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DE102018220768A1 - Method for operating a motor system with an electrical machine and associated motor system - Google Patents

Method for operating a motor system with an electrical machine and associated motor system Download PDF

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DE102018220768A1
DE102018220768A1 DE102018220768.2A DE102018220768A DE102018220768A1 DE 102018220768 A1 DE102018220768 A1 DE 102018220768A1 DE 102018220768 A DE102018220768 A DE 102018220768A DE 102018220768 A1 DE102018220768 A1 DE 102018220768A1
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DE
Germany
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electrical machine
rotor position
phase
speed
rotor
Prior art date
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DE102018220768.2A
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German (de)
Inventor
Yevgen Sklyarenko
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einer elektrischen Maschine (3), einer Leistungstreiberschaltung (2) zum Bereitstellen von Phasenspannungen (U,V,W) und einer Sicherheitseinrichtung (5) zum Unterbrechen von Phasenstrangzuleitungen (4), die die Leistungstreiberschaltung (2) mit Phasensträngen (31) der elektrischen Maschine (3) verbinden, wobei in einem Fehlerfall folgende Schritte mittels einer Steuereinheit (24) ausgeführt werden: Bestimmen einer Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine (3), Ermitteln eines Rotorlagebereichs (11), in dem ein gleichzeitiges Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen (4) zugelassen wird, wobei das Ermitteln auf Grundlage von Kennlinien (18, 19) erfolgt, welche auf Grundlage einer Simulation geschätzte Rotorlagebereiche (11) in Abhängigkeit von Drehzahlen des Rotors der elektrischen Maschine (3) definieren, Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen (4) in Abhängigkeit des ermittelten Rotorlagebereichs (11) und einer aktuellen Rotorlage mittels der Sicherheitseinrichtung (5). Ferner betrifft die Erfindung ein Motorsystem (1).The invention relates to a method for operating a motor system (1) with an electrical machine (3), a power driver circuit (2) for providing phase voltages (U, V, W) and a safety device (5) for interrupting phase string leads (4), which connect the power driver circuit (2) to phase strands (31) of the electrical machine (3), the following steps being carried out by means of a control unit (24) in the event of a fault: determining a speed of a rotor of the electrical machine (3), determining a rotor position range ( 11), in which a simultaneous interruption of the phase strand feed lines (4) is permitted, the determination being carried out on the basis of characteristic curves (18, 19) which, based on a simulation, estimate rotor position ranges (11) as a function of rotational speeds of the rotor of the electrical machine ( 3) Define, interrupt the phase strand leads (4) depending on the determined rotor position range (11) and a current rotor position by means of the safety device (5). The invention also relates to a motor system (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einer elektrischen Maschine und ein Motorsystem.The invention relates to a method for operating a motor system with an electrical machine and a motor system.

Das Speisen von elektrischen Maschinen, die als Drehfeldmaschinen ausgebildet sind, aus einer Gleichspannungsquelle erfolgt üblicherweise über Leistungstreiberschaltungen, die auch als Pulswechselrichter (engl. voltage source inverter) bezeichnet werden können. Die Leistungstreiberschaltungen stellen Phasenspannungen über Phasenstränge an die elektrische Maschine bereit. Im Falle einer dreiphasig ausgebildeten elektrischen Maschine wird hierbei häufig eine dreisträngige Brückenschaltung (auch als B6-Brücke bezeichnet) mit Leistungshalbleitern, insbesondere Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffektransistoren (MOSFETs), eingesetzt.Electrical machines, which are designed as induction machines, are usually fed from a direct voltage source via power driver circuits, which can also be referred to as pulse inverters. The power driver circuits provide phase voltages to the electrical machine via phase strands. In the case of a three-phase electrical machine, a three-strand bridge circuit (also referred to as a B6 bridge) with power semiconductors, in particular metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs), is often used.

In besonderen Anwendungsfällen ist es notwendig, die elektrische Maschine von der Leitstungstreiberschaltung zu trennen. Tritt in der Leistungstreiberschaltung beispielsweise ein Kurzschlussfehler auf, so kann dies zu einem hohen Stromfluss durch einen oder mehrere Phasenstränge führen, der eine Blockierung oder eine erhebliche Schwergängigkeit der elektrischen Maschine bewirkt.In special applications, it is necessary to separate the electrical machine from the line driver circuit. If, for example, a short-circuit fault occurs in the power driver circuit, this can lead to a high current flow through one or more phase strands, which causes the electrical machine to become blocked or become stiff.

Kritische Anwendungsfälle sind beispielsweise Motorsysteme für Lenkunterstützungsantriebe, die eine Lenkunterstützungskraft für Lenksysteme bereitstellen. Diese Antriebe können als elektronisch kommutierte, mehrphasige elektrische Maschinen ausgebildet sein. Eine Blockierung oder ein starkes Abbremsen des Lenksystems ist hierbei unbedingt zu vermeiden.Critical applications are, for example, motor systems for steering support drives that provide a steering support force for steering systems. These drives can be designed as electronically commutated, multi-phase electrical machines. A blockage or a strong braking of the steering system must be avoided.

Es werden üblicherweise Überwachungsschaltungen vorgesehen, die die ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit der Leistungstreiberschaltungen überprüfen und entsprechend ein Fehlersignal im Fehlerfall bereitstellen. Zudem sind in der Phasenstrangzuleitung zwischen der Leistungstreiberschaltung und dem jeweiligen Phasenstrang der elektrischen Maschine Trennschalter vorgesehen. Da elektro-mechanische Schalter, wie ein Relais oder ein Schütz, verschleißgefährdet und in sicherheitsrelevanten Anwendungen zu vermeiden sind, sind üblicherweise Trennschalter in Form von Leistungshalbleitern vorgesehen, die durch eine entsprechende Ansteuerung die Phasenstrangzuleitungen trennen bzw. hochohmig schalten können.Monitoring circuits are usually provided which check the proper functioning of the power driver circuits and accordingly provide an error signal in the event of an error. In addition, isolating switches are provided in the phase strand feed line between the power driver circuit and the respective phase strand of the electrical machine. Since electro-mechanical switches, such as a relay or a contactor, are at risk of wear and are to be avoided in safety-relevant applications, isolating switches in the form of power semiconductors are usually provided, which can separate the phase string leads or switch with high resistance by means of appropriate control.

Aus der Druckschrift US 8,884,559 B2 ist ein Motorsystem bekannt, das eine Treiberschaltung zum Ansteuern von mehreren Phasen an der elektrischen Maschine und eine Sicherheitsschaltung aufweist, die Trennschalter für jeden der Phasenstränge umfasst. Mithilfe einer Sicherheitssteuereinheit wird jeder der Trennschalter so angesteuert, dass bei Auftreten eines Fehlers zunächst die Halbleiterschaltelemente der Treiberschaltung und nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer die Trennschalter der Sicherheitsschaltung geöffnet werden. Dadurch kann vermieden werden, dass die Trennschalter der Sicherheitsschaltung durch eine Spitzenspannung zerstört werden.From the publication US 8,884,559 B2 A motor system is known which has a driver circuit for driving a plurality of phases on the electrical machine and a safety circuit which comprises isolating switches for each of the phase strands. With the aid of a safety control unit, each of the isolating switches is controlled in such a way that when a fault occurs, the semiconductor switching elements of the driver circuit are opened first and after a predetermined period of time the isolating switches of the safety circuit are opened. This can prevent the isolating switches of the safety circuit from being destroyed by a peak voltage.

Um eine Blockierung der elektrischen Maschine, insbesondere eines Lenkunterstützungssystem, zu vermeiden, können also mithilfe der Trennschalter die Phasenströme unterbrochen werden. Die Trennschalter sind in der Regel als Halbleiterschalter ausgebildet, die jedoch so dimensioniert werden, dass sie im Vergleich zum nominalen Stromfluss (Nennstrom) in die elektrische Maschine nur relativ geringe Phasenströme unterbrechen können. Besonders bei einer hohen Temperatur des Trennschalters, insbesondere des Halbleiterschalters, kann dieser nur einen sehr geringen Phasenstrom unterbrechen. Nach dem im Fehlerfall üblichen Deaktivieren der Leistungstreiberschaltung können durch die induzierten Spannungen der sich noch drehenden elektrischen Maschine hohe Stromflüsse auftreten, die das Trennvermögen der Trennschalter, insbesondere Halbleiterschalter, überschreiten. Bei der nach Auftreten eines Fehlers noch drehenden elektrischen Maschine pulsieren diese Ströme über die Rotorlage, so dass nur während bestimmter Zeitfenster eine gleichzeitige Unterbrechung der Stromflüsse in den Phasensträngen möglich ist.In order to avoid blocking the electrical machine, in particular a steering assistance system, the phase currents can be interrupted with the aid of the isolating switch. The disconnectors are generally designed as semiconductor switches, but they are dimensioned such that they can only interrupt relatively small phase currents compared to the nominal current flow (nominal current) in the electrical machine. Particularly at a high temperature of the isolating switch, in particular the semiconductor switch, it can only interrupt a very low phase current. After the usual deactivation of the power driver circuit in the event of a fault, the induced voltages of the still rotating electrical machine can result in high current flows which exceed the separating capacity of the isolating switches, in particular semiconductor switches. When the electrical machine is still rotating after the occurrence of a fault, these currents pulse over the rotor position, so that a simultaneous interruption of the current flows in the phase strands is only possible during certain time windows.

