(57)【要約】【課題】簡単かつ費用対効果に優れた電気駆動装置（１４）のトルクのフェールセーフ監視方法を提供する。【解決手段】電気駆動装置（１４）の第１の駆動電流（Ｉａ）および第２の駆動電流（Ｉｂ）をそれぞれ表す第１の測定信号（３２ａ）および第２の測定信号（３２ｂ）が測定装置（３２）によって測定される。これら第１および第２の測定信号（３２ａ、３２ｂ）の関数として、磁界生成直軸電流成分（Ｉｄ）およびトルク生成横軸電流成分（Ｉｑ）が決定され、運動変量の実際値が決定される。測定装置（３２）の検査を行う規定の試験パターン（６４）を形成する可変試験電流成分（６６）を用いて上記駆動電流（Ｉａ、Ｉｂ）の少なくとも一方が生成される。この試験電流成分（６６）は、上記規定の試験パターン（６４）が直軸電流成分（Ｉｄ）中に現れる一方、当該試験パターンが横軸電流成分（Ｉｑ）には実質的に含まれないように選択される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部（１６）および可動部（１８）を有する電気駆動装置（１４）の運動変量のフェイルセーフ監視方法において、
前記運動変量の公称値（ｎ＊）の関数として第１の駆動電流（Ｉａ）および少なくとも１つの第２の駆動電流（Ｉｂ）を生成する工程と、
前記第１および第２の駆動電流（Ｉａ、Ｉｂ）によって、前記可動部（１８）を動作させる交番磁界（２６）を前記駆動装置（１４）に生成する工程と、
測定装置（３２）によって、前記第１の駆動電流（Ｉａ）を表す第１の測定信号（３２ａ）を測定するとともに、前記第２の駆動電流（Ｉｂ）を表す第２の測定信号（３２ｂ）を測定する工程と、
前記第１および第２の測定信号（３２ａ、３２ｂ）の関数として磁界生成直軸電流成分（Ｉｄ）およびトルク生成横軸電流成分（Ｉｑ）を決定する工程と、
前記第１および第２の測定信号（３２ａ、３２ｂ）の関数として前記運動変量の実際値を決定する工程と、を含み、
前記測定装置（３２）の検査を行う規定の試験パターン（６４）を形成する可変試験電流成分（６６）を用いて前記駆動電流（Ｉａ、Ｉｂ）の少なくとも一方が生成され、前記規定の試験パターン（６４）が前記直軸電流成分（Ｉｄ）中に現れる一方、前記試験パターン（６４）が前記横軸電流成分（Ｉｑ）には実質的に含まれないように前記試験電流成分（６６）が選択されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記測定信号（３２ａ、３２ｂ）の少なくとも一方が単一チャンネルで測定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記規定の試験パターン（６４）が実質的にパルス状の信号であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２の駆動電流（Ｉａ、Ｉｂ）が、少なくとも前記直軸電流成分（Ｉｄ）を被制御変数として用いる制御閉ループ（４４）によって生成されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記試験電流成分（６６）が前記制御ループ（４４）の可変公称値（Ｉｄｔｅｓｔ）によって生成されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記可変公称値（Ｉｄｔｅｓｔ）が前記試験パターン（６４）を形成することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記試験電流成分（６６）が、前記直軸電流成分（Ｉｄ）の関数として故障信号（５６）を生成するように構成されたフェイルセーフ回路要素（５４）によって生成されることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２の駆動電流（Ｉａ、Ｉｂ）が、前記フェイルセーフ回路要素（５４）が集積された駆動制御装置（１２）によって生成されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記運動変量が前記横軸電流成分（Ｉｑ）に比例し、前記横軸電流成分（Ｉｑ）が規定の閾値（Ｍｍａｘ）を超える場合に故障信号（５６）が生成されることを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記運動変量の実際値がさらに、回転速度に応じたセンサー信号を生成するセンサー（２４）によって決定されることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサー信号の関数として、前記可動部（１８）の動作位置を表すセンサー独立の位置信号（Ｐｎｏｒｍ）が決定されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
