DE10243217A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entmagnetisierungskompensation für einen Elektromotor - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Entmagnetisierungskompensation für einen Elektromotor

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Abstract

In einem Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeug ist ein Spannungsmonitor direkt mit einem Fahrmotor (38) und/oder Generatormotor (30) gekoppelt, um eine durch Dauermagnet induzierte Spannung in dem Motor bei einer vorgegebenen Drehzahl und im belastungslosen Zustand zu detektieren. Ein Regler vergleicht die detektierte, durch Dauermagnet induzierte, Spannung mit einer erwarteten Bezugsspannung, die eine erwartete, durch Dauermagnet induzierte Spannung bei voller Magnetisierung und der vorgegebenen Drehzahl darstellt. Der Regler erzeugt eine Anzeige von Magnetisierung, die auf der Bezugsspannung, der detektierten, durch Dauermagnet induzierten Spannung und der vorgegebenen Drehzahl basiert. Wenn die Magnetismusanzeige einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, wird der Motor betriebsunfähig gemacht und/oder ein Strom in den Motor wird begrenzt, um eine Beschädigung an Bauteilen zu verhindern. Vorzugsweise werden einem Benutzer des Fahrzeugs diese Vorgänge durch eine hörbare und/oder sichtbare Anzeigevorrichtung bewusst gemacht. Falls verfügbar, wird der Motor, der betriebsunfähig gemacht wurde, durch eine andere Quelle einer Antriebskraft ersetzt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) und Elektrofahrzeuge sowie speziell eine Kompensation auf Grund von schwächer werdenden Dauermagneten in Motoren/Generatoren von Hybrid- Elektro- und Elektrofahrzeugen.
  • Es ist die Notwendigkeit bekannt, den Verbrauch von fossilen Brennstoffen und Emissionen in Autos und anderen Fahrzeugen, die überwiegend durch Verbrennungsmotoren (ICE) angetrieben werden, zu reduzieren. Mit durch Elektromotoren angetriebenen Fahrzeugen versucht man sich dieser Notwendigkeit zu widmen. Eine andere bekannte alternative Lösung besteht darin, einen kleineren Verbrennungsmotor mit Elektromotoren in einem Fahrzeug zu kombinieren. Solche Fahrzeuge kombinieren die Vorteile eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor und eines Elektrofahrzeugs und werden typischerweise Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) genannt (US-Patent 5 343 970).
  • Das HEV ist in vielfältigen Ausführungen beschrieben. In einer Ausführung treibt der Elektromotor eine Gruppe von Rädern an, und der Verbrennungsmotor (ICE) treibt eine andere Gruppe an. Es existieren andere Ausführungen, die brauchbarer sind. Zum Beispiel ist die Ausführung eines Reihen-Hybrid- Elektrofahrzeugs (SHEV) ein Fahrzeug mit einem Motor (meist typischerweise ein ICE), der mit einem Generator genannten Elektromotor verbunden ist. Der Generator liefert wiederum elektrischen Strom für eine Batterie und einen weiteren, Fahrmotor genannten, Motor. In dem SHEV ist der Fahrmotor die einzige Quelle des Drehmoments am Rad. Zwischen dem Motor und den Antriebsrädern gibt es keine mechanische Verbindung. Die Ausführung eines parallelen Hybrid-Elektrofahrzeugs (PHEV) besitzt einen Motor (meist typischerweise ein ICE) und einen Elektromotor, die in sich ändernden Graden zusammenarbeiten, um das notwendige Drehmoment am Rad für den Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen. Außerdem kann in der PHEV-Ausführung der Verbrennungsmotor als Generator genutzt werden, um die Batterie von der durch den ICE erzeugten Leistung zu laden.
