DE102019212493A1 - Steuergerät zum Betreiben einer elektrischen Maschine, elektrische Maschine, Verfahren - Google Patents

Steuergerät zum Betreiben einer elektrischen Maschine, elektrische Maschine, Verfahren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät (8) zum Betreiben einer elektrischen Maschine (1), wobei die Maschine (1) einen Rotor (2), einen Stator (4) und eine Leistungselektronik (7) aufweist, wobei der Rotor (2) drehfest auf einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle (3) angeordnet ist, wobei der Stator (4) gehäusefest angeordnet ist und eine zumindest drei Phasen (U,V,W) aufweisende Statorwicklung (5) aufweist, wobei die Leistungselektronik (7) mehrere Schaltelemente aufweist, durch die die Phasen (U,V,W) mit einem elektrischen Energiespeicher (6) elektrisch verbunden/verbindbar sind, und wobei das Steuergerät (8) eine erste Recheneinheit (10) und eine zweite Recheneinheit (11) aufweist und dazu ausgebildet ist, mittels der Recheneinheiten (10,11) Ansteuersignale zum Ansteuern der Schaltelemente zu bestimmen. Es ist vorgesehen, dass die erste Recheneinheit (10) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer Soll-Drehzahl (RPMSoll) für den Rotor (2) und einer Ist-Drehzahl des Rotors (2) einen Betrag (| U |) eines Soll-Spannungsvektors für die Phasen (U,V,W) zu ermitteln, wobei die zweite Recheneinheit (11) kommunikationstechnisch mit der ersten Recheneinheit (10) verbunden und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Betrag (|U|) des Soll-Spannungsvektors und einem Ist-Drehwinkel (φIst) des Rotors (2) die Ansteuersignale zu bestimmen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Betreiben einer elektrischen Maschine, wobei die Maschine einen Rotor, einen Stator und eine Leistungselektronik aufweist, wobei der Rotor drehfest auf einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle angeordnet ist, wobei der Stator gehäusefest angeordnet ist und eine zumindest drei Phasen aufweisende Statorwicklung aufweist, wobei die Leistungselektronik mehrere Schaltelemente aufweist, durch die die Phasen mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden/verbindbar sind, und wobei das Steuergerät eine erste Recheneinheit und eine zweite Recheneinheit aufweist und dazu ausgebildet ist, mittels der Recheneinheiten an Steuergeräte zum Ansteuern der Schaltelemente zu bestimmen.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine mit einem derartigen Steuergerät.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mittels eines derartigen Steuergerätes.
  • Stand der Technik
  • Eine elektrische Maschine weist in der Regel einen Rotor und einen Stator auf. Der Rotor ist dabei drehfest auf einer Welle angeordnet, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Der Stator ist gehäusefest angeordnet, sodass der Rotor und der Stator zueinander verdrehbar sind. Meistens weist der Stator eine Statorwicklung mit zumindest drei Phasen auf. Die Phasen sind dabei derart verteilt um den Rotor angeordnet, dass der Rotor durch eine geeignete Bestromung der Phasen antreibbar beziehungsweise drehbar ist. Um die geeignete Bestromung der Phasen zu gewährleisten ist eine Leistungselektronik mit mehreren Schaltelementen vorgesehen. Durch die Leistungselektronik beziehungsweise die Schaltelemente sind die Phasen mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden oder von dem Energiespeicher elektrisch getrennt.
