Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer elektrischen Maschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, wobei die elektrische Maschine mittels eines Wechselrichters ein- oder mehrphasig bestromt wird, wobei der Wechselrichter mittels eines Steuersignals entsprechend ein- oder mehrphasig mittelbar oder unmittelbar angesteuert wird, und wobei die elektrische Maschine durch den Wechselrichter entsprechend dem Steuersignal bestromt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, mit einem Wechselrichter, der dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine ein- oder mehrphasig zu bestromen, einer Steuerschaltung, die den Wechselrichter mittels eines entsprechend ein- oder mehrphasigen Steuersignals mittelbar oder unmittelbar ansteuert, wobei der

Wechselrichter dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine entsprechend dem Steuersignal zu bestromen.

Stand der Technik Auf dem Gebiet der Elektromotorentechnik ist es allgemein bekannt, das Drehmoment, das von einer elektrischen Maschine bereitgestellt wird, indirekt über gemessene elektrische Parameter und gemessene mechanische Parameter, wie z.B. der Drehzahl der Motorwelle bestimmt wird. Um diese elektrischen und mechanischen Parameter der elektrischen Maschine zu messen, ist es notwendig, Detektoren in der elektrischen Maschine zu integrieren, um die entsprechenden Parameter zu erfassen. Zur Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Maschine wird das so ermittelte Drehmoment mit einem Sollwert verglichen und entsprechend über einen Phasenstrom oder eine

Phasenspannung geregelt. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise bekannt aus der DE 10 2008 001 714 A1. Auf dem Gebiet der Elektromotorentechnik ist es weiterhin allgemein bekannt, die Phasenströme der elektrischen Maschine über Wechselrichter bereitzustellen und das abgegebene Drehmoment über ein pulsweitenmoduliertes Signal bzw. über

pulsweitenmodulierte Phasenströme zu steuern bzw. zu regeln.

Nachteilig bei den Steuerungsverfahren aus dem Stand der Technik ist es, dass die Bestimmung der für die Steuerung notwendigen Parameter technisch aufwändig ist und es für diese Bestimmung einer Vielzahl von Sensoren bedarf. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, bereitzustellen, das technisch weniger aufwändig ist und eine hohe Sicherheit bietet. Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass wenigstens eine physikalische Größe des Steuersignals erfasst wird und eine Phasenspannung der elektrischen Maschine auf der Grundlage der physikalischen Größe geschätzt wird.

Ferner wird die obige Aufgabe bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, dass Erfassungsmittel vorgesehen sind, die dazu ausgebildet sind, wenigstens eine physikalische Größe des Steuersignals zu erfassen und Bestimmungsmittel vorgesehen sind, die dazu ausgebildet sind, auf der Grundlage der erfassten physikalischen Größe eine Phasenspannung der elektrischen Maschine zu schätzen.

Vorteile der Erfindung Durch die vorliegende Erfindung kann die Phasenspannung eines Elektromotors auf der Grundlage des Steuersignals geschätzt bzw. ermittelt werden und somit ohne

Phasenspannungsmesser bestimmt werden, wodurch die Anzahl der benötigten

Sensoren der elektrischen Maschine reduziert werden kann. Mit anderen Worten wird die Phasenspannung auf der Grundlage von anderen erfassten physikalischen Größen geschätzt und kann zur Steuerung bzw. zur Regelung der elektrischen Maschine und insbesondere des abgegebenen Drehmomentes verwendet werden. Dadurch wird die elektrische Maschine technisch weniger aufwändig und kann kostengünstiger produziert werden. Ferner kann dadurch die Phasenspannung unabhängig bestimmt bzw. geschätzt werden und ein redundanter Wert bereitgestellt werden, wodurch die Sicherheit des Antriebs erhöht werden kann.

Durch die vorliegende Erfindung kann ferner eine Vorrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine bereitgestellt werden, die es ermöglicht, die Phasenspannung der elektrischen Maschine zu schätzen, so dass die elektrische Maschine nicht mit gesonderten Spannungsmesssensoren ausgebildet sein muss. Die elektrische Maschine wird mit anderen Worten durch eine derartige Ansteuerungsvornchtung technisch weniger aufwändig und kann entsprechend kostengünstiger hergestellt werden.

