DE102019125926A1

DE102019125926A1 - Method for operating an electrical machine, electrical machine, motor vehicle, method for operating a motor vehicle

Info

Publication number: DE102019125926A1
Application number: DE102019125926.6A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Barkow; Robin Lehner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-04-01

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine (1) mit einem eine Wicklung aufweisenden Stator und einem Permanentmagnete aufweisenden Rotor vorgeschlagen, wobei zur Ermittlung eines Permanentmagnetflusses eine Statorspannung gemessen wird, wobei die Messung der Statorspannung ausschließlich während einer statischen Betriebsphase der elektrischen Maschine (1) durchgeführt wird, wobei während der statischen Betriebsphase keine Ströme in die Wicklung eingespeist werden (A). Weiterhin werden eine elektrische Maschine (1), ein Kraftfahrzeug (100) und ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (100) vorgeschlagen.A method is proposed for operating an electrical machine (1) with a stator having a winding and a rotor having permanent magnets, a stator voltage being measured to determine a permanent magnet flux, the stator voltage being measured exclusively during a static operating phase of the electrical machine (1 ), whereby no currents are fed into the winding during the static operating phase (A). Furthermore, an electrical machine (1), a motor vehicle (100) and a method for operating a motor vehicle (100) are proposed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine, insbesondere ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug, eine elektrische Maschine und ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs.The present invention relates to a method for operating an electrical machine, in particular a method for operating an electrical machine for a motor vehicle, an electrical machine and a motor vehicle, and a method for operating a motor vehicle.

Für den korrekten und effizienten Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine, beispielsweise einer elektrischen Maschine zur Erzeugung des Antriebs eines Kraftfahrzeugs, ist es sinnvoll, den magnetischen Fluss der Permanentmagneten des Rotors zu kennen. Dies ist beispielsweise hilfreich bei der Einstellung des Drehmomentes der elektrischen Maschine oder der korrekten Ermittlung der Maschinenströme.For the correct and efficient operation of a permanent magnet synchronous machine, for example an electrical machine for generating the drive of a motor vehicle, it makes sense to know the magnetic flux of the permanent magnets of the rotor. This is helpful, for example, when setting the torque of the electrical machine or correctly determining the machine currents.

Problematisch ist, dass der magnetische Fluss der Permanentmagneten, kurz: Permanentmagnetfluss, nicht konstant ist, sondern beispielsweise von der Temperatur der Magneten und/oder der Umgebung der Magneten, vom Alter der Magnete oder auch von Defekten der Magnete und/oder deren Umgebung abhängt. In der Praxis gibt es verschiedene Möglichkeiten, den Permanentmagnetfluss zu ermitteln.The problem is that the magnetic flux of the permanent magnets, short: permanent magnetic flux, is not constant, but depends, for example, on the temperature of the magnets and / or the surroundings of the magnets, on the age of the magnets or on defects in the magnets and / or their surroundings. In practice there are various ways of determining the permanent magnetic flux.

So ist es beispielsweise möglich, nach der Herstellung der elektrischen Maschine ein Kennfeld, beispielsweise auch in Abhängigkeit der Temperatur, aufzunehmen, bei dem Wertepaare der Ströme i_d und i_q abgefahren werden. Das Kennfeld kann dann im Folgenden zur Regelung der elektrischen Maschine verwendet werden. Nachteilig daran ist jedoch, dass es sich hier um eine Momentaufnahme zum Zeitpunkt direkt nach der Herstellung der elektrischen Maschine handelt und Änderungen des Permanentmagnetflusses mit der Lebensdauer der elektrischen Maschine unberücksichtigt bleiben.For example, after the production of the electrical machine, it is possible to record a characteristic map, for example also as a function of the temperature, in which value pairs of currents i _d and i _q are run. The characteristics map can then be used below to control the electrical machine. The disadvantage of this, however, is that this is a snapshot at the point in time immediately after the production of the electrical machine and changes in the permanent magnetic flux with the service life of the electrical machine are not taken into account.

