DE10218538A1

DE10218538A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung des Leistungsverlustes eines Magneten in einem Motor sowie Hybrid-Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE10218538A1
Application number: DE10218538A
Authority: DE
Inventors: Abbas Raftari; Vijay K Garg
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2002-11-07
Also published as: GB0208440D0; US20020175674A1; GB2376305A; GB2376305B; US6573745B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung und Erfassung des Leistungsverlustes eines Permanentmagneten in einem Motor (24) für ein elektrisches oder Hybridelektrofahrzeug. Ein Spannungskontrollgerät (102, 104) ist unmittelbar mit einem Fahrmotor (38) und/oder einem Generatormotor (30) verbunden, um eine permanentmagnetisch induzierte Spannung innerhalb des Motors (24) bei einer vorbestimmten Drehzahl und unter Nicht-Last-Bedingungen zu erfassen (300). Eine Steuereinrichtung (100) vergleicht die erfasste permanentmagnetisch induzierte Spannung mit einer erwarteten Referenzspannung, welcher einer erwarteten permanentmagnetisch induzierten Spannung bei voller Magnetisierung und der vorbestimmten Drehzahl entspricht (302). Die Steuereinrichtung (100) erzeugt einen Magnetisierungswert, der auf der Referenzspannung, der erfassten permanentmagnetisch induzierten Spannung und der vorbestimmten Drehzahl basiert. Der Magnetisierungswert wird als zukünftige Referenz gespeichert (304). Es wird ferner eine Sicherheitsanzeige für den Benutzer des Fahrzeugs erzeugt, wenn der Magnetisierungswert unterhalb eines Sicherheitsschwellenwerts liegt (306).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Leistungsverlustes eines Magneten in ei nem Motor, insbesondere des Leistungsverlustes eines Perma nentmagneten in Motoren/Generatoren in elektrischen Fahrzeu gen und Hybridelektrofahrzeugen. Die Erfindung betrifft fer ner Hybridelektrofahrzeuge (HEVs = hybrid electric vehicles) bzw. elektrische Fahrzeuge.

Allgemein wird angestrebt, den Verbrauch fossiler Kraftstof fe und die Emissionen von Kraftfahrzeugen und anderen Fahr zeugen, die überwiegend durch Verbrennungskraftmotoren (ICEs = internal combustion engines) angetrieben werden, zu redu zieren. Durch elektromotorisch angetriebene Fahrzeuge wird versucht, dieser Notwendigkeit Rechnung zu tragen. Eine wei tere bekannte alternative Lösung liegt darin, innerhalb ei nes Fahrzeugs einen kleineren Verbrennungskraftmotor (ICE) mit einem Elektromotor zu kombinieren. Derartige Fahrzeuge weisen sowohl die Vorteile von ICE-Fahrzeugen als auch die jenigen von Elektrofahrzeugen auf und werden üblicherweise als Hybridelektrofahrzeuge (HEVs) bezeichnet. Derartige Fahrzeuge sind beispielsweise aus der US-PS 53 43 970 be kannt.

Hybridelektrofahrzeuge können eine Vielzahl von Ausgestal tungen aufweisen. Bei einer Ausführungsform treibt ein Elek tromotor einen Rädersatz an, während der Verbrennungskraft motor einen anderen Rädersatz antreibt. Bei Serien-Hybrid elektrofahrzeugen (SHEV = series hybrid electric vehicle) beispielsweise ist ein Motor (üblicherweise ein Verbren nungskraftmotor) mit einem Elektromotor verbunden, welcher als Generator betrieben wird. Der Generator wiederum liefert elektrische Energie an eine Batterie oder an einen weiteren Motor, welcher als Fahrmotor (traction motor) bezeichnet wird. In Serien-Hybridelektrofahrzeugen stellt der Fahrmotor die einzige Quelle des Drehmoments für die Räder dar, und es existiert keine mechanische Verbindung zwischen dem Motor und den Antriebsrädern. Parallel-Hybridelektrofahrzeuge (PHEV = parallel hybrid electrical vehicle) weisen eine An ordnung mit einem Motor (üblicherweise ein Verbrennungs kraftmotor) und einem Elektromotor auf, welche in variablem Umfang zusammen arbeiten, um das nötige Drehmoment auf die Räder zu übertragen, d. h. das Fahrzeug anzutreiben. In der PHEV-Ausgestaltung kann der Motor ferner als Generator be trieben werden, um die Batterie mit der durch den Betrieb des Verbrennungskraftmotor erzeugten elektrischen Energie zu laden.