Darüber hinaus besteht eine Schwierigkeit häufig darin, dass die Phasenströme beim Auftreten eines Fehlers in der Leistungstreiberschaltung selbst nicht gemessen werden können. Daher ist zum Zeitpunkt des Auftretens eines Fehlers nicht bekannt, ob ein sofortiges Öffnen der Trennschalter, insbesondere Halbleiterschalter, möglich ist, ohne den Trennschalter zu gefährden oder zu zerstören.In addition, there is often a problem that the phase currents cannot be measured when an error occurs in the power driver circuit itself. Therefore, at the time of the occurrence of an error, it is not known whether it is possible to open the disconnector, in particular the semiconductor switch, without endangering or destroying the disconnector.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einer elektrischen Maschine und ein Motorsystem zu schaffen, bei denen ein Unterbrechen von Phasenstrangzuleitungen verbessert möglich ist.The invention is based on the object of providing a method for operating a motor system with an electrical machine and a motor system in which an interruption of phase strand feed lines is possible in an improved manner.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Motorsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object is achieved by a method with the features of claim 1 and a motor system with the features of claim 9. Advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.

Zur Verfügung gestellt wird insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einer elektrischen Maschine, einer Leistungstreiberschaltung zum Bereitstellen von Phasenspannungen und einer Sicherheitseinrichtung zum Unterbrechen von Phasenstrangzuleitungen, die die Leistungstreiberschaltung mit Phasensträngen der elektrischen Maschine verbinden, wobei in einem Fehlerfall folgende Schritte mittels einer Steuereinheit ausgeführt werden:

  • - Bestimmen einer Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine,
  • - Ermitteln eines Rotorlagebereichs, in dem ein gleichzeitiges Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen zugelassen wird, wobei das Ermitteln auf Grundlage von Kennlinien erfolgt, welche auf Grundlage einer Simulation geschätzte Rotorlagebereiche in Abhängigkeit von Drehzahlen des Rotors der elektrischen Maschine definieren,
  • - Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen in Abhängigkeit des ermittelten Rotorlagebereichs und einer aktuellen Rotorlage mittels der Sicherheitseinrichtung.
In particular, a method is provided for operating a motor system with an electrical machine, a power driver circuit for providing phase voltages and a safety device for interrupting phase string leads that connect the power driver circuit to phase strands of the electrical machine, the following steps being carried out by means of a control unit in the event of a fault will:
  • Determining a speed of a rotor of the electrical machine,
  • Determining a rotor position range in which simultaneous interruption of the phase strand feed lines is permitted, the determination being carried out on the basis of characteristic curves which, on the basis of a simulation, define estimated rotor position ranges as a function of rotational speeds of the rotor of the electrical machine,
  • - Interruption of the phase strand leads depending on the determined rotor position range and a current rotor position by means of the safety device.

Ferner wird ein Motorsystem geschaffen, umfassend eine elektrische Maschine, eine Leistungstreiberschaltung zum Bereitstellen von Phasenspannungen, eine Sicherheitseinrichtung zum Unterbrechen von Phasenstrangzuleitungen, die die Leistungstreiberschaltung mit Phasensträngen der elektrischen Maschine verbinden, und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit derart ausgebildet ist, in einem Fehlerfall folgende Schritte auszuführen:

  • - Bestimmen einer Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine,
  • - Ermitteln eines Rotorlagebereichs, in dem ein gleichzeitiges Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen zugelassen ist, wobei das Ermitteln auf Grundlage von Kennlinien erfolgt, welche auf Grundlage einer Simulation geschätzte Rotorlagebereiche in Abhängigkeit von Drehzahlen des Rotors der elektrischen Maschine definieren,
  • - Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen in Abhängigkeit des ermittelten Rotorlagebereichs und einer aktuellen Rotorlage mittels der Sicherheitseinrichtung.
Furthermore, a motor system is created, comprising an electrical machine, a power driver circuit for providing phase voltages, a safety device for interrupting phase string leads that connect the power driver circuit to phase strands of the electrical machine, and a control unit, the control unit being designed in this way, following in the event of a fault Follow steps:
  • Determining a speed of a rotor of the electrical machine,
  • Determining a rotor position range in which simultaneous interruption of the phase strand feed lines is permitted, the determination being carried out on the basis of characteristic curves which, on the basis of a simulation, define estimated rotor position ranges as a function of rotational speeds of the rotor of the electrical machine,
  • - Interruption of the phase strand leads depending on the determined rotor position range and a current rotor position by means of the safety device.

Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, Trennschalter in der Sicherheitseinrichtung im Fehlerfall innerhalb eines Zeitfensters gleichzeitig zu öffnen, d.h. auszuschalten, während die Beträge aller Phasenströme geringer sind als ein vorgegebener maximaler Betrag für die Phasenströme. Der maximale Betrag der Phasenströme entspricht einem Phasenstrom, der durch die verwendeten Trennschalter sicher unterbrochen werden kann, ohne dass es durch den Schaltvorgang zu einer Beschädigung oder Fehlfunktion des Trennschalters kommt.One idea of the above method is to open the disconnector in the safety device at the same time within a time window in the event of a fault, i.e. switch off, while the amounts of all phase currents are less than a predetermined maximum amount for the phase currents. The maximum amount of phase currents corresponds to a phase current that can be safely interrupted by the isolating switch used without the isolating switch being damaged or malfunctioning due to the switching process.

Die Trennschalter werden in der Regel durch Halbleiterbauelemente ausgebildet, insbesondere als Leistungs-MOSFETs, die bauartbedingt eine Inversdiode zwischen einem Drain- und Source-Anschluss aufweist. Wird ein solches Halbleiterbauelement bei einem hohen Stromfluss in eine induktive Last hochohmig geschaltet, kommt es zu einem starken Spannungsanstieg zwischen dem Drain- und Source-Anschluss, der je nach Höhe des geschalteten Stroms eine Durchbruchsspannung übersteigen kann. Bei einem Spannungsdurchbruch wird in der Regel das Halbleiterbauelement zerstört.The isolating switches are generally formed by semiconductor components, in particular as power MOSFETs, which due to their design have an inverse diode between a drain and source connection. If such a semiconductor component is switched to high impedance when there is a high current flow in an inductive load, there is a sharp rise in voltage between the drain and source connection, which can exceed a breakdown voltage depending on the level of the switched current. In the event of a voltage breakdown, the semiconductor component is generally destroyed.

Wenn ein Fehlerfall in einer Leistungstreiberschaltung während eines Betriebs der elektrischen Maschine auftritt, wird die Leistungstreiberschaltung abgeschaltet. Durch die aufgrund der Massenträgheit oder das Einwirken äußerer Kräfte weitergeführte Drehung des Rotors der elektrischen Maschine entstehen in den Phasensträngen aufgrund induzierter Spannungen Phasenströme. Sind die induzierten Spannungen betragsmäßig größer als die Schwellenspannungen der Inversdioden der Schalttransistoren in der Leistungstreiberschaltung und so gerichtet, dass die Inversdioden in den leitenden Zustand gebracht werden, fließen Phasenströme durch die Phasenstränge der elektrischen Maschine.If an error occurs in a power driver circuit during operation of the electrical machine, the power driver circuit is switched off. Due to the continued rotation of the rotor of the electrical machine due to the inertia or the action of external forces, phase currents arise in the phase strands due to induced voltages. If the induced voltages are greater in magnitude than the threshold voltages of the inverse diodes of the switching transistors in the power driver circuit and directed in such a way that the inverse diodes are brought into the conductive state, phase currents flow through the phase strands of the electrical machine.

Im Falle eines Kurzschlusses in einem mit einem hohen Versorgungspotenzial verbundenen Schalttransistor der Leistungstreiberschaltung werden die Inversdioden von anderen Schalttransistoren der Leistungstreiberschaltung zeitweise in den leitenden Zustand gebracht. Die Amplitude der Phasenströme variiert in Abhängigkeit von der elektrischen Lage des Rotors. In einem Rotorlagebereich sind die Phasenströme in den Phasensträngen gleichzeitig gering, das heißt niedriger als der maximale Schaltstrom, so dass bei einer Rotorlage innerhalb dieses Rotorlagebereichs die Trennschalter gleichzeitig ausgeschaltet werden können, ohne dass eine Durchbruchsspannung in einem der Trennschalter auftritt. Der Rotorlagebereich variiert jedoch mit der Motordrehzahl, wobei der Rotorlagebereich, in dem ein gleichzeitiges Ausschalten der Trennschalter zulässig ist, mit zunehmender Motordrehzahl kleiner wird.In the event of a short circuit in a switching transistor of the power driver circuit connected to a high supply potential, the inverse diodes of the switching drivers of the power driver circuit are temporarily brought into the conductive state. The amplitude of the phase currents varies depending on the electrical position of the rotor. In a rotor position range, the phase currents in the phase strands are simultaneously low, that is to say lower than the maximum switching current, so that at one Rotor position within this rotor position range, the disconnectors can be switched off at the same time without a breakdown voltage occurring in one of the disconnectors. However, the rotor position range varies with the engine speed, the rotor position range, in which a simultaneous switch-off of the isolating switch is permitted, becomes smaller with increasing engine speed.

Eine Grundidee der Erfindung ist, einen Rotorlagebereich, in dem ein gleichzeitiges Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen zugelassen wird, auf Grundlage von Kennlinien zu ermitteln. In den Kennlinien sind auf Grundlage einer Simulation geschätzte Rotorlagebereiche in Abhängigkeit von Drehzahlen des Rotors der elektrischen Maschine definiert. Beispielsweise können dies zwei Kennlinien sein. Eine der Kennlinien definiert einen Anfang eines Rotorlagebereichs in Abhängigkeit der Drehzahl der elektrischen Maschine, die andere der Kennlinien definiert entsprechend ein Ende des Rotorlagebereichs.A basic idea of the invention is to determine a rotor position range in which simultaneous interruption of the phase strand feed lines is based on characteristic curves. Estimated rotor position ranges are defined in the characteristic curves on the basis of a simulation as a function of the rotor speed of the electrical machine. For example, these can be two characteristic curves. One of the characteristic curves defines a start of a rotor position range as a function of the rotational speed of the electrical machine, the other of the characteristic curves accordingly defines an end of the rotor position range.

