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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Funktionszustandes eines elektrischen Motors.
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In einer alternierenden elektrischen Maschine werden auch Permanentmagnete verwendet, um den Wirkungsgrad und die Abgabe der elektrischen Leistung der elektrischen Maschine zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich werden bestromte Spulen benutzt, um ein Magnetfeld eines Rotors der elektrischen Maschine zu erzeugen. Wenn die Permanentmagnete aufgrund äußerer Einflüsse entmagnetisiert werden, zum Beispiel durch Überhitzung, oder ein Magnetfeld in der elektrischen Maschine nur noch mit verringerter Stärke bereitgestellt wird, beispielsweise wegen eines Windungsschlusses in einer Spule, so sinken der Wirkungsgrad und die Leistung der elektrischen Maschine.
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Aktuell wird eine solche Entmagnetisierung von elektrischen Maschinen nicht diagnostiziert, sodass es sehr schwierig ist, die Ursache für die verminderte Leistung zu diagnostizieren. Um solch einen Fehler an einer elektrischen Maschine beispielsweise in einer Werkstatt, bei der Endprüfung in Werk oder während des normalen Betrieb zu finden, ist ein erhöhter Aufwand notwendig, der wiederum zu zusätzlichen Kosten führt.
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Die
DE10243219A1 und
US2650706 offenbaren dazu Verfahren, die ein Erfassen einer Magnetisierung in einem Elektromotor ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen eines Funktionszustandes einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator umfasst ein Antreiben der elektrischen Maschine, bis diese mit einer vorbestimmten Drehzahl läuft, ein Kurzschließen einer Statorspule des Stators der elektrischen Maschine, ein Erfassen einer Induktionsspannung und/oder eines Induktionsstromes in der Statorspule, der bei einem Auslaufen des Rotors der elektrischen Maschine induziert wird, und ein Vergleichen der erfassten Induktionsspannung und/oder des erfassten Induktionsstromes mit einem vordefinierten Vergleichswert, um auf den Funktionszustand der elektrischen Maschine zu schließen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erkennen eines Funktionszustandes einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator umfasst eine Steuerelektronik, welche dazu eingerichtet ist, die elektrische Maschine anzutreiben, bis diese mit einer bestimmten Drehzahl läuft, eine Statorspule des Stators der elektrischen Maschine kurzzuschließen, eine Induktionsspannung und/oder einen Induktionsstrom in der Statorspule zu erfassen, der bei einem Auslaufen des Rotors der elektrischen Maschine induziert wird, und die erfasste Induktionsspannung und/oder den erfassten Induktionsstrom mit einem vordefinierten Vergleichswert zu vergleichen, um auf den Funktionszustand der elektrischen Maschine zu schließen.
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Eine elektrische Maschine ist insbesondere ein Motor oder ein Generator. Der Funktionszustand ist insbesondere ein Zustand, welcher einen Zustand eines gewünschten verfügbaren Magnetfelds in der elektrischen Maschine beschreibt. Das Antreiben der elektrischen Maschine erfolgt bevorzugt durch eine entsprechende Bestromung des Rotors und/oder des Stators. Diese Bestromung wird insbesondere mittels eines Inverters bereitgestellt. Alternativ kann das Antreiben der elektrischen Maschine durch externe Mittel erfolgen. Das Kurzschließen der Statorspule erfolgt bevorzugt durch ein entsprechendes Schalten des Inverters. Der Induktionsstrom ist ein Strom, welcher in den Windungen der Spule des Stators fließt. Die Induktionsspannung wird bevorzugt an den Enden der Spule des Stators erfasst. Die Induktionsspannung und der Induktionsstrom sind somit Größen, welche messtechnisch erfasst werden.
