DE102020201413A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben einer elektrischen Maschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (1), wobei die elektrische Maschine (1) einen Stator (2), einen Rotor (3) und einen zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) ausgebildeten Luftspalt (4) aufweist, wobei der Rotor (3) einen Rotorkörper (7), Pole ausbildende Flussbarrieren (9) und/oder Permanentmagnete (8) und mindestens eine Induktionsspule (10, 21) zur Energiegewinnung aufweist, wobei der Stator (2) einen Statorkörper(5) und Spulen (6) aufweist, die mit einem elektrischen Drehstrom betreibbar sind, und wobei in jedem definierten Betriebspunkt der elektrischen Maschine (1) die Spulen (6) des Stators (2) mit einem hinsichtlich Phasenwinkel und Betrag definierten elektrischen Drehstrom betreibbar sind, um über die elektrische Maschine (1) ein definiertes Drehmoment bereitzustellen. Der Phasenwinkel des dem Betreiben der Spulen (6) dienenden elektrischen Drehstroms wird wiederholt verändert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Steuergerät zum Betreiben einer elektrischen Maschine.
  • Aus der DE 10 2006 021 489 A1 ist eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor sowie mit einem zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildeten Luftspalt bekannt. Die dort offenbarte elektrische Maschine ist als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet, wobei der Rotor einen Rotorkörper mit im Inneren des Rotorkörpers angeordneten Permanentmagneten sowie Flussbarrieren aufweist. Im Inneren des Rotorkörpers angeordnete Permanentmagnete werden auch als vergrabene Magnete bezeichnet. Die Flussbarrieren und/oder die Permanentmagnete bilden Pole der elektrischen Maschine aus, wobei im Bereich jedes Pols mindestens eine Flussbarriere und/oder ein Permanentmagnet vorhanden sind. Der Stator weist einen Statorkörper und Spulen von Elektromagneten auf, die mit einem elektrischen Drehstrom betreibbar sind.
  • Dem hier angesprochenen Fachmann ist es bekannt, dass eine solche elektrische Maschine in unterschiedlichen Betriebspunkten betrieben werden kann, um zum Beispiel unterschiedlich hohe Drehmomente bereitzustellen. In jedem der definierten Betriebspunkte der elektrischen Maschinen werden die Spulen des Stators mit einem hinsichtlich Phasenwinkel und Betrag definierten elektrischen Drehstrom betrieben, wobei nach der Praxis in jedem Betriebspunkt Phasenwinkel und Betrag des definierten elektrischen Drehstroms vorzugsweise konstant sind, um im jeweiligen Betriebspunkt ein konstantes Drehmoment bereitzustellen.
  • Beim Phasenwinkel handelt es sich um einen elektrischen Winkel zwischen der Lage des Rotors und dem in die Spulen des Stators eingeprägten elektrischen Strom.
  • Um eine elektrische Maschine optimal betreiben zu können, ist es insbesondere von Bedeutung, Betriebsparameter des Rotors zu messen und einem Steuergerät zur Verfügung zu stellen. Hierzu muss mindestens ein Sensor oder mindestens eine andere elektrische oder elektronische Baugruppe, die dem Rotor der elektrischen Maschine zugeordnet ist und zusammen mit dem Rotor rotiert, mit ausreichender elektrischer Energie versorgt werden. Hierzu kann dem Rotor eine zusammen mit dem Rotor rotierende Induktionsspule zugeordnet sein.
  • In einer solchen Induktionsspule kann auf Basis eines sich ändernden Magnetfelds ein elektrischer Strom bzw. eine elektrische Spannung induziert werden, die dann zum Betreiben mindestens eines zusammen mit dem Rotor rotierenden Sensors verwendet werden kann. Die Induktion eines elektrischen Stroms bzw. einer elektrischen Spannung in der zusammen mit dem Rotor rotierenden Induktionsspule setzt ein sich änderndes Magnetfeld voraus. Dann, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine kleiner als ein Grenzwert ist, insbesondere Null beträgt, liegt kein sich änderndes oder ein sich nur geringfügig änderndes elektrisches Magnetfeld vor, sodass kein oder nur ein geringer elektrischer Strom bzw. eine elektrische Spannung in der Induktionsspule induziert wird, die bzw. der nicht ausreichend ist, die mindestens eine elektrische oder elektronische Baugruppe wie zum Beispiel einen Sensor zu betreiben.
