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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Offsetwinkels zwischen der tatsächlichen Einbauposition des Rotorlagesensors gegenüber seiner idealen Position einer elektrischen Maschine, insbesondere der elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs.
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Verfahren zur Bestimmung der Rotorlage sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Üblicherweise wird der elektrischen Maschine ein Rotorlagesensor zugeordnet, der die Aufgabe hat einen Rotorwinkelwert zu erfassen. Die Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Maschine kann anschließend basierend auf dem erfassten Rotorwinkelwert durchgeführt werden. Hierbei ist ferner bekannt, dass Abweichungen bei der mechanischen Einbauposition des Rotorlagesensors auftreten können, sodass beispielsweise der Rotorlagesensor einen von einem tatsächlichen Rotorwinkel abweichenden erfassten Rotorwinkelwert ausgibt. Eine solche Abweichung in der Erfassung des Rotorwinkels führt im Betrieb der elektrischen Maschine zu Nachteilen.
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Um diese Abweichung zu vermeiden sind insbesondere mechanische Vorkehrungen bekannt, die beispielsweise mechanisch eine Positionierung des Rotorlagesensors verändern, um so eine Abweichung zu korrigieren. Entsprechende bekannte mechanische Korrektursysteme sind jedoch zum einen aufwendig zu kalibrieren und zum anderen aufwendig herzustellen bzw. zu montieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Bestimmung des Offsetwinkels zwischen der tatsächlichen Einbauposition des Rotorlagesensors gegenüber seiner idealen Position einer elektrischen Maschine darzustellen .
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Wie beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Offsetwinkels zwischen der tatsächlichen Einbauposition des Rotorlagesensors gegenüber seiner idealen Position einer elektrischen Maschine, zum Beispiel der elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren beruht auf der Voraussetzung , dass der Rotor mit einer bestimmten Drehzahl gedreht wird. Der Motor wird stromgeregelt betrieben, während der Rotor bei der zuvor beschriebenen Drehzahl dreht.
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Während der Rotor mit der definierten Drehzahl dreht und die Stromregelung durchgeführt wird, wird der Rotorwinkel kontinuierlich mit dem Rotorlagesensor erfasst. Der zur Einregelung des definierten Stromes ausgegebene Spannungszeiger hat bei ideal positionierten Sensoren einen bestimmten Sollwert bezogen auf ein definiertes Bezugskoordinatensystem. Weicht die Einbaulage von der idealen ab, so weicht der ausgegebene Spannungszeiger im gleichen Maße von seinem idealen Wert ab. Dieser Wert wird ermittelt.
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Mit anderen Worten wird eine Erfassung des Spannungszeigerwinkels durchgeführt, welcher auf der Stromregelung basiert bzw. aus der Stromregelung ermittelt wird. Anschließend kann eine Abweichung zwischen dem erfassten und dem idealen Winkelwert bestimmt werden. Mit anderen Worten wird überprüft, ob die beiden Werte die gleichen Ergebnisse liefern. Tritt eine Abweichung auf, kann darauf geschlossen werden, dass der Rotorlagesensor nicht die ideale Einbaulage hat, und dessen Lage durch einen Offsetwinkel korrigiert werden muss.
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Dabei wird der erfasste Rotorlagewinkel um den entsprechenden Offsetwinkel korrigiert. Mit anderen Worten wird sichergestellt, dass die Erfassung des Rotorwinkelwerts des Sensors den tatsächlichen Rotorwinkel ergibt, sodass die Rotorlage anschließend ermittelt werden kann ohne dass eine zusätzliche Korrektur notwendig ist.
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Als „Rotorwinkel“ bzw. „Rotorlage“ wird hierin die aktuelle Ausrichtung des Rotors in der elektrischen Maschine verstanden. Hierbei wird insbesondere die Ausrichtung der d-Achse des Rotors in einem definierten Koordinatensystem als Rotorlage bzw. Rotorwinkel verstanden.
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Zur Bestimmung der Abweichung wird, wie beschrieben eine Stromregelung durchgeführt. Diese wird insbesondere auf 0 durchgeführt. Dabei wird der berechnete Spannungszeiger der Software erfasst. In einem solchen Betriebszustand ist bei der korrekten Einbaulage des Rotorlagesensors zu erwarten, dass der Spannungszeiger auf der d-Achse liegt, d.h., dass sich eine Abweichung von 0 gegenüber der d-Achse ergibt. Tritt eine Abweichung ungleich 0 auf, so wird diese bestimmt. Tritt eine Abweichung auf, ist dies auf eine nicht ideale Einbaulage des Rotorlagesensors zurückzuführen, die entsprechend als Abweichung bestimmt und anschließend korrigiert werden kann.