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Es wird somit ermöglicht einen Magnetisierungsgrad der elektrischen Maschine zu bestimmen. Dies erfolgt insbesondere über eine Ansteuerungssoftware, da notwendige Sensoren und Steuerelemente bei einem Einsatz der elektrischen Maschine zumeist ohnehin vorhanden sind. Dies gilt insbesondere für den Einsatz der elektrischen Maschine in einem Fahrzeug, insbesondere dann, wenn die elektrische Maschine für einen Antrieb des Fahrzeuges eingesetzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in einer Werkstatt, bei einer Endprüfung in einem Werk oder während einem Betrieb der elektrischen Maschine ausgeführt. Der erkannte Funktionszustand beschreibt primär einen Magnetisierungsgrad des Rotors und/oder des Stators. Es kann somit eindeutig erkannt werden, ob die elektrische Maschine einen Fehler aufweist, welcher das Magnetfeld des Rotors und/oder des Stators beeinflusst. So kann insbesondere ein Windungsschluss in der elektrischen Maschine erkannt werden und eine Entmagnetisierung von Permanentmagneten erkannt werden. Erfindungsgemäß ist ein Auslaufen derart zu verstehen, dass der Rotor seine Drehzahl kontinuierlich verringert, da dieser nicht weiter angetrieben wird. Dies bedeutet nicht, dass der Rotor bei dem Auslaufen zu einem Stillstand kommen muss. Ein Auslaufen liegt auch dann vor, wenn die Drehzahl lediglich verringert wurde.
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Die elektrische Maschine ist bevorzugt in einem Fahrzeug verbaut. Dabei kann das Verfahren ein Bestandteil einer On-Board-Software sein und bei einer werkseitigen Endprüfung oder in einer Service-Werkstatt über einen Diagnosetester gestartet werden. Ergebnisse der Diagnose mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können bevorzugt aus einem Fehlerspeicher der elektrischen Maschine ausgelesen werden.
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Das Verfahren ist insbesondere ein Verfahren für eine werkseitige Endprüfung der elektrischen Maschine, für eine Ausführung bei einem Werkstattservice sowie als Onboard Diagnose während eines regulären Betriebs geeignet.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt wird ein Magnetfeld des Rotors durch einen Erregerstrom erzeugt, welcher durch zumindest eine Rotorspule des Rotors fließt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die elektrische Maschine eine Induktionsmaschine (IM) ist. Bei solchen Induktionsmaschinen kann es zu Windungsschlüssen kommen. Diese sind durch eine Widerstandsmessung schwierig zu erkennen, können jedoch erfindungsgemäß erkannt werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn ein Wert des in der Rotorspule fließenden Erregerstroms vor oder während des Auslaufens des Rotors der elektrischen Maschine erfasst wird und der vordefinierte Vergleichswert abhängig von dem Wert des dabei erfassten Rotorstroms gewählt wird. Die Induktionsspannung und der Induktionsstrom, welche bei dem Auslaufen des Rotors in die Statorspule induziert werden, sind abhängig von dem in der Rotorspule fließenden Erregerstrom. Durch ein Wählen des vordefinierten Vergleichswerts abhängig von dem Wert des dabei erfassten Rotorstroms können somit Fehler bei dem Vergleich ausgeschlossen werden, welche durch eine veränderte Größe des Rotorstroms verursacht werden können. Somit wird eine besonders zuverlässige Erkennung des Funktionszustandes gewährleistet.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn bei dem Vergleichen der Induktionsspannung mit dem vordefinierten Vergleichswert ein Vergleich zwischen einem Verlauf der Induktionsspannung bei dem Auslaufen des Rotors mit einer Vergleichskurve erfolgt und/oder wenn bei dem Vergleichen des Induktionsstromes mit dem vordefinierten Vergleichswert ein Vergleich zwischen einem Verlauf des Induktionsstromes bei dem Auslaufen des Rotors mit einer Vergleichskurve erfolgt. Der Verlauf ist bevorzugt ein zeitlicher Verlauf. Mit anderen Worten erfolgt ein Vergleich mit mehreren vordefinierten Vergleichswerten, wobei jeder der Vergleichswerte jeweils einer Rotationsgeschwindigkeit oder einem Zeitpunkt seit Beginn des Auslaufens des Rotors zugeordnet ist. Die Vergleichskurve ist bevorzugt