Ein Rotorlagebereich kann insbesondere in Form eines Winkelintervalls angegeben werden, definiert durch einen Anfangswinkel und einen Endwinkel.A rotor position range can be specified in particular in the form of an angle interval, defined by a start angle and an end angle.

Die mittels der Kennlinien definierten Rotorlagebereiche werden erfindungsgemäß für einzelne Drehzahlen der elektrischen Maschine mittels einer Simulation geschätzt, wobei ausschließlich statische Zusammenhänge zwischen Strömen, der Rotorlage und der Drehzahl der elektrischen Maschine berücksichtigt werden, das heißt die elektrische Maschine wird im stationären, insbesondere eingeschwungenen, Zustand jeweils für eine konstante Drehzahl simuliert. Durch eine Simulation bei unterschiedlichen, jeweils konstanten Drehzahlen der elektrischen Maschine können die Kennlinien punktweise erstellt werden.The rotor position ranges defined by means of the characteristic curves are estimated according to the invention for individual speeds of the electrical machine by means of a simulation, wherein only static relationships between currents, the rotor position and the speed of the electrical machine are taken into account, i.e. the electrical machine is in the stationary, in particular steady state each simulated for a constant speed. The characteristic curves can be created point by point by simulation at different, in each case constant, speeds of the electrical machine.

Das vorgeschlagene Verfahren und das vorgeschlagene Motorsystem beruhen auf der Annahme, dass der Strom durch einen kurzgeschlossenen MOSFET der Brückenschaltung zwar pulsierend, jedoch nur in eine Richtung abhängig von der Drehrichtung des Motors fließt.The proposed method and the proposed motor system are based on the assumption that the current through a short-circuited MOSFET of the bridge circuit flows in a pulsating manner, but only in one direction depending on the direction of rotation of the motor.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei der Simulation Parameter verwendet werden, unter welchen maximal mögliche Ströme fließen. Die Idee dahinter ist, den schlimmstmöglichen Fall („Worst-Case-Szenario“) mit maximal möglichen Strömen zu simulieren und die Kennlinien auf Grundlage der Ergebnisse dieser Simulation zu schätzen. Da höhere Ströme als die bei der Simulation berücksichtigten dann nicht auftreten können, findet das Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen stets zu einem sicheren Zeitpunkt statt. Ein Vorteil ist, dass ein Aufwand bei der Simulation bzw. der Identifikation der Kennlinien deutlich reduziert werden kann, da nur die jeweils maximalen bzw. minimalen Werte für die Parameter berücksichtigt werden müssen. Hierbei werden insbesondere Parameter der elektrischen Maschine, Widerstände im Kurzschlussstrompfad und Schwellenspannungen der Inversdioden entsprechend gewählt.In one embodiment it is provided that parameters are used in the simulation under which the maximum possible currents flow. The idea behind this is to simulate the worst-case scenario (“worst case scenario”) with the maximum possible currents and to estimate the characteristic curves on the basis of the results of this simulation. Since higher currents than those taken into account in the simulation cannot then occur, the interruption of the phase string leads always takes place at a safe point in time. One advantage is that the effort involved in simulating or identifying the characteristic curves can be significantly reduced, since only the maximum or minimum values for the parameters need to be taken into account. In particular, parameters of the electrical machine, resistances in the short-circuit current path and threshold voltages of the inverse diodes are selected accordingly.

Für die Parameter der elektrischen Maschine wird insbesondere ein Phasenwiderstand auf eine niedrigstmögliche Betriebstemperatur der elektrischen Maschine umgerechnet und gegebenenfalls noch um einen Streuwert vermindert. Ferner wird insbesondere ein maximaler magnetischer Fluss auf die niedrigste Betriebstemperatur der elektrischen Maschine umgerechnet und gegebenenfalls noch um einen Streuwert erhöht. Bei den Induktivitäten der elektrischen Maschine werden lediglich die maximalen und minimalen Werte für die d- und q-Anteile der Induktivitäten verwendet, welche sich aus den Kennfeldern für alle Ströme und Betriebstemperaturen der elektrischen Maschine ergeben. Die entsprechenden Werte lassen sich den jeweiligen Datenblättern des Herstellers der elektrischen Maschine entnehmen.For the parameters of the electrical machine, in particular a phase resistance is converted to the lowest possible operating temperature of the electrical machine and possibly reduced by a scatter value. In addition, in particular a maximum magnetic flux is converted to the lowest operating temperature of the electrical machine and possibly increased by a scatter value. For the inductors of the electrical machine, only the maximum and minimum values for the d and q components of the inductors are used, which result from the characteristic diagrams for all currents and operating temperatures of the electrical machine. The corresponding values can be found in the respective data sheets of the manufacturer of the electrical machine.

Ein Widerstand der Statorwicklungen der elektrischen Maschine und das Verhalten über der Temperatur können ebenfalls dem Datenblatt des Herstellers entnommen werden. Die restlichen Widerstände im Kurzschlussstrompfad (z.B. Kurzschlussstelle, Phasenschalter, Inversdioden und die Wechselstrompfade der Leistungstreiberschaltung) werden gleich Null gesetzt, da in diesem Fall die Ströme maximal werden. Somit wird in der Simulation von allen wirkenden Widerständen im Kurzschlussstrompfad nur der Phasenwiderstand der elektrischen Maschine berücksichtigt.A resistance of the stator windings of the electrical machine and the behavior over temperature can also be found in the manufacturer's data sheet. The remaining resistances in the short-circuit current path (e.g. short-circuit point, phase switch, inverse diodes and the AC current paths of the power driver circuit) are set to zero, since in this case the currents become maximum. Thus, only the phase resistance of the electrical machine is taken into account in the simulation of all active resistances in the short-circuit current path.

Für die Schwellenspannungen der Inversdioden wird der kleinstmögliche Wert verwendet, da bei diesem der höchste Strom durch die Inversdiode möglich wird. Der Wert entspricht dem Wert bei einer maximal zulässigen Temperatur des Halbleiterschalters, insbesondere des MOSFETs. Der Wert kann einem Datenblatt des Herstellers entnommen werden.The lowest possible value is used for the threshold voltages of the inverse diodes, since this enables the highest current through the inverse diode. The value corresponds to the value at a maximum permissible temperature of the semiconductor switch, in particular of the MOSFET. The value can be found in a manufacturer's data sheet.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein die Drehzahl der elektrischen Maschine abbildendes Drehzahlsignal verzögert wird, sofern eine Drehzahländerungsrate negativ ist. Hierdurch können auch dynamische Effekte berücksichtigt werden, wie beispielsweise ein transientes Verhalten des Stroms, wie sie bei großen Bremsgradienten der elektrischen Maschine auftreten können. Durch das Verzögern des Drehzahlsignals wird ein aktueller Wert erst zu einem späteren Zeitpunkt bereitgestellt (d.h. verzögert), sodass das Ermitteln des Rotorlagebereichs stets mit einem im Vergleich zum aktuellen Wert der Drehzahl größeren Wert erfolgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zuvor eine Drehzahländerungsrate bestimmt wird.In one embodiment it is provided that a speed signal depicting the speed of the electrical machine is delayed if a speed change rate is negative. In this way, dynamic effects can also be taken into account, such as a transient behavior of the current, as in the case of large braking gradients of the electrical machine can occur. By delaying the speed signal, a current value is only made available at a later point in time (ie delayed), so that the rotor position range is always determined with a larger value than the current value of the speed. In particular, it can be provided that a speed change rate is determined beforehand.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Unterbrechen erst erfolgt, wenn nach einem Fehlerfall eine für die elektrische Maschine charakteristische Stromabklingzeit abgelaufen ist. Die charakteristische Stromabklingzeit der elektrischen Maschine ist hierbei die Zeit, die ein Strom nach dem Auftreten eines Kurzschlusses zum Abklingen benötigt, das heißt nach der Stromtransienten abgeklungen sind. Die charakteristische Stromabklingzeit wird hierbei auch auf Grundlage der Simulation ermittelt. Hierfür wird insbesondere ein Fehlerfall, insbesondere der Kurzschluss eines Schalttransistors, mit der Motordrehzahl Null sowie dem maximal möglichen Betriebsphasenstrom des Motors simuliert und die Zeit bis zum Abklingen der Ströme unterhalb des sicheren Schwellenwertes bestimmt.In a further embodiment it is provided that the interruption does not take place until a current decay time which is characteristic of the electrical machine has expired after an error. The characteristic current decay time of the electrical machine is the time it takes for a current to decay after the occurrence of a short circuit, that is to say after the current transients have decayed. The characteristic current decay time is also determined on the basis of the simulation. For this purpose, in particular a fault, in particular the short circuit of a switching transistor, with the motor speed zero and the maximum possible operating phase current of the motor is simulated and the time until the currents decay below the safe threshold value.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei der Simulation Sicherheitsbereiche beim Schätzen der Rotorlagebereiche berücksichtigt werden. Anders ausgedrückt wird der Rotorlagebereich verkleinert, indem zu einem Anfangswert des Rotorlagebereichs ein Sicherheitswert hinzuaddiert wird und von einem Endwert des Rotorlagebereichs ein Sicherheitswert subtrahiert wird. Wird der Rotorlagebereich als Winkelintervall angegeben, so wird ein Anfangswinkel des Winkelintervalls entsprechend größer und ein Endwinkel des Winkelintervalls entsprechend kleiner.In a further embodiment it is provided that safety areas are taken into account in the simulation when estimating the rotor position areas. In other words, the rotor position range is reduced in that a safety value is added to an initial value of the rotor position range and a safety value is subtracted from an end value of the rotor position range. If the rotor position range is specified as an angular interval, an initial angle of the angular interval becomes correspondingly larger and an end angle of the angular interval correspondingly smaller.

