DE102023002859A1

DE102023002859A1 - Method for determining a torque of an electrical machine, in particular of a motor vehicle, electrical machine and motor vehicle

Info

Publication number: DE102023002859A1
Application number: DE102023002859.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Saur; Maximilian Hepp
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-07-14
Filing date: 2023-07-14
Publication date: 2025-01-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Drehmoments (62) einer elektrischen Maschine, wobei mittels einer Sensoreinrichtung (22) ein Streufluss (52) der elektrischen Maschine gemessen wird. Mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (13) wird das Drehmoment (62) der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von dem mittels der Sensoreinrichtung (22) gemessenen Streufluss (52) berechnet und dadurch ermittelt.

The invention relates to a method for determining a torque (62) of an electrical machine, wherein a leakage flux (52) of the electrical machine is measured by means of a sensor device (22). The torque (62) of the electrical machine is calculated and thereby determined by means of an electronic computing device (13) as a function of the leakage flux (52) measured by means of the sensor device (22).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Drehmoments einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for determining a torque of an electrical machine, in particular of a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to an electrical machine. The invention also relates to a motor vehicle.

Die WO 2014/54507 A1 offenbart eine Messeinrichtung zum Messen eines Rotationswinkels. Aus der DE 100 41 089 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur einer Winkelmessung bekannt. Der DE 10 2010 003 096 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übermittlung einer aktuellen Winkelposition eines drehbaren magnetischen Bauteils in einem elektrischen Antrieb als bekannt zu entnehmen. Die DE 03 712 808 T1 offenbart eine Winkelbestimmungsvorrichtung. Aus der DE 10 2014 224 961 A1 ist eine Vorrichtung zur radialen mechanisch absoluten Winkelbestimmung einer Welle bekannt. Die DE 10 2006 061 577 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels einer Welle. Aus der DE 10 2016 105 797 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels bei einem Elektromotor bekannt. Der DE 198 39 446 A1 ist eine Anordnung zur Drehwinkelerfassung eines drehbaren Elements als bekannt zu entnehmen. Des Weiteren offenbart die DE 10 2017 211 190 A1 ein Sensorsystem zur Bestimmung wenigstens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements. Des Weiteren ist aus der EP 2 498 066 A2 eine Vorrichtung zur Erkennung eines Rotationswinkels bekannt.The WO 2014/54507 A1 discloses a measuring device for measuring a rotation angle. From the DE 100 41 089 A1 A method for correcting an angle measurement is known. The DE 10 2010 003 096 A1 A method and a device for transmitting a current angular position of a rotatable magnetic component in an electric drive are known. DE 03 712 808 T1 discloses an angle determination device. From the DE 10 2014 224 961 A1 A device for the radial mechanical absolute angle determination of a shaft is known. The DE 10 2006 061 577 A1 discloses a method for determining a rotation angle of a shaft. DE 10 2016 105 797 A1 A method for determining a rotation angle in an electric motor is known. The DE 198 39 446 A1 an arrangement for detecting the angle of rotation of a rotatable element is known. Furthermore, the DE 10 2017 211 190 A1 a sensor system for determining at least one rotational property of a rotating element. Furthermore, EP 2 498 066 A2 A device for detecting a rotation angle is known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine elektrische Maschine und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass ein Drehmoment der elektrischen Maschine auf besonders einfache Weise ermittelt werden kann.The object of the present invention is to provide a method, an electric machine and a motor vehicle so that a torque of the electric machine can be determined in a particularly simple manner.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1, by an electrical machine having the features of patent claim 9, and by a motor vehicle having the features of patent claim 10. Advantageous embodiments with expedient further developments of the invention are specified in the remaining claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Drehmoments einer elektrischen Maschine, insbesondere eines einfach auch als Fahrzeug bezeichneten Kraftfahrzeugs. Beispielsweise ist die elektrische Maschine als eine Asynchronmaschine ausgebildet. Beispielsweise wird das Verfahren während eines Betriebs der elektrischen Maschine durchgeführt. Die elektrische Maschine weist beispielsweise einen Rotor und einen Stator auf, mittels welchem der Rotor antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Insbesondere kann die elektrische Maschine, deren axiale Richtung mit der Maschinendrehachse zusammenfällt, über ihren Rotor das Drehmoment bereitstellen, mittels welchem beispielsweise das Kraftfahrzeug, insbesondere rein elektrisch, angetrieben werden kann.A first aspect of the invention relates to a method for determining a torque of an electrical machine, in particular of a motor vehicle, also simply referred to as a vehicle. For example, the electrical machine is designed as an asynchronous machine. For example, the method is carried out while the electrical machine is operating. The electrical machine has, for example, a rotor and a stator, by means of which the rotor can be driven and can therefore be rotated about a machine axis of rotation relative to the stator. In particular, the electrical machine, whose axial direction coincides with the machine axis of rotation, can provide the torque via its rotor, by means of which, for example, the motor vehicle can be driven, in particular purely electrically.

Um das Drehmoment auf besonders einfache Weise ermitteln zu können, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass, insbesondere während des zuvor genannten Betriebs der elektrischen Maschine, mittels einer Sensoreinrichtung, insbesondere der elektrischen Maschine, ein Streufluss der elektrischen Maschine gemessen, das heißt erfasst wird. Der Streufluss wird auch als magnetischer Streufluss bezeichnet. Insbesondere ist es bei dem Verfahren und insbesondere während des Betriebs vorgesehen, dass bei dem Verfahren und insbesondere während des Betriebs der elektrischen Maschine der Rotor mittels des Stators angetrieben und dadurch um die Maschinendrehachse relativ zu dem Stator gedreht wird. Insbesondere ist es bei dem Verfahren und während des Betriebs der elektrischen Maschine vorgesehen, dass während des Betriebs der elektrischen Maschine und somit während des Verfahrens die elektrische Maschine über ihren Rotor das Drehmoment bereitstellt. Das Drehmoment ist beispielsweise ein auch als Antriebsmoment bezeichnetes Antriebsdrehmoment, mittels welchem das Kraftfahrzeug insbesondere bei dem Verfahren und somit während des Betriebs angetrieben, insbesondere rein elektrisch, wird. Wie aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, ist oder beschreibt der auch als magnetischer Streufluss bezeichnete Streufluss einen Teil eines magnetischen Flusses der elektrischen Maschine, wobei beispielsweise mittels der Sensoreinrichtung der magnetische Fluss und hierdurch der Streufluss insbesondere als Teil des magnetischen Flusses gemessen werden.In order to be able to determine the torque in a particularly simple manner, the method according to the invention provides that, in particular during the aforementioned operation of the electrical machine, a leakage flux of the electrical machine is measured, i.e. recorded, by means of a sensor device, in particular of the electrical machine. The leakage flux is also referred to as magnetic leakage flux. In particular, the method and in particular during operation provides that during the method and in particular during operation of the electrical machine the rotor is driven by means of the stator and is thereby rotated about the machine axis of rotation relative to the stator. In particular, the method and during operation of the electrical machine provides the torque via its rotor during operation of the electrical machine and thus during the method. The torque is, for example, a drive torque, also referred to as drive torque, by means of which the motor vehicle is driven, in particular purely electrically, in particular during the method and thus during operation. As is well known from the general state of the art, the leakage flux, also referred to as magnetic leakage flux, is or describes a part of a magnetic flux of the electrical machine, wherein the magnetic flux and thereby the leakage flux are measured, in particular as part of the magnetic flux, for example by means of the sensor device.

