DE102017204331A1

DE102017204331A1 - Bürstenloser Elektromotor

Info

Publication number: DE102017204331A1
Application number: DE102017204331.8A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Dremel; Michael MORGENROTH; Benedikt NAGLER
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2018-09-20
Also published as: US10516352B2; US20180269813A1; CN108631654A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Elektromotor (14) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nebenaggregats (16), mit einer ersten Phasenwicklung (24), die in Reihe mit einem ersten Halbleiterschalter (40) geschaltet ist, und mit einer zweiten Phasenwicklung (26), die in Reihe mit einem zweiten Halbleiterschalter (44) geschaltet ist. Der bürstenlose Elektromotor (14) umfasst eine Messschaltung (56), die parallel zu dem ersten Halbleiterschalter (40) und dem zweiten Halbleiterschalter (44) geschaltet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren (98) zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors (14) und einen Getriebeaktuator (16) eines Kraftfahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors eines Kraftfahrzeugs. Der bürstenlose Elektromotor ist bevorzugt ein Bestandteil eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs, wie eines Getriebeaktuators. Die Erfindung betrifft ferner einen Getriebeaktuator eines Kraftfahrzeugs.
Bei zumindest teilweise automatisierten Schaltgetrieben eines Kraftfahrzeugs werden die einzelnen Schaltstufen (Gänge) mittels eines Getriebeaktuators eingestellt. Hierfür weist der Getriebeaktuator einen sogenannten Schaltfinger und einen Elektromotor auf, wobei der Schaltfinger von dem Elektromotor verstellbar ist, und wobei die Position des Schaltfingers das gewünschte Übersetzungsverhältnis bestimmt. Als Elektromotor wird üblicherweise ein bürstenloser Elektromotor verwendet, dessen Stator mittels einer Elektronik bestromt wird. Die Elektronik umfasst eine Anzahl von Halbleiterbauelementen, die in einer Brückenschaltung verschalten sind. Die Brückenschaltung ist herkömmlicherweise eine B6-Schaltung, und der Stator weist drei Feldwicklungen auf, die mittels eines Verschaltungsrings entweder in einer Dreiecks- oder Sternschaltung miteinander verschaltet sind. Zur Abschirmung und Vermeidung von etwaigen Beschädigungen der Feldwicklungen, die jeweils eine Anzahl an elektrischen Spulen umfassen, ist der Stator in einem Statorgehäuse angeordnet.
Die Halbleiterbauelemente werden, sofern eine feldorientierte Regelung herangezogen wird, in Abhängigkeit eines über die Halbleiterbauelemente fließenden elektrischen Stroms angesteuert. Auch zur Überwachung der Leistung des Elektromotors und zum Erkennen eines etwaigen Fehlers ist es erforderlich, dass der elektrische Stromfluss durch die elektrischen Spulen erfasst wird. Hierfür wird beispielsweise ein Magnetfeld erfasst, welches den den elektrischen Strom tragenden Leiter umgibt. Eine kostengünstigere Variante ist die Verwendung eines sogenannten Shunts. Hierbei wird ein ohmscher Widerstand in Reihe zu der elektrischen Spule geschaltet und die über den Widerstand abfallende elektrische Spannung erfasst. Anhand des ohmschen Widerstandes wird anhand des bekannten Widerstandswerts sowie der erfassten elektrischen Spannung der elektrische Strom ermittelt. Nachteilig hieran ist, dass ein weiteres Bauelement, nämlich der Shunt, in den Strompfad eingebracht werden muss, was zu einem erhöhten Aufwand bei der Herstellung führt. Zudem sind zusätzliche Bauteile erforderlich, was die Herstellungskosten erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten bürstenlosen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs sowie ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors aus auch einen besonders geeigneten Getriebeaktuator mit einer elektrischen Maschine anzugeben, wobei insbesondere eine Baugröße und/oder Herstellungskosten verringert sind.
Hinsichtlich des bürstenlosen Elektromotors wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 9 und hinsichtlich des Getriebeaktuators durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Der bürstenlose Elektromotor ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Beispielsweise dient der Elektromotor dem Antrieb des Kraftfahrzeugs, welches somit insbesondere ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug ist. Bevorzugt jedoch ist der bürstenlose Elektromotor ein Bestandteil eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Verstellantriebs, wie eines Lenkungsmotors einer sog. Servolenkung. Der Verstellantrieb ist Bestandteil des Kraftfahrzeugs und weist ein Verstellteil sowie eine Antriebseinheit auf. Der Verstellantrieb ist beispielsweise eine elektromotorische Sitzverstellung, ein elektromotorisch betriebenes Seitenfenster oder ein elektromotorisch betriebenes Schiebedach. In diesem Fall ist das Verstellteil ein Sitz, eine Teil eines Sitzes, eine Fensterscheibe bzw. das Schiebedach. In einer Alternative hierzu ist der Verstellantrieb eine elektromotorisch betriebene Tür, und das Verstellteil ist die Tür. Alternativ ist die Verstelleinrichtung eine elektromotorisch betriebene Heckklappe. Mit anderen Worten wird als Verstellteil die Heckklappe mittels der Antriebseinheit in eine geöffnete und/oder geschlossene Position verschwenkt. In weiteren Alternativen ist der bürstenlose Elektromotor ein Bestandteil eines Klimakompressors, eines Heizgebläses (HVAC) oder einer Pumpe, beispielsweise einer Wasserpumpe oder einer Schmiermittelpumpe, wie einer Getriebeöl- oder Motorölpumpe. In einer bevorzugten Ausführungsform betätigt der bürstenlose Elektromotor einen Bestandteil eines zumindest teilweise automatisierten Getriebes des Kraftfahrzeugs. Mit anderen Worten ist der Elektromotor ein Bestandteil eines Getriebeaktuators („Drive Train Actuator“, DTA).
Der bürstenlose Elektromotor ist zweckmäßigerweise eine Synchronmaschine und vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC). Der bürstenlose Elektromotor weist eine erste Phasenwicklung und eine zweite Phasenwicklung auf, die beispielsweise aus einem Lackdraht, wie einem Kupferlackdraht oder einem Aluminiumlackdraht erstellt sind. Insbesondere weist jede der Phasenwicklungen eine Anzahl an elektrischen Spulen auf, die zueinander in Reihe geschaltet sind. Mit anderen Worten weist jede Phasenwicklung eine Anzahl an elektrischen Spulen auf, die jeweils ein Bestandteil eines Elektromagneten sind. Zweckmäßigerweise ist die Anzahl der elektrischen Spulen der beiden Phasenwicklungen gleich. Insbesondere sind die Phasenwicklungen jeweils ein Bestandteil eines Stators des bürstenlosen Elektromotors, und der bürstenlose Elektromotor weist einen Rotor mit einer Anzahl an Permanentmagneten auf.