Es ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von besonderem Vorteil, wenn wenigstens eine weitere Zustandsgröße der elektrischen Maschine, insbesondere ein Phasenstrom, eine Rotorlage oder eine Rotorgeschwindigkeit erfasst wird und auf der Grundlage der erfassten Zustandsgröße und der geschätzten Phasenspannung eine Ausgangsgröße, insbesondere ein abgegebenes Drehmoment, der elektrischen Maschine bestimmt wird.

Dadurch kann mit einfachen Mitteln eine Ausgangsgröße der elektrischen Maschine bestimmt werden, wodurch die Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Maschine präziser wird. Dabei ist es ferner von Vorteil, dass die Bestimmung der Ausgangsgröße, insbesondere des Ist-Drehmoments, unabhängig von der speziellen Ausführungsform des elektrischen Antriebs erfolgen kann. Mit anderen Worten müssen die

maschinenspezifischen Parameter, wie z.B. die Induktivität des Stators, nicht

berücksichtigt werden, um das Ist-Drehmoment zu bestimmen. Dadurch ist die

Ansteuerung vielseitig einsetzbar und muss nicht an den jeweiligen Antrieb angepasst werden. Ferner ist die Ansteuerung dadurch unempfindlich für Parameteränderungen aufgrund einer Alterung der Bauteile, wie z.B. der Magneten.

Es ist weiterhin von besonderem Vorzug, wenn das Steuersignal ein Eingangssignal einer Treiberschaltung bildet, die den Wechselrichter treibt. Dadurch kann das Eingangssignal der Treiberschaltung, dessen zeitlicher Verlauf üblicherweise identisch mit einem Ausgangssignal der Treiberschaltung ist, mit einfachen Mitteln erfasst werden und auf dessen Grundlage die Phasenspannung geschätzt werden. Es ist alternativ bevorzugt, wenn das Steuersignal ein Ausgangssignal einer

Treiberschaltung bildet, die den Wechselrichter treibt.

Dadurch können Zeitverzögerungen der Treiberschaltung bzw. Glättungen des

ursprünglichen Signals, die von der Treiberschaltung bewirkt werden, bei der Schätzung der Phasenspannung berücksichtigt werden.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Steuersignal ein Eingangssignal des

Wechselrichters bildet. Dadurch kann das direkte Eingangssignal zur Steuerung des Wechselrichters verwendet werden, wodurch die Genauigkeit der Schätzung der Phasenspannung erhöht wird.

Es ist allgemein bevorzugt, wenn eine Steuereinheit eine Steuerschaltung ansteuert, die die Treiberschaltung ansteuert und wobei die physikalische Größe an die Steuereinheit zurückgeführt wird und die Phasenspannung von der Steuereinheit geschätzt wird.

Dadurch kann der Gesamtaufbau technisch vereinfacht werden, da für die einzelnen Elemente der Steuerkette herkömmliche Schaltungen verwendet werden können und insbesondere als Steuereinheit ein herkömmlicher Mikrocontroller verwendet werden kann.

Es ist ferner bevorzugt, wenn das Eingangssignal der Treiberschaltung ein

Niederspannungssignal ist und das Ausgangssignal der Treiberschaltung ein

Hochspannungssignal ist.

Dadurch kann ein Hochspannungsnetz und ein Niederspannungsnetz physikalisch voneinander getrennt werden und es kann auf aufwändige Isolationen der Ansteuerung der Treiberschaltung verzichtet werden. Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn die Steuereinheit die Steuerschaltung mittels eines Taktsignals ansteuert und die Steuerschaltung ein pulsweitenmoduliertes Signal ausgibt. Dadurch kann die Steuereinheit mit einem gewöhnlichen Taktsignal die Steuerschaltung ansteuern und die Steuerschaltung das entsprechende Steuersignal erzeugen, um eine erhöhte oder geringere Leistung von der elektrischen Maschine anzufordern.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Ausgangsgröße der elektrischen Maschine durch die Steuereinheit bestimmt wird.