  • Zum Betreiben von elektrischen Maschinen sind aus dem Stand der Technik Steuergeräte bekannt, die eine erste Recheneinheit und eine zweite Recheneinheit aufweisen, wobei die Steuergeräte dazu ausgebildet sind, mittels der Recheneinheiten Ansteuersignale zum Ansteuern der Schaltelemente zu bestimmen. Gemäß vorbekannten Steuergeräten ist dabei üblicherweise die erste Recheneinheit dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einer Soll-Drehzahl für den Rotor, einer Ist-Drehzahl des Rotors und einem Ist-Drehwinkel des Rotors Soll-Phasenspannungen für die einzelnen Phasen zu bestimmen. Die zweite Recheneinheit ist dann dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von den bestimmten Soll-Phasenspannungen die Ansteuersignale zum Ansteuern der Schaltelemente zu bestimmen. Durch eine Ansteuerung der Schaltelemente in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen, werden dann die Phasen mit den gewünschten Soll-Phasenspannungen beaufschlagt. Beispielsweise werden hierzu die Schaltelemente der Leistungselektronik pulsweitenmoduliert geschaltet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Rechenkapazität, die zum Bestimmen der Ansteuersignale in der ersten Recheneinheit vorgehalten werden muss, verglichen mit vorbekannten Steuergeräten verringert ist. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die erste Recheneinheit dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der Soll-Drehzahl für den Rotor und der Ist-Drehzahl des Rotors einen Betrag eines Soll-Spannungsvektors für die Phasen zu bestimmen, wobei die zweite Recheneinheit dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Betrag des Soll-Spannungsvektors und dem Ist-Drehwinkel des Rotors die Ansteuersignale zu bestimmen. Die zweite Recheneinheit ist hierzu erfindungsgemäß kommunikationstechnisch mit der ersten Recheneinheit verbunden, sodass die erste Recheneinheit der zweiten Recheneinheit den Betrag des Soll-Spannungsvektors bereitstellen kann. Unter der Soll-Drehzahl ist dabei eine vorgegebene Drehzahl zu verstehen, die durch die Ansteuerung der Schaltelemente in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen erreicht werden soll. Bei dem Soll-Spannungsvektor handelt es sich um einen Spannungsvektor, der mit den Soll-Phasenspannungen korrespondiert. Beispielsweise werden die Soll-Phasenspannungen durch den Soll-Spannungsvektor in mit dem Rotor mitrotierenden Koordinaten oder in statorfesten Koordinaten beschrieben. Durch die erste Recheneinheit wird dabei lediglich der Betrag des Soll-Spannungsvektors bestimmt. Vorzugsweise ist die zweite Recheneinheit dazu ausgebildet, eine Ausrichtung des Soll-Spannungsvektors und/oder die einzelnen Soll-Phasenspannungen zu ermitteln. Die Ansteuersignale werden dabei vorzugsweise derart bestimmt, dass bei einer Ansteuerung der Leistungselektronik in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen an jeder der Phasen jeweils eine elektrische Ist-Phasenspannung mit einem sinusförmigen Verlauf anliegt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuergerät als Mikrocontroller ausgebildet ist. Das Steuergerät ist also ein elektrisches Bauteil, nämlich ein Mikrocontroller, das sowohl die erste Recheneinheit als auch die zweite Recheneinheit aufweist. Die Recheneinheiten sind dabei insbesondere auf derselben Leiterplatte des Mikrocontrollers angeordnet. Durch die Ausbildung des Steuergerätes als Mikrokontroller ist das Steuergerät bauraumsparend ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist die erste Recheneinheit eine Haupt-Recheneinheit des Mikrocontrollers. Dadurch, dass es sich bei der ersten Recheneinheit um die Haupt-Recheneinheit handelt, wird zum Bestimmen der Ansteuersignale lediglich eine verringerte Rechenkapazität der Haupt-Recheneinheit des Mikrocontrollers benötigt. Die Haupt-Recheneinheit weist somit noch eine ausreichende Rechenkapazität für sonstige durch die Haupt-Recheneinheit durchzuführende Rechenprozesse auf.
