(57)【要約】本発明は、整流する直流電動機の電機子電流信号中に含まれてる電流リプルの周波数を算定する方法に関する。電機子電流信号のスペクトル分析によって得られる結果と電動機の運転値のもう１つのスペクトル分析の結果との間の差を形成することによって、電機子電流信号中に含まれている電流リプルが算定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流する直流電動機の電機子電流信号中に含まれてる電流リプルの周波数を算定する方法において、電機子電流信号のスペクトル分析によって得られる結果と電動機の運転値のもう１つのスペクトル分析の結果との間の差を形成することによって、電機子電流信号中に含まれている電流リプルが算定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
アナログ電機子電流信号が、スペクトル分析の実行前にデジタル化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】
デジタル化された電機子電流信号は、スペクトル分析を実行するために高速フーリエ変換によってその周波数領域に変換されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
電動機電圧が、電動機の運転値として別のスペクトル分析に利用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
電機子電流信号が、同様に電動機の運転値として別のスペクトル分析に利用され、この場合、両スペクトル分析が、直流電動機の異なる運転状態で実行されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
電機子電流信号中に含まれている電流リプルの周波数は、直流電動機の起動ごとに算定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
電機子電流信号中の電流リプルの周波数の算定後に、直流電動機の実際の回転数がこの周波数から算出され、そして直流電動機の駆動軸の実際の位置がその回転数によって算出されることによって、直流電動機の駆動軸の回転位置が、電機子電流中に含まれている電流リプルの周波数によって算定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
方法ステップが、アナログ電機子電流信号のデジタル走査の各時点で実行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】
直流電動機の運転時に発生するその直流電動機の電流リプルの周波数が、この周波数の変化を考慮して監視され、予め算出した１つ又は多数の電流リプル周波数に対する差の観察によってもう１つの評価が実行されることを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
電機子電流信号中に含まれている電流リプルの直流電動機の運転時に発生する実際の周波数が、この周波数のステップ状の変化を考慮して監視され、実際の電流リプル周波数のこのようなステップ状の変化が検出された場合、電流リプルの計数結果が補正されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流する直流電動機の電機子信号中に含まれている電流リプルの周波数を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
整流する直流電動機の電機子は、直流成分及びこの直流成分に重畳する交流成分を有する。磁石（磁場），直流電動機の電機子巻き線及び整流子が原因で、交流成分が直流電動機の運転時に発生する。このことは、誘導電圧の短期間の変化中に現れる。電機子電流信号のリプルが、そこから発生する。電機子電流信号中に含まれる電流ピーク−以下では電流リプルと呼ぶ−は、電機子の回転時に整流子片(Kollektorlamellen) の数に一致する頻度で発生する。例えば電機子が10個の整流子片を有する場合、それに応じて10個の電流リプルを電機子電流信号中で確認することができる。したがって電流リプルを計数することは、直流電動機の電機子の実際の回転位置と稼働要素の所定の移動区間内のこれらの稼働要素とに関する情報を与え得る。この目的のため、電機子電流のアナログ信号がデジタル化されて、対応する計数を実行できるようにする。所定の期間内で計数された電流リプルの数は、直流電動機の実際の回転数に関する情報を電流リプル周波数として与える。
【０００３】
可能な限り誤りのない電流リプルの検出を実施できるようにするため、電機子電流のアナログ信号が、寄生誘導を抑えるためにそのデジタル化の前及び場合によっては後にも適切に評価される。電機子電流信号を評価するため、フィルタリングが実行される。これらのフィルタリングは、ローパスフィルタリングとして及び／又は周波数フィルタリングとして構成されている。このような信号評価方法は、例えばドイツ連邦共和国特許発明第195 11 307号明細書中に記されている。このような信号評価方法の意図と目的は、電機子電流信号がそこに含まれている電流リプルを考慮して評価され得るように、この評価された正確な電機子電流信号を可能な限り寄生誘導なしに供給することである。計数結果が直流電動機の駆動軸又は電機子の実際の回転位置に関する直接の情報を与えるので、リプルが位置を測定するために計数される。電機子電流信号中に含まれる電流リプルを計数するため、最小値測定アルゴリズム又は最大値測定アルゴリズム又は零通過を測定するアルゴリズムが通常使用される。