  • Ein Parallel-/Reihen-Hybrid-Elektrofahrzeug (PSHEV) besitzt die Eigenschaften sowohl von der PHEV-Ausführung als auch der SHEV-Ausführung und wird manchmal als Ausführung mit "Leistungsaufteilung" angegeben. In einem der mehreren Typen von PSHEV-Ausführungen ist der ICE mechanisch mit zwei Elektromotoren in einer Planetengetriebe-Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential gekoppelt. Ein erster Elektromotor, der Generator, ist mit einem Sonnenrad verbunden. Der ICE ist mit einem Zwischenrad verbunden. Ein zweiter Elektromotor, der Fahrmotor, ist über eine zusätzliche Verzahnung in einer Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential mit einem (Abtriebs-) Zahnkranz verbunden. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors kann den Generator antreiben, um die Batterie zu laden. Der Generator kann außerdem zum benötigten Raddrehmoment (Abtriebswelle) beitragen, wenn das System eine Einwegkupplung aufweist. Der Fahrmotor wird genutzt, um zum Drehmoment am Rad beizutragen und Bremsenergie zum Laden der Batterie zurück zu gewinnen. In dieser Ausführung kann der Generator gezielt ein Reaktionsmoment bereitstellen, das zur Regelung der Motordrehzahl genutzt werden kann. Tatsächlich kann der Verbrennungsmotor, der Generatormotor und der Fahrmotor einen kontinuierlichen veränderlichen Übertragungseffekt (CVT) zur Verfügung stellen. Darüber hinaus stellt der HEV eine Möglichkeit dar, um die Leerlaufdrehzahl des Motors gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen besser regeln zu können, indem der Generator zur Regelung der Motordrehzahl genutzt wird.
  • Der Generatormotor und der Fahrmotor enthalten Dauermagnete. Diese Dauermagnete können sich zufällig entmagnetisieren und einen Qualitätsverlust erleiden oder sich über die Zeit auf Grund von Temperatur, hohen Stromwelligkeiten, Leistungswelligkeiten, Schwingungen und Altern entmagnetisieren. Die Entmagnetisierung kann die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs wie Ausgangsleistung/ -drehmoment und Wirkungsgrad verschlechtern. Tatsächlich kann die Entmagnetisierung einen Punkt erreichen, bei dem Sicherheit ein Problem wird. Spezieller kann eine Entmagnetisierung zu einem geringeren Drehmoment führen, das verfügbar ist, um die Räder an einem kritischen Punkt anzutreiben, zum Beispiel, um ein Fahrzeug zu bewegen. Und eine Entmagnetisierung kann zu weniger Energie führen, die zum regenerativen Bremsen verfügbar ist, was den Bremsweg/die Bremszeit nachteilig beeinflussen kann.
  • Die US-Patentschrift 5 650 706 zeigt eine Steuervorrichtung für einen Motor mit Dauermagnet vom Schenkelpoltyp. Diese Vorrichtung soll verhindern, dass sich ein Drehmoment auf Grund von Entmagnetisierung des Magneten verringert. Ein Magnetfluss des Dauermagneten wird berechnet oder gewonnen, indem eine elektromotorische Kraft des Dauermagneten entsprechend von dem Motor mit Dauermagnet zugeführter Spannung und Strom, eine Drehzahl des Motors und eine Induktivität des Motors mit Dauermagnet bestimmt werden. Diese elektromotorische Kraft wird mit einer elektromotorischen Bezugskraft verglichen, die einen voll magnetisierten Dauermagneten darstellt. Dieses Verfahren ist komplex und schwerfällig. Eine direkte Erfassung der Entmagnetisierung wird vorgeschlagen, indem bestimmte Sensoren wie eine Hall- Einrichtung oder ein Element mit magnetischer Widerstandsänderung genutzt werden. Diese direkten Detektionsverfahren sind relativ teuer und haben Auswirkungen auf die Brauchbarkeit auf Grund der Örtlichkeit eines komplexen Sensors im Motorgehäuse. Außerdem wird eine Entmagnetisierung für sicherheitsbezogene Vorgänge über eine Sicherheitsgrenze hinaus nicht beobachtet und darüber nicht berichtet.
  • Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Kompensierung von schwächer werdenden Dauermagneten vorzuschlagen.
  • Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Kompensation von schwächer werdenden Dauermagneten in einem Motor vorgesehen. Die Vorrichtung enthält einen Spannungsmonitor, der eine durch Dauermagnet induzierte Spannung innerhalb des Motors bei einer vorgegebenen Drehzahl und im belastungslosen Zustand erfasst. Der Spannungsmonitor ist mit einem Prozessor gekoppelt, der die durch Dauermagnet induzierte Spannung aufnimmt und sie mit einer Bezugsspannung vergleicht, welche die durch Dauermagnet induzierte Spannung für den Motor mit einem voll magnetisierten Dauermagneten widerspiegelt. Der Prozessor bestimmt eine Anzeige von Magnetismus des Dauermagneten als Funktion der detektierten, durch Dauermagnet induzierten, Spannung, der Bezugsspannung und vorgegebenen Drehzahl. Wenn die Magnetismusanzeige einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, wird der Motor betriebsunfähig gemacht, und/oder ein Strom in den Motor wird begrenzt, um eine Beschädigung von Bauteilen zu verhindern. Vorzugsweise teilt eine hörbare und/oder sichtbare Anzeigevorrichtung einem Benutzer des Fahrzeugs mit, dass der Motor betriebsunfähig gemacht wurde oder in einer beschränkten Betriebsweise arbeitet. Vorzugsweise wird der Motor, der betriebsunfähig gemacht ist, durch eine andere Quelle einer Antriebskraft, zum Beispiel ein weiterer Motor oder ein Verbrennungsmotor oder eine Kombination von diesen, ersetzt.
  • Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Anpassung von schwächer werdenden Dauermagneten in einem Motor eines Fahrzeugs vorgesehen. Zuerst wird eine durch Dauermagnet (PM) induzierte Spannung eines Motors detektiert. Vorzugsweise wird die durch Dauermagnet induzierte Spannung detektiert, indem eine Spannung in Spulen induziert wird, die um die Ständerzähne eines Motors herumgelegt sind. Die Spannung wird bei einer vorgegebenen Drehzahl durch die Rotation eines Läufers, der Dauermagnete enthält, induziert. Die detektierte, durch Dauermagnet induzierte, Spannung wird mit einer Bezugsspannung verglichen, die den vollen Magnetismus der Dauermagneten bei der vorbestimmten Geschwindigkeit widerspiegelt. Eine Magnetismusanzeige der Dauermagneten wird als Funktion der detektierten, durch Dauermagnet induzierten, Spannung, der Bezugsspannung und der vorbestimmten Geschwindigkeit erzeugt. Wenn die Magnetismusanzeige einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, wird der Motor betriebsunfähig gemacht und/oder ein Strom zu dem Motor wird begrenzt, um eine Beschädigung an Bauteilen zu verhindern. Vorzugsweise teilt eine hörbare und/oder sichtbare Anzeigevorrichtung einem Benutzer des Fahrzeugs mit, dass der Motor betriebsunfähig gemacht wurde oder in einer beschränkten Betriebsweise arbeitet. Vorzugsweise wird der Motor, der betriebsunfähig gemacht ist, durch eine andere Quelle einer Antriebskraft, zum Beispiel ein weiterer Motor oder ein Verbrennungsmotor oder eine Kombination von diesen, ersetzt.
  • Die Lösung der vorliegenden Erfindung stellt einen Monitor für schwächer werdende Dauermagneten für ein Elektro- oder ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) bereit und umfasst auch ein sicheres und direktes Verfahren zur Bestimmung des Magnetflusses eines Dauermagneten in einem Motor.
  • Zudem hilft die erfindungsgemäße Lösung, einen Zustand des Magnetismus eines Dauermagneten zu bestimmen, um das Drehmoment eines Motors in einem Fahrzeug einzustellen.
  • Außerdem wird die Bereitstellung von anpassungsfähigen Strategien zur Kompensation von schwächer werdenden Dauermagneten einschließlich Schutz von Komponenten, beschränkter Betrieb und Mitteilung von schwächer werdenden Dauermagneten an einen Benutzer des Fahrzeugs einfach möglich.