eine Kurve, welche einen Verlauf der Induktionsspannung oder des Induktionsstromes über eine Drehzahl des Rotors angibt. Weiter bevorzugt ist die Vergleichskurve eine Kurve, welche einen Verlauf der Induktionsspannung oder des Induktionsstromes über eine Zeit angibt. Es wird somit ein zu erwartender Verlauf der Induktionsspannung mit der tatsächlich erfassten Induktionsspannung verglichen. Alternativ oder zusätzlich wird ein zu erwartender Verlauf des Induktionsstromes mit dem tatsächlich erfassten Induktionsstrom verglichen. Insbesondere wird dabei eine Differenz zwischen der Vergleichskurve und dem Verlauf der erfassten Induktionsspannung und/oder dem Verlauf des erfassten Induktionsstromes gebildet. Bevorzugt wird über den Verlauf, also über den Verlauf über die Zeit oder über die Drehzahl, dieser Differenz integriert. Durch einen Vergleich der erfassten Induktionsspannung und/oder des erfassten Induktionsstromes über die Dauer des Auslaufens des Rotors hinweg können weitere Fehler erkannt werden. So können beispielsweise durch einzelne Spitzen in einem Verlauf der erfassten Induktionsspannung und/oder einem Verlauf des erfassten Induktionsstromes auf Kontaktierungsprobleme des Stators geschlossen werden.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren wiederholt ausgeführt wird, wobei bei einem wiederholten Durchlauf des Verfahrens der vordefinierte Vergleichswert der erfassten Induktionsspannung und/oder dem erfassten Induktionsstrom entspricht, der bei einem vorangegangenen Durchlauf des Verfahrens erfasst wurde. Es kann somit darauf geschlossen werden, ob sich ein Funktionszustand der elektrischen Maschine über eine Betriebsdauer hinweg verschlechtert.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Maschine für ein vorgegebenes Zeitintervall mit der bestimmten Drehzahl läuft, bevor das Kurzschließen der Statorspule des Stators erfolgt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die den Rotor und/oder den Stator versorgenden Ströme konstant eingeregelt sind. Es kann somit eine Verfälschung eines Messergebnisses durch ein Eingreifen von Regelkreisen vermieden werden.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Magnetfeld des Rotors zumindest anteilig durch einen Permanentmagneten erzeugt wird. Weiter bevorzugt wird das Magnetfeld des Rotors ausschließlich durch einen Permanentmagneten erzeugt. Dies ist insbesondere bei Synchronmaschinen mit Permanentmagneten der Fall. Gerade eine Entmagnetisierung von Permanentmagneten ist schwierig zu erkennen, da diese nur aufwendig direkt gemessen werden kann. Dies wird jedoch durch das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise ermöglicht.
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Eine Motoreneinheit, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung und die elektrische Maschine umfasst, wobei die elektrische Maschine ein Motor oder ein Generator ist, ist besonders vorteilhaft.
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Die elektrische Maschine ist bevorzugt eine Synchronmaschine mit Permanentmagneten oder eine Induktionsmaschine. Solche elektrischen Maschinen sind besonders vorteilhaft in ihrem Einsatz in elektrischen Fahrzeugen. Gerade in diesem automobilen Umfeld ist eine zuverlässige Erkennung von Funktionszuständen notwendig, um einen Service des Fahrzeuges zu ermöglichen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine Darstellung einer Motoreneinheit, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erkennen eines Funktionszustandes einer elektrischen Maschine umfasst, und
- 2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen eines Funktionszustandes einer elektrischen Maschine.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Motoreneinheit 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Diese umfasst eine Steuerelektronik 6 und eine elektrische Maschine 1. Die Motoreneinheit 10 ist eine Antriebseinheit eines Fahrzeuges. Die elektrische Maschine 1 ist ein Elektromotor. Der Elektromotor und somit die elektrische Maschine 1 kann dabei auch als Generator betrieben werden, was beispielsweise während einer Rekuperation der Fall ist. Die Steuerelektronik 6 ist eine Motorsteuerung des Fahrzeuges.
