DE102010042330B4

DE102010042330B4 - Verfahren und Systeme zum Durchführen von Fehlerdiagnosen für Rotoren von Elektromotoren

Info

Publication number: DE102010042330B4
Application number: DE102010042330.0A
Authority: DE
Inventors: Chia-Chou Yeh
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: CN102043127B; DE102010042330A1; US8253365B2; CN102043127A; US20110089882A1

Abstract

Verfahren zur Fehlerdiagnose für einen Rotor eines Elektromotors, wobei der Elektromotor auch einen Stator aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:Erzeugen, über einen Prozessor, eines erfassten Motorstroms für den Stator;Ermitteln, über den Prozessor, eines Drehmelderwinkels des Rotors;Ermitteln, über den Prozessor, eines Flusswinkels des Rotors;Ermitteln, über den Prozessor, dass der Transformationswinkel gleich dem Flusswinkel ist;Ausführen, über den Prozessor, einer Transformation des Motorstroms unter Verwendung des Transformationswinkels;Ermitteln, über den Prozessor, eines zweiten Transformationswinkels; undAusführen, über den Prozessor, einer zweiten Transformation des Motorstroms unter Verwendung des zweiten Transformationswinkels; undIdentifizieren, über den Prozessor, einer Fehlerbedingung auf Basis der Transformation und der zweiten Transformation;wobei das ermitteln des zweiten Transformationswinkels aufweist:Subtrahieren, über dem Prozessor, des Drehmelderwinkels von dem Flusswinkel, um dadurch einen Schlupfwinkel zu berechnen; undBerechnen, über den Prozessor, des zweiten Transformationswinkels unter Verwendung des Schlupfwinkels und des Flusswinkels,wobei der Schritt des Ausführens, über den Prozessor, der ersten Transformation den Schritt des Ausführens, über den Prozessor, der ersten Transformation unter Verwendung eines synchronen Referenzrahmens aufweist; undder Schritt des Ausführens, über den Prozessor, der zweiten Transformation den Schritt des Ausführens, über den Prozessor, der zweiten Transformation unter Verwendung eines Fehlerreferenzrahmens aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet von Elektromotoren und insbesondere Verfahren und Systeme zur Durchführen von Fehlerdiagnosen für Rotoren von Elektromotoren.
Hintergrund
Elektromotoren (oder elektrische Maschinen) verzeichnen eine steigende Anzahl von Anwendungen in verschiedenen Gebieten, einschließlich der Automobilindustrie, zum Beispiel aufgrund der Elektrifizierung des automobilen Antriebssystems. Elektrische und/oder Hybridfahrzeuge verwenden Elektromotoren entweder als primäre oder zusätzliche Drehmomentquellen in dem automobilen Antriebssystem. Von diesen Elektromotoren wird erwartet, dass sie über extreme Betriebsbedingungen für eine erweiterte Zeitperiode mit hoher Zuverlässigkeit arbeiten. Jedoch können die Betriebsbeanspruchungen, die über die Zeit an den Elektromotor angelegt werden, die Beschaffenheit von einem oder mehreren Rotoren des elektrischen Motors verschlechtern.
Dementsprechend ist es wünschenswert, ein verbessertes Verfahren zum Durchführen von Fehlerdiagnose für Rotoren von Elektromotoren, wie in der Automobilindustrie, bereitzustellen, das zum Beispiel verbesserte Ergebnisse bereitstellen kann, das weniger Sensoren und/oder weitere Vorrichtungen benötigen, und/oder das leichter sein kann und/oder kosteneffizienter einzusetzen sein kann. Es ist auch wünschenswert, ein verbessertes System zur Durchführung von Fehlerdiagnose für Rotoren von Elektromotoren, wie in der Automobilindustrie, bereitzustellen, das zum Beispiel verbesserte Ergebnisse bereitstellen kann, das weniger Sensoren und/oder weitere Vorrichtungen benötigen kann, und/oder das leichter und/oder kosteneffizienter einzusetzen ist. Außerdem werden weitere wünschenswerte Merkmale und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung von der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und dem vorhergehenden technischen Gebiet und Hintergrund offensichtlich werden.
Die DE 198 23 787 A1 zeigt ein Verfahren zum detektieren von defekten Rotoren in Asynchronmaschinen. Die DE 199 60 289 A1 zeigt ein Fehlererkennungssystem für bürstenlose Motoren. Die DE 10 2008 017 900 A1 zeigt ein Verfahren zum Erfassen eines Fehlers in einer Drehfeldmaschine. Die US 2006 / 0 006 879 A1 zeigt ein Verfahren zum Detektieren gebrochener Stäbe in einem Induktionsmotor.
Kurze Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein elektrisches System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Fehlerdiagnose für einen Rotor eines Elektromotors bereitgestellt, wobei der Elektromotor auch einen Stator aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erzeugens, über einen Prozessor, eines erfassten Motorstroms für den Stator; Ermittelns, über den Prozessor, eines Drehmelderwinkels des Rotors, Ermittelns, über den Prozessor, eines Flusswinkels des Rotors, Berechnens, über den Prozessor, eines Transformationswinkels unter Verwendung des Drehmelderwinkels und des Flusswinkels, Ausführens, über den Prozessor, einer Transformation des Motorstroms unter Verwendung des Transformationswinkels und Identifizierens, über den Prozessor, einer Fehlerbedingung auf Basis der Transformation.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Fehlerdiagnose für einen Rotor eines Elektromotors bereitgestellt, wobei der Elektromotor auch einen Stator aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erzeugens, über einen Prozessor, eines erfassten Motorstroms für den Stator, Ermittelns, über den Prozessor, eines Drehmelderwinkels des Rotors, Ermittelns, über den Prozessor, eines Flusswinkels des Rotors, Berechnens, über den Prozessor, eines ersten Transformationswinkels unter Verwendung des Drehmelderwinkels, des Flusswinkels oder beidem, Subtrahierens, über den Prozessor, des Drehmelderwinkels von dem Flusswinkel, um dadurch einen Schlupfwinkel zu erzeugen, Berechnens, über den Prozessor, eines zweiten Transformationswinkels unter Verwendung des Schlupfwinkels und des Flusswinkels, Ausführen, über den Prozessor, einer ersten Transformation des Motorstroms unter Verwendung des ersten Transformationswinkels, um dadurch eine erste Fehlerkomponente zu erzeugen, Ausführens, über den Prozessor, einer zweiten Transformation des Motorstroms unter Verwendung des zweiten Transformationswinkels, um dadurch eine zweite Fehlerkomponente zu erzeugen, Berechnens, über den Prozessor, eines Fehlerindexes unter Verwendung der ersten Fehlerkomponente und der zweiten Fehlerkomponente und Identifizierens, über den Prozessor, einer Fehlerbedingung unter Verwendung des Fehlerindexes.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches System zur Verwendung in einem Fahrzeug bereitgestellt. Das elektrische System umfasst einen Elektromotor, eine Energiequelle, ein Invertermodul, einen Stromsensor und ein Steuermodul. Der Elektromotor weist einem Rotor und einem Stator auf. Das Invertermodul ist zwischen die Energiequelle und den Stator gekoppelt und ist eingerichtet, eine angeordnete Spannung von der Energiequelle an den Stator des Elektromotors bereitzustellen. Der Stromsensor ist zwischen das Invertermodul und den Stator gekoppelt und ist eingerichtet, Strom durch den Stator zu erfassen, was den erfassten Strom ergibt. Das Steuermodul ist mit dem Invertermodul und der Vielzahl von Stromsensoren gekoppelt, und ist dazu eingerichtet, einen erfassten Strom für den Stator zu erzeugen, einen Drehmelderwinkel des Rotors zu ermitteln, einen Flusswinkel des Rotors zu ermitteln,
einen ersten Transformationswinkel unter Verwendung des Drehmelderwinkels, des Flusswinkels oder beide zu berechnen, den Drehmelderwinkel von dem Flusswinkel zu subtrahieren, um dadurch einen Schlupfwinkel zu erzeugen, einen zweiten Transformationswinkel unter Verwendung des Schlupfwinkels und des Flusswinkels zu berechnen, eine erste Transformation des Motorstroms unter Verwendung des ersten Transformationswinkels auszuführen, um dadurch eine erste Fehlerkomponente zu erzeugen, eine zweite Transformation des Motorstroms unter Verwendung des zweiten Transformationswinkels auszuführen, um dadurch eine zweite Fehlerkomponente zu erzeugen, einen Fehlerindex unter Verwendung der ersten Fehlerkomponente und der zweiten Fehlerkomponente zu berechnen und
eine Fehlerbedingung unter Verwendung des Fehlerindexes zu identifizieren.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben werden, wobei ähnliche Nummerierungen ähnliche Elemente bezeichnen, und wobei:

1 ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems ist, welches zur Verwendung in einem Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform geeignet ist;
2 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Rotordiagnoseprozesses ist, welcher zur Verwendung mit dem elektrischen System von 1, gemäß einer Ausführungsform, geeignet ist;
3 ein Flussdiagramm einer Variante des Rotordiagnoseprozesses von 2 ist, welcher zur Verwendung bei der Diagnose von gebrochenen Rotorstangen entwickelt wurde, und der in Verbindung mit dem elektrischen System von 2, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, verwendet werden kann; und
4 ein Flussdiagramm einer weiteren Variante des Rotordiagnoseprozesses von 2 ist, welcher zur Verwendung in der Diagnose von Rotorexzentrizitätsfehlern entwickelt wurde, und der auch in Verbindung mit dem elektrischen System von 2, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, verwendet werden kann.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dafür vorgesehen, die Erfindung oder die Anmeldung und die Verwendungen der Erfindung zu begrenzen. Außerdem besteht keine Absicht an irgendeine Theorie, welche in dem vorhergehenden Hintergrund oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird, gebunden zu sein.