In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sicherheitsbereiche drehzahlabhängig berücksichtigt werden.In a further embodiment it is provided that the safety areas are taken into account as a function of the speed.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei der Simulation Signalverzögerungen berücksichtigt werden. Insbesondere sind dies Signalverzögerungen, die beim Erfassen einer Rotorlage der elektrischen Maschine beispielsweise bei einer entsprechend hierfür ausgebildeten Sensorik auftreten, ein Signalalter, das durch Übertragen und Verarbeiten eines Signals entsteht, und eine Verzögerung, die beim Ansteuern einer Hardware entsteht. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Signalverzögerung in dem jeweiligen Sicherheitsbereich berücksichtigt wird.In a further embodiment it is provided that signal delays are taken into account in the simulation. In particular, these are signal delays that occur when a rotor position of the electrical machine is detected, for example in the case of a sensor system designed for this purpose, a signal age that arises from the transmission and processing of a signal, and a delay that arises when a hardware is activated. In particular, it is provided that the signal delay is taken into account in the respective security area.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass als Fehlerfall ein Kurzschluss in einem Schalttransistor der Leistungstreiberschaltung erkannt wird.In particular, it can be provided that a short circuit in a switching transistor of the power driver circuit is recognized as a fault.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sicherheitseinrichtung jeweils einen Trennschalter für jede der Phasenstrangzuleitungen aufweist, wobei die Trennschalter mit Halbleiterschaltern, insbesondere MOSFETs, ausgebildet sind.In one embodiment it is provided that the safety device in each case has an isolating switch for each of the phase strand feed lines, the isolating switches being designed with semiconductor switches, in particular MOSFETs.

Teile der Steuereinheit können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.Parts of the control unit can be designed individually or in combination as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einer Leistungstreiberschaltung, einer Sicherheitsschaltung und einer elektrischen Maschine;
  • 2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Motorsystems mit einer elektrischen Maschine;
  • 3a eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs von Phasenströmen zur Verdeutlichung der Bestimmung eines Rotorlagebereich bei einer niedrigen Drehzahl;
  • 3b eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs von Phasenströmen zur Verdeutlichung der Bestimmung eines Rotorlagebereich bei einer höheren Drehzahl;
  • 4 eine schematische Darstellung von Kennlinien, welche Rotorlagebereiche in Abhängigkeit einer Drehzahl der elektrischen Maschine definieren;
  • 5 eine schematische Darstellung einer Implementierung einer Verzögerung eines Drehzahlsignals;
  • 6 eine schematische Darstellung einer Implementierung einer Ausführungsform des Verfahrens.
The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments with reference to the figures. Here show:
  • 1 is a schematic representation of a motor system with a power driver circuit, a safety circuit and an electrical machine;
  • 2nd a schematic flow diagram of an embodiment of the method for operating a motor system with an electrical machine;
  • 3a a schematic representation of a time profile of phase currents to illustrate the determination of a rotor position range at a low speed;
  • 3b a schematic representation of a time course of phase currents to illustrate the determination of a rotor position range at a higher speed;
  • 4th a schematic representation of characteristic curves which define rotor position ranges as a function of a speed of the electrical machine;
  • 5 a schematic representation of an implementation of a delay of a speed signal;
  • 6 is a schematic representation of an implementation of an embodiment of the method.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 gezeigt. Das Motorsystem 1 umfasst eine Leistungstreiberschaltung 2 zum Bereitstellen von Phasenströmen für eine elektrische Maschine 3. Die elektrische Maschine 3 ist als elektronisch kommutierte elektrische Maschine ausgebildet, wie beispielsweise einem Synchronmotor oder dergleichen. Die elektrische Maschine 3 weist mehrere Phasenstränge 31 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Sternschaltung verschaltet sind. In alternativen Ausführungsformen können die Phasenstränge 31 auch in Polygonschaltung verschaltet sein. In 1 is a schematic representation of an engine system 1 shown. The engine system 1 includes a power driver circuit 2nd for providing phase currents for an electrical machine 3rd . The electrical machine 3rd is designed as an electronically commutated electrical machine, such as a synchronous motor or the like. The electrical machine 3rd has several phase strands 31 on, which are connected as a star connection in the exemplary embodiment shown. In alternative embodiments, the phase strands 31 also be connected in a polygon.

Die Leistungstreiberschaltung 2 steht über einer Anzahl von Phasenstrangzuleitungen 4 mit den Phasensträngen 31 der elektrischen Maschine 3 in elektrischer Verbindung. Die Anzahl der Phasenstrangzuleitungen 4 entspricht somit der Phasenzahl der elektrischen Maschine 3. In den Phasenstrangzuleitungen 4 ist eine Sicherheitseinrichtung 5 vorgesehen, die eine gesteuerte elektrische Unterbrechung der Phasenstrangzuleitungen 4 vornehmen kann, wenn ein Fehlerfall in der Leistungstreiberschaltung 2 aufgetreten ist.The power driver circuit 2nd stands above a number of phase string leads 4th with the phase strands 31 of the electrical machine 3rd in electrical connection. The number of phase string leads 4th thus corresponds to the number of phases of the electrical machine 3rd . In the phase strand leads 4th is a safety device 5 provided a controlled electrical interruption of the phase strand leads 4th can make if an error occurs in the power driver circuit 2nd occured.

Die Leistungstreiberschaltung 2 ist über eine Filterschaltung 6 mit einer Versorgungsspannung UDC zwischen einem hohen Versorgungspotenzial VH und einem niedrigen Versorgungspotenzial VL verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leistungstreiberschaltung 2 für den Betrieb einer dreiphasigen elektrischen Maschine 3 ausgebildet. Die Leistungstreiberschaltung 2 kann beispielsweise, wie dargestellt, in Form einer B6-Brückenschaltung mit einer jeweils den Phasensträngen zugeordneten Serienschaltung aus zwei Schalttransistoren 21, die z.B. in Form vom MOSFET-Transistoren 22 ausgebildet sind, vorgesehen sein. Die MOSFET-Transistoren 22 weisen bauartbedingt intrinsische Inversdioden 23 auf, die in einer bezüglich der Spannungsrichtung, die sich aus der Anordnung der Schalttransistoren 21 ergibt, entgegengesetzten Spannung durchlässig werden können, d.h. bei einer negativen Spannung zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss der Schalttransistoren 21, die eine Schwellenspannung übersteigt, fließt ein Diodenstrom von dem Source-Anschluss zu dem Drain-Anschluss des betreffenden Schalttransistors 21.The power driver circuit 2nd is via a filter circuit 6 with a supply voltage U DC between a high supply potential V H and a low supply potential V L connected. In the illustrated embodiment, the power driver circuit 2nd for the operation of a three-phase electrical machine 3rd educated. The power driver circuit 2nd can, for example, as shown, in the form of a B6 bridge circuit with a series circuit of two switching transistors assigned to the phase strands 21st which, for example, in the form of MOSFET transistors 22 are trained to be provided. The MOSFET transistors 22 have intrinsic inverse diodes due to their design 23 on that in a with respect to the voltage direction resulting from the arrangement of the switching transistors 21st results, opposite voltage can be permeable, ie with a negative voltage between the drain connection and the source connection of the switching transistors 21st , which exceeds a threshold voltage, a diode current flows from the source terminal to the drain terminal of the switching transistor in question 21st .

Ein jeweils zwischen den zwei seriell verschalteten Schalttransistoren 21 befindlicher Knoten K1, K2, K3 ist über eine entsprechende der Phasenstrangzuleitungen 4 mit dem jeweiligen Phasenstrang 31 der elektrischen Maschine 3 verbunden, um die jeweils durch die Leistungstreiberschaltung 2 bereitgestellte Phasenspannung U, V, W an die elektrische Maschine anzulegen.One between the two series-connected switching transistors 21st located node K1 , K2 , K3 is via a corresponding one of the phase string leads 4th with the respective phase strand 31 of the electrical machine 3rd connected to each through the power driver circuit 2nd provided phase voltage U , V , W to put on the electrical machine.

Die Ansteuerung der elektrischen Maschine 3 erfolgt mithilfe einer Steuereinheit 24, die abhängig von einer externen Sollvorgabe B entsprechend einem Kommutierungsschema die Schalttransistoren 21 steuert und hierdurch öffnet oder schließt, um die Phasenspannungen U, V, W für die einzelnen Phasenstränge 31 zu erzeugen und so bestimmte Phasenströme in die elektrische Maschine 3 einzuprägen. Die Kommutierung kann basierend auf einer aktuellen (elektrischen) Rotorlage der elektrischen Maschine 3 erfolgen, die mithilfe eines von einem Rotorlagesensor 26 bereitgestellten Rotorlagesignals 25 oder sensorlos durch Messung von Phasenströmen bestimmt wird. Eine aktuelle Drehzahl kann beispielsweise aus dem bereitgestellten Rotorlagesignal 25 ermittelt werden.The control of the electrical machine 3rd is done using a control unit 24th that depend on an external target B the switching transistors according to a commutation scheme 21st controls and thereby opens or closes the phase voltages U , V , W for the individual phase strands 31 to generate and so certain phase currents in the electrical machine 3rd impress. The commutation can be based on a current (electrical) rotor position of the electrical machine 3rd done by using a rotor position sensor 26 provided rotor position signal 25th or is determined sensorless by measuring phase currents. A current speed can, for example, from the rotor position signal provided 25th be determined.

