WO2018024280A1 - Steuerungseinheit und verfahren zum steuern einer elektrischen maschine - Google Patents

Steuerungseinheit und verfahren zum steuern einer elektrischen maschine Download PDF

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WO2018024280A1
WO2018024280A1 PCT/DE2017/100536 DE2017100536W WO2018024280A1 WO 2018024280 A1 WO2018024280 A1 WO 2018024280A1 DE 2017100536 W DE2017100536 W DE 2017100536W WO 2018024280 A1 WO2018024280 A1 WO 2018024280A1
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determined
magnetic field
signal
permanent magnet
electric machine
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PCT/DE2017/100536
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Benjamin Kaufner
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/66—Controlling or determining the temperature of the rotor
    • H02P29/662—Controlling or determining the temperature of the rotor the rotor having permanent magnets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/36—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using magnetic elements, e.g. magnets, coils

Definitions

  • the present invention initially relates to a method for controlling an electric machine.
  • the electric machine is in particular an electric motor or a generator.
  • the electric machine comprises a rotor with at least one permanent magnet.
  • the magnetic field of the rotating permanent magnet is measured for commutating the electric machine.
  • the invention further relates to a controller for an electric machine.
  • DE 10 2009 001 353 A1 shows an electric machine which comprises a rotor with a rotor hub and a stator arranged in a stator housing.
  • the electric machine further has a rotor position sensor for detecting the rotational position of the rotor relative to the magnetic field of the stator.
  • the rotor position sensor is arranged in the vicinity of the rotor bearing, that as donor track of the
  • Rotor position sensor the rotor hub or a rotatably connected to the rotor hub component is used.
  • WO 201 1/092320 A1 describes a sensor unit for an electrical machine with a position sensor for providing an indication of the rotor position.
  • An engine map unit is used to modify operating point-dependent specification of the rotor position according to a predetermined engine map.
  • From DE 102 53 388 B4 is a method for adjusting a sensor device for determining the rotational position of a rotor of an electronically commutated motor known.
  • the increments generated by the sensor device during one revolution of the rotor are detected.
  • the motor is driven and the voltages induced by the motor are detected, of which induced
  • Tensions the angular position of the rotor and a desired commutation angle are derived.
  • the detected angular position is determined by the increments of
  • DE 10 2012 204 147 A1 shows a method for controlling an electronically commutated electric motor.
  • An absolute measuring rotor position sensor is used to monitor a rotation angle of a rotor.
  • Phase offset between a rotor position sensor and a rotor position of an electronically commutated motor known, which during both the
  • Position of the rotor is measured with an absolute rotor position sensor, which is set in relation to a motor parameter that characterizes the expected position of the rotor. This allows the offset, for example, in the
  • DE 10 2013 203 388 B3 shows a rotor position sensor for a stator and a rotor having electronically commutated electric machine.
  • a rotatably mounted on the stator rotor position sensor is used to detect the rotational position of the rotor relative to the magnetic field of the stator.
  • On the rotor a signal generator is rotatably mounted.
  • the rotor position sensor is characterized in that it has a reference sensor for detecting reference values of the magnetic flux density of the rotor field, wherein the reference values are used to determine an angular offset between the signal generator and the position of the rotor.
  • the object of the present invention is the remanence of a permanent magnet of a rotor of an electric motor To be able to measure the machine with less effort and more accurately in order to obtain the electrical
  • the method according to the invention serves to control an electric machine, which may in particular be an electric motor or a generator.
  • the electric machine comprises a stator and a rotor.
  • the rotor comprises at least one permanent magnet.
  • the electric machine is preferably brushless. Therefore, the magnetic field of the at least one rotating permanent magnet of the rotor is measured with at least one magnetic field sensor stationary with respect to the rotor in order to commute the electric machine.
  • the stator comprises at least one electromagnet.
  • Magnetic field sensor determines. Consequently, at least one amplitude of the
  • Magnetic field sensor preferably represents the magnetic flux density of the variable magnetic field of the rotating rotor.
  • Magnetic field sensor can also represent the magnetic field strength of the variable magnetic field of the rotating rotor.