Oftmals werden sogenannte „Fluss-Observer“ eingesetzt, welche den Permanentmagnetfluss durch dauerhafte Berechnung des magnetischen Flusses aus den gestellten Spannungen d_u und u_q ermitteln. Die Genauigkeit dieses Verfahrens ist aufgrund der dynamischen Anteile in der Spannungsgleichung jedoch üblicherweise suboptimal und gerade für hochperformante elektrische Maschinen nicht ausreichend.So-called “flux observers” are often used, which determine the permanent magnetic flux by permanently calculating the magnetic flux from the voltages d _u and u _q . However, due to the dynamic components in the voltage equation, the accuracy of this method is usually suboptimal and especially not sufficient for high-performance electrical machines.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu Betrieb einer elektrischen Maschine bereitzustellen, welches die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern die Möglichkeit bietet, den Permanentmagnetfluss während des Betriebs der elektrischen Maschine sehr präzise zu ermitteln.It is therefore an object of the present invention to provide a method for operating an electrical machine which does not have the disadvantages of the prior art described above, but rather offers the possibility of determining the permanent magnetic flux very precisely during operation of the electrical machine.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine mit einem eine Wicklung aufweisenden Stator und einem Permanentmagnete aufweisenden Rotor, wobei zur Ermittlung eines Permanentmagnetflusses eine Statorspannung gemessen wird, wobei die Messung der Statorspannung ausschließlich während einer statischen Betriebsphase der elektrischen Maschine durchgeführt wird, wobei während der statischen Betriebsphase keine Ströme in die Wicklung eingespeist werden.This object is achieved by a method for operating an electrical machine with a stator having a winding and a rotor having permanent magnets, a stator voltage being measured to determine a permanent magnet flux, the stator voltage being measured exclusively during a static operating phase of the electrical machine, no currents are fed into the winding during the static operating phase.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, den Permanentmagnetfluss höchst präzise während des Betriebs der elektrischen Maschine zu messen. Eine statische Betriebsphase im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein zeitlicher Abschnitt im Betrieb der elektrischen Maschine, in welchem die elektrische Maschine weder beschleunigt noch abgebremst wird. Die Statorspannung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die mittels Parktransformation transformierte elektrische Spannung, welche an den Statorklemmen abgegriffen werden kann.The method according to the invention makes it possible to measure the permanent magnetic flux extremely precisely during operation of the electrical machine. A static operating phase within the meaning of the present invention is a time segment in the operation of the electrical machine in which the electrical machine is neither accelerated nor decelerated. The stator voltage in the context of the present invention is the electrical voltage transformed by means of park transformation, which can be tapped at the stator terminals.

Die Park-Transformation, auch d/q-, dq- oder dq0-Transformation genannt, führt dreiphasige Größen wie bei einer Drehstrommaschine mit den Achsen U, V und W in ein zweiachsiges Koordinatensystem mit den Achsen d und q über. U, V und W entsprechen dabei den Spulen des stillstehenden Stators. Das d/q-Koordinatensystem mit seinen rechtwinklig aufeinander stehenden Achsen d und q rotiert mit dem Rotor der elektrischen Maschine. Für die durch die Spulen U, V und W fließenden Ströme iu, iv und iw ist die Park-Transformation ist definiert als: $[\begin{matrix} i_{d} \\ i_{q} \end{matrix}] = \frac{2}{3} [\begin{matrix} cos θ & cos (θ - \frac{2 π}{3}) & cos (θ - \frac{4 π}{3}) \\ - sin θ & - sin (θ - \frac{2 π}{3}) & - sin (θ - \frac{4 π}{3}) \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{U} \\ i_{V} \\ i_{W} \end{matrix}]$

The Park transformation, also called d / q, dq or dq0 transformation, converts three-phase variables, as in a three-phase machine with axes U, V and W, into a two-axis coordinate system with axes d and q. U, V and W correspond to the coils of the stationary stator. The d / q coordinate system with its axes d and q that are at right angles to one another rotates with the rotor of the electrical machine. For the currents iu, iv and iw flowing through the coils U, V and W the Park transformation is defined as:

[\begin{matrix} i_{d} \\ i_{q} \end{matrix}] = \frac{2}{3} [\begin{matrix} cos θ & cos (θ - \frac{2 π}{3}) & cos (θ - \frac{4th π}{3}) \\ - sin θ & - sin (θ - \frac{2 π}{3}) & - sin (θ - \frac{4th π}{3}) \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{U} \\ i_{V} \\ i_{W.} \end{matrix}]

Mit dem Winkel des Rotors θ.With the angle of the rotor θ.