Des Weiteren ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass, insbesondere während des Betriebs der elektrischen Maschine, mittels einer elektronischen Recheneinrichtung das Drehmoment der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von dem mittels der Sensoreinrichtung gemessenen Streufluss berechnet und dadurch ermittelt wird, insbesondere ohne dass das Drehmoment in Abhängigkeit von einem gemessenen elektrischen Strom der elektrischen Maschine ermittelt wird, ganz insbesondere ohne dass ein elektrischen Strom der elektrischen Maschine gemessen wird. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass bei dem Verfahren eine Messung des elektrischen Stroms der elektrischen Maschine unterbleibt, sodass beispielsweise während des Verfahrens kein gemessener elektrischer Strom der elektrischen Maschine zur Verfügung steht, der zur Ermittlung des Drehmoments berücksichtigt werden könnte. Die Erfindung ermöglicht es somit, das Drehmoment zu berechnen und somit zu ermitteln, ohne den elektrischen Strom der elektrischen Maschine, die beispielsweise mit dem elektrischen Strom insbesondere von einem Wechselrichter versorgt wird, zu messen, sodass beispielsweise eine auch als Strommessung bezeichnete Messung des elektrischen Stroms und somit Stromsensoren zum Messen des Stroms vermieden werden können. Dadurch kann ein besonders kosten-, bauraum- und gewichtsgünstiger Aufbau der elektrischen Maschine realisiert werden, wobei gleichzeitig das Drehmoment berechnet und somit ermittelt werden kann. Die Berechnung und somit Ermittlung des Drehmoments ohne Strommessung bietet im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen Vorteile für eine funktionale Sicherheit. Des Weiteren kann eine Redundanz geschaffen werden, insbesondere mit einer Möglichkeit, Fehler der elektrischen Maschine frühzeitig zu berechnen.Furthermore, the method provides that, in particular during operation of the electrical machine, the torque of the electrical machine is calculated and thereby determined by means of an electronic computing device as a function of the leakage flux measured by means of the sensor device, in particular without the torque being determined as a function of a measured electrical current of the electrical machine, in particular without an electrical current of the electrical machine being measured. It is therefore preferably provided that the method does not involve measuring the electrical current of the electrical machine, so that, for example, during the method, no measured electrical current of the electrical machine is available which could be used to Determination of the torque could be taken into account. The invention thus makes it possible to calculate and thus determine the torque without measuring the electrical current of the electrical machine, which is supplied with the electrical current, for example, in particular from an inverter, so that, for example, a measurement of the electrical current, also known as current measurement, and thus current sensors for measuring the current can be avoided. This makes it possible to realize a particularly cost-, space- and weight-effective design of the electrical machine, whereby the torque can be calculated and thus determined at the same time. Calculating and thus determining the torque without current measurement offers advantages for functional safety compared to conventional solutions. Furthermore, redundancy can be created, in particular with the option of calculating errors in the electrical machine at an early stage.

Grundsätzlich ist es denkbar, das Drehmoment in Abhängigkeit von einem Flussbeobachter zu ermitteln, insbesondere derart, dass der Flussbeobachter das Drehmoment ermittelt, insbesondere berechnet oder dadurch ermittelt, und/oder dass der Flussbeobachter eine Ausgangsgröße bereitstellt, wobei in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße das Drehmoment ermittelt, insbesondere berechnet und dadurch ermittelt werden kann. Üblicherweise umfasst ein solcher Flussbeobachter ein Strom- und Spannungsmodell, wobei das Spannungsmodell alleine betrachtet eine offene Integration ist und somit insbesondere im Stillstand nicht funktioniert. Für das Strommodell ist eine Messung des elektrischen Stroms erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es nun, das Drehmoment ohne Strommessung zu ermitteln, sodass beispielsweise auf das SM verzichtet werden kann. Insbesondere wird beispielsweise das SM durch ein Streuflussmodell ersetzt, was im Folgenden noch genauer erläutert wird, wobei mittels des Streuflussmodells das Drehmoment berechnet werden kann. Der Flussbeobachter beobachtet beispielsweise einen auch als Magnetfluss bezeichneten, magnetischen Fluss der elektrischen Maschine, insbesondere derart, dass der Flussbeobachter den magnetischen Fluss schätzt und/oder wenigstens eine den magnetischen Fluss charakterisierende Größe bereitstellt.In principle, it is conceivable to determine the torque as a function of a flux observer, in particular in such a way that the flux observer determines the torque, in particular calculates it or determines it thereby, and/or that the flux observer provides an output variable, wherein the torque can be determined, in particular calculated and determined thereby, as a function of the output variable. Such a flux observer usually comprises a current and voltage model, wherein the voltage model considered alone is an open integration and thus does not work, in particular when the vehicle is at a standstill. A measurement of the electrical current is required for the current model. The method according to the invention now makes it possible to determine the torque without measuring the current, so that, for example, the SM can be dispensed with. In particular, the SM is replaced by a leakage flux model, for example, which is explained in more detail below, wherein the torque can be calculated using the leakage flux model. The flux observer observes, for example, a magnetic flux of the electrical machine, also referred to as magnetic flux, in particular in such a way that the flux observer estimates the magnetic flux and/or provides at least one variable characterizing the magnetic flux.

Um das Drehmoment auf besonders einfache Weise sowie besonders präzise berechnen und somit ermitteln zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung anhand eines ersten Rechenmodells und in Abhängigkeit von dem gemessenen Streufluss wenigstens eine zumindest einen Teil des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine charakterisierende Flussgröße berechnet wird. Somit handelt es sich beispielsweise bei dem ersten Rechenmodell, welches auch als Flussmodell bezeichnet wird, um den Flussbeobachter oder um einen Teil des Flussbeobachters. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem magnetischen Fluss ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, der magnetische Fluss zu verstehen, der den durch die Flussgröße charakterisierten Teil umfasst. Bei dem magnetischen Fluss handelt es sich beispielsweise um einen von dem Streufluss unterschiedlichen magnetischen Fluss und/oder um einen zusätzlich zu dem Streufluss vorgesehenen magnetischen Fluss der elektrischen Maschine.In order to be able to calculate and thus determine the torque in a particularly simple and particularly precise manner, one embodiment of the invention provides that at least one flux variable characterizing at least part of the magnetic flux of the electrical machine is calculated by means of the electronic computing device using a first calculation model and as a function of the measured leakage flux. Thus, for example, the first calculation model, which is also referred to as the flux model, is the flux observer or part of the flux observer. When the magnetic flux is mentioned above and below, this is to be understood, unless otherwise stated, as the magnetic flux that includes the part characterized by the flux variable. The magnetic flux is, for example, a magnetic flux that is different from the leakage flux and/or a magnetic flux of the electrical machine that is provided in addition to the leakage flux.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung anhand eines zweiten Rechenmodells und in Abhängigkeit von dem gemessenen Streufluss der elektrische Strom der elektrischen Maschine berechnet wird, insbesondere ohne dass der elektrische Strom der elektrischen Maschine gemessen wird, wobei mittels der elektronischen Recheneinrichtung das Drehmoment in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine berechnet wird. Insbesondere ist das zweite Rechenmodell das zuvor genannte Strommodell. Somit kann das Drehmoment auf besonders einfache Weise besonders präzise berechnet und somit ermittelt werden.A further embodiment is characterized in that the electric current of the electric machine is calculated by means of the electronic computing device based on a second calculation model and depending on the measured leakage flux, in particular without the electric current of the electric machine being measured, wherein the torque is calculated by means of the electronic computing device depending on the calculated electric current of the electric machine. In particular, the second calculation model is the aforementioned current model. The torque can thus be calculated and thus determined particularly precisely in a particularly simple manner.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das zweite Rechenmodell zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell vorgesehen ist, sodass mittels der elektronischen Recheneinrichtung anhand des zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell vorgesehenen, zweiten Rechenmodell und in Abhängigkeit von der Flussgröße der elektrische Strom der elektrischen Maschine berechnet wird, sodass beispielsweise die Flussgröße dem zweiten Rechenmodell zugeführt wird. Somit ist beispielsweise die Flussgröße eine Eingangsgröße des zweiten Rechenmodells. Dabei wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung das Drehmoment in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine berechnet, wodurch das Drehmoment besonders präzise sowie auf einfache Weise und insbesondere ohne Strommessung berechnet und somit ermittelt werden kann.It has proven to be particularly advantageous if the second calculation model is provided in addition to the first calculation model, so that the electrical current of the electrical machine is calculated by means of the electronic computing device based on the second calculation model provided in addition to the first calculation model and depending on the flux size, so that, for example, the flux size is fed to the second calculation model. Thus, for example, the flux size is an input size of the second calculation model. The torque is calculated by means of the electronic computing device depending on the calculated electrical current of the electrical machine, whereby the torque can be calculated and thus determined particularly precisely and easily and in particular without current measurement.