  • the at least one signal of the magnetic field sensor is an alternating quantity, since the magnetic field changes periodically as a result of the rotation of the rotor.
  • the variable of change is characterized by the amplitude to be determined and by a phase.
  • the phase is determined for commutation of the electrical machine.
  • a remanence of the permanent magnet based on the at least one amplitude of the determined at least one signal of the magnetic field sensor.
  • the remanence of the permanent magnet is determined on the basis of the at least one amplitude of the measured magnetic field.
  • the amplitude of the magnetic field depends on the remanence. This dependence is known quantitatively and is used to determine the remanence of the permanent magnet on the basis of the amplitude of the signal of the magnetic field sensor.
  • a quantitative measure of remanence is determined.
  • the remanent magnetization of the permanent magnet is in many
  • the determined remanence is used for controlling or regulating the electric machine.
  • the quantitative measure of remanence is used to control the electric machine.
  • Permanent magnets of the rotor determines essential properties of the electric machine, such as an achievable torque.
  • the electric machine can be controlled or regulated more precisely.
  • Determination of remanence can be dispensed with. While only the phase angle of the signal of the magnetic field sensor is used for commutating the electrical machine, according to the invention, the amplitude of the signal of
  • Magnetic field sensor used. Preference is given to determined remanence of
  • Permanent magnet used in addition to a determined for commutation of the electric machine rotation angle of the rotor for controlling the electric machine.
  • the determined remanence of the permanent magnet is used to control a torque of the electric machine.
  • a characteristic value representing the energy of the magnetic field of the permanent magnet is first determined from the one or more determined amplitudes of the at least one signal of the at least one magnetic field sensor, from which
  • Characteristic value is preferably an average value, in particular a quadratic mean value, preferably an effective value.
  • the one magnetic field sensor can be designed for measuring both directional components, or two of the magnetic field sensors can be aligned differently or arranged with a phase offset.
  • the signal of the at least one magnetic field sensor is thus two-channel. It comprises two signal components phase-shifted by a phase angle. A measurement of the phase angle is made to commutate the electric machine.
  • the two-channel signal of the magnetic field sensor comprises at least a first channel and a second channel, ie at least two independent sub-signals.
  • the first channel and the second channel each contain a periodic sub-signal, which is synchronous to the rotational angle of the rotor.
  • the periodic sub-signal of the first channel and the periodic sub-signal of the second channel have a phase shift relative to each other. It is therefore an AB signal.
  • the speed of the machine element can be determined with little effort from the AB signal.
  • the periodic sub-signal of the first channel and the periodic sub-signal of the second channel are preferably each sinusoidal. Consequently, the AB signal can be considered a sine / cosine signal.
  • the periodic sub-signal of the first channel and the periodic sub-signal of the second channel preferably have the same period.
  • the periodic sub-signal of the first channel and the periodic sub-signal of the second channel preferably have a same maximum amplitude. Consequently, that is different periodic sub-signal of the first channel and the periodic sub-signal of the second channel only in their phase.
  • the periodic sub-signal of the first channel and the periodic sub-signal of the second channel preferably each have a period corresponding to one revolution or a whole fraction of a revolution of the rotor.
  • a quadratic mean is determined from the two partial signals of the two-channel measuring signal, in order to determine therefrom the remanence of the permanent magnet of the rotor.
  • an assignment table or a mapping function is used to determine the remanence of the permanent magnet from the amplitude of the signal of the magnetic field sensor or from the characteristic value determined from the amplitude of the signal of the magnetic field sensor.
  • the allocation table or the assignment function represents the quantitative relationship between the remanence and the amplitude of the signal of the magnetic field sensor or that of the amplitude of the signal of the magnetic field sensor
  • the step of using the determined remanence for controlling the electrical machine comprises further sub-steps.
  • a temperature of the permanent magnet is determined on the basis of the determined remanence of the
  • Permanent magnets determined.
  • the remanence of the permanent magnet depends on the temperature of the permanent magnet. This dependence is known quantitatively and is used to determine the temperature of the permanent magnet based on the previously determined remanence of the permanent magnet. Thus, a quantitative measure of the temperature is also determined.
  • the determined temperature is used to control the electrical machine.
