WO2017178142A1 - Method and control circuit for measuring a current in a multiphase electric machine - Google Patents

Method and control circuit for measuring a current in a multiphase electric machine Download PDF

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WO2017178142A1
WO2017178142A1 PCT/EP2017/054261 EP2017054261W WO2017178142A1 WO 2017178142 A1 WO2017178142 A1 WO 2017178142A1 EP 2017054261 W EP2017054261 W EP 2017054261W WO 2017178142 A1 WO2017178142 A1 WO 2017178142A1
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Thomas Pötzl
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Robert Bosch Automotive Steering Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/28Arrangements for controlling current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2205/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
    • H02P2205/01Current loop, i.e. comparison of the motor current with a current reference

Definitions

  • the invention relates to a method for current measurement in a multi-phase electric machine according to the preamble of claim 1 and a control circuit designed for carrying out the method.
  • Pulse-width modulation has proven particularly suitable for brushless DC machines, with the respective type of commutation, such as the type of commutation, depending on the particular requirements.
  • Sinusoidal commutation or block commutation is used.
  • This type of control circuit can be applied to an electric machine having an arbitrary number of phases. In practice, however, electrical machines with three phases are most commonly found. However, there are also electrical machines with a higher number of phases, for example electric machines with six or nine phases.
  • a six-phase machine In a six-phase machine, this can be constructed from two winding systems with three phases each (u, v, w), whereby the machine can be electrically divided into two sub-machines, each with a three-phase structure.
  • a current control In the mentioned machines and operating modes, in particular in a block-commutated PWM, an accurate current measurement is of particular importance, since in these modes a current control is performed for which an accurate measurement of the actual currents is required.
  • a control circuit per phase u, v and w each have a high-side switch HS and a low-side switch LS, which are realized for example by controlled MOSFET.
  • the connection point between HS and LA leads to one of the three windings of the motor.
  • the circuit is supplied on the supply side of a DC power source (eg battery), wherein in the DC intermediate circuit ZK (in series with the capacitor), a shunt resistor R is used, which allows a current measurement for the control of the machine.
  • a shunt resistor R is used, which allows a current measurement for the control of the machine.
  • a malfunction of the single current sensor may render the measurement unusable; also can not be recognized if distortions occur in the individual phases.
  • a shunt resistor per phase is used for current measurement, e.g. in each case on the lowside a shunt is used (see Fig. 2).
  • a shunt resistor per phase is used for current measurement, e.g. in each case on the lowside a shunt is used (see Fig. 2).
  • a possibly occurring malfunction of a single current sensor is not so significant.
  • the cost is much higher. If e.g. a six-phase machine is used, then usually six shunts are needed.
  • a multi-phase electric machine which at least a first m-phase winding system with m phases (u, v, w) and a second m-phase winding system with m phases (u ', v ', w'), wherein one high side switch (HS) and one low side switch (LS) are provided per phase (u, v, w; u ', v', w '), each winding system being a submachine (1 10, 120) of the electrical machine (10),
  • the object of the present invention is to propose a method and a subsequently operating control circuit for current measurement in a multi-phase electric machine which does not have the abovementioned disadvantages, but advantageously overcomes them.
  • a method and a control circuit are proposed, which is less susceptible to malfunction of the current sensors and yet can be realized inexpensively.
  • the current measurement is made using N / 2 shunt resistors, wherein the similar phases of the winding terminals of the sub-machines, which are in a fixed phase offset (> 0) to each other, passed together over one of the shunt resistors become.
  • the similar phases (which are in phase or which may also have a fixed phase offset> 0 with respect to one another) of the submachines are each jointly combined to form a shunt resistor.
  • the two sub-machines guide the two, in particular in-phase phases (for example, u and u ') to a shunt resistor.
  • the shunts may preferably be formed on a substrate, e.g. DBC or IMS; but they can also be formed on a printed circuit board (PCB) or a Moldmodul.
  • PCB printed circuit board
  • the control circuit operating according to the method can preferably be implemented in a control unit for an electric power steering system.
  • the first similar (in particular in-phase) phases are fed together via the first shunt resistor
  • the second identical (in particular in-phase) phases are led together via the second shunt resistor
  • the third identical (in particular in-phase) phases are led together via the third shunt resistor.
  • the shunt resistors are each arranged directly on the highside switches or directly on the low side switches; they can be formed on a substrate, in particular on a DBC substrate (Direct-Bonded Copper Substrate) or an IMS (Insulated Metal Substrate). They can also be formed on a printed circuit board (PCB) or a Moldmodul.
  • DBC substrate Direct-Bonded Copper Substrate
  • IMS Insulated Metal Substrate
  • the current measurement is preferably carried out in such a way that it is carried out per sub-machine and in each case in a time interval or time in which all high-side switches or all low-side switches are through-controlled.