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Dabei wird eine Differenz aus dem idealen und dem tatsächlichen Spannungszeigerwinkel gebildet. Mit diesem Wert kann der erfasste Rotorwinkel um diese Abweichung korrigiert werden.
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Somit wird sichergestellt, dass die Erfassung der Rotorlage seitens des Rotorlagesensors den tatsächlichen Rotorwinkel ergibt, sodass im anschließenden Betrieb der elektrischen Maschine stets die Ermittlung des Rotorwinkels des Rotors allein durch die Erfassung mittels des Rotorlagesensors durchgeführt werden kann.
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Mit anderen Worten ist es somit nicht mehr erforderlich, eine mechanische Veränderung an der elektrischen Maschine bzw. des Rotors oder des Rotorlagesensors vorzunehmen. Stattdessen kann eine Abweichung bestimmt und der vom Sensor gemessene Rotorwinkelwert entsprechend um die Abweichung korrigiert werden.
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Die bestimmte Abweichung kann anschließend in einer der elektrischen Maschine zugeordneten Steuerungseinrichtung abgelegt und zur Korrektur des erfassten Rotorwinkels abgerufen werden. Wird die Rotorlage seitens des Rotorlagesensors erfasst kann das Ergebnis stets um die Abweichung korrigiert werden, indem diese aus dem entsprechenden Speicher aus der Steuerungseinrichtung abgerufen und in die Ausgabe bzw. Bestimmung der Rotorlage mit einbezogen wird.
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Das Verfahren kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass der Rotor zur Bestimmung des Rotorwinkels in einem bestimmten Drehzahlbereich unterhalb des Feldschwächbereichs gedreht wird, insbesondere zwischen oder in einem Übergang zwischen Feldschwächbereich und Ankerstellbereich. Grundsätzlich ist der Drehzahlbereich, in dem der Rotor gedreht wird, weitgehend beliebig wählbar. Hierbei bietet sich jedoch ein Drehzahlbereich unterhalb des Feldschwächbereichs an, beispielsweise zwischen 1 bis 25 % unterhalb der Grenze zum Feldschwächbereich, insbesondere ca. 10 % unterhalb des Feldschwächbereichs. In einem solchen Bereich, der auch als Ankerstellbereich bezeichnet werden kann, ist die Spannung groß genug, um einen Strom gleich 0 regeln zu können. Die Drehzahl des Rotors sollte hierbei insbesondere über einer definierten Mindestgrenze liegen, sodass die Stromregelung nicht beeinträchtigt wird.
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Die Bestimmung der Abweichung kann während einer Endmontage oder in einem Erstbetrieb der elektrischen Maschine durchgeführt werden. Demnach kann vorgesehen sein, dass die Ermittlung der Abweichung während einer Endmontage durchgeführt wird, d.h., nachdem die elektrische Maschine entsprechend in einen definierten Montagezustand versetzt wurde. Beispielsweise kann am Ende einer Fertigungsstraße ein beschriebenes Verfahren durchgeführt werden, um die Abweichung zu bestimmen und somit die Erfassung des Rotorwinkels um die bestimmte Abweichung korrigieren zu können. Ebenso ist es möglich, das beschriebene Verfahren bei einer ersten Inbetriebnahme der elektrischen Maschine durchzuführen, beispielsweise wenn diese zuerst gestartet wird.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine, wobei eine Abweichung des erfassten Rotorwinkels, wie zuvor beschrieben, bestimmt werden kann, wobei der erfasste Rotorwinkel, im Betrieb der elektrischen Maschine um die Abweichung korrigiert wird.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, welche zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Ebenso betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine und eine solche Steuerungseinrichtung. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf das Verfahren zur Bestimmung des Rotorlage-Offsetwinkels beschrieben wurden, sind vollständig auf das Verfahren zum Betrieb der elektrischen Maschine, die Steuerungseinrichtung und das Kraftfahrzeug übertragbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. ist eine schematische Darstellung und zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des beschriebenen Verfahrens.
