 lautet:

Figure DE102017003610A1_0004
Equation (2) for the heat flow balance for the heat balance space W2 is:
Figure DE102017003610A1_0004

Die Gleichung (3) für die Wärmestrombilanz für den Wärmebilanzraum W3 lautet:

Figure DE102017003610A1_0005
Equation (3) for the heat flow balance for the heat balance room W3 is:
Figure DE102017003610A1_0005

Die Gleichung (4) für die Wärmestrombilanz für den Wärmebilanzraum W4 lautet:

Figure DE102017003610A1_0006
Equation (4) for the heat flow balance for the heat balance room W4 is:
Figure DE102017003610A1_0006

Die Eingangsgrößen für das Gleichungssystem aus den Gleichungen (1), (2), (3) und (4) sind dabei die folgenden Verlustwärmeströme:

PVFe
Verluste im Stator-Eisen Fe
PVW
Verluste in den Stator-Wicklungen W
PVR
Verluste im Rotor R
sowie die als eingeprägt betrachteten kühlenden Temperaturen der Kühlmedien, beispielsweise Öl und Luft:
TOil
Temperatur des Kühlmediums im Stator S
TOil(K0)
Temperatur des Kühlmediums im Rotor R
TAmbAir
Temperatur der Umgebungsluft U.
The input variables for the equation system from the equations (1), (2), (3) and (4) are the following heat losses:
P VFe
Losses in the stator iron Fe
P VW
Losses in the stator windings W
P VR
Losses in the rotor R
as well as the cooling temperatures of the cooling media considered as impressed, for example oil and air:
T Oil
Temperature of the cooling medium in the stator S
T Oil (K0)
Temperature of the cooling medium in the rotor R
T AmbAir
Ambient air temperature U.

Die Temperaturen der Wärmebilanzräume W1 bis W4 können als Zustandsgrößen betrachtet werden, von denen TW und TR die eigentlich interessierenden Ausgangsgrößen sind. Die Wärmeübertragung zwischen den Wärmebilanzräumen W1 bis W4 erfolgt über Wärmeübergangswiderstände, beispielsweise zwischen Stator-Eisen Fe und Stator-Wicklungen W in Form von RFeW. Wärmespeicherung erfolgt mittels Wärmekapazitäten, beispielsweise CFe für das Stator-Eisen Fe.The temperatures of the heat balance spaces W1 to W4 can be considered as state variables, of which T W and T R are the actually interesting outputs. The heat transfer between the heat balance spaces W1 to W4 via heat transfer resistors, for example between stator iron Fe and stator windings W in the form of R FeW . Heat storage takes place by means of heat capacities, for example C Fe for the stator iron Fe.

Die Verluste PVW in den Stator-Wicklungen W werden aus den Stromwärmeverlusten im Kupfer berechnet. Dabei werden die Widerstandsänderung in Abhängigkeit von der (modellierten) Wicklungstemperatur sowie der Skin-Effekt berücksichtigt. PVW = Skinfctr·(Iq 2 + Id 2)·RCp Skinfctr = 1 + f(Iq, Id)·nEM 2 Iges2 = Iq2 + Id2 RCp = RCp,T0 + RCp,T0·αT0·(Tw – T0) (5) The losses P VW in the stator windings W are calculated from the current heat losses in the copper. The change in resistance is taken into account as a function of the (modeled) winding temperature and the skin effect. P VW = Skinfctr · (I q 2 + I d 2 ) · R Cp Skinfctr = 1 + f (I q , I d ) · n EM 2 Iges 2 = Iq 2 + Id 2 R Cp = R Cp, T0 + R Cp, T0 · α T0 · (T w - T 0 ) (5)

Der Faktor Skinfctr zur Berechnung des Skin-Effekts wird durch ein Kennfeld abhängig von Id und Iq realisiert.The factor Skinfctr for calculating the skin effect is realized by a characteristic field depending on I d and I q .

Die Verluste PVFe im Stator-Eisen Fe werden aus den Wärmeeinträgen aufgrund der Wirbelstromverluste und der Hystereseverluste im Stator-Eisen Fe berechnet. PvFe = PvFe, Hysterese + PvFe, Eddy PvFe, Hysterese = f(Iq, Id)·nEM PvFe, Eddy = f(Iq, Id)·nEM2 (6) The losses P VFe in the stator iron Fe are calculated from the heat inputs due to the eddy current losses and the hysteresis losses in the stator iron Fe. PvFe = PvFe, hysteresis + PvFe, Eddy PvFe, hysteresis = f (Iq, Id) · nEM PvFe, Eddy = f (Iq, Id) · nEM 2 (6)

Die Vorfaktoren für die Berechnung der Verluste werden durch Kennfelder abhängig von Id und Iq realisiert.The pre-factors for the calculation of the losses are realized by maps depending on I d and I q .