機械式ブレーキ（２２）の規定の制動トルクよりも大きな駆動トルクが前記第１および第２の駆動電流（Ｉａ、Ｉｂ）によって生成され、前記運動変量が前記可動部（１８）の停止を表すことを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
固定部（１６）および可動部（１８）を有する電気駆動装置（１４）の運動変量のフェイルセーフ監視装置において、
前記運動変量の公称値（ｎ＊）の関数として第１の駆動電流（Ｉａ）および少なくとも１つの第２の駆動電流（Ｉｂ）を生成する駆動増幅器（２８）と、前記第１および第２の駆動電流を前記駆動装置（１４）にそれぞれ供給して、前記可動部（１８）を動作させる交番磁界（２６）を前記駆動装置（１４）に生成する第１の電流路（３０ａ）および少なくとも１つの第２の電流路（３０ｂ）と、前記第１の駆動電流（Ｉａ）を表す第１の測定信号（３２ａ）を決定するとともに、前記第２の駆動電流（Ｉｂ）を表す第２の測定信号（３２ｂ）を決定する測定装置（３２）と、前記第１および第２の測定信号（３２ａ、３２ｂ）の関数として磁界生成直軸電流成分（Ｉｄ）およびトルク生成横軸電流成分（Ｉｑ）を決定する変換器（３４）と、前記第１および第２の測定信号（３２ａ、３２ｂ）の関数として前記運動変量の実際値を決定する監視回路（５４）とを備え、
前記駆動電流（Ｉａ、Ｉｂ）の少なくとも一方に重畳される可変試験電流成分（６６）を生成するように構成された試験電流発生器（４０）であって、前記試験電流成分（６６）が前記測定装置（３２）の検査を行う規定の試験パターン（６４）を形成するとともに、前記規定の試験パターン（６４）が前記直軸電流成分（Ｉｄ）中に現れる一方、前記試験パターン（６４）が前記横軸電流成分（Ｉｑ）には実質的に含まれないように前記試験電流成分（６６）が選択されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定部および可動部を有する電気駆動装置の運動変量のフェイルセーフ監視方法および監視装置に関し、特に、工作機械、ロボット、コンベヤベルト、または自動開閉扉等、自動的に動作する機械または設備上の危険領域を保護する電気駆動装置のフェイルセーフ監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような機械または設備の危険領域は、防護フェンスや光バリア等、危険領域への直接アクセスの防止および／または危険領域進入時の機械または設備の停止を行う装置によって保護される場合が多い。しかし、たとえば機械上での自動化工程シーケンスの設定または自動扉の場合等、危険領域へのアクセスが完全に防止されていない状況が存在する。このような状況でも傷害の危険性を最小限に抑えるため、回転速度および／または駆動トルク等、危険を引き起こす駆動装置の運動変量を規定の最大値に制限することが知られている。たとえば、工作機械は、防護扉が開いている場合、低い制限速度で動作可能である。このような状況で人々の安全を確保するには、動作中の駆動装置の危険な運動変量をフェイルセーフ的に監視する必要がある。
【０００３】
フェイルセーフ監視は通常、運動変量を少なくとも二重に監視し、各監視結果を相互比較することによって実現される。駆動装置の危険な運動は、冗長な監視結果が一致する場合に限って許可される。
下記特許文献１は、同期駆動装置または非同期駆動装置の回転速度を監視する冗長安全装置を提案しており、一方側の回転は、駆動軸に接続された回転速度センサーによって検出される。この回転速度センサーは、駆動制御ループの入力変数として瞬時回転速度を生成する。また、駆動装置のいわゆる３相のうちの２相について、駆動電流が測定される。測定された駆動電流は、磁界生成直軸電流成分およびトルク生成横軸電流成分に変換される。回転速度センサーからの回転速度信号を用いて決定される加速度値に対する電流値の妥当性比較を行うと、冗長監視システムの故障が検出可能となる。
【０００４】