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Das beschriebene Verfahren kann in einem Block 1 begonnen werden, in dem der Rotor einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug, welche elektrische Maschine und welches Kraftfahrzeug nicht näher dargestellt sind, auf eine bestimmte Drehzahl gebracht wird. Es wird dabei insbesondere eine Drehzahl unterhalb eines Feldschwächbereichs im Ankerstellbereich gewählt. Zum Beispiel kann die definierte Drehzahl in Abhängigkeit von einer Eckdrehzahl gewählt werden, insbesondere zwischen 1% und 25 % unterhalb des Feldschwächbereichs, beispielsweise 10 % unterhalb des Feldschwächbereichs. Bei der ausgewählten Drehzahl wird sichergestellt, dass eine solche Spannung ausgegeben werden kann, um einen Strom gleich 0 in der elektrischen Maschine einzuregeln. In Block 1 wird somit neben der Drehung des Rotors die Stromregelung ausgeführt. Die Stromregelung kann auch in einem anderen Block durchgeführt werden, zum Beispiel in Block 2.
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In einem Block 2 wird die Erfassung des aktuellen Spannungszeigerwinkels durchgeführt. Zur Erfassung der Rotorlage wird ein Rotorlagesensor verwendet, der einen Rotorwinkelwert liefert. Mit anderen Worten wird der Rotorlagesensor dazu verwendet, die aktuelle Position des Rotors der elektrischen Maschine zu erfassen. Der Offsetwinkel wird dadurch erfasst, indem der Winkel des Ausgabespannungszeigers aus der Stromregelung bestimmt bzw. ermittelt wird. Hierzu wird der Strom in der elektrischen Maschine gleich 0 geregelt. Der ideale Spannungszeiger liegt in einem solchen Betriebszustand auf der d-Achse des Rotors.
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In einem Block 3 wird anschließend eine Abweichung zwischen dem ermittelten und dem idealen Winkel bestimmt. D.h. es wird bestimmt, ob die Werte gleich sind oder voneinander abweichen. Dadurch lässt sich bestimmen, ob der Rotorlagesensor den korrekten Wert für den Rotorwinkel erfasst, d.h., es kann bestimmt werden, ob der erfasste Rotorwinkelwert dem tatsächlichen Rotorwinkel entspricht oder ob der erfasste Rotorwinkelwert von dem tatsächlichen Rotorwinkel abweicht.
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Tritt eine Abweichung auf, liegt der Spannungszeiger nicht auf der d-Achse des Rotors. Somit kann eine Abweichung aus der Bestimmung und der Erfassung des Winkels bestimmt werden. Die Differenz wird als Korrekturwert abgespeichert. Die Korrektur kann beispielsweise in einem Steuergerät oder einer Steuerungseinrichtung hinterlegt werden, die der elektrischen Maschine zugeordnet ist. Dies kann beispielsweise in einem Block 4 des Verfahrens durchgeführt werden.
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Anschließend kann die Bestimmung der Rotorlage bzw. des Rotorwinkels basierend auf dem Sensorwert durchgeführt werden, wobei der erfasste Rotorwinkelwert stets um die Abweichung korrigiert wird. Mit anderen Worten wird in dem beschriebenen Verfahren zunächst ermittelt, ob eine Korrektur des erfassten Rotorwinkelwerts erforderlich ist. Tritt eine Abweichung auf, kann diese bestimmt und eine entsprechende Korrektur berechnet werden, sodass anschließend die Erfassung des Rotorwinkelwerts durch den Rotorlagesensor entsprechend korrigiert werden kann. Beispielsweise kann die Korrektur in einem Speicher der Steuerungseinrichtung abgelegt und stets bei der Berechnung des Rotorwinkels berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der erfasste Rotorwinkel um die Abweichung korrigiert werden, in dem die Abweichung addiert bzw. subtrahiert werden kann.
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Das beschriebene Verfahren kann während der Montage der elektrischen Maschine, beispielsweise in einer Station entlang einer Fertigungsstraße, durchgeführt werden. Ebenso ist es möglich, das Verfahren bei der ersten Inbetriebnahme der elektrischen Maschine durchzuführen. Somit kann gewährleistet werden, dass die Erfassung der Rotorlage die gewünschten Ergebnisse liefert, nämlich dadurch, dass der erfasste Rotorwinkelwert korrigiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1-4
- Block