Die Verluste PVR im Rotor R werden aus den Wärmeeinträgen aufgrund der Hystereseverluste PVRIron,Hysterese und Wirbelstromverluste PVRIron,Eddy im Rotor-Eisen und der Hystereseverluste PVRPM,Eddy in den Permanentmagneten berechnet. PvR = PvRIron, Hysterese + PvRIron, Eddy + PvRPM, Eddy PvRIron, Hysterese = f(Iq, Id)·nEM PvRIron, Eddy = f(Iq, Id)·nEM2 PvRPM, Eddy = f(Iq, Id)·nEM2 (7) The losses P VR in the rotor R are calculated from the heat inputs due to the hysteresis losses P VRIron, hysteresis and eddy current losses P VRIron, Eddy in the rotor iron and the hysteresis losses P VRPM, Eddy in the permanent magnets. PvR = PvRIron, Hysteresis + PvRIron, Eddy + PvRPM, Eddy PvRIron, Hysteresis = f (Iq, Id) · nEM PvRIron, Eddy = f (Iq, Id) · nEM 2 PvRPM, Eddy = f (Iq, Id) · nEM 2 (7)

Die Vorfaktoren für die Berechnung der Verluste werden durch Kennfelder abhängig von Id und Iq realisiert.The pre-factors for the calculation of the losses are realized by maps depending on I d and I q .

In 1 werden zum besseren Verständnis übergeordneter Zusammenhänge die Gleichungen (1) bis (4) in einem quasi-elektrischen Netzwerk dargestellt. Hierbei werden die bekannten, allgemeinen Analogien zwischen Thermodynamik und Elektrotechnik verwendet:

  • – Die Wärmetransportgesetze zur Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion entsprechen dem Ohm'schen Gesetz. Neben dem linearen Gesetz zur Wärmeleitung (Fourier) gibt es die nicht-linearen Wärmetransportmechanismen Wärmestrahlung (Stefan-Boltzmann) und Konvektion, die einzeln oder kombiniert auftreten. Letztere können aber für den betrachteten eingeschränkten Temperaturbereich näherungsweise linearisiert werden, so dass insgesamt ein linearer Zusammenhang für den Wärmetransport – analog dem Ohm'schen Gesetz – angenommen werden kann.
  • – Der Wärmestrom entspricht dem elektrischen Strom.
  • – Die Temperaturdifferenz entspricht der elektrischen Spannungsdifferenz.
  • – Der Wärmeübergangswiderstand entspricht dem elektrischen Widerstand.
  • – Der Wärmeleitwert entspricht dem elektrischen Leitwert.
  • – Das Gesetz zur Wärmekapazität entspricht dem Gesetz zur Kondensatoraufladung.
  • – Der erste Hauptsatz der Thermodynamik, wonach die Summe der Wärmeströme in Knoten gleich Null ist, entspricht der Kirchhoff'schen Knotenregel.
  • – Aus Temperatur (skalare Zustandsgröße) folgt: Die Summe der Temperaturdifferenzen über eine geschlossene Kurve ist gleich Null. Dies entspricht der Kirchhoff'schen Maschenregel.
In 1 For a better understanding of superordinate relationships, equations (1) to (4) are presented in a quasi-electrical network. The well-known general analogies between thermodynamics and electrical engineering are used here:
  • - The heat transfer laws for heat conduction, heat radiation and convection comply with Ohm's law. In addition to the linear law for heat conduction (Fourier), there are the non-linear heat transfer mechanisms heat radiation (Stefan-Boltzmann) and convection, which occur individually or in combination. The latter can but for the considered limited temperature range Approximately linearized, so that a total of a linear relationship for the heat transfer - analogous to Ohm's law - can be assumed.
  • - The heat flow corresponds to the electric current.
  • - The temperature difference corresponds to the electrical voltage difference.
  • - The heat transfer resistance corresponds to the electrical resistance.
  • - The thermal conductivity corresponds to the electrical conductance.
  • - The heat capacity law complies with the law on capacitor charging.
  • - The first law of thermodynamics, according to which the sum of the heat flows in knots is equal to zero, corresponds to Kirchhoff's knot rule.
  • - From temperature (scalar state variable) follows: The sum of the temperature differences over a closed curve is equal to zero. This corresponds to Kirchhoff's mesh rule.

