WO2020160740A1 - Verfahren zum betrieb eines elektromotors mit nutzung des gegenspannungsverlaufes zur regelung des elektromotors - Google Patents

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electric motor
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voltage
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Stefan GÖTZ
Oliver Heil
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Dr Ing HCF Porsche AG
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    • 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
    • H02P29/67—Controlling or determining the motor temperature by back electromotive force [back-EMF] evaluation

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an electric motor using the counter-voltage curve for regulating the electric motor, a
  • Electric motor a motor vehicle having an electric motor and a method for operating a motor vehicle.
  • This object is achieved by a method for operating an electric motor, with electrical voltages with n phases being applied to windings of the electric motor by power electronics of the electric motor, with the Power electronics, the voltage curve of each of the n phases is regulated, a counter-voltage curve of the electric motor being determined, the counter-voltage curve as a specification for the regulation of the modulator
  • the method according to the invention makes it possible to regulate the voltage curves in such a way that the torque ripple is minimized.
  • the counter-voltage curve represents the natural voltage curve of an electric machine. If the electric motor is operated as a generator without a load, the voltage at the terminals of the electric motor corresponds to the counter-voltage curve.
  • the counter-voltage curve is usually also referred to as Back-EMF or Counter-Electromotive-Force. Under load, the counter-voltage curve can change its shape, since the magnetic flux chooses different paths, for example due to the saturation effects of the iron in the rotor and / or stator of the electric motor. Furthermore, the counter-voltage curve changes its amplitude and shape with changes in temperature. This effect is mainly given by the temperature dependence of the permanent magnets.
  • Voltage curves of the phases of the electric motor based on the counter-voltage curve adapts the voltage curves to realistic framework conditions and thus reduces the torque ripple.
  • the number of phases n is preferably three. It is conceivable that the counter voltage curve is determined during regular operation of the electric motor. However, it is also conceivable that the counter-voltage curve is determined during or directly after the production of the electric motor, for example on a test bench, or during an application phase.
  • the counter-voltage curve is divided into periods, one period being one corresponds to mechanical rotation of a rotor of the electric motor, the
  • Periods are each divided into a plurality of segments, the segments are each linked with a rotation angle of the rotor, the
  • Segments is measured at an electrical connection of the windings, with no current being fed into the electrical connection of the windings for the measurement, the counter-voltage curve being modeled during a second part of the plurality of segments, the second part of the plurality of segments including all segments, during which the counter-voltage curve is not measured.
  • a period of the counter-voltage curve arises from the first part of the plurality of segments and the second part of the plurality of segments.
  • the segments are preferably very short, in particular significantly less than one second long. It is conceivable that the segments partially overlap in time. This improves the
  • the segments of the first part of the plurality of segments are systematically distributed over time. For this purpose, it is conceivable that the segments of the first part of the plurality of segments are evenly distributed over time. It is also conceivable, however, that the segments of the first part of the plurality of segments are distributed randomly over time.
  • the segments are preferably sorted on the basis of the rotation angle of the rotor and, if segments overlap, they are averaged. The sorting takes place by assigning the segments via the angle of rotation of the rotor linked to them.
  • the angle of rotation is determined with a rotor bearing encoder and / or a position estimate of a sensorless estimate, preferably the sensorless one Estimation is based on the determined counter-voltage curve.
  • a resolver, an encoder and / or Hall sensors are used as the rotor bearing encoder.
  • the position of rotor poles of the electric motor with respect to the stator poles of the electric motor is determined by the rotor bearing sensor.
  • the modeling of the counter-voltage curve is carried out during the second part of the plurality of segments of a first period on the basis of the counter-voltage curve during at least a second period, the at least one second period preceding the first period in time.
  • the time interval between the first period and the at least second period is small, preferably only a few seconds, particularly preferably less than one second. This enables a high dynamic of the modeling, which is advantageous, for example, in drives for motor vehicles. It is conceivable that the modeling is carried out on the basis of the at least one second period in accordance with a Taylor expansion of the at least one second period of the first order or higher orders. For this it is conceivable that the necessary time derivatives are estimated using finite difference terms. For example, a first order Taylor expansion would look like this:
  • the shape of the counter-voltage curve can also be made predictive for a time in the future from the measurements v fi ( ⁇ p) and n ⁇ O).
