DE102017202324B4

DE102017202324B4 - A method of minimizing torque of an electrical machine during an energy transfer process

Info

Publication number: DE102017202324B4
Application number: DE102017202324.4A
Authority: DE
Inventors: Franz Pfeilschifter; Reinhold Zwingel; Edmund Schirmer; Florian Schmidbauer; Matthias Töns; Florian Gutknecht-Stöhr; Johannes Gürtler; Hans-Peter Feustel
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2037-02-15
Also published as: DE102017202324A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Minimieren eines Drehmoments einer elektrischen Maschine eines elektrischen Fahrzeugantriebs während einem Energieübertragungsvorgang durch die elektrische Maschine beschrieben. Der Energieübertragungsvorgang umfasst: Leiten von elektrischer Energie durch mindestens eine Statorwicklung eines Stators der elektrischen Maschine zum Aufladen eines Energiespeichers des Fahrzeugantriebstrangs oder zum Rückspeisen von Energie aus dem Energiespeicher, während ein Rotor der elektrischen Maschine gegenüber dem Stator mechanisch arretiert ist. Ferner wird das Drehmoment zwischen der mindestens einen Statorwicklung und einem Rotor der elektrischen Maschine minimiert durch Minimieren des Winkelbetrags (W) zwischen einem magnetischen Statorfluss (1 - 3), der sich durch das Leiten von elektrischer Energie durch die mindestens eine Statorwicklung ergibt, und einer Richtung (5), die dem Rotorfluss, der während dem Leiten von elektrischer Energie herrscht, entgegengesetzt ist. Der Winkelbetrag (W) wird zu Beginn oder vor dem Schritt des Leitens von Energie minimiert.A method for minimizing a torque of an electric machine of a vehicle electric drive during an energy transmission operation by the electric machine will be described. The energy transfer process comprises: conducting electrical energy through at least one stator winding of a stator of the electric machine for charging an energy storage device of the vehicle drive train or for feeding energy back from the energy store, while a rotor of the electric machine is mechanically locked relative to the stator. Further, the torque between the at least one stator winding and a rotor of the electric machine is minimized by minimizing the angular amount (W) between a magnetic stator flux (1-3) resulting from the passage of electrical energy through the at least one stator winding Direction (5), which is opposite to the rotor flux, which prevails during the conduction of electrical energy. The angular amount (W) is minimized at the beginning or before the step of conducting energy.

Description

Das hier beschriebene Verfahren betrifft das Gebiet der Energieübertragung von oder zu einem elektrischen Antriebsstrang, insbesondere zu dessen Energiespeicher. Es ist bekannt, beim Laden eines Energiespeichers eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs Strom durch Wicklungen einer elektrischen Maschine hindurch zu übertragen, um so eine Filterwirkung zu erzielen. Hierbei entstehen insbesondere bei einer permanenterregten elektrischen Maschine Drehmomente, die unerwünscht sind, da sich in diesem Zustand das Fahrzeug im Stillstand befindet. Es ist ferner bekannt, einen Verriegelungsmechanismus zu verwenden, um eine Bewegung des Rotors der elektrischen Maschine zu verhindern.The method described here relates to the field of energy transfer from or to an electric drive train, in particular to its energy storage. It is known, when charging an energy storage device of an electric drive of a vehicle, to transmit current through windings of an electric machine in order to achieve a filtering effect. In particular, in the case of a permanent-magnet electric machine, torques arise which are undesirable, since in this state the vehicle is at a standstill. It is also known to use a locking mechanism to prevent movement of the rotor of the electric machine.

Die Druckschrift DE 10 2010 002 154 A1 beschreibt, bei einem Ladevorgang mit Wechselstrom Statorwicklungen einer elektrischen Maschine als Transformatorwicklungen zu nutzen, und den Rotor zum Stator gemäß einer optimierten magnetischen Kopplung auszurichten.The publication DE 10 2010 002 154 A1 describes, when charging with AC current stator windings of an electrical machine to use as transformer windings, and to align the rotor to the stator according to an optimized magnetic coupling.

Die Druckschrift DE 10 2010 040 972 A1 beschreibt, Teilwicklungen einer elektrischen Maschine bei einem Ladevorgang derart zu bestromen, dass sich möglichst kein magnetisches Feld aufbaut. Gemäß dieser Druckschrift ist es nicht notwendig, Vorkehrungen zu treffen, um Bewegungen zu unterbinden.The publication DE 10 2010 040 972 A1 describes energizing partial windings of an electric machine during a charging process in such a way that as far as possible no magnetic field builds up. According to this document, it is not necessary to take precautions to prevent movements.

Die Druckschrift DE 696 17 026 T2 beschreibt, einem Ladevorgang Erregerwicklungen einer elektrischen Maschine mit entgegengesetzten Wicklungsrichtungen zur Stromübertragung zu verwenden, um so eine äußeres magnetisches Feld und somit eine Drehmoment zu vermeiden.The publication DE 696 17 026 T2 describes to use a charging operation excitation windings of an electric machine with opposite winding directions for power transmission, so as to avoid an external magnetic field and thus a torque.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich die mechanische Belastung einer derartigen mechanischen Verriegelung verringern lässt.It is an object of the invention to provide a simple way of reducing the mechanical load on such a mechanical interlock.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1. Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Ausführungsformen ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.This object is achieved by the method according to claim 1. Further advantages, features, properties and embodiments will become apparent from the dependent claims, the description and the figures.

Es wird vorgeschlagen, eine Abweichung der wechselseitigen Ausrichtung von Rotorfluss und Statorfluss gegenüber einer antiparallelen Ausrichtung der Flüsse zu minimieren. Dadurch wird das Drehmoment minimiert, das durch die Übertragung von Energie durch die elektrische Maschine entsteht. Es werden Möglichkeiten vorgeschlagen, mittels denen das Drehmoment minimiert werden kann, oder ein Drehmoment von im Wesentlichen null erreicht werden können. Es wird ein Winkelbetrag zwischen Rotorfluss und Statorfluss betrachtet, der null ist, wenn Rotorfluss und Statorfluss genau antiparallel sind, so dass sich in dieser Stellung keine drehmomenterzeugende Wechselwirkung ergibt. Die Abweichung des Winkels (bzw. Winkelbetrags) zwischen Statorfluss und Rotorfluss von einem Winkel von 180° wird minimiert.It is proposed to minimize a deviation of the mutual orientation of rotor flux and stator flux against an anti-parallel alignment of the flows. This minimizes the torque created by the transfer of energy through the electric machine. There are proposed ways by which the torque can be minimized, or a torque of substantially zero can be achieved. Consider an angle between rotor flux and stator flux that is zero when the rotor flux and stator flux are exactly antiparallel so that there is no torque-producing interaction in this position. The deviation of the angle (or angle) between stator flux and rotor flux from an angle of 180 ° is minimized.

Es wird ein Verfahren zum Minimieren eines Drehmoments einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, insbesondere des Drehmoments zwischen Rotor und Stator. Die elektrische Maschine gehört einem elektrische Fahrzeugantriebstrang an, der den einzigen Antrieb darstellen kann, wie etwa bei einem Elektrofahrzeug, oder der einen von mehreren Antrieben darstellen kann, wie etwa bei einem Elektrofahrzeug. Der Fahrzeugantriebstrang ist ein Plug-In-Antriebstrang bzw. ist eingerichtet, durch eine leitungsbasierte elektrische Verbindung elektrische Energie von einer stationären Einrichtung zu erhalten (etwa zum Laden) oder in diese Zurückzuspeisen (insbesondere bei einem Rückspeisevorgang).A method is proposed for minimizing a torque of an electrical machine, in particular the torque between the rotor and the stator. The electric machine is associated with an electric vehicle powertrain, which may be the sole drive, such as in an electric vehicle, or which may be one of multiple drives, such as an electric vehicle. The vehicle powertrain is a plug-in powertrain or is configured to receive electrical energy from a stationary device (such as for charging) or backfeed through a line-based electrical connection (especially during a regenerative process).