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Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Rotor 2 und einen Stator 3. Der Stator 3 umfasst dabei mehrere Statorspulen 4. Der Rotor 2 umfasst eine Rotorspule 5. Die Rotorspule 5 dient zum Erzeugen eines Magnetfeldes des Rotors 2. Das Magnetfeld des Rotors 2 wird erzeugt, wenn ein Erregerstrom durch die Rotorspule 5 fließt. Die Rotorspule 5 des Rotors 2 kann dazu über einen ersten Schleifkontakt 7 und einen zweiten Schleifkontakt 8 kontaktiert werden, um den Erregerstrom zu dem Rotor 2 zu übertragen. Der in 1 dargestellte Elektromotor, also die elektrische Maschine 1, ist eine Induktionsmaschine. Die Statorspulen 4 und die Rotorspule 5 sind mit der Steuerelektronik 6 gekoppelt.
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Durch die Steuerelektronik 6 wird das erfindungsgemäße Verfahren gesteuert.
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Das Erkennen des Funktionszustandes der elektrischen Maschine 1 erfolgt, wenn dies durch einen Service-Zugriff angefordert wird. Alternativ erfolgt dieses routinemäßig, wenn das Fahrzeug, in welchem die Motoreneinheit verbaut ist, gestartet wird. Alternativ oder zusätzlich werden von der Steuerelektronik 6 Situationen erkannt, in denen es ohnehin zu einem Auslaufen des Rotors 2 kommt und das Verfahren wird zu diesem Zeitpunkt angestoßen, um den Funktionszustand der elektrischen Maschine bei einem Betrieb in dem Fahrzeug zu erkennen.
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Zunächst erfolgt ein Antreiben der elektrischen Maschine 1, bis diese bei einer bestimmten Drehzahl läuft. Die bestimmte Drehzahl ist dabei frei wählbar. So kann diese beispielsweise auf 1000 Umdrehungen/Minute festgelegt sein. Es ist jedoch möglich, jede beliebige bestimmte Drehzahl als einen Startwert für das Verfahren zu nutzen. So ist die bestimmte Drehzahl bevorzugt ein Wert, den die elektrische Maschine 1 zu einem Zeitpunkt aufweist, zu dem erkannt wird, dass die elektrische Maschine 1 am Auslaufen ist. Ein im Folgenden noch näher beschriebener Vergleichswert wird entsprechend der bestimmten Drehzahl gewählt.
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Die elektrische Maschine 1 wird in dieser beispielhaften ersten Ausführungsform auf eine Drehzahl von 1000 Umdrehungen/Minute beschleunigt. Sobald dies erfolgt ist, wird die elektrische Maschine 1 für ein vorgegebenes Zeitintervall konstant auf dieser Drehzahl gehalten. So dreht die elektrische Maschine 1 beispielsweise konstant mit einer Drehzahl von 1000 Umdrehungen/Minute über einen Zeitintervall von z.B. 100ms hinweg.
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Ist dieses Zeitintervall, hier die 100ms, verstrichen, so erfolgt ein Kurzschließen der Statorspule 4 des Stators 3. Dabei werden in dieser ersten Ausführungsform alle drei Statorspulen 4 des Stators 3 kurzgeschlossen. Dieser Zustand wird auch als aktiver Kurzschluss, kurz AKS, bezeichnet. Dieser Zustand ist bei aktuellen über elektrische Maschinen 1 angetriebenen Fahrzeugen ohnehin verfügbar, kann also durch die Steuerelektronik 6 ausgelöst werden. Um diesen Zustand zu erreichen, werden die Transistoren eines Inverters entsprechend geschaltet, um die Enden der einzelnen Statorspulen 4 kurzzuschließen.
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Dadurch, dass die Statorspulen 4 des Stators 3 kurzgeschlossen sind, wird die elektrische Maschine 1 nicht weiter angetrieben und beginnt auszulaufen. Das bedeutet, dass sich die Drehzahl der elektrischen Maschine 1 kontinuierlich verringert. Durch die Steuerelektronik 6 wird zum Zeitpunkt des Kurzschließens der Statorspulen 4 ein Wert des in der Rotorspule 5 fließenden Erregerstroms erfasst. Die Steuerelektronik 6 regelt den Erregerstrom während dem Auslaufen des Rotors so, dass dieser konstant bei diesem vorgegebenen Wert bleibt. Ein Wert des in der Rotorspule 5 fließenden Erregerstroms wird somit vor dem Auslaufen des Rotors 2 der elektrischen Maschine 1 erfasst.