Dadurch können derartige Rechenoperationen durch einfache Recheneinheiten wie z.B. einen Mikrocontroller durchgeführt werden und gleichzeitig von derselben Recheneinheit ein entsprechendes Steuersignal an die Steuerschaltung ausgegeben werden.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Steuersignal ein getaktetes Signal ist und die physikalische Größe ein Zeitpunkt einer steigenden oder fallenden Flanke des getakteten Signals innerhalb einer Periode ist. Dadurch kann mit einfachen Mitteln die physikalische Größe erfasst werden und der zeitliche Verlauf der Phasenspannung ermittelt werden.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die physikalische Größe eine Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der steigenden und der fallenden Flanke des Taktsignals ist.

Dadurch kann mit einfachen Mitteln der genaue zeitliche Verlauf der Phasenspannung ermittelt werden, da durch die steigende und die fallende Flanke des Taktsignals eine Bestromungsdauer der entsprechenden Phase definiert wird. Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Erfassung der physikalischen Größe durch die Steuereinheit ausgelöst wird.

Dadurch wird die Messung der physikalischen Größe lediglich bei Bedarf, also nicht innerhalb jeder der Perioden des Taktsignals ausgeführt, wodurch der technische Aufwand zur Erfassung der physikalischen Größe reduziert ist. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn nach Auslösung der Erfassung durch die Steuereinheit genau eine steigende und genau eine fallende Flanke des Taktsignals erfasst wird. Mit anderen Worten wird die Messung der physikalischen Größe durch die Steuereinheit ausgelöst und während genau einer Periode des Taktsignals die Flanken des Signals gemessen.

Dadurch kann die Phasenspannung durch die Steuereinheit bedarfsorientiert geschätzt werden und die physikalische Größe lediglich bedarfsorientiert erfasst werden. Dadurch wird der technische Aufwand zur Erfassung der physikalischen Größe reduziert.

Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zutreffen bzw. anwendbar sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt in schematischer Form den Aufbau einer elektrischen Maschine; Fig. 2 zeigt in schematischer Form eine Vorrichtung zum Ansteuern der elektrischen Maschine;

Fig. 3 zeigt in schematischer Form eine Steuereinheit zur Signalerfassung, zum Schätzen der Phasenspannung und zum Ansteuern einer Ansteuerschaltung;

Fig. 4 zeigt einen Verlauf von drei Ansteuersignalen für drei Phasenströme der elektrischen Maschine; und

Fig. 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Erfassen einer positiven und einer negativen Flanke eines Steuersignals.

Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist der Aufbau einer elektrischen Maschine in schematischer Form gezeigt. Die elektrische Maschine ist in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnet. Die elektrische Maschine 10 weist drei Phasenstromleiter 12, 14, 16 auf, in denen drei Phasenströme IS1 , IS2 und IS3 fließen. Die Phasenstromleiter 12, 14, 16 sind mit jeweiligen Erregerwicklungen 18 der elektrischen Maschine 10 verbunden. Die

Erregerwicklungen 18 sind sternförmig mit einander verbunden, wobei vorzugsweise kein Nullleiter vorgesehen ist.

Die Erregerwicklungen 18 sind in Fig. 1 mit Phase V, Phase U und Phase W bezeichnet. Den Phasenstromleitern 12, 14, 16 sind Sensoren 20, 22, 24 zugeordnet, die die

Phasenströme IS1 , IS2 und IS3 messen und jeweils ein entsprechendes Stromsignal 26 liefern. Die Sensoren 20, 22, 24 sind als Amperemeter ausgebildet. Alternativ können mittels Voltmetern Strangspannungen in den Phasenstromleitern 12, 14, 16 zur Steuerung bzw. Regelung gemessen werden.