1 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Systems 100 dar, welches zur Verwendung in einem Fahrzeug geeignet ist. Das elektrische System 100 schließt, ohne Begrenzung, eine Energiequelle 102, ein Invertermodul 104, einen Elektromotor 106, ein Drehmeldersystem 108, ein Steuermodul 110 und eine Vielzahl von Stromsensoren 112 ein.
In einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt das Steuermodul 110 Motorstrom entsprechend einer Spannung, welche von der Energiequelle 102 an den Stator des Elektromotors 106 über das Invertermodul 104 angelegt werden soll. In diesem Zusammenhang sind das Invertermodul 104 und das Steuermodul 110 zusammenwirkend ausgelegt, um Pulsbreitenmodulation (PWM)-Techniken einzusetzen, um Phasenzweige des Invertermoduls 104 zu modulieren und die angeordnete Spannung an den Elektromotor 106 anzuwenden oder anderweitig bereitzustellen. Es sollte klar sein, dass 1 eine vereinfachte Darstellung eines elektrischen Systems 100 zum Zwecke der Erklärung ist und nicht dafür vorgesehen ist, den Geist oder die Anwendbarkeit des Gegenstands, welcher hierbei beschrieben wird, auf irgendeine Weise zu begrenzen. In diesem Zusammenhang kann das Steuermodul 110, obwohl 1 das Steuermodul 110 und das Invertermodul 104 als eigene und getrennte Elemente darstellt, in der Praxis in das Invertermodul 104 eingebaut (oder eingebunden) sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Invertermodul 104 zwischen die Energiequelle 102 und den Elektromotor 106 gekoppelt. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Stromsensoren 112 zwischen das Invertermodul 104 und den Elektromotor 106 gekoppelt und dafür eingerichtet, die Ströme, welche von dem Invertermodul 104 durch den Stator des Elektromotors 106 fließen, zu messen, wie weiter unten detaillierter beschrieben werden wird. Das Steuermodul 110 ist mit den Stromsensoren 112 gekoppelt und erhält die erfassten Ströme durch den Strator des Elektromotors 106 von den Stromsensoren 112. Das Drehmeldersystem 108 ist zwischen den Elektromotor 106 und das Steuermodul 110 gekoppelt, und das Drehmeldersystem 108 ist geeignet eingerichtet, die Position des Rotors des Elektromotors 106 zu erfassen, abzutasten oder anderweitig zu erhalten. Wie weiter unten detaillierter beschrieben, ist in einer beispielhaften Ausführungsform, das Steuermodul 110 eingerichtet, den Strom durch den Stator zu einem angeordneten Wert durch Steuerung der Spannung, welche von der Energiequelle 102 an den Elektromotor 106 bereitgestellt wird, zu regulieren. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Steuermodul 110 eingerichtet, eine Fehlerbedingung in dem Rotor des Elektromotors 106 auf Basis des Rotorfehlerdiagnose-Verfahrens zu identifizieren, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Fahrzeug als ein Automobil verwirklicht. In alternativen Ausführungsformen kann das Fahrzeug jedes einer Anzahl von verschiedenen Arten von Automobilen wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Lastkraftwagen, oder ein Sportnutzfahrzeug (SUV) sein und kann ein Zweiradantrieb (2WD) (d.h. Hinterradantrieb oder Vorderradantrieb), Vierradantrieb (4WD), oder Allradantrieb (AWD) sein. Das Fahrzeug kann auch eine beliebige oder eine Kombination einer Anzahl von verschiedenen Arten von Maschinen wie zum Beispiel einer Benzin- oder Diesel-angetriebenen Verbrennungskraftmaschine, einer „Flex-Fluel-Fahrzeug“ (FFV)-Maschine (d.h. unter Verwendung einer Mixtur von Benzin und Alkohol), einer Gasmischung (zum Beispiel, Wasserstoff und Erdgas) angetriebenen Maschine, einer Verbrennungs-/Elektro-Motorhybridmaschine oder eines elektrischen Motors einschließen. In alternativen Ausführungsformen kann das Fahrzeug ein Plug-In-Hybridfahrzeug, ein vollkommen elektrisches Fahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCV), oder ein weiteres geeignetes Alternativ-Brennstoff-Fahrzeug sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Energiequelle 102 (oder Leistungsquelle) geeignet, dem Invertermodul 104 eine Gleichstrom (DC)-Spannung bereitzustellen, um den Elektromotor 106 zu betreiben. Abhängig von der Ausführungsform kann die Energiequelle 102 als Batterie, als Brennstoffzelle, als wiederaufladbarer Hochspannungs-Batteriepack, als Ultrakondensator, oder als weitere geeignete Energiequellen, welche im Stand der Technik bekannt ist, verwirklicht sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der elektrische Motor 106 ein Induktions- bzw. Asynchronmotor. Jedoch kann in verschiedenen Ausführungsformen der elektrische Motor 106 einer einer Anzahl von verschiedenen Arten von Motoren sein. Der hierbei beschriebene Gegenstand sollte nicht als auf die Verwendung mit einer bestimmten Art von elektrischem Motor begrenzt ausgelegt werden. Zum Beispiel kann der elektrische Motor 106 in bestimmten weiteren Ausführungsformen, als Innenpermanentmagnet (IPM)-Motor, als synchroner Reluktanzmotor, oder als ein weiterer geeigneter im Stand der Technik bekannter Motor verwirklicht sein. In diesem Zusammenhang kann der elektrische Motor 106 als eine Vollpol-Maschine (zum Beispiel ein Induktionsmotor, eine permanente Aufbaumaschine) mit einer räumlichen Impedanz, welche unabhängig von der Rotorposition ist oder als eine Schenkelpol-Maschine (zum Beispiel ein synchroner Reluktanzmotor, innerer Permanentmagnetmotor), mit einer räumlichen Impedanz, welche von der Rotorposition in Bezug auf den Stator abhängt, verwirklicht werden, was im Stand der Technik neben anderen möglichen verschiedenen Arten von Motoren bekannt sein sollte.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der elektrische Motor 106 eine elektrische Dreiphasenwechselstrom (AC)-Elektromaschine mit einem Rotor und Statorwindungen (oder Spulen). In einer beispielhaften Ausführungsform für einen Dreiphasenmotor, ist der Stator in drei Gruppen von Windungen angeordnet, wobei jede Gruppe von Windungen einer Phase des Elektromotor 106 entspricht. In diesem Zusammenhang ist jeder Stromsensor 112 mit einer bestimmten Phase des Elektromotors 106 verknüpft und erhält den Strom für die entsprechende Phase des Elektromotors 106 auf eine herkömmliche Weise. Es sollte klar sein, dass obwohl der Gegenstand hierbei im Kontext eines elektrischen Dreiphasen-Motors beschrieben werden kann, der Gegenstand nicht auf Dreiphasenmaschinen begrenzt ist und für einen elektrischen Motor mit jeglicher Anzahl von Phasen oder einem elektrischen System mit jeglicher Anzahl von Stromsensoren angepasst werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist nur ein solcher Stromsensor 112 nötig. Dies stellt einen signifikanten Vorteil gegenüber anderen Gestaltungen in der Industrie bereit, die typischerweise auf drei Stromsensoren zur Erfassung beruhen. Dementsprechend würde, in einer bevorzugten Ausführungsform das Versagen von irgendeinem der Stromsensoren zu einer Funktionsstörung einer solchen in der Industrie bekannten Anordnung führen, aber nicht bei der Ausführungsform, welche hier offenbart ist, da die offenbarte Ausführungsform den Strom von dem anderen intakten Sensor verwendet.