下記特許文献２は、電気駆動装置の速度のフェイルセーフ監視を行うさらに別の装置および方法を開示している。この装置は、違う方法で監視を行う２つのプロセッサを有しており、監視結果の相互比較が可能である。第１のプロセッサは、閉ループ回転速度制御用の通常の制御アルゴリズムを処理するとともに、推定または測定した回転速度値を用いて監視を実行する。第２のプロセッサは、測定した電流値または制御電圧の復元値を用いて、駆動電流を生成するいわゆる周波数変換器の瞬時出力周波数を決定する。この方法および装置によれば、別個の回転速度センサーを設ける必要がなくなる。下記特許文献３にも同じような装置が記載されている。
【０００５】
上記３つの装置および方法は、主に回転速度ひいては駆動速度の監視に用いられる。規定のトルクを維持するための監視を提供するものではない
下記特許文献４は、電気駆動装置の最大トルクの冗長監視方法および装置を開示している。あるチャンネルでは、駆動電流を用いて瞬時トルクが決定される。また、第２のチャンネルでは、瞬時回転速度および電気駆動装置の特性を用いて瞬時トルクが推定される。この場合も、回転速度は回転速度センサーにより決定される。したがって、この既知の方法では、トルク監視に別個の回転速度センサーが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１００３５７８３Ａ１号
【特許文献２】独国特許出願公開第１０１６３０１０Ａ１号
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００５０４５２８４Ａ１号
【特許文献４】独国特許第４２３４５０１Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記背景に対して、本発明は、簡単かつ費用対効果に優れたトルクのフェイルセーフ監視等、電気駆動装置の運動変量のフェイルセーフ監視を可能とする上記のような方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、上記の目的は、測定装置の検査を行う規定の試験パターンを形成するとともに、当該規定の試験パターンが直軸電流成分中に現れる一方、当該試験パターンが横軸電流成分には実質的に含まれないように選択される試験電流成分により少なくとも駆動電流の一方が生成される、特許請求の範囲記載の方法によって達成される。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、上記の目的は、駆動電流の少なくとも一方に重畳される可変試験電流成分を生成するように構成された試験電流発生器をさらに備え、当該試験電流成分が測定装置の検査を行う規定の試験パターンを形成するとともに、当該規定の試験パターンが直軸電流成分中に現れる一方、当該試験パターンが横軸電流成分には実質的に含まれないように当該試験電流成分が選択される、特許請求の範囲記載の装置によって達成される。
【００１０】
上記本発明の方法および装置は、第１および／または第２の駆動電流に重畳される「人工的に生成された」試験パターンを使用するという着想に基づいている。通常、この試験パターンは、３相で動作する駆動装置の３つの駆動電流すべてに重畳される。また、この試験パターンは、既知の周波数、位相角、振幅、信号形態等の規定かつ既知の特性を有しており、測定装置が正しく動作しているか否かの検査に利用可能である。測定装置が正しく動作している場合は、駆動電流のみで運動変量を監視すれば十分である。そして、（付加的な）回転速度センサーまたは第２の冗長測定経路を設ける必要がなくなるため、費用対効果に優れた非常にコンパクトな実装が可能となる。
【００１１】
ただし、上記本発明の方法および装置は、未規定の任意の試験パターンを駆動電流に重畳して測定装置の動作を検査することにのみ基づくものではなく、規定の試験パターンが原則として（計算により決定される）直軸電流成分中にのみ現れるように選択される特定の試験信号を使用する。この試験パターンは、駆動電流の横軸電流成分には全く含まれないことが好ましい。すなわち、直軸電流成分中にのみ現れ、横軸電流成分には一切影響を及ぼさないことが好ましい。ただし、技術および／または費用に応じた問題によって、試験パターンのごく一部が横軸電流成分中にも現れる可能性が排除されるわけではない。一方、上記本発明の方法および装置は、主として直軸電流成分が試験パターンを含むため、その評価により測定装置の検査を行うという着想に基づいている。
【００１２】