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Während des Auslaufens des Rotors 2 der elektrischen Maschine 1 wird durch die Steuerelektronik 6 eine Induktionsspannung und ein Induktionsstrom erfasst, welcher durch eine Statorspule 4 des Stators 3 fließt. Wie zuvor erwähnt, weist der Stator 3 mehrere Spulen 4 auf. Das Verfahren wird in identischer Weise für jede der Spulen ausgeführt. Im Folgenden wird somit das Verfahren beispielhaft anhand einer einzelnen Statorspule 4 des Stators 3 beschrieben.
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Es werden die Induktionsspannung und der Induktionsstrom gemessen, der durch die Statorspule 4 des Stators 3 fließt. Die Induktionsspannung und der Induktionsstrom werden somit erfasst. Dadurch, dass der Rotor 2 sich in Bewegung befindet und zugleich ein Magnetfeld erzeugt, wird in der Statorspule 4 des Stators 3 ein Strom induziert. Dieser wird gemessen. Dadurch, dass die Drehzahl des Rotors 2 kontinuierlich abnimmt, werden auch die gemessene Induktionsspannung und der gemessene Induktionsstrom kontinuierlich abnehmen. Dies erfolgt gemäß einer für die elektrische Maschine 1 charakteristischer Kurve. Diese charakteristische Kurve ist abhängig von der Drehzahl der elektrischen Maschine und dem Erregerstrom, welcher durch die Rotorspule 5 des Rotors 2 fließt.
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Im Folgenden wird zunächst die erfasste Induktionsspannung betrachtet. Die erfasste charakteristische Kurve, die sich für die Induktionsspannung bei einem Auslaufen des Rotors 2 der elektrischen Maschine 1 ergibt, wird mit einer Vergleichskurve verglichen. Die Vergleichskurve weist einen Kurvenverlauf auf, der dem der charakteristischen Kurve entspricht, wenn die elektrische Maschine 1 unbeschädigt oder voll funktionsfähig ist.
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Durch die Steuerelektronik 6 erfolgt ein Vergleichen der erfassten Induktionsspannung mit einem vordefinierten Vergleichswert, um auf den Funktionszustand der elektrischen Maschine 1 zu schließen. Im einfachsten Falle ist der vordefinierte Vergleichswert ein einzelner Wert, welcher die Induktionsspannung und/oder den erfassten Induktionsstrom zu einem bestimmten Zeitpunkt seit dem Beginn des Auslaufens des Rotors oder zu einer bestimmten Drehzahl der elektrischen Maschine 1 beschreibt. Es kann auch über eine Kennlinie, die der Drehzahl und die entsprechende Induktionsspannung darstellt, ein kontinuierlicher Vergleich in Abhängigkeit der Rotordrehzahl stattfinden, wie dies beispielhaft durch einen Abfrageschritt 29 in 2 angedeutet ist. Der Vergleichswert entspricht dabei einem einzelnen Punkt der Vergleichskurve. In dieser ersten Ausführungsform erfolgt ein Vergleichen der Induktionsspannung mit mehreren Vergleichswerten, welche unterschiedlichen Drehzahlen der elektrischen Maschine 1 zugeordnet sind. Dazu wird die durch die charakteristische Kurve, also der Verlauf der Induktionsspannung über das Auslaufen des Rotors hinweg, mit der Vergleichskurve verglichen.
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Um die Vergleichskurve bereitzustellen, sind in der Steuerelektronik 6 eine Vielzahl von möglichen Vergleichskurven hinterlegt, welche die Induktionsspannung über die Drehzahl des Rotors 2 der alternativ über eine Zeitdauer seit Beginn des Auslaufens, darstellen. Dabei sind jeweils Vergleichskurven für mehrere unterschiedliche Erregerströme hinterlegt. Die Steuerelektronik 6 wählt gemäß dem zuvor erfassten Erregerstrom und der bestimmten Drehzahl des Rotors 2 die passenden Kurven aus der Vielzahl von möglichen Vergleichskurven aus.