In einer beispielhaften Ausführungsform schließt das Invertermodul 104 einen Leistungsinverter ein, welcher dafür eingerichtet ist, die DC-Leistung von der Energiequelle 102 in AC-Leistung umzuwandeln, um den Elektromotor 106 auf eine herkömmliche Weise anzutreiben, wie im Stand der Technik bekannt ist. In diesem Zusammenhang schließt das Invertermodul 104 ein oder mehrere Phasenzweige entsprechend der einen oder den mehreren Phasen des elektrischen Motors 106 ein, wobei Schalter der Phasenzweige bei einer bestimmten Schaltfrequenz moduliert (geöffnet oder geschlossen) werden, um eine AC-Spannung über dem Stator des Elektromotors 106 zu erzeugen, was wiederum einen drehmomenterzeugenden Strom in dem Stator hervorbringt und den elektrischen Motor 106 betreibt, wie vom Stand der Technik bekannt ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Drehmeldersystem 106 einen Drehmelder, der mit dem elektrischen Motor 106 gekoppelt ist, und die Ausgabe des Drehmelders ist mit einem Drehmelder-zu-Digital-Wandler gekoppelt. Der Drehmelder (oder eine ähnliche Abtastvorrichtung) tastet die Position des Rotors (θ_r) des Elektromotors 106 ab. Der Drehmelder-zu-Digital-Wandler wandelt die Signale von dem Drehmelder in digitale Signale (zum Beispiel ein digitales Rotorpositionssignal) um, welche dem Steuermodul 110 bereitgestellt werden.
Das Steuermodul 110 bildet im Allgemeinen die Hardware, welche geeignet eingerichtet ist, um feldorientierte Steuerung oder stromregulierte Steuerung des Elektromotors 110, durch Steuern und/oder Betreiben des Invertermoduls 104 zu implementieren, um eine angeordnete Spannung von der Energiequelle 102 an den elektrischen Motor 106 bereitzustellen. In diesem Zusammenhang ist die angeordnete Spannung eine stromregulierte Spannung, was bedeutet, eine Spannung, welche eingerichtet ist, den Strom in dem Stator des Elektromotors 106 auf einen bestimmten Wert zu regulieren, wie weiter unten detaillierter beschrieben wird. Abhängig von der Ausführungsform kann das Steuermodul 110 mit einem Prozessor für allgemeine Zwecke, einem Assoziativspeicher, einem Digitalsignalprozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, einem feldprogrammierbaren Gatearray, jeglichen geeigneten programmierbaren Logikvorrichtung, diskreter Gate- oder Transistorlogik, diskreten Hardwarekomponenten oder jeglicher Kombination davon implementiert oder verwirklicht werden, welche dafür entwickelt ist, um die hier beschriebenen Funktionen durchzuführen. In diesem Zusammenhang kann das Steuermodul 110 als ein Mikroprozessor, eine Steuerung, ein Mikrocontroller, ein Zustandsautomat (state machine) oder Ähnliches verwirklicht werden. Das Steuermodul 110 kann auch als eine Kombination von Computervorrichtungen implementiert werden, zum Beispiel eine Kombination eines Digitalsignalprozessors und eines Mikroprozessors, eine Vielzahl von Mikroprozessoren, ein oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem Digitalsignalprozessorkern, oder jegliche weitere derartige Konfiguration. In der Praxis schließt das Steuermodul 110 eine Prozesslogik ein, welche eingerichtet sein kann, Funktionen, Techniken und Verarbeitungsaufgaben durchzuführen, welche mit dem Betrieb des elektrischen Systems 100, wie weiter unten detaillierter beschrieben werden wird, verbunden sind. Außerdem können die Schritte eines Verfahrens oder Algorithmus, welcher in Verbindung mit den hier offenbarten Ausführungsformen beschrieben wird, direkt in Hardware, in Firmware, in einem Softwaremodul, welches von dem Steuermodul 110 ausgeführt wird, oder jeder weiteren praktischen Kombination davon eingebettet sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Steuermodul 110 in dem d-q-synchronen Referenzrahmen eingeführt, was bedeutet, die d-q-Achsen des Referenzrahmens im Gleichschritt mit einer Referenzcharakteristik des Rotors (zum Beispiel der Rotorposition, dem Rotorflusswinkel) des elektrischen Motors 106 rotieren, so dass die Rotation (oder Winkelverschiebung) der Rotorcharakteristik eine entsprechende Rotation (oder Winkelverschiebung) der d-q-Achsen erzeugt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Steuermodul 110 in dem gegen den Uhrzeigersinn laufenden synchronen Referenzrahmen implementiert, so dass die Rotation der Rotorcharakteristik eine entsprechende Rotation gegen den Uhrzeigersinn der d-q-Achsen erzeugt. Wie in der dargestellten Ausführungsform von 1 gezeigt, wird im Falle eines Induktionsmotors der synchrone Referenzrahmen vorzugsweise relativ zu dem Rotorflusswinkel (θ_e) ermittelt.
In einer beispielhaften Ausführungsform schließt das Steuermodul 110 einen Drehzahlregulator 114, einen Flussregulator 116, einen Stromregulator 118, einen ersten Transformationsblock 120, einen zweiten Transformationsblock 122, einen Drehzahlberechner 124, eine Flussabschätzeinheit 126 und einen Rotordiagnoseblock 128 ein. Die Elemente des Steuermoduls 110 sind geeignet eingerichtet, eine stromregulierende Steuerschleife (oder alternativ feldorientierte Steuerschleife oder stromgesteuerte Rückmeldeschleife) zu erzeugen, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Rotordiagnoseblock 128 eingerichtet, die Existenz einer Fehlerbedingung in dem Rotor des Elektromtors 106 (wie gebrochener Rotor Fehler oder Rotorexzentrizitätsfehler) zu identifizieren oder zu bestimmen, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rotordiagnoseblock 128 ein Steuermodul 129 mit einem Prozessor 130, der die Berechnungen, Ermittlungen und weitere Funktionen, Schritte und Prozesse des Rotordiagnoseblocks 128 durchführt.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Ausgabe eines ersten Summenpunkt 113 mit der Eingabe des Drehzahlreglers 114 gekoppelt und die Ausgabe des Drehzahlreglers ist mit einem zweiten Summenpunkt 115 gekoppelt. Die Ausgabe eines dritten Summenpunkts 117 ist mit der Eingabe des Flussreglers 116 gekoppelt und die Ausgabe des Flussreglers 116 ist mit einem vierten Summenpunkt 119 gekoppelt. Die Ausgabe des zweiten Summenpunktes 115 und die Ausgabe des vierten Summenpunkts 119 sind jeweils mit der Eingabe des Stromreglers 118 gekoppelt. Die Ausgaben des Stromreglers 118 sind mit dem ersten Transformationsblock 120 gekoppelt und die Ausgaben des ersten Transformationsblocks 120 sind mit dem Invertermodul 104 gekoppelt.