  • the quantitative measure of temperature is also used to control the electric machine.
  • the temperature can also be determined directly from the amplitude of the signal of the magnetic field sensor or from the characteristic value determined from the amplitude of the signal of the magnetic field sensor.
  • an assignment table or an assignment function is used to determine the temperature of the permanent magnet from the remanence of the permanent magnet.
  • the assignment table or the assignment function represents the quantitative relationship between the remanence and the temperature of the
  • an assignment table or an assignment function is used to determine the temperature of the signal from the amplitude of the signal of the magnetic field sensor or from the characteristic value determined from the amplitude of the signal of the magnetic field sensor
  • Assignment function represents the quantitative relationship between the temperature and the amplitude of the signal of the magnetic field sensor or the characteristic value determined from the amplitude of the signal of the magnetic field sensor.
  • the step of using the determined temperature for controlling the electric machine preferably comprises using the determined temperature for temperature monitoring of the permanent magnet. As a result, for example, overheating of the electrical machine can be avoided.
  • the magnetic field sensors used are preferably AMR measuring bridges or Hall sensors. Basically, those to be used
  • the control unit serves for controlling or regulating an electric machine.
  • the control unit is to execute the
  • control unit is preferably configured to carry out preferred embodiments of the method according to the invention. Moreover, the control unit preferably also has such features which are described in connection with the method according to the invention.
  • Fig. 1 is a diagram of a recorded according to the prior art
  • Fig. 2 is a diagram of a inventively determined characteristic of a
  • Fig. 1 shows a diagram of a recorded according to the prior art AB signal for commutating an electric machine.
  • the time is plotted on the x-axis.
  • the magnetic flux density is plotted on the y-axis.
  • the electric machine not shown, comprises a rotor with a
  • Permanent magnets which are opposed by two magnetic field sensors on the stator.
  • the offset magnetic field sensors each measure the
  • the first magnetic field sensor supplies a first partial signal 01
  • the second magnetic field sensor supplies a second partial signal 02.
  • the first part signal 01 and the second part signal 02 form the AB signal.
  • the first part signal 01 may also be referred to as a sine signal
  • the second part signal 02 may also be referred to as a cosine signal.
  • a rotation angle 04 shown in FIG. 2 of the rotor can be determined to commute the electric machine.
  • the amplitude of the AB signal ie the amplitude of the first partial signal 01 and the amplitude of the second partial signal 02 are irrelevant for this purpose.
  • the amplitude of the AB signal changes in the one shown Example of a change due to a change in the remanence of the
  • Permanent magnet occurs. The remanence first decreases and then increases to a greater extent.
  • FIG. 2 shows a diagram of a characteristic value 03 determined according to the invention of the amplitude of the AB signal shown in FIG. 1.
  • the x-axis is similar to the x-axis shown in FIG.
  • a curve of the rotational angle 04 of the rotor is shown, which was determined from the AB signal shown in FIG. 1 according to the prior art, by dividing the arctangent from the quotient between the first component signal 01 and the second component signal 02 (shown in FIG 1) was formed.
  • the angle of rotation is plotted on the left y-axis.
  • the characteristic value 03 was determined from the amplitude of the AB signal shown in FIG. 1 by forming a quadratic mean value of the first partial signal 01 and of the second partial signal 02 (shown in FIG. 1).
  • the characteristic value 03 is proportional to the remanence of the permanent magnet, so that from the characteristic value 03, the remanence of the permanent magnet can be determined and also on the temperature of the permanent magnet can be closed.
  • the temperature is plotted on the right y-axis.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um einen Elektromotor oder um einen Generator. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor mit mindestens einem Permanentmagneten. Das Magnetfeld des rotierenden Permanentmagneten wird zum Kommutieren der elektrischen Maschine mit mindestens einem Magnetfeldsensor gemessen. Das Verfahren umfasst einen Schritt, in welchem eine Amplitude eines Signals des Magnetfeldsensors bestimmt wird. In einem weiteren Schritt wird eine Remanenz des Permanentmagneten ausgehend von der Amplitude des Signals des Magnetfeldsensors ermittelt. Die ermittelte Remanenz wird zum Steuern der elektrischen Maschine verwendet. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerung für eine elektrische Maschine.