Die erste Phasenwicklung ist in Reihe mit einem ersten Halbleiter und die zweite Phasenwicklung in Reihe mit einem zweiten Halbleiter geschaltet. Bei Betätigung des ersten Halbleiterschalters wird zweckmäßigerweise die erste Phasenwicklung bestromt. Ebenso erfolgt die Bestromung der zweiten Phasenwicklung mittels Betätigung des zweiten Halbleiterschalters. Die beiden Halbleiterschalter sind beispielsweise Feldeffekttransistoren und zweckmäßigerweise MOSFET's. Insbesondere sind die beiden Halbleiterschalter ein Bestandteil einer Elektronik des bürstenlosen Elektromotors. Beispielsweise ist die erste Phasenwicklung direkt elektrisch mit dem ersten Halbleiterschalter kontaktiert. In einer weiteren Alternative sind zwischen der ersten Phasenwicklung und dem ersten Halbleiterschalter weitere elektrische und/oder elektronische Bauteile elektrisch angeordnet. Alternativ oder in Kombination hierzu ist die zweite Phasenwicklung direkt elektrisch mit dem zweiten Halbleiterschalter kontaktiert. In einer weiteren Alternative sind zwischen der zweiten Phasenwicklung und dem zweiten Halbleiterschalter weitere elektrische und/oder elektronische Bauteile elektrisch angeordnet.
Ferner weist der bürstenlose Elektromotor eine Messschaltung auf, die parallel zu dem ersten Halbleiterschalter und parallel zu dem zweiten Halbleiterschalter geschaltet ist. Die Messschaltung dient der Erfassung eines elektrischen Stroms mittels dessen die jeweilige Phasenwicklung (Phase) bestromt ist. Mit anderen Worten wird der elektrische Strom erfasst, der von der ersten Phasenwicklung bzw. der zweiten Phasenwicklung bei Betrieb getragen wird (Phasenstrom). Zusammenfassend dient die Messschaltung der Phasenstrommessung und ist insbesondere hierfür geeignet und zweckmäßigerweise vorgesehen und eingerichtet.
Geeigneterweise wird mittels der Messschaltung eine elektrische Spannung erfasst, die über dem ersten Halbleiterschalter bzw. dem zweiten Halbleiterschalter anliegt. Hierfür weist die Messschaltung zweckmäßigerweise ein Spannungsmessgerät (Spannungsmesser) auf. Geeigneterweise wird bei Betrieb die elektrische Spannung erfasst, die über den ersten Halbleiterschalter abfällt, wenn dieser stromführend ist. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu wird die elektrische Spannung erfasst, die über dem zweiten Halbleiterschalter abfällt, wenn der zweite Halbleiterschalter stromführend ist. Anhand des Innenwiderstandes des jeweiligen Halbleiterschalters und der erfassten elektrischen Spannung ist es ermöglicht, den jeweiligen Phasenstrom zu bestimmen. Zusammenfassend wird mittels der Messschaltung, die parallel zu den beiden Halbleitern geschaltet ist, der mittels des jeweiligen Halbleiterschalters geführte Phasenstrom erfasst. Insbesondere wird der Innenwiderstandes des jeweiligen Halbleiterschalters zur Bestimmung des durch den jeweiligen Halbleiterschalter fließenden elektrischen Stroms verwendet, wofür zweckmäßigerweise die an dem jeweiligen Halbleiterschalter anliegende elektrische Spannung erfasst und/oder herangezogen/verwendet wird.
Aufgrund der Bestimmung des elektrischen Stroms mittels des Innenwiderstands der beiden Halbleiterschalter ist ein zusätzlicher Messwiderstand, wie ein Shunt, nicht erforderlich, was Bauraum und Herstellungskosten reduziert. Zudem wird lediglich eine einzige Messschaltung herangezogen, um den mittels des jeweiligen Halbleiterschalters getragenen elektrischen Strom zu erfassen, was Bauraum und Herstellungskosten weiter reduziert. Insbesondere ist der bürstenlose Elektromotor shuntlos ausgestaltet.
Zweckmäßigerweise sind der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter gegen ein gemeinsames Bezugspotential geführt. Mit anderen Worten ist ein Anschluss der beiden Halbleiterschalter elektrisch mit dem Bezugspotential kontaktiert und weist bei Betrieb dieses Potentials auf. Geeigneterweise ist derjenige Anschluss gegen das Bezugspotential geführt, welcher nicht mit der jeweiligen Phasenwicklung elektrisch kontaktiert ist. Mit anderen Worten ist bei Betätigung des jeweiligen Halbleiterschalters die jeweilige Phasenwicklung gegen das Bezugspotential geführt. Bei geöffneten Halbleiterschaltern hingegen ist die jeweilige Phasenwicklung von dem Bezugspotential getrennt. Zusammenfassend ist der jeweilige Halbleiterschalter auf der der jeweiligen Phasenwicklung gegenüber liegenden Seite gegen das Bezugspotential geführt. Aufgrund der Führung gegen das gemeinsame Bezugspotential ist es zur Parallelschaltung der Messschaltung lediglich erforderlich, dass diese ebenfalls gegen das gemeinsame Bezugspotential geführt wird. Auf diese Weise ist ein Verschaltungsaufwand reduziert, und die Messschaltung kann räumlich in einem bestimmten Abstand zu den Halbleiterschaltern angeordnet werden.
Besonders bevorzugt ist das Bezugspotential Masse. Diese wird beispielsweise mittels eines Gehäuses des Elektromotors bereitgestellt, oder der Elektromotor weist beispielsweise einen gemeinsamen Anschluss auf, der zweckmäßigerweise mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs elektrisch kontaktiert ist und beispielsweise das gleiche Potential wie die Karosserie aufweist. Aufgrund der Führung gegen das gemeinsame Bezugspotential - sowie insbesondere aufgrund der Verwendung von Masse als Bezugspotential - ist ein Verkabelungsaufwand reduziert und eine Verschaltung vereinfacht.
Beispielsweise weist der Elektromotor lediglich die zwei Phasenwicklungen auf. Insbesondere sind hierbei die beiden Halbleiterschalter ein Bestandteil einer Brückenschaltung, die zweckmäßigerweise als B4-Schaltung ausgestaltet ist. Der bürstenlose Elektromotor ist in diesem Fall zweiphasig aufgebaut. Bevorzugt jedoch umfasst der bürstenlose Elektromotor eine dritte Phasenwicklung, die in Reihe mit einem dritten Halbleiterschalter geschaltet ist. Hierbei ist die Messschaltung parallel zu dem dritten Halbleiterschalter geschaltet. Mit anderen Worten ist der bürstenlose Elektromotor zumindest dreiphasig aufgebaut und mittels der Messschaltung ist es ermöglicht, den Phasenstrom bezüglich jeder der Phasen zu ermitteln. Insbesondere sind sämtliche die Phasenwicklungen gleichartig und/oder die Halbleiterschalter sind in einer Brückenschaltung verschaltet, die zweckmäßigerweise als B6-Schaltung ausgeführt ist. Die Phasenwicklungen sind insbesondere zueinander um 120° elektrisch versetzt und/oder ein einer Dreiecks- oder Sternschaltung miteinander verschaltet.