Der zweite Transformationsblock 122 ist mit den Stromsensoren 112 gekoppelt und die individuellen Ausgaben des zweiten Transformationsblocks 122 sind mit dem zweiten Summenpunkt 115 und dem vierten Summenpunkt 119 gekoppelt, wie detaillierter weiter unten beschrieben werden wird. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Eingaben der Flussabschätzeinheit 126 mit der Ausgabe des zweiten Transformationsblocks 122 und der Ausgabe des Stromreglers 118 gekoppelt, wie weiter unten detaillierter beschrieben werden wird. Eine erste Ausgabe der Flussabschätzeinheit 126 ist mit dem dritten Summenpunkt 117 gekoppelt und die zweite Ausgabe der Flussabschätzeinheit 126 ist mit den Transformationsblöcken 120, 122 und dem Rotordiagnoseblock 128 gekoppelt.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der erste Summenpunkt 113 eingerichtet, einen Drehzahlbefehl (ω^* _r) zu empfangen, der eine erwünschte Drehzahl (oder angeordnete Drehzahl) für den Rotor des elektrischen Motors 106 darstellt. Der Drehzahlbefehl kann durch ein weiteres Modul in dem Fahrzeug, wie zum Beispiel einer elektronischen Steuereinheit (ECU), bereitgestellt werden. Der Drehzahlberechner 124 berechnet oder ermittelt anderweitig die beobachtete (oder gemessene) Rotordrehzahl (ω_r) auf Basis der Veränderung der Rotorposition (θ_r) gegen die Zeit, wie im Stand der Technik bekannt ist. Der erste Summenpunkt 113 ist eingerichtet, die Differenz zwischen dem Drehzahlbefehl (ω ^* _r) und der beobachteten Rotordrehzahl
(ω_r) zu ermitteln und die Differenz dem Drehzahlregler 114 bereitzustellen. Auf der Basis der Differenz zwischen dem Drehzahlbefehl (ω ^* _r) und der Rotordrehzahl (ω_r) ermittelt und/oder erzeugt der Drehzahlregler 114 einen q-Achsen-Synchronrahmen-Strombefehl (i^e* _q) (zum Beispiel den drehmomentproduzierenden q-Achsen-Strombefehl). Der Drehzahlregler 114 kann als eine proportional integral (PI) Regler oder ein weiteres geeignetes Element, welches im Stand der Technik bekannt ist, verwirklicht werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der dritte Summenpunkt 117 eingerichtet, einen Flussbefehl (λ^e*) zu erhalten, welcher einen gewünschten Rotorfluss für den Elektromotor 106 darstellt. Der Flussbefehl kann durch ein weiteres Modul in dem Fahrzeug bereitgestellt werden, wie zum Beispiel einer elektronischen Steuereinheit (ECU). Die Flussabschätzeinheit 126 berechnet oder schätzt anderweitig den Rotorfluss (λ^e) auf Basis der Beziehung zwischen den synchronen Motorströmen (i^e _d, i^e _q) und den synchronen Motorspannungen (v^e _d,v^e _q), wie im Stand der Technik klar sein dürfte und weiter unten detaillierter beschrieben werden wird. Der dritte Summenpunkt 117 ist eingerichtet, die Differenz zwischen dem Flussbefehl (λ^e*) und dem abgeschätzten Rotorfluss (λ^e) zu ermitteln und die Differenz dem Flussregler 116 bereitzustellen. Auf Basis der Differenz zwischen dem Flussbefehl und dem abgeschätzten Fluss, ermittelt und/oder erzeugt der Flussregler 116 einen d-achsen-synchronrahmen-Strombefehl (i^e* _d) (zum Beispiel den flussergebenden d-Achsen-Strombefehl). Der Flussregler 116 kann als ein proportionalintegral (PI)-Regler oder ein weiteres geeignetes Element verwirklicht werden, welches im Stand der Technik bekannt ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform berechnet die Flussabschätzeinheit 126 auch oder schätzt anderweitig den Rotorflusswinkel (è_e) für den Rotor des Elektromotors 106 auf Basis der Beziehung zwischen dem synchronen Motorstrom (i^e _d, i^e _q) und der synchronen Motorspannung (v^e _d, v^e _q) ab. In der dargestellten Ausführungsform von 1 wird der Rotorflusswinkel (θ_e) als ein Transformationswinkel für die Steuerschleife verwendet, wie im Stand der Technik bekannt ist. In diesem Zusammenhang bildet der Transformationswinkel den Winkel, welcher verwendet wird, wenn eine Größe in dem synchronen Referenzrahmen in eine entsprechenden Größe in dem stationären Referenzrahmen transformiert und/oder übersetzt wird und umgekehrt (zum Beispiel ein ‚dqo‘ oder ‚dq0‘ zu ‚abc‘ Transformation und umgekehrt). In alternativen Ausführungsformen kann der Transformationswinkel die Winkelrotorposition (θ_r) oder eine andere geeignete Winkelposition umfassen. Die Ausgabe der Flussabschätzeinheit 126 ist eingerichtet, den abgeschätzten Rotorflusswinkel (θ_e) den ersten Transformationsblöcken 120, 122 bereitzustellen. Der zweite Transformationsblock 122 ist mit den Stromsensoren 112 gekoppelt und eingerichtet, die gemessenen Statorströme von dem stationären Referenzrahmen (i^s _a, i^s _b, i^s _c) in den synchronen Referenzrahmen (i^e _d, i^e _q) auf Basis der Transformationswinkel, d.h. der abgeschätzten Rotorflusswinkeln (θ_e), zu transformieren. Auf eine ähnliche Weise ist der erste Transformationsblock 120 eingerichtet, eine angeordnete Spannung (oder Spannungsbefehl) von dem synchronen Referenzrahmen (v^e* _d, v^e* _q) in den stationären Referenzrahmen (v^s* _a, v^s* _b, v^s* _c) auf Basis des abgeschätzten Rotorflusswinkels (θ_e) zu transformieren, wie weiter unten detaillierter beschrieben werden wird.
Der Stromregulator 118 reguliert die Ströme durch den Stator durch Erzeugen und/oder Bereitstellen eines Spannungsbefehls für das Invertermodul 104 entsprechend einer angeordneten Spannung für den Stator des elektrischen Motors 106, so, dass die gemessenen Ströme durch den Stator auf den angeordneten Motorstrom (oder Strombefehl) geregelt werden oder dem angeordneten Motorstrom anderweitig folgen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Stromreguler 118 als ein Synchron-Rahmen Stromregler verwirklicht, welcher eingerichtet ist, den Spannungsbefehl in dem synchronen Referenzrahmen (v^e* _d, v^e* _q) (hier alternativ als die Synchron-Rahmen-Spannungsbefehle bezeichnet) auf Basis der Differenz zwischen dem angeordneten Strom (i^e* _d, i^e* _q) (hier alternativ als die Synchron-Rahmen-Strombefehle bezeichnet) und dem erfassten Motorstrom (i^e _d, i^e _q) (hier alternativ als die Synchron-Rahmen-Motorströme bezeichnet) zu erzeugen. In diesem Zusammenhang ermittelt der zweite Summenpunkt 115, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, einen q-Achsen-Stromfehler-Befehl (i^e* _{q_err}) auf Basis einer Differenz zwischen dem q-Achsen Strombefehl (i^e* _q) und dem erfassten q-Achsen-Motorstrom (i^e _q) und der vierte Summenpunkt 119 ermittelt einen d-Achsen-Stromfehlerbefehl (i^e* _{d_err}) auf Basis einer Differenz zwischen dem d-Achsen-Strombefehl (i^e* _d) und dem gemessenen d-Achsen-Motorstrom (i^e _d). Der Stromregler 118 erzeugt die Synchron-Rahmen-Spannungsbefehle (v^e* _d, v^e* _q) auf Basis der Synchron-Rahmen-Stromfehlerbefehle (i^e* _{d_err}, i^e* _{q_err}), welche die Differenz zwischen dem angeordneten Strom und dem erfassten Motorstrom ausgedrückt in dem synchronen Referenzrahmen wiedergeben. In diesem Zusammenhang kann der Stromregler 118 als ein Proportional-Integral-Differenzier-(PID)-Regler, eine Hysterese-Stromsteuerung, ein Komplex-Vektor-Stromregler oder ein weiteres geeignetes stromregulierendes Element, welches im Stand der Technik bekannt ist, verwirklicht werden. Es sollte angemerkt werden, dass der Stromregler 118 im Wesentlichen ausgewogene und symmetrische Ströme in dem Elektromotor 106 erzeugt.
Wie oben dargelegt, transformiert der erste Transformationsblock 120 die Synchron-Rahmen-Spannungsbefehle (v^e* _d, v^e* _q) von der Ausgabe des Stromreglers 118 zu dem stationären Referenzrahmen, was zu stationären Drei-Phasen Spannungsbefehlen (v^s* _a, v^s* _b, v^s* _c) führt, welche den angeordneten Spannungen für die jeweiligen Phasen des Stators des Elektromotors 106 entsprechen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Invertermodul 104 eingerichtet, die stationären Spannungsbefehle auszuführen und PWM-Befehlssignale zu erzeugen, um die Phasenzweige des Leistungsinverters zu betreiben, um die angeordneten Spannungen den entsprechenden Phasen des Stators auf herkömmliche Weise bereitzustellen, wie im Stand der Technik bekannt ist. Auf diese Weise bewirken Veränderungen in den synchronen Rahmenspannungsbefehlen (v^e* _d, v^e* _q) entsprechende Veränderungen in stationären Spannungsbefehlen, und daher, die Tastverhältnisse der PWM-Befehle, welche verwendet werden, die Schalter der Inverter-Phasenzweige zu modulieren. In diesem Zusammenhang können die Synchron-Rahmen-Spannungsbefehle (v^e* _d, v^e* _q) verwendet werden, den Rotorfluss (λ^e) und den Transformationswinkel (θ_e), auf Basis der Annahme abzuschätzen (zum Beispiel v^e* _d≈ v^e _d, v^e* _q ≈ v^e _q), dass das Invertermodul 104 anstelle einer Verwendung von Spannungssensoren, um die Spannung über dem Stator abzutasten oder einer Durchführung anderer computermäßig intersiver Aufgaben, um die Motorspannung zu erhalten, genau die angeordneten Spannungen (µ^s* _a, µ^s* _b, µ^s* _c) in dem Stator wieder gibt.
In Bezug nun auf 2 kann in einer beispielhaften Ausführungsform ein elektrisches System dafür eingerichtet sein, einen Rotordiagnoseprozess 200 und zusätzliche Aufgaben, Funktionen und Operationen, welche weiter unten beschrieben werden, durchzuführen. Die vielfältigen Aufgaben können durch Software, Hardware, Firmware oder jeder Kombination davon durchgeführt werden. Für darstellende Zwecke kann sich die folgende Beschreibung auf Elemente, welche oben in Verbindung mit 1 erwähnt wurden, beziehen. In der Praxis können die Aufgaben, Funktionen und Operationen von verschiedenen Elementen des beschriebenen Systems, wie dem Invertermodul 104, dem Steuermodul 110, dem Stromregler 118, der Flussabschätzeinheit 126 und/oder dem Rotordiagnoseblock 128, durchgeführt werden. Es sollte klar sein, dass jegliche Anzahl von zusätzlichen oder alternativen Aufgaben eingeschlossen sein kann, und in einem umfangreicheren Ablauf oder Prozess mit zusätzlichen Funktionalitäten, welche hier nicht detailliert beschrieben werden, eingebettet sein kann.