Mittels einer inversen Park-Transformation können aus den Strömen i_d und i_q die Ströme iu, iv und iw berechnet werden. Eine inverse Park-Transformation ergibt sich als: $[\begin{matrix} i_{U} \\ i_{V} \\ i_{W} \end{matrix}] = [\begin{matrix} cos θ & - sin θ \\ cos (θ - \frac{2 π}{3}) & - sin (θ - \frac{2 π}{3}) \\ cos (θ - \frac{4 π}{3}) & - sin (θ - \frac{4 π}{3}) \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{d} \\ i_{q} \end{matrix}]$

By means of an inverse Park transformation, the currents iu, iv and iw can be calculated _{from the currents i d} and i _q. An inverse Park transformation results as:

[\begin{matrix} i_{U} \\ i_{V} \\ i_{W.} \end{matrix}] = [\begin{matrix} cos θ & - sin θ \\ cos (θ - \frac{2 π}{3}) & - sin (θ - \frac{2 π}{3}) \\ cos (θ - \frac{4th π}{3}) & - sin (θ - \frac{4th π}{3}) \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{d} \\ i_{q} \end{matrix}]

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous refinements and developments of the invention are the dependent claims, as well as the description with reference to the drawings.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass während einer der statischen Betriebsphase folgenden Zug-Betriebsphase aus dem ermittelten Permanentmagnetfluss und aus den während der Zug-Betriebsphase eingestellten Ströme ein Drehmoment der elektrischen Maschine ermittelt wird. Dies ermöglicht eine sehr präzise Ermittlung und damit eine genaue Einstellung des Drehmomentes der elektrischen Maschine im Betrieb. Eine Zug-Betriebsphase im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein zeitlicher Abschnitt im Betrieb der elektrischen Maschine, während welchem Ströme in die Wicklung eingespeist werden.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that a torque of the electrical machine is determined from the determined permanent magnetic flux and from the currents set during the train operating phase during a train operating phase following the static operating phase. This enables a very precise determination and thus an exact setting of the torque of the electrical machine during operation. A train operating phase within the meaning of the present invention is a time segment in the operation of the electrical machine during which currents are fed into the winding.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messung der Statorspannung über einen Mindestzeitraum durchgeführt wird, wobei der Permanentmagnetfluss nicht aus der gemessenen Statorspannung ermittelt wird, wenn der Mindestzeitraum unterschritten wurde, wobei der Mindestzeitraum zwischen 10 ms und 1000 ms, bevorzugt zwischen 20 ms und 500 ms, besonders bevorzugt zwischen 20 ms und 100 ms und insbesondere 50 ms beträgt. Dies ermöglicht eine qualitativ hochwertige Ermittlung des Permanentmagnetflusses durch die Möglichkeit, die Statorspannung über einen längeren Zeitraum zu mitteln. Eventuelle Artefakte durch Spannungsflanken zu Beginn der Messung der Statorspannung können so in ihrem Effekt gemildert werden.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the measurement of the stator voltage is carried out over a minimum period of time, the permanent magnetic flux not being determined from the measured stator voltage if the minimum period was not reached, the minimum period being between 10 ms and 1000 ms, preferably between 20 ms and 500 ms, particularly preferably between 20 ms and 100 ms and in particular 50 ms. This enables a high quality determination of the permanent magnetic flux through the possibility of averaging the stator voltage over a longer period of time. Any artifacts caused by voltage edges at the beginning of the measurement of the stator voltage can thus be reduced in their effect.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Permanentmagnetfluss nicht aus der gemessenen Statorspannung ermittelt wird, wenn die elektrische Maschine (1) mit einer Drehzahl unterhalb einer Mindestdrehzahl betrieben wird, wobei die Mindestdrehzahl zwischen 1% und 60% einer Maximaldrehzahl der elektrischen Maschine (1), bevorzugt zwischen 5% und 40% der Maximaldrehzahl, besonders bevorzugt zwischen 10% und 30% der Maximaldrehzahl und insbesondere 20% der Maximaldrehzahl beträgt. Die Maximaldrehzahl der elektrischen Maschine im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Drehzahl der elektrischen Maschine, mit welcher die elektrische Maschine maximal betrieben werden kann ohne Schaden zu nehmen. So ist beispielsweise denkbar, dass bei einer Maximaldrehzahl von 18.500 Umdrehungen/Minute der Permanentmagnetfluss nicht aus der gemessenen Statorspannung ermittelt wird, wenn die elektrische Maschine mit einer Drehzahl unterhalb einer Mindestdrehzahl betrieben wird, wobei die Mindestdrehzahl zwischen 100 Umdrehungen/Minute und 10.000 Umdrehungen/Minute, bevorzugt zwischen 1.000 Umdrehungen/Minute und 8.000 Umdrehungen/Minute, besonders bevorzugt zwischen 2.000 Umdrehungen/Minute und 6.000 Umdrehungen/Minute und insbesondere 4.000 Umdrehungen/Minute beträgt. Damit werden Fehler bei der Messung der Statorspannung wirkungsvoll minimiert, was zu einer genaueren Ermittlung des Permanentmagnetflusses führt.