Aufgrund der dritten Phasenwicklung ist ein Drehmomentverlauf des Elektromotors vergleichmäßigt, wobei zur Bestimmung der drei Phasenströme die gemeinsame Messschaltung herangezogen wird. Geeigneterweise sind die Halbleiterschalter zueinander baugleich und weisen vorzugsweise zumindest den gleichen Innenwiderstand auf. Beispielsweise sind die Phasenwicklungen baugleich. Vorzugsweise ist auch der dritte Halbleiterschalter gegen das gemeinsame Bezugspotential geführt, sofern der erste und der zweite Halbleiterschalter gegen das gemeinsame Bezugspotential geführt sind. In einer weiteren Alternative umfasst der bürstenlose Elektromotor eine vierte, fünfte, sechste oder mehr Phasenwicklungen, wobei die Phasenwicklungen zweckmäßigerweise elektrisch um einen Winkel versetzt sind, der 360° geteilt durch die Anzahl der Phasenwicklungen entspricht. Jede der Phasenwicklungen ist zweckmäßigerweise in Reihe mit jeweils einem Halbleiterschalter geschaltet, wobei die Messschaltung vorzugsweise parallel zu dem jeweiligen Halbleiterschalter geschaltet ist.
Zweckmäßigerweise umfasst die Messschaltung einen ersten Zweig mit einem vierten Halbleiterschalter und einen zweiten Zweig mit einem fünften Halbleiterschalter. Hierbei ist der erste Zweig gegen den zweiten Zweig geführt und diese folglich elektrisch miteinander kontaktiert. Der vierte Halbleiterschalter sowie der fünfte Halbleiterschalter sind zweckmäßigerweise Feldeffekttransistoren, beispielsweise MOSFET's. Die Halbleiterschalter der Zweige weisen insbesondere eine gegenüber dem ersten Halbleiterschalter bzw. dem zweiten Halbleiterschalter verringerte maximale Stromtragfähigkeit auf, was Herstellungskosten weiter verringert.
Ferner umfasst die Messschaltung eine Erfassungsschaltung und der erste Halbleiterschalter ist mittels des ersten Zweigs und der Erfassungsschaltung überbrückt. Der zweite Halbleiterschalter ist mittels des zweiten Zweigs und der Erfassungsschaltung überbrückt. Insbesondere ist die Erfassungsschaltung in Reihe mit dem ersten Zweig geschaltet. Ferner ist die Erfassungsschaltung in Reihe mit dem zweiten Zweig geschaltet. Geeigneterweise ist somit die Erfassungsschaltung gegen den ersten Zweig und gegen den zweiten Zweig geführt, insbesondere in dem Bereich, also auf dem elektrischen Potential, in dem der erste Zweig gegen den zweiten Zweig geführt ist. Der erste Zweig selbst ist geeigneterweise gegen den Eingang des ersten Halbleiterschalters geführt, der elektrisch mit der ersten Phasenwicklung kontaktiert ist. Der zweite Zweig ist insbesondere gegen den Eingang des zweiten Halbleiterschalters geführt, der mit der zweiten Phasenwicklung elektrisch kontaktiert ist. Insbesondere ist hierbei eine Reihenschaltung aus dem ersten Zweig und der Erfassungsschaltung erstellt, die parallel zu dem ersten Halbleiterschalter geschaltet ist. Ebenso ist aus dem zweiten Zweig und der Erfassungsschaltung eine Reihenschaltung erstellt, die parallel zu dem zweiten Halbleiterschalter geschaltet ist.
Mittels Betätigung des vierten Halbleiterschalters wird somit eine elektrische Spannung an der Erfassungsschaltung angelegt bzw. ein elektrischer Stromfluss durch die Erfassungsschaltung erstellt. Die an der Erfassungsschaltung anliegende elektrische Spannung entspricht hierbei im Wesentlichen der, die über den ersten Halbleiterschalter anfällt. Ebenso kann mittels des fünften Halbleiterschalters die elektrische Spannung an der Erfassungsschaltung angelegt werden, die über den zweiten Halbleiterschalter anfällt. Zweckmäßigerweise sind hierbei der vierte und der fünfte Halbleiterschalter derart angesteuert, dass lediglich einer von diesen elektrisch stromführend ist.
Zweckmäßigerweise ist der erste Halbleiterschalter sowie der zweite Halbleiterschalter gegen das gemeinsame Bezugspotential geführt, und die Erfassungsschaltung ist auf der den beiden Zweigen gegenüberliegenden Seite ebenfalls gegen das Bezugspotential geführt, was eine Verschaltung vereinfacht. Zum Beispiel ist die dritte Phasenwicklung vorhanden, und die Messschaltung umfasst einen gegen den ersten und den zweiten Zweig geführten dritten Zweig mit einem sechsten Halbleiterschalter, wobei der dritte Halbleiterschalter mittels des dritten Zweigs und der Erfassungsschaltung überbrückt ist. Mit anderen Worten ist die Reihenschaltung aus dem dritten Zweig und der Erfassungsschaltung parallel zu dem dritten Halbleiterschalter geschaltet. Der sechste Halbleiterschalter ist zweckmäßigerweise ein Feldeffekttransistor und vorzugsweise ein MOSFET. Beispielsweise umfasst die Messschaltung weitere Bestandteile, insbesondere sofern die beiden Halbleiterschalter nicht gegen das gemeinsame Bezugspotential geführt sind. Geeigneterweise dienen diese Bestandteile der Überbrückung des jeweiligen Halbleiterschalters und sind zweckmäßigerweise auf der den beiden Zweigen gegenüberliegenden Seite der Erfassungsschaltung angeordnet.
Insbesondere umfasst die Erfassungsschaltung einen Operationsverstärker mit einem Eingang und einem Ausgang. Hierbei ist der Eingang des Operationsverstärkers gegen den ersten Zweig und gegen den zweiten Zweig geführt. Somit kann mittels Betätigung des vierten bzw. fünften Halbleiterschalters das an dem Eingang des Operationsverstärkers anliegende elektrische Potential eingestellt werden. Zweckmäßigerweise umfasst die Erfassungsschaltung lediglich einen einzigen Operationsverstärker, wobei das an dem Eingang des Operationsverstärkers anliegende elektrische Potential/ elektrische Spannung mittels des vierten und fünften Halbleiterschalters eingestellt wird. Infolgedessen sind Herstellungskosten sowie ein benötigter Bauraum weiter reduziert.
Zweckmäßigerweise ist der Ausgang des Operationsverstärkers mit einem Spannungsmesser elektrisch kontaktiert. Geeigneterweise ist der erste und zweite Halbleiterschalter gegen das Bezugspotential geführt, und der Spannungsmesser ist zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers und das Bezugspotential geschaltet. Mittels des Operationsverstärkers erfolgt somit eine Verstärkung der über den ersten bzw. zweiten Halbleiterschalter anfallenden elektrischen Spannung, sodass ein vergleichsweise kostengünstiger Spannungsmesser herangezogen werden kann.