Noch einmal in Bezug auf 2 und mit weiterer Referenz auf 1 als auch auf 3 und 4 wird der Rotordiagnoseprozess 200, in einer beispielhaften Ausführungsform, durchgeführt, um den Rotor eines Elektromotors während des Betriebs des Elektromotors unter Steuerung einer stromregulierenden Steuerschleife zu diagnostizieren. Die 3 und 4 behandeln beispielhafte Variationen des RotorDiagnoseprozesses 200 für spezielle Anpassungen in der Diagnose von gebrochenen Rotorstabfehlern (nämlich, 3, und der erste Variationsalgorithmus 300, der darin dargestellt wird) und entsprechend in der Diagnose von Rotorexzentrizitätsfehlern (nämlich, 4, und dem zweiten Variationsalgorithmus 400, welcher darin dargestellt ist), gemäß beispielhafter Ausführungsformen, und werden detaillierter weiter unten beschrieben werden.
Wie in 2 dargestellt, beginnt der Rotordiagnoseprozess 200 mit dem Erzeugen eines gemessenen Motor-Stroms (Schritt 202). In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft der erfasste Strom einen Stator des Motors. Auch in einer bevorzugten Ausführungsform wird während Schritt 202 der erfasste Motor-Strom von nur einer Motorphase von dem Stromsensor von 112 in 1 erzeugt oder erhalten. Zusätzlich wird, in einer bevorzugten Ausführungsform, der gemessene Strom durch den Prozessor 130 von 1, auf der Basis von lediglich der einen Motorphase von dem Stromsensor von 112 in 1, erzeugt.
Zusätzlich wird ein Drehmelderwinkel (θ_r) erhalten (Schritt 204). Der Drehmelderwinkel (θ_r) stellt einen Winkel des Rotors dar. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Drehmelderwinkel (θ_r) durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1 von dem Drehmeldersystem 108 von 1 erhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform kommt der Drehmelderwinkel (θ_r) von dem Drehmelder 108. Auch in einer bevorzugten Ausführungsform wird der Drehmelderwinkel (θ_r) in Einheiten des mechanischen Bogenmaßes ausgedrückt. In der Ausführungsform von 3 wird der Drehmelderwinkel (θ_r), welcher verwendet wird, um einen Transformationswinkel zu berechnen, in Einheiten des elektrischen Bogenmaßes ausgedrückt. Dies kann durch Multiplikation des Drehmelderwinkels (θ_r) im mechanischen Bogenmaß mit dem Polpaar des Motors erreicht werden, um den Winkel im elektrischen Bogenmaß zu erhalten. Umgekehrt wird der Drehmelderwinkel für die Ausführungsform der vorgegebenen Fehlerermittlung von 4, welcher verwendet wird, um den Transformationswinkel zu berechnen, in Einheiten des mechanischen Bogenmaßes ausgedrückt.
Ein Flusswinkel (θ_e) wird auch erhalten (Schritt 206). Der Flusswinkel (θ_e) stellt einen Winkel des Flusses des Rotors dar. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Flusswinkel (θ_e) durch den Rotordiagnoseblock 128 in 1 von der Flussabschätzeinheit 126 von 1 erhalten.
Ein erster Transformationswinkel wird dann berechnet (Schritt 208). In einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Transformationswinkel unter Verwendung des Drehmelderwinkels (θ_r), des Flusswinkels (θ_e) oder beiden berechnet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Transformationswinkel durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1, bevorzugt von dem Prozessor 128 davon in 1, berechnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird auch ein zweiter Transformationswinkel berechnet (Schritt 210). In einer bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Transformationswinkel unter Verwendung des Drehmelderwinkels (θ_r) (nach Konvertierung in die angemessenen jeweiligen Einheiten für die Ausführungsformen der 3 bzw. 4 wie oben beschrieben) und des Flusswinkels (θ_e) berechnet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Transformationswinkel auch durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1, berechnet.
Wie oben beschrieben, wird in der Ausführungsform von 3 der Drehmelderwinkel (θ_r), welcher verwendet wird, um einen Transformationswinkel zu berechnen, in Einheiten des elektrischen Bogenmaßes ausgedrückt. Dies kann durch eine Multiplikation des Drehmelderwinkels (θ_r) im mechanischem Bogenmaß mit dem Poolpaar des Motors erreicht werden, um den Winkel im elektrischen Bogenmaß zu erhalten. Umgekehrt wird der Drehmelderwinkel für die Ausführungsform der vorgegebenen Fehlerbestimmung von 4, welcher zur Berechnung des Transformationswinkels verwendet, in Einheiten des mechanischen Bogenmaßes ausgedrückt.
Transformationen können dann für den Motorstrom von Schritt 202 unter der Verwendung der ersten und zweiten Transformationswinkeln ausgeführt werden (Schritt 212). In einer bevorzugten Ausführungsform werden Transformationen für die erfassten Ströme von lediglich einer Phase von den Stromsensoren 112 von 1 ausgeführt, wie in dem oben beschriebenen Schritt 202 erhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Transformation durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1 ausgeführt, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1.
Mehrere Fehlerkomponenten werden unter Verwendung der verschiedenen Transformationen berechnet (Schritt 214). In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Fehlerkomponenten durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1 berechnet, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1.
Die Fehlerkomponenten werden dann verwendet, um einen Fehlerindex für den Rotor zu berechnen (216). Der Fehlerindex umfasst einen Wert, der dann im Vergleich mit einer bekannten Tabelle oder einem anderen Satz von Werten verwendet werden kann, um zu identifizieren, ob es Fehler in dem Rotor gibt und der auch verwendet werden kann, um die spezifische Natur und Schwere von jedem solchen Fehlern zu identifizieren. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Fehlerindex durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1 berechnet, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1.
Insbesondere wird in einer bevorzugten Ausführungsform zunächst eine Ermittlung gemacht, ob es einen Fehler in dem Rotor gibt (Schritt 217). In einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Ermittlung durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1, vorzugsweise von dem Prozessor 128 davon von 1, unter Verwendung des Fehlerindexes, welcher in Schritt 216 berechnet wurde und durch Vergleichen des Fehlerindexwertes mit einer bekannten Tabelle oder einen anderen Satz von Werten, welche möglichen Fehlern in dem Rotor entsprechen, gemacht, zum Beispiel auf der Basis von vorherigem Wissen, Publikationen und/oder experimentellen Daten.
Wenn, in einer beispielhaften Ausführungsform, der Rotordiagnoseprozess 200 in Schritt 217 ermittelt, dass eine Fehlerbedingung nicht existiert, dann kehrt der Prozess zu Schritt 202 zurück und die Schritte 202 bis 217 wiederholen sich, bis es eine Ermittlung in einer Iteration von Schritt 217 gibt, dass es einen Fehler in dem Rotor der Maschine gibt. Wenn in irgendeiner Iteration von Schritt 217 ermittelt wird, dass es einen Fehler in dem Rotor gibt, dann wird die spezifische Natur und Schwere des Fehlers in Schritt 218, unter Verwendung des Fehlerindexes, welcher in Schritt 216 berechnet wurde, und unter Vergleich des Fehlerindexwertes mit einer bekannten Tabelle oder einem anderen Satz von Werten, welche möglichen Fehlern in dem Rotor und Schwere davon entsprechen, zum Beispiel auf Basis von vorheriger Kenntnis, Publikationen und/oder experimentellen Daten ermittelt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Ermittlungen von dem Rotordiagnoseblock 128 von 1 durchgeführt, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon in 1.
Auch in einer bevorzugten Ausführungsform werden eine oder mehrere Abhilfemaßnahmen eingeführt, um dabei zu helfen, solch einen Fehler des Rotors abzustellen (Schritt 220). In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Abhilfemaßnahme auf einen speziellen Fehler und eine Schwere davon wie in Schritt 218 oben ermittelt, zugeschnitten. Auch in einer bevorzugten Ausführungsform wird die Abhilfemaßnahme durch den Rotordiagnoseblock 128 in 1 ausgelöst, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon in 1.
Wie oben erwähnt, diskutieren 3 und 4 beispielhafte Variationen des Rotordiagnoseprozesses 200. Insbesondere stellt 3 einen ersten Variationsalgorithmus für eine erste spezifische Anpassung in der Diagnose von gebrochenen Rotorstab-Fehlern dar und 4 stellt einen zweiten Variationsalgorithmus für eine zweite spezifische Anpassung in der Diagnose von Rotorexzentrizitätsfehlern dar, beide gemäß exemplarischen Ausführungsformen. Sowohl 3 als auch 4 werden wiederum unten diskutiert werden.
In der ersten Variationsalgorithmus 300-Ausführungsform von 3 wird der erste Transformationswinkel (als Schritt 208 in 2 bezeichnet) in Schritt 301 von 3 als dem Flusswinkel (θ_e) gleichend ermittelt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Ermittlung durch den RotorDiagnoseblock 128 von 1 ermittelt, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1.