Die Sicherheitseinrichtung 5 umfasst Trennschalter 51, die jeweils als Halbleiterschalter in Form eines MOSFET-Transistors ausgebildet sein können. Die MOSFET-Transistoren haben jeweils eine Inversdiode (auch als Body-Diode bezeichnet), über die ein Stromfluss größer als ein vorgegebener Schwellenstrom möglich ist.The security device 5 includes disconnector 51 , which can each be designed as a semiconductor switch in the form of a MOSFET transistor. The MOSFET transistors each have an inverse diode (also referred to as a body diode), via which a current flow greater than a predetermined threshold current is possible.

Die Steuereinheit 24 ist derart ausgebildet, einen Kurzschlussfehler in mindestens einer der Schalttransistoren 21 der Leistungstreiberschaltung 2 in an sich bekannter Weise zu erkennen. Nach Erkennen eines Kurzschlussfehlers wird die Leistungstreiberschaltung 2 abgeschaltet bzw. die Schalttransistoren 21 werden nicht mehr angesteuert.The control unit 24th is designed such that a short circuit fault in at least one of the switching transistors 21st the power driver circuit 2nd recognizable in a manner known per se. After detection of a short circuit fault, the power driver circuit 2nd switched off or the switching transistors 21st are no longer controlled.

Nach dem Erkennen eines Kurzschlussfehlers in mindestens einem der Schalttransistoren 21 führt die Steuereinheit 24 die folgende Schritte aus:

  • - Bestimmen einer Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine 3,
  • - Ermitteln eines Rotorlagebereichs, in dem ein gleichzeitiges Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen 4 zugelassen ist, wobei das Ermitteln auf Grundlage von Kennlinien 18, 19 erfolgt, welche auf Grundlage einer Simulation geschätzte Rotorlagebereiche in Abhängigkeit von Drehzahlen des Rotors der elektrischen Maschine 3 definieren,
  • - Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen 4 in Abhängigkeit des ermittelten Rotorlagebereichs und einer aktuellen Rotorlage mittels der Sicherheitseinrichtung 5, wobei die Steuereinheit 24 die Sicherheitsrichtung 5 hierzu derart ansteuert, dass diese zum gewünschten Zeitpunkt die Trennschalter 51 gleichzeitig öffnet.
After detection of a short circuit fault in at least one of the switching transistors 21st leads the control unit 24th do the following:
  • - Determining a speed of a rotor of the electrical machine 3rd ,
  • - Determine a rotor position range in which a simultaneous interruption of the phase strand leads 4th is permitted, the determination based on characteristic curves 18th , 19th takes place, which on the basis of a simulation estimated rotor position ranges depending on the speed of the rotor of the electrical machine 3rd define,
  • - Interrupting the phase string leads 4th depending on the determined rotor position range and a current rotor position by means of the safety device 5 , the control unit 24th the security direction 5 controls this in such a way that it switches the disconnectors at the desired time 51 opens at the same time.

Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass bei der Simulation Parameter verwendet werden, unter welchen maximal mögliche Ströme fließen. Durch Verwenden dieser „Worst-Case-Parameter“ wird stets ein schlimmstmögliches Fehlerereignis („worst case scenario“) mit maximal möglichen Strömen simuliert, sodass die auf Grundlage der Simulation geschätzten Rotorlagebereiche bzw. Kennlinien stets ein sicheres Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen ermöglichen.In particular, it can be provided here that the simulation uses parameters under which the maximum possible currents flow. By using these "worst case parameters", the worst case scenario ("worst case scenario") with the maximum possible currents is always simulated, so that the rotor position ranges or characteristic curves estimated on the basis of the simulation always enable a safe interruption of the phase string leads.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein die Drehzahl der elektrischen Maschine abbildendes Drehzahlsignal verzögert wird, sofern eine Drehzahländerungsrate negativ ist. Hierdurch können Stromtransienten, wie sie bei starken Bremsgradienten auftreten, berücksichtigt werden.It can also be provided that a speed signal depicting the speed of the electrical machine is delayed if a speed change rate is negative. In this way, current transients, such as those that occur with strong braking gradients, can be taken into account.

Weiter kann vorgesehen sein, dass das Unterbrechen erst erfolgt, wenn nach einem Fehlerfall eine für die elektrische Maschine charakteristische Stromabklingzeit abgelaufen ist.Provision can further be made for the interruption to take place only after a current decay time which is characteristic of the electrical machine has expired after an error.

In 2 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Motorsystems 1 mit einer elektrischen Maschine 3 (vgl. 1) gezeigt.In 2nd 10 is a schematic flow diagram of an embodiment of the method for operating an engine system 1 with an electric machine 3rd (see. 1 ) shown.

In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird überprüft, ob ein Kurzschlussfehler vorliegt. Sofern dies der Fall ist, wird mit Verfahrensschritt 101 fortgefahren, anderenfalls wird der Verfahrensschritt 100 erneut ausgeführt.In a first step 100 it is checked whether there is a short circuit fault. If this is the case, proceed with process step 101 continue, otherwise the process step 100 executed again.

In Verfahrensschritt 101 wird eine Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine bestimmt. Dies kann beispielsweise mit einer entsprechend hierfür ausgebildeten Sensorik und Auswertungseinrichtung erfolgen.In process step 101 a speed of a rotor of the electrical machine is determined. This can be done, for example, with a sensor and evaluation device designed for this purpose.

In einem Verfahrensschritt 102 wird ein Rotorlagebereich, in dem ein gleichzeitiges Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen zugelassen wird, ermittelt. Das Ermitteln erfolgt hierbei auf Grundlage von Kennlinien, welche auf Grundlage einer Simulation geschätzte Rotorlagebereiche in Abhängigkeit von Drehzahlen des Rotors der elektrischen Maschine definieren. Die Kennlinien werden unabhängig von einem Ausführen der Verfahrensschritte 100-103 in einem Verfahrensschritt 200 durch Simulation statischer bzw. stationärer Zustände der elektrischen Maschine erstellt und der Steuereinheit zur Verfügung gestellt. Anders ausgedrückt, die Steuereinheit ermittelt aus den Kennlinien einen Anfang und ein Ende des Rotorlagebereichs für die im Verfahrensschritt 101 bestimmte Drehzahl der elektrischen Maschine.In one step 102 a rotor position range in which simultaneous interruption of the phase strand feed lines is permitted is determined. The determination is carried out on the basis of characteristic curves which, on the basis of a simulation, define estimated rotor position ranges as a function of the speeds of the rotor of the electrical machine. The characteristics become independent of the execution of the process steps 100-103 in one process step 200 created by simulation of static or stationary states of the electrical machine and made available to the control unit. In other words, the control unit uses the characteristic curves to determine a start and an end of the rotor position range for those in the method step 101 certain speed of the electrical machine.

Im Verfahrensschritt 103 werden die Phasenstrangzuleitungen in Abhängigkeit des ermittelten Rotorlagebereichs und einer aktuellen Rotorlage gleichzeitig unterbrochen. Dies erfolgt mittels der Sicherheitseinrichtung, welche von der Steuereinheit entsprechend angesteuert wird. Konkret wird die Sicherheitseinrichtung von der Steuereinheit derart angesteuert, dass Trennschalter der Sicherheitseinrichtung die Phasenstrangzuleitungen zu einem Zeitpunkt unterbrechen, wenn die aktuelle Rotorlage innerhalb des ermittelten Rotorlagebereichs liegt. Hierzu wird die aktuelle Rotorlage fortlaufend mit dem ermittelten Rotorlagebereich verglichen.In the procedural step 103 The phase strand feed lines are interrupted simultaneously depending on the determined rotor position range and a current rotor position. This is done by means of the safety device, which is controlled accordingly by the control unit. Specifically, the safety device is controlled by the control unit in such a way that isolating switches of the safety device interrupt the phase strand feed lines at a point in time when the current rotor position lies within the determined rotor position range. For this purpose, the current rotor position is continuously compared with the determined rotor position area.

Anschließend ist das Verfahren beendet 104.The process is then ended 104 .

Es kann hierbei vorgesehen sein, dass bei der Simulation Parameter verwendet werden, unter welchen die maximal möglichen Ströme fließen. Hierdurch wird ein Rotorlagebereich für eine betrachtete Drehzahl stets auf Grundlage eines maximal möglichen Fehlerstroms geschätzt. In der Folge schrumpft der geschätzte Rotorlagebereich im Vergleich zur Realität, wo beispielsweise weitere Widerstände im Kurzschlussstrompfad ungleich Null sind. Da nur die strommaximierenden Parameter verwendet werden, vereinfacht sich die Simulation und die Identifikation der Kennlinien.It can be provided that parameters are used in the simulation under which the maximum possible currents flow. As a result, a rotor position range for a considered speed is always estimated on the basis of a maximum possible fault current. As a result, the estimated rotor position range shrinks compared to reality, where, for example, further resistances in the short-circuit current path are not equal to zero. Since only the current-maximizing parameters are used, the simulation and identification of the characteristic curves are simplified.