In einem weiteren Schritt kann für den On-Board-Einsatz die Anzahl der Wärmebilanzräume W1 bis W4 reduziert werden.In a further step, the number of heat balance rooms W1 to W4 can be reduced for on-board use.

2 zeigt ein schematisches, vereinfachtes Wärmebilanzmodell einer elektrischen Maschine 1 mit drei Wärmebilanzräumen W1 bis W3. 2 shows a schematic, simplified heat balance model of an electrical machine 1 with three heat balance rooms W1 to W3.

Zur Minimierung des Aufwandes für die Parametrierung und der benötigten On-board-Ressourcen werden an dem in 2 gezeigten Modell mit Hilfe von physikalischen Betrachtungen unter wenig einschränkenden Voraussetzungen bestimmte tolerierbare Vereinfachungen gemacht. Diese werden hier für eine getriebeintegrierte elektrische Maschine 1, deren Stator S und Rotor R über ein Kühlsystem 2 mit einem Kühlmedium, beispielsweise Öl, gekühlt wird, aufgezeigt:

  • a) Das Kühlmedium hat für eine gekapselte elektrische Maschine 1 einen gegenüber der Umgebungsluft U dominanten Kühleffekt. In der Folge kann der Einfluss der Umgebungsluft U vernachlässigt und somit das in 1 gezeigte RFeAmbAir „hochohmig”, das heißt auf den Wert unendlich, gesetzt werden und somit in 2 unberücksichtigt bleiben.
  • b) Bei Kühlung des Stator-Eisens Fe erfolgt der Wärmetransport aus den Stator-Wicklungen W in das Kühlmedium hauptsächlich über das Stator-Eisen Fe, weshalb der Wärmeübergang zwischen Stator-Wicklungen W und Kühlmedium einen Umweg darstellt und daher das in 1 gezeigte RWOil „hochohmig” gesetzt werden und somit in 2 unberücksichtigt bleiben kann.
  • c) Der Wärmetransport vom Stator-Eisen Fe zum Rotor R erfolgt in erster Linie über einen dazwischenliegenden Luftspalt mittels Abstrahlung und Konvektion und nur in weit geringerem Maß über den mechanischen Umweg über Lager des Rotors R mittels Wärmeleitung. Daher kann das in 1 gezeigte RFeR (in seiner ursprünglichen Bedeutung) „hochohmig” gesetzt werden und in 2 unberücksichtigt bleiben.
  • d) Die Wärmekapazität CEMAir der Luft L in der elektrischen Maschine 1 kann verglichen mit den großen Wärmekapazitäten CFe, CW, CR von Stator-Eisen Fe, Stator-Wicklungen W und Rotor R in erster Näherung vernachlässigt werden.
To minimize the effort for the parameterization and the required on-board resources are at the in 2 shown model made certain tolerable simplifications with the help of physical considerations under less restrictive conditions. These are used here for a gear-integrated electric machine 1 whose stator S and rotor R have a cooling system 2 is cooled with a cooling medium, for example oil, shown:
  • a) The cooling medium has for a sealed electrical machine 1 a relation to the ambient air U dominant cooling effect. As a result, the influence of the ambient air U neglected and thus the in 1 shown R FeAmbAir "high impedance", that is, set to the value infinite, and thus in 2 disregarded.
  • b) When the stator iron Fe is cooled, the heat transfer from the stator windings W into the cooling medium takes place mainly via the stator iron Fe, which is why the heat transfer between the stator windings W and the cooling medium is a detour and therefore the in 1 shown WOil R are set to "high impedance" and thus in 2 can be disregarded.
  • c) The heat transfer from the stator iron Fe to the rotor R takes place primarily via an intervening air gap by means of radiation and convection and only to a much lesser extent via the mechanical detour via bearings of the rotor R by means of heat conduction. Therefore, the in 1 shown R FeR (in its original meaning) are set to "high impedance" and in 2 disregarded.
  • d) The heat capacity C EMAir of the air L in the electric machine 1 can be neglected in a first approximation compared to the large heat capacities C Fe , C W , C R of stator iron Fe, stator windings W and rotor R.