Insbesondere ist eine Spannungsbegrenzung parallel zu dem Operationsverstärker geschaltet, insbesondere zu der Reihenschaltung aus dem Operationsverstärker und dem etwaigen Spannungsmesser. Mit anderen Worten ist die Spannungsbegrenzung gegen den Eingang des Operationsverstärkers geführt, der gegen den ersten und zweiten Zweig geführt ist. Geeigneterweise ist die Reihenschaltung aus dem Operationsverstärker und dem Spannungsmesser mittels der Spannungsbegrenzung überbrückt. Mittels der Spannungsbegrenzung wird hierbei eine maximal an dem Operationsverstärker/Spannungsmesser anliegende elektrische Spannung begrenzt. Insbesondere erfolgt ein Kurzschließen, sofern die abfallende elektrische Spannung einen Grenzwert überschreitet. Infolgedessen ist es ermöglicht, einen vergleichsweise starken Verstärkungsfaktor für den Operationsverstärker zu wählen, sodass auch vergleichsweise geringe elektrische Spannungen erfasst werden können, die über den ersten bzw. zweiten Halbleiterschalter anliegen. Sofern, beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion, der vierte Halbleiterschalter betätigt ist, wenn der erste Halbleiterschalter nicht stromführend ist, und somit eine vergleichsweise große elektrische Spannung an diesem anliegt, wird dies mittels der Spannungsbegrenzung abgefangen, sodass eine Beschädigung des Operationsverstärkers und des Spannungsmessers ausgeschlossen ist. Die Spannungsbegrenzung ist zweckmäßigerweise eine Zener-Diode (Z-Diode). Hierbei ist die Durchbruchspannung zweckmäßigerweise auf eine maximal an den Operationsverstärker anliegende elektrische Spannung eingestellt.
Alternativ oder in Kombination hierzu ist eine Kapazität parallel zu dem Operationsverstärker, insbesondere zur Reihenschaltung des Operationsverstärkers sowie des etwaigen Spannungsmessers, geschaltet. Mittels der Kapazität erfolgt eine Filterung der an dem Operationsverstärker anliegenden elektrischen Spannung, sodass vergleichsweise hochfrequente Anteile der elektrischen Spannung herausgefiltert werden, und der mittels der Spannungsmesser erfasste Spannungswert somit vergleichsweise geringen Schwankungen unterliegt. Zweckmäßigerweise ist der Eingang des Operationsverstärkers, der gegen die beiden Zweige geführt ist, der nichtinvertierte Eingang (Plus-Eingang) des Operationsverstärkers. Insbesondere wird der Operationsverstärker als nicht-invertierter Verstärker betrieben. Hierbei ist der Ausgang des Operationsverstärkers mittels einer Parallelschaltung zweier Widerstände elektrisch kontaktiert, wobei ein Mittenabgriff zwischen den beiden Widerständen mit dem invertierten Eingang (Minus-Eingang) elektrisch kontaktiert ist. Das an dem Ausgang anliegende elektrische Potential wird zweckmäßigerweise mittels des Spannungsmessers erfasst.
Vorzugsweise weist der erste Zweig einen ohmschen Widerstand auf, der insbesondere in Reihe zu dem vierten Halbleiterschalter geschaltet ist. Insbesondere befindet sich der vierte Halbleiterschalter zwischen dem Widerstand und dem zweiten Zweig. Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst der zweite Zweig einen ohmschen Widerstand, der insbesondere in Reihe mit dem fünften Halbleiterschalter geschaltet ist. Hierbei befindet sich der fünfte Halbleiterschalter zweckmäßigerweise zwischen dem ohmschen Widerstand und dem ersten Zweig. Aufgrund der beiden ohmschen Widerstände bzw. des jeweiligen ohmschen Widerstands erfolgt eine Begrenzung des mittels des jeweiligen Zweigs geführten elektrischen Stroms, weswegen bei Betrieb mittels der Messschaltung ein vergleichsweise geringer elektrischer Strom geführt wird. Infolgedessen ist ein bei Betrieb auftretender elektrischer Verlust reduziert. Geeigneterweise umfasst der dritte Zweig, sofern dieser vorhanden ist, ebenfalls einen ohmschen Widerstand.
Beispielsweise ist ein Gate des vierten Halbleiterschalters mit einem Gate des ersten Halbleiterschalters elektrisch kontaktiert. Somit wird der vierte Halbleiterschalter insbesondere dann elektrisch leitend geschaltet, wenn der erste Halbleiterschalter elektrisch leitend geschaltet wird. Alternativ oder in Kombination hierzu ist ein Gate des fünften Halbleiterschalters mit einem Gate des zweiten Halbleiterschalters elektrisch kontaktiert. Somit wird der fünfte Halbleiterschalter jedes Mal dann elektrisch leitend geschaltet, wenn der zweite Halbleiterschalter elektrisch leitend geschaltet wird. Daher ist keine zusätzliche Ansteuerschaltung für den vierten Halbleiterschalter bzw. den fünften Halbleiterschalter erforderlich, was eine Verschaltung vereinfacht und Herstellungskosten weiter reduziert.
In einer Alternative hierzu ist das Gate des vierten Halbleiterschalters bzw. das Gate des fünften Halbleiterschalters elektrisch mit einem Mikroprozessor kontaktiert, sodass der vierte Halbleiterschalter bzw. der fünfte Halbleiterschalter mittels des Mikroprozessors gesteuert werden. Infolgedessen ist eine Flexibilität der Messschaltung erhöht, und es können bestimmte Zeitpunkte ausgewählt werden, zu denen die über den ersten bzw. zweiten Halbleiterschalter anliegende elektrische Spannung und somit der über den jeweiligen Halbleiterschalter fließende elektrische Strom erfasst wird. In einer weiteren Alternative hierzu sind die Gates des vierten Halbleiterschalters bzw. des fünften Halbleiterschalters gegen ein Schieberegister geführt, wobei die Gates mit unterschiedlichen Ausgängen des Schieberegisters elektrisch kontaktiert sind. Das Schieberegister wird beispielsweise in Abhängigkeit einer Ansteuerung des ersten oder zweiten Halbleiterschalters getaktet. Aufgrund des Schieberegisters werden der vierte Halbleiterschalter und der fünfte Halbleiterschalter zeitlich sukzessive angesteuert, wobei zwischen den Ausgängen des Schieberegisters, mittels derer die beiden Gates elektrisch kontaktiert sind, beispielsweise weitere Ausgänge vorhanden sind.