Parallel-/Serien-Hybridelektrofahrzeuge (PSHEV = paral lel/series hybrid electric vehicle) weisen Eigenschaften so wohl der PHEV- als auch der SHEV-Ausgestaltungen auf und werden manchmal als "Energieteilungs"-Konfiguration ("power split" configuration) bezeichnet. Bei einer der verschiede nen Arten von PSHEV-Ausgestaltungen ist ein Verbrennungs kraftmotor mechanisch mit zwei Elektromotoren in einer Pla netengetriebe-Hinterachse verbunden. Ein erster Elektromo tor, der Generator, ist dabei mit einem Sonnenrad verbunden.

Der Verbrennungskraftmotor ist mit einem Träger verbunden. Ein zweiter Elektromotor, der Fahrmotor, ist über eine zu sätzliche Verzahnung in einer Hinterachse mit einem Hohlrad bzw. einem Abtriebsritzel verbunden. Das Drehmoment des Mo tors kann dabei den Generator antreiben, um die Batterie zu laden. Der Generator kann ferner zum nötftgen Drehmoment an den Rädern bzw. der Abtriebswelle beitrageh, wenn die Anord nung eine Einweg-Kupplung aufweist. Der Fahrmotor wird ver wendet, um zusätzliches Drehmoment für die Räder zur Verfü gung zu stellen und Bremsenergie zum Laden der Batterie zu rückzugewinnen. In dieser Ausführung kann der Generator se lektiv ein Reaktions-Drehmoment (reaction torque) liefern, welches zur Steuerung der Motordrehzahl verwendet werden kann. Mit dem Motor, dem Generatormotor und dem Fahrmotor können eine kontinuierliche und variable Getriebewirkung (CVT = continious variable transmission) erzielt werden. Bei Hybridelektrofahrzeugen besteht ferner die Möglichkeit, die Leerlaufdrehzahl des Motors im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen durch Verwendung des Generators zur Steuerung der Motordrehzahl besser zu steuern.

Der Generatormotor und der Fahrmotor weisen jeweils Perma nentmagneten auf. Diese Permanentmagneten können durch einen Defekt bzw. eine Störung entmagnetisiert werden. Sie können auch mit der Zeit aufgrund von Temperatureinflüssen, Brumm effekten durch hohe Ströme (high current ripples) oder hohe Leistungen (power ripples), Vibrationen und Alterung entma gnetisiert werden bzw. ihre Leistung verlieren. Die Entma gnetisierung kann zu einem Leistungsverlust des Fahrzeugs führen, beispielsweise hinsichtlich der Ausgangsenergie bzw. des Ausgangsdrehmomentes sowie seiner Effizienz. Die Entma gnetisierung kann auch einen Grad erreichen, bei dem die Si cherheit in Frage gestellt ist. Die Entmagnetisierung kann insbesondere zu einer Verringerung des Drehmoments führen, welches zum Antrieb der Räder in einem kritischen Moment, beispielsweise beim Überholen eines Fahrzeugs, zur Verfügung steht. Die Entmagnetisierung kann ferner zu einer Verringe rung der Energie führen, die zur Rückgewinnungsbremsung zur Verfügung steht, was sich nachteilig auf den Bremsweg bzw. die Bremszeit auswirken kann.

Aus der US-PS 56 50 706 ist eine Steuervorrichtung für einen als Schenkelpolmaschine ausgebildeten Permanentmagnetmotor bekannt. Damit soll eine Verringerung des Drehmoments auf grund der Entmagnetisierung des Magneten erreicht werden. Dabei wird ein magnetischer Fluss des Permanentmagneten be rechnet oder aus der Ermittlung einer elektromotorischen Kraft des Permanentmagneten abgeleitet. Diese Ableitung er folgt basierend auf einer an dem Permanentmagnetmotor anlie genden Spannung und einem diesem zugeführten Strom, der Mo tordrehzahl und der Induktivität des Permanentmagnetmotors. Diese elektromotorische Kraft wird mit einer Referenz-EMK (EMK = elektromotorische Kraft) verglichen, die der eines vollmagnetisierten Permanentmagneten entspricht. Da diese Vorgehensweise komplex und beschwerlich ist, wird in der US- PS 56 50 706 eine direkte Erfassung der Entmagnetisierung durch einen Einsatz bestimmter Sensoren vorgeschlagen, wie beispielsweise einer Hall-Vorrichtung oder eines Magnetore sistivelementes. Diese Verfahren zur direkten Erfassung der Entmagnetisierung sind aber relativ teuer und führen zu ei ner Erhöhung des Wartungsbedarfs, da die Anordnung eines komplexen Sensors im Motorraum erforderlich ist. Zudem wird die Entmagnetisierung jenseits einer Sicherheitsgrenze nicht überwacht und auch nicht deren Auswirkung auf sicherheitsre levante Reaktionen angezeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung für eine Überwa chung eines Leistungsabfalls eines Permanentmagneten und für eine Bestimmung, ob der Leistungsverlust eines Permanentma gneten eine Sicherheitsgrenze unterschreitet, zu schaffen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Kontrollgerät für den Leistungsverlust eines Permanentmagneten für ein elektrisches oder ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) zur Verfü gung zu stellen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein sicheres und direktes Verfahren zur Bestimmung des ma gnetischen Flusses eines Permanentmagneten in einem Motor zur Verfügung zu stellen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Magnetisierungszustand eines Permanentmagneten zwecks Einstellung eines Drehmomentes eines Generatormotors zur Steuerung der Drehzahl eines Verbrennungskraftmotors zu be stimmen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungs gemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ge mäß Patentanspruch 1, ein Verfahren der eingangs genannten Art gemäß Patentanspruch 8 und ein Hybridelektrofahrzeug ge mäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der jeweiligen Unteran sprüche.