Das hier betrachtete, zu minimierende Drehmoment bezieht sich auf einen Energieübertragungsvorgang, bei dem Energie durch die elektrische Maschine hindurch übertragen wird, insbesondere durch eine Wicklung der elektrischen Maschine oder durch mehrere Wicklungen der elektrischen Maschine. Während der Energieübertragung ist zumindest eine der Wicklungen von den anderen Wicklungen getrennt, d.h. während dem Energieübertragungsvorgang ist die elektrische Maschine nicht in einer vollständigen Antriebskonfiguration, d.h. nicht in einer vollständigen (symmetrischen) Sternkonfiguration und auch nicht in einer vollständigen (symmetrischen) Dreieckkonfiguration.The torque to be minimized referred to here refers to an energy transfer process in which energy is transmitted through the electric machine, in particular through a winding of the electric machine or through a plurality of windings of the electric machine. During energy transfer, at least one of the windings is disconnected from the other windings, i. During the energy transfer process, the electric machine is not in a complete drive configuration, i. not in a complete (symmetric) star configuration, nor in a complete (symmetric) triangle configuration.

Der Energieübertragungsvorgang umfasst ein Leiten von elektrischer Energie durch mindestens eine Statorwicklung eines Stators der elektrischen Maschine zum Aufladen eines Energiespeichers des Fahrzeugantriebstrangs oder zum Rückspeisen von Energie aus dem Energiespeicher. Während dem Energieübertragungsvorgang ist der Rotor der elektrischen Maschine gegenüber dem Stator mechanisch arretiert, entweder durch eine direkte arretierende Verbindung zwischen Rotor und Stator, oder durch des Rotors gegenüber dem Stator über eine arretierte Verbindung.The energy transfer process comprises conducting electrical energy through at least one stator winding of a stator of the electric machine for charging an energy store of the vehicle drive train or for feeding energy back from the energy store. During the energy transfer process, the rotor of the electric machine is mechanically locked to the stator, either by a direct locking connection between the rotor and stator, or by the rotor to the stator via a locked connection.

Als elektrische Energie wird vorzugsweise ein Gleichstrom (konstant oder pulsierend) übertragen. Mit anderen Worten ist das Signal, mittels dem die elektrische Energie übertragen wird, ein Gleichspannungssignal (als Konstantspannung oder als pulsierende Spannung).As electrical energy, preferably a direct current (constant or pulsating) is transmitted. In other words, the signal by which the electrical energy is transmitted is a DC signal (as a constant voltage or as a pulsating voltage).

Es ist vorgesehen, das Drehmoment zwischen der mindestens einen Statorwicklung (bzw. Stator) und einem Rotor der elektrischen Maschine zu minimieren. Dies wird ausgeführt, indem der Winkelbetrag zwischen einem magnetischen Statorfluss, der sich durch das Leiten von elektrischer Energie durch die mindestens eine Statorwicklung ergibt, und einer Richtung, die dem Rotorfluss, der während dem Leiten von elektrischer Energie herrscht, entgegengesetzt ist, minimiert wird. Das Minimieren entspricht dem Ausrichten von Stator und Rotor in einer möglichst antiparallelen Ausrichtung zueinander. Der Winkelbetrag wird zu Beginn oder vor dem Schritt des Leitens von Energie minimiert.It is provided that the torque between the at least one stator winding (or. Stator) and a rotor of the electric machine to minimize. This is accomplished by minimizing the angular amount between a magnetic stator flux resulting from the passing of electrical energy through the at least one stator winding and a direction opposite the rotor flux prevailing during the passage of electrical energy. The minimization corresponds to the alignment of stator and rotor in an anti-parallel as possible alignment with each other. The angular amount is minimized at the beginning or before the step of conducting energy.

Dadurch entsteht während dem Energieübertragungsvorgang nur ein minimales Drehmoment, so dass die mechanische Beanspruchung der Arretierung (und auch der elektrischen Maschine) minimiert ist. Die Betrachtungen der magnetischen Flüsse beziehen sich insbesondere auf das Innere des Stators, insbesondere auf Flüsse, die sich innerhalb des Rotors ergeben oder im Spalt zwischen Rotor und Stator ergeben.As a result, during the energy transfer process only a minimal torque, so that the mechanical stress of the lock (and also the electric machine) is minimized. The considerations of the magnetic fluxes relate in particular to the interior of the stator, in particular to flows that arise within the rotor or result in the gap between rotor and stator.

Das Drehmoment kann minimiert werden durch Ausrichten des Statorflusses. Hierbei kann mindestens eine Statorwicklung gewählt werden. Es wird diejenige Statorwicklung gewählt, die bei vorgegebener Stromrichtung des (späteren) Energieübertragungsvorgangs durch diese Statorwicklung hindurch zu dem geringsten aller möglichen Drehmomente führt, d.h. zu einem Statorfluss führt, der nur um einen minimalen Winkel (incl. 0°) von einer antiparallelen Ausrichtung zum Rotorfluss abweicht. Es kann ferner diejenige Untergruppe von Statorwicklungen gewählt werden, die bei vorgegebener Stromrichtung des (späteren) Energieübertragungsvorgangs durch diese Statorwicklungen hindurch zu dem geringsten aller möglichen Drehmomente führt, d.h. zu einem (Gesamt-) Statorfluss führt, der nur um einen minimalen Winkel (incl. 0°) von einer antiparallelen Ausrichtung zum Rotorfluss abweicht.The torque can be minimized by aligning the stator flux. In this case, at least one stator winding can be selected. The one stator winding is chosen which leads at the given current direction of the (later) energy transfer process through this stator winding to the lowest of all possible torques, i. leads to a stator flux, which deviates only by a minimum angle (incl. 0 °) of an anti-parallel alignment with the rotor flux. Further, that subgroup of stator windings may be chosen which at the given current direction of the (later) energy transfer operation through these stator windings leads to the lowest of all possible torques, i. leads to a (total) stator flux, which differs only by a minimum angle (incl. 0 °) from an anti-parallel alignment with the rotor flux.

Da die Normale der Statorwicklung die Richtung des Statorflusses bestimmt, kann zur Auswahl der Statorwicklung oder der Untergruppe auch die Normale betrachtet werden. Hierbei ist die Ausrichtung der Normalen ausschlaggebend, insbesondere deren Einheitsvektor. Falls eine vorgegebene Stromrichtung (für die spätere Energieübertragung) gegeben ist, wird hierbei der an die Statorwicklung angrenzende Halbraum berücksichtigt, in den hinein der Statorfluss weist. Insbesondere wird hierbei die Mehrdeutigkeit der Normalen aufgelöst durch die vorgegebene Stromrichtung.Since the normal of the stator winding determines the direction of the stator flux, the normal can also be considered for selecting the stator winding or the subgroup. Here, the alignment of the normals is crucial, especially their unit vector. If a given current direction (for the subsequent energy transfer) is given, the half space adjacent to the stator winding, into which the stator flux points, is taken into account. In particular, the ambiguity of the normals is resolved by the given current direction.