  • Vorzugsweise ist die zweite Recheneinheit eine Neben-Recheneinheit des Mikrocontrollers. Derartige Neben-Recheneinheiten sind als Peripherieeinheiten in der Regel ohnehin in Mikrocontrollern bereits enthalten. Das Vorsehen einer zusätzlichen, ansonsten nicht vorhandenen Recheneinheit zum Bestimmen der Ansteuersignale ist somit nicht notwendig. Vorzugsweise handelt es sich bei der Neben-Recheneinheit um einen Timer des Mikrocontrollers. Der Timer weist eine besonders kurze Zykluszeit auf, sodass zeitlich aufeinanderfolgende Ansteuersignale mit geringen Zeitabständen zwischen den Ansteuersignalen bestimmbar sind. Hierdurch ist eine präzise Regelung der elektrischen Maschine mittels des Steuergerätes möglich.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Recheneinheit eine erste Zykluszeit und die zweite Recheneinheit eine zweite Zykluszeit aufweist, wobei die zweite Zykluszeit kürzer ist als die erste Zykluszeit. Beim Bestimmen von zeitlich aufeinanderfolgenden Ansteuersignalen sind besonders geringe Zeitabstände zwischen den Ansteuersignalen vorteilhaft. Beim Ermitteln von zeitlich aufeinanderfolgenden Beträgen des Soll-Spannungsvektors sind derart geringe Zeitabstände nicht notwendig. Somit ist das Vorsehen der zweiten Recheneinheit mit der kürzeren zweiten Zykluszeit und der ersten Recheneinheit mit der längeren ersten Zykluszeit besonders vorteilhaft. Insbesondere bildet die erste Recheneinheit einen langsamen ersten Regler beziehungsweise Drehzahlregler und die zweite Recheneinheit einen verglichen mit dem ersten Regler schnellen zweiten Regler. Die erste Recheneinheit weist beispielsweise eine Zykluszeit von etwa 1 ms auf. Die zweite Recheneinheit weist beispielsweise eine Zykluszeit von etwa 50 µs auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Steuergerät eine Einrichtung auf, wobei die zweite Recheneinheit dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von mittels der Einrichtung empfangener Daten den Ist-Drehwinkel des Rotors zu ermitteln. Weil der Ist-Drehwinkel durch die zweite Recheneinheit zum Bestimmen der Ansteuersignale benötigt wird, ist die zweite Recheneinheit insbesondere aufgrund der kurzen Zykluszeit der zweiten Recheneinheit zum Ermitteln des Drehwinkels besonders geeignet. Insbesondere ist die Einrichtung kommunikationstechnisch mit einem Drehwinkelsensor der elektrischen Maschine verbunden/verbindbar, sodass durch den Drehwinkelsensor erfasste Daten der Einrichtung bereitstellbar sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Recheneinheit dazu ausgebildet ist, zumindest einen zulässigen Maximal-Phasenstrom zu bestimmen und der zweiten Recheneinheit den bestimmten Maximal-Phasenstrom vorzugeben, wobei die zweite Recheneinheit dazu ausgebildet ist, die Ansteuersignale in Abhängigkeit von dem Maximal-Phasenstrom zu bestimmen. Unter dem Maximal-Phasenstrom ist dabei ein maximal zulässiger Wert des durch die Phasen fließenden elektrischen Stroms zu verstehen. Durch die Vorgabe des Maximal-Phasenstroms wird ein besonders glatter Verlauf der Ist-Drehzahl des Rotors erreicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Recheneinheit dazu ausgebildet ist, zumindest einen Soll-Kommutierungswinkel zu bestimmen und der zweiten Recheneinheit den bestimmten Soll-Kommutierungswinkel vorzugeben, wobei die zweite Recheneinheit dazu ausgebildet ist, die Ansteuersignale in Abhängigkeit von dem Soll-Kommutierungswinkel zu bestimmen. Unter dem Soll-Kommutierungswinkel ist dabei ein Winkel zu verstehen, der vorgegeben wird, um eine Vorkommutierung der Phasen zu bewirken. Die gewünschte Vorkommutierung beziehungsweise der Soll-Kommutierungswinkel wird in der Regel drehzahlabhängig vorgegeben. Weil die Soll-Drehzahl und die Ist-Drehzahl der ersten Recheneinheit zum Bestimmen des Betrags des Soll-Spannungsvektors ohnehin bekannt sind, ist die erste Recheneinheit zum Bestimmen des Soll-Kommutierungswinkels besonders geeignet.
  • Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen Rotor, einen Stator und eine Leistungselektronik auf, wobei der Rotor drehfest auf einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle angeordnet ist, wobei der Stator gehäusefest angeordnet ist und eine zumindest drei Phasen aufweisende Statorwicklung aufweist, und wobei die Leistungselektronik mehrere Schaltelemente aufweist, durch die die Phasen mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden/verbindbar sind, und zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 9 durch das erfindungsgemäße Steuergerät aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Maschine einen Drehwinkelsensor zum Überwachen des Ist-Drehwinkels des Rotors auf. Vorzugsweise weist der Drehwinkelsensor einen mit dem Rotor mitrotierenden Messwertgeber, insbesondere Magnetfelderzeuger, und einen gehäusefesten Empfänger, insbesondere magnetfeldsensitives Element, auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine, die einen Rotor, einen Stator, eine Leistungselektronik und ein Steuergerät aufweist, wobei der Rotor drehfest auf einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle angeordnet ist, wobei der Stator gehäusefest angeordnet ist und eine zumindest drei Phasen aufweisende Statorwicklung aufweist, wobei die Leistungselektronik mehrere Schaltelemente aufweist, wobei Ansteuersignale zum Ansteuern der Schaltelemente durch das Steuergerät bestimmt werden, und wobei die Schaltelemente in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen derart angesteuert werden, dass die Phasen durch die Schaltelemente wahlweise mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden oder von dem elektrischen Energiespeicher elektrisch getrennt werden, zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 11 dadurch aus, dass in Abhängigkeit von einer Soll-Drehzahl für den Rotor und einer Ist-Drehzahl des Rotors ein Betrag eines Soll-Spannungsvektors für die Phasen durch eine erste Recheneinheit des Steuergeräts bestimmt wird, und dass in Abhängigkeit von dem Betrag des Soll-Spannungsvektors und einem Ist-Drehwinkel des Rotors die Ansteuersignale durch eine mit der ersten Recheneinheit kommunikationstechnisch verbundene zweite Recheneinheit des Steuergeräts bestimmt werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen
    • 1 eine elektrische Maschine mit einem Steuergerät,
    • 2 eine schematische Detailansicht des Steuergeräts und
    • 3 ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine elektrische Maschine 1. Bei der Maschine 1 handelt es sich vorliegend um eine elektrisch kommutierte Maschine 1. Die Maschine 1 weist einen Rotor 2 auf, bei dem es sich vorliegend um einen Permanentmagnet handelt. Der Rotor 2 ist auf einer Rotorwelle 3 angeordnet, die drehbar in einem nicht dargestellten Gehäuse der Maschine 1 gelagert ist. Die Maschine 1 weist außerdem einen Stator 4 mit einer Statorwicklung 5 auf. Die Statorwicklung 5 umfasst gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel drei Phasen U, V und W. Die Phasen U, V und W sind derart um den Rotor 2 verteilt angeordnet, dass der Rotor 2 durch eine geeignete Bestromung der Phasen U, V und W antreibbar beziehungsweise drehbar ist.
  • Der Maschine 1 ist ein elektrischer Energiespeicher 6 zugeordnet. Der Energiespeicher 6 ist mittels einer Leistungselektronik 7 der Maschine 1 mit den Phasen U, V und W elektrisch verbunden/verbindbar. Hierzu weist die Leistungselektronik 7 beispielsweise eine der Anzahl der Phasen U, V und W entsprechende Anzahl an Halbbrücken auf, wobei jede der Halbbrücken jeweils zwei Halbleiterschalter aufweist und jede der Phasen U, V und W durch jeweils eine andere der Halbbrücken mit dem Energiespeicher 6 verbunden/verbindbar ist.