  • Es besteht Bedarf daran, auch dann, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine in einem definierten Betriebspunkt derselben eigentlich zu klein ist, um einen ausreichend hohen elektrischen Strom bzw. eine ausreichend hohe elektrische Spannung in der Induktionsspule zu induzieren , in der Induktionsspule den ausreichend hohen elektrischen Strom bzw. die ausreichend hohe elektrische Spannung zu induzieren, um mindestens eine zusammen mit dem Rotor rotierende elektrische oder elektronische Baugruppe betreiben zu können.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein neuartiges Verfahren und Steuergerät zum Betreiben einer elektrischen Maschine zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird der Phasenwinkel des dem Betreiben der Spulen dienenden elektrischen Drehstroms wiederholt verändert.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in einem Betriebspunkt, in welchem an sich der Phasenwinkel des definierten Drehstroms, mit welchem die Spulen des Stators betrieben werden, konstant ist, den Phasenwinkel im Sinne einer Phasenmodulation des Drehstroms zu verändern. Über den sich verändernden Phasenwinkel ändert sich das Magnetfeld im Bereich der Induktionsspule, sodass dann eine elektrische Spannung bzw. ein elektrischer Strom induziert werden kann.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird auch der Betrag des dem Betreiben der Spulen des Stators dienenden elektrischen Drehstroms im Sinne einer Amplitudenmodulation des Drehstroms wiederholt verändert. Dann, wenn zusätzlich zum Phasenwinkel auch der Betrag des Drehstroms, mit welchem die Spulen angesteuert werden, wiederholt verändert wird, ist ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine möglich, um durch Änderungen des Phasenwinkels verursachte Drehmomentänderungen auszugleichen.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden der Phasenwinkel und der Betrag des dem Betreiben der Spulen des Stators dienenden elektrischen Drehstroms so mit einer definierten, konstanten oder auch sich verändernden, Frequenz verändert wird, dass das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment unabhängig von der Veränderung des Phasenwinkels und des Betrags des Drehstroms ist oder bleibt. Dies ist besonders bevorzugt, da das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment konstant bleibt.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Frequenz, mit welcher der Phasenwinkel und gegebenenfalls der Betrag des dem Betreiben der Spulen des Stators dienenden elektrischen Drehstroms verändert wird, kleiner als 100 Hz, bevorzugt kleiner als 50 Hz, besonders bevorzugt kleiner als 20 Hz. Eine derartige Frequenz ist bevorzugt, um unerwünschte Geräuschentwicklungen zu vermeiden.
  • Vorzugsweise wird der Phasenwinkel und gegebenenfalls die Amplitude des dem Betreiben der Spulen dienenden elektrischen Drehstroms dann wiederholt verändert, wenn in einem definierten Betriebspunkt der elektrischen Maschine die Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine kleiner als ein Grenzwert ist. Die erlaubt es bei relativ kleinen Drehzahlen des Rotors der elektrischen Maschine einen ausreichend hohen elektrischen Strom bzw. eine ausreichend hohe elektrische Spannung in der Induktionsspule zu induzieren.
  • Das erfindungsgemäße Steuergerät ist in Anspruch 11 definiert.
  • Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • 1 eine Seitenansicht einer ersten elektrischen Maschine;
    • 2 eine Seitenansicht einer zweiten elektrischen Maschine;
    • 3 einen teilweisen Querschnitt durch die elektrische Maschine der 2 im Bereich von zwei Polen;
    • 4 einen Verlauf einer induzierten elektrischen Spannung;
    • 5 ein Id-Iq Diagramm der elektrischen Maschine.