Damit kann der Knoten des Wärmebilanzraums W4 aufgelöst werden, in dem eine Stern-Dreieck-Transformation durchgeführt wird und der verbliebene Widerstand RFew mit dem nun parallel-liegenden Widerstand zusammengefasst wird.Thus, the node of the thermal balance space W4 can be resolved, in which a star-delta transformation is performed and the remaining resistance R Few is combined with the now parallel-lying resistor.

Das Ergebnis dieser Vereinfachungen ist im Schaltbild der 2 dargestellt.The result of these simplifications is in the circuit diagram of 2 shown.

Die Differenzengleichungen des vereinfachten Wärmebilanzmodells folgen aus den Gleichungen (1) bis (3) und den oben genannten Vereinfachungen a) bis d):

Figure DE102017003610A1_0007
The difference equations of the simplified heat balance model follow from the equations (1) to (3) and the above-mentioned simplifications a) to d):
Figure DE102017003610A1_0007

Die Gleichungen (8) bis (10) eignen sich insbesondere für den On-Board-Einsatz in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, in dem die elektrische Maschine 1 beispielsweise als Fahrantrieb angeordnet sein kann. In den Gleichungen (8) bis (10) finden sich gegenüber 1 neue Parameter RFeWvirt, RWRvirt, RFeRvirt, virtuelle Widerstände, die sich formal aus der in d) beschriebenen Transformation ergeben und die aus den ursprünglichen physikalischen Widerständen RWEMAir, RFeEMAir, RREMAir und RFeW wie folgt gewonnen werden:
Auflösung des Knotens des Wärmebilanzraums W4 durch Stern-Dreieck-Transformation: RFeW,2 = RFeEMAir·RREMAir + RREMAir·RWEMAir + RWEMAir·RFeEMAir / RREMAir (11) RFeRvirt = RFeEMAir·RREMAir + RREMAir·RWEMAir + RWEMAir·RFeEMAir / RWEMAir (12) RWRvirt = RFeEMAir·RREMAir + RREMAir·RWEMAir + RWEMAir·RFeEMAir / RFeEMAir (13)
The equations (8) to (10) are particularly suitable for on-board use in a control unit of a motor vehicle, in which the electric machine 1 can be arranged for example as a drive. In equations (8) to (10) are found opposite 1 new parameters R FeWvirt , R WRvirt , R FeRvirt , virtual resistances which formally result from the transformation described in d) and which are obtained from the original physical resistances R WEMAir , R FeEMAir , R REMAir and R FeW as follows:
Resolution of the node of the heat balance space W4 by star-triangle transformation: R FeW, 2 = RFeemair · RREMAir + RREMAir · RWEMAir + RWEMAir · RFeEMAir / RREMAir (11) RFeRvirt = RFeemir · RREMAir + RREMAir · RWEMAir + RWEMAir · RFeemir / RWEMAir (12) RWRvirt = RFeemir · RREMAir + RREMAir · RWEMAir + RWEMAir · RFeemir / RFeEMAir (13)

Integration von RFeW durch Parallelschaltung mit RFeW,2 gemäß (11): RFeWvirt = RFeW·RFeW,2 / RFeW + RFeW,2 (14) Integration of R FeW by parallel connection with R FeW, 2 according to (11): RFeWvirt = RFeW · RFeW, 2 / RFeW + RFeW, 2 (14)

Mit den Gleichungen (11) bis (14) steht somit eine Transformation (off-board) zur Verfügung, die es erlaubt, Startwerte und Wertebereiche der Parameter des vereinfachten Modells, die für die nachfolgende Feinparametrierung benötigt werden, aus physikalischen Werten zu gewinnen. Abkürzungsverzeichnis

Figure DE102017003610A1_0008
Figure DE102017003610A1_0009
Equations (11) to (14) thus provide an off-board transformation that allows starting values and value ranges of the parameters of the simplified model, which are required for the subsequent fine parameterization, to be obtained from physical values. List of abbreviations
Figure DE102017003610A1_0008
Figure DE102017003610A1_0009