  • estimable parameters influencing the counter-voltage curve are included, wherein preferably predictable load fluctuations and / or changes in temperature are included.
  • Counter-voltage curve influencing parameters are learned from a neural network of the electric motor and the learned from the neural network into the
  • Parameters influencing the counter-voltage curve can be learned from the neural network of the electric motor during or directly after the production of the electric motor, for example on a test bench for testing the electric motor and / or in a training mode of the electric motor under realistic conditions in the operation of the electric motor and / or in everyday operation of the electric motor .
  • the n-fold harmonics of the counter voltage curve for use as a default Counter-voltage curve is added up. This procedure makes it possible to use voltage reserves and effectively load each phase with a higher voltage without having to increase the voltage at the input of an inverter of the electric motor.
  • the n-fold harmonic of the counter-voltage curve is the
  • Counter-stress curve with an angle of rotation accelerated by the factor n It is also conceivable that frequency components are specifically added to the counter-voltage curve. For this purpose, it is conceivable that the added frequency components are added in a fixed phase relationship to a fundamental wave of the counter-voltage curve.
  • the counter-voltage curve is filtered for use as a default. This makes it possible to remove unwanted artifacts from the counter voltage curve and / or to attenuate or amplify certain harmonics or frequency ranges. It is conceivable that a linear filter is used for the filtering. It is also conceivable that unwanted noise components, which, for example, have arisen during the measurement, are removed from the counter-voltage curve. It is also conceivable that a stored counter-voltage curve from a previous period is filtered and the stored counter-voltage curve from the previous period is additionally filtered in an inverted manner, the stored one being filtered
  • the counter-voltage curve is filtered with a linear filter, the linear filter being calculated by numerical optimization.
  • an optimizer determines the total losses of the electric motor and, based on the result, uses a numerical optimization process to modify a new, suitable filter that allows lower total losses to be expected. The steps required for this are iterative
  • the optimization can take place while the electric motor is in operation.
  • the electric motor is preferably either operated in a first mode, the filter being optimized in order to minimize the total losses, or the electric motor is operated in a second mode in which a previously optimized filter is used for filtering.
  • the previously optimized filter can be any suitable numerical optimization methods.
  • the electric motor can preferably be operated in further modes.
  • the periods are each divided into a plurality of equally long segments, with frequency components of the counter-voltage curve having a frequency of the inverse of the temporal segment length and / or frequency components of the
  • Counter-voltage curve with an integer multiple of the frequency of the inverse of the temporal segment length are reduced in their amplitude and / or filtered out. This significantly reduces the occurrence of unwanted artifacts in the
  • Another object of the invention is a method for operating a
  • the invention also relates to an electric motor having a modulator, the modulator being configured to carry out the method according to the invention. It is conceivable that the electric motor has a memory for storing
  • the electric motor has a plurality of memories for storing different counter-voltage curves.
  • the memory or the plurality of memories have one or more shift registers and / or one or more FIFO buffers.
  • the electric motor is connected in a star connection or in a delta connection. Is conceivable Furthermore, that the counter voltage curve from a phase output of an inverter of the electric motor to a star point or a virtual star point of the
  • Another subject matter of the invention is a motor vehicle having an electric motor according to the invention.
  • FIG 1 illustrates schematically the method according to an example
  • FIG. 2 schematically illustrates part of the method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 schematically illustrates a motor vehicle according to an example
  • Counter voltage 20 and the angle of rotation 11 of the rotor of the electric motor are measured.
  • the measured segments 10 are linked with the associated angle of rotation 11 1.
