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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines ersten Motorparameters eines Elektromotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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In
DE 10 2015 212 685 A1 wird ein Verfahren zur Regelung eines Elektromotors beschrieben, bei dem Regelparameter zur Ansteuerung des Elektromotors angepasst werden, um das im Betrieb des Elektromotors durch Einflüsse veränderte Ansteuerungsverhalten des Elektromotors anpassen zu können. Die auf die Regelparameter einwirkenden betriebsabhängigen Einflüsse werden dabei in einem stationären Betrieb des Elektromotors durch eine geeignete Anpassung der Regelparameter zur Ansteuerung des Elektromotors kompensiert.
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Die Ansteuerung von Elektromotoren einer Baureihe erfolgt üblicherweise für alle gefertigten Elektromotoren dieser Baureihe gleich. Die einzelnen Elektromotoren werden im Betrieb durch wenigstens eine Eingangsgrösse, beispielsweise einen elektrischen Strom, angesteuert durch die eine gewünschte Zielgrösse des Elektromotors, beispielsweise einen Verkettungsfluss eingestellt wird. Der Zusammenhang zwischen der Eingangsgrösse und der Zielgrösse wird durch einen oder mehrere Motorparameter des Elektromotors beeinflusst. Mögliche bei der Fertigung der Elektromotoren entstehende Toleranzen, die sich auf den oder die Motorparameter auswirken, können jedoch die Funktion des einzelnen Elektromotors beeinflussen. Bleiben diese Abweichungen unerkannt und in der Ansteuerung des Elektromotors unberücksichtigt, kann die Leistung der Elektromotoren voneinander abweichen. Dadurch kann es zu unerwünschtem unterschiedlichen Verhalten der Elektromotoren in der Anwendung, beispielsweise in einem Fahrzeug, kommen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Elektromotor zu verbessern. Der Elektromotor soll leistungsfähiger und zuverlässiger aufgebaut sein. Die Kosten des Elektromotors sollen verringert werden. Die Herstellung des Elektromotors soll kostengünstiger und einfacher erfolgen.
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Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines ersten Motorparameters eines Elektromotors mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann eine einfache, kostengünstige und schnelle Überprüfung und Ermittlung des wenigstens ersten Motorparameters erfolgen. Durch die Kenntnis des ersten Motorparameters kann dieser im weiteren Betrieb bei der Ansteuerung des Elektromotors berücksichtigt werden. Dadurch kann die Leistung und die Zuverlässigkeit des Elektromotors erhöht werden.
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Der Elektromotor kann ein Synchronmotor sein, insbesondere ein Permanentmagnetsynchronmotor. Der Elektromotor kann drei Motorphasen aufweisen. Der Elektromotor kann ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) sein. Der Elektromotor kann in einem Fahrzeug wirksam sein. Der Elektromotor kann in einem Hybridmodul des Fahrzeugs wirksam sein.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die erste Messung bei oder nach Fertigung des Elektromotors und vor anwendungsseitiger Inbetriebnahme des Elektromotors, beispielsweise in einem Fahrzeug. Die erste Messung kann auf einem Prüfstand in einem End-of-Line-Schritt erfolgen.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung wird bei der ersten Messung ein Leerlaufverhalten und/oder ein Kurschlussverhalten des Elektromotors bei wenigstens einer Motordrehzahl erfasst. Die erste Messung kann einen Leerlauftest umfassen, bei dem bei einer vorgegebenen ersten Drehzahl des Rotors die in dem Stator induzierte Phasenspannung gemessen wird. Die erste Messung kann einen ersten Kurzschlusstest umfassen, bei dem bei einer vorgegebenen zweiten Drehzahl des Rotors ein erster maximaler Phasenstrom gemessen wird. Auch kann die erste Messung einen weiteren zweiten Kurzschlusstest umfassen, bei dem bei einer vorgegebenen dritten Drehzahl des Rotors ein zweiter maximaler Phasenstrom gemessen wird.