Es kann daher diejenige Statorwicklung ausgewählt, deren Normale (gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Stromrichtung der Energieübertragung) den kleinsten Winkel gegenüber dem Rotorfluss aufweist. Die elektrische Energie wird dann nur durch diese Statorwicklung geleitet. Wie erwähnt wird die Zweideutigkeit der Normalen der Statorwicklung aufgelöst durch einen vorgegebenen (späteren) Stromfluss. Mit anderen Worten kann diejenige Statorwicklung ausgewählt werden, die bei einer vorgegebenen Stromflussrichtung einen (magnetischen) Statorfluss erzeugt, der den kleinsten Winkel gegenüber einer Richtung aufweist, die dem Rotorfluss entgegengesetzt ist (d.h. kleinster Winkel zur vollständigen Antiparallelität).It is therefore possible to select that stator winding whose normal (possibly taking into account a predetermined current direction of the energy transmission) has the smallest angle with respect to the rotor flux. The electrical energy is then passed only through this stator winding. As mentioned, the ambiguity of the normals of the stator winding is resolved by a given (later) current flow. In other words, the stator winding that generates a (magnetic) stator flux at a given current flow direction that has the smallest angle to a direction opposite to the rotor flux (i.e., smallest angle to complete antiparallelism) can be selected.

Anstatt einer einzigen Wicklung können auch mehrere Statorwickungen betrachtet werden. Deren Fluss ergibt sich aus der Vektorsumme, so dass Statorflussausrichtungen möglich sind, die zwischen den Ausrichtungen der Statorflüsse einzelner Statorwicklungen liegen. Falls der Energiefluss einer einzigen Statorwicklung die geringste Winkelabweichung zu dem Rotorfluss verspricht, kann diese zur Energieübertragung verwendet werden. Falls jedoch die geringste Winkelabweichung zwischen den Ausrichtungen der Statorwicklungen liegt, beispielsweise im Wesentlichen bei einer Vektorsumme von zwei (allgemein: mehreren) Statorwicklungen, dann werden diese zur Energieübertragung ausgewählt.Instead of a single winding and several stator windings can be considered. Their flux results from the vector sum, so that stator flux alignments are possible, which lie between the orientations of the stator fluxes of individual stator windings. If the energy flow of a single stator winding promises the least angular deviation from the rotor flux, it can be used for energy transfer. However, if the least angular deviation lies between the orientations of the stator windings, for example, substantially at a vector sum of two (generally several) stator windings, then these are selected for power transmission.

Es wird daher diejenige Untergruppe von Statorwicklungen ausgewählt, deren Normalen in Summe den kleinsten Winkel gegenüber dem Rotorfluss aufweisen. Der kleinste Winkel bezieht sich auf alle Tupel einer Untergruppe der Statorwicklungen. Die elektrische Energie wird nur durch diese Untergruppe von Statorwicklungen geleitet.It is therefore selected that subgroup of stator windings whose normal in sum have the smallest angle to the rotor flux. The smallest angle refers to all tuples of a subgroup of the stator windings. The electrical energy is only passed through this subgroup of stator windings.

Auch hier kann die Zweideutigkeit der Normalen der Statorwicklungen jeweils aufgelöst wenden durch einen jeweiligen, vorgegebenen (späteren) Stromfluss. Mit anderen Worten können diejenigen Statorwicklungen einer Untergruppe ausgewählt werden, die bei den jeweiligen vorgegebenen Stromflussrichtungen zusammen einen (magnetischen) Statorfluss erzeugen, der den kleinsten Winkel gegenüber einer Richtung aufweist, die dem Rotorfluss entgegengesetzt ist (d.h. kleinster Winkel zur vollständigen Antiparallelität). Es ist vorgesehen, dass bei der Übertragung von Energie über eine Untergruppe von Statorwicklungen der Strombetrag durch alle Statorwicklungen (durch die Energie übertragen wird) gleich ist. In diesem Fall kann die sich ergebende Richtung des sich ergebenden gemeinsamen Statorflusses ermittelt werden durch eine Vektorsumme der Ausrichtungen der Statorwicklungen. Da der Strombetrag durch die betreffenden Statorwicklungen gleich ist, kann die sich ergebende Statorflussausrichtung eingestellt werden mittels Zuschalten oder Abtrennen von Wicklungen, etwa durch eine Auswahl mittels einer Schaltvorrichtung.Again, the ambiguity of the normals of the stator windings can each turn resolved by a respective predetermined (later) current flow. In other words, those stator windings of a subgroup may be selected which together produce at the respective predetermined current flow directions a (magnetic) stator flux having the smallest angle to a direction opposite to the rotor flux (i.e., smallest angle to complete anti-parallelism). It is envisaged that when transferring energy across a subset of stator windings, the amount of current through all the stator windings (through which energy is transferred) is the same. In this case, the resultant direction of the resulting common stator flux can be determined by a vector sum of the orientations of the stator windings. Since the amount of current through the respective stator windings is the same, the resulting stator flux alignment can be adjusted by connecting or disconnecting windings, such as selection by means of a switching device.

Im Weiteren ist eine Möglichkeit dargestellt, bei der der gemeinschaftliche Statorfluss einer Untergruppe von Statorwicklungen keine diskreten Ausrichtungen hat wie bei den vorangehend genannten Möglichkeiten, sondern die Ausrichtung im Wesentlich kontinuierlich eingestellt werden kann (d.h. möglichst genau antiparallel zum Rotorfluss). Dies ist möglich durch die Einstellung unterschiedlicher Effektivströme durch mehrere Statorwicklungen. Eine Realisierungsmöglichkeit der Einstellung ist die Modulation des Stroms, wobei der Effektivwert durch (mindestens) ein Modulationsparameter eingestellt wird. Dadurch sind winkelkontinuierliche Ausrichtungen des (Gesamt-)Statorflusses möglich.In the following, a possibility is shown in which the common stator flux of a Subgroup of stator windings has no discrete orientations as in the above-mentioned possibilities, but the orientation can be adjusted substantially continuously (ie, as accurately as possible antiparallel to the rotor flux). This is possible by setting different RMS currents through multiple stator windings. One possible implementation of the adjustment is the modulation of the current, the RMS value being set by (at least) one modulation parameter. As a result, angle-continuous alignments of the (total) stator flux are possible.

Das Minimieren des Drehmoments kann daher vorsehen, dass unterschiedliche (Effektiv-)Stromwerte und vorzugsweise auch (unterschiedliche) resultierende Einzelflüssen für eine Untergruppe von Statorwicklungen ermittelt werden. Diese Stromwerte werden derart ermittelt, dass die Vektorsumme (die neben der Richtung auch die Stärke der einzelnen magnetischen Flüsse wiedergibt) der Einzelflüsse einen minimierten Winkel gegenüber einer Richtung aufweist, die dem Statorfluss entgegengesetzt ist. Die elektrische Energie wird durch die Untergruppe der Statorwicklungen gemäß den unterschiedlichen Stromwerten geleitet. Es ergeben sich durch die unterschiedlichen Stromwerte Statorflussrichtungen (des gemeinsamen Statorflusses), die zwischen Ausrichtungen von Normalen einzelner Statorwicklungen liegen, und die zwischen Ausrichtungen von Vektorsummen von Normalen der Statorwicklungen liegen.Minimizing the torque may therefore provide that different (effective) current values and preferably also (different) resulting individual flows are determined for a subset of stator windings. These current values are determined such that the vector sum (which, in addition to the direction, also represents the strength of the individual magnetic fluxes) of the individual flows has a minimized angle with respect to a direction which is opposite to the stator flux. The electrical energy is passed through the subgroup of stator windings according to the different current values. As a result of the different current values, stator flux directions (of the common stator flux) which lie between orientations of normals of individual stator windings and which lie between alignments of vector sums of normals of the stator windings result.