Das Verfahren zum Betrieb des bürstenlosen Elektromotors sieht vor, dass der vierte Halbleiterschalter lediglich dann betätigt wird, wenn der erste Halbleiterschalter stromführend ist. Geeigneterweise ist hierbei der vierte Halbleiterschalter dann elektrisch leitend, wenn nur der erste Halbleiterschalter stromführend ist. Infolgedessen liegt an der Erfassungsschaltung lediglich dann die elektrische Spannung an, wenn der erste Halbleiterschalter stromführend ist. Alternativ oder bevorzugt in Kombination hierzu ist der fünfte Halbleiterschalter lediglich dann betätigt, wenn der zweite Halbleiterschalter stromführend ist. Vorzugsweise ist hierbei der fünfte Halbleiterschalter dann elektrisch leitend, wenn nur der zweite Halbleiterschalter stromführend ist. Sofern der erste und der zweite Halbleiterschalter stromführend sind, beispielsweise aufgrund eines Überlappungsbereiches, sind der vierte Halbleiterschalter und der fünfte Halbleiterschalter zweckmäßigerweise somit nicht stromführend. Daher wird mittels der Erfassungsschaltung lediglich der jeweilige Phasenstrom erfasst. In einer weiteren Alternative hierzu sind die beiden Halbleiterschalter oder zumindest einer der Halbleiterschalter stromführend, wenn der erste Halbleiterschalter oder der zweite Halbleiterschalter oder der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter elektrisch stromführend sind.
Der Getriebeaktuator des Kraftfahrzeugs dient dem Auswählen eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses eines Getriebes des Kraftfahrzeugs, wobei über das Getriebe eine Hauptantriebsmaschine des Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs in Wirkverbindung steht. Beispielsweise wird ein sogenannter Schaltfinger von mindestens einem Elektromotor angetrieben, mittels dessen die einzelnen Schaltstufen des Getriebes eingestellt werden. Zum Beispiel weist der Getriebeaktuator zwei Elektromotoren auf, wobei mittels eines von diesen die Schaltbewegung und mittels des anderen die Bewegung zum Auswählen der sogenannten Ganggasse ausgeführt wird. Zweckmäßigerweise wird mittels des Elektromotors zwischen einer Vorwärtsbewegung und einer Rückwärtsbewegung des Kraftfahrzeugs umgeschaltet. Alternativ oder in Kombination hierzu wird eine Kupplung von dem Elektromotor betätigt.
Der Elektromotor ist ein bürstenloser Elektromotor, beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC). Der bürstenlose Elektromotor weist eine erste Phasenwicklung, die in Reihe mit einem ersten Halbleiterschalter geschaltet ist, und eine zweite Phasenwicklung auf, die in Reihe mit einem zweiten Halbleiterschalter geschaltet ist. Ferner umfasst der bürstenlose Elektromotor eine Messschaltung, die parallel zu dem ersten Halbleiterschalter und dem zweiten Halbleiterschalter geschaltet ist. Mittels der Messschaltung erfolgt bei Betrieb zweckmäßigerweise eine Erfassung einer an dem jeweiligen Halbleiterschalter anliegenden elektrischen Spannung. Unter Zuhilfenahme eines bekannten (Innen-) Widerstands der Halbleiterschalter wird geeigneterweise ein mittels des jeweiligen Halbleiterschalters getragener elektrischer Strom bestimmt. Infolgedessen ist kein zusätzlicher Widerstand zur Strommessung erforderlich, und lediglich eine Messschaltung wird hierfür verwendet, weswegen Bauraum und Herstellungskosten reduziert sind.
Die im Zusammenhang mit dem bürstenlosen Elektromotor / dem Verfahren genannten Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf den Getriebeaktuator zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch vereinfacht einen Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs,
2 schematisch den Elektromotor mit einer Messschaltung,
3 schematisch die Messschaltung, und
4 ein Verfahren zum Betrieb des Elektromotors.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist vereinfacht ein Antriebsstrang 2 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Verbrennungskraftmaschine 4 steht über eine erste Welle 6, ein Getriebe 8, eine zweite Welle 10 und ein nicht gezeigtes Differential mit Antriebsrädern 12 in Wirkverbindung. Hierbei wird die Rotationsbewegung der direkt von der Verbrennungskraftmaschine 4 angetriebenen ersten Welle 6 in eine Rotationsbewegung der Antriebsräder 12 umgewandelt, wobei sich sowohl die Drehrichtung als auch die Rotationsgeschwindigkeiten der beiden unterscheiden. Aufgrund des Differentials ist die Rotationsbewegung der Antriebsräder 12 im Wesentlichen senkrecht zu der Rotationsbewegung der zweiten Welle 10.
Mittels des Getriebes 8 wird ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 10 bestimmt. Ferner wird die Drehrichtung der zweiten Welle 10 mittels des Getriebes 8 eingestellt. Hierfür weist das Getriebe 8 eine Anzahl von sogenannten Schaltstufen auf, die mittels eines einen bürstenlosen Elektromotor 14 umfassenden Getriebeaktuators 16 ausgewählt werden. Der Elektromotor 14 treibt hierfür ein Verstellteil des Getriebeaktuators 16 an, das wiederum in einer Wirkverbindung mit einem Auswahlmechanismus des Getriebes 8 steht. Der Getriebeaktuator 16 weist ferner eine nicht gezeigte Steuerelektronik auf, die den Elektromotor 14 steuert, und die über eine Datenleitung 18 von einem Wählhebel 20 eingestellt wird. Die Datenleitung 18 ist ein CAN-Bus, und mittels des Wählhebels 20 kann ein Fahrer die Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs auswählen.
In 2 ist schematisch vereinfacht der bürstenlose Elektromotor 14 dargestellt, der einen Stator 22 mit einer ersten Phasenwicklung 24, einer zweiten Phasenwicklung 26 und einer dritten Phasenwicklung 28 aufweist, die in einer Sternschaltung miteinander kontaktiert sind. Ferner weist der Elektromotor 14 einen Umrichter 29 auf, dessen einer Anschluss mit einem Bordnetzpotential 30 von 12 Volt oder 48 Volt und dessen zweiter Anschluss mit Masse 32 elektrisch kontaktiert ist. Der Umrichter 29 weist eine B6-Schaltung mit einem ersten Brückenzweig 34, einem zweiten Brückenzweig 36 und einem dritten Brückenzweig 38 auf, die zueinander parallel geschaltet und mit dem Bordnetzpotential 30 und Masse 32 elektrisch kontaktiert sind. Der erste Brückenzweig 34 umfasst einen ersten Halbleiterschalter 40 sowie einen ersten Hilfshalbleiterschalter 42, der zweite Brückenzweig 36 umfasst einen zweiten Halbleiterschalter 44 sowie einen zweiten Hilfshalbleiterschalter 46, und der dritte Brückenzweig 38 weist einen dritten Halbleiterschalter 48 sowie einen dritten Hilfshalbleiterschalter 50 auf. Die Halbleiterschalter 40, 44, 48 und die jeweiligen Hilfshalbleiterschalter 42, 46, 50 sind und baugleich in einer Reihenschaltung miteinander kontaktiert, sodass der Umrichter 29 sechs baugleiche Halbleiterschalter 40, 42, 44, 46, 48, 50 aufweist, die jeweils ein MOSFET sind und folglich ein Gate 52 aufweisen. In Abhängigkeit der an dem Gate 52 anliegender elektrischer Spannung wird der jeweilige Halbleiterschalter bzw. Hilfshalbleiterschalter 40, 42, 44, 46, 48, 50 in einem elektrisch leitenden oder einem elektrisch nicht leitenden Zustand versetzt.