Zusätzlich wird der zweite Transformationswinkel (in Schritt 210 in 2 referenziert) in den Schritten 308 und 310 von 3 folgendermaßen ermittelt: (1) zunächst wird der Drehmelderwinkel (θ_r) (wie in geeigneten Messwerten für die verschiedenen Ausführungsformen von 3 bzw. 4, wie oben beschrieben, konvertiert) von dem Flusswinkel (θ_e) in Schritt 308 substrahiert, um einen Schlupfwinkel (θ_slip) zu erzeugen; und (2) zweitens wird ein Wert, welcher gleich dem Doppelten des Schlupfwinkels (θ_slip) ist, von dem Flusswinkel (θ_e) subtrahiert, um den zweiten Transformationswinkel in Schritt 310 gemäß der folgenden Gleichung zu ermitteln: $Zweiter Transformationswinkel = (θ_{e}) - 2 (θ_{slip})$
In einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Berechnungen durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1 gemacht, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1. Zusätzlich umfasst der Schlupfwinkel, in einer bevorzugten Ausführungsform, wie hier referenziert, einen Winkel des Rotors relativ zu dem Rotorfluss. Alternativ gesprochen wird die harmonische Komponente mit einem Winkel rotieren, welcher gleich dem Doppelten des Fehler-oder des Schlupfwinkels, d.h. 2 (θ_slip) , ist.
Die Transformationen (in Schritt 212 bezeichnet) des erfassten Motorstroms von einer Phase von dem Stromsensor 118, welcher in dem oben beschriebenen Schritt 202 erlangt wird, welcher während des Transformationsprozesses verwendet wird, werden dann gemäß Schritt 302 und 312 von 3 getrennt für den erfassten Motorstrom von Schritt 202 in Bezug auf erste bzw. zweite Transformationswinkel durchgeführt. Insbesondere wird eine erste Transformation während Schritt 302 von 3 unter Verwendung des Flusswinkels (θ_e) (d.h. des ersten Transformationswinkels des ersten Variationsalgorithmus 300 von 3) in einem synchronen Referenzrahmen gemäß der folgenden Gleichungen ausgeführt: ixcos(-θ) und ixsin(-θ). Zusätzlich wird eine zweite Transformation während Schritt 312 von 3 unter der Verwendung des zweiten Transformationswinkels von Schritt 310 in dem Fehlerreferenzrahmen gemäß der folgenden Gleichung ausgeführt: ixcos(-θ) und ixsin(-θ). Die folgende Gleichung stellt die Fehlerfrequenz für eine beispielhafte Ausführungsform des ersten Variationsalgorithmus 300 zur Diagnose von gebrochenen Stangenfehlern von Rotoren dar, wie weiter unten diskutiert: $f_{b r o k e n b a r} = (1 \pm 2 k s) f_{1}$
in der „broken bar“ die abgeschätzte Anzahl der gebrochenen Stangen ist, f₁ die fundamentale Frequenz ist, s der Schlupfwinkel ist und k eine vorbestimmte Konstante ist. Zusätzlich werden, auch in einer bevorzugten Ausführungsform, die ersten und zweiten Transformationen der Schritte 302 bzw. 312 durch den RotorDiagnoseblock 128 von 1 durchgeführt, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1.
Die Fehlerkomponentenberechnungen (in Schritt 214 referenziert) werden dann gemäß Schritten 304, 306, 314 und 316 von 3 getrennt für den Motorstrom von Schritt 202 in Bezug auf den ersten bzw. zweiten Transformationswinkel durchgeführt. Insbesondere werden die ersten Transformationsergebnisse als Teil von oder der ersten Transformation von Schritt 302 folgend, durch einen digitalen Tiefpassfilter in Schritt 304 geführt und eine erste Fehlerkomponente wird in Schritt 306 als Quadratwurzel der Summe der Quadrate erster Komponententeile gemäß dem ersten Transformationswinkel von Schritt 301 und der ersten Transformation von Schritt 302 berechnet. Zusätzlich werden die zweiten Transformationsergebnisse als Teil von oder der zweiten Transformation von Schritt 312 folgend, durch einen digitalen Tiefpassfilter in Schritt 314 geleitet und eine zweite Fehlerkomponente in Schritt 316 als Quadratwurzel der Summe der Quadrate zweiter Komponententeile in Bezug auf den zweiten Transformationswinkel von Schritt 310 und der zweiten Transformation von Schritt 312 berechnet. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Fehlerkomponente von Schritt 306 einen Positiv-Verlauf-Stromwert (I_p) in dem synchronen Referenzrahmen auf und die zweite Fehlerkomponente von Schritt 316 weist einen untere Seitenbandstromwert (I_LSB) in dem Fehlerreferenzrahmen auf. Diese Berechnungen und Schritte werden auch in einer bevorzugten Ausführungsform durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1 durchgeführt.
Die verschiedenen Fehlerkomponenten werden dann in Schritt 318 zusammen kombiniert, um einen Fehlerindex von Schritt 320 zu erzeugen. In der dargestellten Ausführungsform werden die Fehlerkomponenten der Schritte 306 und 316 in Schritt 318 gemäß der folgenden Gleichung kombiniert: $(I_{LSB} / I_{P}) \times N_{B},$
in der I_LSB den Stromwert im unteren Seitenbereich darstellt (d.h. die zweite Fehlerkomponente von Schritt 316), I_P den Positiv-Verlauf-Stromwert darstellt (d.h. die erste Fehlerkomponente von Schritt 306) und N_B die Anzahl der Stäbe auf dem Rotor darstellt. Diese Gleichung kann zur Berechnung einer erwarteten Anzahl gebrochener Stäbe für den Rotor (vorzugsweise gerundet auf den nähsten Integerwert), wie in dem numerischen Fehlerindexwert von Schritt 320 dargestellt (auch gemäß Schritt 216 von 2) verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Berechnungen der Schritte 318 und 320 durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1 durchgeführt, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1.
Die abgeschätzte Anzahl der gebrochenen Stangen des Rotors kann auch als ein Maß für die Art und die Schwere des Fehlers in Schritt 322 (auch entsprechend dem Schritt 218 von 2) und als eine Basis zur Einführung von Abhilfemaßnahmen in Schritt 324 (auch entsprechend Schritt 220 in 2) dienen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden beide dieser Schritte auch von dem Rotordiagnoseblock 128 von 1 ausgeführt oder eingeleitet, am bevorzugtesten durch den Prozessor 128 davon von 1.
In der zweiten Variationsalgorithmus 400-Ausführungsform von 4 wird der erste Transformationswinkel (in Schritt 208 von 2 referenziert) in Schritt 402 von 4 durch Addieren des Flusswinkels (θ_e) und des Drehmelderwinkels (θ_r) (welcher, wie oben beschrieben, im mechanischen Bogenmaß ausgedrückt wird) ermittelt, um einen kombinierten Winkel zur Verwendung als der ersten Transformationswinkel gemäß folgender Formel zu erzeugen: $Erster Transformationswinkel (kombinierter Winkel) = (θ_{e}) + (θ_{r})$
In einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Berechnung durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1, durchgeführt.
Zusätzlich wird der zweite Transformationswinkel (als Schritt 210 von 2 bezeichnet) im Schritt 410 von 4 durch Subtraktion des Drehmelderwinkels (θ_r) von dem Flusswinkel (θ_e) ermittelt, um einen Differenzwinkel, zur Verwendung als zweiter Transformationswinkel gemäß folgender Formel zu erzeugen: $Zweiter Transformationswinkel (Differenzwinkel) = (θ_{e}) - (θ_{r})$
In einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Berechnung. auch durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1, durchgeführt.
Die Transformationen (in Schritt 212 referenziert) des Motorstroms werden dann gemäß den Schritten 404 und 412 von 4 getrennt für den Motorstrom von Schritt 202 in Bezug auf die ersten bzw. zweiten Transformationswinkel durchgeführt. Insbesondere wird die erste Transformation während Schritt 404 von 4 unter Verwendung des ersten Transformationswinkels von Schritt 402 in einem Fehlerreferenzrahmen, gemäß folgender Gleichung ausgeführt: ixcos(-θ) und ixsin(-θ). Zusätzlich wird eine zweite Transformation während Schritt 412 von 4 unter Verwendung des zweiten Transformationswinkels von Schritt 410 in dem Fehlerreferenzrahmen gemäß der folgenden Gleichungen durchgeführt: ixcos(-θ) und ixsin(-θ). In einer bevorzugten Ausführungsform werden die ersten und zweiten Transformationen der Schritte 404 bzw. 412 durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1 durchgeführt. Die Transformationen der Schritte 404 und 412 werden vorzugsweise gemäß der folgenden Gleichung durchgeführt, welche die Fehlerfrequenz für eine beispielhafte Ausführungsform des zweiten Variationsalgorithmus 400 zur Diagnose von Rotorexzentrizitätsfehlern des Rotors, wie weiter unten diskutiert wird, darstellt: $f_{e c c e n t r i c i t y} = [1 \pm m (\frac{1 - s}{p / 2})] f_{1} = f_{1} \pm m f_{r}$
Zusätzlich werden, auch in einer bevorzugten Ausführungsform, die ersten und zweiten Transformationen der Schritte 404 und 412 durch den RotorDiagnoseblock 128 von 1 ausgeführt, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1.