Description

Steuerungseinheit und Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um einen Elektromotor oder um einen Generator. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor mit mindestens einem Permanentmagneten. Das Magnetfeld des rotierenden Permanentmagneten wird zum Kommutieren der elektrischen Maschine gemessen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerung für eine elektrische Maschine.
Die DE 10 2009 001 353 A1 zeigt eine Elektromaschine, die einen Rotor mit einer Rotornabe und einen in einem Statorgehäuse angeordneten Stator umfasst. Die Elektromaschine weist weiterhin einen Rotorlagesensor zur Erfassung der Drehlage des Rotors gegenüber dem Magnetfeld des Stators auf. Der Rotorlagesensor ist derart in der Nähe der Rotorlagerung angeordnet, dass als Geberspur des
Rotorlagesensors die Rotornabe oder ein mit der Rotornabe drehfest verbundenes Bauteil dient.
Die DE 10 2006 055 305 A1 lehrt einen Elektromotor mit mehreren
Rotorstellungssensoren.
Die WO 201 1/092320 A1 beschreibt eine Sensoreinheit für eine elektrische Maschine mit einem Lagesensor zum Bereitstellen einer Angabe zur Rotorlage. Eine Motor- Kennfeldeinheit dient dazu, betriebspunktabhängig die Angabe zur Rotorlage gemäß einem vorgegebenen Motor-Kennfeld zu modifizieren.
Die DE 10 2008 042 829 A1 lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleich des Offsets eines Rotorlagegebers einer elektrischen Maschine, bei dem die
Schnittpunkte der Phasenspannungssignale der elektrischen Maschine unter
Verwendung von Komparatoren ermittelt werden.
Aus der DE 102 53 388 B4 ist ein Verfahren zum Justieren einer Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Drehlage eines Rotors eines elektronisch kommutierten Motors bekannt. Die von der Sensorvorrichtung während einer Umdrehung des Rotors erzeugten Inkremente werden erfasst. Der Motor wird angetrieben und die von dem Motor induzierten Spannungen werden erfasst, wobei von den induzierten
Spannungen die Winkellage des Rotors und ein gesuchter Kommutierungswinkel abgeleitet werden. Die erfasste Winkellage wird mit den Inkrementen der
Sensorvorrichtung korreliert.
Die DE 10 2012 204 147 A1 zeigt ein Verfahren zur Steuerung eines elektronisch kommutierten Elektromotors. Ein absolut messender Rotorlagesensor dient zum Überwachen eines Drehwinkels eines Rotors.
Aus der DE 10 201 1 105 502 A1 ist ein Verfahren zum Abgleich eines
Phasenversatzes zwischen einem Rotorlagesensor und einer Rotorlage eines elektronisch kommutierten Motors bekannt, welches sowohl während der
Inbetriebnahme als auch bei Betrieb des Motors durchgeführt werden kann. Die
Position des Rotors wird mit einem Absolutwert-Rotorlagesensor gemessen, welche mit einem Motorparameter ins Verhältnis gesetzt wird, der die erwartete Position des Rotors charakterisiert. Hierdurch kann der Versatz, der beispielsweise im
Zusammenbau des Motors mit dem Rotorlagesensor auftritt, automatisch auch während des Betriebes korrigiert werden.
Die DE 10 2013 203 388 B3 zeigt einen Rotorlagegeber für eine einen Stator und einen Rotor aufweisende elektronisch kommutierte elektrische Maschine. Ein am Stator drehfest gelagerter Rotorlagesensor dient zur Erfassung der rotarischen Lage des Rotors gegenüber dem Magnetfeld des Stators. Am Rotor ist ein Signalgeber drehfest gelagert. Der Rotorlagegeber zeichnet sich dadurch aus, dass er einen Referenzgeber zum Erfassen von Referenzwerten der magnetischen Flussdichte des Rotorfeldes aufweist, wobei die Referenzwerte zur Ermittlung eines Winkeloffsets zwischen Signalgeber und der Lage des Rotors dienen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, die Remanenz eines Permanentmagneten eines Rotors einer elektrischen Maschine aufwandsärmer und genauer messen zu können, um die elektrische
Maschine zu steuern.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 . Die genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Steuerungseinheit gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Steuern einer elektrischen Maschine, bei der es sich insbesondere um einen Elektromotor oder um einen Generator handeln kann. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator und einen Rotor. Der Rotor umfasst mindestens einen Permanentmagneten. Die elektrische Maschine ist bevorzugt bürstenlos. Daher wird das Magnetfeld des mindestens einen rotierenden Permanentmagneten des Rotors mit mindestens einem gegenüber dem Rotor ruhenden Magnetfeldsensor gemessen, um die elektrische Maschine zu kommutieren. Der Stator umfasst mindestens einen Elektromagneten.