Neben der vorangehend beschriebenen Minimierung durch Auswahl einer Statorwicklung oder einer Untergruppe von Statorwicklungen kann somit eine feinere (und prinzipiell winkelkontinuierliche) Ausrichtung des (Gesamt-)Statorflusses erreicht werden durch unterschiedliche (einstellbare) Stromwerte, die beim Übertragen von Energie durch die Statorwicklungen fließen. Die unterschiedlichen Stromwerte können insbesondere durch Modulation erreicht werden, etwa durch eine Phasenanschnittsteuerung oder durch eine Pulsweitenmodulation.In addition to the above-described minimization by selecting a stator winding or a subset of stator windings, a finer (and in principle angular continuous) alignment of the (total) stator flux can thus be achieved by different (adjustable) current values flowing through the stator windings when energy is transferred. The different current values can be achieved in particular by modulation, for example by a phase control or by a pulse width modulation.

Die unterschiedlichen Stromwerte werden realisiert durch unterschiedliche Modulationsparameter für die Untergruppe von Statorwicklungen als Modulationsparameter kommen die Größen Pulsweite, Frequenz, Phase und anderes in Betracht. Unterschiedlich hohe Modulationsparameter (d.h. in ihrem Wert verschiedene Modulationsparameter) sind unterschiedlichen Effektivströmen zugeordnet. Die Effektivströme bestimmen die Einzelflüsse, d.h. die einzelnen Statorflüsse der einzelnen Statorwicklungen.The different current values are realized by different modulation parameters for the subgroup of stator windings as modulation parameters are the sizes pulse width, frequency, phase and others into consideration. Differently high modulation parameters (i.e., different modulation parameters in their value) are associated with different RMS currents. The RMS currents determine the individual flows, i. the individual stator fluxes of the individual stator windings.

Unterschiedliche Stromwerte können kombiniert werden mit dem Bestimmen einer Untergruppe von Statorwicklungen, um so einen möglichst geringen Winkel und somit einen möglichst geringes Drehmoment zu erreichen.Different current values can be combined with determining a subset of stator windings to achieve the lowest possible angle and thus the lowest possible torque.

Als Untergruppe wird eine Gruppe von Statorwicklungen aller Statorwicklungen bezeichnet, die nicht alle Statorwicklungen umfasst. Die Untergruppe umfasst vorzugsweise mindestens zwei Statorwicklungen (jedoch nicht alle Statorwicklungen der elektrischen Maschine). Beispielsweise bilden zwei Statorwicklungen eine Untergruppe.A subgroup is a group of stator windings of all stator windings, which does not include all stator windings. The subset preferably includes at least two stator windings (but not all stator windings of the electrical machine). For example, two stator windings form a subgroup.

Eine weitere Möglichkeit der Arretierung von Rotor gegenüber dem Stator in einem Winkel, der mit einem minimalen Drehmoment verknüpft ist (abhängig von der oder den für die Energieübertragung vorgesehenen Statorwicklungen). Während vorangehend der entstehende Statorfluss in seiner (Winkel-) position an den Rotorfluss angepasst wurde, wird daher vorgeschlagen, die Position des Rotors an einen (vorgegebenen) Statorfluss anzupassen, indem der Rotor in einer Position mit minimalem Drehmoment arretiert wird. Dies kann auch das Bewegen des Rotors zu einer dieser Positionen umfassen, um den Rotor in dieser Position zu arretieren.Another way of locking the rotor with respect to the stator at an angle associated with a minimum torque (depending on the or for the energy transfer provided stator windings). While previously adjusting the resulting stator flux in its (angular) position to the rotor flux, it is therefore proposed to adjust the position of the rotor to a (predetermined) stator flux by locking the rotor in a minimum torque position. This may also include moving the rotor to one of these positions to lock the rotor in that position.

Das Minimieren des Drehmoments kann daher vorsehen, dass der Rotor gegenüber dem Stator in einer Position (bzw. Ausrichtung) arretiert wird, in der ein Winkel zwischen der Normalen einer der Statorwicklungen und einer Richtung, die dem Rotorfluss entgegengesetzt ist, minimiert ist. Es wird dann Energie durch diese Statorwicklung geleitet. Ist ferner die Stromrichtung vorgegeben, die mit der Übertragung von Energie verknüpft ist, dann wird diejenige der beiden Normalen verwendet, die mit dem minimalen Drehmoment verknüpft ist. Ist die Stromrichtung nicht vorgegeben, dann richtet sich die Stromrichtung nach der Normalen.Therefore, minimizing the torque may provide that the rotor is locked to the stator in a position in which an angle between the normal of one of the stator windings and a direction opposite the rotor flux is minimized. Energy is then passed through this stator winding. Further, if the current direction associated with the transfer of energy is given, then that one of the two normals associated with the minimum torque is used. If the current direction is not specified, then the current direction depends on the normal.

Ferner kann dies nicht nur eine Statorwicklung, sondern auch mehrere Statorwicklungen (bzw. einer Untergruppe von Statorwicklungen) betreffen. Es wird der Rotors gegenüber dem Stator in einer Position arretiert, in der ein Winkel zwischen einer Vektorsumme der (d.h. aller) Normalen einer Untergruppe von Statorwicklungen und einer Richtung, die dem Rotorfluss entgegengesetzt ist, minimiert ist. Mit anderen Worten wird der Rotor in einer Position arretiert, in der der Gesamt-Statorfluss nur um einen minimalen Winkel (oder gar nicht) von einer antiparallelen Ausrichtung zwischen Statorfluss und Rotorfluss entfernt ist. Die Energie wird durch diese Untergruppe von Statorwicklungen zu gleichen Teilen geleitet. Dadurch gibt die Vektorsumme der Normalen der betreffenden Statorwicklungen auch die Richtung des Gesamt-Statorflusses an.Further, this may involve not only a stator winding but also a plurality of stator windings (or a subset of stator windings). The rotor is locked to the stator in a position where an angle between a vector sum of the (i.e., all) normal of a subset of stator windings and a direction opposite to the rotor flux is minimized. In other words, the rotor is locked in a position where the total stator flux is only a minimum angle (or not at all) away from an antiparallel alignment between the stator flux and the rotor flux. The energy is passed through this subgroup of stator windings in equal parts. As a result, the vector sum of the normals of the respective stator windings also indicates the direction of the total stator flux.