  • Fig. 1 shows a conventional control circuit for a three-phase electric
  • Fig. 2 shows a conventional control circuit for an n-phase electric machine with shunts in each phase
  • Fig. 3 shows a control circuit according to the invention for a six-phase
  • Phases here e.g. are in phase with each other;
  • FIGS. 1 and 2 which show conventional circuits, have already been described above.
  • Fig. 3 shows a control circuit 10, which is designed according to a first embodiment of the invention.
  • the 3 windings of a submachine are denoted by 1 10; the 3 windings of the other submachine are designated 120.
  • Both sub-machines are controlled in parallel by the phase u with the phase u 'is in phase (or in a fixed phase offset to it), the phase v with v' and the phase w with w ⁇
  • the shunt resistors R1-R3 are mounted on the low side LS; they can also be mounted on the highside HS. Overall, only half as many (N / 2) shunts are required as the machine has phases.
  • phase offset X which may also be zero (phase balance) This can be express by the following formulas:.
  • a preferred control of the high-side switch HS and the low-side switch LS or the phases is illustrated with reference to FIG. If all three Phases u, v and w of the first sub-machine are controlled through, here in the range of time T1, then a first current measurement can be made at the shunts R1 -R3. As a result, a current measurement for the first sub-machine 1 10 can be performed. At a later point in time T2, when all three phases u ', v' and w 'of the second sub-machine are controlled, a current measurement is again carried out on the shunts R1 -R3, the measurement now being valid for this sub-machine 120.
  • the control using the block commutated PWM explained here is adjustable so that no additional distortions occur and thus the quality of the current measurements is very high. Because of the multi-phase, the current in the DC link capacitor is less wavy.
  • the combination of two phases of the two sub-machines described here on a shunt can be realized by the fact that the combination takes place in each case on a substrate, such. DBC or IMS.
  • first and second sub-machine (first and second winding system) u, v, w phases (voltages / currents) of the first sub-machine

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The invention relates to a method and a control circuit (10) for measuring a current in a multiphase electric machine (100) which has at least one first m-phase winding system (110) with m phases (u, v, w) and a second m-phase winding system (120) with m phases (u', v', w'). A high-side switch (HS) and a low-side switch (LS) are provided for each phase (u, v, w; u', v', w'), and each winding system forms a sub-machine (110; 120) of the electric machine (10). Thus, the machine has N=2m=6 phases. The current is measured using solely m=N/2 shunt resistors (R1, R2, R3), and the phases (u, u';...) of the winding connections (111, 121;...) of the sub-machines (110, 120) which are similar with respect to their phases, i.e. which are phase-offset to each other in a fixed manner (≥0), are conducted together via one of the shunt resistors (R1, R2, R3).

Description

Verfahren und Steuerschaltung zur Strommessung bei einer mehrphasigen elektrischen Maschine  Method and control circuit for current measurement in a polyphase electrical machine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strommessung bei einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung des Verfahrens beschaffene Steuerschaltung. The invention relates to a method for current measurement in a multi-phase electric machine according to the preamble of claim 1 and a control circuit designed for carrying out the method.
Grundsätzlich ist es bekannt, mehrphasige elektrische Maschine bzw. elektrischen Drehfeldantriebe mit Hilfe einer geeigneten Modulation und Kommutierung anzusteuern. Insbesondere für bürstenlose Gleichstrom-Maschinen hat sich die Pulsweitenmodulation (PWM) bewährt, wobei in Abhängigkeit von den jeweils vorliegenden Erfordernissen die jeweilige Kommutierungsart, wie z.B. Sinuskommutierung oder Blockkommutierung, verwendet wird. Diese Art der Steuerschaltung bzw. Regelung kann auf elektrische Maschine mit einer beliebigen Phasenzahl angewendet werden. In der Praxis findet man jedoch am Häufigsten elektrische Maschinen mit drei Phasen. Es gibt aber auch elektrische Maschinen mit einer höheren Phasenzahl, beispielsweise elektrische Maschinen mit sechs oder neun Phasen. Bei einer sechs-phasigen Maschine kann diese aus zwei Wicklungssystemen mit jeweils drei Phasen (u, v, w) aufgebaut werden wodurch sich die Maschine elektrisch in zwei Teilmaschinen mit jeweils dreiphasigem Aufbau unterteilt werden kann. Bei den genannten Maschinen und Betriebsarten, insbesondere bei einer block-kommutierten PWM, ist eine genaue Strommessung von besonderer Bedeutung, da bei diesen Betriebsarten eine Stromregelung durchgeführt wird, für die eine genaue Messung der Istströme erforderlich ist. In principle, it is known to drive multiphase electric machines or rotary electric field drives with the aid of suitable modulation and commutation. Pulse-width modulation (PWM) has proven particularly suitable for brushless DC machines, with the respective type of commutation, such as the type of commutation, depending on the particular requirements. Sinusoidal commutation or block commutation is used. This type of control circuit can be applied to an electric machine having an arbitrary number of phases. In practice, however, electrical machines with three phases are most commonly found. However, there are also electrical machines with a higher number of phases, for example electric machines with six or nine phases. In a six-phase machine, this can be constructed from two winding systems with three phases each (u, v, w), whereby the machine can be electrically divided into two sub-machines, each with a three-phase structure. In the mentioned machines and operating modes, in particular in a block-commutated PWM, an accurate current measurement is of particular importance, since in these modes a current control is performed for which an accurate measurement of the actual currents is required.