Zwischen jedem der Halbleiterschalter 40, 44, 48 und dem jeweils zugeordneten Hilfshalbleiterschalter 42, 46, 50 des gleichen Brückenzweigs 34, 36, 38 ist jeweils ein Anschluss 54 vorhanden, mit dem jeweils eine der Phasenwicklungen 24, 26 und 28 elektrisch kontaktiert ist. Hierbei ist die erste Phasenwicklung 24 mit dem Anschluss 54 des ersten Brückenzweigs 34, die zweite Phasenwicklung 26 mit dem Anschluss 54 des zweiten Brückenzweigs 36 und die dritte Phasenwicklung 28 mit dem Anschluss 54 des dritten Brückenzweigs 38 elektrisch kontaktiert, sodass der erste Halbleiterschalter 40 in Reihe mit der ersten Phasenwicklung 24, der zweite Halbleiterschalter 44 in Reihe mit der zweiten Phasenwicklung 26 und der dritte Halbleiterschalter 48 in Reihe mit der dritten Phasenwicklung 28 geschaltet ist. Hierbei sind der erste Halbleiterschalter 40, der zweite Halbleiterschalter 44 und der dritte Halbleiterschalter 48 gegen Masse geführt, sodass dies ein gemeinsames Bezugspotential bildet. Die Halbleiterschalter 40, 44, 48 sind zwischen Masse 32 und jeweiliger Phasenwicklung 24,26,28 positioniert.
Ferner weist der bürstenlose Elektromotor 14 eine Messschaltung 56 auf, die einen ersten Zweig 57 mit einem vierten Halbleiterschalter 58, einen zweiten Zweig 59 mit einem fünften Halbleiterschalter 60, einen dritten Zweig 61 mit einem sechsten Halbleiterschalter 62 und eine Erfassungsschaltung 64 umfasst. Der erste Zweig 57 ist mit dem ersten Brückenzweig 34 zwischen dem Anschluss 54 und dem ersten Halbleiterschalter 40, der zweite Zweig 59 mit dem zweiten Brückenzweig 36 zwischen dem Anschluss 54 und dem zweiten Halbleiterschalter 44 und der dritte Zweig 61 mit dem dritten Brückenzweig 38 zwischen dem Anschluss 54 und dem dritten Halbleiterschalter 48 elektrisch kontaktiert, sodass der Anschluss des vierten Halbleiterschalters 58 im Wesentlichen das elektrische Potential des Anschlusses 54 des ersten Brückenzweigs 34, der Anschluss des fünften Halbleiterschalters 60 das elektrische Potential des Anschlusses 54 des zweiten Brückenzweigs 36 und der Anschluss des sechsten Halbleiterschalters das elektrische Potential des Anschlusses 54 des dritten Brückenzweigs 38 aufweist.
Ferner sind die Zweige 57, 59, 61 gegen die Erfassungsschaltung und somit gegeneinander geführt. Die Erfassungsschaltung 64 ist mit deren weiteren Anschluss gegen Masse 32 geführt. Somit ist der erste Halbleiterschalter 40 mittels der Reihenschaltung des ersten Zweigs 57 und der Erfassungsschaltung 64, der zweite Halbleiterschalter 44 mittels des zweiten Zweiges 59 und der Erfassungsschaltung 64 und der dritte Halbleiterschalter 48 mittels des dritten Zweiges 61 und der Erfassungsschaltung 64 überbrückt. Ferner ist die Messschaltung 56 parallel zu dem ersten Halbleiterschalter 40, dem zweiten Halbleiterschalter 44 und dem dritten Halbleiterschalter 48 geschaltet.
In 3 ist die Messschaltung 56 mit den drei Zweigen 57, 59, 61 näher dargestellt, die gleichartig aufgebaut sind. So weist jeder der drei Zweige 57, 59, 61 einen ohmschen Widerstand 65 auf, der zwischen dem jeweiligen Brückenzweig 34, 36, 38 und den jeweiligen Halbleiterschalter 58, 60, 62 geschaltet ist. Jeder dieser Halbleiterschalter 58, 60, 62 weist ein Gate 66 auf, welches jeweils mit einem Anschluss 68 elektrisch kontaktiert ist. Ein Mikroprozessor 70 ist mit jedem dieser Anschlüsse 68 elektrisch kontaktiert, sodass die Halbleiterschalter 58, 60, 62 mittels des Mikroprozessors 70 in den elektrisch leitenden bzw. elektrisch nicht leitenden Zustand überführt werden können. Jedes der Gates 66 ist ferner mittels eines ersten Kondensators 72 mit dem jeweiligen Zweig 57, 59, 61 auf der dem ohmschen Widerstand 65 gegenüberliegenden Seite des jeweiligen Halbleiterschalters 58, 60, 62 elektrisch kontaktiert. Mittels des ersten Kondensators 72 wird die an dem jeweiligen Gate 66 anliegende elektrische Spannung stabilisiert. Ferner ist jedem Gate 66 ein Filternetzwerk 74 zugeordnet, welches einem ersten Widerstand 76 parallel geschaltet ist, über den das jeweilige Gate 66 mit dem Anschluss 68 elektrisch kontaktiert ist. Jedes Filternetzwerk 74 weist einen zweiten Kondensator 78 und einen dritten Widerstand 80 auf, die zueinander parallel und gegen Masse 32 geführt sind. Die verbleibenden Anschlüsse sind elektrisch mit dem jeweiligen Gate 66 kontaktiert. Das Filternetzwerk 74 dient der Beseitigung von hochfrequenten und niederfrequenten Anteilen in einer an dem Gate 66 über den Anschluss 68 bereitgestellten elektrischen Spannung.
Die drei Zweige 57, 59, 61 sind gegen die Erfassungsschaltung 64 geführt, die einen Operationsverstärker 82 mit einem nichtinvertierten Eingang 84, einem invertierten Eingang 86 und einem Ausgang 88 aufweist. Hierbei ist der nichtinvertierte Eingang 84 über einen vierten Widerstand 90 gegen die drei Zweige 57, 59, 61 geführt. Die ohmschen Widerstände 65 und der vierte Widerstand 90 dienen der Begrenzung des zu dem nichtinvertierten Eingang 84 geleiteten elektrischen Stroms. Ferner ist der nichtinvertierte Eingang 84 über eine Parallelschaltung aus zwei Kapazitäten 92 gegen Masse 32 geführt. Die Kapazitäten 92 dienen der Filterung, weswegen die an dem nichtinvertierten Eingang 84 anliegende elektrische Spannung lediglich niederfrequente Anteile aufweist. Zudem ist der nichtinvertierte Eingang 84 mittels einer Zener-Diode 94 gegen Masse 32 geführt, wobei die Sperrrichtung zu dem nichtinvertierten Eingang 84 hin gerichtet ist, sodass lediglich bei Überschreiten einer an dem nichtinvertierten Eingang 84 anliegenden elektrischen Spannung, die größer als die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 94 ist, die übermäßige elektrische Spannung über die Zener-Diode 94 gegen Masse 32 abgeleitet wird.