Erfindungsgemäß wird in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung zur Überwachung des Magnetisierungszustandes des Permanent magneten in einem Motor zur Verfügung gestellt. Die Vorrich tung beinhaltet ein Spannungskontrollgerät, welches eine permanentmagnetisch induzierte Spannung innerhalb des Motors bei einer vorbestimmten Drehzahl und im Leerlauf erfasst.

Das Spannungskontrollgerät ist mit einem Prozessor verbun den, der die permanentmagnetisch induzierte Spannung auf nimmt und diese mit einer Referenzspannung vergleicht, die der permanentmagnetisch induzierten Spannung des Motors bei einem vollmagnetisierten Permanentmagneten entspricht. Der Prozessor bestimmt einen Magnetisierungswert des Permanent magneten als Funktion der erfassten permanentmagnetisch in duzierten Spannung, der Referenzspannung und der vorbestimm ten Drehzahl. Der Magnetisierungswert wird für eine spätere Verwendung als Sicherheitsindikator gespeichert, und zwar um das Drehmoment des Motors einzustellen und um anzuzeigen, dass der Motor ein gefordertes Drehmoment oder eine gefor derte elektrische Nutzbremsung nicht zur Verfügung stellen kann. Im Falle eines Generatormotors zeigt der Magnetisie rungswert ferner an, ob der Generatormotor eine geforderte Steuerung der Motordrehzahl leisten kann. Bei dem Motor han delt es sich vorzugsweise um einen Fahrmotor oder Generator motor für ein elektrisches Fahrzeug oder ein Hybridelektro fahrzeug.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bestimmung des Leistungsverlustes in einem Permanentmagneten eines Mo tors. Dabei wird zunächst eine permanentmagnetisch induzier te Spannung des Motors erfasst. Die permanentmagnetisch in duzierte Spannung wird vorzugsweise durch Induzieren einer Spannung in Aufnehmerspulen erfasst, die um Zähne eines Ständers des Motors gewickelt sind. Die Spannung wird bei einer vorbestimmten Drehzahl durch die Rotation eines die Permanentmagneten beinhaltenden Rotors induziert. Die er fasste permanentmagnetisch induzierte Spannung wird mit ei ner Referenzspannung verglichen, welche der bei voller Ma gnetisierung der Permanentmagneten bei einer vorbestimmten Drehzahl entspricht. Ein Magnetisierungswert der Permanent magneten wird als Funktion der erfassten permanentmagnetisch induzierten Spannung, der Referenzspannung und der vorbe stimmten Drehzahl erzeugt. Der Magnetisierungswert wird für eine weitere Verwendung als Sicherheitsindikator, für eine Einstellung des Motordrehmoments und für eine Anzeige, dass der Motor ein gefordertes Drehmoment oder eine geforderte elektrische Nutzbremsung nicht zur Verfügung stellen kann, gespeichert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren beispiel haft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Anordnung für ein Hybrid elektrofahrzeug (HEV) gemäß einer bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Hinterachsenmanagementein heit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Motor gemäß einer be vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung, und

Fig. 4 ein Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Erfassung des Leistungsverlustes eines Perma nentmagneten gemäß einer bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Fahrzeuge und insbesondere Hybridelektrofahrzeuge (HEVs). Fig. 1 zeigt ein Parallel-/Serien-Hybridelektrofahrzeug bzw. eine ent sprechende Energieteilungsanordnung (power split configura tion) gemäß der vorliegenden Erfindung.