  • the linked data are filtered 2, in particular, frequency components of the measured segments of the counter-voltage curve 20, which are a frequency of the inverse of the time length of the segments 10 and / or frequency components with an integer multiple of Frequency of the inverse of the temporal length of the segments
  • a motor vehicle 101 is schematically according to an example
  • the motor vehicle has the electric motor 100 with the power electronics 6, the modulator 5 and the windings 7.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Elektromotors (100), wobei von einer Leistungselektronik (6) des Elektromotors (100) elektrische Spannungen mit n Phasen an Wicklungen (7) des Elektromotors (100) angelegt werden, wobei von einem Modulator (5) der Leistungselektronik (6) der Spannungsverlauf jeder einzelnen der n Phasen geregelt wird, wobei ein Gegenspannungsverlauf (20) des Elektromotors (100) ermittelt wird, wobei von dem Modulator (5) der Gegenspannungsverlauf (20) als Vorgabe für die Regelung der Spannungsverläufe genutzt wird, ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (101), einen Elektromotor (100) und ein Kraftfahrzeug (101).

Description

Verfahren zum Betrieb eines Elektromotors mit Nutzung des
Gegenspannungsverlaufes zur Regelung des Elektromotors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Elektromotors mit Nutzung des Gegenspannungsverlaufes zur Regelung des Elektromotors, einen
Elektromotor, ein Kraftfahrzeug aufweisend einen Elektromotor und ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs.
Bei mit Wechselstrom betriebenen Elektromotoren wird üblicherweise von exakt sinusförmigen zeitlichen Strom- und Spannungsverläufen am Elektromotor ausgegangen. In der Realität weichen jedoch sowohl die Spannungsverläufe als auch die Stromverläufe stark von der idealen Sinusform ab. Für diese Abweichungen sind unter anderem die endliche Anzahl von Nuten zur Aufnahme von Wicklungen, Produktionstoleranzen und diskrete Pole, insbesondere bei Synchronmaschinen verantwortlich. Neben dem besteht ein Zusammenhang zwischen dem Spannungsverlauf eines Elektromotors und der Drehmomentwelligkeit im Betrieb des Elektromotors. Die Drehmomentwelligkeit bezeichnet das Verhalten elektrischer Maschinen über eine Umdrehung des Rotors der elektrischen Maschine kein konstantes Drehmoment aufzubauen sondern oszillierend zu beschleunigen und zu bremsen. Ist der Elektromotor in ein Kraftfahrzeug eingebaut, so kann die Drehmomentwelligkeit den Fahrkomfort enorm beeinträchtigen und Vibrationen hervorrufen, welche ungewollte Geräusche emittieren, elektrische Verluste erzeugen, Materialermüdung beschleunigen oder sogar zu unmittelbaren Schäden führen.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Elektromotors bereitzustellen, welches die beschriebenen Nachteile nicht aufweist, sondern die Drehmomentwelligkeit reduziert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Elektromotors, wobei von einer Leistungselektronik des Elektromotors elektrische Spannungen mit n Phasen an Wicklungen des Elektromotors angelegt werden, wobei von einem Modulator der Leistungselektronik der Spannungsverlauf jeder einzelnen der n Phasen geregelt wird, wobei ein Gegenspannungsverlauf des Elektromotors ermittelt wird, wobei von dem Modulator der Gegenspannungsverlauf als Vorgabe für die Regelung der
Spannungsverläufe genutzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Spannungsverläufe so zu regeln, dass die Drehmomentwelligkeit minimiert wird. Der Gegenspannungsverlauf stellt den natürlichen Spannungsverlauf einer elektrischen Maschine dar. Wird der Elektromotor als Generator ohne Last betrieben, so entspricht die Spannung an den Klemmen des Elektromotors dem Gegenspannungsverlauf. Der Gegenspannungsverlauf wird üblicherweise auch als Back-EMF oder Counter-Electromotive-Force bezeichnet. Unter Belastung kann der Gegenspannungsverlauf seine Form ändern, da beispielsweise durch Sättigungseffekte des Eisens in Rotor und/oder Stator des Elektromotors der magnetische Fluss andere Pfade wählt. Ferner ändert der Gegenspannungsverlauf mit Temperaturänderungen seine Amplitude und Form. Dieser Effekt ist vor allem durch die Temperaturabhängigkeit der Permanentmagnete gegeben. Eine Regelung der
