DE102014215130A1

DE102014215130A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Fehlers in einem elektronisch kommutierten Elektromotor

Info

Publication number: DE102014215130A1
Application number: DE102014215130.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schmaus; Markus Dietrich; Martin Zimmermann; Francis Moebs
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2015-02-05
Also published as: US10162009B2; KR20160039247A; DE112014003578A5; KR102215985B1; WO2015014362A1; US20160178699A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Fehlers in einem elektronisch kommutierten Elektromotor, bei welchem in jeder Motorphase mindestens eine Statorspule des Elektromotors parallel verschaltet ist, wobei eine Motorphase bestromt wird und der durch diese Motorphase fließende Strom gemessen wird. Bei einem Verfahren, bei welchem ein Defekt des Elektromotors zuverlässig erkannt wird, werden die drei Motorphasen nacheinander bestromt und der während dieser Bestromung auftretende Strom der einzelnen Motorphasen gemessen, wobei die in den drei Motorphasen gemessenen Ströme miteinander verglichen werden und auf einen Defekt des Elektromotors erkannt wird, wenn die gemessenen Ströme voneinander abweichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Fehlers in einem elektronisch kommutierten Elektromotor, bei welchem in jeder Motorphase mindestens eine Statorspule des Elektromotors parallel verschaltet ist, wobei eine Motorphase bestromt wird und der durch diese Motorphase fließende Strom gemessen wird.
Aus der DE 10 2011 083 217 A1 ist ein Verfahren zur Überprüfung der Phasen eines elektronisch kommutierten Elektromotors bekannt. Bei diesem zu überprüfenden Elektromotor sind die jeweils zwei Spulen, welche in jeder Motorphase des Elektromotors angeordnet sind, in Reihe geschaltet. Um eine Phasenunterbrechung zuverlässig zu erkennen, werden nacheinander mindestens zwei Kommutierungsschritte des Elektromotors angestoßen und bei jedem Kommutierungsschritt eine Strommessung durchgeführt. Wird in einer Motorphase dabei bei der Strommessung eines Stromausfalls detektiert, wird auf eine Unterbrechung der Motorphase geschlossen.
Es gibt aber auch Elektromotoren, bei welchen die beiden Spulen in der jeweiligen Motorphase parallel verschaltet sind. Bei einem Fehler einer solchen parallel verschalteten Spule findet aber weiter ein Stromfluss statt. Der Elektromotor läuft dadurch immer noch, aber mit nur reduzierter Leistungsfähigkeit. Wird dieser defekte Elektromotor wie ein funktionsfähiger betrieben, können schwerwiegende Folgeschäden am Elektromotor entstehen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung eines Fehlers in einem elektronisch kommutierten Elektromotor anzugeben, bei welchem in jeder Motorphase zwei Statorspulen des Motors parallel verschaltet sind, bei dem ein Defekt in einer Motorphase zuverlässig erkannt wird, obwohl der Motor noch weiter läuft.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die drei Motorphasen nacheinander bestromt werden und der während dieser Bestromung in der jeweiligen Motorphase fließende Strom gemessen wird, wobei die in den drei Motorphasen gemessenen Ströme verglichen werden und auf einen Defekt des Elektromotors erkannt wird, wenn die gemessenen Ströme voneinander abweichen. Die Abweichung der Ströme kann dabei je nach Verschaltung positiv oder negativ sein. Es ist aber immer zuverlässig darauf zu schließen, dass eine Motorphase, d. h. insbesondere eine der parallel verschalteten Spulen in der jeweiligen Motorphase, defekt ist. Durch das Messen der drei Motorphasen direkt hintereinander können Umwelteinflüsse eliminiert werden und die relativ hohen Unterschiede in den Strömen direkt detektiert werden.
Vorteilhafterweise wird bei einer Abweichung eines, in einer ersten Motorphase gemessenen ersten Stromes von den beiden Strömen, die in den anderen beiden Motorphasen gemessen werden, auf einen Defekt einer Spule in der ersten Motorphase geschlossen. Bei einer defekten Spule in einer Parallelverschaltung treten relativ große Unterschiede in den Strömen auf. Allerdings muss dabei zwischen einer Dreieckschaltung und einer Sternschaltung unterschieden werden.
In einer Ausgestaltung wird bei einer Dreieckschaltung der drei Motorphasen die Motorphase als defekt erkannt, bei welcher der direkt über der Motorphase gemessene Strom niedriger ist, als der Strom, welcher gemeinsam über den beiden anderen in Reihe geschalteten Motorphasen gemessen wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei einer Dreieckschaltung sich der Klemmenwiderstand aus den Beträgen aller drei Motorphasen berechnet. Dadurch ändert sich der Klemmwiderstand in allen Bestromungsfällen.