試験パターンが直軸電流成分に集中することにより、試験電流成分は、駆動電流のトルク生成成分にほとんど影響を及ぼさないか、あるいは一切影響を及ぼさないことになる。このため、電気駆動装置のトルク（および、その結果としての回転速度または加速度等のその他運動変量）には、試験パターンの影響が及ばない。すなわち、駆動装置の運動変量、特にトルクは、試験パターンによって変化しない。変化するとしても、無視できる程度である。
【００１３】
以上により、上記本発明の方法および装置は、電気駆動装置のトルクを優れた費用対効果でフェイルセーフ的に監視するのに非常に好適である。さらに、その一方で、上記本発明の方法および装置は、駆動装置のその他の運動変量の費用対効果に優れたフェイルセーフ監視に利用してもよい。これにより、上記の目的は完全に達成される。
本発明の好適な改良形態においては、上記測定信号の少なくとも一方が単一チャンネルで測定される。測定装置は、各測定信号について単一チャンネル状に構成されていることが好ましい。すなわち、上記第１および第２の駆動電流がそれぞれ、単一チャンネルで測定されることが好ましい。この結果、２つの駆動電流のそれぞれについて、規定の時点における駆動電流の瞬時値を表す単一の測定値または単一の測定信号が得られる。
【００１４】
単一チャンネルの測定装置は、各測定信号が冗長記録される２チャンネルまたは多チャンネルの測定装置よりもはるかに費用対効果に優れた実装が可能である。ただし、単一チャンネルの測定装置は原理上、測定値が誤って記録され、そのことが認識されない危険性がある。上記本発明の方法および装置では、試験電流成分によって測定装置を定期的に試験することでこの危険性を克服している。結果として、上記本発明の装置および方法によれば、費用対効果に優れた単一チャンネルの測定値記録によって、電気駆動装置の運動変量の安全に関する監視が可能となる。
【００１５】
別の改良形態においては、上記規定の試験パターンが実質的にパルス状の信号である。
上記改良形態においては、規定の時間間隔で連続する複数のパルスが試験パターンに含まれる。試験パルスが連続する間隔は、一定または不規則のいずれも可能である。一部の実施形態においては、パルス列の周波数が１〜５０ｋＨｚである。単一の試験パルスのパルス幅は、パルス列の持続機関に比べて非常に短いと好ましい。パルス状の試験パターンは、非常に簡単かつフェイルセーフ的に評価可能である。さらに、このような試験パターンによれば、試験電流成分が駆動電流および監視対象の運動変量に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００１６】
別の改良形態においては、上記第１および第２の駆動電流が、少なくとも上記直軸電流成分を被制御変数として用いる制御閉ループによって生成される。
上記改良形態によれば、上記本発明の方法および装置を非常に高い洗練度かつ費用対効果で実装可能である。これは、試験パターンが重畳される直軸電流成分が如何なる場合にも被制御変数として存在することにより、容易に評価可能となるためである。上記改良形態にはさらに、閉ループ制御系によって試験パターンが運動変量の生成に及ぼす遅れ影響が低減されるという利点がある。
【００１７】
別の改良形態においては、上記試験電流成分が上記制御ループの可変公称値によって生成される。
上記改良形態によれば、所望の試験パターンに従って直軸電流制御ループの公称値を変更することにより、上記本発明の方法および装置を非常に簡単かつ高い費用対効果で実装可能である。この制御ループにより、直軸電流成分はその結果として変更されるため、別の信号発生器を設ける必要がない。
【００１８】
別の改良形態においては、上記可変公称値が上記試験パターンを形成する。
上記改良形態において、直軸電流成分に対する制御ループの「通常」値すなわち動作公称値はゼロである。すなわち、直軸電流成分は、閉ループ駆動制御によってゼロに調整される。ここで、試験パターンは「ゼロ」という動作公称値に重畳されるため、直軸電流成分は、試験パターンの生成に必要な（好ましくは）短時間の間だけ、ゼロより大きな絶対値に設定される。試験パターンが存在しない場合または「中断」している場合、直軸電流制御ループの公称値は再度ゼロになる。この改良形態においては、制御ループに存在する信号に基づいて、試験パターンが非常に簡単に識別・検出可能である。一部の実施形態においては、直軸電流成分を監視して、試験パターンの存在を監視すれば十分である。一方、この改良形態は、使用頻度の高い同期駆動装置の運動変量を監視するのに非常に好適である。このような駆動装置では通常、横軸電流成分のみが必要となるためである。したがって、この改良形態の好適な変形例において、上記駆動装置は同期駆動装置である。