Zur Arretierung kann eine mechanische Sperre verwendet werden, die eingerichtet ist, den Rotor zu sperren (d.h. eine Rotation zu sperren). Der Rotor kann somit mittels einer mechanischen Sperre arretiert werden. Die Sperre weist mehrere Sperrpositionen auf. In mindestens einer dieser Sperrpositionen ist der Winkel einer zum Rotorfluss entgegengesetzten Richtung gegenüber einer Normalen einer Statorwicklung (beim Übertragen von Energie nur durch diese Statorwicklung) oder gegenüber einer Vektorsumme von Normalen einer Untergruppe von Statorwicklungen (bei Übertragen von Energie durch diese Untergruppe) minimiert ist. Die Positionen bzw. Sperrpositionen sind vorzugsweise winkeldiskret und insbesondere durch strukturelle Merkmale der mechanischen Sperre bestimmt. Die Sperre ist insbesondere eine elektrisch steuerbare Sperre.To lock a mechanical lock can be used, which is adapted to lock the rotor (ie to lock a rotation). The rotor can thus be locked by means of a mechanical lock. The lock has multiple lock positions. In at least one of these lock positions that is, the angle of a direction opposite to the rotor flux from a normal of a stator winding (when transferring energy only through this stator winding) or to a vector sum of normals of a subset of stator windings (when transferring energy through that subgroup) is minimized. The positions or blocking positions are preferably angularly discrete and in particular determined by structural features of the mechanical barrier. The lock is in particular an electrically controllable lock.

Die Sperre, mittels der der Rotor arretiert wird, kann Ausnehmungen, Klauen oder Nuten aufweisen. Diese definieren die winkeldiskreten Sperrpositionen. Die Sperre kann zwei gegenüberliegende Abschnitte aufweisen, die gesteuert in Eingriff miteinander gebracht werden können. Ein Abschnitt kann mindestens eine Ausnehmung oder eine Erhebung aufweisen, während der andere Abschnitt mindestens eine hierzu komplementäre oder zumindest in Eingriff bringbare Struktur aufweist. Ein Abschnitt kann mehrere Strukturen aufweisen, die umfänglich verteilt sind und deren Winkelposition die Sperrpositionen definiert. Die Anzahl der Sperrpositionen kann der Anzahl von Statorwicklungen entsprechen oder kann einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl von Statorwicklungen entsprechen, letzteres etwa bei der Übertragung von Energie über eine Untergruppe von Statorwicklungen.The lock, by means of which the rotor is locked, can have recesses, claws or grooves. These define the angle-discrete locking positions. The barrier may have two opposing sections that can be controlledly engaged with each other. A section may have at least one recess or a protrusion, while the other section has at least one structure complementary thereto or at least engageable with it. A section may have a plurality of structures that are distributed circumferentially and whose angular position defines the locking positions. The number of blocking positions may correspond to the number of stator windings or may correspond to an integer multiple of the number of stator windings, the latter approximately in the transmission of energy across a subset of stator windings.

Anstatt einer dezidierten Sperre kann der Rotor mittels einer Berganfahrhilfe arretiert werden. Diese ist während dem Leiten von elektrischer Energie durch mindestens eine Statorwicklung aktiv, d.h. erzeugt ein Halte-Drehmoment. Die Berganfahrhilfe kann einem Fahrmodus (des Fahrzeugs oder des Fahrzeugantriebstrangs) an Steigungen aktiv sein, etwa wenn das Fahrzeug an einer Steigung hält. In einem Parkmodus, d.h. wenn der Fahrzeugantriebstrang nicht zur Traktion bereitgehalten wird, wird die Berganfahrhilfe gemäß dem hier beschriebenen Verfahren verwendet. Es ergibt sich eine Doppelnutzung.Instead of a dedicated lock, the rotor can be locked by means of a Hill Start Assist. This is active during conduction of electrical energy through at least one stator winding, i. generates a holding torque. The hill start assist may be active on a ride mode (of the vehicle or vehicle powertrain) on slopes, such as when the vehicle is on a grade. In a parking mode, i. If the vehicle drive train is not kept ready for traction, the hill start assist is used in accordance with the method described herein. It results in a double use.

Die elektrische Maschine kann eine permanenterregte elektrische Maschine sein. Der Rotor kann einen Permanentmagneten aufweisen. Der Rotorfluss ergibt sich durch den Permanentmagneten bzw. durch die permanente Erregung und somit aus der Remanenz in dem Rotor. Die elektrische Maschine kann ferner eine fremderregte elektrische Maschine sein. Hierbei umfasst der Rotor eine Erregerspule. Bei Übertragen von Energie kann ein Erregerstrom in die Erregerspule eingeprägt werden. Der Erregerstrom fließt hierbei durch den Rotor (und erzeugt dort den magnetischen Rotorfluss). Es kann die Stromrichtung des Erregerstroms ausgewählt werden, um den Winkel bzw. das Drehmoment zu reduzieren; insbesondere wird eine Stromrichtung ausgewählt, die mit einem Rotorfluss verknüpft ist, der im Wesentlichen entgegengesetzt zum Statorfluss ist (oder zumindest einen Winkel größer 180° zum Statorfluss aufweist).The electric machine can be a permanent-magnet electric machine. The rotor may have a permanent magnet. The rotor flux results from the permanent magnet or from the permanent excitation and thus from the remanence in the rotor. The electric machine may further be a foreign-excited electric machine. In this case, the rotor comprises an exciter coil. When transmitting energy, an excitation current can be impressed into the exciter coil. The exciter current flows through the rotor (where it generates the magnetic rotor flux). The current direction of the exciting current can be selected to reduce the angle or the torque; In particular, a current direction is selected that is associated with a rotor flux which is substantially opposite to the stator flux (or at least has an angle greater than 180 ° to the stator flux).

Wenn die elektrische Maschine eine fremderregte elektrische Maschine ist, dann kann das Drehmoment minimiert werden, indem der Erregerstrom moduliert wird. Allgemein kann der Strom durch mindestens eine Wicklung auf einen Wert von weniger als 100% der Bestromung einer anderen Statorwicklung eingestellt werden; insbesondere können auch alle Statorwicklungen, die bestromt werden, derart hinsichtlich der Bestromung eingestellt werden. Eine Möglichkeit des Einstellen des Stroms ist das Modulieren.If the electric machine is a foreign-excited electric machine, then the torque can be minimized by modulating the excitation current. In general, the current can be set by at least one winding to a value of less than 100% of the current supply of another stator winding; In particular, all stator windings which are energized can also be adjusted with regard to the current supply. One way of adjusting the current is modulating.

Durch Einstellen des Stroms (insbesondere durch Modulieren) wird insbesondere die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Rotorfluss und dem Statorfluss minimiert. Es kann vorgesehen sein, dass mittels der Modulation eine in den Statorwicklungen induzierte Spannung unter einem vorgegebenen Maximalwert liegt. Dies gilt insbesondere für Wicklungen, durch die beim Übertragen von Energie kein Strom übertragen wird. Der Maximalwert kann sich an einem durch die Auslegung definierten Spannungs-Maximalwert von Leistungselektronik richten, die an die Wicklungen angeschlossen ist.By adjusting the current (in particular by modulating), in particular the magnetic interaction between the rotor flux and the stator flux is minimized. It can be provided that, by means of the modulation, a voltage induced in the stator windings is below a predetermined maximum value. This is especially true for windings through which no power is transmitted when transmitting energy. The maximum value may be based on a voltage maximum value of power electronics defined by the design that is connected to the windings.