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the permanent magnetic flux is not determined from the measured stator voltage when the electrical machine ( 1 ) is operated at a speed below a minimum speed, the minimum speed between 1% and 60% of a maximum speed of the electrical machine ( 1 ), preferably between 5% and 40% of the maximum speed, particularly preferably between 10% and 30% of the maximum speed and in particular 20% of the maximum speed. The maximum speed of the electrical machine in the sense of the present invention is the speed of the electrical machine at which the electrical machine can be operated at a maximum without being damaged. For example, it is conceivable that at a maximum speed of 18,500 revolutions / minute the permanent magnetic flux is not determined from the measured stator voltage if the electrical machine is operated at a speed below a minimum speed, the minimum speed being between 100 revolutions / minute and 10,000 revolutions / minute , preferably between 1,000 revolutions / minute and 8,000 revolutions / minute, particularly preferably between 2,000 revolutions / minute and 6,000 revolutions / minute and in particular 4,000 revolutions / minute. This effectively minimizes errors when measuring the stator voltage, which leads to a more precise determination of the permanent magnetic flux.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Ermittlung des Permanentmagnetflusses die gemessene Statorspannung durch die Drehzahl der elektrischen Maschine geteilt wird oder dass zur Ermittlung des Permanentmagnetflusses die gemessene Statorspannung gefiltert wird und die gefilterte Statorspannung durch die Drehzahl der elektrischen Maschine geteilt wird, wobei die Statorspannung vorzugsweise mit einem First-Order-Lag-Filter gefiltert wird. Die Filterung mit einem First-Order-Lag-Filter vernachlässigt auf vorteilhafte Weise niederfrequente Anteile der Statorspannung. Denkbar ist, dass die Drehzahl mit einem Drehzahlgeber gemessen wird.According to a further preferred embodiment of the invention it is provided that to determine the permanent magnetic flux, the measured stator voltage is divided by the speed of the electric machine or that to determine the permanent magnetic flux, the measured stator voltage is filtered and the filtered stator voltage is divided by the speed of the electric machine, wherein the stator voltage is preferably filtered with a first-order lag filter. Filtering with a first-order lag filter advantageously neglects low-frequency components of the stator voltage. It is conceivable that the speed is measured with a speed sensor.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Abweichung des ermittelten Permanentmagnetflusses von einem Soll-Permanentmagnetfluss ermittelt wird. Dies ermöglicht es, Aussagen über den technischen Zustand und über den Betriebszustand der elektrischen Maschine zu treffen. Weiterhin ist es möglich, die Abweichung bei der Regelung der elektrischen Maschine zu berücksichtigen. Der Soll-Permanentmagnetfluss im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein theoretischer festgelegter Wert, welcher beispielsweise von der Temperatur und/oder den Strömen i_d und i_q abhängig sein kann.According to a further preferred embodiment of the invention it is provided that a deviation of the determined permanent magnetic flux from a target permanent magnetic flux is determined. This makes it possible to make statements about the technical condition and the operating condition of the electrical machine. It is also possible to take the deviation into account when regulating the electrical machine. The target permanent magnetic flux in the sense of the present invention is a theoretically fixed value which can be dependent _{, for example, on the temperature and / or the currents i d} and i _q.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abweichung bei einer Drehmomentregelung der elektrischen Maschine berücksichtigt wird. Dies ermöglicht eine präzise und dem aktuellen Zustand der elektrischen Maschine angepasste Regelung der elektrischen Maschine. Denkbar ist dazu, dass die Abweichung als Offset zum Soll-Permanentmagnetfluss hinzuaddiert bzw. von diesem abgezogen wird.