  • 1 zeigt eine schematisierte Seitenansicht einer als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildeten ersten elektrischen Maschine 1, die einen Stator 2 und einen Rotor 3 umfasst. Der Rotor 3 ist innerhalb des Stators 2 angeordnet, wobei zwischen Stator 2 und Rotor 3 ein Luftspalt 4 ausgebildet ist.
  • Die Erfindung kann auch bei Reluktanzmaschinen zum Einsatz kommen.
  • Der Stator 2 der elektrischen Maschine 1 verfügt über einen vorzugsweise als Statorblechpaket 5 ausgebildeten Statorkörper sowie über mehrere vom Statorkörper bzw. Statorblechpaket 5 aufgenommene Spulen 6 von Elektromagneten.
  • Der Rotor 3 der elektrischen Maschine 1 verfügt im gezeigten Ausführungsbeispiel über einen vorzugsweise als Rotorblechpaket 7 ausgebildeten Rotorkörper sowie über mehrere im Inneren des Rotorkörpers bzw. Rotorblechpakets 7 positionierte Permanentmagnete 8. Die im Inneren des Rotorblechpakets 7 angeordneten Permanentmagnete 8 werden auch als vergrabene Permanentmagnete bezeichnet.
  • Die Permanentmagnete 8 bilden Pole aus, im Ausführungsbeispiel der 1 sechs Pole. Im Bereich jedes Pols ist mindestens ein Permanentmagnet 8 angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind im Bereich jedes Pols zwei Permanentmagnete 8 mit radialem Abstand voneinander angeordnet. Ferner weist der Rotor 3 Flussbarrieren 9 auf. Zu jeder Seite der in 1 gezeigten Permanentmagnete 8 ist dabei jeweils eine Flussbarriere 9 ausgebildet.
  • Bei einer Reluktanzmaschinen weist der Rotor Flussbarrieren aber keine Permanentmagnete auf.
  • Bei der elektrischen Maschine 1 ist dem Rotor 3 eine Induktionsspule 10 zugeordnet. Die Induktionsspule 10 rotiert zusammen mit dem Rotor 3. In der Induktionsspule 10 kann elektrischer Strom bzw. eine elektrische Spannung induziert werden, die genutzt werden kann, um eine zusammen mit dem Rotor 3 rotierende elektrische oder elektronische Baugruppe 11, insbesondere einen Sensor, zu betreiben.
  • Von der elektrischen oder elektronischen Baugruppe 11 können Signale an ein Steuergerät 12 übertragen werden, und zwar im Sinne einer durch einen Pfeil 13 visualisierten drahtlosen Signalübertragung, insbesondere per Funk.
  • Auch kann die elektrische oder elektronische Baugruppe 11 Signale von dem Steuergerät 12 empfangen.
  • Um die elektrische Maschine 1 in einem definierten Betriebspunkt zu betreiben, werden die Spulen 6 des Stators 2 ausgehend von einem Umrichter 14 im Sinne des Pfeils 15 mit einer definierten elektrischen Wechselspannung bzw. einem definierten elektrischen Drehstrom angesteuert und demnach betrieben. Dabei ist bei aus der Praxis bekannten elektrischen Maschinen 1 in einem definierten Betriebspunkt ein Phasenwinkel des definierten elektrischen Drehstroms sowie ein Betrag desselben konstant, um so ein definiertes konstantes Drehmoment in dem jeweiligen Betriebspunkt der elektrischen Maschine 1 bereitzustellen.
  • Beim Phasenwinkel handelt es sich um einen elektrischen Winkel zwischen der Lage des Rotors 3 und dem in die Spulen des Stators 2 eingeprägten elektrischen Strom.