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In einer weiteren speziellen Ausführung der Erfindung wird das Motormodell auf Grundlage mehrerer erster Messungen und dabei festgestellter mehrerer erster Motorparameterwerte und zugehöriger mehrerer Zielgrössenwerte erstellt und hinterlegt. Das Motormodell kann die erste Messung nachbilden, beispielsweise durch eine Simulation. Das Motormodell kann den Leerlauftest, den ersten Kurzschlusstest und/oder den zweiten Kurzschlusstest nachbilden. Das Motormodell kann auf Grundlage der Methode der kleinsten Quadrate in Bezug auf den Motorparameter und die davon abhängige Zielgrösse erstellt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der zweite Zusammenhang zwischen dem ersten Motorparameter und der Zielgrösse eineindeutig. Dadurch kann über den zweiten Zusammenhang von dem ersten Motorparameter eindeutig auf die Zielgrösse und umgekehrt geschlossen werden.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist der zweite Zusammenhang in einer Lookup-Tabelle abgebildet, durch die bei eingegebener Zielgrösse wenigstens der zugehörige erste Motorparameter erhältlich ist.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der erste Motorparameter temperaturinvariant und/oder drehzahlinvariant. Der erste Motorparameter kann physikalische oder geometrische Parameter, insbesondere außer die Temperatur und/oder die Drehzahl des Rotors, umfassen.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann der erste Motorparameter aufgrund von Fertigungstoleranzen von einem nominellen ersten Motorparameter abweichen.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist der erste Motorparameter eine Luftspaltbreite oder eine Remanenzflussdichte oder ein Füllfaktor des Stators.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird wenigstens ein weiterer zweiter Motorparameter ermittelt, indem das auf Grundlage der ersten Messung aufbauende Motormodell des Elektromotors verwendet wird, das zusätzlich einen dritten Zusammenhang zwischen dem zweiten Motorparameter und der Zielgrösse abbildet und anschließend über den bekannten dritten Zusammenhang der zweite Motorparameter ausgehend von der bei der ersten Messung erfassten Zielgrösse berechnet wird.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
- 1: Einen Elektromotor in einer speziellen Ausführung der Erfindung.
- 2: Ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung eines Motorparameters eines Elektromotors in einer speziellen Ausführung der Erfindung.
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1 zeigt einen Elektromotor 12 in einer speziellen Ausführung der Erfindung. Der Elektromotor 12 kann ein Synchronmotor, insbesondere ein Permanentmagnetsynchronmotor sein und drei Motorphasen aufweisen. Beispielsweise kann der Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) sein. Der Elektromotor 12 weist einen Stator 14 und einen drehbaren Rotor 16 auf. Der Elektromotor 12 ist durch eine Eingangsgrösse /, beispielsweise einen elektrischen Strom ansteuerbar und bewirkt bei gegebener Eingangsgrösse / und gegebener Motordrehzahl ω wenigstens eine von einem ersten Motorparameter P abhängige Zielgrösse ψ, beispielsweise einen Verkettungsfluss, der die Einheit T . m2 haben kann.
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Der Motorparameter P kann eine Luftspaltbreite, eine Remanenzflussdichte und/oder ein Füllfaktor des Stators 14 sein. Der Motorparameter P kann durch die Fertigungstoleranzen des Elektromotors 12 abweichend von einem nominellen Motorparameter sein. Der nominelle Motorparameter kann beispielsweise eine Luftspaltbreite von 1 mm, eine Remanenzflussdichte von 1,1 T oder ein Füllfaktor des Stators von 1,0 sein. Beispielsweise kann durch die Toleranzen die Luftspaltbreite zwischen 0,7 und 1,1 mm, die Remanenzflussdichte zwischen 0,90 und 1,05 und der Füllfaktor zwischen 0,90 und 1,05 liegen. Bleiben diese Toleranzen unerkannt und bei der Ansteuerung des Elektromotors 12 unberücksichtigt, kann der Elektromotor eine von einem Sollzustand abweichende Leistung und Funktion während einer Anwendung, beispielsweise in einem Fahrzeug, aufweisen.
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In 2 ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens 10 zur Ermittlung eines Motorparameters eines Elektromotors in einer speziellen Ausführung der Erfindung dargestellt. Der wenigstens erste Motorparameter P ist bevorzugt temperaturinvariant und/oder drehzahlinvariant und weicht aufgrund von Fertigungstoleranzen von einem nominellen ersten Motorparameter ab. Die Ansteuerung des Elektromotors basiert auf einem ersten Zusammenhang 18 zwischen der Eingangsgrösse / und der wenigstens einen Zielgrösse ψ. Der erste Zusammenhang 18 und damit auch die Ansteuerung des Elektromotors wird durch den wenigstens ersten Motorparameter P beeinflusst. Aus diesem Grund ist die Kenntnis des ersten Motorparameters für jeden einzelnen gefertigten Elektromotor entscheiden zur Aufrechterhaltung einer möglichst effizienten Ansteuerung des Elektromotors.
