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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Anpassung an eine Verschlechterung von Dauermagneten in Motoren/Generatoren
von Hybrid-Elektro-
und Elektrofahrzeugen.
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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 A ).
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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.
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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.
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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, z. B. um ein Fahrzeug zu
bewegen. Eine Entmagnetisierung kann auch zu weniger Energie führen, die
zum regenerativen Bremsen verfügbar
ist, was den Bremsweg/die Bremszeit nachteilig beeinflussen kann.
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Die
US-Patentschrift 5 650 706
A 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 nach einer Formel berechnet,
indem eine elektromotorische Kraft (EMK) des Dauermagneten entsprechend
von dem Motor mit Dauermagnet zugeführter Spannung und Strom, der
Drehzahl des Motors und der Induktivität des Motors mit Dauermagnet
bestimmt werden. Die Werte zur Berechnung der EMK werden direkt
an einer Ständerwicklung
des Motors gemessen, da auch Strom und Spannung erforderlich sind.
Diese elektromotorische Kraft wird mit einer elektromotorischen Bezugskraft
verglichen, die einen voll magnetisierten Dauermagneten darstellt.
Dieses Verfahren ist komplex und schwerfällig.
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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
Anordnung eines komplexen Sensors im Motorgehäuse. Außerdem wird eine Entmagnetisierung
für sicherheitsbezogene
Vorgänge
Ober eine Sicherheitsgrenze hinaus nicht beobachtet und darüber nicht
berichtet.
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Im
englischen Abstract
JP
09 294 354 A aus der japanischen Patentanmeldung ist ein
Permanentmagnetmotor beschrieben, bei dem eine Verringerung des
Drehmoments als Folge einer Entmagnetisierung des Dauermagneten
in Echtzeit ermittelt und daraus entstehende Schäden verhindert werden.
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Ein
aus der Spannung an einer der drei in Stern geschalteten Motorwicklungen
abgeleitetes Signal wird auf eine Rechenschaltung geführt, in
der mit weiteren Werten der Magnetfluss berechnet/geschätzt wird.
Der ermittelte Wert wird mit einem abgespeicherten Wert bei vollständig magnetisiertem
Permanentmagneten verglichen. Erreicht der Magnetfluss einen unteren
Schwellwert, wird ein Alarmsignal ausgelöst.
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Von
daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein verbessertes
Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Kompensierung
von schwächer
werdenden Dauermagneten vorzuschlagen.
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Unter
einem Dauermagneten wird ein Dauermagnet verstanden, der sich auch
aus mehreren Einzelmagneten zusammensetzen kann.
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Das
Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale der Ansprüche
1 und 4. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Kompensation von
schwächer
werdenden Dauermagneten in einem Elektromotor vorgesehen. Erfindungsgemäß ist ein Spannungsmonitor
aus einem als Sensorspule ausgeführten
Spannungssensor und einem Spannungsmesser mit dem Motor zum Detektieren
der durch Rotation eines Dauermagnete enthaltenden Läufers induzierten
Spannung bei einer vorgegebenen Drehzahl direkt gekoppelt. Die Sensorspule
ist vorzugsweise um ein, dem Läufer
am nächsten
gelegenes Ende eines Zahnes in einem Schlitz im Ständer des Motors
zusätzlich
zu den in herkömmlicher
Art und Weise um Zähne
in Schlitzen im Ständer
angeordneten Motorwicklungen gewickelt. Ein Regler mit mindestens
einem Prozessor detektiert die durch Dauermagnete induzierte Spannung
am Spannungssensor und vergleicht diese mit einer Bezugsspannung,
die eine erwartete, durch die Dauermagnete induzierte Spannung des
Motors mit voll magnetisierten Dauermagneten bei der vorgegebenen
Drehzahl widerspiegelt. Eine Anzeige der Magnetisierung der Dauermagnete
basiert auf der detektierten, durch die Dauermagnete induzierten
Spannung und der Bezugsspannung bei vorgegebener Drehzahl. Bei Unterschreitung
eines Minimalwertes wird eine Begrenzung des dem Motor zugeführten, auf
der Anzeige der vorhandenen Magnetisierung der Dauermagnete basierenden
Stromes ausgelöst.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird die induzierte Spannung innerhalb
des Motors bei einer vorgegebenen Drehzahl und im belastungslosen
Zustand erfasst. In weiterer Ausgestaltung wird der Motor betriebsunfähig gemacht,
und/oder ein Strom in den Motor wird begrenzt, um eine Beschädigung von Bauteilen
zu verhindern, wenn die Magnetismusanzeige einen vorbestimmten Schwellenwert
erreicht.
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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.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Anpassung von schwächer werdenden
Dauermagneten in einem Motor eines Fahrzeugs vorgesehen. Das Verfahren
umfasst:
- – das
Detektieren einer durch Dauermagnete des Rotors in einer, einer
Ständerwicklung
des Motors benachbart angeordneten Sensorspule induzierten separaten
Spannung des Motors, der mit einer vorgegebenen Drehzahl läuft;
- – das
Vergleichen der durch die Dauermagnete induzierten Spannung mit
einer Bezugsspannung, die eine erwartete, durch voll magnetisierte
Dauermagnete induzierte Spannung für den Motor widerspiegelt;
- – das
Bestimmen eines Magnetisierungszustandes auf der Basis der durch
die Dauermagnete induzierten Spannung, der Bezugsspannung und der
vorgegebenen Drehzahl; und
- – das
Begrenzen der Höhe
des dem Motor zugeführten
Stromes auf der Basis des Magnetisierungszustandes.
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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.
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Eine
Magnetismusanzeige der Dauermagneten wird als Funktion der detektierten,
durch Dauermagnet induzierten, Spannung, der Bezugsspannung und
der vorbestimmten Geschwindigkeit erzeugt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zudem
hilft die erfindungsgemäße Lösung, einen
Zustand des Magnetismus eines Dauermagneten zu bestimmen, um das
Drehmoment eines Motors in einem Fahrzeug einzustellen.
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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.
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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.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm, das die Ausführung
eines Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ein
Blockdiagramm der Steuerungseinheit einer Achseinheit mit Getriebe,
Kupplung und Differential nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Querschnittsansicht eines Motors nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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4 ein
Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Detektieren und Anpassen von
schwächer werdendem
Dauermagnetismus nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Elektrofahrzeuge und spezieller Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV). 1 stellt
die Ausführung
eines Parallel-/Reihen-Hybrid-Elektrofahrzeugs
(Leistungsaufteilung) gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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Im
Hybrid-Elektrofahrzeug von 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.
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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.
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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.
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2 zeigt
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 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.
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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.
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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.
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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 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.
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Diese
Spannung wird durch den Spannungsmesser 116 gefühlt und
zum Regler 100 übertragen.
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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 1 bis 3 beschriebenen
bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschrieben.
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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 208 enthält, 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.
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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.
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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 nichfflüchtigen
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 54 übertragen
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.
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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 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.
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In
bevorzugten anderen Möglichkeiten
zu dem oben mit Bezug auf 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.
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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.