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
elektrische Maschineelectric machine
22
Kühlsystemcooling system
CEMAir C EMAir
Wärmekapazität der Luft in der elektrischen MaschineHeat capacity of the air in the electric machine
CFe C Fe
Wärmekapazität Stator-EisenHeat capacity stator iron
CR C R
Wärmekapazität RotorHeat capacity rotor
CW C W
Wärmekapazität Stator-WicklungHeat capacity stator winding
FeFe
Stator-EisenStator iron
LL
Luftair
PVFe P VFe
Verluste im Stator-EisenLosses in the stator iron
PVR P VR
Verluste im RotorLosses in the rotor
PVW P VW
Verluste in den Stator-WicklungenLosses in the stator windings
RR
Rotorrotor
RFeAmbAir R FeAmbAir
Wärmeübergangswiderstand zwischen Stator-Eisen und AußenluftHeat transfer resistance between stator iron and outside air
RFeEMAir R FeEMAir
Wärmeübergangswiderstand zwischen Stator-Eisen und Luft in der elektrischen MaschineHeat transfer resistance between stator iron and air in the electric machine
RFeOil R FeOil
Wärmeübergangswiderstand zwischen Stator-Eisen und KühlölHeat transfer resistance between stator iron and cooling oil
RFeR R FeR
Wärmeübergangswiderstand zwischen Stator-Eisen und RotorHeat transfer resistance between stator iron and rotor
RFeRvirt R FeRvirt
Wärmeübergangswiderstand virtuell zwischen Stator-Eisen und RotorHeat transfer resistance virtually between stator iron and rotor
RFeW R FeW
Wärmeübergangswiderstand zwischen Stator-Eisen und Stator-WicklungHeat transfer resistance between stator iron and stator winding
RFeWvirt R FeWvirt
Wärmeübergangswiderstand virtuell zwischen Stator-Eisen und Stator-WicklungHeat transfer resistance virtually between stator iron and stator winding
RREMAir R REMAir
Wärmeübergangswiderstand zwischen Rotor und der Luft in der elektrischen MaschineHeat transfer resistance between the rotor and the air in the electric machine
RROil R ROil
Wärmeübergangswiderstand zwischen Rotor und KühlölHeat transfer resistance between rotor and cooling oil
RWEMAir R WEMAir
Wärmeübergangswiderstand zwischen Stator-Wicklung und der Luft in der elektrischen Maschine [K/W]Heat transfer resistance between stator winding and the air in the electric machine [K / W]
RWOil R WOil
Wärmeübergangswiderstand zwischen Stator-Wicklung und KühlölHeat transfer resistance between stator winding and cooling oil
RWRvirt R WRvirt
Wärmeübergangswiderstand virtuell zwischen Stator-Wicklung und RotorHeat transfer resistance virtually between stator winding and rotor
SS
Statorstator
TAmbAir T AmbAir
Temperatur der UmgebungsluftTemperature of the ambient air
TEMAir T EMAir
Temperatur der Luft in der elektrischen Maschine (im Luftspalt)Temperature of the air in the electric machine (in the air gap)
TFe T Fe
Temperatur Stator-EisenTemperature stator-iron
TOil T Oil
Temperatur des KühlmediumsTemperature of the cooling medium
TOil(K0) T Oil (K0)
Temperatur des Kühlmediums im RotorTemperature of the cooling medium in the rotor
TR T R
Temperatur RotorTemperature rotor
TW T W
Temperatur Stator-WicklungTemperature stator winding
UU
Umgebungsluftambient air
WW
Stator-WicklungenStator windings
W1W1
WärmebilanzraumHeat balance room
W2W2
WärmebilanzraumHeat balance room
W3W3
WärmebilanzraumHeat balance room
W4W4
WärmebilanzraumHeat balance room

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10106944 B4 [0007] DE 10106944 B4 [0007]

Claims (3)

