(57)【要約】本発明は、ブラシレスモータのエラーを検出するための方法に関する。第１のモータパラメータが測定または決定され、この第１のモータパラメータに基づいて第２の推定−モータパラメータが推定される。この第２の推定−モータパラメータは測定または決定された第２のモータパラメータと比較され、それによってモータのエラーが検出される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータのエラーを検出するための方法において、少なくとも１つの第１のモータパラメータが測定または決定され、この第１のモータパラメータに基づいて第２の推定−モータパラメータが推定されることと、この第２の推定−モータパラメータが測定または決定された第２のモータパラメータと比較され、比較に応じてモータのエラーが検出されることを特徴とする方法。
【請求項２】
第２の推定−モータパラメータがモデルに基づいて推定されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
モータトルクを生じる推定−電流またはそれから導き出された値が、第２の推定−モータパラメータとして推定され、第２のモータパラメータとしての、モータトルクを生じる目標−電流またはそれから導き出された値と比較されることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
モータトルクを生じる推定−電流またはそれから導き出された値が、少なくとも１つの相−モータ電流、好ましくは３相−モータ電流とモータの回転子位置または相位置に基づいて推定されることを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
固定子に対する回転子のその都度の実際の相位置変化を測定し、それから絶対相位置を決定することにより、モータの固定子に対する絶対回転子位置または相位置が決定されることを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
相電流が回転速度に比例する誘導された逆電圧を考慮して相電圧に基づいて推定されることを特徴とする、請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
モータの温度および／またはモータの巻線が測定され、推定−電流の推定時に一緒に考慮されることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
ブラシレスモータの要求されるトルクと、モータを制御する最終段の電流消費との間の比較に応じて、エラーが検出されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレス電動機のエラーを検出するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレス電動機または電子整流子を有する電動機は益々重要になってきている。この電動機は特に、多くの技術的用途において、ブラシ式電動機と置き換えられる。ブラシ式モータに対する利点は特に、摩耗する整流ブラシを省略したことによる保守整備コストの低減と、ブラシ接触抵抗によって生じる整流損失をなくしたことによる効率上昇にある。更に、“インテリジェントな”電子整流装置と関連して、ブラシ式モータでは不可能な機能または多大な機械的コストでもってのみ達成可能な機能を実現することができる。そのために、弱め界磁の範囲内での運転または弱め界磁モードでの運転と駆動トルクの非常に低い波形部の実現が必要である。
【０００３】
ブラシレスモータの場合、充分に安全で信頼性のある特有の機械式構成要素、ここでは整流子を有するモータの整流ブラシの機能が、メカトロアセンブリによって置き換えられるので、適当な手段によって、フェールセーフを確保すべきである。整流電子機器が比較的に複雑であるので、エラーが発生する可能性が比較的に高い。
【０００４】
特に電子整流モータの安全上重要な用途のために、確実なエラー検出が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、ブラシレスモータのエラー検出を可能にする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は独立請求項の特徴によって解決される。
【０００７】
本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。
【０００８】
ブラシレスモータのエラーを検出するための方法は本発明に従い、少なくとも１つの第１のモータパラメータの測定または決定を含んでいる。少なくとも１つのこの第１のモータパラメータに基づいて第２の推定−モータパラメータが推定される。この第２の推定−モータパラメータが測定または決定された第２のモータパラメータと比較される。比較に応じてモータのエラーが検出される。
【０００９】
従って、本発明は、電子整流装置を含むモータを全体試験のように監視することを提案する。例えばコントローラ監視および／または最終段監視のような部分構成要素監視を行わないで、モータのシステム全体を監視する。
【００１０】
従って、所望なモータ運動を生じる第１のクラスのエラーと、回転子の電子的な動作停止を生じ、回転運動がもはや不可能であるかあるいは大きな影響を受ける第２のクラスのエラーと、結果としてモータによってトルクの増大を不可能にする第３のクラスのエラーが検出される。
【００１１】
方法は好ましくは、電子整流子を有する３相の永久励磁式同期モータＳＭのエラー検出のために使用される。このモータは固定子巻線を有する固定子と回転子の主要構成要素を備え、更に制御ユニット、特にトランジスタインバータＴＷＲを備えている。このトランジスタインバータは固定子巻線の適当な通電を決定し、パワードライバを介して通電を調節する。
【００１２】