In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Amplitude bzw. werden mehrere Amplituden mindestens eines Signals des mindestens einen
Magnetfeldsensors bestimmt. Folglich wird mindestens eine Amplitude des
gemessenen Magnetfeldes bestimmt. Das mindestens eine Signal des
Magnetfeldsensors repräsentiert bevorzugt die magnetische Flussdichte des veränderlichen Magnetfeldes des rotierenden Rotors. Das Signal des
Magnetfeldsensors kann aber auch die magnetische Feldstärke des veränderlichen Magnetfeldes des rotierenden Rotors repräsentieren.
Bei dem mindestens einen Signal des Magnetfeldsensors handelt es sich um eine Wechselgröße, da sich das Magnetfeld durch die Rotation des Rotors periodisch ändert. Die Wechselgröße ist durch die zu bestimmende Amplitude und durch eine Phase gekennzeichnet. Die Phase wird zum Kommutieren der elektrischen Maschine bestimmt.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Remanenz des Permanentmagneten ausgehend von der mindestens einen Amplitude des mindestens einen Signals des Magnetfeldsensors ermittelt. Somit wird die Remanenz des Permanentmagneten ausgehend von der mindestens einen Amplitude des gemessenen Magnetfeldes ermittelt. Die Amplitude des Magnetfeldes ist abhängig von der Remanenz. Diese Abhängigkeit ist quantitativ bekannt und wird genutzt, um die Remanenz des Permanentmagneten ausgehend von der Amplitude des Signals des Magnetfeldsensors zu ermitteln. Somit wird ein quantitatives Maß der Remanenz ermittelt. Die remanente Magnetisierung des Permanentmagneten ist in vielen
Anwendungen nicht konstant und insbesondere von der Temperatur abhängig. Erfindungsgemäß wird die ermittelte Remanenz zum Steuern bzw. zum Regeln der elektrischen Maschine verwendet. Somit wird das quantitative Maß der Remanenz verwendet, um die elektrische Maschine zu steuern. Die Remanenz des
Permanentmagneten des Rotors bestimmt wesentliche Eigenschaften der elektrischen Maschine, wie beispielsweise ein erzielbares Drehmoment. Durch das
erfindungsgemäße Verwenden der ermittelten Remanenz zum Steuern der
elektrischen Maschine kann die elektrische Maschine genauer gesteuert bzw. geregelt werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der
Verwendung des zum Kommutieren der elektrischen Maschine ohnehin vorhandenen Magnetfeldsensors für einen weiteren Zweck, nämlich zum Bestimmen der aktuellen Remanenz des mindestens einen Permanentmagneten des Rotors. Es kann somit insbesondere auf einen am Stator angebrachten Temperatursensor zur mittelbaren Messung der Temperatur des Rotors und der davon ausgehenden ungenauen
Ermittlung der Remanenz verzichtet werden. Während zum Kommutieren der elektrischen Maschine nur der Phasenwinkels des Signals des Magnetfeldsensors genutzt wird, wird erfindungsgemäß auch die Amplitude des Signals des
Magnetfeldsensors genutzt. Bevorzugt wird ermittelte Remanenz des
Permanentmagneten neben einem zum Kommutieren der elektrischen Maschine ermittelten Drehwinkel des Rotors zum Steuern der elektrischen Maschine verwendet. Besonders bevorzugt wird die ermittelte Remanenz des Permanentmagneten zum Steuern eines Drehmomentes der elektrischen Maschine verwendet. Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der einen bzw. den mehreren ermittelten Amplituden des mindestens einen Signals des mindestens einen Magnetfeldsensors zunächst ein die Energie des Magnetfeldes des Permanentmagneten repräsentierender Kennwert bestimmt, aus welchem
anschließend die Remanenz des Permanentmagneten ermittelt wird. Bei dem
Kennwert handelt es sich bevorzugt um einen Mittelwert, insbesondere um einen quadratischen Mittelwert, bevorzugt um einen Effektivwert.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei Richtungskomponenten des veränderlichen Magnetfeldes des
Permanentmagneten gemessen, um die elektrische Maschine zu kommutieren.