  • Um insbesondere dann, wenn in einem definierten Betriebspunkt der elektrischen Maschine 1 die Drehzahl des Rotors 3 derselben kleiner als ein Grenzwert ist, in der Induktionsspule 10 eine ausreichend hohe elektrische Spannung bzw. einen ausreichend hohen elektrischen Strom zu induzieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in dem jeweiligen definierten Betriebspunkt zumindest den Phasenwinkel des dem Betreiben der Spulen 6 dienenden elektrischen Drehstroms 15 wiederholt im Sinne einer Phasenmodulation zu verändern, insbesondere in einer definierten Frequenz, die konstant oder variabel sein kann.
  • Vorzugsweise wird nicht nur der Phasenwinkel sondern auch der Betrag des dem Betreiben der Spulen 6 dienenden elektrischen Drehstroms 15 in dem jeweiligen definierten Betriebspunkt der elektrischen Maschine 1 im Sinne einer Amplitudenmodulation wiederholt verändert, insbesondere wiederum mit der definierten Frequenz, in welcher der Phasenwinkel verändert wird.
  • Phasenwinkel und Betrag des dem Betreiben der Spulen 6 des Stators 2 dienenden elektrischen Drehstroms 15 werden in dem jeweiligen Betriebspunkt besonders vorteilhaft so verändert, dass das von der elektrischen Maschine 1 bereitgestellte Drehmoment unabhängig von der Veränderung des Phasenwinkels und des Betrags des Drehstroms ist oder bleibt.
  • 5 zeigt ein sogenanntes Id-Iq Diagramm einer als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildeten elektrischen Maschine 1. Beim elektrischen Strom I handelt es sich um den elektrischen Drehstrom 15, welchen der Gleichrichter 14 zum Betreiben der Spulen 6 des Stators 2 bereitstellt, wobei es sich bei Id und Iq um dem Fachmann geläufige Komponenten dieses elektrischen Drehstroms handelt.
  • In dem Id-Iq Diagramm der 5 visualisiert ein Bereich 16 ein ausnutzbares Kennfeld der elektrischen Maschine 1, wobei dieser nutzbare Kennfeldbereich 16 einerseits durch eine Trajektorie 17 eines maximalen Moments pro Ampere, eine Trajektorie 18 eines maximalen Moments pro Volt und durch eine Trajektorie 19 eines maximalen Stroms begrenzt ist. Hyperbeln 20 visualisieren konstante Drehmomente der elektrischen Maschine 1.
  • In 5 soll die elektrische Maschine 1 innerhalb des Kennfelds 16 im Betriebspunkt BP betrieben werden, wozu die Spulen 6 des Stators 2 mit einem definierten elektrischen Drehstrom I angesteuert werden, der durch einen definierten Phasenwinkel Ψ gekennzeichnet ist. Die Länge des Pfeils der 5, der den elektrischen Drehstrom I zur Ansteuerung der Spulen 6 visualisiert, entspricht dem Betrag desselben.
  • In 5 visualisiert der strichpunktierte Pfeil einen elektrischen Drehstrom I1 und der gestrichelte Pfeil einen elektrischen Drehstrom I2 mit Phasenwinkeln Ψ1 und Ψ2 sowie angepassten Beträgen, sodass das von der elektrischen Maschine 1 bereitgestellte Drehmoment konstant bleibt. Der elektrischen Drehstrom I wird zwischen den elektrischen Drehströmen I1 und I2 geändert, also der Phasenwinkel Ψ zwischen den Phasenwinkeln Ψ1 und Ψ2 und der Betrag zwischen den Beträgen der Ströme I1 und I2, wodurch sich dann bei konstantem Drehmoment das Magnetfeld ändert und in der Induktionsspule 16 ein elektrischer Strom bzw. eine elektrische Spannung induziert wird. Dies kann genutzt werden, um die zusammen mit dem Rotor 3 rotierende elektrische oder elektronische Baugruppe 11 zu betreiben.