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the deviation is taken into account in a torque control of the electrical machine. This enables precise regulation of the electrical machine that is adapted to the current state of the electrical machine. In addition, it is conceivable that the deviation is added to or subtracted from the nominal permanent magnetic flux as an offset.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mit Hilfe eines Temperaturmodells ein temperaturabhängiger erster Teil der Abweichung und ein nicht-temperaturabhängiger zweiter Teil der Abweichung ermittelt werden. Dies ermöglicht es, bei der Regelung der elektrischen Maschine klar zwischen einer konstanten nichttemperaturabhängigen Abweichung, beispielsweise durch Alterung der elektrischen Maschine oder durch Defekte, und einer temperaturabhängigen nicht konstanten Abweichung zu unterscheiden. Denkbar ist, dass beispielsweise eine Kühlung der elektrischen Maschine anhand des ersten Teils der Abweichung angepasst wird. Ein Temperaturmodell kann beispielsweise ein theoretisch errechneter oder im Labor gemessener Datensatz sein, welcher zur Ermittlung des ersten Teils der Abweichung hinterlegt wird. Denkbar ist beispielsweise, dass die zeitliche Dauer des Betriebs der elektrischen Maschine in das Temperaturmodell einfließt und durch den Dauer des Betriebs auf eine Erwärmung des Rotors geschlossen werden kann. Denkbar ist aber auch, dass die Temperatur des Rotors direkt und/oder indirekt gemessen wird. Dies kann beispielsweise durch Temperatursensoren am Rotor oder die Überwachung von weiteren Betriebsparametern der elektrischen Maschine geschehen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that a temperature-dependent first part of the deviation and a non-temperature-dependent second part of the deviation are determined with the aid of a temperature model. This makes it possible, when regulating the electrical machine, to clearly distinguish between a constant non-temperature-dependent deviation, for example due to aging of the electrical machine or defects, and a temperature-dependent non-constant deviation. It is conceivable that, for example, cooling of the electrical machine is adapted on the basis of the first part of the deviation. A temperature model can, for example, be a theoretical be calculated or measured in the laboratory data set, which is stored to determine the first part of the deviation. It is conceivable, for example, that the duration of the operation of the electrical machine flows into the temperature model and that the duration of the operation can indicate that the rotor is heated. However, it is also conceivable that the temperature of the rotor is measured directly and / or indirectly. This can be done, for example, by temperature sensors on the rotor or by monitoring other operating parameters of the electrical machine.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass anhand der Abweichung, vorzugsweise anhand des zweiten Teils der Abweichung, ein Alterungszustand der elektrischen Maschine ermittelt wird. Dies ermöglicht es, Aussagen über die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine zu treffen. Ferner ist denkbar, dass anhand des Alterszustandes der elektrischen Maschine Verschleißprognosen erstellt und entsprechende Warnungen ausgegeben werden.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that an aging condition of the electrical machine is determined on the basis of the deviation, preferably on the basis of the second part of the deviation. This makes it possible to make statements about the performance of the electrical machine. It is also conceivable that wear forecasts are made based on the age of the electrical machine and corresponding warnings are output.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass während einer weiteren Betriebsphase außerhalb der statischen Betriebsphase das Drehmoment der elektrischen Maschine gemessen wird, wobei anhand des gemessenen Drehmomentes sowie der eingespeisten Ströme ein weiterer Wert für den Permanentmagnetfluss errechnet wird. Dies ermöglicht es, während des Einspeisens von Strömen in die Wicklung des Stators eine Aussage über den aktuellen Permanentmagnetfluss getroffen werden kann. Damit ist es also möglich, über den gesamten Betrieb der elektrischen Maschine hinweg den Permanentmagnetfluss zu ermitteln. According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the torque of the electrical machine is measured during a further operating phase outside the static operating phase, a further value for the permanent magnet flux being calculated based on the measured torque and the injected currents. This enables a statement to be made about the current permanent magnetic flux while currents are being fed into the winding of the stator. It is thus possible to determine the permanent magnetic flux over the entire operation of the electrical machine.