  • Die Maschine 1 weist außerdem einen Drehwinkelsensor 9 zum Überwachen eines Ist-Drehwinkels φIst des Rotors 2 auf. Der Drehwinkelsensor 9 weist beispielsweise einen Magnetfelderzeuger als Messwertgeber und ein magnetfeldsensitives Element als Empfänger auf.
  • Die elektrische Maschine 1 weist außerdem eine Strommesseinrichtung 17 auf, die dazu ausgebildet ist, durch die Phasen U, V und W fließende elektrische Ist-Phasenströme Isum zu erfassen. Vorliegend ist die Strommesseinrichtung 17 mit der Leistungselektronik 7 elektrisch verbunden und dazu ausgebildet, die Ist-Phasenströme Isum im Bereich der Leistungselektronik 7 zu erfassen.
  • Die Maschine 1 weist außerdem ein Steuergerät 8 auf, das dazu ausgebildet ist, Ansteuersignale zum Ansteuern der Schaltelemente der Leistungselektronik 7 zu bestimmen und die Leistungselektronik 7 in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen anzusteuern. Das Steuergerät 8 ist kommunikationstechnisch mit dem Drehwinkelsensor 9 verbunden, sodass dem Steuergerät 8 zum Ermitteln der Ansteuersignale durch den Drehwinkelsensor 9 erfasste Daten bereitstellbar sind. Das Steuergerät 8 ist außerdem mit der Strommesseinrichtung 17 kommunikationstechnisch verbunden, sodass dem Steuergerät 8 auch die erfassten Ist-Phasenströme Isum bereitstellbar sind.
  • 2 zeigt eine schematische Detailansicht des Steuergeräts 8. Bei dem Steuergerät 8 handelt es sich um einen Mikrocontroller 8. Der Mikrocontroller 8 weist eine erste Recheneinheit 10 auf, bei der es sich um eine Haupt-Recheneinheit 10 des Mikrocontrollers 8 handelt, und eine zweite Recheneinheit 11, bei der es sich um eine Neben-Recheneinheit 11 beziehungsweise einen Timer 11 des Mikrokontrollers 8 handelt. Die Recheneinheiten 10 und 11 unterscheiden sich dabei bezüglich ihrer Zykluszeiten. Die erste Recheneinheit 10 weist eine erste Zykluszeit auf, die länger ist als eine zweite Zykluszeit der zweiten Recheneinheit 11.
  • Dabei ist die erste Recheneinheit 10 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einer Soll-Drehzahl RPMSoll für den Rotor 2 und einer Ist-Drehzahl des Rotors 2 einen Betrag |U| eines Soll-Spannungsvektors für die Phasen U, V und W zu bestimmen. Die zweite Recheneinheit 11 ist kommunikationstechnisch mit der ersten Recheneinheit 10 verbunden und dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem bestimmten Betrag |U| des Soll-Spannungsvektors und dem Ist-Drehwinkel φIst des Rotors 2 die Ansteuersignale zu bestimmen.
  • Die erste Recheneinheit 10 weist hierzu eine Betrags-Ermittlungseinheit 12, eine Kommutierungswinkel-Vorgabeeinheit 13 und eine Maximalstrom-Vorgabeeinheit 14 auf. Die zweite Recheneinheit 11 weist eine Ansteuersignal-Bestimmungseinheit 15 und eine Einrichtung 16 auf, bei der es sich um eine Rotorwinkel-Ermittlungseinheit 16 handelt.
  • Das Steuergerät 8 ist mittels der Rotorwinkel-Ermittlungseinheit 16 mit dem Drehwinkelsensor 9 kommunikationstechnisch verbunden. Die Rotorwinkel-Ermittlungseinheit 16 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von durch den Drehwinkelsensor 9 erfassten Daten den Ist-Drehwinkel φIst des Rotors 2 zu ermitteln. Die Rotorwinkel-Ermittlungseinheit 16 ist außerdem kommunikationstechnisch mit der Ansteuersignal-Bestimmungseinheit 15 und der Betrags-Ermittlungseinheit 12 verbunden, um diesen Einheiten 15 und 12 den ermittelten Ist-Drehwinkel φIst bereitzustellen.