Der Ausgang 88 des Operationsverstärkers 82 ist mit einem Spannungsmesser 95 elektrisch kontaktiert, der ebenfalls gegen Masse 32 als das gemeinsame Bezugspotential des ersten, zweiten und dritten Halbleiterschalters 40, 44, 48 geführt ist. Auch ist der Ausgang 88 über eine Reihenschaltung aus zwei fünften Widerständen 96 gegen Masse 32 geführt, wobei der Mittenabgriff mit dem invertierten Eingang 86 des Operationsverstärkers elektrisch kontaktiert ist. Folglich ist der Operationsverstärker 82 als nichtinvertierter Verstärker betrieben.
Somit ist es ermöglicht, bei Betätigung des vierten Halbleiterschalters 58, des fünften Halbleiterschalters 60 oder des sechsten Halbleiterschalters 62 die über den ersten Halbleiterschalter 40, die über den zweiten Halbleiterschalter 44 bzw. die über den dritten Halbleiterschalter 48 anfallende elektrische Spannung mittels des Spannungsmessers 95 zu erfassen. Hierbei erfolgt eine Begrenzung des durch die Messschaltung 56 fließenden elektrischen Stroms mittels der ohmschen Widerstände 65 sowie dem vierten Widerstand 90, und die elektrische Spannung wird mittels des Operationsverstärkers 82 verstärkt. Diese verstärkte elektrische Spannung wird mittels des Spannungsmessers 95 erfasst. Anhand des bekannten Innenwiderstands des ersten, zweiten bzw. dritten Halbleiterschalters 40, 44, 48 wird Mittels des ohmschen Gesetzes R = U/I der von dem jeweiligen Halbleiterschalter 40, 44, 48 getragene elektrische Strom bestimmt. Mittels der Zener-Diode 94 wird eine Beschädigung des Operationsverstärkers 82 verhindert, sofern über den jeweiligen Halbleiterschalter 40, 44, 48 eine vergleichsweise hohe elektrische Spannung anliegt, beispielsweise weil dieser sich in dem elektrisch sperrenden Zustand befindet.
In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform ist das Gate 66 des vierten Halbleiterschalters 58 elektrisch mit dem Gate 52 des ersten Halbleiterschalters 40, das Gate 66 des vierten Halbleiterschalters 60 mit dem Gate 52 des zweiten Halbleiterschalters 44 und das Gate 66 des sechsten Halbleiterschalters 62 mit dem Gate 52 des dritten Halbleiterschalters 48 elektrisch kontaktiert, sodass bei einer Ansteuerung des ersten, zweiten oder dritten Halbleiterschalters 44, 48. 50 auch der vierte, fünfte bzw. sechste Halbleiterschalter 58, 60, 62 angesteuert wird. Infolgedessen ist der Mikroprozessor 70 nicht erforderlich oder muss zumindest nicht eine derartige Funktion zur Ansteuerung des vierten, fünften bzw. sechsten Halbleiterschalters 58, 60, 62 bereitstellen.
In 4 ist ein Verfahren 98 zum Betrieb des bürstenlosen Elektromotors 14 gezeigt. In einem ersten Arbeitsschritt 100 wird der erste Halbleiterschalter 40 betätigt und ein Stromfluss durch diesen erstellt. Hierbei sind der vierte, fünfte und sechste Halbleiterschalter 58, 60, 62 sowie der zweite und dritte Halbleiterschalter 44, 48 in einem elektrisch nicht leitenden Zustand. Beispielsweise ist der dritte Hilfshalbleiterschalter 50 ebenfalls stromführend, sodass ein Stromfluss durch die dritte Phasenwicklung 28 sowie durch die erste Phasenwicklung 24 erstellt ist. In einem sich anschließenden zweiten Arbeitsschritt 102 wird der vierte Halbleiterschalter 58 in den elektrisch leitenden Zustand überführt und somit mittels des Spannungsmessers 95 die über den ersten Halbleiterschalter 40 anfallende elektrische Spannung erfasst. Hieraus wird mittels einer weiteren Elektronik, oder dem Mikroprozessor 70 unter Zuhilfenahme des bekannten Innenwiderstands des ersten Halbleiterschalters 40 der über diesen fließende elektrische Strom und somit der Phasenstrom bestimmt.
In einen sich anschließenden dritten Arbeitsschritt 104 erfolgt wiederum mittels des Mikroprozessors 70 eine Ansteuerung des vierten Halbleiterschalters 58, sodass dieser erneut in den sperrenden Zustand überführt wird. Hierfür wird über den Anschluss 68 eine geeignete elektrische Spannung an das Gate 66 des vierten Halbleiterschalters 58 angelegt. In einem sich anschließenden vierten Arbeitsschritt 106 wird der zweite Halbleiterschalter 44 betätigt. Beispielsweise wird hierbei ebenfalls der erste Hilfshalbleiterschalter 42 und/oder der dritte Hilfshalbleiterschalter 50 betätigt. Infolgedessen sind sowohl der erste Halbleiterschalter 40 und der zweite Halbleiterschalter 44 stromführend. Im Wesentlichen unverzüglich im Anschluss hieran wird ein fünfter Arbeitsschritt 108 ausgeführt, bei dem der erste Halbleiterschalter 40 derart angesteuert wird, dass dieser in den elektrisch nicht leitenden Zustand überführt wird. Infolgedessen kommutiert der elektrische Strom lediglich auf den zweiten Halbleiterschalter 44.
Im Anschluss hieran wird ein sechster Arbeitsschritt 110 ausgeführt und der fünfte Halbleiterschalter 60 in den elektrisch leitenden Zustand überführt. Infolgedessen liegt erneut an dem Eingang 84 des Operationsverstärkers 82 ein elektrisches Potential an, wobei mittels des Spannungsmessers 95 die verstärkte Potentialdifferenz gegenüber Masse 32 erfasst wird. Anhand dieser elektrischen Spannung und anhand des bekannten Innenwiderstandes des zweiten Halbleiterschalters 44 wird der mittels der zweiten Phasenwicklung 26 getragene elektrische Strom bestimmt. In einem sich anschließenden siebten Arbeitsschritt 112 wird mittels des Mikroprozessors 70 der fünfte Halbleiterschalter 60 über dessen Gate 66 derart angesteuert, dass dieser erneut in den elektrisch nicht leitenden Zustand überführt wird. Im Anschluss hieran wird ein achter Arbeitsschritt 114 ausgeführt, bei dem der dritte Halbleiterschalter 48 in den elektrisch leitenden Zustand überführt wird.