Ferner kann vorgesehen sein, dass ein die Drehzahl der elektrischen Maschine abbildendes Drehzahlsignal verzögert wird, sofern eine Drehzahländerungsrate negativ ist. Dies wird in einem Verfahrensschritt 101-a durchgeführt, sodass die Verfahrensschritte 102 und 103 in diesem Fall auf Grundlage eines bereits verzögerten Drehzahlsignals durchgeführt werden.It can further be provided that a speed signal depicting the speed of the electrical machine is delayed if a speed change rate is negative. This is done in one step 101-a performed so the process steps 102 and 103 in this case be carried out on the basis of an already delayed speed signal.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das Unterbrechen erst erfolgt, wenn nach einem Fehlerfall eine für die elektrische Maschine charakteristische Stromabklingzeit abgelaufen ist. Hierbei wird die für die elektrische Maschine charakteristische Stromabklingzeit aus der Simulation bestimmt. Furthermore, it can be provided that the interruption does not take place until a current decay time that is characteristic of the electrical machine has expired after an error. The current decay time characteristic of the electrical machine is determined from the simulation.

Weiter kann vorgesehen sein, dass bei der Simulation Sicherheitsbereiche beim Schätzen der Rotorlagebereiche berücksichtigt werden. Hierzu werden in Verfahrensschritt 200 ein Anfang und ein Ende der Rotorlagebereiche verschoben, sodass die Rotorlagebereiche sich jeweils verkleinern, das heißt die Kennlinien 18, 19 (vgl. 4) bewegen sich aufeinander zu.It can further be provided that safety areas are taken into account in the simulation when estimating the rotor position areas. This will be done in process step 200 a start and an end of the rotor position ranges shifted, so that the rotor position ranges decrease, that is, the characteristic curves 18th , 19th (see. 4th ) move towards each other.

Hierbei kann weiterbildend vorgesehen sein, dass die Sicherheitsbereiche drehzahlabhängig berücksichtigt werden.It can be further developed that the safety areas are taken into account as a function of speed.

Es kann auch vorgesehen sein, dass bei der Simulation Signalverzögerungen berücksichtigt werden, wie sie beispielsweise bei einer Drehzahlerfassung und einer Signalverarbeitung auftreten.Provision can also be made for signal delays to be taken into account in the simulation, such as occur, for example, in the case of speed detection and signal processing.

Im Folgenden wird zur Verdeutlichung der Erfindung ein Beispiel für eine Simulation eines Kurzschlusses in einem Highside-MOSFET einer Phase U in einer B6-Brücke beschrieben. Hierbei umfasst das Simulationsmodell die folgenden Elemente:

  • - eine B6-Brücke mit Inversdioden (Body-Dioden) der Brücken-MOSFETs,
  • - eine Sicherheitseinrichtung mit MOSFET-Trennschaltern mit zugehörigen Inversdioden (Body-Dioden)
  • - eine Permanentmagnet-Synchronmaschine als elektrische Maschine,
  • - eine Spannungsquelle (irrelevant für das Schätzen der Rotorlagebereiche)
  • - ein DC-Filter (irrelevant für das Schätzen der Rotorlagebereiche)
The following is an example of a simulation of a short circuit in a high-side MOSFET of a phase to illustrate the invention U described in a B6 bridge. The simulation model comprises the following elements:
  • a B6 bridge with inverse diodes (body diodes) of the bridge MOSFETs,
  • - A safety device with MOSFET disconnectors with associated inverse diodes (body diodes)
  • - a permanent magnet synchronous machine as an electrical machine,
  • - a voltage source (irrelevant for estimating the rotor position ranges)
  • - a DC filter (irrelevant for estimating the rotor position ranges)

Die Rotorlagebereiche werden jeweils bei konstanten Drehzahlen nach einem eingeschwungenen, d.h. insbesondere statischen bzw. stationären, Zustand bestimmt.The rotor position ranges are at constant speeds after a steady, i.e. especially static or steady state determined.

Rotorlagebereiche für den Fall eines Kurzschlusses anderer MOSFETs in der B6-Brücke sowie für eine entgegengesetzte Drehrichtung können mit Hilfe eines festen Rotorlageversatzes anhand eines für den kurzgeschlossenen Highside-MOSFET der Phase U ermittelten Rotorlagebereichs ermittelt werden.Rotor position ranges for the event of a short circuit of other MOSFETs in the B6 bridge as well as for an opposite direction of rotation can be determined with the help of a fixed rotor position offset using one for the short-circuited highside MOSFET of the phase U determined rotor position range can be determined.

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt Werte für den Rotorlageversatz. Tabelle 1: Versatz in Abhängigkeit der Phase (U, V, W), der Potentialseite (HS = Highside, LS = Lowside) des kurzgeschlossenen MOSFETs und der Drehrichtung. (*Bei einer negativen Drehrichtung muss ein Vorzeichen einer aktuellen Rotorlage zuerst invertiert werden, bevor er zum Vergleich mit einem Rotorlagebereich herangezogen wird.) Drehrichtung HS U LS U HS V LS V HS W LS W Positiv 0 2π/3 -π/3 -2π/3 π/3 negativ* 0 -2π/3 π/3 2π/3 π/3 Table 1 below shows values for the rotor position offset. Table 1: Offset depending on the phase (U, V, W), the potential side (HS = Highside, LS = Lowside) of the short-circuited MOSFET and the direction of rotation. (* In the case of a negative direction of rotation, a sign of a current rotor position must first be inverted before it is used for comparison with a rotor position area.) Direction of rotation HS U LS U HS V LS V HS W LS W positive 0 2π / 3 -π / 3 -2π / 3 π / 3 negative* 0 -2π / 3 π / 3 2π / 3 π / 3

In 3a ist eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs von Phasenströmen 14 zur Verdeutlichung der Bestimmung eines Rotorlagebereich 11 bei einer niedrigen Drehzahl gezeigt. Die x-Achse 12 stellt die Zeit in s dar, auf der y-Achse 13 sind sowohl die Phasenströme 14 in A als auch ein Phasenwinkel bzw. Rotorlagewinkel (elektrisch) in Grad dargestellt. Beim Start der Simulation wird beim Anfang 15 des Rotorlagebereichs 11 von einem Initialwinkel von 0° ausgegangen und beim Ende 16 des Rotorlagebereichs 11 von einem Initialwinkel von 360°. Sobald sämtliche Phasenströme 14 unter einen sicheren Stromschwellenwert fallen, wird ein mit dem zugehörigen Zeitpunkt zusammenfallender Rotorlagewinkel als Anfang 15 des Rotorlagebereich 11 gesetzt. Die Kurve für den Anfang 15 zeigt den Verlauf eines Wertes für den Anfang des Rotorlagebereichs 11 mit fortschreitender Simulation. Nachdem alle Phasenströme 14 unter den Stromschwellenwert gefallen sind, steigen diese in der nächsten Periode wieder an. Sobald mindestens einer der Phasenströme 14 über einen Stromschwellenwert steigt, wird ein mit dem zugehörigen Zeitpunkt zusammenfallender Rotorlagewinkel als Ende 16 des Rotorlagebereich 11 gesetzt. Die Kurve für das Ende 16 zeigt den Verlauf eines Wertes für das Ende des Rotorlagebereichs 11 mit fortschreitender Simulation. Der Rotorlagebereich 11 fällt zusammen mit einem Zeitfenster 17, in dem ein sicheres Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen möglich ist. Im gezeigten Beispiel umfasst der Rotorlagebereich ein Winkelintervall von 157° (elektrisch) bis 44° (elektrisch).In 3a is a schematic representation of a time profile of phase currents 14 to clarify the determination of a rotor position range 11 shown at a low speed. The x axis 12 represents the time in s on the y-axis 13 are both the phase currents 14 in A as well as a phase angle or rotor position angle (electrical) in degrees. When the simulation starts, it starts at the beginning 15 of the rotor position area 11 assumed an initial angle of 0 ° and at the end 16 of the rotor position area 11 from an initial angle of 360 °. As soon as all phase currents 14 fall below a safe current threshold value, a rotor position angle coinciding with the associated time is the beginning 15 the rotor position range 11 set. The curve to start with 15 shows the course of a value for the beginning of the rotor position range 11 with progressive simulation. After all phase currents 14 have fallen below the current threshold, they will rise again in the next period. As soon as at least one of the phase currents 14 rises above a current threshold value, a rotor position angle coinciding with the associated point in time becomes the end 16 the rotor position range 11 set. The curve for the end 16 shows the course of a value for the end of the rotor position range 11 with progressive simulation. The rotor position area 11 coincides with a time window 17th , in which a safe interruption of the phase strand leads is possible. In the example shown, the rotor position range comprises an angular interval of 157 ° (electrical) to 44 ° (electrical).

In 3b ist eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs von Phasenströmen 14 über der Zeit zur Verdeutlichung der Bestimmung eines Rotorlagebereich 11 bei einer höheren Drehzahl gezeigt. Die Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Merkmale und Begriffe wie in 3a. Da die Drehzahl der elektrischen Maschine im Vergleich zu der in 3a gezeigten Situation deutlich erhöht ist, erhöhen sich auch die fließenden Phasenströme 14. Entsprechend verkleinert sich bei gleichem Stromschwellenwert auch der ermittelte Rotorlagebereich 11, da der Anfang 15 und das Ende 16 näher beieinander liegen und ein Zeitfenster 17, in dem ein sicheres Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen möglich ist, sich verkleinert hat. Im gezeigten Beispiel umfasst der Rotorlagebereich ein Winkelintervall von 276° (elektrisch) bis 334° (elektrisch).In 3b is a schematic representation of a time profile of phase currents 14 over time to clarify the determination of a rotor position range 11 shown at a higher speed. The reference symbols denote the same features and terms as in 3a . Since the speed of the electrical machine compared to that in 3a shown situation is significantly increased, the flowing phase currents also increase 14 . The determined rotor position range is correspondingly reduced with the same current threshold value 11 since the beginning 15 and the end 16 are closer together and a time window 17th , in which a safe interruption of the phase strand feed lines is possible, has decreased. In the example shown, the rotor position range comprises an angular interval from 276 ° (electrical) to 334 ° (electrical).