Ferner wird ein elektrischer Fahrzeugantriebstrangs mit einer elektrischen Maschine beschrieben. Die elektrische Maschine ist zwischen einem Stromrichter (insbesondere ein Inverter) und einem elektrischen Anschluss eingerichtet zur Anbindung des Fahrzeugantriebstrangs vorgesehen. Der Fahrzeugantriebstrang ist daher eingerichtet für einen Energieübertragungsvorgang zwischen Fahrzeugantriebstrang und einer Anschlussstation (insbesondere eine Ladestation). Der Stromrichter und die elektrische Maschine sind eingerichtet zum Führen von Energie ausgehend von dem Anschluss zu einem Energiespeicher des Fahrzeugantriebstrangs und/oder in umgekehrter Richtung (d.h. zum Laden des Fahrzeugantriebstrangs und/oder Rückspeisen von Energie ausgehend von diesem). Der Stromrichter ist ferner zum Ausführen des hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet, insbesondere durch Ansteuern der Wicklungen der elektrischen Maschine und kann einen Ausgang aufweisen, der ansteuernd mit einer elektrisch steuerbaren Sperre (wie hier beschrieben) verbunden ist. Hierzu kann der Stromrichter eine Steuerung aufweisen, die Schalter des Stromrichters gemäß dem Verfahren ansteuert.Furthermore, an electric vehicle drive train with an electric machine will be described. The electric machine is provided between a power converter (in particular an inverter) and an electrical connection designed to connect the vehicle drive train. The vehicle drive train is therefore set up for an energy transmission process between the vehicle drive train and a connection station (in particular a charging station). The power converter and the electric machine are configured to carry energy from the connection to an energy storage of the vehicle drive train and / or in the reverse direction (i.e., to charge the vehicle powertrain and / or to regenerate energy therefrom). The power converter is further adapted to carry out the method described herein, in particular by driving the windings of the electric machine and may have an output which is drivingly connected to an electrically controllable lock (as described herein). For this purpose, the power converter may have a controller which controls switches of the power converter according to the method.

Die 1 - 4 dienen zur näheren Erläuterung des hier beschriebenen Verfahrens.The 1 - 4 serve for a more detailed explanation of the method described here.

Die 1 zeigt symbolhaft die möglichen Statorflüsse 1, 2 und 3 von drei Statorwicklungen eines Stators einer elektrischen Maschine. Es ist zu erkennen, dass diese 120° zueinander versetzt sind, wie es auch in den 2 - 4 der Fall ist. Die einzelnen Statorflüsse sind mit Doppelpfeilen dargestellt, wobei der Anteil der schraffierten Fläche in einem Doppelpfeil die Stärke des magnetischen Flusses darstellt, der von den einzelnen Statorwicklungen erzeugt wird.The 1 symbolically shows the possible stator fluxes 1, 2 and 3 of three stator windings of one Stators of an electric machine. It can be seen that these 120 ° are offset from each other, as it is in the 2 - 4 the case is. The individual stator fluxes are represented by double arrows, with the fraction of the hatched area in a double arrow representing the strength of the magnetic flux generated by the individual stator windings.

In den 1 - 4 ist der (Einzel-)Statorfluss 1 bei 100 % (einer für die 1 - 4 geltenden Normstärke). In den 1 - 4 ist ferner der Statorfluss 3 (der betreffenden einzelnen Statorwicklung) 0 % (der gleichen Norm). In den 1 und 2 trifft dies auch für den Einzelstatorfluss 2 zu, wobei in der 3 der Einzelstatorfluss 2 100 % beträgt, und in der 4 der Einzelstatorfluss 2 ca. 40 % der erwähnten Normstärke beträgt. Die Stärkeangaben sind rein beispielhaft, wobei zum Verständnis relevant ist, ob die Stärke 0%, 100% oder ein Teil hiervon (hier beispielhaft 40%) beträgt, und wie sich dadurch der (Gesamt-)Statorfluss ergibt. Bei den Pfeilen 1 - 3 ist die Richtung sowie die zugehörige Stärke relevant (dargestellt durch die schraffierte Fläche). Die Länge der Doppelpfeile selbst gibt einen Fluss an, der sich bei einer Stärke des Flusses von 100% ergeben wird. Es ist zu erkennen, dass die Einzelflüsse der Statorwicklungen bei eine angenommenen gleichen Bestromung gleich groß wären.In the 1 - 4 is the (single) stator flux 1 at 100% (one for the 1 - 4 valid standard strength). In the 1 - 4 Further, the stator flux 3 (the respective single stator winding) is 0% (the same standard). In the 1 and 2 this also applies to the Einzelstatorfluss 2, wherein in the 3 the single stator flux 2 is 100%, and in the 4 the single stator flux 2 is about 40% of the standard strength mentioned. The strength data are purely exemplary, it being relevant for understanding whether the strength amounts to 0%, 100% or a part thereof (here by way of example 40%), and how this results in the (total) stator flux. For arrows 1 - 3 the direction as well as the corresponding strength are relevant (represented by the hatched area). The length of the double arrows themselves indicates a flow that will result at a flow strength of 100%. It can be seen that the individual fluxes of the stator windings would be the same for an assumed same current supply.

Der Pfeil 5 ist in den 1 - 4 der Richtung des Rotorflusses zugeordnet, und entspricht der entgegengesetzten Richtung des Rotorflusses. Ist somit der Statorfluss insgesamt antiparallel zu dem Rotorfluss ausgerichtet, so liegen der Pfeil, der den Gesamtstatorfluss darstellt (als Doppelpfeil dargestellt) und der Rotorrichtungspfeil, der die entgegengesetzte Rotorflussrichtung darstellt (einfacher Pfeil) übereinander. In diesem Fall ergibt sich ein Drehmoment von Null. Es wird die entgegengesetzte Richtung des Rotorflusses dargestellt, um so einfach in den Figuren zu erkennen, wie weit der Statorfluss und der Rotorfluss von einer antiparallelen Ausrichtung zueinander entfernt sind. Der Pfeil 5 gibt insbesondere lediglich die Richtung an.The arrow 5 is in the 1 - 4 assigned to the direction of the rotor flux, and corresponds to the opposite direction of the rotor flux. Thus, if the stator flux is aligned antiparallel to the rotor flux as a whole, the arrow representing the total stator flux (shown as a double arrow) and the rotor direction arrow, which represents the opposite direction of rotor flow (single arrow) are superimposed. In this case results in a torque of zero. The opposite direction of the rotor flux is shown to be easily seen in the figures as to how far the stator flux and the rotor flux are from antiparallel alignment. The arrow 5 indicates in particular only the direction.

In der 1 ist dargestellt, dass bei einer vorgegebenen Ausrichtung des Statorflusses (siehe Pfeil 1 - 3) zu dem Rotorrichtungspfeil 5 diejenige Rotorwicklung ausgewählt wird, welche den geringsten Winkel W zu dem Rotorrichtungspfeil 5 aufweist. Dies ist wie dargestellt in der 1 diejenige Rotorwicklung, die den Rotorfluss 1 erzeugt. Üblicherweise ist die betreffende Wicklung senkrecht zu dem Rotorrichtungspfeil 1. Es ist zu erkennen, dass etwa bei einer Bestromung nur zur Erzeugung des Rotorflusses 2 oder nur zur Erzeugung eines Rotorflusses 3 der Winkel W zum Rotorrichtungspfeil 5 größer wäre als bei der ausschließlichen Erzeugung eines Einzelrotorflusses 1, so dass auch das Drehmoment größer wäre als bei der Bestromung der Rotorwicklung, die den Rotorfluss 1 erzeugt. In the 1 is shown that at a given orientation of the stator flux (see arrow 1 - 3) to the rotor direction arrow 5 the one rotor winding is selected which has the lowest angle W to the rotor direction arrow 5 having. This is as shown in the 1 the one rotor winding that drives the rotor 1 generated. Usually, the respective winding is perpendicular to the rotor direction arrow 1 , It can be seen that, for example, during current supply only for generating the rotor flux 2 or only to generate a rotor flux 3 the angle W to the rotor direction arrow 5 larger than with the exclusive generation of a single rotor flux 1 , so that the torque would be greater than in the energization of the rotor winding, the rotor flux 1 generated.