【００１９】
別の改良形態においては、上記試験電流成分が、上記直軸電流成分の関数として故障信号を生成するように構成されたフェイルセーフ回路要素によって生成される。このフェイルセーフ回路要素は、試験パターンにより試験電流成分および直軸電流成分を生成および／または評価する少なくとも２つの冗長信号処理チャンネルを有するのが好ましい。
上記改良形態によれば、監視対象の運動変量が許容値の範囲を逸脱した場合に、実績のある確実な方法で駆動装置をフェイルセーフ的に停止可能である。したがって、この改良形態は、上記少なくとも２つの駆動電流がそれぞれ単一チャンネルで測定されるものの、高水準のフェイルセーフ性を有する上記本発明の方法および装置には有用である。
【００２０】
別の改良形態においては、上記第１および第２の駆動電流が、上記フェイルセーフ回路要素が集積された駆動制御装置によって生成される。
上記改良形態において、回路要素は、監視対象の駆動装置に対して主要な制御機能をすべて実行する駆動制御装置の集積部を形成している。一部の実施形態において、この回路要素は、駆動制御装置の適当なプラグインスロットに差し込み可能なプラグインボードであって、フェイルセーフ的な構成ではない。このような実施形態において、回路要素は、駆動制御装置の駆動制御ループを用いて優れた費用対効果かつ洗練度で試験パターンを生成可能であるため都合が良い。この改良形態によれば、上記本発明の装置をモジュール式の構成とすることができるため、比較的古くて非フェイルセーフ的な駆動制御装置におけるフェイルセーフ監視の費用対効果に優れた改良が容易となる。一方、駆動制御装置にフェイルセーフ回路要素を集積することには、運動変量の監視が外部配線に依存しないという利点がある。その結果、不正確または損傷した配線による危険性が低減される。
【００２１】
別の改良形態においては、上記運動変量が上記横軸電流成分に比例し、当該横軸電流成分が規定の閾値を超える場合に故障信号が生成される。
上記改良形態は、駆動装置の最大許容トルクを高い洗練度でフェイルセーフ的に監視する場合、非常に都合が良い。トルク監視は、単一チャンネルで測定される駆動電流によって単独で実装可能である。これらの測定信号は、如何なる場合にも駆動装置を正しく制御するのに必要である。
【００２２】
別の改良形態においては、上記運動変量の実際値がさらに、回転速度に応じたセンサー信号を生成するセンサーによって決定される。
上記改良形態によれば、測定した駆動電流を用いて得られる結果により妥当性検査が行えて都合が良い。したがって、この改良形態は、さらに高水準のフェイルセーフ性を提供するとともに、測定装置に故障が発生した場合でも上記本発明の装置の高い可用性を提供している。
【００２３】
それ自体でも発明を表す別の改良形態においては、上記センサー信号の関数として、可動部の動作位置を表すセンサー独立の位置信号が決定される。
上記改良形態においては、好ましくは駆動装置の規定の座標系における絶対値として、駆動装置の瞬時位置を表す位置信号がまず初めに決定される。この位置信号は、使用するセンサーの種類に左右されないデジタル信号であれば都合が良い。一例として、このセンサーは、増分が光学的、誘導的、および／または容量的に記録される増分センサーであってもよい。別の実施形態においては、グレーコードによって駆動装置の瞬時位置を示す信号を生成するセンサーであってもよい。さらに別の実施形態においては、アナログ正弦波およびアナログ余弦波を生成して、これらにより駆動装置の瞬時位置を決定可能なレゾルバであってもよい。これらすべての場合に、上記センサー独立の位置信号は同じであって、デジタル信号の形式で駆動装置の絶対位置を生成することが好ましく、駆動装置の閉ループ制御および／または運動変量の監視に利用される。この改良形態によれば、ユーザーによるセンサー選定の融通性が高く、上記本発明の装置および方法を特に優れた費用対効果で実装可能である。
【００２４】
別の改良形態においては、機械式ブレーキの規定の制動トルクよりも大きな駆動トルクが上記第１および第２の駆動電流によって生成され、上記運動変量が可動部の停止を表す。
上記改良形態においては、上記本発明の装置および方法により、ブレーキの所要最大制動トルクよりも大きな駆動トルクを試験的に生成することによって、駆動装置の外部ブレーキの機能検査を簡単かつ優れた費用対効果で実施可能である。ブレーキが閉じた状態（所要最大制動トルク）でこの駆動トルクがあるにも関わらず駆動装置が停止している場合は、外部ブレーキが確実に作用していることが分かる。フェイルセーフ測定が保証されている場合、停止の監視は、測定した駆動電流を用いて簡単かつ高い洗練度で単独に実行可能である。上記本発明の方法および装置については、上記本発明の試験パターンによって後者が実現される。