【０００４】
しかしながらこの公知の信号評価方法及び補正方法では、電機子電流信号中に含まれている電流リプルが電機子電流信号中に単純に存在するときにしか、この電機子電流信号中に含まれている寄生誘導（Stoereinfluess）が十分に確認されないか又は最小限にされない。電流リプル信号が、例えば電圧変動のせいでその周波数と振幅内でランダムに変化するノイズ周波数に変調され得ることによっても確認できる寄生有能の周波数によって電流リプルに重畳されている場合、電機子電流中に含まれている電流リプルを評価することさえも不可能である点が問題である。
【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、この説明した従来の技術から出発して整流する直流電動機の電機子電流信号中に含まれている電流リプルの周波数を測定する簡単な方法を提供することにある。この方法の場合、寄生誘導の周波数が電流リプル信号に重畳していても、周波数又は回転数が確実に測定できる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明により、電機子電流信号のスペクトル分析によって得られた結果と電動機の運転値の別のスペクトル分析の結果との間の差を形成することによって、電機子電流信号中に含まれている電流リプルが測定されることによって解決される。
【０００７】
本発明の場合、互いに別々に実行された２つのスペクトル分析の結果の差を形成することによって、電機子電流信号中の電流リプル周波数が測定される。これらの両スペクトル分析の結果の少なくとも１つは、電機子電流信号から得られる。別のスペクトル分析の結果は、電動機のもう１つの運転値に基づく、例えば電動機電圧である。この場合、ノイズ周波数が、スペクトル分析中に同様に確認可能である。これらのスペクトル分析は、例えば電機子電流信号又は電動機電圧信号のそれぞれの周波数領域への高速フーリエ変換によって算出される。これに対して、電流リプルが、多かれ少なかれ専ら少なくともしかしながら明らかにより強い程度でスペクトル分析−電機子電流信号がこのスペクトル分析によって変換される−中に確認可能である一方で、電動機電圧信号から得られるスペクトル分析の結果では確認不可能である。両スペクトル分析の結果で同様に確認できるノイズ周波数成分が、これらの両スペクトル分析の結果の差を形成することによって除去される。その結果、さらなる評価用の実際の電流リプル周波数だけが残る。したがって、整流に起因しないで、本来的に電圧信号中の歪みに起因する全ての振動が、この除算によって除去される。この場合、場合によっては、直流電動機が周波数成分のシフトを起こさないので、直流電動機のその都度の運転状態によって引き起こされる周波数成分の位相のシフトが発生しない。むしろ、周波数成分自体、すなわち電流リプルが新たに付加される。それ故に本発明では、電機子電流信号中に含まれている電流リプルの周波数だけでなくて、重畳時でも寄生誘導の周波数によって算出可能である。むしろ電圧変動が発生しても、電流リプル周波数の検出及びそれに引き続く
直流電動機の電機子軸の回転数測定及び位置測定が可能である。一方では電機子電流信号と他方では電動機電圧信号とがスペクトル分析の結果の差の形成に利用される構成の場合、この差の形成は、同時に、したがって走査時点のデータによって実行され得る。
【０００８】
もう１つの実施の形態では、電機子電流信号が互いに除算すべき両スペクトル分析に利用されることが提唱されている。この場合、スペクトル分析に基づく電機子電流信号が直流電動機の異なる運転状態で検出されることが保証されている。例えば、スペクトル分析が、直流電動機の異なる回転数で実行され得る。このときスペクトル分析は、時間的に互いに間隔のあいている電機子電流データに基づく。この構成の場合、第１のスペクトル分析の作成と第２のスペクトル分析の作成との間の好ましい小さい時間間隔内のノイズ周波数がほぼ一定であることを基礎にする。電流リプル周波数は、例えば直流電動機の起動ごとに算定され得る。
【０００９】
基本的にこのような算定は、評価中に利用される信号曲線のデジタル走査の各サイクルで規定され得る。例えば車両内のウィンドウの昇降電動機のような常に短期間運転している直流電動機の場合、電流リプル周波数は直流電動機の起動ごとに算定されることが好ましくかつ十分でもある。
【００１０】
直流電動機の駆動軸の回転角度位置又は駆動軸によって駆動される要素の位置測定をできるようにするため、電機子電流信号中に含まれている電流リプルの既に説明した方法で算定した周波数は、回転数に対するその比例性のために直接利用され得る。
【００１１】
直流電動機の運転状態に起因した変化は、電機子電流信号中に含まれている電流リプルの周波数を変化させる。したがって、電流リプルの周波数の変化は、直流電動機の回転数の変化が直接の原因である。
【００１２】
スペクトル分析を実行するため、アナログ電機子電流信号が、まず最初にデジタル化され、引き続き高速フーリエ変換によってその周波数領域に変換され得る。これらの方法ステップは、ほとんどコンピュータに拘束され得ない。このことは、これらの算定がアナログ電機子電流信号のデジタル走査の各時点で容易に実行され得ることを伴う。その結果、直流電動機の駆動軸又は電機子軸の回転角度が、同時に非常に高い分解能で測定できる。したがってこの方法は、直流電動機の実際の回転数が必要になる補正方法に対して利用できるようにするために使用してもよい。