Um das Drehmoment auf besonders einfache Weise und besonders präzise berechnen und somit ermitteln zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung anhand eines zusätzlich zu dem zweiten Rechenmodell vorgesehenen, dritten Rechenmodells und in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine wenigstens eine eine elektrische Spannung der elektrischen Maschine charakterisierende Spannungsgröße berechnet wird. Somit ist beispielsweise das dritte Rechenmodell das zuvor genannte Spannungsmodell. Dabei wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung das Drehmoment in Abhängigkeit von der berechneten Spannungsgröße berechnet. Hierdurch kann das Drehmoment auf besonders einfache Weise besonders präzise berechnet und somit ermittelt werden.In order to be able to calculate and thus determine the torque in a particularly simple and particularly precise manner, it is provided in a further embodiment of the invention that at least one voltage variable characterizing an electrical voltage of the electrical machine is calculated by means of the electronic computing device on the basis of a third calculation model provided in addition to the second calculation model and depending on the calculated electrical current of the electrical machine. For example, the third calculation model is the previously mentioned voltage model. The electronic calculation device calculates the torque as a function of the calculated voltage value. This allows the torque to be calculated and thus determined particularly precisely in a particularly simple manner.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das dritte Rechenmodell zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell und zusätzlich zweiten Rechenmodell vorgesehen ist, wodurch das Drehmoment besonders präzise berechnet und somit ermittelt werden kann.It has proven to be particularly advantageous if the third calculation model is provided in addition to the first calculation model and additionally the second calculation model, whereby the torque can be calculated and thus determined particularly precisely.

Um auf besonders einfache Weise einen besonders vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Maschine in Abhängigkeit von dem berechneten Drehmoment betrieben, insbesondere geregelt, wird.In order to be able to realize a particularly advantageous operation of the electrical machine in a particularly simple manner, one embodiment of the invention provides that the electrical machine is operated, in particular controlled, as a function of the calculated torque.

Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn bei dem Verfahren mittels der elektrischen Maschine das zuvor genannte Kraftfahrzeug angetrieben wird, wodurch ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine und des Kraftfahrzeugs gewährleistet werden kann.Finally, it has proven to be particularly advantageous if, in the method, the aforementioned motor vehicle is driven by means of the electric machine, whereby a particularly advantageous operation of the electric machine and the motor vehicle can be ensured.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche zum Durchführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A second aspect of the invention relates to an electrical machine which is designed to carry out a method according to the first aspect of the invention. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine elektrische Maschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein elektrisch, antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A third aspect of the invention relates to a motor vehicle, also referred to simply as a vehicle and preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, which has at least one electrical machine according to the second aspect of the invention and can be driven by means of the electrical machine, in particular purely electrically. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect and the second aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the third aspect of the invention and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the respective combination specified, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.

Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Perspektivansicht eines Stators einer elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug;
2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer Platine einer Sensoreinrichtung der elektrischen Maschine; und
3 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Ermitteln eines Drehmoments der elektrischen Maschine.

The drawing shows in:

1 a schematic perspective view of a stator of an electrical machine, in particular for a motor vehicle;
2 a partial schematic perspective view of a circuit board of a sensor device of the electrical machine; and
3 a flow chart illustrating a method for determining a torque of the electric machine.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with identical reference symbols.

Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Verfahren zum Ermitteln eines Drehmoments einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, erläutert. Beispielsweise ist das Verfahren zum Ermitteln des Drehmoments ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine oder ein Teil eines Verfahrens zum Betreiben der elektrischen Maschine, so soll beispielsweise bei dem Verfahren die elektrische Maschinenabhängigkeit von dem ermittelten Drehmoment betrieben wird.A method for determining a torque of an electrical machine, in particular of a motor vehicle, is explained below using the figures. For example, the method for determining the torque is a method for operating the electrical machine or part of a method for operating the electrical machine, so for example the electrical machine is to be dependent on the determined torque in the method.

Dabei zeigt 1 in einer schematischen Perspektivansicht einen Stator 10 der elektrischen Maschine. Beispielsweise weist das einfach auch als Fahrzeug bezeichnete und beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine auf, wobei das Kraftfahrzeug beispielsweise mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere Hundert Volt beträgt. Die elektrische Maschine weist in ihrem vollständig hergestellten Zustand den Stator 10 und einen in den Figuren nicht dargestellten Rotor auf, welcher um eine Maschinendrehachse der elektrischen Maschine, deren axiale Richtung mit der Maschinendrehachse zusammenfällt, relativ zu dem Stator 10 drehbar ist. Insbesondere kann die elektrische Maschine, deren radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung der elektrischen Maschine verläuft über ihren Rotor das zuvor genannte Drehmoment bereitstellen, mittels welchem beispielsweise das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Daher wird das Drehmoment auch als Antriebsdrehmoment oder Antriebsmoment bezeichnet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass bei dem Verfahren die elektrische Maschine das Drehmoment bereitstellt und/oder das der Stator den Rotor antreibt und somit um die Maschinendrehachse relativ zu dem Stator dreht.This shows 1 in a schematic perspective view of a stator 10 of the electric machine. For example, the motor vehicle, also referred to simply as a vehicle and designed, for example, as a motor vehicle, in particular as a passenger car, has the electric machine in its fully manufactured state, wherein the motor vehicle can be driven, for example, by means of the electric machine, in particular purely electrically. Preferably, the electric machine is a high-voltage component whose electrical voltage, in particular electrical operating or nominal voltage, is preferably greater than 50 volts, in particular greater than 60 volts, and very preferably amounts to several hundred volts. In its fully manufactured state, the electric machine has the stator 10 and a rotor, not shown in the figures, which can be rotated relative to the stator 10 about a machine axis of rotation of the electric machine, the axial direction of which coincides with the machine axis of rotation. In particular, the electric machine, the radial direction of which runs perpendicular to the axial direction of the electric machine, can provide the aforementioned torque via its rotor, by means of which the motor vehicle can be driven, for example. Therefore, the torque is also referred to as drive torque or drive torque. In particular, it is provided that in the method the electric machine provides the torque and/or that the stator drives the rotor and thus rotates about the machine axis of rotation relative to the stator.