【００２５】
当然のことながら、上記の特徴および以下に説明する特徴は、それぞれについて述べた組み合わせのみならず、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、その他の組み合わせまたはそれら自体として使用可能である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】制御閉ループを用いた本発明の装置および方法の一実施形態を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１においては、本発明の一実施形態に係る装置の全体を符号１０で示している。装置１０は、駆動装置１４の動作を制御する駆動制御装置１２を備えている。
駆動装置１４は、固定部（ステータ）１６および可動部１８（この場合はローターの形態）を有する。この場合、ローター１８は、ステータ１６の内側に内部ローターとして配置されている。ただし原理上、上記本発明の装置および方法は、外側で回転するローターを備えた駆動装置にも適用可能であり、さらには、回転運動ではなく並進運動を行う電気駆動装置（リニア駆動装置）にも適用可能である。
【００２８】
ローター１８は、軸２０を介して機械式ブレーキ２２およびセンサー２４に接続されている。一例として、センサー２４は、軸２０の回転運動が光学的、誘導的、および／または容量的に記録される増分センサーである。さらに、センサー２４としては、軸２０の回転角度位置をデジタル値の形式で生成するレゾルバまたは絶対値センサーが考えられる。
一部の実施形態において、駆動制御装置１２は、複数の接続ソケット２５ａ、２５ｂを備えたハウジングを有しており、各接続ソケット２５は、異なる種類のセンサーを接続するように構成されている。一例として、接続ソケット２５ａは、増分センサーを接続する標準ソケットの形態である一方、接続ソケット２５ｂは、レゾルバまたはグレーコードセンサーを接続する標準ソケットの形態である。したがって、両ソケット２５ａ、２５ｂは、各センサーを接続するための従来の機械的形状および従来数の接続ピンを有する。
【００２９】
駆動制御装置１２は、駆動装置１４に交番磁界２６を生成する。図中、この交番磁界は、２本の磁力線だけで簡単に示している。交番磁界２６は、駆動増幅器２８により生成された駆動電流によって生成される。この駆動増幅器２８は、３本のライン３０ａ、３０ｂ、３０ｃを介して駆動装置１４に接続されている。３本の各ライン３０はそれぞれ駆動電流を搬送するが、これら３つの駆動電流は通常、振幅が同じで互いに位相がシフトした正弦波信号である。交番磁界２６は、これら３つの駆動電流によって生成され、一般的にはステータ１６の周りを回転してローター１８を動かす。
【００３０】
符号３２ａ、３２ｂは、上記３つの駆動電流のうちの２つを測定する測定装置３２の２つの測定点を示している。この場合、測定した２つの駆動電流は、符号Ｉａ、Ｉｂで示している。一例として、測定装置３２は、駆動電流を電圧信号の形式で取り出すシャント抵抗を備えていてもよい。原理上、供給ライン３０の３つの駆動電流はすべて、測定・評価可能である。ただし、３つの駆動電流間の関係は固定的であるため、３つの駆動電流のうちの２つを測定すれば十分である。
【００３１】
符号３４は、測定した駆動電流Ｉａ、Ｉｂの関数として横軸電流成分Ｉｑおよび直軸電流成分Ｉｄを決定する変換器を示している。横軸電流成分Ｉｑは、上記３つの駆動電流の合成電流ベクトルのうち、ローター１８のトルク生成に関与する成分である。したがって、横軸電流成分Ｉｑは、ローター１８の磁界と垂直に流れる電流成分である。
直軸電流成分Ｉｄは、合成電流ベクトルの直交成分であって、ローター１８の力線と平行に流れるため、ローター１８のトルク生成には寄与しない。直軸電流成分Ｉｄおよび横軸電流成分Ｉｑは、電気駆動装置の当業者には既知の変換方程式により、測定した駆動電流Ｉａ、Ｉｂの関数として決定される。ここでは便宜上、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