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Es erfolgt ein Vergleich zwischen der gewählten Vergleichskurve und den erfassten Werten der Induktionsspannung und/oder des Induktionsstromes, in Abhängigkeit der Erregerstrom und Rotordrehzahl, wobei beispielsweise die gewählte Vergleichskurve mit der charakteristischen Kurve verglichen wird. Es sei angenommen, dass die Vergleichskurve und der gemessene Wert einen zeitlichen Verlauf der Induktionsspannung seit Beginn des Auslaufens des Rotors 2 beschreiben. In diesem Falle wurde für eine Vielzahl von Zeitpunkten während dem Auslaufen des Rotors 2 jeweils eine Induktionsspannung und/oder ein Induktionsstrom erfasst. Gleichzeitig steht durch die zugehörige Vergleichskurve für jeden der Zeitpunkte ein vordefinierter Vergleichswert bereit. Bei dem Vergleichen der ersten Induktionsspannung mit dem jeweils zugehörigen vordefinierten Vergleichswert wird eine Differenz zwischen der erfassten Induktionsspannung und dem vordefinierten Vergleichswert gebildet. Ist ein Wert dieser Differenz größer als ein vordefinierter Schwellenwert, so wird eine Onboard Diagnose der Steuerelektronik 6 einen Eintrag in einem Fehlerspeicher hinterlegt, welcher darauf hinweist, dass der Funktionszustand der elektrischen Maschine 1 fehlerhaft ist.
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Alternativ oder zusätzlich wird anstelle der Induktionsspannung ein Induktionsstrom betrachtet. Der Induktionsstrom wird dabei entsprechend der Induktionsspannung ausgewertet, wobei die Vergleichskurven einen Verlauf des Induktionsstroms beim Auslaufen der elektrischen Maschine 1 beschreiben.
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Es somit erfolgt bei dem Vergleichen der Induktionsspannung mit dem vordefinierten Vergleichswert ein Vergleich zwischen dem Verlauf der Induktionsspannung bei dem Auslaufen des Rotors 2 mit einer Vergleichskurve. Entsprechend erfolgt bei dem Vergleichen des Induktionsstromes mit dem vordefinierten Vergleichswert ein Vergleich zwischen dem Verlauf des Induktionsstromes bei dem Auslaufen des Rotors 2 mit einer Vergleichskurve.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn bei dem Vergleich nicht nur getrennt einzelne Werte aus der charakteristischen Kurve mit einzelnen Werten der Vergleichskurven betrachtet werden, sondern die Kurven als Gesamtes betrachtet werden. So wird beispielsweise eine Differenzkurve gebildet, welche sich aus Differenzwerten zwischen Werten der erfassten Induktionsspannung und den jeweils zugehörigen Werten der verwendeten Vergleichskurve ergibt. Die Differenzkurve ist somit ein zeitlicher Verlauf der Differenz zwischen einer erfassten charakteristischer Kurve und einer Vergleichskurve über die Drehzahl oder über die Zeit. Der Erregerstrom für die Erzeugung des Magnetfelds im Rotor 2 kann bei dabei auch konstant bleiben. In diesem Falle ist die Vergleichskurve und somit die Induktionsspannung und/oder der Induktionsstrom nur von der Rotordrehzahl abhängig. Die Steuerelektronik 6 ist dazu eingerichtet, periodische Komponenten in der Differenzkurve zu erkennen. Auf diese Weise kann beispielsweise auf eine fehlerhafte Kontaktierung des Rotors 2 im Bereich der Schleifkontakte 7, 8 geschlossen werden, wenn periodische Spitzen in der Differenzkurve auftreten.