Die elektrische Maschine, insbesondere der Stator 10, weist wenigstens eine Wicklung 12 auf, mittels welcher ein erstes Magnetfeld, insbesondere mit einem einfach auch als erster Fluss oder erster Magnetfluss bezeichneten, ersten magnetischen Fluss, erzeugbar ist. Beispielsweise wird bei dem Verfahren das erste Magnetfeld und somit der erste Magnetfluss erzeugt. Der erste Magnetfluss ist beispielsweise ein Magnetfluss des Stators, sodass das erste Magnetfeld ein Magnetfeld des Stators 10 ist. Beispielsweise kann mittels des ersten Magnetfelds ein zweites Magnetfeld des Rotors erzeugt werden, wobei das zweite Magnetfeld einen zweiten magnetischen Fluss aufweist, welcher auch als zweiter Fluss oder zweiter Magnetfluss bezeichnet wird. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem Magnetfluss oder dem magnetischen Flusses, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, der erste magnetische Fluss und/oder der zweite magnetische Fluss zu verstehen. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem Magnetfeld ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, das erste Magnetfeld und/oder das zweite Magnetfeld zu verstehen. Ganz vorzugsweise ist die Wicklung 12 nach der auch nach Hairpin-Technologie bezeichneten Haarnadel-Technologie ausgebildet und wird daher auch als Hairpin-Wicklung bezeichnet. Da die Wicklung 12 eine Wicklung des Stators 10 ist, wird die Wicklung 12 auch als StatorWicklung bezeichnet. Der Stator 10 und somit die elektrische Maschine weisen ein Blechpaket 14 auf, an welchem die Wicklung 12 gehalten ist. Somit ist die Wicklung 12 durch das Blechpaket 14 getragen. Die axiale Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 16 veranschaulicht. Beispielsweise ist das Blechpaket 14 aus mehreren, separat voneinander ausgebildet und miteinander verbundenen Blechsegmenten gebildet, insbesondere zusammengesetzt. Aus 1 ist erkennbar, dass jeweilige Längenbereiche L der Wicklung 12 auf einer ersten axialen Stirnseite AS1 des Blechpakets 14 in axialer Richtung des Blechpakets 14 von dem Blechpaket 14, insbesondere von der axialen Stimseite AS1, abstehen, wodurch die Längenbereiche L wenigstens einen auf der ersten axialen Stirnseite AS1 angeordneten Wickelkopf 18 der Wicklung 12 bilden. Das Blechpaket 14 weist beispielsweise auch eine in axialer Richtung der elektrischen Maschine von der ersten axialen Stirnseite AS1 abgewandte, zweite axiale Stirnseite AS2 auf. Dabei ist es beispielsweise denkbar, dass auf der zweiten axialen Stirnseite AS2 zweite Längenbereiche L2 der Wicklung 12 in axialer Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 von dem Blechpaket 14, insbesondere von der axialen Stirnseite AS2, abstehen, wodurch beispielsweise die Längenbereiche L2 auf der zweiten axialen Stirnseite AS2 einen zweiten Wickelkopf 20 der Wicklung 12 bilden.The electrical machine, in particular the stator 10, has at least one winding 12, by means of which a first magnetic field, in particular with a first magnetic flux, also simply referred to as the first flux or first magnetic flux, can be generated. For example, the first magnetic field and thus the first magnetic flux is generated in the method. The first magnetic flux is, for example, a magnetic flux of the stator, so that the first magnetic field is a magnetic field of the stator 10. For example, a second magnetic field of the rotor can be generated by means of the first magnetic field, wherein the second magnetic field has a second magnetic flux, which is also referred to as the second flux or second magnetic flux. When the magnetic flux or the magnetic flux is mentioned above and below, this means the first magnetic flux and/or the second magnetic flux, unless otherwise stated. When the magnetic field is mentioned above and below, this means the first magnetic field and/or the second magnetic field, unless otherwise stated. The winding 12 is preferably designed according to hairpin technology and is therefore also referred to as a hairpin winding. Since the winding 12 is a winding of the stator 10, the winding 12 is also referred to as a stator winding. The stator 10 and thus the electrical machine have a laminated core 14 on which the winding 12 is held. The winding 12 is thus supported by the laminated core 14. The axial direction of the electrical machine and thus of the stator 10 and the laminated core 14 is in 1 by a double arrow 16. For example, the laminated core 14 is formed, in particular composed, of several sheet metal segments that are formed separately from one another and connected to one another. 1 it can be seen that respective length regions L of the winding 12 on a first axial end face AS1 of the laminated core 14 protrude from the laminated core 14, in particular from the axial end face AS1, in the axial direction of the laminated core 14, as a result of which the length regions L form at least one winding head 18 of the winding 12 arranged on the first axial end face AS1. The laminated core 14 also has, for example, a second axial end face AS2 facing away from the first axial end face AS1 in the axial direction of the electrical machine. In this case, it is conceivable, for example, that on the second axial end face AS2 second length regions L2 of the winding 12 protrude from the laminated core 14, in particular from the axial end face AS2, in the axial direction of the electrical machine and thus of the stator 10 and the laminated core 14, as a result of which, for example, the length regions L2 on the second axial end face AS2 form a second winding head 20 of the winding 12.

Die elektrische Maschine, insbesondere der Stator 10, weist außerdem eine Sensoreinrichtung 22 auf, mittels welcher bei dem Verfahren ein Streufluss, insbesondere als ein Teil des magnetischen Flusses, der elektrischen Maschine gemessen, das heißt erfasst wird. Insbesondere wird beispielsweise mittels der Sensoreinrichtung 22 das Magnetfeld und somit der Streufluss gemessen, das heißt erfasst.The electrical machine, in particular the stator 10, also has a sensor device 22, by means of which a leakage flux, in particular as a part of the magnetic flux, of the electrical machine is measured, i.e. detected, in the method. In particular, for example, the magnetic field and thus the leakage flux are measured, i.e. detected, by means of the sensor device 22.

Um den Streufluss mittels der Sensoreinrichtung 22 besonders vorteilhaft, insbesondere besonders präzise, erfassen, das heißt messen zu können, weist die Sensoreinrichtung 22 wenigstens eine Platine 24 auf, welche vorzugsweise separat von dem Blechpaket 14 ausgebildet und beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit dem Blechpaket 14 verbunden ist.In order to be able to detect, i.e. measure, the leakage flux by means of the sensor device 22 in a particularly advantageous, in particular particularly precise, manner, the sensor device 22 has at least one circuit board 24, which is preferably formed separately from the laminated core 14 and is, for example, at least indirectly, in particular directly, connected to the laminated core 14.