Die Sensoren 20, 22, 24 sind mit einem nicht dargestellten Steuergerät verbunden, wobei die gemessenen Phasenströme IS1 , IS2 und IS3 an das Steuergerät zurückgeführt werden. Das Steuergerät liefert auf der Grundlage der Stromsignale 26 ein Steuersignal an eine nicht dargestellte Leistungselektronik, um die elektrische Maschine 10 zu steuern bzw. zu regeln. In Fig. 1 sind ferner Strangspannungen U12, U23 und U31 dargestellt, die zwischen den Phasenstromleitern 12, 14, 16 abfallen. Auf der Grundlage der Phasenströme IS1 , IS2 und IS3, den Strangspannungen U12, U23 und U31 , einer Rotorlage und einer

Rotorgeschwindigkeit des in Fig. 1 nicht dargestellten Rotors der elektrischen Maschine 10 kann das von der elektrischen Maschine 10 abgegebene Drehmoment berechnet werden. Zur genauen Regelung bzw. Steuerung des abgegebenen Drehmomentes ist es notwendig die Phasenströme IS1 , IS2 und IS3, die Phasenspannungen U12, U23, U31 , die Rotorlage und die Rotorgeschwindigkeit zu kennen. Dabei können diese Größen mittels der Sensoren 20, 22, 24 erfasst werden und über entsprechende Steuersignale geschätzt werden.

In Fig. 2 ist eine Ansteuerungsvorrichtung zum Ansteuern der elektrischen Maschine 10 schematisch dargestellt und allgemein mit 30 bezeichnet.

Die Ansteuerungsvorrichtung 30 weist einen Inverter bzw. Wechselrichter 32 auf, der mit den Phasenleitungen 12, 14, 16 verbunden ist und die Phasen U, V, W bereitstellt. Der Wechselrichter 32 ist über Versorgungsleitungen 34 mit einer nicht dargestellten elektrischen Energiequelle wie z.B. einer Batterie, einem Akkumulator oder einer

Brennstoffzelle verbunden. Der Wechselrichter 32 wird über die Versorgungsleitungen 34 mit einer Gleichspannung versorgt und dient dazu, die Gleichspannung in die drei Phasen U, V, W zu wandeln und an den Phasenleitungen 12, 14, 16 entsprechend die Ströme IS1 , IS2 und IS3 bereitzustellen. Der Wechselrichter 32 weist vorzugsweise eine Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltern insbesondere steuerbare IGBTs auf, um die

Gleichspannung in Wechselspannung zu wandeln.

Die Ansteuervornchtung 30 weist ferner eine Treiberschaltung 36 auf, die über eine Treiberleitung 38 mit dem Wechselrichter 32 verbunden ist. Die Treiberschaltung 36 treibt den Wechselrichter 32 und insbesondere die Halbleiterschalter des Wechselrichters 32 über ein Treibersignal 39. Die Ansteuervornchtung 30 weist ferner eine Ansteuerschaltung 40 auf, die über eine Ansteuerleitung 42 die Treiberschaltung 36 ansteuert. Die

Ansteuerschaltung 40 steuert mittels eines Ansteuersignais 44 die Treiberschaltung 36 an. Die Treiberschaltung 36 ist über eine Signalleitung 46 mit der Ansteuerschaltung 40 verbunden, über die ein Fehlersignal an die Ansteuerschaltung übertragen wird, sofern die Treiberschaltung einen Fehler bzw. eine Fehlfunktion erfasst. Die Ansteuervornchtung 30 weist ferner eine Steuereinheit 48 auf, die vorzugsweise als Mikrocontroller

ausgebildet ist. Die Steuereinheit 48 ist über eine Steuerleitung 50 mit der

Ansteuerschaltung 40 verbunden und steuert diese über ein Steuersignal 52 an. Die

Ansteuerleitung 42 ist ferner mit der Steuereinheit 48 verbunden, um das Steuersignal 44 an die Steuereinheit 48 rückzukoppeln bzw. zurückzuführen. Die Treiberleitung 38 kann über einen Koppler 54 mit der Steuereinheit 48 verbunden sein, um das Treibersignal 38 an die Steuereinheit 48 zurückzuführen.