Spannungsverläufe der Phasen des Elektromotors anhand des Gegenspannungsverlaufes passt die Spannungsverläufe an realistische Rahmenbedingungen an und verringert so die Drehmomentwelligkeit. Vorzugsweise ist die Anzahl der Phasen n drei. Denkbar ist, dass der Gegenspannungsverlauf im regulären Betrieb des Elektromotors ermittelt wird. Denkbar ist aber auch, dass der Gegenspannungsverlauf bei oder direkt nach der Herstellung des Elektromotors, beispielsweise auf einem Prüfstand, oder während einer Applikationsphase ermittelt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gegenspannungsverlauf in Perioden eingeteilt wird, wobei eine Periode einer mechanischen Umdrehung eines Rotors des Elektromotors entspricht, wobei die
Perioden jeweils in eine Mehrzahl von Segmenten eingeteilt werden, wobei die Segmente jeweils mit einer Umdrehungswinkel des Rotors verknüpft werden, wobei der
Gegenspannungsverlauf zumindest während eines ersten Teiles der Mehrzahl von
Segmenten an einem elektrischen Anschluss der Wicklungen gemessen wird, wobei in den elektrischen Anschluss der Wicklungen zur Messung kein Strom eingespeist wird, wobei der Gegenspannungsverlauf während eines zweiter Teiles der Mehrzahl von Segmenten modelliert wird, wobei der zweite Teil der Mehrzahl von Segmenten alle Segmente umfasst, während denen der Gegenspannungsverlauf nicht gemessen wird Damit ist auf vorteilhafte Weise eine Verringerung von Zugkraftunterbrechungen möglich. Bei der Messung des Gegenspannungsverlaufes muss die Stromeinspeisung kurzzeitig unterbrochen werden. Wird nur kurzzeitig gemessen und wird der
Gegenspannungsverlauf teilweise modelliert, so verringern sich die Zeiten mit
unterbrochener Stromeinspeisung und damit unterbrochener Zugkraft. Im Ergebnis entsteht aus dem ersten Teil der Mehrzahl von Segmenten und dem zweiten Teil der Mehrzahl von Segmenten eine Periode des Gegenspannungsverlaufes. Vorzugsweise sind die Segmente sehr kurz, insbesondere deutlich weniger als eine Sekunde lang. Denkbar ist, dass sich die Segmente teilweise zeitlich überlappen. Dies verbessert die
Modellierung und beugt Messartefakten vor. Denkbar ist, dass die Segmente des ersten Teils der Mehrzahl von Segmenten zeitlich systematisch verteilt sind. Denkbar ist dazu, dass die Segmente des ersten Teils der Mehrzahl von Segmenten zeitlich gleichmäßig verteilt sind. Denkbar ist aber auch, dass die Segmente des ersten Teils der Mehrzahl von Segmenten zeitlich randomisiert verteilt sind. Vorzugsweise werden die Segmente anhand des Umdrehungswinkels des Rotors sortiert und, falls sich Segmente überlappen, diese gemittelt. Die Sortierung erfolgt durch Aufträgen der Segmente über den mit diesen verknüpften Umdrehungswinkel des Rotors.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Umdrehungswinkel mit einem Rotorlagergeber und/oder einer Positionsschätzung einer sensorlosen Schätzung ermittelt wird, wobei vorzugsweise die sensorlose Schätzung auf Basis des ermittelten Gegenspannungsverlaufes erfolgt. Denkbar ist, dass als Rotorlagergeber ein Resolver, ein Encoder und/oder Hall-Sensoren verwendet werden. Denkbar ist, dass von dem Rotorlagergeber die Position von Rotorpolen des Elektromotors gegenüber Statorpolen des Elektromotors ermittelt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Modellieren des Gegenspannungsverlaufes während des zweiten Teiles der Mehrzahl von Segmenten einer ersten Periode auf Grundlage des Gegenspannungsverlaufes während mindestens einer zweiten Periode durchgeführt wird, wobei die mindestens eine zweite Periode der ersten Periode zeitlich vorhergeht. Dies ermöglicht eine