Die 1 dient daher zur Veranschaulichung eines Verfahrens, bei dem diejenige Statorwicklung ausgebildet wird, deren Normale den kleinsten Winkel gegenüber dem Rotorfluss aufweist, wobei dann elektrische Energie nur durch diese Statorwicklung geleitet wird. Dies entspricht in dem Fall der 1 der Erzeugung eines Rotorflusses 1 (nicht jedoch eines Rotorflusses 2 oder 3) durch Leiten der elektrischen Energie nur durch die betreffende Statorwicklung.The 1 serves therefore to illustrate a method in which the stator winding is formed whose normal has the smallest angle to the rotor flux, in which case electrical energy is passed only through this stator winding. This corresponds in the case of 1 the generation of a rotor flux 1 (but not a rotor flux 2 or 3 ) by passing the electrical energy only through the respective stator winding.

Die 2 zeigt sechs verschiedene mögliche Arretierungspositionen P, wobei eine der Positionen P der Richtung des Rotorrichtungspfeils 5 entspricht. Es ist anhand der 2 zu erkennen, dass hier der Rotor gegenüber dem Stator in einer Position arretiert wird, bei der der Rotorrichtungspfeil (entgegengesetzt zum Rotorfluss) parallel zum (einzigen) Statorfluss 1 liegt. Wie erwähnt wird der Rotor in einer Position P arretiert und es wird ermittelt, welcher (Einzel-)Statorfluss bzw. welche zugehörige Statorwicklung die geeignetste wäre, um ein möglichst geringes Drehmoment zu erzeugen. Bei einer Arretierung, bei der der Rotorrichtungspfeil 5 entlang den Statorfluss einer einzigen Rotorwicklung ist, wird nur diese Statorwicklung bestromt, wie es durch den vollständig schraffierten Pfeil 1 dargestellt ist.The 2 shows six different possible locking positions P where one of the positions P the direction of the rotor direction arrow 5 equivalent. It is based on the 2 to recognize that here the rotor is locked relative to the stator in a position in which the rotor direction arrow (opposite to the rotor flux) parallel to the (single) stator flux 1 lies. As mentioned, the rotor is in one position P arrested and it is determined which (single) stator flux or which associated stator winding would be the most suitable to generate the lowest possible torque. In a lock, in which the rotor direction arrow 5 along the stator flux of a single rotor winding, only this stator winding is energized, as indicated by the fully hatched arrow 1 is shown.

Falls in einer anderen Position arretiert wird, etwa in der Position P, liegt zwischen den einzelnen Statorflüssen 1 und 3 liegt, dann werden beide zugehörigen Statorwicklungen (die Flüsse 1 und 3 erzeugen) bestromt. Es ist bevorzugt, dass in diesem Fall beide zugehörigen Statorwicklungen den gleichen Strom erzeugen, so dass sich bei vektorieller Addition der einzelnen Statorflüsse die Richtung ergibt, in der der Rotorrichtungspfeil zeigt, so dass das Drehmoment minimiert ist. Grundsätzlich kann auch eine Statorwicklung zu 100% bestromt werden, während eine andere Statorwicklung nur mit einem Teil hiervon (<100% und >0%) bestromt wird, etwa durch Modulation, um so einen Gesamtstatorfluss zu erreichen, dessen Richtung nicht mehr als eine vorgegebene Winkeldifferenz von dem Rotorfluss und insbesondere von einer der Arretierungspositionen P abweicht, vorzugsweise eine Winkeldifferenz von im Wesentlichen 0°. Eine entsprechende Variante ist in der 4 dargestellt, bei der durch Modulation (mindestens) einer Statorwicklung eine Richtung winkelkontinuierlich erzeugt werden kann; der Winkel wird durch die Modulation bzw. durch Einstellen des Stroms durch mindestens eine Wicklung eingestellt. In Kombination mit 2 wird kann der Fluss so eingestellt werden, dass sich für den Statorfluss eine Richtung ergibt, die einer der Positionen P ergibt.If locked in another position, say in position P , lies between the individual stator fluxes 1 and 3 is located, then both associated stator windings (the rivers 1 and 3 generate) energized. It is preferred that in this case both associated stator windings produce the same current, so that the vectorial addition of the individual stator fluxes results in the direction in which the rotor directional arrow points, so that the torque is minimized. In principle, a stator winding can be energized to 100%, while another stator winding is energized with only a part thereof (<100% and> 0%), such as by modulation, so as to achieve a total stator flux whose direction is not more than a predetermined Angular difference of the rotor flux and in particular of one of the locking positions P deviates, preferably an angular difference of substantially 0 °. A corresponding variant is in the 4 represented in which by modulation (at least) a stator winding, a direction can be generated angle-continuous; the angle is set by the modulation or by adjusting the current through at least one winding. In combination with 2 the flow can be adjusted so that the direction of the stator flux is one of the positions P results.

Die 3 zeigt eine Bestromung von zwei Statorwicklungen, so dass sich zwei Einzel-Statorflüsse ergeben (in der 3 die Flüsse 1 und 2), so dass sich wie dargestellt (durch den Pfeil 1 und dem Pfeil 2') durch Vektoraddition (ungefähr) die Richtung des Rotorrichtungspfeils ergibt.The 3 shows an energization of two stator windings, so that two individual stator flows result (in the 3 the rivers 1 and 2 ), so as shown (by the arrow 1 and the arrow 2 ' ) by vector addition (approximately) gives the direction of the rotor direction arrow.

Die 3 dient ferner zur Erläuterung eines Falls, bei dem der Rotor nicht in einer der Positionen P arretiert ist, sondern in einer Position, die durch den Rotorrichtungspfeil 5 wiedergegeben ist. Es wird hierbei ermittelt, dass in Summe die Statorflüsse 1 und 2 den geringsten Winkel W zu dem Rotorrichtungspfeil 5 haben. Da die Einzelrotorflüsse 1 und 2 gleich stark sind (entsprechend einer gleichstarken Bestromung der zugehörigen Statorwicklungen) ergibt sich eine Addition der Einheitsvektoren der Einzelstatorflüsse. Zur graphischen Darstellung wurde der Pfeil 2', der den Pfeil 2 entspricht, an das Ende des Pfeils 1 geschoben, so dass die Flüsse graphisch addiert sind, und sich als Richtung des Gesamtstatorflusses die Richtung R ergibt, entsprechend der dargestellten Punktlinie. Es ist zu erkennen, dass bei dieser Auswahl der Winkel W zwischen dem Rotorrichtungspfeil 5 und der Richtung R des Gesamtstatorflusses von allen möglichen Auswahlen der Flüsse 1, 2 und 3 der minimale Winkel ergibt. Die Flüsse 1 und 2 werden von einer Untergruppe von Statorwicklungen erzeugt, wobei der sich ergebende Statorfluss den kleinsten möglichen Winkel (von allen möglichen Auswahlen) zu dem Rotorrichtungspfeil 5 aufweist. Es ist zu erkennen, dass sich etwa bei der Auswahl der Einzelflüsse 1 und 3 bei gleichem Rotorrichtungspfeil 5 ein deutlich größerer Winkel W ergeben würde; gleiches gilt auch für eine potentiell mögliche Auswahl der Einzelstatorflüsse 2 und 3.The 3 also serves to explain a case in which the rotor is not in one of the positions P is locked but in a position by the rotor direction arrow 5 is reproduced. It is determined here that in sum the stator fluxes 1 and 2 the lowest angle W to the rotor direction arrow 5 to have. Since the individual rotor flows 1 and 2 are equally strong (corresponding to an equal power of the associated stator windings) results in an addition of the unit vectors of the individual stator fluxes. For graphical representation of the arrow 2 ' who the arrow 2 corresponds to the end of the arrow 1 pushed, so that the rivers are added graphically, and as the direction of the total stator flux the direction R results, according to the dotted line shown. It can be seen that in this selection of angles W between the rotor directional arrow 5 and the direction R of the total stator flow from all possible selections of the rivers 1 . 2 and 3 the minimum angle results. The rivers 1 and 2 are generated by a subset of stator windings, with the resulting stator flux being the smallest possible angle (from all possible selections) to the rotor directional arrow 5 having. It can be seen that approximately in the selection of the individual flows 1 and 3 at the same rotor direction arrow 5 a much larger angle W would result; The same applies to a potentially possible selection of the individual stator fluxes 2 and 3 ,