  • Die Zwecke, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung und die Zeichnung deutlich, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente darstellen.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Blockdiagramm, das die Ausführung eines Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • Fig. 2 ein Blockdiagramm der Steuerungseinheit einer Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Motors nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 4 ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Detektieren und Anpassen von schwächer werdendem Dauermagnetismus nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Elektrofahrzeuge und spezieller Hybrid- Elektrofahrzeuge (HEV). Fig. 1 stellt die Ausführung eines Parallel-/Reihen- Hybrid-Elektrofahrzeugs (Leistungsaufteilung) gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
  • Im Hybrid-Elektrofahrzeug von Fig. 1 verbindet eine Planetengetriebegruppe 20 mechanisch ein Zwischenzahnrad 22 mit einem Verbrennungsmotor 24 über eine Einwegkupplung 26. Die Planetengetriebegruppe 20 verbindet auch ein Sonnenrad 28 mechanisch mit einem Generatormotor 30 und einem (Abtriebs-) Tellerrad 32. Der Generatormotor 30 verbindet außerdem eine Generatorbremse 34 und ist elektrisch an eine Batterie 36 angeschlossen. Ein Fahrmotor 38 ist mechanisch mit einem Tellerrad 32 der Planetengetriebegruppe 20 über eine zweite Zahnradgruppe 40 verbunden und elektrisch an die Batterie 36 angeschlossen. Das Tellerrad 32 der Planetengetriebegruppe 20 und der Fahrmotor 38 sind über eine Abtriebswelle 44 mechanisch mit den Antriebsrädern 42 verbunden.
  • Die Planetengetriebegruppe 20 teilt die abgegebene Motorenergie in einen Reihenweg vom Verbrennungsmotor 24 zum Generatormotor 30 und einen Parallelweg vom Verbrennungsmotor 24 zu den Antriebsrädern 42 auf. Die Motordrehzahl kann geregelt werden, indem die Aufteilung auf den Reihenweg verändert wird, während die mechanische Verbindung durch den Parallelweg aufrechterhalten wird. Der Fahrmotor 38 verbessert die Motorleistung auf die Antriebsräder 42 im Parallelweg durch die zweite Zahnradgruppe 40. Der Fahrmotor 38 schafft außerdem die Möglichkeit, Energie direkt vom Reihenweg zu verwenden, indem im Wesentlichen die durch den Generatormotor 30 erzeugte Leistung abfließt. Dies reduziert Verluste, die der Umwandlung von Energie in chemische Energie und umgekehrt in der Batterie 36 verbunden sind und ermöglicht es, dass die gesamte Energie des Verbrennungsmotors abzüglich der Umwandlungsverluste die Antriebsräder 42 erreicht.
  • Ein Fahrzeug-Systemregler (VSC) 46 steuert viele Bauteile in der HEV Ausführung durch Verbindung mit dem Regler jedes Bauteils. Eine Motor- Steuereinheit (ECU) 48 ist durch eine drahtgebundene Schnittstelle mit dem Verbrennungsmotor 24 verbunden. Die ECU 48 und der VSC 46 können in der gleichen Einheit aufgenommen werden, wobei sie jedoch vorzugsweise getrennte Regler sind. Der VSC 46 steht durch ein Kommunikationsnetz wie ein Reglerbereichsnetz (CAN) 54 mit der ECU 48 sowie einer Batteriesteuereinheit (BCU) 50 und einer Steuereinheit (TMU) 52 für die Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential in Verbindung. Die BCU 50 ist durch eine drahtgebundene Schnittstelle mit der Batterie 36 verbunden. Die TMU 52 steuert den Generatormotor 30 und den Fahrmotor 38 über eine drahtgebundene Schnittstelle. Spezieller enthält die TMU 52 einen Regler, der ein gespeichertes Programm ausführt, um das Drehmoment des Generatormotors 30 und des Fahrmotors 38 zu bestimmen. Außerdem detektiert und speichert nach der vorliegenden Erfindung die TMU 52 eine Magnetisierungsanzeige von Dauermagneten im Generatormotor 30 und im Fahrmotor 38. Insbesondere bestimmen ein in den Generatormotor 30 einbezogener Spannungssensor und ein Spannungssensor im Fahrmotor 38 eine Spannung, die der Magnetisierung von Dauermagneten im Generatormotor 30 und Fahrmotor proportional ist wie es nachstehend beschrieben wird. Außerdem steuert gemäß der vorliegenden Erfindung die TMU 52 das Drehmoment des Motors und Strom, Motorbetrieb und löst Warnungen an einen Benutzer des Fahrzeugs aus.
  • Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Teils der Steuereinheit 52 für die Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential, die mit einem Generatormotor 30 und einem Fahrmotor 38 nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angeschlossen gezeigt ist. Die TMU 52 enthält vorzugsweise einen Regler 100, einen Spannungsmonitor 102, einen Spannungsmonitor 104, einen Wechselrichter 106 und einen Wechselrichter 108. Der Wechselrichter 106 ist mit einem Fahrmotor 38 gekoppelt, um einen Drehstrom für den Fahrmotor 38 bereitzustellen. Der Drehstrom wird aus einem Gleichstrom von einer Batterie 36 abgeleitet. Ebenso ist der Wechselrichter 108 mit einem Generatormotor 30 gekoppelt, um einen Drehstrom für den Generatormotor 30 zu liefern. Der Drehstrom wird ebenfalls von einem Gleichstrom aus der Batterie 36 abgeleitet. Der Wechselrichter 106 und der Wechselrichter 108 sind mit einem Regler 100 verbunden, so dass der Regler 100 Eingangssignale an die Wechselrichter 106, 108 bereitstellt, um einen Strom zu bestimmen, der einem Generatormotor 30 bzw. einem Fahrmotor 38 zur Verfügung gestellt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Spannungsmonitor 102 mit dem Fahrmotor 38 gekoppelt, um eine durch Dauermagnet induzierte Spannung im Generatormotor 30 zu bestimmen. Ebenso ist ein Spannungsmonitor 104 mit dem Generatormotor 30 gekoppelt, um eine durch Dauermagnet induzierte Spannung im Generatormotor 30 zu bestimmen. Die durch Dauermagnet induzierten Spannungen vom Fahrmotor 38 und Generatormotor 30 werden durch den Regler 100 verwendet, um einen Zustand der im Fahrmotor 38 und Generatormotor 30 enthaltenen Dauermagneten zu bestimmen. Auf der Basis des Zustandes der Dauermagneten im Fahrmotor 38 und im Generatormotor 30 bestimmt der Regler 100 einen durch die Wechselrichter 106, 108 bereitgestellten Strom; bestimmt, ob der Fahrmotor 38 oder Generatormotor 30 betriebsfähig sind und löst Warnsignale an einen Benutzer aus.
  • Der Regler 100 enthält vorzugsweise einen Prozessor 110 und einen Speicher 112. Der Prozessor 110 umfasst einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikroregler oder dergleichen. Der Regler 100 führt vorzugsweise ein gespeichertes Programm aus, um eine Anzeige des Magnetismuszustandes der im Generatormotor 30 und im Fahrmotor 38 enthaltenen Dauermagneten zu bewirken.
  • Außerdem führt der Regler 100 ein gespeichertes Programm aus, um auszuführende Vorgänge zu bestimmen, die auf dem Magnetismuszustand der im Generatormotor 30 und Fahrmotor 38 enthaltenen Dauermagneten basieren. Am besten enthält der Speicher 112 eine nichtflüchtige Speicherkomponente, die eine Anzeige des Magnetismuszustandes der Dauermagneten im Generatormotor 30 und im Fahrmotor 38 speichert.
  • Die Spannungsmonitore 102, 104 enthalten vorzugsweise einen Spannungssensor 114 und einen Spannungsmesser 116. Der Spannungssensor 114 ist mit seinem entsprechenden Motor direkt gekoppelt, um eine durch Dauermagnet induzierte Spannung bei einer vorgegebenen Drehzahl des Motors 38 zu bestimmen. Der Spannungsmesser 116 stellt die Spannung vom Voltsensor 11 und dem Regler 100 zur Verwendung bei der Bestimmung des Magnetismuszustandes der Dauermagneten im Generator 30 und im Fahrmotor 38 bereit. Vorzugsweise ist der Spannungsmesser außerhalb des Motors aufgenommen. Am besten ist es, wenn der Spannungsmesser eine am Fahrzeug verfügbare Hardware ist, die erneut als Funktion zur Überwachung der Magnetisierung verwendet wird, deren Funktion nur periodisch erforderlich ist.
  • Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Generatormotors 30 einschließlich eines bevorzugten Spannungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine ähnliche Anordnung wird für den Fahrmotor 38 bevorzugt. Der Generatormotor 30 enthält einen Läufer 200 und einen Ständer 202. Die Dauermagneten 208 sind in dem Läufer 200 angeordnet. Die Motorwicklungen 204 (wie beispielhaft zwischen den Ständerzähnen dargestellt) sind in herkömmlicher Art und Weise um die Zähne 205 in Schlitzen 206 im Ständer 202 gewickelt. Erfindungsgemäß ist eine Sensorspule 210 um die Zähne 205 in den Schlitzen 206 im Ständer 202 gewickelt. Gemäß Fig. 3 befindet sich die Sensorspule 210 vorzugsweise neben dem Läufer 200 an einer Kante der Zähne 205 einem Spalt zwischen dem Ständer 202 und dem Läufer 200 am nächsten gelegen. Vorzugsweise umfasst die Sensorspule 210 einen Draht mit einer sehr hohen Dicke und einigen Windungen. Die Sensorspule 210 ist an einen Spannungsmesser 116 gekoppelt und dient als Spannungssensor 114. Die Sensorspule 210 wird verwendet, um eine im Generator 30 durch Dauermagnet induzierte Spannung zu bestimmen. Spezieller wird, wenn durch die Motorwicklungen kein Strom fließt, eine Spannung in der Sensorspule 210 auf Grund der Rotation des Läufers 200 erzeugt und durch die Dauermagneten 208 ein Magnetfeld erzeugt. Diese Spannung wird durch den Spannungsmesser 116 gefühlt und zum Regler 100 übertragen.
  • Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren zum Bestimmen und Kompensieren von schwächer werdenden Dauermagneten gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Verfahren wird nachstehend mit Bezug auf die oben in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben.
  • Zuerst wird die durch Dauermagnet induzierte Spannung des Motors bestimmt (300). Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dies vollbracht, indem in der Sensorspule 210 während eines Zeitraumes, wo in den Motorwicklungen kein Strom fließt, eine Spannung induziert wird, d. h. es ist keine Belastung vorhanden. Vorzugsweise quantifiziert der Spannungsmesser 116 die in der Sensorspule 210 induzierte Spannung. Der belastungslose Zustand tritt auf, wenn in den Ständerwicklungen des Motors ein Nullstrom vorhanden sind. Zum Beispiel tritt der belastungslose Zustand auf, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet, zum Beispiel bei rotem Licht angehalten ist, und außerdem, wenn sich das Fahrzeug bei Reisegeschwindigkeit befindet und kein Strom in den Motorwicklungen vorhanden ist. Ein weiterer beispielhafter, belastungsloser Zustand tritt auf, wenn der Generatormotor kein Drehmoment an die Räder liefert oder ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor aufnimmt, um die Batterien zu laden. Die durch Dauermagneten PM induzierte Spannung wird vorzugsweise durch die Rotation des Läufers 200, der die Dauermagneten 208enthält, induziert. Dies bewirkt ein Magnetfeld, das die Spannung in der Sensorspule induziert. Am besten ist es, wenn der Läufer 200 mit einer vorgegebenen Drehzahl rotiert wird und die Wechselrichterkontakte, die Strom zum Motor liefern, während einer Messung der durch Dauermagnet induzierten Spannung geöffnet werden. Die TMU 52 und spezieller der Regler 100 bestimmen, wann die durch Dauermagnet induzierte Spannung angesichts des Fahrzeugszustandes zu messen ist, welcher Zustand vorzugsweise über das Reglerbereichsnetz 54 oder ein beliebiges anderes geeignetes Mittel erzielt wird.
  • Die durch Dauermagnet induzierte Spannung ist dem Magnetfeld (Magnetfluss) und der Drehzahl des Läufers proportional. Daher wird die Stärke des Dauermagneten ohne weiteres erzielt, wenn die Drehzahl und die durch Dauermagnet induzierte Spannung bekannt sind.