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Zunächst wird der für die Ansteuerung des Elektromotors entscheidende erste Zusammenhang 18 durch eine erste Messung 19 erfasst. Die erste Messung 19 erfolgt bei oder nach Fertigung des Elektromotors und vor anwendungsseitiger Inbetriebnahme des Elektromotors. Die erste Messung 19 kann insbesondere auf einem Prüfstand nach Fertigung des Elektromotors erfolgen. Bei der ersten Messung 19 kann ein Leerlaufverhalten und/oder ein Kurschlussverhalten des Elektromotors bei wenigstens einer Motordrehzahl erfasst werden.
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Die erste Messung 19 kann beispielsweise einen Leerlauftest 20 umfassen, bei dem bei einer vorgegebenen ersten Drehzahl, beispielsweise 1500 rpm des Rotors die in dem Stator induzierte Phasenspannung gemessen wird. Die erste Messung 19 kann auch einen ersten Kurzschlusstest 22 umfassen, bei dem bei einer vorgegebenen zweiten Drehzahl, beispielsweise 75 rpm des Rotors ein erster maximaler Phasenstrom gemessen wird. Auch kann die erste Messung 19 einen weiteren zweiten Kurzschlusstest 24 umfassen, bei dem bei einer vorgegebenen dritten Drehzahl, beispielsweise 1500 rpm des Rotors ein zweiter maximaler Phasenstrom gemessen wird. Die Erkenntnisse dieser ersten Messung ermöglichen eine Ermittlung und Festlegung des ersten Zusammenhangs 18 zwischen der Eingangsgrösse / und der Zielgrösse ψ des Elektromotors.
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Anschließend wird ein auf Grundlage der ersten Messung 19 aufbauendes Motormodell 26 des Elektromotors verwendet, das einen zweiten Zusammenhang 28 zwischen dem ersten Motorparameter P und der Zielgrösse ψ abbildet. Das Motormodell 26 wird bevorzugt vorab, insbesondere einmalig und wiederverwendbar, auf Grundlage mehrerer erster Messungen 19 und dabei festgestellter mehrerer erster Motorparameterwerte P und zugehöriger mehrerer Zielgrössenwerte erstellt und steht dann zur Ermittlung des ersten Motorparameters P zur Verfügung.
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Das Motormodell 26 kann dabei die erste Messung 19, beispielsweise den Leerlauftest 20, den ersten Kurzschlusstest 22 und den zweiten Kurzschlusstest 24 durch eine jeweilige Simulation nachbilden. Das erste Motormodell 26 kann auf Grundlage der Methode der kleinsten Quadrate in Bezug auf den Motorparameter P und die davon abhängige Zielgrösse ψ erstellt werden. Der zweite Zusammenhang 28 zwischen dem ersten Motorparameter P und der Zielgrösse ψ ist dabei eineindeutig und in einer Lookup-Tabelle 30 abgebildet, durch die bei eingegebener Zielgrösse ψ wenigstens der zugehörige erste Motorparameter P erhältlich ist.
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Über den bekannten zweiten Zusammenhang 28 wird anschließend der erste Motorparameter P ausgehend von der bei der ersten Messung 19 erfassten Zielgrösse ψ über das erstellte Motormodell 26 durch eine Berechnung 30 ermittelt. Dadurch kann eine einfache und kostengünstige Ermittlung des ersten Motorparameters P über die Ergebnisse der ersten Messung 19 und Heranziehung des erstellten Motormodells 26 erfolgen. Eine zusätzliche Messung des ersten Motorparameters für jeden einzelnen Elektromotor nach dessen Fertigung wird entbehrlich.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verfahren
- 12
- Elektromotor
- 14
- Stator
- 16
- Rotor
- 18
- erster Zusammenhang
- 19
- erste Messung
- 20
- Leerlauftest
- 22
- erster Kurzschlusstest
- 24
- zweiter Kurzschlusstest
- 26
- Motormodell
- 28
- zweiter Zusammenhang
- 30
- Lookup-Tabelle
- 32
- Berechnung
- I
- Eingangsgrösse
- P
- Parameter Zielgrösse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015212685 A1 [0002]