hervorragende Anpassung der Modellierung des Gegenspannungsverlaufes an die tatsächlichen Verhältnisse und eine Berücksichtigung der zeitlichen Änderung des Gegenspannungsverlaufes. Denkbar ist, dass der zeitliche Abstand zwischen der ersten Periode und der mindestens zweiten Periode gering, vorzugsweise nur wenige Sekunden lang, besonders bevorzugt weniger als eine Sekunde lang ist. Dies ermöglicht eine hohe Dynamik der Modellierung, wie sie beispielsweise bei Antrieben für Kraftfahrtzeuge von Vorteil ist. Vorstellbar ist, dass die Modellierung auf Grundlage der mindestens einen zweiten Periode entsprechend einer Taylor-Entwicklung der mindestens einen zweiten Periode erster Ordnung oder höherer Ordnungen durchgeführt wird. Dazu ist denkbar, dass die nötigen zeitlichen Ableitungen über finite Differenzterme geschätzt werden. Dazu würde beispielsweise eine Taylor-Entwicklung erster Ordnung wie folgt aussehen:
Figure imgf000006_0001
mit
Figure imgf000006_0002
beziehungsweise genauer mit
Figure imgf000006_0003
Eine Taylor-Entwicklung zweiter Ordnung würde wie folgt aussehen:
Figure imgf000006_0004
mit der ersten Ableitung wie oben beschrieben und mit
Figure imgf000007_0001
Hier kann die Form des Gegenspannungsverlaufes auch prädiktiv für eine Zeit in der Zukunft aus den erfolgten Messungen vfi(<p) und n^ O ) vorgenommen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Modellierung des Gegenspannungsverlaufes während des zweiten Teiles der Segmente abschätzbare den Gegenspannungsverlauf beeinflussende Parameter mit einbezogen werden, wobei vorzugsweise abschätzbare Lastschwankungen und/oder Erwärmungsveränderungen mit einbezogen werden. Dies ermöglicht, dass
Veränderungen und Parameterabhängigkeiten des Gegenspannungsverlaufes durch dynamische Veränderungen des Gegenspannungsverlaufes berücksichtigt werden. Eine parametrische Abspeicherung eines Gegenspannungsverlaufes für einen entsprechenden Parametersatz, wie beispielsweise eine vorliegende Temperatur bei einer vorgegebenen Drehzahländerung, kann somit unterbleiben. Denkbar ist, dass Veränderungen des Gegenspannungsverlaufes bei Veränderungen von abschätzbaren den
Gegenspannungsverlauf beeinflussenden Parametern von einem neuronalen Netz des Elektromotors erlernt werden und das von dem neuronalen Netz Erlernte in die
Modellierung mit einfließt. Denkbar dazu ist, dass Veränderungen des
Gegenspannungsverlaufes bei Veränderungen von abschätzbaren den
Gegenspannungsverlauf beeinflussenden Parametern von dem neuronalen Netz des Elektromotors bei oder direkt nach der Herstellung des Elektromotors beispielsweise auf einem Prüfstand zum Prüfen des Elektromotors und/oder in einem Trainingsmodus des Elektromotors unter realistischen Bedingungen im Betrieb des Elektromotors und/oder auch im Alltagsbetrieb des Elektromotors erlernt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass auf den Gegenspannungsverlauf zur Nutzung als Vorgabe die n-fache Harmonische des Gegenspannungsverlaufes aufaddiert wird. Dieses Vorgehen ermöglicht, Spannungsreserven zu nutzen und effektiv jede Phase mit einer höheren Spannung zu belasten, ohne die Spannung am Eingang eines Inverters des Elektromotors anheben zu müssen. Die n-fache Harmonische des Gegenspannungsverlaufes ist dabei der