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Die Vergleichskurven werden beispielsweise dadurch bereitgestellt, dass das Verfahren werksseitig erstmalig für unterschiedliche Erregerströme und/oder bestimmte Drehzahlen ausgeführt wird. Da werkseitig davon ausgegangen werden kann, dass ein Funktionszustand der elektrischen Maschine 1 vollständig gegeben ist, die elektrische Maschine 1 also im Rahmen der vorgegebenen Parameter funktioniert, können solche Werte als Referenzwerte genutzt werden. Das Verfahren wird somit wiederholt ausgeführt, wobei das Verfahren erstmalig werkseitig ausgeführt wird und später bei einem Betrieb des Fahrzeuges erneut ausgeführt wird. Dabei wird bei einem wiederholten Durchlauf des Verfahrens, also bei dem Betrieb des Fahrzeuges, der vordefinierte Vergleichswert der ersten Induktionsspannung und der erfasste Induktionsstrom, welcher werksseitig gemessen wurde, als vordefinierter Vergleichswert genutzt. So entspricht beispielsweise bei einem wiederholten Durchlauf des Verfahrens der vordefinierte Vergleichswert der werkseitig erfassten Induktionsspannung und somit einem bei einem vorangegangenen Durchlauf des Verfahrens erfassten Wert.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Maschine 1 eine Synchronmaschine mit Permanentmagneten. Dabei ist es nicht notwendig, einen Erregerstrom in dem Rotor 2 bereitzustellen. Im Übrigen entspricht die Motoreneinheit 1 dabei der Motoreneinheit 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei jedoch auf die Abhängigkeit der Vergleichswerte von dem Erregerstrom verzichtet werden kann, da ein solcher nicht existiert.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm 20, auf welchem eine von der Steuerelektronik 6 ausgeführte Software bevorzugt basiert. Dabei werden zunächst drei Anfangsparameter 21, 22, 23 erfasst.
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So wird als erster Anfangsparameter 21 erfasst, ob die elektrische Maschine 1 mit der bestimmten Drehzahl, auch als Soll-Drehzahl bezeichnet, rotiert. Ist dies der Fall, so wird eine logische „1“ für eine UND-Verknüpfung 24 bereitgestellt.
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Als zweiter Anfangsparameter 22 wird erfasst, ob sich die Statorspulen 4 des Stators 3 in einem kurzgeschlossenen Zustand befinden. Es wird somit abgefragt, ob ein aktiver Kurzschluss vorliegt. Ist dies der Fall, so wird eine logische „1“ für die UND-Verknüpfung 24 bereitgestellt.
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Als dritter Anfangsparameter 23 wird erfasst, ob ein Erkennen des Funktionszustandes der elektrischen Maschine 1 gewünscht wird. Dazu wird beispielsweise eine Serviceschnittstelle abgefragt. Wird ein Erkennen des Funktionszustandes der elektrischen Maschine gewünscht, so wird eine logische „1“ für die UND-Verknüpfung 24 bereitgestellt.
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Werden aufgrund der Anfangsparameter 21, 22, 23 die notwendigen logischen Werte, also jeweils die logische „1“, bereitgestellt, so ist die als UND-Verknüpfung 24 dargestellte Bedingung erfüllt. Dies wird durch eine IF-Abfrage 25 erkannt, welche prüft, ob die UND-Verknüpfung 24 eine logische „1“ ausgibt. Ist dies der Fall, so wird das erfindungsgemäße Verfahren ist in diesem Falle gestartet, wobei davon ausgegangen wird, dass das Antreiben der elektrischen Maschine 1 bis zu der bestimmten Drehzahl bereits erfolgt ist.
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Bei der IF-Abfrage 25 wird optional eine Zeitabfrage ausgeführt um zu prüfen, ob das vorgegebene Zeitintervall verstrichen ist, über das die elektrische Maschine die bestimmte Drehzahl konstant halten soll. Es wird somit geprüft, ob die Anfangsbedingungen 21, 22, 23 über das Zeitintervall hinweg eingehalten werden. Ist dies der Fall, so erfolgt das Kurzschließen der Statorspule 3 des Stators 3. Ist dies nicht der Fall, so wird die IF-Abfrage 25 erneut ausgeführt, bis alle bis alle der Anfangsbedingungen 21, 22, 23 über das Zeitintervall hinweg eingehalten wurden. Dies ist in 2 durch einen Reset-Schritt 26 dargestellt.
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Sobald das Kurzschließen der Statorspule 4 des Stators 3 erfolgt ist, beginnt die elektrische Maschine 1 auszulaufen. In einem Zeiterfassungsschritt 27 wird eine Zeit erfasst, die seit dem Kurzschließen der Statorspule 4, also seit Beginn des Auslaufens des Rotors, verstrichen ist. Zugleich werden in einem Erfassungsschritt 28 kontinuierlich Messwerte für die Induktionsspannung und den Induktionsstrom erfasst und der Steuerelektronik 6 bereitgestellt. Die Messwerte, welche die Induktionsspannung und den Induktionsstrom zu unterschiedlichen Zeitpunkten beschreiben können somit als Werte von der durch die Steuerelektronik 6 ausgeführten Software abgefragt werden.