In dem HEV gemäß Fig. 1 ist ein Trägerritzel 22 mittels ei nes Planetengetriebes 20 über eine Einwegkupplung 26 mecha nisch mit einem Motor 24 verbunden. Über das Planetengetrie be 20 ist ferner mechanisch ein Sonnenrad 28 mit einem Gene ratormotor 30 und einem Abtriebsritzel bzw. Hohlrad 32 ge koppelt. Der Generatormotor 30 ist ferner mechanisch mit ei ner Generatorbremse 34 und elektrisch mit einer Batterie 36 verbunden. Ein Fahrmotor 38 ist mechanisch mit dem Hohl rad 32 des Planetengetriebes 20 über einen zweiten Zahn radsatz 40 gekoppelt und elektrisch mit der Batterie 36 ver bunden. Das Hohlrad 32 des Planetengetriebes 20 und der Fahrmotor 38 sind mechanisch über eine Abtriebswelle 44 mit den Antriebsrädern 42 gekoppelt.

Das Planetengetriebe 20 teilt die vom Motor ausgehende Ener gie in eine Serienbahn (series path) vom Motor 24 zum Gene ratormotor 30 und in eine Parallelbahn (parallel path) vom Motor 24 zu den Antriebsrädern 42 auf. Die Drehzahl des Mo tors kann durch Variieren des Serienbahnanteils gesteuert werden, während die mechanische Verbindung durch die Paral lelbahn aufrecht erhalten wird. Der Fahrmotor 38 verstärkt die auf die Antriebsräder 42 übertragene Motorkraft auf der Parallelbahn mittels des zweiten Zahnradsatzes 40. Der Fahr motor 38 ermöglicht ferner die unmittelbare Nutzung der Energie aus der Serienbahn, wobei es sich im Wesentlichen um durch den Generatormotor 30 erzeugte überflüssige Energie (running off power) handelt. Dies reduziert Verluste infolge Umwandlung von Energie in und aus thermischer Energie in der Batterie 36, so das die gesamte Motorenergie, abzüglich der Umwandlungsverluste, auf die Antriebsräder 42 gelangen kann.

Zur Steuerung vieler Komponenten dieser HEV-Anordnung über eine jeweilige Verbindung mit der jeweiligen Steuerung der Komponenten ist eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC = vehicle system controller) 46 vorgesehen. Eine Motorsteuereinheit (ECU = engine control unit) 48 ist über eine festverdrahtete Schnittstelle mit dem Motor 24 verbunden. Die Motorsteuer einheit (ECU) 48 und die Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 46 können innerhalb einer gemeinsamen Einheit angeordnet sein, sind aber vorzugsweise als getrennte Steuereinheiten ausge bildet. Die VSC 46 kommuniziert mit der ECU 48, ebenso wie eine Batteriesteuereinheit (BCU = battery control unit) 50 und eine Hinterachsenmanagementeinheit (TMU = transaxle ma nagement unit) 52. Die Kommunikation erfolgt dabei über ein Kommunikationsnetzwerk, wie beispielsweise ein Steuerbe triebsnetzwerk (CAN = controller area network) 54. Die Bat teriesteuereinheit (BCU) 50 ist über eine festverdrahtete Schnittstelle mit der Batterie 36 verbunden. Die Hinterach senmanagementeinheit (TMU) 52 steuert den Generatormotor 30 und den Fahrmotor 38 über eine festverdrahtete Schnittstel le. Insbesondere beinhaltet die TMU 52 eine Steuereinheit, die ein gespeichertes Programm ausführt, um das Drehmoment des Generatormotors 30 und des Fahrmotors 38 zu ermitteln. Die TMU 52 erfasst und speichert ferner erfindungsgemäß ei nen Magnetisierungswert der Permanentmagneten im Generator motor 30 und im Fahrmotor 38. Eine Spannung, die proportio nal zu der Magnetisierung der Permanentmagneten im Genera tormotor 30 und Fahrmotor 38 ist, wird insbesondere durch ein im Generatormotor 30 enthaltenes Spannungskontrollgerät und ein im Fahrmotor 38 enthaltenes Spannungskontrollgerät, wie nachstehend näher beschrieben, bestimmt.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Teils der bevorzugten erfindungsgemäßen Hinterachsenmanagementeinheit 52, welche mit dem Generatormotor 30 und dem Fahrmotor 38 über Schnitt stellen verbunden ist. Die Hinterachsenmanagementeinheit (TMU) 52 beinhaltet vorzugsweise eine Steuereinrichtung 100, ein Spannungskontrollgerät 102, ein Spannungskontrollge rät 104, einen Wechselrichter 106 und einen Wechselrich ter 108. Der Wechselrichter 106 ist mit dem Fahrmotor 38 verbunden, um einen dreiphasigen Wechselstrom an den Fahrmo tor 38 zu liefern. Der dreiphasige Wechselstrom ist dabei aus einem Gleichstrom aus der Batterie 36 abgeleitet. In entsprechender Weise ist der Wechselrichter 108 mit dem Ge neratormotor 30 gekoppelt, um einen dreiphasigen Wechsel strom an den Generatormotor 30 zu liefern. Der dreiphasige Wechselstrom ist dabei ebenfalls aus einem Gleichstrom aus der Batterie 36 abgeleitet. Die Wechselrichter 106 und 108 sind mit der Steuereinrichtung 100 so verbunden, dass die Steuereinrichtung 100 Eingangssignale an die Wechselrichter 106, 108 liefert, um einen jeweils an den, Generatormotor 30 und den Traktionsmotor 38 gelieferten Strom zu bestimmen. Erfindungsgemäß ist das Spannungskontrollgerät 102 mit dem Fahrmotor 38 gekoppelt, um eine permanentmagnetisch indu zierte Spannung des Fahrmotors 38 zu bestimmen. In gleicher Weise ist das Spannungskontrollgerät 104 mit dem Generator motor 30 verbunden, um eine permanentmagnetisch induzierte Spannung im Generatormotor 30 zu ermitteln. Die permanentma gnetisch induzierten Spannungen aus dem Fahrmotor 38 und dem Generatormotor 30 werden von der Steuereinrichtung 100 dazu verwendet, den Zustand der in dem Fahrmotor 38 und dem Gene ratormotor 30 enthaltenen Permanentmagneten zu bestimmen.