直軸電流成分Ｉｄおよび平行電流Ｉｑはそれぞれ、加算点３６、３８に供給される。加算点３６にはさらに、別の変換器４０によって生成された直列電流Ｉｄの公称値が入力される。加算点３８には、同じく変換器４０によって生成された平行電流Ｉｑの公称値が入力される。この場合の変換器４０は、駆動装置１４のローター１８が回転する公称回転速度ｎ＊の関数として２つの公称値Ｉ＊ｄ、Ｉ＊ｑを決定する。各公称値Ｉ＊ｄ、Ｉ＊ｑと変換器３４によって生成された各実際値Ｉｄ、Ｉｑとの差分はそれぞれ、加算点３６、３８において決定される。
【００３３】
それぞれの場合の差分は、制御エラーとなって現れ、制御ユニット４２に供給される。制御ユニット４２は、この制御エラーの関数として、駆動増幅器２８の制御信号を決定し、これにより駆動装置１４の駆動電流が生成される。また、制御ユニット４２は通常、パルス幅変調制御信号を生成し、駆動増幅器２８のスイッチングトランジスタの動作に用いられる。
【００３４】
駆動増幅器２８、測定装置３２、変換器３４、４０、加算点３６、３８、および制御ユニット４２は全体として、制御閉ループ４４を形成し、これにより回転速度ｎ＊等の外部公称値の関数として駆動電流が生成される。
本実施形態において、装置１０は、駆動装置１４の回転速度用の別の上位制御ループを備えている。この別の制御ループは回転速度センサー２４を具備し、その出力信号は接続ソケット２５ａを介して位置計算ユニット４６に供給される。位置計算ユニット４６は、基準点に対するローター１８の瞬時回転角度位置を表すセンサー独立の位置値Ｐｎｏｒｍを決定するように構成されている。この場合、位置計算ユニット４６は、センサー２４の種類に依らず、特にデジタル位置値として、正規化された位置値Ｐｎｏｒｍを生成する。好適な実施形態においては、ソケット２５ａ、２５ｂに接続されたセンサー２４からの出力信号を位置計算ユニット４６がアナログ信号として受け取り、そのアナログ信号の関数としてデジタル位置値Ｐｎｏｒｍを決定する。
【００３５】
上記の場合、位置計算ユニット４６は、異なる種類のセンサーを処理するように構成された互いに異なる複数の信号経路４７ａ、４７ｂを有する。各信号経路４７ａ、４７ｂは、それぞれに適した種類のセンサーが接続可能なソケット２５ａ、２５ｂの一方に接続されている。信号経路４７ａ、４７ｂが別々に構成されているため、位置計算ユニット４６は比較的複雑な回路要素となるが、これによりセンサー接続の高い柔軟性が確保される。
【００３６】
一部の実施形態において、位置計算ユニット４６はＡＳＩＣである。複雑な回路要素は本質的に、回転速度および／またはトルクのフェイルセーフ監視等、安全に関する機能に対して回路要素の信号および／または情報が必要な場合は不都合である。しかし、この場合は、電流測定に基づく監視によって第２の冗長チャンネルが提供され、その結果、位置計算ユニット４６の詳細に関する故障解析が不要となるため、位置計算ユニット４６は複雑な形態で実装可能である。
【００３７】
符号４８は、正規化位置値Ｐｎｏｒｍを受け取って、ローター１８の瞬時回転速度ｎを表す微分位置値を出力する微分要素を示している。この瞬時回転速度ｎは、加算点５０において、外部供給の公称回転速度ｎ＊から減算される。この差分は制御エラーとして変換器４０に供給され、この制御エラーの関数として、直軸電流成分および横軸電流成分の公称値Ｉ＊ｄ、Ｉ＊ｑが決定される。
【００３８】
符号５４は、変換器３４から特に直軸電流成分Ｉｄおよび横軸電流成分Ｉｑを受け取る回路要素を示している。回路要素５４はさらに、位置計算ユニット４６からの正規化位置値Ｐｎｏｒｍ、および／または測定電流Ｉａ、Ｉｂを受け取ることができる。また、この場合の回路要素５４は、最大許容トルクＭｍａｘの閾値のほか、最大許容回転速度ｎｍａｘの閾値を受け取る。閾値Ｍｍａｘ、ｎｍａｘは、装置１０の構成時に設定され、回路要素５４のメモリーに格納されるパラメータである。
【００３９】
回路要素５４は、駆動装置１４の瞬時回転速度ｎおよび実トルクＭを監視するように構成されている。トルクの実際値Ｍおよび／または回転速度ｎが選定した最大値を超える場合、回路要素５４は故障信号５６を生成し、この場合は制御ユニット４２および／または駆動増幅器２８に供給される。回路要素５４は、この故障信号５６を用いて、駆動増幅器２８のパルス幅変調制御信号の生成防止および／または駆動増幅器２８のパルス幅変調制御信号からの切り離しを行うことができる。駆動増幅器２８は、これらの制御信号がなければ、如何なる駆動電流も生成できない。その結果、駆動装置１４は、故障信号５６によって回路要素５４から切り離される。さらに、故障信号５６は、信号灯（図示せず）の起動および／または１もしくは複数の外部接触器（図示せず）の切り離しが可能である。この接触器の通常開状態の接点はライン３０に配置され、これにより、駆動装置１４は駆動増幅器２８から切り離される。