In einer Alternative wird bei einer Sternschaltung der drei Motorphasen die Motorphase als defekt erkannt, bei welcher der gemessene Strom höher ist als der in den beiden anderen Motorphasen getrennt gemessene Strom. Hier entspricht der Klemmwiderstand gerade zwei in Reihe verschalteten Phasen, weshalb sich der Strom, welcher durch eine Phase mit defekter Spule fließt, sich anders verhält als der Strom, welcher durch die zwei verbleibenden Phasen mit korrekt arbeitenden Spulen fließt.
In einer Variante werden die drei Motorphasen zur Strommessung mit der gleichen Spannung beaufschlagt. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, da für die Strommessung dieselben Ausgangsbedingungen an den drei Motorphasen des Elektromotors vorhanden müssen, damit die gemessenen Ströme vergleichbar sind.
In einer Weiterbildung wird der Elektromotor nach Feststellung eines Fehlers in einen Notbetrieb umgeschaltet. Durch einen solchen Notbetrieb kann eine weitere Schädigung des Elektromotors, beispielsweise durch Überhitzung, zuverlässig verhindert werden.
In einer Ausführungsform wird zur Strommessung ein Steuergerät verwendet, welches die Überprüfung der Motorphasen in einem Diagnosemodus durchführt. Vorteilhafterweise ist dies dasselbe Steuergerät, welches zur Ansteuerung des Elektromotors vorgesehen ist. In dem Steuergerät selbst ist dabei ein Messwiderstand verbaut, welcher zur Strommessung an den einzelnen Motorphasen genutzt wird. Dadurch stellt das vorgeschlagene Verfahren eine besonders kostengünstige Methode dar, um Defekte an dem elektrisch kommutierten Elektromotor feststellen zu können.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
1: Prinzipdarstellung eines elektrohydraulischen Kupplungssystems,
2: ein Ausführungsbeispiel für eine Dreiecksverschaltung der Motorphasen des Elektromotors,
3: ein Ausführungsbeispiel für eine Sternverschaltung der Motorphasen des Elektromotors.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist ein elektrohydraulisches Kupplungssystem dargestellt, wie es heute in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Ein solches Kupplungssystem weist einen Hydrostataktor 1 auf, wie er beispielsweise aus der DE 10 2010 047 801 A1 bekannt ist. Dieser Hydrostataktor 1 umfasst ein Aktorgehäuse 2, in dem ein Kolben 3 beweglich angeordnet ist. Der Kolben 3 wird von einem elektrisch kommutierten Elektromotor 4 angetrieben, der von einem Steuergerät 5 über eine Endstufe 6 angesteuert wird. Die Endstufe 6 ist dabei im Aktorgehäuse 2 angeordnet.
Über eine Hydraulikleitung 7 ist der Hydrostataktor 1 mit einem Nehmerzylinder 8 verbunden, welcher eine Kupplung 9 bewegt. Die Verstellung der Position der Kupplung 9 erfolgt aufgrund des Antriebes des in einem nicht weiter dargestellten Geberzylinder angeordneten Kolbens 3 durch den Elektromotor 4 im Hydrostataktor 1.
Im Betrieb der Kupplung 9 wird der Elektromotor 4 von dem Steuergerät 5 in einem Kommutierungsmodus angesteuert, wobei der Elektromotor 4 über drei Phasen U; V; W verfügt. In 2 ist beispielhaft eine Dreieckverschaltung der Motorphasen U, V, W des Elektromotors 4 gezeigt. Jede Motorphase U, V, W enthält dabei zwei parallel zueinander verschaltete Statorspulen 10, 11; 12, 13; 14, 15 des Elektromotors 4. Die Spulen 10, 11; 12, 13; 14, 15 sind dabei identisch und besitzen denselben Widerstand R_sp. Je nachdem, ob eine Motorphase U, V, W eine defekte oder normal funktionierende Spule 10, 11; 12, 13; 14, 15 enthält, ändert sich der Widerstand der Phase.
Der Widerstand bei einer defekten Phase R_Phase,def beträgt R_Phase,def = R_sp
Der Widerstand der normalen Phase R_Phase entspricht R_Phase = 1 / 2R_sp.
Bei einer Strommessung wirkt ein Klemmenwiderstand R_gesamt,1 beispielsweise zwischen den Klemmen A und B von
Der Klemmenwiderstand R_gesamt,2, welcher bei einer Strommessung zwischen den Klemmen A, C bzw. B, C erhalten wird, beträgt
Der nach dem ohmschen Widerstand zwischen den Klemmen A und B fließende Strom I_Leiter,1 beträgt
Der Strom I_Leiter,2, welcher zwischen den Klemmen A und B gemessen wird, welcher aber über die zwei Motorphasen V (Klemme B und C) und W (Klemme C und A) detektiert wird, ergibt:
Die Abweichung des Stromes I_Leiter,1, der durch die Motorphase U fließt, in welcher die defekte Spule 10 enthalten ist, beträgt
Befindet sich die defekte Spule 10 direkt zwischen den Klemmen A, B unter gleicher Spannung, steigt der Widerstand um den Faktor 3/2. In den beiden anderen Fällen um den Faktor 9/8. Werden nun nacheinander die drei Phasen bestromt, ist der Strom, wenn sich die defekte Spule 10 direkt zwischen den Klemmen A, B befindet, um 1/3 geringer als in den beiden Fällen, bei welchen die beiden anderen Motorphasen V, W ausgemessen werden.