Grundsätzlich sind die Steuereinheit 48, die Ansteuerschaltung 40 einem

Niederspannungsbereich zugeordnet und die entsprechenden Signale 44, 46, 52 sind Niederspannungssignale. Der Wechselrichter 32 und die Treiberleitung 38 sind einem Hochspannungsbereich zugeordnet, wobei das Treibersignal 39 ein entsprechendes Hochspannungssignal ist. Die Treiberschaltung 36 wandelt entsprechend das auf der

Niederspannung basierende Ansteuersignal 44 in das auf der Hochspannung basierende Treibersignal 39. In Fig. 2 ist eine Abgrenzung zwischen dem Niederspannungsbereich und dem Hochspannungsbereich durch eine Linie 56 angedeutet. Um das Treibersignal 39 an die Steuereinheit 48 zurückzuführen ist die Treiberleitung 38 über den Koppler 54 mit der Steuereinheit 48 verbunden. Der Koppler wandelt das Hochspannungs-

Treibersignal 39 in ein entsprechendes Niederspannungssignal um und führt es an die Steuereinheit 48 zurück. Über die Linie 56 ist eine Hochspannungsisolation zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich angedeutet.

Die Steuereinheit 48 steuert über das Steuersignal 52 die Ansteuerschaltung 40. Die Ansteuerschaltung 40 weist Leistungsendstufen auf, die das Ansteuersignal 44

bereitstellen. Die Ansteuerschaltung 40 verändert das Steuersignal 52, um z.B. eine Totzeitkorrektur, also eine Kompensation von Schaltverzögerungen der Halbleiterschalter bzw. IGBTs zu erzielen und um dadurch einen Kurzschluss in dem Wechselrichter 32 zu vermeiden oder um Hardwarefehler zu berücksichtigen, so dass das Ansteuersignal 44 im Falle einer Fehlfunktion ausgesetzt wird. Eine derartige Fehlfunktion kann beispielsweise über die Signalleitung 46 von der Treiberschaltung 36 an die Ansteuerschaltung 40 weitergeleitet bzw. zurückgeführt werden.

Das Ansteuersignal 44 weist drei verschiedene Phasen entsprechend der

Phasenleitungen 12, 14, 16 auf, um den Wechselrichter 32 über die Treiberschaltung 36 anzusteuern. Das derart ausgebildete dreiphasige Ansteuersignal 44 steuert die

Treiberschaltung 36 an, die vorzugsweise als Gatedriver-ICs ausgebildet sind. Die Treiberschaltung 36 erzeugt das Hochspannungs-Treibersignal 39, das ebenfalls dreiphasig ausgebildet ist, wobei die drei Phasen des Treibersignals 39 den drei Phasen des Ansteuersignais 44 entsprechen. Mittels des dreiphasigen Hochspannungs-

Treibersignals 39 werden die Halbleiterschalter bzw. die IGBTs des Wechselrichters 32 angesteuert, um entsprechend getaktete Phasenströme IS1 , IS2 und IS3 der elektrischen Maschine 10 bereitzustellen. Der zeitliche Verlauf der drei Phasen des Treibersignals 39 ist in der Regel identisch mit dem zeitlichen Verlauf der drei Phasen des Ansteuersignais 44.

Das Ansteuersignal 44 wird an die Steuereinheit 48 zurückgeführt, um aus den zeitlichen Verläufen der drei Phasen U, V, W des Signals die Phasenspannungen U12, U23 und U31 zu schätzen, wie es im weiteren näher erläutert ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Treibersignal 39 zu der Steuereinheit 48 zurückgeführt werden, um aus den zeitlichen Verläufen der Phasen U, V, W des Treibersignals 39 die Phasenspannungen U12, U23, U31 zu schätzen. Das Treibersignal 39 ist üblicherweise identisch mit dem Ansteuersignal 44. Im Falle einer Fehlfunktion der Treiberschaltung 36 wird über die Signalleitung 46 eine Fehlermeldung an die Ansteuerschaltung 40 zurückgeführt wird, so dass ggf. die

Ausgänge der Ansteuerschaltung 40 gesperrt werden. Auf diese Weise können die Phasenspannungen U 12, U23, U31 der elektrischen

Maschine 10 ohne gesonderte Spannungssensoren ermittelt werden und auf dieser Grundlage beispielsweise ein Drehmoment der elektrischen Maschine 10 ermittelt werden.