Während in der 3 von einer Auswahl von Statorwicklungen ausgegangen wird, die zu 100 %, d. h. gleichstark, bestromt werden, dient die 4 zur Erläuterung des Verfahrens bei der Verwendung von unterschiedlichen Stromwerten.While in the 3 is based on a selection of stator windings, which are energized to 100%, ie the same power, the serves 4 to explain the method when using different current values.

Die 4 zeigt einen Rotorrichtungspfeil 5, dessen Richtung der Richtung des Gesamtstatorflusses entspricht. Die Richtung R des Gesamtstatorflusses ergibt sich wie in der 3 durch die Addition von mehreren Einzelstatorflüssen. Es ist zu erkennen, dass der Statorfluss 1 100 % einer Normstärke beträgt, während der Statorfluss 2, siehe gestrichelten Pfeil, ca. 40 % der Normstärke aufweist. Zur besseren Veranschaulichung ist dem Pfeil 1 ein leerer Doppelpfeil hinterlegt, der die Länge des Pfeils bei einer Normstärke von 100 % wiedergibt. Die Flüsse 1 und 2 werden erzeugt durch unterschiedliche Stromwerte, die durch die Wicklungen fließen, welche die Statorflüsse 1 und 2 erzeugen. Auch hier ergibt sich eine vektorielle Addition, dargestellt durch den zur Addition verschobenen Pfeil 2', der sich an das Ende des Statorflusses 1 anfügt. Es ergibt sich die Gesamtrichtung R für den Gesamtstatorfluss, die der Richtung des Rotorrichtungspfeils 5 entspricht. Es ergibt sich somit ein Winkel von im Wesentlichen null zwischen Statorfluss und entgegengesetzt zum Rotorfluss (entsprechend dem Rotorrichtungspfeil), so dass auch das Drehmoment im Wesentlichen null ist.The 4 shows a rotor direction arrow 5 whose direction corresponds to the direction of the total stator flux. The direction R of the total stator flux results as in the 3 by the addition of several single stator fluxes. It can be seen that the stator flux 1 100% of a standard thickness while the stator flux 2 , see dotted arrow, about 40% of the standard thickness. For a better illustration, the arrow 1 an empty double arrow is deposited, which represents the length of the arrow at a standard thickness of 100%. The rivers 1 and 2 are generated by different current values flowing through the windings, which are the stator fluxes 1 and 2 produce. Here, too, results in a vectorial addition, represented by the arrow shifted to the addition 2 ' which is at the end of the stator flux 1 appends. It results in the overall direction R for the total stator flux, that of the direction of the rotor direction arrow 5 equivalent. This results in an angle of substantially zero between the stator flux and opposite to the rotor flux (corresponding to the rotor direction arrow), so that the torque is substantially zero.

Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass der Rotorrichtungspfeil 5 die entgegengesetzte Richtung des Rotorflusses darstellt, um so auf einfache Weise zu erkennen, wenn der Rotorfluss und der Statorfluss möglichst antiparallel zueinander sind und somit das Drehmoment minimiert ist.It should be noted again that the rotor direction arrow 5 represents the opposite direction of the rotor flux, so as to easily detect when the rotor flux and the stator flux are as anti-parallel to each other and thus the torque is minimized.

Claims

Method for minimizing a torque of an electric machine vehicle electrical powertrain during an energy transfer process by the electric machine, the energy transfer process comprising: Conducting electrical energy in the form of direct current through at least one stator winding of a stator of the electric machine for charging an energy storage of the vehicle powertrain or for the recovery of energy from the energy storage, while a rotor of the electric machine is mechanically locked relative to the stator, the method further comprises : Minimizing the torque between the at least one stator winding and a rotor of the electric machine by minimizing the angular amount (W) between a magnetic stator flux (1-3) resulting from the passing of electrical energy through the at least one stator winding and a direction ( 5) that opposes the rotor flux that exists during the conduction of electrical energy, wherein the angular amount (W) is minimized at the beginning or before the step of conducting energy.

Method according to Claim 1 wherein minimizing the torque comprises: aligning the stator flux (1-3) with the rotor of the electric machine by (a) selecting that stator winding whose normal has the smallest angle to the rotor flux and passing the electrical energy only through that stator winding, or (b) Selection of that subgroup of stator windings whose normal sum in total has the smallest angle to the rotor flux, from all stator windings, and passing the electrical energy only through this subset of stator windings.

Method according to Claim 1 wherein minimizing the torque comprises: determining different current values and resulting individual flows (1; 2; 3) for a subset of stator windings, the vector sum of the individual flows (1; 2; 3) has a minimized angle to a direction opposite to the direction of stator flux (1-3), and passing the electrical energy through the subgroup of stator windings according to the different current values.

Method according to Claim 3 wherein the different current values are determined by determining different modulation parameters for the sub-group of stator windings, wherein different modulation parameters are associated with different RMS currents which determine the individual flows.

Method according to Claim 1 or 2 wherein (a) minimizing torque comprises: locking the rotor to the stator in a position where an angle between the normal of one of the stator windings and a direction opposite the rotor flux is minimized, and wherein the energy through that stator winding or (b) locking the rotor to the stator in a position where an angle between a vector sum of the normals of a subset of stator windings and a direction (5) opposite to the rotor flux is minimized and wherein the energy passes through this subgroup of stator windings is passed in equal parts.

Method according to Claim 5 wherein the rotor is locked by means of a mechanical lock having a plurality of locking positions (P), wherein in at least one of these locking positions (P) the angle of a direction opposite to the rotor flux relative to a normal of a stator winding or against a vector sum of normals of a subset of stator windings is minimized.

Method according to Claim 6 wherein the barrier by which the rotor is locked has recesses, jaws or grooves defining the angularly discrete locking positions (P).

Method according to Claim 5 wherein the rotor is locked by means of a hill-start assist active during the passage of electrical energy through at least one stator winding, and which is further active on slopes in a drive mode of the powertrain.

Method according to one of the preceding claims, wherein the electric machine is a permanent-magnet electric machine or a foreign-excited electric machine.

Method according to one of Claims 1 - 8th wherein the electric machine is a third-excited electric machine, wherein the torque is minimized by minimizing the magnetic interaction between the rotor flux and the stator flux (1-3) by modulating an excitation current flowing through the rotor.