  • Nachdem die durch Dauermagnet induzierte Spannung detektiert ist, wird sie mit einer Bezugsspannung verglichen, die eine durch Dauermagnet induzierte Spannung bei fehlender Entmagnetisierung und der gleichen vorgegebenen Drehzahl widerspiegelt, bei der die durch Dauermagnet induzierte Spannung detektiert ist (302). Das heißt, die Bezugsspannung ist der Wert, der für die durch Dauermagnet induzierte Spannung erwartet wird, wenn der Dauermagnet völlig magnetisiert ist. Vorzugsweise wird die Bezugsspannung in der TMU 52 gespeichert. Eine beliebige Differenz zwischen der Bezugsspannung und der detektierten, durch Dauermagnet induzierten, Spannung wird verwendet, um eine Anzeige der Größe der Verschlechterung des Dauermagneten zu bestimmen. Diese Anzeige wird vorzugsweise in einem nichtflüchtigen Speicher für einen weiteren Bezug verwendet (304). Außerdem wird die Anzeige der Magnetstärke mit einem ersten Schwellenwert verglichen, um zu bestimmen, ob der Dauermagnet einen Punkt der Verschlechterung erreicht hat, wo zusätzliche Vorkehrungen getroffen werden sollten (306). Am besten wird, wenn die Magnetstärke unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt, dem Benutzer des Fahrzeugs eine Anzeige gemacht zum Beispiel durch eine hörbare oder sichtbare Anzeige, die durch das Reglerbereichsnetz 54übertragen wird (308). Außerdem wird der Strom in den Motor auf eine Größe begrenzt, die eine Beschädigung an Bauteilen des Fahrzeugs (308) verhindert, und/oder die TMU 52 wird zur genaueren Ansteuerung des Wechselrichters kalibriert, um den Motor zu zwingen, das erforderliche Drehmoment bereitzustellen. Am besten wird der erste Schwellenwert so gewählt, dass zumindest ein beschränkter Betrieb des Fahrzeugs möglich ist. Während einer Periode des fortgesetzten beschränkten Betriebes wird der schwächer werdende Dauermagnet zusammen mit anderen Motorparametern wie die Temperatur überwacht (310). Die Ergebnisse aus der weiteren Überwachung (310) werden mit einem zweiten Schwellenwert verglichen (312). Dieser Schwellenwert ist alternativ eine Größe des Magnetismus, eine bestimmte Temperatur oder ein anderer überwachter Parameter. Wenn der zweite Schwellenwert nicht eingehalten ist (312), dann wird das Überwachen fortgesetzt (310). Wenn der zweite Schwellenwert (312) eingehalten ist, dann wird der anschließende Betrieb des Motors ausgesetzt und ein Benutzer des Fahrzeuges mit einer hörbaren oder sichtbaren Anzeigevorrichtung gewarnt (314). Wenn eine andere Quelle von Antriebskraft verfügbar ist, wird der Betrieb der Räder des Fahrzeugs auf diese Antriebsquelle geschaltet (316). Zum Beispiel werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel von Fig. 1, wenn der Generator 30 auf Grund des schwächer werdenden Dauermagneten betriebsunfähig gemacht wird, die Räder 42 unter Steuerung des Fahrmotors 38 betrieben. Alternativ dazu werden, wenn der Fahrmotor 38 auf Grund eines schwächer werdenden Dauermagneten betriebsunfähig gemacht ist, die Räder 42 unter Steuerung des Generatormotors 30 und des Verbrennungsmotors 24 betrieben. Am besten wird, wenn der Fahrmotor 38 betriebsunfähig ist, der Generatormotor 30 zuerst verwendet, um die Räder 42 auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu bringen, und anschließend wird der Verbrennungsmotor 24 aktiviert, um eine zusätzliche Antriebskraft über einen weichen Übergang zur Verfügung zu stellen.
  • In bevorzugten anderen Möglichkeiten zu dem oben mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Verfahren werden der erste und der zweite Schwellenwert so verändert, dass sie gleich sind oder einer oder der andere ignoriert wird. Zum Beispiel können die Schritte 306 und 308 ausgeschlossen werden, so dass ein Maß eines Schwellenwertes von Magnetismus (312) unmittelbar bewirkt, dass der Motor betriebsunfähig gemacht wird (314). Alternativ dazu können die Schritte 310, 312, 314 und 316 ausgeschlossen werden, wenn ein schwächer werdender Magnet nicht zur Betriebsunfähigkeit oder zu unsicheren Zuständen führt.