  • Die Änderung des Phasenwinkels Ψ sowie des Betrags des elektrischen Stroms I erfolgt vorzugsweise über den Umrichter 14, wobei der Umrichter 14 einerseits den Phasenwinkel Ψ und andererseits den Betrag des elektrischen Stroms I regeln kann. Hierzu werden dann dem Umrichter 14 für den jeweiligen Betriebspunkt der elektrischen Maschine 1 ein Soll-Phasenwinkel sowie ein Soll-Betrag des elektrischen Stroms vorgegeben, wobei sich diese Soll-Werte mit der definierten Frequenz ändern, entweder stufenartig oder sinusförmig oder sägezahnartig oder dergleichen.
  • Die Frequenz, mit welcher der Phasenwinkel Ψ und ggf. der Betrag des zum Betreiben der Spulen 6 dienenden elektrischen Drehstroms I verändert wird, ist vorzugsweise kleiner als 100 Hz, bevorzugt kleiner als 50 Hz, besonders bevorzugt kleiner als 20 Hz. Hierdurch können Geräuschentwicklungen, die als nachteilig empfunden werden, vermieden werden.
  • Die Erfindung wird vorzugsweise bei der elektrischen Maschine 1 der 2 und 3 genutzt. Diese entspricht hinsichtlich ihres grundsätzlichen Aufbaus der elektrischen Maschine 1 der 1, weshalb für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Es wird nachfolgend nur auf solche Details eingegangen, durch die sich die elektrische Maschine 1 der 2 und 3 von der elektrischen Maschine 1 der 1 unterschiedet. Hinsichtlich aller übrigen Details kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.
  • Bei der elektrischen Maschine 1 der 2 und 3 verläuft bzw. verlaufen im Bereich mindestens einer ersten Flussbarriere 9 des Rotors 3 mindestens ein erster elektrische Leiter 22 und im Bereich mindestens einer zweiten Flussbarriere 9 des Rotors 3 mindestens ein zweiter elektrischer Leiter 23, die mindestens eine Induktionsspule 21 ausbilden und einen Abschnitt des Rotorblechpakets 7, der einen Spulenkern der jeweiligen Induktionsspule 12 ausbildet, spulenartig umwickeln.
  • Der mindestens eine in der jeweiligen ersten Flussbarriere 9 verlaufende erste elektrische Leiter 22 leitet einen elektrischen Strom in einer ersten Richtung und der mindestens eine in einer jeweiligen zweiten Flussbarriere 9 verlaufende zweite elektrische Leiter 23 leitet den elektrischen Strom in einer entgegengesetzten zweiten Richtung, wobei ein solcher erster elektrischer Leiter 22 auch als Hinleiter und ein solcher zweiter elektrischer Leiter 23 auch als Rückleiter bezeichnet werden können.
  • Von der Anzahl der elektrischen Leiter 22, 23, die sich in den Flussbarrieren 9 erstrecken und zusammen eine jeweilige Induktionsspule 21 bilden, ist die Anzahl der Windungen der jeweiligen Induktionsspule 21 abhängig.
  • In dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen die elektrischen Leiter 22, 23, die jeweils eine Induktionsspule 21 ausbilden, durch die Flussbarriere 9 desselben Pols. Die elektrischen Leiter 22, 23, die gemeinsam eine Induktionsspule 21 ausbilden, können sich auch durch Flussbarrieren 9 unterschiedlicher Pole des Rotors 3 erstrecken, insbesondere durch Flussbarrieren 9 von in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarter Pole des Rotors 3 der elektrischen Maschine 1.
  • Mit der hier vorliegenden Erfindung wird eine völlig neuartige Möglichkeit geschaffen, für mindestens eine elektrische oder elektronische Baugruppe 11, insbesondere für einen Sensor, die bzw. der dem Rotor 3 der elektrischen Maschine 1 zugeordnet ist und zusammen mit dem Rotor 3 der elektrischen Maschine 1 rotieren kann, elektrische Energie für den Betrieb zu gewinnen. In der jeweiligen Induktionsspule 10, 21 wird ein elektrischer Strom bzw. eine elektrische Spannung induziert, die für den Betrieb der elektrischen oder elektronischen Baugruppe 11 genutzt werden kann. Die Baugruppe 11 kann drahtlos, zum Beispiel über Funk, mit dem Steuergerät 12 Daten austauschen.