Im Anschluss hieran wird der zweite Halbleiterschalter 44 in den stromsperrenden Zustand überführt, und der sechste Halbleiterschalter 62 wird mittels des Mikroprozessors 70 in den elektrisch leitenden Zustand überführt, wofür das Gate 66 des sechsten Halbleiterschalters 62 geeignet angesteuert wird. Somit wird der mittels der dritten Phasenwicklung 28 / dem dritten Halbleiterschalter 48 geführte elektrische Strom bestimmt. Im Anschluss hieran wird der sechste Halbleiterschalter 62 erneut in den elektrisch nicht leitenden Zustand überführt, bevor der erste Halbleiterschalter 40 und der dritte Halbleiterschalter 48 betätigt werden. Somit ist der vierte Halbleiterschalter 58 lediglich dann stromführend, wenn nur der erste Halbleiterschalter 40 stromführend ist, und der fünfte Halbleiterschalter 60 ist lediglich dann stromführend, wenn nur der zweite Halbleiterschalter 44 stromführend ist. Auch ist der sechste Halbleiterschalter 62 lediglich dann stromführend, wenn nur der dritte Halbleiterschalter 48 stromführend ist. Daher ist die an dem Eingang 84 des Operationsverstärkers 82 anliegende elektrische Spannung vergleichsweise gering, und mittels der Messschaltung 56 wird der über den ersten, zweiten bzw. dritten Halbleiterschalter 40, 44, 48 fließende elektrische Strom erfasst.
Zusammenfassend erfolgt eine shuntlose Strommessung für den Elektromotor 14, der als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) ausgestaltet ist. Zudem weist der Elektromotor 14 drei Motorphasen auf. Der elektrische Strom wird lediglich mittels einer einzigen Verstärkerschaltung erfasst, die einen einzigen Operationsverstärker 82 aufweist, was zu einer Kosten- und Bauraumreduzierung führt. Hierzu wird eine Auswahlschaltung herangezogen, die die drei Zweige 57, 59, 61 mit dem jeweils zugeordneten Halbleiterschalter 58, 60, 62 aufweist. Der vierte, fünfte und sechste Halbleiterschalter 58, 60, 62 sind als Kleinsignal-MOSFET's ausgestaltet. Aufgrund des vierten, fünften und sechsten Halbleiterschalters 58, 60, 62 ist es ermöglicht, die einzelnen Motorphasen einzeln anzuwählen. Somit wird mittels des Operationsverstärkers 82 lediglich einer der Phasenströme verstärkt und mittels des Spannungsmessers 95 bestimmt. Aufgrund der ohmschen Widerstände 65, des vierten Widerstands 90 sowie der Kapazitäten 92 erfolgt eine Filterung, um eine Sättigung des Operationsverstärkers 82 zu vermeiden. Zudem ist mittels der Zener-Diode 94 ein Überspannungsschutz bereitgestellt.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Antriebsstrang
4: Verbrennungskraftmaschine
6: erste Welle
8: Getriebe
10: zweite Welle
12: Antriebsrad
14: bürstenloser Elektromotor
16: Getriebeaktuator
18: Datenleitung
20: Wählhebel
22: Stator
24: erste Phasenwicklung
26: zweite Phasenwicklung
28: dritte Phasenwicklung
29: Umrichter
30: Bordnetzpotential
32: Masse
34: erster Brückenzweig
36: zweiter Brückenzweig
38: dritter Brückenzweig
40: erster Halbleiterschalter
42: erster Hilfshalbleiterschalter
44: zweiter Halbleiterschalter
46: zweiter Hilfshalbleiterschalter
48: dritter Halbleiterschalter
50: dritter Hilfshalbleiterschalter
52: Gate
54: Anschluss
56: Messschaltung
57: erster Zweig
58: vierter Halbleiterschalter
59: zweiter Zweig
60: fünfter Halbleiterschalter
61: dritter Zweig
62: sechster Halbleiterschalter
64: Erfassungsschaltung
65: ohmscher Widerstand
66: Gate
68: Anschluss
70: Mikroprozessor
72: erster Kondensator
74: Filternetzwerk
76: erster Widerstand
78: zweiter Kondensator
80: dritter Widerstand
82: Operationsverstärker
84: nichtinvertierter Eingang
86: invertierter Eingang
88: Ausgang
90: vierter Widerstand
92: Kapazität
94: Zener-Diode
95: Spannungsmesser
96: fünfter Widerstand
98: Verfahren
100: erster Arbeitsschritt
102: zweiter Arbeitsschritt
104: dritter Arbeitsschritt
106: vierter Arbeitsschritt
108: fünfter Arbeitsschritt
110: sechster Arbeitsschritt
112: siebter Arbeitsschritt
114: achter Arbeitsschritt

Claims

Bürstenloser Elektromotor (14) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nebenaggregats (16), mit einer ersten Phasenwicklung (24), die in Reihe mit einem ersten Halbleiterschalter (40) geschaltet ist, und mit einer zweiten Phasenwicklung (26), die in Reihe mit einem zweiten Halbleiterschalter (44) geschaltet ist, und mit einer Messschaltung (56), die parallel zu dem ersten Halbleiterschalter (40) und dem zweiten Halbleiterschalter (44) geschaltet ist.
Bürstenloser Elektromotor (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterschalter (40) und der zweite Halbleiterschalter (44) gegen ein gemeinsames Bezugspotential (32), insbesondere Masse, geführt sind.
Bürstenloser Elektromotor (14) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine dritte Phasenwicklung (28), die in Reihe mit einem dritten Halbleiterschalter (48) geschaltet ist, wobei die Messschaltung (56) parallel zu dem dritten Halbleiterschalter (48) geschaltet ist.
Bürstenloser Elektromotor (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (56) einen ersten Zweig (57) mit einem vierten Halbleiterschalter (58) und einen gegen den ersten Zweig (57) geführten zweiten Zweig (59) mit einem fünften Halbleiterschalter (60) sowie eine Erfassungsschaltung (64) aufweist, wobei der erste Halbleiterschalter (40) mittels des ersten Zweigs (57) und der Erfassungsschaltung (64) und der zweite Halbleiterschalter (44) mittels des zweiten Zweigs (59) und der Erfassungsschaltung (64) überbrückt ist.
Bürstenloser Elektromotor (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsschaltung (64) einen Operationsverstärker (82) mit einem Eingang (84) umfasst, wobei der Eingang (84) des Operationsverstärkers (82) gegen den ersten Zweig (57) und gegen den zweiten Zweig (59) geführt ist.
Bürstenloser Elektromotor (14) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsbegrenzung (94), insbesondere einer Zener-Diode, und/oder einer Kapazität (92) parallel zu dem Operationsverstärker (82) geschaltet ist.
Bürstenloser Elektromotor (14) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zweig (57) und/oder der zweite Zweig (59) einen ohmschen Widerstand (65) aufweist.
Bürstenloser Elektromotor (14) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gate (66) des vierten Halbleiterschalters (58) mit einem Gate (52) des ersten Halbleiterschalters (40) und/oder ein Gate (66) des fünften Halbleiterschalters (60) mit einem Gate (52) des zweiten Halbleiterschalters (44) elektrisch kontaktiert ist.
Verfahren (98) zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors (14) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem der vierte Halbleiterschalter (58) lediglich dann betätigt wird, wenn der erste Halbleiterschalter (40) stromführend ist, und/oder der fünfte Halbleiterschalter (60) lediglich dann betätigt wird, wenn der zweite Halbleiterschalter (44) stromführend ist.
Getriebeaktuator (16) eines Kraftfahrzeugs mit einem bürstenlosen Elektromotor (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.