Die üblichen Verfahren zur Strommessung bei einer mehrphasigen elektrischen Maschine sollen anhand der beigefügten Zeichnungen, Figuren 1 und 2, hier kurz erläutert werden: The usual methods for current measurement in a multi-phase electric machine will be explained briefly with reference to the accompanying drawings, Figures 1 and 2, here:
Wie die Fig. 1 zeigt, ist es bei einer dreiphasiger Maschine bzw. bei einem Drehstromantrieb üblich, eine Steuerschaltung einzusetzen die pro Phasen u, v und w jeweils einen Highside-Schalter HS und einen Lowside-Schalter LS aufweist, welche z.B. durch angesteuerte MOSFET realisiert werden. Der jeweils zwischen HS und LA liegende Verbindungspunkt führt zu einer der drei Wicklungen des Motors. Die Schaltung wird auf der Einspeiseseite von einer Gleichstromquelle (z.B. Batterie) versorgt, wobei in den Gleichstromzwischenkreis ZK (in Reihenschaltung mit dem Kondensator) ein Shunt- Widerstand R eingesetzt wird, der eine Strommessung für die Ansteuerung der Maschine ermöglicht. Dadurch, dass nur ein Shunt verwendet wird, kann eine kostengünstige Strommessung realisiert werden. Allerdings kann eine Fehlfunktion des einzigen Stromsensors die Messung unbrauchbar machen; auch kann nicht erkannt werden, wenn Verzerrungen in den einzelnen Phasen auftreten. As shown in Fig. 1, it is common in a three-phase machine or in a three-phase drive to use a control circuit per phase u, v and w each have a high-side switch HS and a low-side switch LS, which are realized for example by controlled MOSFET. The connection point between HS and LA leads to one of the three windings of the motor. The circuit is supplied on the supply side of a DC power source (eg battery), wherein in the DC intermediate circuit ZK (in series with the capacitor), a shunt resistor R is used, which allows a current measurement for the control of the machine. The fact that only one shunt is used, a cost-effective current measurement can be realized. However, a malfunction of the single current sensor may render the measurement unusable; also can not be recognized if distortions occur in the individual phases.
Es sind grundsätzlich auch Maschinen mit mehr als drei Phasen bekannt, wobei darunter auch Drehstromantriebe fallen, bei denen z.B. 2x3 Phasen vorgesehen sind, wodurch sich ein erstes dreiphasige Wicklungssystem mit m=3 Phasen (u, v , w) und ein zweites dreiphasiges Wicklungssystem mit m=3 Phasen (u', v' , w') ausbildet, so dass jedes Wicklungssystem eine Teilmaschine der elektrischen Maschine darstellt, hier also z.B. zwei Teilmaschinen mit je drei Phasen vorliegen. Insbesondere bei Maschinen, die mehr als drei Phasen aufweisen (siehe Fig. 2) wird zur Strommessung ein Shunt-Widerstand pro Phase verwendet, indem z.B. jeweils auf der Lowside ein Shunt eingesetzt wird (siehe Fig. 2). Hierdurch fällt zwar eine evtl. auftretende Fehlfunktion eines einzelnen Stromsensors nicht so stark ins Gewicht. Allerdings ist der Kostenaufwand deutlich höher. Wenn z.B. eine sechs-phasige Maschine verwendet wird, dann werden üblicherweise sechs Shunts benötigt. In principle, machines with more than three phases are known, including also three-phase drives, in which e.g. 2x3 phases are provided, thereby forming a first three-phase winding system with m = 3 phases (u, v, w) and a second three-phase winding system with m = 3 phases (u ', v', w '), so that each winding system a Partial machine represents the electric machine, so here, for example two sub-machines with three phases each. In particular, for machines having more than three phases (see Fig. 2), a shunt resistor per phase is used for current measurement, e.g. in each case on the lowside a shunt is used (see Fig. 2). As a result, a possibly occurring malfunction of a single current sensor is not so significant. However, the cost is much higher. If e.g. a six-phase machine is used, then usually six shunts are needed.