Hierfür kann der eine Magnetfeldsensor zur Messung beider Richtungskomponenten ausgelegt sein oder es können zwei der Magnetfeldsensoren unterschiedlich ausgerichtet bzw. mit einem Phasenversatz angeordnet sein. Das Signal des mindestens einen Magnetfeldsensors ist somit zweikanalig. Es umfasst zwei um einen Phasenwinkel phasenverschobene Signalanteile. Eine Messung des Phasenwinkels wird zum Kommutieren der elektrischen Maschine vorgenommen.
Das zweikanalige Signal des Magnetfeldsensors umfasst mindestens einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal, d. h. mindestens zwei eigenständige Teilsignale. Der erste Kanal und der zweite Kanal enthalten jeweils ein periodisches Teilsignal, welches synchron zum Drehwinkel des Rotors ist. Das periodische Teilsignal des ersten Kanales und das periodische Teilsignal des zweiten Kanales weisen eine Phasenverschiebung zueinander auf. Es handelt sich somit um ein AB-Signal. Aus dem AB-Signal lässt sich aufwandsarm die Drehzahl des Maschinenelementes bestimmen Das periodische Teilsignal des ersten Kanales und das periodische Teilsignal des zweiten Kanales sind bevorzugt jeweils sinusförmig. Folglich kann das AB-Signal als Sinus-/Kosinussignal angesehen werden. Das periodische Teilsignal des ersten Kanales und das periodische Teilsignal des zweiten Kanales besitzen bevorzugt eine gleiche Periodendauer. Das periodische Teilsignal des ersten Kanales und das periodische Teilsignal des zweiten Kanales besitzen bevorzugt eine gleiche maximale Amplitude. Folglich unterscheiden sich das periodische Teilsignal des ersten Kanales und das periodische Teilsignal des zweiten Kanales nur in ihrer Phase.
Das periodische Teilsignal des ersten Kanales und das periodische Teilsignal des zweiten Kanales besitzen bevorzugt jeweils eine Periodendauer, die einer Umdrehung oder einem ganzen Bruchteil einer Umdrehung des Rotors entspricht.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein quadratisches Mittel aus den zwei Teilsignalen des zweikanaligen Messsignals bestimmt, um daraus die Remanenz des Permanentmagneten des Rotors zu ermitteln.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Zuordnungstabelle oder eine Zuordnungsfunktion angewendet, um aus der Amplitude des Signals des Magnetfeldsensors bzw. aus dem aus der Amplitude des Signals des Magnetfeldsensors bestimmten Kennwert die Remanenz des Permanentmagneten zu ermitteln. Die Zuordnungstabelle bzw. die Zuordnungsfunktion repräsentiert den quantitativen Zusammenhang zwischen der Remanenz und der Amplitude des Signals des Magnetfeldsensors bzw. dem aus der Amplitude des Signals des
Magnetfeldsensors bestimmten Kennwert.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Schritt des Verwendens der ermittelten Remanenz zum Steuern der elektrischen Maschine weitere Teilschritte. In einem Teilschritt wird eine Temperatur des Permanentmagneten ausgehend von der ermittelten Remanenz des
Permanentmagneten ermittelt. Die Remanenz des Permanentmagneten ist abhängig von der Temperatur des Permanentmagneten. Diese Abhängigkeit ist quantitativ bekannt und wird genutzt, um die Temperatur des Permanentmagneten ausgehend von der zuvor ermittelten Remanenz des Permanentmagneten zu bestimmen. Somit wird auch ein quantitatives Maß der Temperatur ermittelt. In einem weiteren Teilschritt wird die ermittelte Temperatur zum Steuern der elektrischen Maschine verwendet. Somit wird auch das quantitative Maß der Temperatur verwendet, um die elektrische Maschine zu steuern bzw. zu regeln. Alternativ bevorzugt kann die Temperatur auch unmittelbar aus der Amplitude des Signals des Magnetfeldsensors bzw. aus dem aus der Amplitude des Signals des Magnetfeldsensors bestimmten Kennwert ermittelt werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Zuordnungstabelle oder eine Zuordnungsfunktion angewendet, um aus der Remanenz des Permanentmagneten die Temperatur des Permanentmagneten zu ermitteln. Die Zuordnungstabelle bzw. die Zuordnungsfunktion repräsentiert den quantitativen Zusammenhang zwischen der Remanenz und der Temperatur des
Permanentmagneten.