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In einem Abfrageschritt 29 wird eine Vergleichskurve abgerufen, die in der Steuerelektronik 6 hinterlegt ist. Gemäß einem Zeitraum, welcher seit dem Kurzschließen der Statorspule 4 verstrichen ist, wird ein Vergleichswert aus der abgerufenen Vergleichskurve ausgewählt. Dieser wird mit einem aktuell gemessenen Wert der Induktionsspannung oder des Induktionsstromes verglichen, welcher dem entsprechenden Zeitpunkt zugehörig ist. Dies erfolgt in einem Vergleichsschritt 30.
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In dem Vergleichsschritt 30 wird eine Differenz zwischen der erfassten Induktionsspannung, alternativ dem erfassten Induktionsstrom, und dem Vergleichswert gebildet. Diese Differenz wird als Differenzwert dahingehend überprüft, ob dieser größer als eine mögliche Toleranz ist. Die Toleranz wird als ein Parameter der Software der Steuerelektronik 6 bereitgestellt und durch einen Speicherabruf 31 bereitgestellt. Ist der Differenzwert geringer als die Toleranz, so wird der Funktionszustand der elektrischen Maschine 1 als vollständig gegeben bewertet. Dies wird in einem Prüfschritt 32 festgestellt. Ist der Differenzwert größer als die Toleranz, also weicht die gemessene oder erfasste Induktionsspannung oder der erfasste Induktionsstrom mehr als eine vorgegebene Toleranz von dem zugehörigen Wert der Vergleichskurve ab, so wird der Funktionszustand der elektrischen Maschine 1 als nicht gegeben bewertet. In diesem Falle erfolgt ein Eintrag durch ein Onboard Diagnose Management in einen Fehlerspeicher. Dies erfolgt in einem Fehlerauswertungsschritt 33.
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Über diese Diagnose kann eindeutig erkannt werden, ob die elektrische Maschine 1 einen Windungsschluss aufweist oder ob Permanentmagnete entmagnetisiert sind. Diese Fehlererkennung war bislang nicht möglich.
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Zusammenfassend kann somit gesagt werden, dass die elektrische Maschine 1 gestartet wird und bis zu einer bestimmten Drehzahl beschleunigt wird. Danach wird diese Auslaufen gelassen, ein aktiver Kurzschluss wird in der Ansteuerungssoftware angefordert und im Folgenden wird eine Amplitude der Induktionsspannung oder des Induktionsstromes gemessen und mit einem Referenzwert, der in der Software abgelegt ist, verglichen. Ist die elektrische Maschine 1 entmagnetisiert bzw. teilentmagnetisiert, dann ist der Induktionsstrom bzw. die Induktionsspannung beim Auslaufen der elektrischen Maschine 1 um einen definierten Betrag kleiner als ein Referenzwert, welcher durch einen applizierbaren Parameter definiert ist.
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Der Referenzwert der Induktionsspannung und der Induktionsstrom ist abhängig von der Drehzahl der elektrischen Maschine 1 und in der Software als Kennlinie oder als Kennfeld hinterlegt, welches von der Drehzahl der elektrischen Maschine 1 abhängig ist. Diese wird auch als Vergleichskurve bezeichnet. Unterscheidet sich ein gemessener Wert um einen definierten Betrag von dem Referenzwert, der als Parameter applizierbar ist, dann ist die elektrische Maschine entmagnetisiert bzw. defekt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Servicewerkstatt sowie in bestimmten ausgewählten Fahrmodis ausgeführt werden. So wird das Verfahren beispielsweise bei einem Start des Fahrzeuges oder bei einem Ampelstopp ausgeführt. Das Verfahren dauert zw. 0,5 bis ein paar sec.
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Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 und 2 verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10243219 A1 [0004]
- US 2650706 [0004]