In 4 ist eine schematische Darstellung von Kennlinien 18, 19 gezeigt, welche Rotorlagebereiche 11 in Abhängigkeit einer Drehzahl der elektrischen Maschine definieren. Auf der x-Achse 12 ist die Drehzahl der elektrischen Maschine gezeigt, auf der y-Achse 13 ist ein Rotorlagewinkel (elektrisch) in rad gezeigt. Die Kennlinien 18, 19 wurden jeweils im Rahmen einer Simulation über den zeitlichen Verlauf der Phasenströme für Drehzahlen von 0 bis zu einer maximalen Drehzahl (normiert zu 1 gesetzt) ermittelt, wie sie beispielsweise in den 3a und 3b gezeigt sind. Die Kennlinie 18 wurde aus den Werten für den Anfang des jeweiligen Rotorlagebereichs 11 und die Kennlinie 19 aus den Werten für das Ende des jeweiligen Rotorlagebereichs 11 bestimmt. Aufgrund der Periodizität wiederholen die Kennlinien 18, 19 sich alle bzw. alle 360°. Auf Grundlage dieser Kennlinien 18, 19 kann für eine bestimmte Drehzahl ein Rotorlagebereich 11 ermittelt werden, in dem ein sicheres Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen möglich ist.In 4th is a schematic representation of characteristic curves 18th , 19th shown which rotor position ranges 11 depending on the speed of the electrical machine. On the x axis 12 the speed of the electrical machine is shown on the y-axis 13 a rotor position angle (electrical) is shown in rad. The characteristics 18th , 19th were determined as part of a simulation of the temporal course of the phase currents for speeds from 0 to a maximum speed (normalized to 1), as described, for example, in FIGS 3a and 3b are shown. The characteristic 18th was from the values for the beginning of the respective rotor position range 11 and the characteristic 19th from the values for the end of the respective rotor position range 11 certainly. The characteristic curves repeat due to the periodicity 18th , 19th each other or every 360 °. Based on these characteristics 18th , 19th can a rotor position range for a certain speed 11 can be determined in which a safe interruption of the phase strand feed lines is possible.

Die Kennlinien dieses Beispiels liefern ein Rotorlagebereich von 360° bis zu einer Drehzahl von 0,06 (auf normierter Skala), das heißt in diesem Drehzahlbereich liegen sämtliche Phasenströme bei jeder Rotorlage unterhalb des sicheren Stroms. Bis zu einer Drehzahl von 0,95 (auf normierter Skala) liefert dieses Beispiel einen gültigen Rotorlagebereich, das heißt es existiert ein Bereich, in dem ein sicheres Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen möglich ist. Oberhalb von einer Drehzahl von 0,95 (auf normierter Skala) ergibt sich überhaupt kein stromloser Zustand oder der Strom ist stets zu hoch, sodass ein sicheres Unterbrechen nicht möglich ist.The characteristics of this example deliver a rotor position range of 360 ° up to a speed of 0.06 (on a standardized scale), i.e. in this speed range all phase currents for each rotor position are below the safe current. Up to a speed of 0.95 (on a standardized scale), this example provides a valid rotor position range, i.e. there is an area in which a reliable interruption of the phase strand leads is possible. Above a speed of 0.95 (on a standardized scale) there is no currentless state at all or the current is always too high, so that safe interruption is not possible.

Es ist jedoch zu beachten, dass ein Unterbrechen im Bereich bis zu einer Drehzahl von 0,06 (auf normierter Skala) erst erfolgen darf, wenn Stromtransienten abgeklungen sind. Hierzu ist vorgesehen, dass das Unterbrechen erst erfolgt, wenn nach einem Fehlerfall eine für die elektrische Maschine charakteristische Stromabklingzeit abgelaufen ist. Hierzu wird beispielsweise das Ablaufen einer Zeitschaltung (Timer) nach dem Auftreten eines Fehlers, insbesondere Kurzschlusses, überprüft. Erst nach Ablauf der Zeitschaltung kann ein Unterbrechen durchgeführt werden.However, it should be noted that an interruption in the range up to a speed of 0.06 (on a standardized scale) may only take place when current transients have subsided. For this purpose, it is provided that the interruption does not take place until a current decay time which is characteristic of the electrical machine has expired after an error. For this purpose, for example, the expiry of a timer (timer) is checked after the occurrence of an error, in particular a short circuit. An interrupt can only be carried out after the timer has expired.

Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Drehzahländerungsrate der Drehzahl der elektrischen Maschine bestimmt wird, wobei ein die Drehzahl der elektrischen Maschine abbildendes Drehzahlsignal verzögert wird, sofern die bestimmte Drehzahländerungsrate negativ ist (vgl. 5).Furthermore, it can be provided that a speed change rate of the speed of the electrical machine is determined, a speed signal depicting the speed of the electrical machine being delayed, provided that the determined speed change rate is negative (cf. 5 ).

Ferner ist bei den Kennlinien 18, 19 in der 4 zu erkennen, das ein Übergang von einer Drehzahl von 0 zu einem 360°-Rotorlagebereich sprunghaft verläuft. Um eine fehlerhafte Reaktion bei Messfehlern in einem Drehzahlsignal auszuschließen, kann dies mittels eines positiven Drehzahlaufschlags (Offset) im Drehzahlsignal berücksichtigt werden. Der Drehzahlaufschlag ist entsprechend bei der maximalen Drehzahl zu berücksichtigen, bis zu der ein Unterbrechen möglich ist. Im beschriebenen Simulationsbeispiel verringert sich der Drehzahlwert bei 0,95 (auf normierter Skala), das heißt dort, wo sich ein gültiger Rotorlagebereich ergibt, entsprechend um den Drehzahlaufschlag.Furthermore, the characteristics 18th , 19th in the 4th to recognize that a transition from a speed of 0 to a 360 ° rotor position range is abrupt. In order to rule out a faulty reaction to measurement errors in a speed signal, this can be taken into account by means of a positive speed markup (offset) in the speed signal. The speed surcharge must be taken into account accordingly at the maximum speed up to which an interruption is possible. In the simulation example described, the speed value at 0.95 (on a standardized scale) is reduced by the speed mark-up where there is a valid rotor position range.

In 5 ist eine schematische Darstellung einer zeitdiskreten Implementierung einer Verzögerung eines Drehzahlsignals gezeigt. Die Verzögerung wird mittels eines Verzögerungsgliedes 7 erster Ordnung erreicht. Das Verzögerungsglied 7 erster Ordnung ist derart ausgebildet, dass eine Verzögerung nur bei negativen Gradienten im Betrag eines Drehzahlsignals 71 wirkt. Hierzu wird in einem Schritt 300 ein Betrag des Drehzahlsignals 71 gebildet. Ein Ausgangssignal 72 wird in einem Schritt 301 verzögert, von dem verzögerten Ausgangssignal 72 der Betrag des Drehzahlsignals 71 subtrahiert und dieses Signal anschließend in einem Schritt 302 mit einem Faktor multipliziert. Anschließend wird der Betrag des Drehzahlsignals 71 hinzuaddiert und der jeweils größere Wert des Betrags des Drehzahlsignals 71 oder des derart verarbeiteten Signals im Schritt 303 bestimmt und als Ausgangssignal 72 bereitgestellt. Durch die gezeigte Implementierung können Stromtransienten, welche bei großen Bremsgradienten auftreten können, ausreichend berücksichtigt werden.In 5 a schematic representation of a time-discrete implementation of a delay in a speed signal is shown. The delay is achieved by means of a delay element 7 first order achieved. The delay element 7 first order is designed in such a way that a delay only in the case of negative gradients in the amount of a speed signal 71 works. This is done in one step 300 an amount of the speed signal 71 educated. An output signal 72 will be in one step 301 delayed from the delayed output signal 72 the amount of the speed signal 71 subtracted and then this signal in one step 302 multiplied by a factor. Then the amount of the speed signal 71 added and the respective larger value of the amount of the speed signal 71 or the signal processed in this way in step 303 determined and as an output signal 72 provided. Through the implementation shown, current transients that can occur with large braking gradients can be sufficiently taken into account.

In 6 ist eine schematische Darstellung einer Implementierung einer Ausführungsform des Verfahrens gezeigt. In einem Schritt 400 wird der Betrag eines Drehzahlsignals 71 gebildet. Zu diesem Betrag wird ein Drehzahlaufschlag 73 hinzuaddiert. Anschließend wird dieses Signal mittels eines Tiefpasses in einem Schritt 401 verzögert. In 6 a schematic representation of an implementation of an embodiment of the method is shown. In one step 400 becomes the amount of a speed signal 71 educated. A speed surcharge is added to this amount 73 added. This signal is then processed in one step using a low-pass filter 401 delayed.

Anhand des verzögerten Drehzahlbetrages und der statischen Kennlinien 18, 19 (vgl. auch 4) können nach einem Kurzschluss eines Brücken-MOSFETs ein Anfang und ein Ende eines Rotorlagebereichs ermittelt werden.Based on the delayed speed and the static characteristics 18th , 19th (see also 4th ) after a short-circuit of a bridge MOSFET, a start and an end of a rotor position range can be determined.