2 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht die Sensoreinrichtung 22. Besonders gut aus 2 erkennbar ist, die Platine 24, welche in um die Maschinendrehachse verlaufender Umfangsrichtung der elektrischen Maschine zumindest teilweise, vorliegend vollständig, voneinander beabstandete Platinenbereiche 26 aufweist, zwischen welchen die Längenbereiche L angeordnet sind. Umgekehrt ausgedrückt sind die Platinenbereiche 26 in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine zwischen den Längenbereiche L angeordnet. 2 shows a schematic perspective view of the sensor device 22. 2 can be seen, the circuit board 24, which has at least partially, in this case completely, spaced-apart circuit board regions 26 in the circumferential direction of the electrical machine running around the machine rotation axis, between which the length regions L are arranged. Expressed conversely, the circuit board regions 26 are arranged between the length regions L in the circumferential direction of the electrical machine.

Die Sensoreinrichtung 22 weist auch Sensorelemente 28 auf, welche an der Platine 24 gehalten und dadurch durch die Platine 24 getragen sind, insbesondere derart, dass die Sensorelemente 28 jeweils zumindest teilweise in die Platine 24 eingebettet sind. Somit ist die Platine 24 mit den Sensorelementen 28 bestückt. Beispielsweise ist oder umfasst das jeweilige Sensorelement 28 wenigstens oder genau einen jeweiligen Magnetfeldsensor. Mittels der Sensorelemente 28, insbesondere mittels der Magnetfeldsensoren, kann der Streufluss, insbesondere können beispielsweise das Magnetfeld und somit der Streufluss, erfasst werden. Somit ist es beispielsweise bei den Verfahren vorgesehen, dass mittels der Sensorelemente 28, insbesondere mittels der Magnetfeldsensoren, der Streufluss, insbesondere das Magnetfeld und dadurch der Streufluss gemessen, das heißt erfasst wird, beziehungsweise werden. Beispielsweise stellen die Sensorelemente 28 und somit die Sensoreinrichtung 22 wenigstens ein insbesondere elektrischen Signal bereit, welches den mittels der Sensorelemente 28 erfasst, das heißt gemessenen Streufluss charakterisiert.The sensor device 22 also has sensor elements 28, which are held on the circuit board 24 and are thereby supported by the circuit board 24, in particular such that the sensor elements 28 are each at least partially embedded in the circuit board 24. The circuit board 24 is thus equipped with the sensor elements 28. For example, the respective sensor element 28 is or comprises at least or exactly one respective magnetic field sensor. The stray flux, in particular the magnetic field and thus the stray flux, can be detected by means of the sensor elements 28, in particular by means of the magnetic field sensors. Thus, for example, in the methods it is provided that the stray flux, in particular the magnetic field and thus the stray flux, is or are measured, i.e. detected, by means of the sensor elements 28, in particular by means of the magnetic field sensors. For example, the sensor elements 28 and thus the sensor device 22 provide at least one, in particular electrical, signal which characterizes the stray flux detected, i.e. measured, by means of the sensor elements 28.

Aus 2 ist erkennbar, dass, insbesondere genau, ein jeweiliges der Sensorelemente 28 an, insbesondere genau, einem jeweiligen der Platinenbereiche 26 gehalten ist. Somit sind beispielsweise die Sensorelemente 28 zwischen den Längenbereichen L angeordnet, insbesondere in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine betrachtet.Out of 2 it can be seen that, in particular precisely, a respective one of the sensor elements 28 is held on, in particular precisely, a respective one of the circuit board regions 26. Thus, for example, the sensor elements 28 are arranged between the length regions L, in particular viewed in the circumferential direction of the electrical machine.

Bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Platinenbereiche 26 als Zähne oder Zinken ausgebildet, welche in radialer Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 nach innen hin von einem den Zähnen gemeinsamen Basisbereich 30 der Platine 24 abstehen und in radialer Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 nach innen hin an einem jeweiligen, den Basisbereich 30 gegenüberliegenden, freien Ende E des jeweiligen Zahns enden. Somit ist die Platine 24 kammförmig ausgebildet, vorliegend derart, dass die Platine 24 in Form eines um die Maschinendrehachse gebogenen Kamms ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, die Platine 24 derart besonders zeit- und kostengünstig zu montieren, dass beispielsweise bei einem Verfahren zum Herstellen der elektrischen Maschine die Platine 24 in radialer Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 von außen nach innen hin zwischen die Längenbereiche L gesteckt wird. Die radiale Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 verläuft senkrecht zur axialen Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und ist in 1 und 2 durch einen Doppelpfeil 32 veranschaulicht. Die axiale Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 ist in 1 durch eine strichpunktierte Linie 34 veranschaulicht. Wobei die Umfangsrichtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 und des Blechpakets 14 um die axiale Richtung herum verläuft und durch einen Doppelpfeil 36 veranschaulicht ist.In the 1 and 2 In the exemplary embodiment shown, the circuit board regions 26 are designed as teeth or prongs which protrude inwards from a base region 30 of the circuit board 24 that is common to the teeth in the radial direction of the electrical machine and thus of the stator 10 and the laminated core 14 and end inwards in the radial direction of the electrical machine and thus of the stator 10 and the laminated core 14 at a respective free end E of the respective tooth that is opposite the base region 30. The circuit board 24 is thus designed in the shape of a comb, in this case in such a way that the circuit board 24 is designed in the form of a comb bent around the machine's axis of rotation. This makes it possible to assemble the circuit board 24 in a particularly time- and cost-effective manner such that, for example, in a method for producing the electrical machine, the circuit board 24 is inserted from the outside inwards between the length regions L in the radial direction of the electrical machine and thus of the stator 10 and the laminated core 14. The radial direction of the electrical machine and thus of the stator 10 is perpendicular to the axial direction of the electrical machine and thus of the stator 10 and is in 1 and 2 by a double arrow 32. The axial direction of the electrical machine and thus of the stator 10 and the laminated core 14 is in 1 illustrated by a dash-dotted line 34. The circumferential direction of the electrical machine and thus of the stator 10 and the laminated core 14 runs around the axial direction and is illustrated by a double arrow 36.