本発明では、第２の推定−モータパラメータがモデルに基づいて推定される。
【００１３】
本発明では、モータトルクを生じる推定−電流またはそれから導き出された値が、第２の推定−モータパラメータとして推定され、第２のモータパラメータとしての、モータトルクを生じる目標−電流またはそれから導き出された値と比較される。
【００１４】
本発明では、モータトルクを生じる推定−電流またはそれから導き出された値が、少なくとも１つの相−モータ電流、好ましくは３相−モータ電流とモータの回転子位置または相位置に基づいて推定される。
【００１５】
従って、目標トルクがトルクを生じる電流q sollを介して間接的に設定される。トルクを生じる電流q sollは、飽和効果を無視すると、定常状態でトルクＴに直接比例する。設定されたiq sollに基づく必要な通電パターンの検出は、固定子方向または極ホイール方向の電流制御によって行うことができる。
【００１６】
本発明では、固定子に対する回転子のその都度の実際の相位置変化を測定することにより、モータの固定子に対する絶対回転子位置または相位置が決定される。それから絶対相位置を決定することができる。
【００１７】
回転子の正確な角度位置または相位置は、絶対位置測定によって決定可能である。絶対測定システムは例えば、回転子を装着した軸に取付けられている。あらゆる時点で、ステータに対するロータの正確な角度位置が示される。絶対測定システムとして、例えば誘導測定器または回転可能なトランスフォーマまたはホールセンサのようないわゆるリゾルバを使用することができる。
【００１８】
固定子に対する回転子の正確な角度位置または相位置から、特に相電流を知ることによって、回転子に供給されるトルクを決定することができる。
【００１９】
本発明では、相電流が回転速度に比例する誘導された逆電圧を考慮して相電圧に基づいて推定される。
【００２０】
本発明では、モータの温度および／またはモータの巻線が測定され、推定−電流の推定時に一緒に考慮される。
【００２１】
本発明では、方法と装置が、ステア−バイ−ワイヤ−システムまたは電気式操舵補助システムのような操舵装置と、ブレーキ−バイ−ワイヤ−システムのようなブレーキシステムとのための、自動車の分野のブラシレスモータのために使用される。
【００２２】
本発明による方法により、ステア−バイ−ワイヤ−システムまたはブレーキ−バイ−ワイヤ−システムのアクチュエータの望ましくない運動（第１のクラスのエラー）、モータの回転子の電子的な作動停止（第２のクラスのエラー）またはトルクを上昇させないエラー（第３のクラスのエラー）を生じるエラーを検出することができる。
【００２３】
安全上重要なステア−バイ−ワイヤ−システムまたはブレーキ−バイ−ワイヤ−システムのために、アクチュエータを駆動するモータが好ましくは冗長的に形成されている。エラー検出後、エラーを含むモータの機能が冗長システムによって保証される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図（図１〜３）を参照して、本発明を例示的に詳しく説明する。
【００２５】
図１は、電子整流子を有する永久励磁型の三相の同期電動機SM 1を例にした本発明による方法を示している。同期電動機１はトランジスタインバータTWR 2を備えている。このトランジスタインバータは固定子巻線の適当な通電を決定し、パワードライバを介してモータ相電流iu 7，iv 8，iw 9を調節する。
【００２６】
目標トルクの設定は、トルクを生じる電流iq soll 3と界磁弱め電流id soll 4の設定によって直接行われる。
【００２７】
本発明では、トランジスタインバータ２を含めたモータ１が監視される。
【００２８】
そのために、トルクを生じる電流iq soll 6の要求目標値と、モータ相電流iu 10，iv 11，iw 12に関する情報が、監視ユニット５に送られる。
【００２９】
モータ相電流iu 10，iv 11，iw 12と、決定された機械的な回転子位置角度εR 13とに基づいて、トルクを生じる電流iq th 14の推定値が監視ユニット5,17によって決定される。これは好ましくは、トランジスタインバータ２のモデルに基づくシミュレーションによって行われる。
【００３０】
推定された値はモータ軸または駆動軸１５に理論的に供給されるトルク１６を間接的に示している。
【００３１】
推定された値iq thは電流制御回路の動特性を考慮して、エラー検出ユニット１７によって、トルクを生じる電流iq sollの目標値と比較される。iq thとiq sollの間に大きな偏差があると、アラーム18が出力される。固定子巻線と電流測定センサシステムのエラー（異常、故障）を考慮に入れるために、星形結線で運転されるモータの電流合計値がゼロであるかどうかが付加的にチェックされる。
【００３２】
iu＋iv＋iw＝０
モータ電流制御の動特性は、伝統的な方法でオブザーバ構造体またはパリティモデルによって考慮される。
【００３３】
所定の用途について、モータ電流制御の動特性は、アラーム出力の前に、応答時間を加えることによってのみ考慮される。これは図２に示してある。
【００３４】
図２はエラーを検出するための決定構造体17の一例を示している。両入力値iq soll 6,iq th 14から、差が求められる(19)。差の値は閾値sと比較される(20)。閾値は他の値に従って変更可能である(適応閾値)。方形整流のモータの場合、正弦整流するモータと比べて、大きな閾値が設定される。ステップ20で、差の値と閾値の間に大きな偏差が検出されると、タイマ21が始動する。大きな偏差がなくなると、タイマ21は再び値０まで減分される。設定されたカウンタレベルを上回ると、出力される(22)。
【００３５】
この方法によって、“重大な”エラーのできるだけ迅速な検出を実現することができる。正確なエラー場所および原因はこの用途にとってあまり重要ではない。従って、本発明の方法は先ず最初に、特に上記の３つのエラークラスの迅速なエラー検出のために適している。この場合、エラークラスの発生だけが示される。更に、拡張によってエラー場所およびエラー原因を示すことができ、これを方法に統合することができる。