Demnach sind Verfahren und Steuerungen bekannt, die zur Strommessung bei einer mehrphasigen elektrischen Maschine geeignet sind, welche zumindest ein erstes m-phasiges Wicklungssystem mit m Phasen (u, v , w) und ein zweites m-phasiges Wicklungssystem mit m Phasen (u', v' , w') aufweist, wobei pro Phase (u, v, w; u', v', w') ein Highside-Schalter (HS) und ein Lowside-Schalter (LS) vorgesehen sind, wobei jedes Wicklungssystem eine Teilmaschine (1 10; 120) der elektrischen Maschine (10) bildet, Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine danach arbeitende Steuerschaltung zur Strommessung bei einer mehrphasigen elektrischen Maschine vorzuschlagen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist, sondern in vorteilhafter Weise überwindet. Insbesondere sollen eine Verfahren und eine Steuerschaltung vorgeschlagen werden, die weniger anfällig gegen Fehlfunktionen der Stromsensoren ist und dennoch kostengünstig realisiert werden kann. Accordingly, methods and controls are known, which are suitable for current measurement in a multi-phase electric machine, which at least a first m-phase winding system with m phases (u, v, w) and a second m-phase winding system with m phases (u ', v ', w'), wherein one high side switch (HS) and one low side switch (LS) are provided per phase (u, v, w; u ', v', w '), each winding system being a submachine (1 10, 120) of the electrical machine (10), The object of the present invention is to propose a method and a subsequently operating control circuit for current measurement in a multi-phase electric machine which does not have the abovementioned disadvantages, but advantageously overcomes them. In particular, a method and a control circuit are proposed, which is less susceptible to malfunction of the current sensors and yet can be realized inexpensively.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Steuerschaltung mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs. The object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a control circuit having the features of the independent patent claim.
Demnach wird bei einer N-phasigen Maschine die Strommessung unter Verwendung von N/2 Shunt-Widerständen vorgenommen, wobei die gleichartigen Phasen der Wicklungsanschlüsse der Teilmaschinen, welche in einem fixen Phasenversatz (>0) zueinander stehen, zusammen über einen der Shunt- Widerstände geführt werden. Es werden also die gleichartigen Phasen (welche phasengleich sind oder auch einen fixen Phasenversatz >0 aufweisen zueinander aufweisen können) der Teilmaschinen jeweils gemeinsam auf einen Shunt- Widerstand zusammengeführt. Bei einem sechs-phasigen Drehfeldantrieb bedeutet dies, dass von den 2 Teilmaschinen die jeweils beiden insbesondere phasengleichen Phasen (z.B. u und u') auf einen Shunt-Widerstand geführt werden. Es werden also nur drei Shunts (N/2 = 3) benötigt, wodurch Kosten gespart werden, ohne dass Einbußen bei der Qualität der Strommessung hingenommen werden müssten. Die Shunts können vorzugsweise auf einem Substrat ausgebildet sein, wie z.B. DBC oder IMS; sie können aber auch auf einer Leiterplatte (PCB) oder einem Moldmodul ausgebildet sein. Accordingly, in an N-phase machine, the current measurement is made using N / 2 shunt resistors, wherein the similar phases of the winding terminals of the sub-machines, which are in a fixed phase offset (> 0) to each other, passed together over one of the shunt resistors become. Thus, the similar phases (which are in phase or which may also have a fixed phase offset> 0 with respect to one another) of the submachines are each jointly combined to form a shunt resistor. In the case of a six-phase rotary field drive, this means that, in each case, the two sub-machines guide the two, in particular in-phase phases (for example, u and u ') to a shunt resistor. Thus, only three shunts (N / 2 = 3) are needed, which saves costs without sacrificing the quality of the current measurement. The shunts may preferably be formed on a substrate, e.g. DBC or IMS; but they can also be formed on a printed circuit board (PCB) or a Moldmodul.
Die nach dem Verfahren arbeitende Steuerschaltung kann vorzugsweise in einem Steuergerät für eine elektrische Hilfskraftlenkung implementiert werden. The control circuit operating according to the method can preferably be implemented in a control unit for an electric power steering system.