  • Das Steuergerät 8 ist mittels der Ansteuersignal-Bestimmungseinheit 15 kommunikationstechnisch mit der Strommesseinrichtung 17 verbunden, sodass die durch die Strommesseinrichtung 17 erfassten Ist-Phasenströme Isum der Ansteuersignal-Bestimmungseinheit 15 bereitstellbar sind.
  • Die Betrags-Ermittlungseinheit 12 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem Ist-Drehwinkel φIst beziehungsweise in Abhängigkeit eines Verlaufs des Ist-Drehwinkels φIst die Ist-Drehzahl des Rotors 2 zu ermitteln. Außerdem ist die Betrags-Ermittlungseinheit 12 dazu ausgebildet, die Soll-Drehzahl RPMSoll für den Rotor 2 zu empfangen. Hierzu ist die Betrags-Ermittlungseinheit 12 mit einem nicht dargestellten weiteren Steuergerät kommunikationstechnisch verbunden. Die Betrags-Ermittlungseinheit 12 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der Soll-Drehzahl RPMSoll und der Ist-Drehzahl den Betrag |U| des Soll-Spannungsvektors zu bestimmen. Ausgangsseitig ist die Betrags-Ermittlungseinheit 12 mit der Kommutierungswinkel-Vorgabeeinheit 13, der Maximalstrom-Vorgabeeinheit 14 und der Ansteuersignal-Bestimmungseinheit 15 kommunikationstechnisch verbunden, um diesen Einheiten 13, 14 und 15 den bestimmten Betrag |U| bereitzustellen.
  • Die Kommutierungswinkel-Vorgabeeinheit 13 ist kommunikationstechnisch mit der Ansteuersignal-Bestimmungseinheit 15 verbunden, sodass die Ist-Phasenströme Isum der Kommutierungswinkel-Vorgabeeinheit 13 durch die Ansteuersignal-Bestimmungseinheit 15 bereitstellbar sind. Die Kommutierungswinkel-Vorgabeeinheit 13 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem empfangenen Betrag |U| und den empfangenen Ist-Phasenströmen ISum einen Soll-Kommutierungswinkel φOffset zu ermitteln und den Soll-Kommutierungswinkel φOffset der Ansteuersignal-Bestimmungseinheit 15 bereitzustellen.
  • Die Maximalstrom-Vorgabeeinheit 14 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem empfangenen Betrag |U| einen zulässigen elektrischen Maximal-Phasenstrom IMax zu bestimmen und der Ansteuersignal-Bestimmungseinheit 15 den zulässigen Maximal-Phasenstrom IMax bereitzustellen.
  • Die Ansteuersignal-Bestimmungseinheit 15 ist letztlich dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem Betrag |U|, dem Soll-Kommutierungswinkel φOffset, dem zulässigen Maximalphasenstrom IMax, dem Ist-Drehwinkel φIst und dem Ist-Phasenstrom ISum die Ansteuersignale für die Schaltelemente der Leistungselektronik 7 zu bestimmen.
  • Im Folgenden wird mit Bezug auf 3 ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine 1 mittels des Steuergeräts 8 anhand eines Flussdiagramms beschrieben.
  • In einem ersten Schritt S1 überwacht der Drehwinkelsensor 9 den Ist-Drehwinkel φIst des Rotors 2.
  • In einem zweiten Schritt S2 ermittelt die zweite Recheneinheit 11 in Abhängigkeit von den durch den Drehwinkelsensor 9 erfassten Daten den Ist-Drehwinkel φIst des Rotors 2. Der ermittelte Ist-Drehwinkel φIst wird in dem Schritt S2 außerdem der ersten Recheneinheit 10 bereitgestellt.