Die Fehlerkomponentenberechnungen (in Schritt 214 referenziert) werden dann gemäß den Schritten 406, 408, 414 und 416 von 4 getrennt für den Motorstrom von Schritt 202 in Bezug auf den ersten bzw. zweiten Transformationswinkel durchgeführt. Insbesondere werden die ersten Transformationsergebnisse als ein Teil von oder der ersten Transformation von Schritt 404 folgend, durch einen digitalen Tiefpass in Schritt 406 geleitet und eine erste Fehlerkomponente wird in Schritt 408 als eine Quadratwurzel der Summe der Quadrate der ersten Komponententeile in Bezug auf den ersten Transformationswinkel von Schritt 402 und die erste Transformation von Schritt 404 berechnet. Zusätzlich werden die zweiten Transformationsergebnisse als ein Teil von oder der zweiten Transformation von Schritt 412 folgend, durch einen digitalen Tiefpassfilter in Schritt 414 geleitet und eine zweite Fehlerkomponente wird dann in Schritt 416 als Quadratwurzel der Summe der Quadrate der zweiten Komponententeile in Bezug auf den zweite Transformationswinkel von Schritt 410 und die zweite Transformation von Schritt 412 berechnet. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste Fehlerkomponente von Schritt 408 einen oberen Seitenbandstromwert in dem Fehlerreferenzrahmen, und die zweite Fehlerkomponente von Schritt 416 umfasst einen niedrigeren Seitenbandstromwert in dem Fehlerreferenzrahmen.
Auch in einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Berechnungen und Schritte durch den Rotordiagnoseblock 128 in 1, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1 ausgeführt.
Die verschiedenen Fehlerkomponenten werden dann in Schritt 417 miteinander kombiniert und in Schritt 418 normalisiert, um einen Fehlerindex von Schritt 420 zu erzeugen. In der dargestellten Ausführungsform werden die Fehlerkomponenten der Schritte 408 und 416 in Schritt 417 miteinander gemäß der folgenden Gleichung addiert: $I_{USB} + I_{LSB} = kombinierter Wert,$
in der I_USB den oberen Seitenbandstromwert darstellt (d.h. die erste Fehlerkomponente von Schritt 408) und I_LSB den niedrigeren Seitenbandstromwert (d.h. die zweite Fehlerkomponente von Schritt 416) darstellt . Der sich ergebende kombinierte Wert wird dann vorzugsweise in Bezug auf einen Strom ohne Last in Schritt 418 normalisiert. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Berechnungen und Normalisierung der Schritte 417 und 418 durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1 ausgeführt.
Der normalisierte Wert wird dann als Fehlerindex von Schritt 420 (auch gemäß Schritt 216 von 2) verwendet. Der Fehlerindex von Schritt 420 kann dann verwendet werden, um die Art und Schwere von einem oder mehreren RotorexzentrizitätsFehlern, wenn es welche gibt, in dem Rotor in Schritt 422 (auch gemäß Schritt 218 von 2) zu ermitteln und kann ebenso als eine Basis zur Einführung von Abhilfemaßnahmen in Schritt 424 (auch gemäß Schritt 220 von 2) verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden beide dieser Schritt durch den Rotordiagnoseblock 128 von 1, vorzugsweise durch den Prozessor 128 davon von 1 ausgeführt oder eingeleitet.
Aufgrund der Transformationswinkel und Techniken, welche in dem oben beschriebenen Systemen und Prozessen verwendet werden, können verbesserte Diagnosen für Rotoren von elektrischen Systemen, zum Beispiel in Fahrzeugmotoren, durchgeführt werden. Zum Beispiel bieten die offenbarten Systeme und Prozesse ein Verfahren zur Online-Diagnose und Bedingungsüberwachung von Rotorfehlern in Induktionsmaschinen unter Verwendung bloß einer Stromsensorerfassung. Die offenbarten Systeme und Prozesse verwenden einen Ansatz der Referenzrahmen-Theorie und werden derart entwickelt, um unter Betrieb der feldorientierten Steuerung (FOC) zu arbeiten. Zum Beispiel ist, da die Seitenbandfrequenzkomponenten, aufgrund von Rotorfehlern in allen Phasen der Statorströme auftauchen, nur die Strommessung von einer Phase nötig.
Dies stellt eine signifikante Verbesserung gegenüber herkömmlichen Techniken dar. Zum Beispiel werden in einigenherkömmlichen Techniken, die einen Ansatz der Referenzrahmen Theorie zur Fehlerermittlung verwenden, alle drei Strommessungen für den Transformationsprozess verwendet, entgegen der Verwendung von einer Strommessung in der offenbarten Ausführungsform. Eine Stromsensormessung zu verwenden kann insbesondere in Systemen förderlich sein, die eine Abhilfesteuerung in dem Fall eines Stromsensorfehlers aufweisen. In einem solchen Fall kann das vorliegende Verfahren immer noch ausgeführt werden, sogar wenn herkömmlichen Techniken, welche alle drei Strommessungen verwenden, nicht mehr durchgeführt werden können. Auch können in einigen herkömmlichen Techniken diese Fehlerkomponenten unter Verwendung einer schnellen Fourier-Transformation (engl. Fast Fourier Transformation) erhalten werden. Jedoch sind solche herkömmlichen Techniken nicht für Online-Diagnose anwendbar. In der offenbarten Ausführungsform wird ein Ansatz aller Referenzrahmen-Theorie zur Online-Fehlerermittlung, mit verbesserten Ergebnissen übernommen.
Zum Beispiel im Falle eines gebrochenen-Rotorstab-Fehlers (gemäß des ersten Variationsalgorithmus 300 von 3) kann der erfasste Strom in den korrekten Referenzrahmen, gemäß der folgenden Gleichung transformiert werden: $f_{b r o k e n b a r} = (1 \pm 2 k s) f_{1}$
Insbesondere kann, durch wirksames Einsetzen der verfügbaren Informationssignale (wie die Motordrehzahl von einem Drehmelder oder einem Rotorpositionssensor) welche in dem FOC-System vorhanden sind, der gemessene Strom zu einem Referenzrahmen, welcher bei (1-2s)f₁ rotiert, transformiert werden. In diesem Referenzrahmen wird die entsprechende Seitenbandkomponente bei (1-2s) f₁ als eine dc-Komponente auftreten, wohingegen der Rest der harmonischen Terme, welche in dem Motorstromsignal vorhanden sind, als ac-harmonische Komponenten auftauchen werden. Mit der Verwendung eines Tiefpassfilters kann die Amplitude dieser Seitenband-Komponente zur Fehlerschwerebewertung entnommen werden. In dem oben beschriebenen Beispiel wird die Seitenband-Komponente bei (1-2s)f₁ (oben als das LSB oder unteres Seitenband bezeichnet) als der Fehlerindikator ausgewählt, aufgrund zum Beispiel der Tatsache, dass die LSB-Komponente hauptsächlich mit dem gebrochener-Rotor-Stab-Fehler zusammenhängt, wohingegen die Seitenbandkomponente bei (1+2s)f₁ (oben als das USB oder oberes Seitenband bezeichnet) mit einem Drehzahlwelleneffekt als Ergebnis eines Rotorfehlers verbunden werden kann und diese USB-Komponente trägheitsabhängig ist. Zusätzlich kann das Vorhandensein des Wissens der Amplitude der LSB-Komponente wichtig zur Abschätzung der Schwere des Fehlers sein, zum Beispiel die Anzahl der gebrochenen Stäbe in dem Rotor in der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform von 3.
Auf dem Weg eines weiteren Beispiels können, in dem Fall von Rotorfehlerexzentrizitätsfehlern (entsprechend dem zweiten Variationsalgorithmus von 4) die offenbarten Verfahren und Systeme auch zum Diagnostizieren von RotorExzentrizitätsfehlern, unter der Verwendung des richtigen Fehlerreferenzrahmens ausgeweitet werden, dessen Frequenz in folgender Gleichung bereitgestellt wird: $f_{e c c e n t r i c i t y} = [1 \pm m (\frac{1 - s}{p / 2})] f_{1} = f_{1} \pm m f_{r}$
Durch Überwachung und Vergleich der Amplituden der Seitenbandkomponenten bei den entsprechenden Frequenzen, wie in dieser obigen Gleichung gegeben, mit den Basislinien-Intakt-Daten kann man einschätzen, ob es einen Exzentrizitätsfehler auf der Basis der Rate der Veränderungen der Seitenbandamplituden gibt, und kann auch Informationen über die Schwere eines solchen Exzentrizitätsfehlers des Rotors, wenn einer da ist, erhalten.