Gegenspannungsverlauf mit einem um den Faktor n beschleunigten Drehwinkel. Denkbar ist auch, dass gezielt Frequenzkomponenten zum Gegenspannungsverlauf addiert werden. Dazu ist denkbar, dass die hinzuaddierten Frequenzkomponenten in einem festen Phasenverhältnis zu einer Grundwelle des Gegenspannungsverlaufes addiert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gegenspannungsverlauf zur Nutzung als Vorgabe gefiltert wird. Dies ermöglicht, unerwünschte Artefakte aus dem Gegenspannungsverlauf zu entfernen und/oder bestimmte Harmonische oder Frequenzbereiche zu dämpfen oder zu verstärken. Denkbar ist, dass bei der Filterung ein lineares Filter verwendet wird. Denkbar ist auch, dass ungewollte Rauschkomponenten aus dem Gegenspannungsverlauf, welche beispielsweise bei der Messung entstanden sind, entfernt werden. Denkbar ist weiterhin, dass ein abgespeicherter Gegenspannungsverlauf aus einer vorhergehenden Periode gefiltert wird und der abgespeicherte Gegenspannungsverlauf aus der vorhergehenden Periode zusätzlich zeitlich invertiert gefiltert wird, wobei der abgespeicherte
Gegenspannungsverlauf aus der vorhergehenden Periode und zur Modellierung genutzt wird. Damit wird vorteilhaft die Gruppendispersion des Phasenverlaufes unterbunden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gegenspannungsverlauf mit einem linearen Filter gefiltert wird, wobei das lineare Filter durch eine numerische Optimierung berechnet wird. Hierzu ermittelt ein Optimierer die Gesamtverluste des Elektromotors und modifiziert basierend auf dem Ergebnis mit einem numerischen Optimierungsverfahren ein neues, geeignetes Filter, das niedrigere Gesamtverluste erwarten lässt. Die dazu notwendigen Schritte werden iterativ
durchgeführt. Beispiele für geeignete numerische Optimierungsverfahren sind Simplex- Optimierung, Gradient-Descend-Optimierung oder Particle-Swarm-Optimierung und bevorzugt ein Kiefer-Wolfowitz-Verfahren. Die Optimierung kann während des Betriebs des Elektromotors erfolgen. Vorzugsweise wird der Elektromotor entweder in einem ersten Modus betrieben, wobei das Filter optimiert wird um die Gesamtverluste zu minimieren, oder der Elektromotor wird in einem zweiten Modus betrieben, in welchem zur Filterung ein zuvor optimiertes Filter verwendet wird. Das zuvor optimierte Filter kann
beispielsweise zuvor im ersten Modus optimiert worden sein. Neben dem ersten Modus und dem zweiten Modus kann der Elektromotor vorzugsweise in weiteren Modi betrieben werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Perioden jeweils in eine Mehrzahl von zeitlich gleichlangen Segmenten eingeteilt werden, wobei Frequenzanteile des Gegenspannungsverlaufes mit einer Frequenz des Inversen der zeitlichen Segmentlänge und/oder Frequenzanteile des
Gegenspannungsverlaufes mit einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz des Inversen der zeitlichen Segmentlänge in ihrer Amplitude vermindert und/oder herausgefiltert werden. Dies reduziert deutlich das Vorkommen von ungewollten Artefakten im
Gegenspannungsverlauf.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines
Kraftfahrzeugs, wobei ein Elektromotor des Kraftfahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Elektromotor aufweisend einen Modulator, wobei der Modulator zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist. Denkbar ist, dass der Elektromotor einen Speicher zum Speichern von
Gegenspannungsverläufen aufweist. Denkbar ist, dass der Elektromotor eine Mehrzahl von Speichern zum Speichern von unterschiedlichen Gegenspannungsverläufen aufweist. Denkbar dazu ist, dass der Speicher oder die Mehrzahl von Speichern ein oder mehrere Schieberegister und/oder ein oder mehrere FIFO-Puffer aufweisen. Denkbar ist, dass der Elektromotor in Stern-Schaltung oder in Dreieck-Schaltung verschaltet ist. Denkbar ist weiterhin, dass der Gegenspannungsverlauf von einem Phasenausgang eines Inverters des Elektromotors zu einem Sternpunkt oder einem virtuellen Sternpunkt des
Elektromotors gemessen wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug aufweisend einen erfindungsgemäßen Elektromotor.