Bei alternativ bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Zuordnungstabelle oder eine Zuordnungsfunktion angewendet, um aus der Amplitude des Signals des Magnetfeldsensors bzw. aus dem aus der Amplitude des Signals des Magnetfeldsensors bestimmten Kennwert die Temperatur des
Permanentmagneten zu ermitteln. Die Zuordnungstabelle bzw. die
Zuordnungsfunktion repräsentiert den quantitativen Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Amplitude des Signals des Magnetfeldsensors bzw. dem aus der Amplitude des Signals des Magnetfeldsensors bestimmten Kennwert.
Der Schritt des Verwendens der ermittelten Temperatur zum Steuern der elektrischen Maschine umfasst bevorzugt ein Verwenden der ermittelten Temperatur für eine Temperaturüberwachung des Permanentmagneten. Hierdurch kann beispielsweise eine Überhitzung der elektrischen Maschine vermieden werden.
Bei dem einen verwendenden Magnetfeldsensor bzw. bei den mehreren
verwendenden Magnetfeldsensoren handelt es sich bevorzugt um AMR-Messbrücken oder um Hall-Sensoren. Grundsätzlich können die zu verwendenden
Magnetfeldsensoren aber auch durch andere Sensoren gebildet sein, mit denen magnetische Eigenschaften detektierbar sind. Die erfindungsgemäße Steuerungseinheit dient zum Steuern bzw. zum Regeln einer elektrischen Maschine. Die Steuerungseinheit ist zur Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert. Die Steuerungseinheit ist bevorzugt zur Ausführung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert. Im Übrigen weist die Steuerungseinheit bevorzugt auch solche Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm eines gemäß dem Stand der Technik aufgezeichneten
AB-Signals zum Kommutieren einer elektrischen Maschine; und
Fig. 2 ein Diagramm eines erfindungsgemäß ermittelten Kennwertes einer
Amplitude des in Fig. 1 gezeigten AB-Signals.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm eines gemäß dem Stand der Technik aufgezeichneten AB-Signals zum Kommutieren einer elektrischen Maschine. Auf der x-Achse ist die Zeit aufgetragen. Auf der y-Achse ist die magnetische Flussdichte aufgetragen. Die nicht dargestellte elektrische Maschine umfasst einen Rotor mit einem
Permanentmagneten, welchem zwei Magnetfeldsensoren am Stator gegenüber stehen. Die versetzt angeordneten Magnetfeldsensoren messen jeweils die
Flussdichte des sich aufgrund der Rotation des Rotors zeitlichen verändernden Magnetfeldes des Permanentmagneten. Der erste Magnetfeldsensor liefert ein erstes Teilsignal 01 , während der zweite Magnetfeldsensor ein zweites Teilsignal 02 liefert. Das erste Teilsignal 01 und das zweite Teilsignal 02 bilden das AB-Signal. Das erste Teilsignal 01 kann auch als Sinussignal bezeichnet werden, während das zweite Teilsignal 02 auch als Kosinussignal bezeichnet werden kann. Aus der Phase des AB-Signals kann ein Drehwinkel 04 (gezeigt in Fig. 2) des Rotors bestimmt werden, um die elektrische Maschine zu kommutieren. Die Amplitude des AB-Signals, d. h. die Amplitude des ersten Teilsignals 01 und die Amplitude des zweiten Teilsignals 02 sind hierfür ohne Belang. Die Amplitude des AB-Signals ändert sich in dem gezeigten Verlauf beispielhaft aufgrund einer Änderung einer Remanenz des
Permanentmagneten, die wegen einer Änderung der Temperatur des
Permanentmagneten auftritt. Die Remanenz sinkt zunächst und steigt daraufhin bis auf ein größeres Maß an.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines erfindungsgemäß ermittelten Kennwertes 03 der Amplitude des in Fig. 1 gezeigten AB-Signals. Die x-Achse gleicht der in Fig. 1 gezeigten x-Achse. Es ist ein Verlauf des Drehwinkels 04 des Rotors dargestellt, welcher aus dem in Fig. 1 gezeigten AB-Signal gemäß dem Stand der Technik ermittelt wurde, indem der Arkustangens aus dem Quotienten zwischen dem ersten Teilsignal 01 und dem zweiten Teilsignal 02 (gezeigt in Fig. 1 ) gebildet wurde. Auf der linken y-Achse ist der Drehwinkel aufgetragen.