  • 4 zeigt über der Zeit t einen Verlauf einer elektrischen Spannung U, die pro Windung einer jeweiligen Induktionsspule 10, 21 in dieselbe induziert wird und zum Betrieb der zusammen mit dem Rotor 3 rotierenden Baugruppe 11 genutzt werden kann.
  • Dier Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät zum Betreiben einer elektrischen Maschine, insbesondere einer permanenterregten Synchronmaschine. Das Steuergerät ist eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren steuerungsseitig auszuführen.
  • Insbesondere dann, wenn in einem definierten Betriebspunkt der elektrischen Maschine 1 die Drehzahl des Rotors 3 der elektrischen Maschine 1 kleiner als ein Grenzwert ist, verändert das Steuergerät wiederholt zumindest den Phasenwinkel und vorzugsweise auch den Betrag des dem Betreiben der Spulen 6 des Stators 2 dienenden elektrischen Drehstroms.
  • Das Steuergerät wird vorzugsweise vom Umrichter 14 bereitgestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    elektrische Maschine
    2
    Stator
    3
    Rotor
    4
    Luftspalt
    5
    Statorkörper / Statorblechpaket
    6
    Spule
    7
    Rotorkörper / Rotorblechpaket
    8
    Permanentmagnet
    9
    Flussbarriere
    10
    Induktionsspule
    11
    Baugruppe
    12
    Steuergerät
    13
    Signalübertragung
    14
    Umrichter
    15
    Drehstrom
    16
    Kennfeldbereich
    17
    Trajektorie eines maximalen Moments pro Ampere
    18
    Trajektorie eines maximalen Moments pro Volt
    19
    Trajektorie eines maximalen Stroms
    20
    Hyperbel konstanten Drehmoments
    21
    Induktionsspule
    22
    elektrischer Leiter
    23
    elektrischer Leiter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006021489 A1 [0002]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (1), wobei die elektrische Maschine (1) einen Stator (2), einen Rotor (3) und einen zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) ausgebildeten Luftspalt (4) aufweist, wobei der Rotor (3) einen Rotorkörper (7), Pole ausbildende Flussbarrieren (9) und/oder Permanentmagnete (8) und mindestens eine Induktionsspule (10, 21) zur Energiegewinnung aufweist, wobei der Stator (2) einen Statorkörper(5) und Spulen (6) aufweist, die mit einem elektrischen Drehstrom betreibbar sind, wobei in jedem definierten Betriebspunkt der elektrischen Maschine (1) die Spulen (6) des Stators (2) mit einem hinsichtlich Phasenwinkel und Betrag definierten elektrischen Drehstrom betreibbar sind, um über die elektrische Maschine (1) ein definiertes Drehmoment bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel des dem Betreiben der Spulen (6) dienenden elektrischen Drehstroms wiederholt verändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel des dem Betreiben der Spulen (6) dienenden elektrischen Drehstroms mit einer Frequenz verändert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Betrag des dem Betreiben der Spulen (6) dienenden elektrischen Drehstroms wiederholt verändert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des dem Betreiben der Spulen (6) dienenden elektrischen Drehstroms mit der Frequenz verändert wird, mit welcher der Phasenwinkel verändert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel und der Betrag des dem Betreiben der Spulen (6) dienenden elektrischen Drehstroms so verändert wird, dass das von der elektrischen Maschine (1) bereitgestellte Drehmoment unabhängig von der Veränderung des Phasenwinkels und des Betrags des Drehstroms ist oder bleibt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel und der Betrag des dem Betreiben der Spulen (6) dienenden elektrischen Drehstroms von einem Umrichter (14) gestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz, mit welcher der Phasenwinkel und gegebenenfalls der Betrag des dem Betreiben der