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der ermittelte Permanentmagnetfluss und der weitere Wert für den Permanentmagnetfluss bei der Drehmomentregelung der elektrischen Maschine berücksichtigt werden, wobei bevorzugt aus dem ermittelten Permanentmagnetfluss und dem weiteren Wert für den Permanentmagnetfluss ein mittlerer Wert für den Permanentmagnetfluss ermittelt wird, der mittlere Wert für den Permanentmagnetfluss bei der Drehmomentregelung der elektrischen Maschine berücksichtigt wird, wobei besonders bevorzugt eine mittlere Abweichung des mittleren Wertes für den Permanentmagnetflusses von dem Soll-Permanentmagnetfluss ermittelt wird, wobei die mittlere Abweichung bei der Drehmomentregelung der elektrischen Maschine berücksichtigt wird. Dies ermöglicht eine genauere Drehmomentregelung über die gesamte Lebensdauer der elektrischen Maschine und damit verlustoptimierte Regelungsstrategien.According to a further preferred embodiment of the invention it is provided that the determined permanent magnetic flux and the further value for the permanent magnetic flux are taken into account in the torque control of the electrical machine, a mean value for the permanent magnetic flux being preferably determined from the determined permanent magnetic flux and the further value for the permanent magnetic flux the mean value for the permanent magnetic flux is taken into account in the torque control of the electric machine, with a mean deviation of the mean value for the permanent magnetic flux from the target permanent magnetic flux being particularly preferably determined, the mean deviation being taken into account in the torque control of the electric machine. This enables more precise torque control over the entire service life of the electrical machine and thus loss-optimized control strategies.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der ermittelte Permanentmagnetfluss zur Berechnung von Maschinenströmen verwendet wird. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine Kontrolle und Nachregelung der eingestellten Ströme. Maschinenströme im Sinne der vorliegenden Erfindung sind elektrische Ströme durch die Wicklungen des Stators.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the determined permanent magnetic flux is used to calculate machine currents. This advantageously enables the set currents to be checked and readjusted. Machine currents in the context of the present invention are electrical currents through the windings of the stator.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine eine Steuereinheit aufweist, wobei die Steuereinheit zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist.Another subject matter of the invention for solving the object formulated at the outset is an electrical machine, the electrical machine having a control unit, the control unit being configured to carry out the method according to the invention.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Kraftfahrzeug aufweisend eine erfindungsgemäße elektrische Maschine. Insbesondere ist denkbar, dass die elektrische Maschine eine elektrische Maschine zur Erzeugung von Traktion zum Antrieb des Kraftfahrzeugs ist. Denkbar ist, dass das Kraftfahrzeug eine oder mehrere erfindungsgemäße elektrische Maschinen aufweist. Denkbar ist ferner, dass das Kraftfahrzeug neben der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine eine oder mehrere weitere Maschinen zur Erzeugung von Traktion zum Antrieb des Kraftfahrzeugs aufweist. Denkbar dazu ist, dass die weiteren Maschinen elektrische Maschinen und/oder Verbrennungsmaschinen umfassen.Another object of the invention for solving the object formulated at the beginning is a motor vehicle having an electrical machine according to the invention. In particular, it is conceivable that the electrical machine is an electrical machine for generating traction for driving the motor vehicle. It is conceivable that the motor vehicle has one or more electrical machines according to the invention. It is also conceivable that, in addition to the electrical machine according to the invention, the motor vehicle has one or more further machines for generating traction for driving the motor vehicle. In addition, it is conceivable that the further machines comprise electrical machines and / or internal combustion machines.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, wobei die elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.Another object of the invention for solving the object formulated at the outset is a method for operating a motor vehicle according to the invention, the electrical machine of the motor vehicle being operated with the method according to the invention.