【００３６】
当該のアクチュエータ、例えば駆動軸15を駆動するモータ１は、エラーが検出されたときに、“集団的”なエラー処理の形態で停止され（フェールサイレント状態）、冗長システムが作動させられる。
【００３７】
詳細なエラー診断は、開始された修理の範囲内でまたは停止した後で自動的に、そのために適した運転状態で、適当なアルゴリズムまたは手順によって行われる。
【００３８】
本発明の特別な効果は、制御ユニット２の機能不良によって生じる前述のすべてのクラスのエラー（自動的な運動、電気的な作動停止、モータのエラー）が、エラーの原因の場所に関係なく、電流合計検査と関連して、全体試験の原理によって検出可能であることにある。このエラーの原因は例えば目標値誤伝送、欠陥のあるロータ位置センサシステムまたはモータ１を制御するための欠陥のある最終段である。
【００３９】
ブラシレスモータ１は普通の機能からの偏差を示すエラーによって障害を生じ得るがしかし、モータ１のトルク発生は、制御ユニット２の増幅係数の低下を生じるエラーのように、損なわれないかまたは少しだけしか損なわれない。方法によってエラーが報告されないかぎりは、アクチュエータ１を停止する必要はない。出力トルクはほぼ設定目標値に一致する。この場合、エラーは制御ユニット２によって補正される。このエラーは制御回路の“頑強性”によって受け止められ、対策を必要としない。
【００４０】
エラー検出の動特性はモータ電流制御の時定数のオーダー内にあり、それによって通常は≪１０ｍｓである。従って、モータ電流情報の評価をしないで、その代わりにロータ加速度、ロータ速度またはロータ位置のよな純機械的なアクチュエータ値を使用する方法よりも速い。
【００４１】
エラー検出法は更に、電子整流子と位置センサシステムを備えたモータにおいて、モータ制御の実行原理に関係なく普遍的に使用可能であり、従って極ホイール方向および固定子方向の制御のために使用可能である。
【００４２】
この場合、トルクの方向だけしか評価しない方法と異なり、トルクを増幅または縮小することになるエラーが検出されるという利点がある。例えば、波状の駆動トルクを生じるエラーを検出することができる。これは特に、使用者との触覚的なインターフェースを有するシステム、例えば電気サーボ操舵システムまたは手動トルクアクチュエータを備えたステア・バイ・ワイヤ・システムの場合に重要である。
【００４３】
モータエラーを検出するための考えられる他の方法と異なり、本発明は、モータトルクを推定することによって、モータがその本来の機能（トルク発生）を満たすかどうかおよびどのように満たすか、そして場合によっては平行に作動するエラー検出法によって推奨される停止をやめることができるどうかについて重要な情報を供給する。これはシステム全体の使用可能性を高める。
【００４４】
図３は変形された方法を示している。モータ制御ユニット２の最終段２６によって加えることが可能である、決定するのが面倒な相電流iu 7，iv 8，iw 9の代わりに、この相電流が、回転速度に比例して導かれた逆電圧を考慮して簡単に決定可能な相電圧uu 23，uv 24，uw 25に基づいて推定され、アルゴリズムに供される。
【００４５】
例えば温度に依存する非線形のモータ定数、温度に依存する巻線抵抗および相電圧の高い変動割合によって、不確定要素が増大するために、大きな閾値が生じ、その結果エラー検出時間が長くなる。更に、巻線温度および／またはモータ温度ρ 28とロータ速度ωR 29が検出され、評価される。入力値から、モータモデル30に基づいて、モータ相電流iu,th31，iv,th 32，iw,th 33が推定され、入力値として監視ユニット34に供給される。モデルに基づく制御ユニット27のシミュレーションを基礎として、トルクを生じる電流iq thが決定される。この場合、決定された機械的なロータ位置角度εRが他の入力値として役立つ。そして、トルクを生じる電流iq thの推定値がエラー検出部36に供給される。
【００４６】
変形されたこの方法は、電流測定が不要であるだけでなく、制御ユニット内のエラーに加えて、固定子内の巻線短絡も検出可能であるという利点を有する。
【００４７】
前述の実施の形態の場合、トルクを生じる電流iq sollの目標値がモデルに供給されるのではなく、この電流が相電流(図1)または相電圧(図3)に基づいて推定される。これはその表現度や解釈可能性によって有利である。
【００４８】
同様に、ブラシレスモータの要求トルクと最終段の電流消費との関係をエラー検出のために利用する方法が考えられる。iq sollの高い値を生じない、最終段の大きな電流消費は、エラーを示唆している。最終段の電流消費なしのiq sollの大きな値は同様に、妥当ではないと判断され、それによってエラーを示唆する。大きな不確定要素に基づいて、エラーを検出するための決定閾値が再度上昇し、その結果軽微なエラーは検出されないままになる。トルクの回転方向に関する情報が得られないという欠点がある。目標値の正負符号を逆にする重要なエラーは検出されないままである。比較的に簡単なこの方法は、所定の用途のために、安全性上きわめて重要なシステムにおける付加的なエラー検出方法として設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による方法を概略的に示す図である。
【図２】エラー決定に関する、本発明による方法の一部を示す図である。
【図３】電動機の相電圧に基づいて監視を行う、本発明による方法の変形を概略的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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