Diese und weitere Vorteile gehen auch aus den Unteransprüchen hervor. Wenn die mehrphasige elektrische Maschine beispielsweise zwei Wicklungssysteme und somit zwei Teilmaschinen aufweist, welche jeweils drei (m= 3) Phasen aufweisen, dann werden die ersten gleichartigen (insbesondere phasengleichen) Phasen zusammen über den ersten Shunt-Widerstand geführt; die zweiten gleichartigen (insbesondere phasengleichen) Phasen werden zusammen über den zweiten Shunt-Widerstand geführt und die dritten gleichartigen (insbesondere phasengleichen) Phasen werden zusammen über den dritten Shunt-Widerstand geführt. These and other advantages are also apparent from the dependent claims. For example, if the multiphase electric machine has two winding systems and thus two sub-machines each having three (m = 3) phases, then the first similar (in particular in-phase) phases are fed together via the first shunt resistor; the second identical (in particular in-phase) phases are led together via the second shunt resistor and the third identical (in particular in-phase) phases are led together via the third shunt resistor.
Die Shunt-Widerstände sind jeweils direkt an den Highside-Schaltern oder direkt an den Lowside-Schaltern angeordnet; sie können auf einem Substrat ausgebildet sein, insbesondere auf einem DBC-Substrat (Direct-Bonded-Copper Substrate) oder einem IMS (Insulated Metal Substrate). Sie können auch auf einer Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) oder einem Moldmodul ausgebildet sein. The shunt resistors are each arranged directly on the highside switches or directly on the low side switches; they can be formed on a substrate, in particular on a DBC substrate (Direct-Bonded Copper Substrate) or an IMS (Insulated Metal Substrate). They can also be formed on a printed circuit board (PCB) or a Moldmodul.
Die Strommessung erfolgt vorzugsweise so, dass sie pro Teilmaschine und jeweils in einem Zeitinterval oder Zeitpunkt vorgenommen wird, in welchem alle Highside- Schalter oder alle Lowside-Schalter durchgesteuert sind. The current measurement is preferably carried out in such a way that it is carried out per sub-machine and in each case in a time interval or time in which all high-side switches or all low-side switches are through-controlled.
Nachfolgend werden die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile im Detail anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die die folgenden schematischen Darstellungen wiedergeben: In the following, the invention and the advantages resulting therefrom are described in detail by means of exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawings, which reproduce the following schematic representations:
Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Steuerschaltung für eine dreiphasige elektrischeFig. 1 shows a conventional control circuit for a three-phase electric
Maschine mit zentralem Shunt im Zwischenkreis; Machine with central shunt in the intermediate circuit;
Fig. 2 zeigt eine herkömmliche Steuerschaltung für eine n-phasige elektrische Maschine mit Shunts in jeder Phase;  Fig. 2 shows a conventional control circuit for an n-phase electric machine with shunts in each phase;
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Steuerschaltung für eine sechsphasige  Fig. 3 shows a control circuit according to the invention for a six-phase
elektrische Maschine mit jeweils einem Shunt für zwei gleichartige  electric machine, each with a shunt for two similar
Phasen, die hier z.B. zueinander phasengleich sind; und  Phases, here e.g. are in phase with each other; and
Fig. 4 zeigt ein Zeitverlauf für die Steuerungssignale und für Zeitpunkte, in denen Strommessungen durchgeführt werden. Die Fig. 1 und 2, welche herkömmliche Schaltungen zeigen, wurden bereits eingangs beschrieben. 4 shows a time course for the control signals and for times at which current measurements are carried out. FIGS. 1 and 2, which show conventional circuits, have already been described above.
Im Unterschied dazu zeigt die Fig. 3 eine Steuerschaltung 10, die gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführt ist. Beispielhaft soll eine N=6 Phasen aufweisende Maschine angesteuert werden, wobei 2x3 (m=3) Phasen ausgebildet sind, so dass die Maschine als in 2 Teilmaschinen unterteilbar angesehen werden kann. Die 3 Wicklungen der einen Teilmaschine sind mit 1 10 bezeichnet; die 3 Wicklungen der anderen Teilmaschine sind mit 120 bezeichnet. Beide Teilmaschinen werden parallel angesteuert, indem die Phase u mit der Phase u' phasengleich (oder in einem fixen Phasenversatz dazu) ist, die Phase v mit v' und die Phase w mit w\ In contrast, Fig. 3 shows a control circuit 10, which is designed according to a first embodiment of the invention. By way of example, a machine having N = 6 phases is to be controlled, wherein 2x3 (m = 3) phases are formed, so that the machine can be regarded as being subdividable into 2 sub-machines. The 3 windings of a submachine are denoted by 1 10; the 3 windings of the other submachine are designated 120. Both sub-machines are controlled in parallel by the phase u with the phase u 'is in phase (or in a fixed phase offset to it), the phase v with v' and the phase w with w \
Gemäß der Erfindung werden nun jeweils zwei Phasen, die zueinander gleichartig sind, auf einen Shunt-Widerstand geführt. Hier werden also die ersten Phasen u und u' auf den Shunt-Widerstand R1 geführt, werden die zweiten Phasen v und v' auf den Shunt R2 geführt und werden die dritten Phasen w und w' auf den Shunt R3 geführt. In der Fig. 3 sind die Shunt-Widerstände R1 -R3 auf der Lowside LS angebracht; sie können auch auf der Highside HS angebracht werden. Insgesamt sind lediglich halb soviele (N/2) Shunts erforderlich wie die Maschine Phasen aufweist. According to the invention, two phases, which are similar to one another, are now guided to a shunt resistor. Here, therefore, the first phases u and u 'are guided to the shunt resistor R1, the second phases v and v' are led to the shunt R2 and the third phases w and w 'are guided to the shunt R3. In Fig. 3, the shunt resistors R1-R3 are mounted on the low side LS; they can also be mounted on the highside HS. Overall, only half as many (N / 2) shunts are required as the machine has phases.