  • In einem dritten Schritt S3 ermittelt die erste Recheneinheit 10 in Abhängigkeit von dem Ist-Drehwinkel φIst die Ist-Drehzahl des Rotors 2. Alternativ dazu wird auf den Schritt S3 vorzugsweise verzichtet. In diesem Fall wird die Ist-Drehzahl vorzugsweise durch die zweite Recheneinheit 11 bereits in dem Schritt S2 ermittelt und der ersten Recheneinheit 10 wird die durch die zweite Recheneinheit 11 ermittelte Ist-Drehzahl bereitgestellt.
  • In einem Schritt S4 bestimmt die erste Recheneinheit 10 in Abhängigkeit von der Soll-Drehzahl RPMSoll für den Rotor 2 und der Ist-Drehzahl des Rotors 2 den Betrag |U| des Soll-Spannungsvektors. Außerdem wird der bestimmte Betrag |U| in dem Schritt S4 der zweiten Recheneinheit 11 bereitgestellt.
  • In einem Schritt S5 bestimmt die zweite Recheneinheit 11 in Abhängigkeit von dem Betrag |U| und dem Ist-Drehwinkel φIst die Ansteuersignale zum Ansteuern der Schaltelemente der Leistungselektronik 7.
  • In einem Schritt S6 werden schließlich die Schaltelemente der Leistungselektronik 7 in Abhängigkeit von den bestimmten Ansteuersignalen angesteuert, sodass die Phasen U, V und W durch die Schaltelemente mit dem elektrischen Energiespeicher 6 elektrisch verbunden oder von dem elektrischen Energiespeicher 6 elektrisch getrennt werden.
  • Vorzugsweise werden die Schritte S1 bis S6 laufend durchgeführt. Daraus ergibt sich eine vorteilhafte Regelung der Bestromung der Phasen U, V und W mittels des Steuergeräts 8. Weil die erste Recheneinheit 10 verglichen mit der zweiten Recheneinheit 11 die längere Zykluszeit aufweist, ist ein Zeitintervall zwischen zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend bestimmten Beträgen |U| des Soll-Spannungsvektors größer als ein Zeitintervall zwischen zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend bestimmten Ansteuersignalen für die Leistungselektronik 7.

Claims (11)

  1. Steuergerät zum Betreiben einer elektrischen Maschine, wobei die Maschine (1) einen Rotor (2), einen Stator (4) und eine Leistungselektronik (7) aufweist, wobei der Rotor (2) drehfest auf einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle (3) angeordnet ist, wobei der Stator (4) gehäusefest angeordnet ist und eine zumindest drei Phasen (U,V,W) aufweisende Statorwicklung (5) aufweist, wobei die Leistungselektronik (7) mehrere Schaltelemente aufweist, durch die die Phasen (U,V,W) mit einem elektrischen Energiespeicher (6) elektrisch verbunden/verbindbar sind, und wobei das Steuergerät (8) eine erste Recheneinheit (10) und eine zweite Recheneinheit (11) aufweist und dazu ausgebildet ist, mittels der Recheneinheiten (10,11) Ansteuersignale zum Ansteuern der Schaltelemente zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Recheneinheit (10) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer Soll-Drehzahl (RPMSoll) für den Rotor (2) und einer Ist-Drehzahl des Rotors (2) einen Betrag (| U |) eines Soll-Spannungsvektors für die Phasen (U,V,W) zu bestimmen, wobei die zweite Recheneinheit (11) kommunikationstechnisch mit der ersten Recheneinheit (10) verbunden und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Betrag (| U |) des Soll-Spannungsvektors und einem Ist-Drehwinkel (φIst) des Rotors (2) die Ansteuersignale zu bestimmen.
  2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (8) als Mikrocontroller (8) ausgebildet ist.
  3. Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Recheneinheit (10) eine Haupt-Recheneinheit (10) des Mikrocontrollers (8) ist.