Spulen (6) dienenden elektrischen Drehstroms verändert wird, kleiner als 100 Hz, bevorzugt kleiner als 50 Hz, besonders bevorzugt kleiner als 20 Hz, ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Rotorkörpers (7) Flussbarrieren (9)ausgebildet sind, im Bereich mindestens einer ersten Flussbarriere (9) des Rotors (3) mindestens ein erster elektrischer Leiter (22) und im Bereich mindestens einer zweiten Flussbarriere (9) des Rotors (2) mindestens ein zweiter elektrischer Leiter (23) verläuft bzw. verlaufen, welche die mindestens eine Induktionsspule (21) ausbilden und einen Abschnitt des Rotorkörpers (7), der einen Spulenkern der mindestens einen Induktionsspule (21) ausbildet, spulenartig umwickeln.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der mindestens eine erste elektrische Leiter (22) und der mindestens eine zweite elektrische Leiter (23), welche zusammen eine jeweilige Induktionsspule (21) ausbilden, durch Flussbarrieren (9) desselben Pols oder durch Flussbarrieren (9) unterschiedlicher Pole des Rotors (3) erstrecken.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel des dem Betreiben der Spulen (6) dienenden elektrischen Drehstroms dann wiederholt verändert wird, wenn in einem definierten Betriebspunkt der elektrischen Maschine (1) die Drehzahl des Rotors (3) der elektrischen Maschine (1) kleiner als ein Grenzwert ist.
  11. Steuergerät zum Betreiben einer elektrischen Maschine (1), wobei das Steuergerät in jedem definierten Betriebspunkt der elektrischen Maschine (1) Spulen (6) des Stators (2) mit einem hinsichtlich Phasenwinkel und Betrag definierten elektrischen Drehstrom betreibt, um über die elektrische Maschine (1) ein definiertes Drehmoment bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät den Phasenwinkel des dem Betreiben der Spulen (6) dienenden elektrischen Drehstroms wiederholt verändert.
  12. Steuergerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 steuerungsseitig auszuführen.
DE102020201413.2A 2020-02-05 2020-02-05 Verfahren und Steuergerät zum Betreiben einer elektrischen Maschine Withdrawn DE102020201413A1 (de)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4137559A1 (de) 1991-11-15 1993-05-19 Heidelberger Druckmasch Ag Einrichtung zur erfassung mindestens einer zustandsgroesse eines buerstenlosen gleichstrommotors
DE102006021489A1 (de) 2006-05-09 2007-11-15 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine
DE102010061897A1 (de) 2010-11-24 2012-05-24 Robert Bosch Gmbh Ansteuerverfahren und -Vorrichtung für eine elektrische Maschine
DE102007057499B4 (de) 2006-11-30 2017-06-08 Denso Corporation System und Verfahren zum Steuern eines Motors unter Verwendung eines mit einem magnetischen Fluss zusammenhängenden Parameters
DE102016220014A1 (de) 2016-10-13 2017-12-07 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters einer elektrischen Maschine sowie Steuervorrichtung, elektrische Maschine und Kraftfahrzeug

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4137559A1 (de) 1991-11-15 1993-05-19 Heidelberger Druckmasch Ag Einrichtung zur erfassung mindestens einer zustandsgroesse eines buerstenlosen gleichstrommotors
DE102006021489A1 (de) 2006-05-09 2007-11-15 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine
DE102007057499B4 (de) 2006-11-30 2017-06-08 Denso Corporation System und Verfahren zum Steuern eines Motors unter Verwendung eines mit einem magnetischen Fluss zusammenhängenden Parameters
DE102010061897A1 (de) 2010-11-24 2012-05-24 Robert Bosch Gmbh Ansteuerverfahren und -Vorrichtung für eine elektrische Maschine
DE102016220014A1 (de) 2016-10-13 2017-12-07 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters einer elektrischen Maschine sowie Steuervorrichtung, elektrische Maschine und Kraftfahrzeug

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