Der Begriff „gleichartige Phasen" bringt zum Ausdruck, dass es sich Phasen handelt, die zueinander einen fixen Phasenversatz X aufweisen, der auch Null sein kann (Phasengleichheit). Dies lässt sich durch folgende Formeln zum Ausdruck bringen: u = U * sin(w*t) und u' = U * sin(w*t - X) v = V sin(w*t) und v' = V * sin(w*t - X) w = W * sin(w*t) und w' = W * sin(w*t - X) wobei X = { 0 ... 360° } The term "similar phases" expresses that there are phases which each have a fixed phase offset X, which may also be zero (phase balance) This can be express by the following formulas:. U = U * sin (w * t) and u '= U * sin (w * t -X) v = V sin (w * t) and v' = V * sin (w * t -X) w = W * sin (w * t) and w '= W * sin (w * t -X) where X = {0 ... 360 °}
Anhand der Fig. 4 wird eine bevorzugte Ansteuerung der Highside-Schalter HS und der Lowside-Schalter LS bzw. der Phasen veranschaulicht. Wenn alle drei Phasen u, v und w der ersten Teilmaschine durchgesteuert werden, hier in Bereich des Zeitpunktes T1 , dann kann eine erste Strommessung an den Shunts R1 -R3 erfolgen. Hierdurch kann eine Strommessung für die erste Teilmaschine 1 10 durchgeführt werden. Zu einem späteren Zeitpunkt T2, wenn alle drei Phasen u', v' und w' der zweiten Teilmaschine durchgesteuert werden, wird abermals eine Strommessung an den Shunts R1 -R3 durchgeführt, wobei die Messung nun für diese Teilmaschine 120 gilt. A preferred control of the high-side switch HS and the low-side switch LS or the phases is illustrated with reference to FIG. If all three Phases u, v and w of the first sub-machine are controlled through, here in the range of time T1, then a first current measurement can be made at the shunts R1 -R3. As a result, a current measurement for the first sub-machine 1 10 can be performed. At a later point in time T2, when all three phases u ', v' and w 'of the second sub-machine are controlled, a current measurement is again carried out on the shunts R1 -R3, the measurement now being valid for this sub-machine 120.
Die Ansteuerung mit Hilfe der hier erläuterten block-kommutierter PWM ist so einstellbar, dass keine zusätzlichen Verzerrungen auftreten und somit die Qualität der Strommessungen sehr hoch ist. Denn durch die Mehrphasigkeit wird der Strom im Zwischenkreiskondensator weniger wellig. The control using the block commutated PWM explained here is adjustable so that no additional distortions occur and thus the quality of the current measurements is very high. Because of the multi-phase, the current in the DC link capacitor is less wavy.
Des Weiteren ist im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren (s. Fig. 1 ) auch ein Notbetrieb selbst nach Ausfall eines Shunts möglich.  Furthermore, in comparison to the conventional methods (see Fig. 1), an emergency operation even after failure of a shunt possible.
Die hier beschriebene Zusammenfassung von je zwei Phasen der beiden Teilmaschinen auf einen Shunt kann dadurch realisiert werden, dass die Zusammenführung jeweils auf ein Substrat erfolgt, wie z.B. DBC oder IMS.  The combination of two phases of the two sub-machines described here on a shunt can be realized by the fact that the combination takes place in each case on a substrate, such. DBC or IMS.