Die Steuereinrichtung 100 beinhaltet vorzugsweise einen Pro zessor 110 und eine Speichereinheit 112. Der Prozessor 110 umfasst einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller od. dgl. Die Steuereinrichtung 100 führt vorzugsweise ein gespeichertes Programm aus, um einen Wert des Magnetisie rungszustandes der innerhalb des Generatormotors 30 und des Traktionsmotors 38 enthaltenen Permanentmagneten zu bestim men, zu speichern und zu übermitteln. Besonders bevorzugt enthält die Speichereinheit 112 ein nicht-flüchtiges Spei cherbauteil zur Speicherung eines Wertes für den Magnetisie rungszustand der Permanentmagneten im Generatormotor 30 und Fahrmotor 38.

Die Spannungskontrollgeräte 102, 104 beinhalten vorzugsweise einen Spannungsaufnehmer (voltage sensor) 114 und ein Volt meter 116. Der Spannungsaufnehmer 114 ist unmittelbar mit seinem jeweiligen Motor verbunden, um eine permanentmagne tisch induzierte Spannung bei einer vorbestimmten Drehzahl des Motors 38 zu bestimmen. Das Voltmeter 116 liefert die Spannung vom Spannungsaufnehmer 114 an die Steuereinrichtung 100, damit diese zur Bestimmung des Magnetisierungszustandes der Permanentmagneten im Generatormotor 30 und im Fahrmotor 38 verwendet werden kann. Vorzugsweise ist das Voltmeter au ßerhalb des Motors angeordnet. Besonders bevorzugt ist das Voltmeter eine Hardware, die an bzw. in dem Fahrzeug zur Verfügung steht und die für die Überwachungsfunktion bezüg lich der Magnetisierung wiederholt verwendbar ist, wobei die Überwachungsfunktion nur periodisch benötigt wird.

Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Generatormotors 30 mit einem bevorzugten Spannungsaufnehmer gemäß der vor liegenden Erfindung. Für den Fahrmotor 38 wird bevorzugt ei ne ähnliche Anordnung verwendet. Der Generatormotor 30 bein haltet einen Rotor 200 und einen Ständer 202. Permanentma gneten 208 sind innerhalb des Rotors 200 befestigt. Die Mo torwindungen 204 (wie beispielhaft zwischen zwei Zähnen des Ständers dargestellt) sind um Zähne 205 in Ausnehmungen 206 im Ständer 202 auf herkömmliche Weise gewickelt. Erfindungs gemäß ist eine Aufnehmerspule 210 um die Zähne 205 in den Ausnehmungen 206 im Ständer 202 gewickelt. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die Aufnehmerspule 210 vorzugsweise in der Nähe des Rotors 200 an einer Kante der Zähne 205 eng benach bart zu einem Spalt zwischen Ständer 202 und Rotor 200 ange ordnet. Bevorzugt umfasst die Aufnehmerspule 210 einen Draht mit sehr großer Stärke und wenigen Windungen. Die Aufnehmer spule 210 ist mit dem Voltmeter 116 verbunden und dient als Spannungsaufnehmer 114. Die Aufnehmerspule 210 wird zur Er mittlung einer permanentmagnetisch induzierten Spannung im Generatormotor 30 verwendet. Insbesondere dann, wenn kein Strom durch die Motorwindungen 204 fließt, wird eine Span nung in der Aufnehmerspule 210 aufgrund der Rotation des Ro tors 200 und eines durch die Permanentmagneten 208 erzeugten magnetischen Feldes induziert. Diese Spannung wird durch das Voltmeter 116 erfasst und an die Steuereinrichtung 100 über mittelt.

Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestim mung und Anzeige des Leistungsverlustes von Permanentmagne ten in einem Motor gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren wird dabei im Hinblick auf die zuvor in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen be schrieben.

Zunächst wird die permanentmagnetisch induzierte Spannung des Motors bestimmt (Block 300). In einer bevorzugten Aus führungsform erfolgt dies durch Induzieren einer Spannung in der Aufnehmerspule 210. Diese Spannungsinduktion erfolgt während eines Zeitraums, zu dem kein Strom in den Motorwin dungen fließt, d. h. in unbelastetem Zustand. Die in der Auf nehmerspule 210 induzierte Spannung wird vorzugsweise durch das Voltmeter 116 quantifiziert. Der unbelastete Zustand liegt vor, wenn der Strom in den Ständerwindungen des Motors gleich Null ist, so beispielsweise dann, wenn sich das Fahr zeug im Leerlauf befindet, beispielsweise im Stillstand an einer roten Ampel, und auch dann, wenn sich das Fahrzeug mit konstanter Reisegeschwindigkeit bewegt und kein Strom durch die Motorwindungen fließt. Ein weiteres Beispiel für den un belasteten Zustand liegt vor, wenn der Generatormotor kein Drehmoment an die Antriebsräder liefert oder kein Drehmoment vom Motor aufnimmt, um die Batterien zu laden. Die perma nentmagnetisch induzierte Spannung wird vorzugsweise durch die Rotation des Rotors 200 induziert, der die Permanentma gneten 208 enthält. Hierdurch entsteht ein magnetisches Feld, das die Spannung in der Aufnehmerspüle induziert. Be sonders bevorzugt wird der Rotor 200 auf eine vorbestimmte Drehzahl in Rotation versetzt. Die Kontakte des Wechselrich ters, die Strom zum Motor liefern, sind während der Messung der permanentmagnetisch induzierten Spannung geöffnet. Die Hinterachsenmanagementeinheit 52 und insbesondere die Steu ereinrichtung 100 bestimmen auf der Grundlage des Zustandes des Fahrzeugs, wann die permanentmagnetisch induzierte Span nung gemessen wird, wobei der Zustand des Fahrzeugs vorzugs weise über das Steuerbetriebsnetzwerk 54 oder ein anderes geeignetes Mittel übermittelt wird.

Die permanentmagnetisch induzierte Spannung ist proportional zu dem magnetischen Feld (Fluss) und der Drehzahl des Ro tors. Folglich kann man die Leistung bzw. Stärke des Perma nentmagneten erhalten, wenn die Drehzahl und die permanent magnetisch induzierte Spannung bekannt sind.

Nachdem die permanentmagnetisch induzierte Spannung erfasst wurde, wird diese mit einer Referenzspannung verglichen. Die Referenzspannung entspricht einer permanentmagnetisch indu zierten Spannung bei Nicht-Entmagnetisierung und derselben vorbestimmten Drehzahl, bei der die permanentmagnetisch in duzierte Spannung erfasst wurde (Block 302). D. h., dass die Referenzspannung der Wert ist, der für eine permanentmagne tisch induzierte Spannung zu erwarten ist, wenn der Perma nentmagnet vollmagnetisiert ist. Vorzugsweise wird die Refe renzspannung in der Hinterachsenmanagementeinheit 52 gespei chert. Jeweilige Unterschiede zwischen der Referenzspannung und der erfassten permanentmagnetisch induzierten Spannung werden dazu verwendet, einen Wert für das Ausmaß des Lei stungsverlustes des Permanentmagneten zu bestimmen. Dieser Wert wird vorzugsweise in einem nicht flüchtigen Speicher als spätere Referenz gespeichert (Block 304). Der Wert der magnetischen Stärke bzw. Leistung wird ferner mit einem Si cherheits-Schwellenwert verglichen, um zu ermitteln, ob der Permanentmagnet einen Punkt von Degradation bzw. einen Lei stungsverlust erreicht hat, an dem Sicherheitshinweise bzw. Warnungen erfolgen sollten (Block 306). Besonders bevorzugt erfolgt eine Anzeige für einen Benutzer des Fahrzeugs dann, wenn die magnetische Stärke bzw. Leistung unterhalb eines vorbestimmten Sicherheits-Schwellenwertes liegt. Diese An zeige kann beispielsweise durch ein akustisches oder visuel les Signal bzw. eine entsprechende Anzeige erfolgen, wobei die akustische oder visuelle Anzeige über das Steuerbe triebsnetzwerk 54 übermittelt wird (Block 308).