  • Wie oben erörtert, stellt die vorliegende Erfindung ein einfaches und effektives Verfahren zur Bestimmung des Magnetismuszustandes eines Dauermagneten in einem Motor eines Fahrzeugs zur Verfügung. Vorteilhafterweise wird einem Benutzer des Fahrzeugs der Magnetismuszustand mit einem Sicherheitsschwellenwert und eine Anzeige von Sicherheitsproblemen verfügbar gemacht. Außerdem wird der Magnetismuszustand genutzt, um ein Drehmoment von dem Motor zu kalibrieren, einen Strom in den Motor zu begrenzen, den Betrieb des Motors auszusetzen oder auf eine andere Antriebskraft zu schalten.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind lediglich für beispielhafte Zwecke vorgesehen. Es können viele andere Veränderungen, Modifizierungen und Anwendungen der Erfindung vorgenommen werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Anpassung an eine Verschlechterung von Magneten in einem Motor eines Fahrzeugs, umfassend:
einen Monitor für durch Dauermagnet induzierte Spannung, der eine detektierte, durch Dauermagnet induzierte, Spannung des Motors bei einer vorgegebenen Drehzahl mißt; und
einen Prozessor, der:
die detektierte, durch Dauermagnet induzierte, Spannung mit einer Bezugsspannung vergleicht, die eine durch Dauermagnet induzierte Spannung des Motors mit einem voll magnetisierten Dauermagneten bei der vorgegebenen Drehzahl widerspiegelt;
eine Anzeige von Magnetisierung bestimmt, die auf der detektierten, durch Dauermagnet induzierten, Spannung und der Bezugsspannung basiert; und
eine Größe von dem Motor zugeführten Strom begrenzt, die auf der Anzeige von Magnetismus basiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Monitor Spulen an einem Ständer des Motors und einen mit den Spulen verbundenen Spannungsmesser zur Detektion der durch Dauermagnet induzierten Spannung aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung mit der die Größe von dem Motor zugeführten Strom auf eine Größe von Strom begrenzbar ist, die für Bauteile des Fahrzeugs sicher ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor von einem mit den Rädern des Fahrzeugs verbundener Fahrmotor oder einem mit Planetengetrieben und mit Rädern des Fahrzeugs verbundener Generatormotor einer ist.
5. Verfahren zum Kompensieren der Verschlechterung eines Dauermagneten in einem Motor eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Detektieren einer durch Dauermagnet induzierten Spannung des Motors, der mit einer vorgegebenen Drehzahl läuft;
Vergleichen der durch Dauermagnet induzierten Spannung mit einer Bezugsspannung, die eine erwartete, durch Dauermagnet induzierte, Spannung für den Motor widerspiegelt, wobei ein Dauermagnet im Motor voll magnetisiert ist; Bestimmen
eines Magnetismuszustandes auf der Basis der durch Dauermagnet induzierten Spannung, der Bezugsspannung und der vorgegebenen Drehzahl; und
Begrenzen einer Größe von dem Motor zugeführten Strom auf der Basis des Magnetismuszustandes.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch den Schritt des Speicherns des Magnetismuszustandes für zukünftigen Bezug.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens der durch Dauermagnet induzierten Spannung weiter das Induzieren einer Spannung in einer Spule umfasst, die einem Ständer des Motors benachbart angeordnet ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens der durch Dauermagnet induzierten Spannung weiter das Detektieren der durch Dauermagnet induzierten Spannung in einem belastungslosen Zustand umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die detektierte, durch Dauermagnet induzierte, Spannung gemessen wird, wenn Kontakte zu einem Wechselrichter, der dem Motor Strom zuführt, geöffnet sind.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Begrenzens der Größe von Strom in den Motor das Begrenzen der Stromgröße einschließt, nachdem der Magnetismuszustand einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Erzeugens einer hörbaren oder sichtbaren Anzeige, wenn der Magnetismuszustand unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens der durch Dauermagnet induzierten Spannung weiter das Detektieren der durch Dauermagnet induzierten Spannung umfasst, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet oder in einem Dauerzustand läuft.
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