Alle zuvor offenbarten Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beziehen sich sowohl auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine, auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, auf die erfindungsgemäße elektrische Maschine, als auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.All the details, features and advantages disclosed above relate both to the method according to the invention for operating an electrical machine, to the method according to the invention for operating a motor vehicle, to the electrical machine according to the invention, and to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.

1 illustriert schematisch ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Betrieb einer elektrischen Maschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer elektrischen Maschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Further details, features and advantages of the invention emerge from the drawings and from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. The drawings merely illustrate exemplary embodiments of the invention, which do not restrict the concept of the invention.

1 schematically illustrates a method according to an exemplary embodiment of the present invention for operating an electrical machine according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 schematically illustrates a motor vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention with an electrical machine according to an exemplary embodiment of the present invention.

1 illustriert schematisch ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Betrieb einer elektrischen Maschine 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere einer permanenterregten Synchronmaschine zum Antrieb von Kraftfahrzeugen. Während des Betriebes der elektrischen Maschine (siehe 2) wird an den Anschlussklemmen des Stators der elektrischen Maschine die Statorspannung gemessen. Gleichzeitig wird permanent geprüft, ob die elektrische Maschine statisch betrieben, also weder beschleunigt noch abgebremst, wird und ob keine Ströme in die Wicklung des Stators eingespeist werden A. Ist dies für 50 Millisekunden oder länger der Fall und dreht die elektrische Maschine dabei mit einer Drehzahl von 4.000 Umdrehungen pro Minute oder schneller, so erfolgt eine Ermittlung des Permanentmagnetflusses unter Verwendung der gemessenen Statorspannung B. Dazu wird die gemessene Statorspannung mit einem First-Order-Lag-Filter gefiltert und durch die Drehzahl der elektrischen Maschine geteilt. In der Steuereinheit (siehe 2) der elektrischen Maschine ist ein Soll-Permanentmagnetfluss hinterlegt. Sollte der ermittelte Permanentmagnetfluss von diesem abweichen, so wird die Abweichung ermittelt C. Dazu werden nicht nur die Werte des Permanentmagnetflusses und des Soll-Permanentmagnetflusses verglichen, es werden mittels eines Temperaturmodells, welches in der Steuereinheit hinterlegt ist, ein temperaturabhängiger erster Teil der Abweichung und ein nicht-temperaturabhängiger zweiter Teil der Abweichung ermittelt. Anhand des nichttemperaturanhängigen zweiten Teils der Abweichung kann eine Aussage über eine Alterung oder über Schäden an der elektrischen Maschine getroffen werden. In einer folgenden Betriebsphase der elektrischen Maschine, in welcher Ströme in die Wicklung eingespeist werden wird das Drehmoment der elektrischen Maschine gemessen und anhand der eingespeisten Ströme ein weiterer Wert für den Permanentmagnetfluss errechnet. Der durch die Statorspannung und die Drehzahl ermittelte Permanentmagnetfluss und der anhand des Drehmomentes der elektrischen Maschine und der eingespeisten Ströme ermittelte weitere Wert des Permanentmagnetflusses werden sodann zur Drehmomentregelung berücksichtigt D. Dies ermöglicht eine hervorragende Einstellung des Drehmomentes, auch bei einem über die Lebensdauer der elektrischen Maschine veränderlichen Permanentmagnetfluss. Zudem können auf Grundlage des Permanentmagnetflusses Maschinenströme durch die Wicklung des Stators realitätsnah berechnet werden. 1 schematically illustrates a method according to an exemplary embodiment of the present invention for operating an electrical machine 1 according to an exemplary embodiment of the present invention, in particular a permanent magnet synchronous machine for driving motor vehicles. During operation of the electrical machine (see 2 ) the stator voltage is measured at the connection terminals of the stator of the electrical machine. At the same time, a permanent check is made as to whether the electrical machine is being operated statically, i.e. neither accelerated nor decelerated, and whether no currents are being fed into the winding of the stator A. If this is the case for 50 milliseconds or longer and the electrical machine rotates at one speed of 4,000 revolutions per minute or faster, the permanent magnetic flux is determined using the measured stator voltage B. For this purpose, the measured stator voltage is filtered with a first-order lag filter and divided by the speed of the electrical machine. In the control unit (see 2 ) the electrical machine has a target permanent magnetic flux stored in it. If the determined permanent magnetic flux deviates from this, the deviation is determined C. For this purpose, not only are the values of the permanent magnetic flux and the target permanent magnetic flux compared, a temperature-dependent first part of the deviation and a non-temperature-dependent second part of the deviation is determined. The second part of the deviation, which is not temperature-dependent, can be used to make a statement about aging or damage to the electrical machine. In a subsequent operating phase of the electrical machine, in which currents are fed into the winding, the torque of the electrical machine is measured and a further value for the permanent magnet flux is calculated on the basis of the fed-in currents. The permanent magnetic flux determined by the stator voltage and the speed and the additional value of the permanent magnetic flux determined on the basis of the torque of the electrical machine and the fed-in currents are then taken into account for torque control D. This enables an excellent setting of the torque, even with a lifetime of the electrical machine variable permanent magnetic flux. In addition, machine currents through the winding of the stator can be calculated realistically on the basis of the permanent magnet flux.