Verfahren zur Ermittlung von Temperaturen (T) in einer elektrischen Maschine (1), umfassend einen Rotor (R) und einen Stator (S), umfassend Stator-Eisen (Fe) und Stator-Wicklungen (W) sowie ein Kühlsystem (2) mit Kühlöl, wobei sich in der elektrischen Maschine (1) zudem Luft (L) befindet, wobei der Rotor (R) Rotor-Eisen und mindestens einen Permanentmagneten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen (T) mittels eines Wärmebilanzmodells umfassend mindestens vier Wärmebilanzräume (W1, W2, W3, W4) für Stator-Eisen (Fe), Stator-Wicklungen (W), Rotor (R) und Luft (L) simuliert werden, wobei eine Wärmestrombilanz für jeden der Wärmebilanzräume (W1, W2, W3, W4) nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik unter Berücksichtigung von Verlusten (PVFe, PVW, PVR) in Stator-Eisen (Fe), Stator-Wicklungen (W) und Rotor (R), kühlenden Temperaturen (TOil, TOil(KO), TAmbAir) von Kühlmedien, Wärmeübergangswiderständen (RFeAmbAir, RFeEMAir, RFeOil, RFeR, RFeW, RREMAir, RROil, RWOil, RWEMAir) zwischen Stator-Eisen (Fe) und Außenluft, zwischen Stator-Eisen (Fe) und Luft (L), zwischen Stator-Eisen (Fe) und Kühlöl, zwischen Stator-Eisen (Fe) und Rotor (R), zwischen Stator-Eisen (Fe) und Stator-Wicklungen (W), zwischen Rotor (R) und Luft (L), zwischen Rotor (R) und Kühlöl, zwischen Stator-Wicklungen (W) und Luft (L) und zwischen Stator-Wicklungen (W) und Kühlöl, sowie von Wärmekapazitäten (CFe, CW, CR, CEMAir) erstellt wird, wobei Verluste (PVW) in den Stator-Wicklungen (W) aus Stromwärmeverlusten unter Berücksichtigung von Widerstandsänderungen in Abhängigkeit von der modellierten Temperatur (TW) der Stator-Wicklungen (W) sowie des Skin-Effekts berücksichtigt werden, wobei Verluste (PVFe) im Stator-Eisen (Fe) aus Wärmeeinträgen aufgrund von Wirbelstromverlusten und Hystereseverlusten berechnet werden, wobei Verluste (PVR) im Rotor (R) aufgrund von Hystereseverlusten und Wirbelstromverlusten im Rotoreisen und Hystereseverlusten im Permanentmagneten berechnet werden.Method for determining temperatures (T) in an electrical machine ( 1 ) comprising a rotor (R) and a stator (S) comprising stator iron (Fe) and stator windings (W) and a cooling system ( 2 ) with cooling oil, wherein in the electrical machine ( 1 ) in addition to air (L), wherein the rotor (R) rotor-iron and at least one permanent magnet, characterized in that the temperatures (T) by means of a heat balance model comprising at least four heat balance spaces (W1, W2, W3, W4) for stator Iron (Fe), stator windings (W), rotor (R) and air (L) are simulated, with a heat flow balance for each of the heat balance spaces (W1, W2, W3, W4) according to the first law of thermodynamics taking into account Losses (P VFe , P VW , P VR ) in stator iron (Fe), stator windings (W) and rotor (R), cooling temperatures (T Oil , T Oil (KO) , T AmbAir ) of cooling media, heat transfer resistances (R FeAmbAir , R FeEMAir , R FeOil , R FeR , R FeW , R REMAir , R ROil , R WOil , R WEMAir ) between stator iron (Fe) and outside air, between stator iron (Fe) and air (L) between stator iron (Fe) and cooling oil, between stator iron (Fe) and rotor (R), between stator iron (Fe) and stator windings (W), between rotor (R) and air (L), between rotor (R) and cooling oil, between stator windings (W) and air (L) and between stator windings (W) and cooling oil, as well as heat capacities (C Fe , C W , C R , C EMAir ), wherein losses (P VW ) in the stator windings (W) from current heat losses taking into account resistance changes as a function of the modeled temperature (T W ) of the stator windings (W) and the Skin losses (P VFe ) in the stator iron (Fe) are calculated from heat inputs due to eddy current losses and hysteresis losses, with losses (P VR ) in the rotor (R) due to hysteresis losses and eddy current losses in the rotor iron and hysteresis losses in the rotor Permanent magnets are calculated. Verfahren zur Ermittlung von Temperaturen (T) in einer elektrischen Maschine (1), umfassend einen Rotor (R) und einen Statur (S), umfassend Stator-Eisen (Fe) und Stator-Wicklungen (W) sowie ein Kühlsystem (2) mit Kühlöl, wobei sich in der elektrischen Maschine (1) zudem Luft (L) befindet, wobei der Rotor (R) Rotor-Eisen und mindestens einen