Aus 2 ist erkennbar, dass der Basisbereich 30 auf seiner von den Zähnen (Platinenbereiche 26) abgewandten in radialer Richtung der elektrischen Maschine nach außen weisenden Seite 35 kreissegmentförmig ausgebildet ist. Aus 1 ist erkennbar, dass sich in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 beidseitig an die Platine 24 ein jeweiliges der Blechsegmente, aus welchen das Blechpaket 14 gebildet ist, anschließt, wobei ein erstes der sich in Umfangsrichtung an die Platine 24 anschließenden Blechsegmente mit 38 und ein zweites der sich in Umfangsrichtung an die Platine 24, insbesondere direkt, anschließenden Blechsegmente mit 40 bezeichnet ist. Das jeweilige Blechsegment 38, 40 und die Platine 24 sind in axialer Richtung der elektrischen Maschine betrachtet zumindest teilweise, insbesondere vollständig, auf gleicher Höhe angeordnet, vorliegend derart, dass das jeweilige Blechsegment 38, 40 und die Platine 24 auf der ersten axialen Stirnseite AS1 bündig zueinander angeordnet sind. Dabei ist die Platine 24 in eine durch einen Fall 42 veranschaulichte, erste Richtung durch das Blechpaket 14 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als zur Hälfte oder aber Vollständig überdeckt, das heißt überlappt, wobei die durch den Fall 42 veranschaulichte, erste Richtung parallel zur axialen Richtung verläuft oder mit der axialen Richtung der elektrischen Maschine zusammenfällt. In eine durch einen Pfeil 44 veranschaulichte, der ersten Richtung entgegengesetzte, zweite Richtung ist die Platine 24 vollständig überlappungsfrei zu dem Blechpaket 14 angeordnet und somit nicht durch das Bleckpaket 14 überlappt oder überdeckt, wobei die zweite Richtung parallel zur axialen Richtung verläuft oder mit der axialen Richtung zusammenfällt und der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Somit ist die Platine 24 in axialer Richtung der elektrischen Maschine zwischen dem Wickelkopf 18 und zumindest einem Längenbereich des Blechpakets 14 angeordnet, wodurch der Streufluss besonders vorteilhaft gemessen, das heißt erfasst werden kann. Insbesondere sind die Sensorelemente 28 in axialer Richtung zwischen dem Wickelkopf 18 und zumindest dem Längenbereich des Blechpakets 14 angeordnet.Out of 2 It can be seen that the base region 30 is formed in the shape of a circular segment on its side 35 facing away from the teeth (circuit board regions 26) and pointing outwards in the radial direction of the electric machine. 1 it can be seen that in the circumferential direction of the electrical machine and thus of the stator 10, a respective one of the sheet metal segments from which the laminated core 14 is formed adjoins the circuit board 24 on both sides, wherein a first of the sheet metal segments adjoining the circuit board 24 in the circumferential direction is designated by 38 and a second of the sheet metal segments adjoining the circuit board 24, in particular directly, in the circumferential direction is designated by 40. The respective sheet metal segment 38, 40 and the circuit board 24 are arranged at least partially, in particular completely, at the same height when viewed in the axial direction of the electrical machine, in this case such that the respective sheet metal segment 38, 40 and the circuit board 24 are arranged flush with one another on the first axial end face AS1. In this case, the circuit board 24 is at least partially, in particular at least predominantly and thus at least more than half or completely covered, i.e. overlapped, by the laminated core 14 in a first direction illustrated by a case 42, wherein the first direction illustrated by the case 42 runs parallel to the axial direction or coincides with the axial direction of the electrical machine. In a second direction illustrated by an arrow 44 and opposite to the first direction, the circuit board 24 is arranged completely without overlapping with the laminated core 14 and thus is not overlapped or covered by the laminated core 14, wherein the second direction runs parallel to the axial direction or coincides with the axial direction and is opposite to the first direction. The circuit board 24 is thus arranged in the axial direction of the electrical machine between the winding head 18 and at least a length region of the laminated core 14, whereby the leakage flux can be measured, i.e. recorded, in a particularly advantageous manner. In particular, the sensor elements 28 are arranged in the axial direction between the winding head 18 and at least the longitudinal region of the laminated core 14.

Um das Magnetfeld besonders präzise messen, das heißt erfassen zu können, ist es beispielsweise vorgesehen, dass der jeweilige Magnetfeldsensor als ein AMR-Sensor, mithin als ein anisotroper magneto-resistiver Sensor ausgebildet ist.In order to be able to measure, i.e. detect, the magnetic field particularly precisely, it is provided, for example, that the respective magnetic field sensor is designed as an AMR sensor, i.e. as an anisotropic magneto-resistive sensor.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Sensoreinrichtung 22 dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem erfassten Magnetfeld und/oder Streufluss wenigstens eine Drehstellung, insbesondere mehrere Drehstellungen, des Rotors, insbesondere bezüglich des Stators 10, und/oder einer Amplitude des Magnetfelds und/oder des magnetischen Flusses und/oder des Streuflusses und/oder eine Temperatur der elektrischen Maschine 10 zu bestimmen, das heißt zu ermitteln. Die jeweilige Drehstellung wird auch als Rotorlage oder Rotorposition bezeichnet und kann beispielsweise genutzt werden, um die elektrische Maschine in Abhängigkeit von der ermittelten Drehstellung zu betreiben, insbesondere zu regeln. Je höher eine Anzahl der Sensorelemente 28 ist, desto höher ist eine Genauigkeit, mit welcher der Streufluss erfasst und/oder die Drehstellung des Rotors ermittelt werden kann. Dadurch kann eine besonders präzise Regelung der elektrischen Maschine gewährleistet werden. Insbesondere ist beispielsweise vorgesehen, dass die elektrische Maschine in Abhängigkeit von dem Drehmoment geregelt wird.It has proven to be particularly advantageous if the sensor device 22 is designed to determine, i.e. to ascertain, at least one rotational position, in particular a plurality of rotational positions, of the rotor, in particular with respect to the stator 10, and/or an amplitude of the magnetic field and/or the magnetic flux and/or the leakage flux and/or a temperature of the electrical machine 10, depending on the detected magnetic field and/or leakage flux. The respective rotational position is also referred to as the rotor position and can be used, for example, to operate, in particular to control, the electrical machine depending on the determined rotational position. The higher the number of sensor elements 28, the higher the accuracy with which the leakage flux can be detected and/or the rotational position of the rotor can be ascertained. This can ensure particularly precise control of the electrical machine. In particular, it is provided, for example, that the electrical machine is controlled depending on the torque.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass wenigstens eines der Blechsegmente des Blechpakets 14 und die Platine 24 an sich, das heißt für sich alleine betrachtet baugleich, also identisch ausgebildet sind, insbesondere zumindest im Hinblick auf deren jeweilige Außenkonturen, mithin außenumfangsseitige Formen. Vorzugsweise liegt die Anzahl der Sensorelemente 28 in einem Bereich von einschließlich 10 bis einschließlich 100. Ganz vorzugsweise ist die Platine 24 durch ein Spritzgussverfahren und/oder durch ein Laser-Direktstrukturierungsverfahren, mithin durch Laser-Direktstrukturierung (LDS) hergestellt. Dadurch, dass die Platine 24 vorzugsweise in Form eines Blechsegments des Blechpakets 14 ausgebildet ist, kann die Platine 24 zeit- und kostengünstig in die beispielsweise als Hairpin-Wicklung ausgebildete, gefertigte Wicklung 12 eingebracht werden, insbesondere derart, dass die vorliegend kammförmige Platine 24 in radialer Richtung von außen nach innen zwischen die Längenbereiche L der Wicklung 12 gesteckt wird.It is preferably provided that at least one of the sheet metal segments of the laminated core 14 and the circuit board 24 per se, i.e. considered on its own, are structurally identical, i.e. are of identical design, in particular at least with regard to their respective outer contours, i.e. their outer peripheral shapes. The number of sensor elements 28 is preferably in a range from 10 to 100 inclusive. The circuit board 24 is very preferably manufactured by an injection molding process and/or by a laser direct structuring process, i.e. by laser direct structuring (LDS). Because the circuit board 24 is preferably designed in the form of a sheet metal segment of the laminated core 14, the circuit board 24 can be introduced into the manufactured winding 12, which is designed, for example, as a hairpin winding, in a time- and cost-effective manner, in particular in such a way that the comb-shaped circuit board 24 in the present case is inserted in the radial direction from the outside to the inside between the length regions L of the winding 12.