Bei einer Sternschaltung, wie sie in 3 dargestellt ist, entspricht der Klemmenwiderstand R_gesamt zwischen den Klemmenpunkten A, B, C gerade zwei in Reihe verschalteten Motorphasen U, V, W. Ist nun in einer dieser Motorphasen U, V, W eine der beiden parallelen Spulen 10, 11 defekt, steigt der Klemmenwiderstand R_gesamt um einen Faktor 3/2. Der gemessene Strom I_Leiter,1 in der Motorphase U reduziert sich somit bei unveränderter Ansteuerspannung auf 2/3 des Stromes I_Leiter,2 im Normalzustand. Werden nun nacheinander die drei Motorphasen U, V, W bestromt, ist bei der Bestromung ohne defekte Spule der Strom I_Leiter,1 um 50% höher als wenn die defekte Motorphase U bestromt wird, im Vergleich zu den anderen beiden Motorphasen V, W.
Auch bei der Sternverschaltung gilt, dass der Widerstand der defekten Phase R_Phase,def R_Phase,def = R_sp ist.
Der Widerstand der normalen Phase R_Phase beträgt R_Phase = 1 / 2R_sp.
Der Klemmenwiderstand R_gesamt zwischen den Klemmenpunkten B und C entspricht dabei R_gesamt = 2·R_Phase = R_sp.
Der Klemmenwiderstand R_gesamt, welcher zwischen den Klemmenpunkten A, B und A, C, wo jeweils eine Parallelschaltung mit einer defekten Spule 10 enthalten ist, gemessen wird, beträgt R_gesamt,2 = R_Phase + R_Phase,def = 3 / 2R_sp.
Der Strom I_Leiter,1, welcher zwischen der normalen Motorphase V und den Klemmenpunkten B und C gemessen wird, beträgt
Der an den defekten Spulenphasen gemessene Strom zwischen den Klemmen A, B und A, C beträgt
Die Abweichung der Ströme beträgt dabei
Mit dieser Methode kann zuverlässig auch bei elektronisch kommutierten Elektromotoren, die in jeder Motorphase eine Parallelschaltung zweier Statorspulen aufweist, festgestellt werden, ob der Elektromotor korrekt arbeitet.
Bezugszeichenliste

1: Hydrostataktor
2: Aktorgehäuse
3: Kolben
4: Elektromotor
5: Steuergerät
6: Endstufe
7: Hydraulikleitung
8: Nehmerzylinder
9: Kupplung
10: Spule
11: Spule
12: Spule
13: Spule
14: Spule
A: Klemmenpunkt
B: Klemmenpunkt
C: Klemmenpunkt
U: Motorphase
V: Motorphase
W: Motorphase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011083217 A1 [0002]
DE 102010047801 A1 [0018]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Fehlers in einem elektronisch kommutierten Elektromotor, bei welchem in jeder Motorphase (U, V, W) mindestens eine Statorspule (10, 11; 12, 13; 14, 15) des Elektromotors (4) parallel verschaltet ist, wobei eine Motorphase (U, V, W) bestromt wird und der durch diese Motorphasen (U, V, W) fließende Strom gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Motorphasen (U, V, W) nacheinander bestromt werden und der während dieser Bestromung auftretende Strom der einzelnen Motorphasen (U, V, W) gemessen wird, wobei die in den drei Motorphasen (U, V, W) gemessenen Ströme miteinander verglichen werden und auf einen Defekt des Elektromotors (4) erkannt wird, wenn die gemessenen Ströme voneinander abweichen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung eines, in einer ersten Motorphase (U) gemessenen ersten Stromes von den beiden Strömen, die in den beiden anderen Motorphasen (V, W) gemessen wurden, auf einen Defekt einer Spule (10) in der ersten Motorphase (U) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Dreieckschaltung der drei Motorphasen (U, V, W) die Motorphase (U) als defekt erkannt wird, bei welcher der direkt über der Motorphase (U) gemessene Strom niedriger ist als der Strom, welcher über zwei, in Reihe geschaltete Motorphasen (V, W) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Sternschaltung der drei Motorphasen (U, V, W) die Motorphase (U) als Defekt erkannt wird, bei welcher der gemessene Strom höher ist als der in den beiden anderen Motorphasen (V, W) getrennt gemessene Strom.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Motorphasen (U, V, W) zur Strommessung mit der gleichen Spannung beaufschlagt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4) nach Feststellung eines Fehlers in einem Notbetrieb umgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strommessung ein Steuergerät (5) verwendet wird, welches die Überprüfung der Motorphasen (U, V, W) in einem Diagnosemodus durchführt.