Permanentmagneten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen (T) mittels eines Wärmebilanzmodells umfassend drei Wärmebilanzräume (W1, W2, W3) für Stator-Eisen (Fe), Stator-Wicklungen (W) und Rotor (R) simuliert werden, wobei Wärmeübergangswiderstände (RFeEMAir, RWEMAir, RREMAir) zwischen Stator-Eisen (Fe) und Luft (L), zwischen Rotor (R) und Luft (L) sowie zwischen Stator-Wicklungen (W) und Luft (L) mittels einer Stern-Dreieck-Transformation in virtuelle Wärmeübergangswiderstände (RFeWvirt, RFeRvirt, RWRvirt) umgerechnet werden, wobei ein Wärmeübergangswiderstand (RFeW) zwischen Stator-Eisen (Fe) und Stator-Wicklungen (W) mit einem dazu parallel geschalteten der virtuellen Wärmeübergangswiderstände (RFeWvirt) zusammengefasst wird, wobei eine Wärmestrombilanz für jeden der Wärmebilanzräume (W1, W2, W3) nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik unter Berücksichtigung von Verlusten (PVFe, PVW, PVR) in Stator-Eisen (Fe), Stator-Wicklungen (W) und Rotor (R), kühlenden Temperaturen (TOil, TOil(K0)) von Kühlmedien, dem Wärmeübergangswiderstand (RFeOil) zwischen Stator-Eisen (Fe) und Kühlöl, dem Wärmeübergangswiderstand (RROil) zwischen Rotor (R) und Kühlöl, den virtuellen Wärmeübergangswiderständen (RFeWvirt, RFeRvirt, RWRvirt) sowie von Wärmekapazitäten (CFe, CW, CR) erstellt wird, wobei Verluste (PVW) in den Stator-Wicklungen (W) aus Stromwärmeverlusten unter Berücksichtigung von Widerstandsänderungen in Abhängigkeit von der modellierten Temperatur (TW) der Stator-Wicklungen (W) sowie des Skin-Effekts berücksichtigt werden, wobei Verluste (PVFe) im Stator-Eisen (Fe) aus Wärmeeinträgen aufgrund von Wirbelstromverlusten und Hystereseverlusten berechnet werden, wobei Verluste (PVR) im Rotor (R) aufgrund von Hystereseverlusten und Wirbelstromverlusten im Rotoreisen und Hystereseverlusten im Permanentmagneten berechnet werden.Method for determining temperatures (T) in an electrical machine ( 1 ) comprising a rotor (R) and a stature (S) comprising stator iron (Fe) and stator windings (W) and a cooling system ( 2 ) with cooling oil, wherein in the electrical machine ( 1 ), wherein the rotor (R) rotor-iron and at least one permanent magnet, characterized in that the temperatures (T) by means of a heat balance model comprising three heat balance spaces (W1, W2, W3) for stator iron ( Fe), stator windings (W) and rotor (R) are simulated, with heat transfer resistances (R FeEMAir , R WEMAir , R REMAir ) between stator iron (Fe) and air (L), between rotor (R) and air ( L) and between stator windings (W) and air (L) by means of a star-triangle transformation in virtual heat transfer resistances (R FeWvirt , R FeRvirt , R WRvirt ) are converted, wherein a heat transfer resistance (R FeW ) between stator iron ( Fe) and stator windings (W) with a virtual heat transfer resistors (R FeWvirt ) connected in parallel therewith , wherein a heat flow balance for each of the heat balance spaces (W1, W2, W3) according to the first law of thermodynamics taking into account Losses (P Vfe , P VW , P VR ) in stator iron (Fe), stator windings (W) and rotor (R), cooling temperatures (T Oil , T Oil (K0) ) of cooling media, the heat transfer resistance (R FeOil ) between stator iron (Fe) and cooling oil, the heat transfer resistance (R ROil ) between rotor (R) and cooling oil, the virtual heat transfer resistances (R FeWvirt , R FeRvirt , R WRvirt ) as well as heat capacities (C Fe , C W , C R ), taking into account losses (P VW ) in the stator windings (W) from current heat losses taking into account resistance changes as a function of the modeled temperature (T W ) of the stator windings (W) and the skin effect where losses (P VFe ) in the stator iron (Fe) are calculated from heat inputs due to eddy current losses and hysteresis losses, with losses (P VR ) in the rotor (R) due to hysteresis losses and eddy current losses in the rotor iron and hysteresis losses in the rotor Permanent magnets are calculated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für eine elektrische Maschine (1) in einem Kraftfahrzeug verwendet wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the method for an electrical machine ( 1 ) is used in a motor vehicle.
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