Alle vorstehenden Ausführungen gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Elektromotors, das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, den erfindungsgemäßen Elektromotor und das
erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Figur 1 illustriert schematisch das Verfahren gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 illustriert schematisch einen Teil des Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 1 ist schematisch das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. An den Windungen eines mit drei Phasen betriebenen Elektromotors (hier nicht gezeigt, siehe Figur 3) werden Segmente 10 einer Periode der durch den Betrieb des Elektromotors im Elektromotor erzeugten
Gegenspannung 20 und der Drehwinkel 11 des Rotors des Elektromotors gemessen. Die gemessenen Segmente 10 werden mit dem zugehörigen Drehwinkel 11 verknüpft 1. Die verknüpften Daten werden gefiltert 2, insbesondere werden Frequenzanteile der gemessenen Segmente des Gegenspannungsverlaufes 20, welche eine Frequenz des Inversen der zeitlichen Länge der Segmente 10 und/oder Frequenzanteile mit einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz des Inversen der zeitlichen Länge der Segmente
10 herausgefiltert. Anschließend werden Segmente des Gegenspannungsverlaufes, welche nicht gemessen wurden, modelliert 3. Als Grundlage dazu dienen zum einen die gemessenen Segmente 10 und zum anderen im Speicher 8 abgespeicherte zeitlich vorhergehende Gegenspannungsverläufe 20. Die Segmente werden sodann anhand des Drehwinkels 11 sortiert und ergeben über den Drehwinkel aufgetragen den gefilterten Gegenspannungsverlauf. Dem Gegenspannungsverlauf 20 wird anschließend die dritte Harmonische des Gegenspannungsverlaufes 20 aufaddiert und dem Modulator 5 der Leistungselektronik 6 zur Steuerung der Spannungsverläufe an den Wicklungen 7 übergeben.
In Figur 2 ist schematisch einen Teil des Verfahrens gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Gegenspannungsverlauf 20' wird in Segmenten 10 bei unterschiedlichen Drehwinkeln 11 des Rotors des
Elektromotors gemessen. Bei der Messung der Gegenspannung wird kein Strom in den Elektromotor eingespeist, was bedeutet, dass während der Messung eine Unterbrechung der Zugkraft des Motors stattfindet. Damit diese Zugkraftunterbrechungen möglichst kurz bleiben, wird nur segmentweise gemessen, wobei hier die Segmente 10 zeitlich sehr kurz und randomisiert verteilt sind. Jedem Segment wird der Drehwinkel 11 des Rotors des Elektromotors zugeordnet. Die Sortierung der Segmente 10 nach dem Drehwinkel
11 ergibt den Gegenspannungsverlauf 20. In Figur 3 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 101 gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug weist den Elektromotor 100 mit der Leistungselektronik 6, dem Modulator 5 und den Wicklungen 7 auf.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betrieb eines Elektromotors (100), wobei von einer
Leistungselektronik (6) des Elektromotors (100) elektrische Spannungen mit n Phasen an Wicklungen (7) des Elektromotors (100) angelegt werden, wobei von einem Modulator (5) der Leistungselektronik (6) der Spannungsverlauf jeder einzelnen der n Phasen geregelt wird, wobei ein Gegenspannungsverlauf (20) des Elektromotors (100) ermittelt wird, wobei von dem Modulator (5) der
Gegenspannungsverlauf (20) als Vorgabe für die Regelung der Spannungsverläufe genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Gegenspannungsverlauf (20) in Perioden eingeteilt wird, wobei eine Periode einer mechanischen Umdrehung eines Rotors des Elektromotors (100) entspricht, wobei die Perioden jeweils in eine Mehrzahl von Segmenten (10) eingeteilt werden, wobei die Segmente (10) jeweils mit einer Umdrehungswinkel (11) des Rotors verknüpft werden, wobei der