【００４０】
好適な実施形態においては、回路要素５４が多チャンネル冗長性を有するように構成されている。このことは、２つの冗長マイクロコントローラ５８ａ、５８ｂにより図示している。回路要素５４は、一方または両方のマイクロコントローラ５８ａ、５８ｂの代わりとして、ＡＳＩＣ等の専用の論理回路を備えることも考えられる。符号６０は、回路要素５４が特に変換器３４から入力信号を受け取って故障信号５６等の出力信号を提供可能なインターフェースを表している。
【００４１】
駆動装置１４の実トルクは、横軸電流成分Ｉｑに比例する。この場合、回路要素５４の２つのチャンネル５８ａ、５８ｂは、互いに冗長に、横軸電流成分Ｉｑの関数として実トルクを決定する。
駆動電流Ｉａ、Ｉｂのフェイルセーフ電流測定ひいては横軸電流成分Ｉｑのフェイルセーフ決定を確実にするため、回路要素５４は、特別に生成された試験パターン６４により測定装置３２および変換器３４の検査を行う。回路要素５４は、直軸電流成分Ｉｄの公称値変分としてこの試験パターン６４を生成するように構成されている。試験パターン６４は変換器４０に供給され、直軸電流成分Ｉｄ、Ｉｑの公称値が決定される。最も簡単な場合は、直軸電流成分Ｉｄの動作公称値に対して、試験パターン６４を表すデジタル値を変換器４０が加算する。
【００４２】
好適な実施形態においては、駆動装置１４が同期駆動装置であって、動作中は直軸電流成分Ｉｄがゼロに調整される。その結果、この場合の直列電流Ｉｄは、試験パターン６４に対応する複数の連続パルスを有するパルス状信号６６により「変調」されている。これに対して、横軸電流成分Ｉｑは動作中、「通常」プロファイルにより調整される。パルス状信号６６は制御ユニット４２で処理され、結果として駆動装置１４の駆動電流を変化させる。
【００４３】
回路要素５４は、測定駆動電流により決定された直軸電流成分Ｉｄを変換器３４から受け取るため、試験パターン６４を用いて電流測定および変換器３４が故障なく動作しているか否かを検査することができる。
図示の実施形態においては、回路要素５４がさらに、横軸電流成分Ｉｑおよび直軸電流成分Ｉｄの関数として駆動装置１４の回転速度の実際値を決定し、この回転速度の実際値が選定した閾値ｎｍａｘ未満であるか否かを検査する。回路要素５４は、第２のチャンネルにおいて、センサー２４の微分器４８で決定された正規化位置値Ｐｎｏｒｍおよび／または実回転速度ｎを評価する。この代わりとして、回路要素５４は、電流成分Ｉｑ、Ｉｄのみに基づいて、センサー２４を用いずに実回転速度を監視することも可能である。
【００４４】
また、好適な実施形態においては、駆動制御装置１２が回路要素５４を用いてブレーキ２２の機能を検査することもできる。このため、回路要素５４は、可能な最大制動トルクでブレーキ２２を閉じる制動信号７０を生成する。さらに、駆動制御装置１２は、変換器４０を用いて横軸電流成分７２を生成し、これが結果的に駆動装置１４の駆動トルクとなる。ここで、回路要素５４は、測定した駆動電流およびそれらから得られた電流成分Ｉｑ、Ｉｄならびに／またはセンサー２４を用いて、ローター１８および軸２０が停止しているか否かを監視する。前者の場合、ブレーキ２２は生成された駆動トルクに抗して駆動装置１４を停止可能である。すなわち、ブレーキ２２が作動する。後者の場合、ブレーキ２２は、軸２０の停止を（もはや）維持することができない。この場合、回路要素５４は、故障信号５６を再度生成するため都合が良い。
【００４５】
上記本発明の方法および装置は、同期駆動装置の運動変量を監視するのに好適である。この本発明の装置および方法は、ローターに強い永久磁石を有する同期駆動装置に特に有利である。この場合、磁界生成直軸電流成分Ｉｄの試験パターン６４は、如何なる場合にも必要なローター１８の磁界に対して、検出可能な影響をほとんどまたは一切及ぼさないためである。ただし原理上、この本発明の方法および装置は、非同期機械等の他の回転磁界機械に利用してもよいし、さらには、並進運動する駆動装置に利用することもできる。
【図１】
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【国際調査報告】
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