Dementsprechend stellen die offenbarten Verfahren und Systeme verbesserte Techniken zur Durchführung von Fehlerdiagnose von Rotoren von elektrischen Motoren, wie in der Automobilindustrie, bereit. Zum Beispiel können die offenbarten Verfahren und Systeme verbesserte Ergebnisse bereitstellen, weniger Sensoren und/oder weitere Vorrichtungen benötigen, und/oder können leichter und/oder kosteneffizienter im Vergleich mit vorherigen Techniken einzusetzen sein.
Es sollte klar sein, dass das offenbarte Verfahren und die Systeme von den in den Figuren dargestellten und hierin beschriebenen, abweichen können. Zum Beispiel können, wie oben erwähnt, bestimmte Elemente des elektrischen Systems 100 von 1, wie der Diagnoseblock 108, ein oder mehrere weitere Komponenten, und/oder Teile davon, variieren und/oder können ein Teil voneinander sein und/oder miteinander und/oder mit einem oder mehreren weiteren Systemen und/oder Vorrichtungen gekoppelt sein. Zusätzlich sollte klar sein, dass bestimmte Schritte des Rotordiagnoseprozesses 200, des ersten Variationsalgorithmus 300, des zweiten Variationsalgorithmus 400 und/oder Schritte, Komponenten und/oder Teile davon, von denen, welche in den 2-4 dargestellt sind, und/oder hierin in Verbindung damit beschrieben wurden, variieren und/oder gleichzeitig und/oder in einer unterschiedlichen Reihenfolge als der in 2-4 dargestellten und/oder hierin in Verbindung damit beschriebenen, durchgeführt werden. Es sollte gleichzeitig klar sein, dass die offenbarten Verfahren und Systeme in Verbindung mit vielen verschiedenen Arten von Fahrzeugen und/oder weiteren Vorrichtungen implementiert und/oder verwendet werden können.
Während mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden detaillierten Beschreibung dargelegt wurde, sollte klar sein, dass eine gewaltige Anzahl von Variationen existiert. Es sollte auch klar sein, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, nicht dafür vorgesehen sind, den Gebungsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration des beanspruchten Gegenstands auf irgend eine Weise zu beschränken. Stattdessen wird die vorhergehende detaillierte Beschreibung Fachleuten einen geeigneten Fahrplan zur Umsetzung der beschriebenen Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es sollte verstanden werden, das verschieden Veränderungen in der Funktion oder der Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne von dem Gegenstand der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen dargelegt ist, was bekannte Äquivalente oder vorhersehbare Äquivalente zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Patentanmeldung einschließt.

Claims

Verfahren zur Fehlerdiagnose für einen Rotor eines Elektromotors, wobei der Elektromotor auch einen Stator aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erzeugen, über einen Prozessor, eines erfassten Motorstroms für den Stator; Ermitteln, über den Prozessor, eines Drehmelderwinkels des Rotors; Ermitteln, über den Prozessor, eines Flusswinkels des Rotors; Ermitteln, über den Prozessor, dass der Transformationswinkel gleich dem Flusswinkel ist; Ausführen, über den Prozessor, einer Transformation des Motorstroms unter Verwendung des Transformationswinkels; Ermitteln, über den Prozessor, eines zweiten Transformationswinkels; und Ausführen, über den Prozessor, einer zweiten Transformation des Motorstroms unter Verwendung des zweiten Transformationswinkels; und Identifizieren, über den Prozessor, einer Fehlerbedingung auf Basis der Transformation und der zweiten Transformation; wobei das ermitteln des zweiten Transformationswinkels aufweist: Subtrahieren, über dem Prozessor, des Drehmelderwinkels von dem Flusswinkel, um dadurch einen Schlupfwinkel zu berechnen; und Berechnen, über den Prozessor, des zweiten Transformationswinkels unter Verwendung des Schlupfwinkels und des Flusswinkels, wobei der Schritt des Ausführens, über den Prozessor, der ersten Transformation den Schritt des Ausführens, über den Prozessor, der ersten Transformation unter Verwendung eines synchronen Referenzrahmens aufweist; und der Schritt des Ausführens, über den Prozessor, der zweiten Transformation den Schritt des Ausführens, über den Prozessor, der zweiten Transformation unter Verwendung eines Fehlerreferenzrahmens aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens, über den Prozessor, des Motorstroms für den Stator den Schritt aufweist: Erfassen, über den Sensor, des erfassten Stroms von lediglich einer Phase des Stroms, welcher von einem Sensor erhalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend den Schritt: Subtrahieren, über den Prozessor, des Drehmelderwinkels von dem Flusswinkel, um dadurch einen Schlupfwinkel zu berechnen; wobei der Schritt des Berechnens des Transformationswinkels den Schritt des Berechnens des Transformationswinkels, über den Prozessor, unter Verwendung des Schlupfwinkels und des Flusswinkels aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend den Schritt: Ausführen, über den Prozessor, einer Transformation des Flusswinkels, um dadurch einen transformierten Flusswinkel zu erzeugen, wobei der Schritt des Berechnens des Transformationswinkels den Schritt des Berechnens des Transformationswinkels, über den Prozessor, unter Verwendung des Schlupfwinkels und des transformierten Flusswinkels umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Berechnens eines Transformationswinkels aufweist: Berechnen, über den Prozessor, eines ersten Transformationswinkels unter Verwendung des Drehmelderwinkels, des Flusswinkels oder beiden und Berechnen, über den Prozessor, eines zweiten Transformationswinkels unter Verwendung des Schlupfwinkels und des Flusswinkels; weiter aufweisend Subtrahieren, über den Prozessor, des Drehmelderwinkels von dem Flusswinkel, um dadurch einen Schlupfwinkel zu erzeugen; wobei der Schritt eines Ausführens einer Transformation des Motorstroms aufweist: Ausführen, über den Prozessor, einer ersten Transformation des Motorstroms unter Verwendung des ersten Transformationswinkels, um dadurch eine erste Fehlerkomponente zu erzeugen und Ausführen, über den Prozessor, einer zweiten Transformation des Motorstroms unter Verwendung des zweiten Transformationswinkels, um dadurch eine zweite Fehlerkomponente zu erzeugen; weiter aufweisend: Berechnen, über den Prozessor, eines Fehlerindexes unter Verwendung der ersten Fehlerkomponente und der zweiten Fehlerkomponente; und Identifizieren, über den Prozessor, einer Fehlerbedingung unter Verwendung des Fehlerindexes.
Elektrisches System zur Verwendung in einem Fahrzeug, wobei das elektrische System aufweist: einen Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator; eine Energiequelle; ein Invertermodul, welches zwischen der Energiequelle und dem Stator gekoppelt ist, wobei das Invertermodul eingerichtet ist, eine angeordnete Spannung von der Energiequelle dem Stator des Elektromotors bereitzustellen; einen Stromsensor, welcher zwischen das Invertermodul und den Stator gekoppelt ist, wobei der Stromsensor dafür eingerichtet ist, den Strom durch den Stator zu erfassen, was den erfassten Strom ergibt; und ein Steuermodul, welches mit dem Invertermodul und den mehreren Stromsensoren gekoppelt ist, wobei das Steuermodul dafür eingerichtet ist: einen erfassten Strom für den Stator zu erzeugen; einen Drehmelderwinkel des Rotors zu ermitteln; einen Flusswinkel des Rotors zu ermitteln, einen ersten Transformationswinkel unter Verwendung des Drehmelderwinkels, des Flusswinkels oder beiden zu berechnen; den Drehmelderwinkel von dem Flusswinkel zu subtrahieren, um dadurch einen Schlupfwinkel zu erzeugen; einen zweiten Transformationswinkel unter Verwendung des Schlupfwinkels und des Flusswinkels zu berechnen; eine erste Transformation des Motorstroms unter Verwendung des ersten Transformationswinkels und unter Verwendung eines synchronen Referenzrahmens auszuführen, um dadurch eine erste Fehlerkomponente zu erzeugen; eine zweite Transformation des Motorstroms unter Verwendung des zweiten Transformationswinkels und unter Verwendung eines Fehlerreferenzrahmens auszuführen, um dadurch eine zweite Fehlerkomponente zu erzeugen; einen Fehlerindex als Verhältnis der zweiten Fehlerkomponente und der ersten Fehlerkomponente multipliziert mit der Anzahl der Stäbe auf dem Rotor zu berechnen; und eine Fehlerbedingung unter Verwendung des Fehlerindexes zu identifizieren.
Elektrisches System nach Anspruch 6, wobei das Steuermodul weiter eingerichtet ist: den erfassten Strom von lediglich einer Phase des Stroms zu erzeugen, welcher von einem Sensor erhalten wird und/oder eine Schwere der Fehlerbedingung auf Basis des Fehlerindexes abzuschätzen.