2 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer elektrischen Maschine 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die elektrische Maschine 1 weist die Steuereinheit 2 auf, welche dazu konfiguriert ist, die elektrische Maschine 1 mit einem Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu betreiben. Insbesondere ist die Steuereinheit 2 dazu konfiguriert, im Nullmomentbetrieb des Kraftfahrzeugs 100, also beispielsweise im sogenannten Segel-Betrieb, die Statorspannung zu messen und anhand dieser und der Drehzahl der elektrischen Maschine 1 den aktuellen Permanentmagnetfluss zu ermittelt. Der im Betrieb ermittelte aktuelle Permanentmagnetfluss wird sodann bei der Einstellung des Drehmomentes der elektrischen Maschine 1 durch die Steuereinheit 2 berücksichtig. 2 schematically illustrates a motor vehicle 100 according to an exemplary embodiment of the present invention with an electrical machine 1 according to an exemplary embodiment of the present invention. The electric machine 1 instructs the control unit 2 which is configured to be the electrical machine 1 to operate with a method according to an exemplary embodiment of the present invention. In particular, the control unit 2 configured to do so in zero-torque operation of the motor vehicle 100 For example, in so-called sailing operation, to measure the stator voltage and based on this and the speed of the electrical machine 1 to determine the current permanent magnetic flux. The current permanent magnetic flux determined during operation is then used when setting the torque of the electrical machine 1 through the control unit 2 taken into account.

Claims

Method for operating an electrical machine (1) with a stator having a winding and a rotor having permanent magnets, a stator voltage being measured to determine a permanent magnet flux, the stator voltage being measured exclusively during a static operating phase of the electrical machine (1), no currents are fed into the winding during the static operating phase (A).

Procedure according to Claim 1 , a torque of the electrical machine (1) being determined during a train operating phase following the static operating phase from the determined permanent magnetic flux and from the currents set during the train operating phase.

Method according to one of the preceding claims, wherein the measurement of the stator voltage is carried out over a minimum period, the permanent magnetic flux is not determined from the measured stator voltage if the minimum period was undershot, the minimum period between 10 ms and 1000 ms, preferably between 20 ms and 500 ms, particularly preferably between 20 ms and 100 ms and in particular 50 ms.

Method according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnetic flux is not determined from the measured stator voltage when the electric machine (1) is operated at a speed below a minimum speed, the minimum speed being between 1% and 60% of a maximum speed of the electric machine (1 ), preferably between 5% and 40% of the maximum speed, particularly preferably between 10% and 30% the maximum speed and in particular 20% of the maximum speed.

Method according to one of the preceding claims, wherein the measured stator voltage is divided by the speed of the electric machine (1) to determine the permanent magnetic flux, or the measured stator voltage is filtered to determine the permanent magnetic flux and the filtered stator voltage is divided by the speed of the electric machine (1) is divided, the stator voltage is preferably filtered with a first-order lag filter.

Method according to one of the preceding claims, wherein a deviation of the determined permanent magnetic flux from a target permanent magnetic flux is determined.

Procedure according to Claim 6 , wherein the deviation is taken into account in a torque control of the electrical machine (1).

Procedure according to Claim 6 , a temperature-dependent first part of the deviation and a non-temperature-dependent second part of the deviation being determined with the aid of a temperature model.

Method according to one of the Claims 6 to 8th , an aging condition of the electrical machine (1) being determined on the basis of the deviation, preferably on the basis of the second part of the deviation.

Method according to one of the preceding claims, wherein the torque of the electrical machine (1) is measured during a further operating phase outside of the static operating phase, a further value for the permanent magnet flux being calculated based on the measured torque and the injected currents.

Procedure according to Claim 10 , whereby the determined permanent magnetic flux and the further value for the permanent magnetic flux are taken into account in the torque control of the electric machine (1), with a mean value for the permanent magnetic flux being determined preferably from the determined permanent magnetic flux and the further value for the permanent magnetic flux, the mean value for the permanent magnetic flux is taken into account in the torque control of the electric machine (1), with a mean deviation of the mean value for the permanent magnetic flux from the target permanent magnetic flux being particularly preferably determined, the mean deviation being taken into account in the torque control of the electric machine (1).

Method according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnetic flux determined is used to calculate machine currents.

Electrical machine (1), wherein the electrical machine (1) has a control unit (2), wherein the control unit (2) is configured to carry out a method according to one of the preceding claims.

Motor vehicle (100) having an electrical machine (1) according to Claim 13 .

Method for operating a motor vehicle (100) according to Claim 14 , wherein the electrical machine (1) of the motor vehicle (100) using a method according to one of the Claims 1 to 12th is operated.