Gegenspannungsverlauf (20) zumindest während eines ersten Teiles der Mehrzahl von Segmenten (10) an einem elektrischen Anschluss der Wicklungen (7) gemessen wird, wobei in den elektrische Anschluss der Wicklungen (7) zur Messung kein Strom eingespeist wird, wobei der Gegenspannungsverlauf (20) während eines zweiter Teiles der Mehrzahl von Segmenten (10) modelliert (3) wird, wobei der zweite Teil der Mehrzahl von Segmenten (10) alle Segmente (10) umfasst, während denen der Gegenspannungsverlauf (20) nicht gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Umdrehungswinkel (11) mit einem
Rotorlagergeber und/oder einer Positionsschätzung einer sensorlosen Schätzung ermittelt wird, wobei vorzugsweise die sensorlose Schätzung auf Basis des ermittelten Gegenspannungsverlaufes (20) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei das Modellieren (3) des Gegenspannungsverlaufes (20) während des zweiten Teiles der Mehrzahl von Segmenten (10) einer ersten Periode auf Grundlage des
Gegenspannungsverlaufes (20) während mindestens einer zweiten Periode durchgeführt wird, wobei die mindestens eine zweite Periode der ersten Periode zeitlich vorhergeht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei bei der Modellierung (3) des Gegenspannungsverlaufes (20) während des zweiten Teiles der Segmente (10) abschätzbare den Gegenspannungsverlauf (20) beeinflussende Parameter mit einbezogen werden, wobei vorzugsweise abschätzbare Lastschwankungen und/oder Erwärmungsveränderungen mit einbezogen werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf den
Gegenspannungsverlauf (20) zur Nutzung als Vorgabe die n-fache Harmonische des Gegenspannungsverlaufes (20) aufaddiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Gegenspannungsverlauf (20) zur Nutzung als Vorgabe gefiltert (2) wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Gegenspannungsverlauf mit einem linearen Filter gefiltert wird, wobei das lineare Filter durch eine numerische Optimierung berechnet wird. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Perioden jeweils in eine Mehrzahl von zeitlich gleichlangen Segmenten (10) eingeteilt werden, wobei Frequenzanteile des Gegenspannungsverlaufes (20) mit einer Frequenz des Inversen der zeitlichen Segmentlänge und/oder Frequenzanteile des Gegenspannungsverlaufes (20) mit einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz des Inversen der zeitlichen Segmentlänge in ihrer Amplitude vermindert und/oder herausgefiltert werden.
10. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (101), wobei ein Elektromotor (100) des Kraftfahrzeugs (101) mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben wird.
11. Elektromotor (100) aufweisend einen Modulator (5), wobei der Modulator (5) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 konfiguriert ist. 12. Kraftfahrzeug (101) aufweisend einen Elektromotor (100) gemäß Anspruch 11.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014001184A1 (de) * 2014-01-30 2015-07-30 Otto Bock Healthcare Products Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors
DE102016211406A1 (de) * 2016-06-24 2017-12-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Regelung einer Synchronmaschine und Regelvorrichtung für eine Synchronmaschine

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6046554A (en) * 1998-02-13 2000-04-04 General Electric Company Method and apparatus for calibrating a permanent-magnet motor using back EMF measurement
DE19846831B4 (de) * 1998-10-10 2008-05-29 Diehl Ako Stiftung & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Rotorstellung von Synchronmotoren
CN110291714A (zh) * 2017-02-14 2019-09-27 Ksr Ip控股有限责任公司 用于谐波补偿的系统和方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014001184A1 (de) * 2014-01-30 2015-07-30 Otto Bock Healthcare Products Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors
DE102016211406A1 (de) * 2016-06-24 2017-12-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Regelung einer Synchronmaschine und Regelvorrichtung für eine Synchronmaschine

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