Die beispielsweise als Rotortemperatur ausgebildete Temperatur kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Amplitude, insbesondere aus der Amplitude, berechnet werden, beispielsweise dadurch, dass sich die Amplitude proportional mit der Temperatur verändert. Durch erfassen des Magnetfelds und/oder des magnetischen Flusses und/oder des Streuflusses können beispielsweise Lagerschäden erkannt werden, und ein Lagesignal kann beispielsweise redundant erfasst werden. Außerdem kann beispielsweise eine Veränderung der elektrischen Maschine durch Alterung, Temperatur oder sonstige Beschädigungen kompensiert werden. Bewegende Teile oder Kupplungen sind im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen nicht mehr erforderlich und können somit vermieden werden, sodass eine besonders hohe Robustheit darstellbar ist.The temperature, for example, formed as the rotor temperature, can be calculated as a function of the amplitude, in particular from the amplitude, for example by the amplitude changing proportionally with the temperature. By detecting the magnetic field and/or the magnetic flux and/or the leakage flux, bearing damage can be detected, for example, and a position signal can be detected redundantly, for example. In addition, a change in the electrical machine due to aging, temperature or other damage can be compensated for, for example. Moving parts or couplings are no longer required compared to conventional solutions and can therefore be avoided, so that a particularly high level of robustness can be achieved.

Besonders schematisch dargestellt in 3 ist eine elektronische Recheneinrichtung 13, welche beispielsweise Bestandteil des Kraftfahrzeugs und/oder der elektrischen Maschine ist. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird das Drehmoment der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von den mittels der Sensoreinrichtung 22 gemessenen Streufluss berechnet und dadurch ermittelt.Particularly schematically shown in 3 is an electronic computing device 13, which is, for example, a component of the motor vehicle and/or the electrical machine. The electronic computing device 13 calculates and thereby determines the torque of the electrical machine as a function of the leakage flux measured by the sensor device 22.

3 zeigt ein Flussdiagramm, anhand dessen das Verfahren zum Berechnen und somit ermitteln des Drehmoments näher erläutert wird. Ein Block 46 veranschaulicht eine auch als Flussmodell oder Streuflussmodell bezeichnetes, erstes Rechenmodell, welchem der mittels der Sensoreinrichtung 22 gemessene Streufluss als Eingangsgröße des ersten Rechenmodells zugeführt wird, sodass mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 anhand des ersten Rechenmodells und in Abhängigkeit von dem gemessenen Streufluss wenigstens eine zumindest einen Teil des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine charakterisierende Flussgröße 48 berechnet wird. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird das Drehmoment in Abhängigkeit von der berechnenden Flussgröße 48 berechnet. 3 shows a flow chart, based on which the method for calculating and thus determining the torque is explained in more detail. A block 46 illustrates a first calculation model, also referred to as a flux model or leakage flux model, to which the leakage flux measured by means of the sensor device 22 is fed as an input variable of the first calculation model, so that by means of the electronic calculation device 13, based on the first calculation model and depending on the measured leakage flux, at least one flux variable 48 characterizing at least part of the magnetic flux of the electrical machine is calculated. By means of the electronic calculation device 13, the torque is calculated depending on the calculated flux variable 48.

Durch einen Block 50 ist ein zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell (Streuflussmodell) vorgesehenes, zweites Rechenmodell veranschaulicht, welches auch als Strommodell bezeichnet wird. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird anhand des zweiten Rechenmodells und in Abhängigkeit von dem gemessenen Streufluss ein elektrischer Strom der elektrischen Maschine berechnet, welche beispielsweise mit dem elektrischen Strom insbesondere von einem Wechselrichter versorgt wird. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird das Drehmoment in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine berechnet. Beispielsweise wird hierfür dem Strommodell (Block 50) die Flussgröße 48 als Eingangsgröße des Strommodells zugeführt, sodass beispielsweise mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 anhand des zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell vorgesehenen, zweiten Rechenmodells (Strommodell) und in Abhängigkeit von der Flussgröße 48 der elektrische Strom der elektrischen Maschine berechnet wird. Dabei wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 das Drehmoment in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine berechnet. In 3 ist der mittels der Sensoreinrichtung 22 gemessene Streufluss durch einen Pfeil 52 veranschaulicht.A block 50 illustrates a second calculation model, which is provided in addition to the first calculation model (leakage flux model), which is also referred to as a current model. The electronic calculation device 13 calculates an electric current of the electric machine based on the second calculation model and as a function of the measured leakage flux, which is supplied with the electric current, in particular from an inverter, for example. The electronic calculation device 13 calculates the torque as a function of the calculated electric current of the electric machine. For example, the flux variable 48 is fed to the current model (block 50) as an input variable of the current model, so that the electric current of the electric machine is calculated, for example, by the electronic calculation device 13 based on the second calculation model (current model) provided in addition to the first calculation model and as a function of the flux variable 48. The electronic calculation device 13 calculates the torque as a function of the calculated electric current of the electric machine. In 3 the leakage flux measured by the sensor device 22 is illustrated by an arrow 52.

In 3 ist durch einen Block 54 ein zusätzlich zu dem ersten Rechenmodell und zusätzlich zu dem zweiten Rechenmodell vorgesehenes, drittes Rechenmodell veranschaulicht, wobei das dritte Rechenmodell auch als Spannungsmodell bezeichnet wird. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird anhand des Spannungsmodells und in Abhängigkeit von dem berechneten, elektrischen Strom der elektrischen Maschine wenigstens eine eine elektrische Spannung der elektrischen Maschine charakterisierende Spannungsgröße berechnet. Der anhand des zweiten Rechenmodells (Block 50) berechnete, elektrische Strom der elektrischen Maschine ist durch einen Pfeil 56 veranschaulicht, und durch einen Pfeil 58 ist die Spannungsgröße veranschaulicht. Es ist erkennbar, dass der anhand des zweiten Rechenmodells berechnete und dadurch ermittelte, elektrische Strom der elektrischen Maschine dem dritten Rechenmodell (Block 54) als Eingangsgröße des dritten Rechenmodells zugeführt wird. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 wird das Drehmoment in Abhängigkeit von der berechneten Spannungsgröße (Pfeil 58) berechnet und dadurch ermittelt. Durch einen Block 60 ist die Berechnung des Drehmoments veranschaulicht, wobei beispielsweise, wie durch den Pfeil 58 veranschaulicht ist, die Spannungsgröße als Eingangsgröße des Blocks 60 dem Block 60, das heißt der Berechnung des Drehmoments zugeführt wird. Als weitere Eingangsgröße des Blocks 60 beziehungsweise der Berechnung des Drehmoments wird beispielsweise dem Block 60 beziehungsweise der Berechnung des Drehmoments der berechnete und dadurch ermittelte, elektrische Strom der elektrischen Maschine zugeführt. Das bei der oder durch die durch den Block 60 veranschaulichte Berechnung berechnete und dadurch ermittelte Drehmoment der elektrischen Maschine ist durch einen Pfeil 62 veranschaulicht.In 3 a block 54 illustrates a third calculation model provided in addition to the first calculation model and in addition to the second calculation model, the third calculation model also being referred to as a voltage model. Using the electronic calculation device 13, at least one voltage variable characterizing an electrical voltage of the electrical machine is calculated based on the voltage model and as a function of the calculated electrical current of the electrical machine. The electrical current of the electrical machine calculated based on the second calculation model (block 50) is illustrated by an arrow 56, and the voltage variable is illustrated by an arrow 58. It can be seen that the electrical current of the electrical machine calculated based on the second calculation model and determined thereby is fed to the third calculation model (block 54) as an input variable of the third calculation model. Using the electronic calculation device 13, the torque is calculated as a function of the calculated voltage variable (arrow 58) and is determined thereby. The calculation of the torque is carried out by a block 60. where, for example, as illustrated by arrow 58, the voltage variable is fed to block 60, i.e. the calculation of the torque, as an input variable of block 60. As a further input variable of block 60 or the calculation of the torque, for example, the calculated and thereby determined electric current of the electric machine is fed to block 60 or the calculation of the torque. The torque of the electric machine calculated and thereby determined during or by the calculation illustrated by block 60 is illustrated by an arrow 62.