In Fig. 3 ist die Steuereinheit 48 schematisch dargestellt. Die Steuereinheit 48 weist einen übergeordneten Taktgeber 58 auf. Die Steuereinheit weist ferner drei

Steuersignalgeneratoren 60, 62, 64 auf, die die drei Phasen U, V, W des Steuersignals 52 bereitstellen. Die Steuereinheit 48 weist ferner drei Messschnittstellen 66, 68, 70 auf, die mit der Ansteuerleitung 42 oder der Treiberleitung 38 verbunden sind, um die drei Phasen U, V, W des Ausgangssignals 44 oder des Treibersignals 39 zu erfassen.

Die Steuereinheit 48 weist ferner eine Schnittstelle 72 auf, über die Messsignale der Sensoren 20, 22, 24, Messungen der Rotorlage und der Rotorgeschwindigkeit an die Steuereinheit geliefert wird. Der Taktgenerator 58 ist über eine Taktleitung 74 mit den Signalgeneratoren 60, 62, 64, den Messschnittstellen 66, 68, 70 und der Schnittstelle 72 verbunden, um die Signalgenerierung über die Signalgeneratoren 60, 62, 64, die

Signalerfassung über die Messschnittstellen 66, 68, 70 und die Erfassung der

Phasenströme, der Rotorlage und der Rotorgeschwindigkeit zu synchronisieren. Die so synchronisierten Signale werden in ein weiteres Modul (z.B. ein general purpose timer array) eingelesen, um die Messsignale auszuwerten und die Phasenspannung aus den Messwerten zu schätzen. In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf der Phasen U, V, W des Treibersignals 39, des

Ansteuersignais 44 und/oder des Steuersignals 52 schematisch dargestellt. Die Phasen U, V, Wweisen jeweils ein Rechtecksignal auf mit einer positiven Flanke 74 und einer negativen Flanke 76. Die Phasen U, V, Wweisen in einer Periode T jeweils eine positive Flanke 74 und eine negative Flanke 76 auf. Die Phasen U, V, W bilden jeweils ein pulsweitenmoduliertes Signal, wobei der Abstand zwischen den Flanken 74, 76 in jeder der Perioden variiert und jedes der Phasensignale U, V, W einen anderen Abstand zwischen den Flanken 74, 76 innerhalb jeder der Perioden T aufweist.

Zur Auswertung der Phasen U, V, W der Signale 39, 44, 52 wird nachdem ein

pulsweitenmodulierter Zyklus mit der Periodendauer T gestartet worden ist, nach einer vorbestimmten Zeit, die kleiner ist als die Periodendauer T ein Ablauf zur Auswertung der Phasen U, V, W gestartet. Der Zeitpunkt, an dem der Ablauf gestartet wird, ist in Fig. 4 schematisch angedeutet und mit 78 bezeichnet. Bei der Auswertung werden zunächst die Messschnittstellen 66, 68, 70 ausgelesen, die Messschnittstellen 66, 68, 70 danach neu programmiert und die Messergebnisse der Phasenströme, der Rotorlage, der

Rotorgeschwindigkeit aus der Schnittstelle 72 eingelesen. Die Messschnittstellen 66, 68, 70 werden so konfiguriert, dass sie die Zeitpunkte der folgenden steigenden Flanke 74 und der darauf folgenden fallenden Flanke 76 erfassen, also der nächsten Periode T. Dabei werden die Messschnittstellen so konfiguriert, dass die jeweiligen Messungen zeitgleich durchgeführt werden und begonnen werden, wenn der Taktgeber 58 ein entsprechendes Signal liefert.

Die Messschnittstellen 66, 68, 70 werden so konfiguriert, dass sie lediglich eine der steigenden Flanken 74 und eine der fallenden Flanken 76 erfassen. Danach werden diese deaktiviert bis sie durch ein neues Ansteuerungssignal des Taktgenerators 58 aktiviert bzw. initialisiert werden. Diese Aktivierung kann in der folgenden Periode T erfolgen, wie es bei 80 gezeigt ist. Z.B. können die Messschnittstellen 66, 67, 70 daher lediglich einmal betrieben werden und nicht kontinuierlich in jeder der Perioden T die Flanken 74, 76 erfassen. Aus der zeitlichen Differenz zwischen einem Zeitpunkt t2 einer der fallenden Flanken 76 und einem Zeitpunkt t1 einer der steigenden Flanken 74 wird dann die Zeitdauer des H Pegels 82 bzw. der High-Phase des entsprechenden Signals U, V, W bestimmt. Dadurch, dass die Periodendauer T bekannt und invariant ist, kann durch Division des

Verhältnisses des H Pegels 82 und der Periodendauer T das Taktverhältnis berechnet werden.