  4. Steuergerät nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Recheneinheit (11) eine Neben-Recheneinheit (11), insbesondere Timer (11), des Mikrocontrollers (8) ist.
  5. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Recheneinheit (10) eine erste Zykluszeit und die zweite Recheneinheit (11) eine zweite Zykluszeit aufweist, wobei die zweite Zykluszeit kürzer ist als die erste Zykluszeit.
  6. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (16), die insbesondere mit einem Drehwinkelsensor (9) der elektrischen Maschine (1) kommunikationstechnisch verbunden/verbindbar ist, wobei die zweite Recheneinheit (11) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von mittels der Einrichtung (16) empfangener Daten den Ist-Drehwinkel (φIst) zu ermitteln.
  7. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Recheneinheit (10) dazu ausgebildet ist, zumindest einen zulässigen Maximal-Phasenstrom (IMax) zu bestimmen und der zweiten Recheneinheit (11) den bestimmten Maximal-Phasenstrom (IMax) vorzugeben, wobei die zweite Recheneinheit (11) dazu ausgebildet ist, die Ansteuersignale in Abhängigkeit von dem Maximal-Phasenstrom (IMax) zu bestimmen.
  8. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Recheneinheit (10) dazu ausgebildet ist, zumindest einen Soll-Kommutierungswinkel (φOffset) zu bestimmen und der zweiten Recheneinheit (11) den bestimmten Soll-Kommutierungswinkel (φOffset) vorzugeben, wobei die zweite Recheneinheit (11) dazu ausgebildet ist, die Ansteuersignale in Abhängigkeit von dem Soll-Kommutierungswinkel (φOffset) zu bestimmen.
  9. Elektrische Maschine (1), mit einem Rotor (2), einem Stator (4) und einer Leistungselektronik (7), wobei der Rotor (2) drehfest auf einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle (3) angeordnet ist, wobei der Stator (4) gehäusefest angeordnet ist und eine zumindest drei Phasen (U,V,W) aufweisende Statorwicklung (5) aufweist, und wobei die Leistungselektronik (7) mehrere Schaltelemente aufweist, durch die die Phasen (U,V,W) mit einem elektrischen Energiespeicher (6) elektrisch verbunden/verbindbar sind, gekennzeichnet durch ein Steuergerät (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Drehwinkelsensor (9) zum Überwachen des Ist-Drehwinkels (φIst) des Rotors (2).
  11. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (1), die einen Rotor (2), einen Stator (4), eine Leistungselektronik (7) und ein Steuergerät (8) aufweist, wobei der Rotor (2) drehfest auf einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle (3) angeordnet ist, wobei der Stator (4) gehäusefest angeordnet ist und eine zumindest drei Phasen (U,V,W) aufweisende Statorwicklung (5) aufweist, wobei die Leistungselektronik (7) mehrere Schaltelemente aufweist, wobei Ansteuersignale zum Ansteuern der Schaltelemente durch das Steuergerät (8) bestimmt werden, und wobei die Schaltelemente in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen derart angesteuert werden, dass die Phasen (U,V,W) durch die Schaltelemente wahlweise mit einem elektrischen Energiespeicher (6) elektrisch verbunden oder von dem elektrischen Energiespeicher (6) elektrisch getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einer Soll-Drehzahl (RPMSoll) für den Rotor (2) und einer Ist-Drehzahl des Rotors (2) ein Betrag (| U |) eines Soll-Spannungsvektors für die Phasen (U,V,W) durch eine erste Recheneinheit (10) des Steuergerätes (8) bestimmt wird, und dass in Abhängigkeit von dem Betrag (| U |) des Soll-Spannungsvektors und einem Ist-Drehwinkel (φIst) des Rotors (2) die Ansteuersignale durch eine mit der ersten Recheneinheit (10) kommunikationstechnisch verbundene zweite Recheneinheit (11) des Steuergeräts (8) bestimmt werden.
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