Zusammenfassend werden ein Verfahren und eine Steuerschaltung 10 zur Strommessung bei einer mehrphasigen elektrischen Maschine 100 vorgeschlagen, welche zumindest ein erstes m-phasiges Wicklungssystem 1 10 mit m Phasen u, v , w und ein zweites m-phasiges Wicklungssystem 120 mit m Phasen u', v' , w' aufweist, wobei pro Phase u, v, w; u', v', w' ein Highside-Schalter HS und ein Lowside-Schalter LS vorgesehen sind, wobei jedes Wicklungssystem eine Teilmaschine 1 10; 120 der elektrischen Maschine 10 bildet. Demnach hat die Maschine N=2m=6 Phasen. Die wird Strommessung unter Verwendung von lediglich m=N/2 Shunt-Widerständen R1 , R2, R3 vorgenommen, wobei die Phasen u, u'; ... der Wicklungsanschlüsse 1 1 1 , 121 ; ... der Teilmaschinen 1 10, 120, die in ihren Phasen gleichartig sind, also in einem fixen Phasenversatz >0 zueinander stehen, zusammen über einen der Shunt-Widerstände R1 , R2, R3 geführt werden. Bezugszeichenliste In summary, a method and a control circuit 10 for current measurement in a polyphase electrical machine 100 are proposed which comprise at least a first m-phase winding system 110 with m phases u, v, w and a second m-phase winding system 120 with m phases u ', v ', w', wherein per phase u, v, w; u ', v', w 'a high-side switch HS and a low-side switch LS are provided, each winding system is a sub-machine 1 10; 120 of the electric machine 10 forms. Accordingly, the machine has N = 2m = 6 phases. The current measurement is performed using only m = N / 2 shunt resistors R1, R2, R3, the phases u, u '; ... the winding terminals 1 1 1, 121; ... the sub-machines 1 10, 120, which are similar in their phases, ie in a fixed phase offset> 0 to each other, are guided together over one of the shunt resistors R1, R2, R3. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Steuerungsschaltung 10 control circuit
100 elektrische Maschine  100 electric machine
1 10, 120 erste bzw. zweite Teilmaschine (erstes bzw. zweites Wicklungssystem) u,v,w Phasen (Spannungen/Ströme) der ersten Teilmaschine  1 10, 120 first and second sub-machine (first and second winding system) u, v, w phases (voltages / currents) of the first sub-machine
u',v',w' Phasen (Spannungen/Ströme) der zweiten Teilmaschine u ', v', w 'phases (voltages / currents) of the second submachine
HS, LS Highside- bzw. Lowside-Schalter HS, LS high-side or low-side switch
15 Zwischenkreis-Kondensator 15 DC link capacitor
R1 , R2, R2 Shunt-Widerstände R1, R2, R2 shunt resistors
T1 , T2 Zeitpunkte für Strommessungen T1, T2 times for current measurements

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Strommessung bei einer mehrphasigen elektrischen Maschine (100), welche zumindest ein erstes m-phasiges Wicklungssystem (1 10) mit m Phasen (u, v , w) und ein zweites m-phasiges Wicklungssystem (120) mit m Phasen (u', v' , w') aufweist, wobei pro Phase (u, v, w; u', v', w') ein Highside- Schalter (HS) und ein Lowside-Schalter (LS) vorgesehen sind, wobei jedes Wicklungssystem eine Teilmaschine (1 10; 120) der elektrischen Maschine (100) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass 1 . Method for current measurement in a polyphase electrical machine (100) comprising at least a first m-phase winding system (110) with m phases (u, v, w) and a second m-phase winding system (120) with m phases (u ') , v ', w'), wherein a high-side switch (HS) and a low-side switch (LS) are provided per phase (u, v, w; u ', v', w '), each winding system having a Part machine (1 10; 120) of the electrical machine (100) forms, characterized in that
die Strommessung unter Verwendung von m Shunt-Widerständen (R1 , R2, R3) vorgenommen wird, wobei die gleichartigen Phasen (u, u'; ...) der Wicklungsanschlüsse (1 1 1 , 121 ; ...) der Teilmaschinen (1 10, 120)  the current measurement is carried out using m shunt resistors (R1, R2, R3), wherein the similar phases (u, u ',...) of the winding terminals (1 1 1, 121,...) of the sub-machines (1 10, 120)
zusammen über einen der Shunt-Widerstände (R1 , R2, R3) geführt werden.  together via one of the shunt resistors (R1, R2, R3) are guided.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gleichartigen Phasen (u, u', ...) zueinander in einem fixen Phasenversatz stehen, der größer oder gleich Null ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the similar phases (u, u ', ...) are mutually in a fixed phase offset, which is greater than or equal to zero.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the
mehrphasige elektrische Maschine (100) zwei Wicklungssysteme (1 10; 120) und somit zwei Teilmaschinen aufweist, welche jeweils drei (m= 3) Phasen (u, v, w; ...) aufweisen, wodurch die Maschine (100) insgesamt  multi-phase electric machine (100) has two winding systems (1 10; 120) and thus two sub-machines, each having three (m = 3) phases (u, v, w; ...), whereby the machine (100) as a whole
sechs (N=2-m = 6) Phasen aufweist, wobei die ersten gleichartigen Phasen (u, u') zusammen über den ersten Shunt-Widerstand (R1 ), die zweiten gleichartigen Phasen (v, v') zusammen über den zweiten Shunt-Widerstand (R2) und die dritten gleichartigen Phasen (w, w') zusammen über den dritten Shunt-Widerstand (R3) geführt werden.  has six (N = 2-m = 6) phases, the first like phases (u, u ') together over the first shunt resistor (R1), the second like phases (v, v') together over the second shunt Resistor (R2) and the third similar phases (w, w ') together over the third shunt resistor (R3) are performed.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Shunt-Widerstände (R1 , R2, R3) jeweils direkt an den Highside-Schaltern (HS) oder direkt an den Lowside-Schaltern (LS) angeordnet sind.  in that the shunt resistors (R1, R2, R3) are each arranged directly on the high-side switches (HS) or directly on the low-side switches (LS).
5. Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Shunt-Widerstand (R1 , R2, R3) auf einem Substrat ausgebildet ist und insbesondere auf einem DBC-Substrat (Direct-Bonded-Copper 5. The method according to any preceding claim, characterized in that each shunt resistor (R1, R2, R3) is formed on a substrate and in particular on a DBC substrate (direct-bonded copper
Substrate), einem IMS (Insulated Metal Substrate) ausgebildet ist.  Substrates), an IMS (Insulated Metal Substrate) is formed.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Shunt-Widerstand (R1 , R2, R3) auf einer Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) oder einem Moldmodul ausgebildet ist. 6. The method according to any one of claims 1 -4, characterized in that each shunt resistor (R1, R2, R3) is formed on a printed circuit board (PCB) or a Moldmodul.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Strommessung pro Teilmaschine (1 10; 120) in einem Zeitinterval oder Zeitpunkt (T1 ) vorgenommen wird, in welchem alle Highside-Schalter (HS) oder alle Lowside-Schalter (LS) durchgesteuert sind.  characterized in that the current measurement per submachine (1 10; 120) is made in a time interval or time (T1) in which all the highside switches (HS) or all lowside switches (LS) are turned on.
8. Steuerschaltung (10) für eine mehrphasige elektrische Maschine (100), 8. control circuit (10) for a multi-phase electric machine (100),
welche zumindest ein erstes m-phasiges Wicklungssystem (1 10) mit m Phasen (u, v , w) und ein zweites N-phasiges Wicklungssystem (120) mit m Phasen (u', v' , w') aufweist, wobei pro Phase (u, v, w; u', v', w') ein Highside- Schalter (HS) und ein Lowside-Schalter (LS) vorgesehen sind, wobei jedes Wicklungssystem eine Teilmaschine (1 10; 120) der elektrischen Maschine (100) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass  which comprises at least a first m-phase winding system (110) with m phases (u, v, w) and a second N-phase winding system (120) with m phases (u ', v', w '), wherein per phase (u, v, w; u ', v', w ') a high-side switch (HS) and a low-side switch (LS) are provided, each winding system comprising a sub-machine (1 10; 120) of the electric machine (100 ), characterized in that
die Steuerschaltung zur Strommessung unter Verwendung von m Shunt- Widerständen (R1 , R2, R3) beschaffen ist, wobei die Phasen (u, u'; ...) der Wicklungsanschlüsse (1 1 1 , 121 ; ...) der Teilmaschinen (1 10, 120), die die gleichartig sind, zusammen über einen der Shunt-Widerstände (R1 , R2, R3) geführt werden.  the current measuring control circuit is provided using m shunt resistors (R1, R2, R3), the phases (u, u '; ...) of the winding terminals (1 1 1, 121; 1 10, 120), which are the same, are guided together via one of the shunt resistors (R1, R2, R3).
9. Steuerschaltung (10) für eine mehrphasige elektrische Maschine (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (10) beschaffen ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 2-5 auszuführen. 9. control circuit (10) for a multi-phase electric machine (100) according to claim 8, characterized in that the control circuit (10) is arranged to carry out the method according to one of claims 2-5.
10. Steuerschaltung (10) für eine mehrphasige elektrische Maschine (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (10) in einem Steuergerät einer elektrischen Hilfskraftlenkung integriert ist, wobei die elektrische Maschine (100) als elektrischer Hilfskraftmotor ausgebildet ist. 10. control circuit (10) for a multi-phase electric machine (100) according to claim 8 or 9, characterized in that the control circuit (10) is integrated in a control unit of an electric power steering system, wherein the electric machine (100) is designed as an electric power motor ,
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