Der gespeicherte Wert der aktuellen magnetischen Stärke (Block 304) kann in jeder geeigneten Weise bzw. zu jedem ge eignetem Zweck verwendet werden. Zusätzlich zu der oben be schriebenen Verwendung zur Überprüfung eines Sicherheits- Schwellenwertes kann der gespeicherte Wert auch zur Kali brierung der Hinterachsenmanagementeinheit (TMU) 52 verwen det werden, um den Wechselrichter präziser zu betreiben, da mit der Motor zur Lieferung des gewünschten Drehmoments ver anlasst wird. Der Wert für die Magnetisierung des Permanent magneten kann ferner jeweils zur Festlegung der maximalen Rückgewinnungsbremsung und des verfügbaren Drehmoments an den Antriebsrädern für Bremsweg-Begrenzungen und das Einhal ten vorgeschriebener Drehmomente verwendet werden.

Wie vorstehend beschrieben, wird mit der vorliegenden Erfin dung ein einfaches und effektives Verfahren zur Bestimmung des Magnetisierungszustandes eines Permanentmagneten in ei nem Motor eines Fahrzeuges geschaffen. Der Magnetisierungs zustand wird in vorteilhafter Weise mit einem Sicherheits- Schwellenwert verglichen, und es wird dem Benutzer des Fahr zeugs ein Hinweis auf mögliche Sicherheitsprobleme zur Ver fügung gestellt. Der Magnetisierungszustand wird ferner für eine Einstellung des Motordrehmoments und für Anzeige, dass der Motor ein gefordertes Drehmoment oder eine geforderte Rückgewinnungsbremsung nicht liefern kann, verwendet.

Bezugszeichenliste

20

Planetengetriebe

22

Trägerritzel

24

Motor

26

Einwegkupplung

28

Sonnenrad

30

Generatormotor

32

Hohlrad

34

Generatorbremse

36

Batterie

38

Fahrmotor

40

Zahnradsatz

42

Antriebsräder

44

Abtriebswelle

46

Fahrzeugsystemsteuerung (VSC)

48

Motorsteuereinheit (ECU)

50

Batteriesteuereinheit (BCU)

52

Hinterachsenmanagementeinheit (TMU)

54

Steuerbetriebsnetzwerk (CAN)

100

Steuereinrichtung

102

Spannungskontrollgerät

104

Spannungskontrollgerät

106

Wechselrichter

108

Wechselrichter

110

Prozessor

112

Speichereinheit

114

Spannungsaufnehmer

116

Voltmeter

200

Rotor

202

Ständer

204

Motorwindungen

205

Zähne

206

Ausnehmungen

208

Permanentmagnet

210

Aufnehmerspule

300

Block

302

Block

304

Block

306

Block

308

Block

Claims

1. Vorrichtung zur Überwachung des Leistungsverlustes eines Magneten in einem Motor, gekennzeichnet durch
ein Spannungskontrollgerät (102, 104) für eine permanent magnetisch induzierte Spannung, welches eine erfasste permanentmagnetisch induzierte Spannung des Motors (24) bei einer vorbestimmten Drehzahl misst, und
einen Prozessor (110),
welcher die erfasste permanentmagnetisch induzierte Spannung mit einer Referenzspannung vergleicht, wobei die Referenzspannung einer permanentmagnetisch indu zierten Spannung des Motors (24) mit einem vollmagneti sierten Permanentmagneten (208) bei einer vorbestimmten Drehzahl entspricht,
welcher einen Magnetisierungswert bestimmt, der auf der erfassten permanentmagnetisch induzierten Spannung und der Referenzspannung basiert, und
welcher den Magnetisierungswert speichert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungskontrollgerät (102, 104) für die permanent magnetisch induzierte Spannung Aufnehmerspulen (210) auf einem Ständer (202) des Motors (24) und ein Voltme ter (116) aufweist, wobei das Voltmeter (116) mit den Aufnehmerspulen (210) verbunden ist, um die erfasste per manentmagnetisch induzierte Spannung zu erfassen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass das Spannungskontrollgerät (102, 104) für die permanentmagnetisch induzierte Spannung die erfasste per manentmagnetisch induzierte Spannung in unbelastetem Zu stand misst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungskontrollgerät (102, 104) für die permanent magnetisch induzierte Spannung die erfasste permanentma gnetisch induzierte Spannung misst, wenn kein Strom durch eine Windung des Ständers (202) fließt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste permanentmagnetisch induzierte Spannung ge messen wird, wenn Kontakte zu einem Wechselrichter (106, 108), der einen Strom an den Motor (24) liefert, geöffnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste permanentmagnetisch induzierte Spannung ge messen wird, wenn ein den Motor (24) enthaltendes Fahr zeug sich im Leerlauf oder in einem konstanten Fahrzu stand befindet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass der Motor (24) ein mit Antriebsrä dern (42) eines Fahrzeugs verbundener Fahrmotor (38) oder ein mit einem Planetengetriebe (20) verbundener Genera tormotor (30) ist, wobei das Planetengetriebe (20) mit Antriebsrädern (42) eines Fahrzeugs verbunden ist.