【００１３】
特にこの方法では、デジタル走査のサイクルで方法ステップを実行する場合、運転状態の変化が、ほぼリアルタイムで検出され、したがって実際の回転角度測定でも考慮される。
【００１４】
公知の従来の技術と比較した場合、本発明の方法は周波数を濾波するのではなくて、寄生誘導、場合によって電機子電流信号として重畳する周波数成分を減衰しつつ実際の電流リプル周波数を直接算出する。この方法の場合、この目的のために固有の電流リプル検出又は特別な信号評価が予め基本的に必要になることなしに、電流リプル周波数の観察が直接評価される。それ故に、この方法は、整流する直流電動機のセンサなしの位置測定を、その性能をほとんど要求しないで電機子電流中に含まれている電流リプルを利用しつつ実行可能にするためにも特に適している。
【００１５】
本発明の方法の場合、直流電動機の運転時の電流リプルの実際の周波数を算出すること及び監視することを提唱するだけではなくて、電機子電流信号中に含まれている電流リプルのこの動作周波数が同様に電流リプル周波数のステップ状の変化を考慮して監視され得ることも提唱する。エラーリプル及び／又は二重リプルが発生する場合、実際の電流リプル周波数がステップ状に変化する。その結果、実際の電流リプル周波数のこのようなステップ状の変化が検出された場合、電流リプルの計数結果及び実際の位置測定が補正できる。
【００１６】
実際の電流リプル周波数のこのようなステップ状の変化の検出は、例えば周波数変化の期間にわたって又は周波数のジャンプによって妥当性チェックに託され得、こうして電流リプルによって誘導された周波数の補間を阻止する。したがって、この目的のためにエラーリプル及び／又は二重リプルを認識するための経費のかかるコンピュータを拘束するアルゴリズムを実行する必要なしに、発生するエラーリプル及び／又は二重リプルを補正することがこの補正方法によって簡単に可能である。
【００１７】
以下に、本発明を図面に基づいてさらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
整流する直流電動機の場合、電動機電圧信号及び電動機電流信号が監視される。電動機電圧及び電動機電流の信号曲線は、図１のグラフ中では左上に示されている。この場合、電動機電圧曲線はＵで示されている。電動機電流曲線はＩで示されている。直流電動機が例えばウィンドウの昇降電動機として車両内で使用されている場合、電流リプル信号だけが電流リプル信号中に含まれているのではなくて、その他の振動、例えば車両の電気系統の脈流が電流リプル信号に重畳されていることが電機子電流信号Ｉの不規則性から分かる。
【００１９】
電機子電流信号Ｉに重畳している例えば電気系統の脈流の振動は、電動機電圧曲線Ｕ中でも確認できる。電機子電流信号Ｉ中に含まれている電流リプルは、電動機電圧信号Ｕ中では存在しないか又は非常に減衰されて含まれている。これらの関係は、電流リプル周波数を算出するために利用される。この目的のために、電動機電圧信号Ｕが、例えば高速フーリエ変換の過程で周波数領域に変換される。その結果、スペクトル分析がこのようにして実行され得る。したがって、電機子電流信号Ｉも同様に周波数領域に変換される。電動機電圧及び電動機電流の両周波数スペクトルが、既に説明したグラフの右隣にプロットされている。これらの両周波数スペクトルは、それぞれの曲線Ｕ，Ｉの実現に関与する振動周波数を示す。これらの両周波数スペクトル中に含まれている寄生誘導が、これらの両周波数スペクトルを減算することによって除去される。その結果、電機子電流信号Ｉ中に主に含まれている電流リプル周波数が残る。この電流リプル周波数は、引き続き後続する評価、例えば直流電動機の実際の回転数の算出及び直流電動機の駆動軸又は駆動軸によって駆動される要素の後続連結された位置測定に利用され得る。
【００２０】
図１のグラフの左下には、寄生誘導、例えば電気系統の脈流だけを除去した電動機電圧及びそれに応じて除去した電機子電流信号Ｉがプロットされている。この電機子電流信号Ｉ中には、専ら電流リプルの脈流だけが示されている。このグラフは、この実施の形態中で利用された周波数スペクトルの実行された差の形成の結果だけを明瞭に示す。
【００２１】
電流リプル周波数を回転数に関連して監視する場合、電流リプル周波数の変化が監視され得る。この場合、電流リプル周波数に重畳している寄生誘導が、このような変化によって考慮されない。整流器によって引き起こされているこの寄生誘導は、回転数の変化時に同様にその周波数も変化させる。その結果、この周波数も基本的に考慮され得る。
【００２２】
エラーリプル又は二重リプルが発生した場合、電流リプルの周波数がステップ状に変化する。その結果、これらのエラーリプル又は二重リプルは、説明した方法によって容易に検出可能である。エラーリプル又は二重リプルは、短期間だけ確認され、例えばノイズ周波数スペクトル中のこの特性に基づいて認識され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】整流する直流電動機の電機子電流信号中の電流リプル周波数を算出するために２つのスペクトル分析結果の差の生成を示すグラフである。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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