Rotorlagen für einen Anfang und ein Ende des ermittelten Rotorlagebereichs werden anschließend in Schritt 402 mit einer aktuellen Rotorlage verglichen. Hierzu wird ein Rotorlagesignal 74 einer (elektrischen) Rotorlage bereitgestellt, welches im Schritt 404 an eine vom Kurzschluss betroffene Phase und eine aktuelle Drehrichtung angepasst wird (vgl. Tabelle 1). Liegt die aktuelle Rotorlage im ermittelten Rotorlagebereich, so wird ein entsprechendes Signal bereitgestellt.Rotor positions for a start and an end of the determined rotor position area are then in step 402 compared with a current rotor position. For this purpose, a rotor position signal 74 an (electrical) rotor position provided, which in step 404 is adapted to a phase affected by the short circuit and a current direction of rotation (see Table 1). If the current rotor position lies in the determined rotor position range, a corresponding signal is provided.

Liegt die aktuelle Rotorlage innerhalb des Rotorlagebereichs und ist nach einem Kurzschluss eine Stromabklingzeit abgelaufen, welche ein Abklingen von Stromtransienten berücksichtigt, dann wird ein Unterbrechungssignal 76 erzeugt, um die Phasenstrangzuleitungen gleichzeitig zu unterbrechen. Hierzu wird nach einem Kurzschluss mittels einer Zeitschaltung (Timer) ein Ablaufsignal 75 erzeugt und logisch mit dem Vergleichssignal des Schrittes 402 in einer AND-Logik verglichen. Sind alle Voraussetzungen gegeben, wird das Unterbrechungssignal 76 erzeugt und der Sicherheitseinrichtung bereitgestellt, welche das Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen vornimmt.If the current rotor position lies within the rotor position range and if a current decay time has elapsed after a short circuit, which takes into account the decay of current transients, then an interrupt signal is generated 76 generated to interrupt the phase strand leads simultaneously. For this purpose, an expiry signal is generated after a short circuit by means of a timer 75 generated and logically with the comparison signal of the step 402 compared in an AND logic. If all the requirements are met, the interrupt signal is given 76 generated and made available to the safety device which interrupts the phase strand leads.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
MotorsystemEngine system
22nd
LeistungstreiberschaltungPower driver circuit
33rd
elektrische Maschineelectrical machine
44th
PhasenstrangzuleitungPhase strand feed
55
SicherheitseinrichtungSafety device
66
FilterschaltungFilter circuit
77
VerzögerungsgliedDelay element
1111
RotorlagebereichRotor position range
1212
x-AchseX axis
1313
y-Achsey axis
1414
PhasenstromPhase current
1515
Anfang des RotorlagebereichsBeginning of the rotor position area
1616
Ende des RotorlagebereichsEnd of the rotor position range
1717th
ZeitfensterTime window
1818th
Kennlinie für Anfang des RotorlagebereichsCharacteristic curve for the beginning of the rotor position range
1919th
Kennlinie für Ende des RotorlagebereichsCharacteristic curve for the end of the rotor position range
2121st
SchalttransistorSwitching transistor
2222
MOSFET-TransistorMOSFET transistor
2323
InversdiodeInverse diode
2424th
SteuereinheitControl unit
2525th
RotorlagesignalRotor position signal
2626
RotorlagesensorRotor position sensor
3131
PhasenstrangPhase strand
5151
TrennschalterDisconnector
71 71
DrehzahlsignalSpeed signal
7272
Ausgangssignal des VerzögerungsgliedesOutput signal of the delay element
7373
DrehzahlaufschlagSpeed markup
7474
RotorlagesignalRotor position signal
7575
AblaufsignalExpiry signal
7676
UnterbrechungssignalInterrupt signal
100-104100-104
VerfahrensschritteProcedural steps
200200
Verfahrensschritt (Simulation)Process step (simulation)
300-303300-303
VerfahrensschritteProcedural steps
400-404400-404
VerfahrensschritteProcedural steps
BB
SollvorgabeTarget
UU
PhasenspannungPhase voltage
VV
PhasenspannungPhase voltage
WW
PhasenspannungPhase voltage
UDC U DC
VersorgungsspannungSupply voltage
VL V L
VersorgungspotentialSupply potential
VH V H
VersorgungspotentialSupply potential

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 8884559 B2 [0006]US 8884559 B2 [0006]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einer elektrischen Maschine (3), einer Leistungstreiberschaltung (2) zum Bereitstellen von Phasenspannungen (U,V,W) und einer Sicherheitseinrichtung (5) zum Unterbrechen von Phasenstrangzuleitungen (4), die die Leistungstreiberschaltung (2) mit Phasensträngen (31) der elektrischen Maschine (3) verbinden, wobei in einem Fehlerfall folgende Schritte mittels einer Steuereinheit (24) ausgeführt werden: - Bestimmen einer Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine (3), - Ermitteln eines Rotorlagebereichs (11), in dem ein gleichzeitiges Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen (4) zugelassen wird, wobei das Ermitteln auf Grundlage von Kennlinien (18, 19) erfolgt, welche auf Grundlage einer Simulation geschätzte Rotorlagebereiche (11) in Abhängigkeit von Drehzahlen des Rotors der elektrischen Maschine (3) definieren, - Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen (4) in Abhängigkeit des ermittelten Rotorlagebereichs (11) und einer aktuellen Rotorlage mittels der Sicherheitseinrichtung (5).Method for operating a motor system (1) with an electrical machine (3), a power driver circuit (2) for providing phase voltages (U, V, W) and a safety device (5) for interrupting phase string leads (4) which connect the power driver circuit ( 2) connect to phase strands (31) of the electrical machine (3), the following steps being carried out by means of a control unit (24) in the event of a fault: - Determining a speed of a rotor of the electrical machine (3), - Determining a rotor position area (11) in which a simultaneous interruption of the phase strand feed lines (4) is permitted, the determination being carried out on the basis of characteristic curves (18, 19) which, based on a simulation, estimate rotor position areas (11) as a function of the rotational speed of the Define the rotor of the electrical machine (3), - Interrupting the phase strand feed lines (4) as a function of the determined rotor position area (11) and a current rotor position by means of the safety device (5). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Simulation Parameter verwendet werden, unter welchen maximal mögliche Ströme fließen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the simulation uses parameters under which the maximum possible currents flow. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Drehzahl der elektrischen Maschine (3) abbildendes Drehzahlsignal (71) verzögert wird, sofern eine Drehzahländerungsrate negativ ist.Procedure according to Claim 1 or 2nd , characterized in that a speed signal (71) depicting the speed of the electrical machine (3) is delayed if a speed change rate is negative. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterbrechen erst erfolgt, wenn nach einem Fehlerfall eine für die elektrische Maschine (3) charakteristische Stromabklingzeit abgelaufen ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the interruption takes place only when a current decay time which is characteristic of the electrical machine (3) has expired after an error. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Simulation Sicherheitsbereiche beim Schätzen der Rotorlagebereiche (11) berücksichtigt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the simulation, safety areas are taken into account when estimating the rotor position areas (11). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsbereiche drehzahlabhängig berücksichtigt werden.Procedure according to Claim 5 , characterized in that the safety areas are taken into account depending on the speed. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Simulation Signalverzögerungen berücksichtigt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that signal delays are taken into account in the simulation. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fehlerfall ein Kurzschluss in einem Schalttransistor (21) der Leistungstreiberschaltung (2) erkannt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a short circuit in a switching transistor (21) of the power driver circuit (2) is detected as an error. Motorsystem (1), umfassend: eine elektrische Maschine (3), eine Leistungstreiberschaltung (2) zum Bereitstellen von Phasenspannungen (U,V,W), eine Sicherheitseinrichtung (5) zum Unterbrechen von Phasenstrangzuleitungen (4), die die Leistungstreiberschaltung (2) mit Phasensträngen (31) der elektrischen Maschine (3) verbinden, und eine Steuereinheit (24), wobei die Steuereinheit (24) derart ausgebildet ist, in einem Fehlerfall folgende Schritte auszuführen: - Bestimmen einer Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine (3), - Ermitteln eines Rotorlagebereichs (11), in dem ein gleichzeitiges Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen (4) zugelassen ist, wobei das Ermitteln auf Grundlage von Kennlinien (18, 19) erfolgt, welche auf Grundlage einer Simulation geschätzte Rotorlagebereiche (11) in Abhängigkeit von Drehzahlen des Rotors der elektrischen Maschine (3) definieren, - Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen (4) in Abhängigkeit des ermittelten Rotorlagebereichs (11) und einer aktuellen Rotorlage mittels der Sicherheitseinrichtung (5).Motor system (1) comprising: an electrical machine (3), a power driver circuit (2) for providing phase voltages (U, V, W), a safety device (5) for interrupting phase strand feed lines (4) which connect the power driver circuit (2) to phase strands (31) of the electrical machine (3), and a control unit (24), the control unit (24) being designed to carry out the following steps in the event of an error: - Determining a speed of a rotor of the electrical machine (3), - Determining a rotor position area (11) in which a simultaneous interruption of the phase strand feed lines (4) is permitted, the determination being carried out on the basis of characteristic curves (18, 19) which, based on a simulation, estimate rotor position areas (11) as a function of the rotational speed of the Define the rotor of the electrical machine (3), - Interrupting the phase strand feed lines (4) as a function of the determined rotor position area (11) and a current rotor position by means of the safety device (5). Motorsystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (5) jeweils einen Trennschalter (51) für jede der Phasenstrangzuleitungen (4) aufweist, wobei die Trennschalter (51) mit Halbleiterschaltern ausgebildet sind.Motor system (1) after Claim 9 , characterized in that the safety device (5) in each case has a disconnector (51) for each of the phase strand feed lines (4), the disconnectors (51) being designed with semiconductor switches.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012208632A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 Continental Automotive Gmbh Method and device for operating a brushless motor
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