8. Verfahren zur Bestimmung des Leistungsverlustes eines Permanentmagneten in einem Motor eines Fahrzeugs, gekenn zeichnet durch die folgenden Schritte:
Erfassen einer permanentmagnetisch induzierten Spannung des Motors (24) bei einer vorbestimmten Drehzahl,
Vergleichen der permanentmagnetisch induzierten Spannung mit einer Referenzspannung, welche einer erwarteten per manentmagnetisch induzierten Spannung für den Motor (24) bei einem vollmagnetisierten Permanentmagneten (208) im Motor (24) entspricht, und
Bestimmen eines Magnetisierungszustandes basierend auf der permanentmagnetisch induzierten Spannung, der Refe renzspannung und der vorbestimmten Drehzahl.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetisierungszustand als zukünftige Referenz ge speichert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der permanentmagnetisch induzierten Spannung ferner das Induzieren einer Spannung in einer Aufnehmerspule (210) umfasst, wobei die Aufnehmerspu le (210) in der Nähe eines Ständers (202) des Motors (24) angeordnet ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der permanentmagnetisch induzierten Span nung ferner die Erfassung der permanentmagnetisch indu zierten Spannung in unbelastetem Zustand umfasst.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass eine akustische oder visuelle Anzeige erzeugt wird, wenn der Magnetisierungszustand unterhalb eines Sicherheits-Schwellenwertes liegt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, dass basierend auf dem Magnetisierungszu stand ein dem Motor (24) zuzuführender Strom eingestellt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass die Erfassung der permanentmagnetisch induzierten Spannung ferner die Erfassung der permanent magnetisch induzierten Spannung umfasst, wenn ein den Mo tor (24) beinhaltendes Fahrzeug sich im Leerlauf befindet oder in einem konstanten Zustand läuft.

15. Hybrid-Elektrofahrzeug, gekennzeichnet durch
einen Fahrmotor (38),
einen Generatormotor (30),
ein erstes Spannungskontrollgerät (102), welches mit dem Fahrmotor (38) verbunden ist, um eine erste permanentma gnetisch induzierte Spannung des Fahrmotors (38) zu be stimmen,
ein zweites Spannungskontrollgerät (104), welches mit dem Generatormotor (30) verbunden ist, um eine zweite perma nentmagnetisch induzierte Spannung des Generatormotors (30) zu bestimmen, und
eine Steuereinrichtung (100),
welche die erste permanentmagnetisch induzierte Span nung mit einer ersten Referenzspannung vergleicht, die einer erwarteten permanentmagnetisch induzierten Span nung für den Fahrmotor (38) bei einem vollmagnetisier ten Permanentmagneten (208) des Fahrmotors (38) ent spricht,
welche die zweite permanentmagnetisch induzierte Span nung mit einer zweiten Referenzspannung vergleicht, die einer erwarteten permanentmagnetisch induzierten Span nung für den Generatormotor (30) bei vollmagnetisiertem Permanentmagneten (208) des Generatormotors (30) ent spricht,
welche einen Magnetisierungszustand des Permanentmagne ten (208) des Fahrmotors (38) basierend auf der ersten permanentmagnetisch induzierten Spannung, der ersten Referenzspannung und einer vorbestimmten Drehzahl, bei der die erste permanentmagnetisch induzierte Spannung ermittelt wird, bestimmt, und
welche einen Magnetisierungszustand des Permanentmagne ten (208) des Generatormotors (30) basierend auf der zweiten permanentmagnetisch induzierten Spannung, der zweiten Referenzspannung und einer vorbestimmten Dreh zahl, bei der die zweite permanentmagnetisch induzierte Spannung ermittelt wird, bestimmt.

16. Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass das erste Spannungskontrollgerät (102) ei ne Aufnehmerspule (210) umfasst, welche die erste perma nentmagnetisch induzierte Spannung erfasst, die durch Ro tation eines den Permanentmagneten (208) des Fahrmotors (38) enthaltenden Rotors (200) induziert wird, und
dass das zweite Spannungskontrollgerät (104) eine Aufneh merspule (210) umfasst, welche die zweite permanentmagne tisch induzierte Spannung erfasst, die durch Rotation ei nes den Permanentmagneten (208) des Generatormotors (30) enthaltenden Rotors (200) induziert wird.