Beispielsweise bilden das erste Rechenmodell (Flussmodell) und das Spannungsmodell einen Flussbeobachter, mittels welchem der auch als Statorfluss bezeichnete, magnetische Fluss des Stators beobachtet, insbesondere geschätzt und dadurch ermittelt, wird, und zwar insbesondere aus dem gemessenen Streufluss. Da der Flussbeobachter beispielsweise den magnetischen Fluss des Stators beobachtet, das heißt beispielsweise schätzt und/oder berechnet und dadurch ermittelt, wird der Flussbeobachter beispielsweise auch als Statorflussbeobachter bezeichnet. Somit handelt es sich vorzugsweise bei dem zuvor genannten Magnetfeld um das Magnetfeld des Stators, mithin das Statormagnetfeld, und vorzugsweise handelt es sich bei dem magnetischen Fluss um den magnetischen Fluss des Stators. Der Flussbeobachter benötigt keine Messung des elektrischen Stroms der elektrischen Maschine. Insgesamt ist erkennbar, dass das Drehmoment basierend auf der Messung des Streuflusses und basierend auf dem Spannungsmodell, insbesondere auf der Spannungsgröße, berechnet werden. Insbesondere handelt es sich bei dem Streufluss, welche mittels der Sensoreinrichtung 22 gemessen wird, um einen Streufluss des Stators 10, sodass beispielsweise mittels der Sensoreinrichtung 22 eine auch als Statorstreuflussmessung bezeichnete Streuflussmessung durchgeführt wird, bei der oder durch die der Streufluss des Stators 10 gemessen wird.For example, the first calculation model (flux model) and the voltage model form a flux observer, by means of which the magnetic flux of the stator, also referred to as the stator flux, is observed, in particular estimated and thereby determined, in particular from the measured leakage flux. Since the flux observer observes, for example, the magnetic flux of the stator, i.e. estimates and/or calculates and thereby determines it, the flux observer is also referred to, for example, as a stator flux observer. Thus, the aforementioned magnetic field is preferably the magnetic field of the stator, hence the stator magnetic field, and the magnetic flux is preferably the magnetic flux of the stator. The flux observer does not require a measurement of the electrical current of the electrical machine. Overall, it can be seen that the torque is calculated based on the measurement of the leakage flux and based on the voltage model, in particular on the voltage magnitude. In particular, the leakage flux which is measured by means of the sensor device 22 is a leakage flux of the stator 10, so that, for example, a leakage flux measurement, also referred to as a stator leakage flux measurement, is carried out by means of the sensor device 22, in which or by which the leakage flux of the stator 10 is measured.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

1010: Statorstator
1212: Wicklungwinding
1313: elektronische Recheneinrichtungelectronic computing device
1414: Blechpaketsheet metal package
1616: Doppelpfeildouble arrow
1818: Wickelkopfwinding head
2020: Wickelkopfwinding head
2222: Sensoreinrichtungsensor device
2424: Platinecircuit board
2626: Platinenbereichcircuit board area
2828: Sensorelementsensor element
3030: Basisbereichbasic area
3232: Doppelpfeildouble arrow
3434: Strichpunktierte Liniedotted line
3535: SeitePage
3636: Doppelpfeildouble arrow
3838: Blechsegmentsheet metal segment
4040: Blechsegmentsheet metal segment
4242: PfeilArrow
4444: PfeilArrow
4646: Blockblock
4848: Flussgrößeflow size
5050: Blockblock
5252: PfeilArrow
5454: Blockblock
5656: PfeilArrow
5858: PfeilArrow
6060: Blockblock
6262: PfeilArrow
AS1AS1: axiale Stirnseiteaxial face
AS2AS2: axiale Stirnseiteaxial face
EE: EndeEnd
LL: Längenbereichelength ranges
L2L2: Längenbereichelength ranges

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2014/54507 A1 [0002]
DE 100 41 089 A1 [0002]
DE 10 2010 003 096 A1 [0002]
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DE 10 2006 061 577 A1 [0002]
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DE 198 39 446 A1 [0002]
DE 10 2017 211 190 A1 [0002]
EP 2 498 066 A2 [0002]

Claims

Method for determining a torque (62) of an electrical machine, characterized in that : - a leakage flux (52) of the electrical machine is measured by means of a sensor device (22); and - the torque (62) of the electrical machine is calculated and thereby determined by means of an electronic computing device (13) as a function of the leakage flux (52) measured by means of the sensor device (22).

procedure according to claim 1 , characterized in that at least one flux variable (48) characterizing at least a part of a magnetic flux of the electrical machine is calculated by means of the electronic computing device (13) on the basis of a first computing model (46) and as a function of the measured leakage flux (52), wherein the torque (62) is calculated as a function of the calculated flux variable (48) by means of the electronic computing device (13).

procedure according to claim 1 or 2 , characterized in that an electric current (56) of the electric machine is calculated by means of the electronic computing device (13) on the basis of a second computing model (50) and as a function of the measured leakage flux (52), wherein the torque (62) is calculated by means of the electronic computing device (13) as a function of the calculated electric current (56) of the electric machine.

Procedure according to the claims 2 and 3 , characterized in that the electric current (56) of the electric machine is calculated by means of the electronic computing device (13) on the basis of the second computing model (50) provided in addition to the first computing model (46) and as a function of the flux size (48), wherein the torque (62) is calculated by means of the electronic computing device (13) as a function of the calculated electric current (56) of the electric machine.

procedure according to claim 3 or 4 , characterized in that at least one voltage variable (58) characterizing an electrical voltage of the electrical machine is calculated by means of the electronic computing device (13) on the basis of a third computing model (54) provided in addition to the second computing model (50) and as a function of the calculated electrical current (56) of the electrical machine, wherein the torque (62) is calculated as a function of the calculated voltage variable (58) by means of the electronic computing device (13).

procedure according to claim 5 in its reference to claim 4 , characterized in that the third calculation model (54) is provided in addition to the first calculation model (46) and additionally the second calculation model (50).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electric machine is operated as a function of the calculated torque (62).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the method a motor vehicle is driven by means of the electric machine.

Electrical machine which is designed to carry out a method according to one of the preceding claims.

Motor vehicle with at least one electrical machine according to claim 9 .