Erfindungsgemäß wurde der Kennwert 03 aus der Amplitude des in Fig. 1 gezeigten AB-Signals ermittelt, indem ein quadratischer Mittelwert des ersten Teilsignals 01 und des zweiten Teilsignals 02 (gezeigt in Fig. 1 ) gebildet wurde. Der Kennwert 03 ist proportional zur Remanenz des Permanentmagneten, sodass aus dem Kennwert 03 die Remanenz des Permanentmagneten bestimmt werden kann und auch auf die Temperatur des Permanentmagneten geschlossen werden kann. Auf der rechten y-Achse ist die Temperatur aufgetragen.
Bezugszeichenliste erstes Teilsignal
zweites Teilsignal
Kennwert
Drehwinkel

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine, in welcher ein Rotor mindestens einen Permanentmagneten aufweist, dessen Magnetfeld mit mindestens einem Magnetfeldsensor zum Kommutieren der elektrischen
Maschine gemessen wird; folgende Schritte umfassend:
- Bestimmen einer Amplitude eines Signals (01 , 02) des Magnetfeldsensors;
- Ermitteln einer Remanenz des Permanentmagneten ausgehend von der Amplitude des Signals (01 , 02) des Magnetfeldsensors; und
- Verwenden der ermittelten Remanenz zum Steuern der elektrischen
Maschine.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei
Richtungskomponenten des Magnetfeldes gemessen werden, um die elektrische Maschine zu kommutieren, sodass das Signal (01 , 02) des mindestens einen Magnetfeldsensors zweikanalig und zwei um einen Phasenwinkel
phasenverschobene Teilsignale (01 , 02) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein quadratisches Mittel (03) aus den Amplituden der zwei Teilsignale (01 , 02) des zweikanaligen Messsignals bestimmt wird, um daraus die Remanenz des Permanentmagneten zu ermitteln.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuordnungstabelle oder eine Zuordnungsfunktion angewendet wird, um aus der ermittelten Amplitude des Signals (01 , 02) des Magnetfeldsensors die Remanenz des Permanentmagneten zu ermitteln. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Remanenz des Permanentmagneten neben einem zum Kommutieren der elektrischen Maschine ermittelten Drehwinkel (04) des Rotors zum Steuern der elektrischen Maschine verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Remanenz des Permanentmagneten zum Steuern eines
Drehmomentes der elektrischen Maschine verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verwendens der ermittelten Remanenz zum Steuern der elektrischen Maschine folgende Teilschritte umfasst:
- Ermitteln einer Temperatur des Permanentmagneten ausgehend von der ermittelten Remanenz des Permanentmagneten; und
- Verwenden der ermittelten Temperatur zum Steuern der elektrischen
Maschine.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Zuordnungstabelle oder eine Zuordnungsfunktion angewendet wird, um aus der ermittelten Remanenz des Permanentmagneten die Temperatur des
Permanentmagneten zu ermitteln.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Temperatur für eine Temperaturüberwachung des Permanentmagneten verwendet wird.
10. Steuerungseinheit für eine elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 konfiguriert ist.
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