Aus dem gemessenen Taktverhältnis kann die Phasenspannung IM 2, U23, U31 geschätzt werden. Da die Halbleiterschalter des Wechselrichters 32 die Ausgänge, also die Phasenleitungen 12, 14, 16 abwechselnd mit einem Hochspannungspotential (z.B. 400 V) und dem Massepotential verbinden, ergibt sich eine etwa sinusförmige

Phasenspannung aus der Formel

U = (DC - 0,5) x UDC, wobei U die Phasenspannung ist, DC das Taktverhältnis und UDC die Hochspannung, die an den Phasenleitungen 12, 14, 16 angelegt wird. Der Wert 0,5 wird von dem Taktverhältnis abgezogen, da die Hochspannung immer positiv ist (typischerweise 200 V bis 400 V). Eine virtuelle Nulllage der Spannung ist definiert durch DC = 0,5, das 0,5 x UDC entspricht. Die Messung des Taktverhältnisses findet üblicherweise alle zwei Perioden T der

Phasensignale U, V, W statt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Eine derartige Überwachung ist hinreichend, da sich das von der elektrischen Maschine 10 abgegebenen Drehmoment eher langsam ändert. Sofern das Taktverhältnis für jede der Perioden erfasst werden soll, muss pro Phase doppelt so viel Hardware bereitgestellt werden und zeitversetzt betrieben werden.

Die Erfindung wird vorzugsweise in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen angewendet. In Fig. 5 ist ein schematisches Ablaufdiagramm der Verfahrensschritte zum Schätzen der Phasenspannungen U12, U23, U31 dargestellt. Das Verfahren wird ausgelöst durch den Taktgeber 58, wie es bei S1 gezeigt ist. Dadurch wird das Verfahren bei S2 eingeleitet. Nach Einleiten des Verfahrens werden parallel drei Schritte ausgeführt und zwar das Auslesen der Messwerte der Messschnittstellen 66, 68, 70 wie es bei S3 gezeigt ist, Ausführen der Messung der Phasenströme IS1 , IS2, IS3, wie es bei S4 gezeigt ist und Ausführen der Messung der Rotorgeschwindigkeit und der Rotorposition, wie es bei S5 gezeigt ist. Nachdem die Messergebnisse aus den Messschnittstellen 66, 68, 70 ausgelesen wurden, werden die Messschnittstellen 66, 68, 70 bei S6 für eine folgende Messung neu initialisiert bzw. konfiguriert, um in der folgenden Periode die Flanken 74, 76 zu erfassen.

Die Schritte S1 bis S6 werden innerhalb einer ersten Periode T ausgeführt. In der darauf folgenden Periode T erfassen die Messschnittstellen 66, 68, 70 bei S7 die steigende Flanke 74 und bei S8 die darauf folgende fallende Flanke 76. Nach Ende der zweiten Periode wird in der darauf folgenden Periode bei S2 das Verfahren neu initialisiert und bei S3 die gemessenen Werte aus den Messschnittstellen 60, 62, 64 ausgelesen. Dadurch können die steigende und die fallende Flanke 74, 76 der Signale 39, 44, 52 entsprechend innerhalb von zwei Perioden T erfasst werden und aus den Messwerten die

Phasenspannungen U12, U23, U31 geschätzt werden. Die Phasenspannungen können somit unabhängig von den antriebsspezifischen Parametern bestimmt werden, so dass die Berechnungen auf der Grundlage der Phasenspannungen nicht antriebsspezifisch angepasst werden müssen. Beispielsweise muss die Induktivität des Stators nicht bekannt sein. Durch ist diese Bestimmung auch unempfindlich für Parameteränderungen durch Alterung von Bauteilen, wie z.B. der Magneten. Ferner kann dieses Verfahren als redundanter Pfad zur Bestimmung der Phasenspannungen genutzt werden, wodurch die Sicherheit erhöht werden kann.