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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannungsregler und ein Verfahren zur Spannungsregelung für ein Paar von Gleichstrommotoren, unter anderem speziell für Elektrogebläse, zum Beispiel zur Kühlung eines Verbrennungsmotors in einem Motorfahrzeug.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es sind Spannungsregler eines Typs bekannt, umfassend: einen Eingang für ein elektrisches Steuersignal, das die gewünschte Geschwindigkeit des Motors angibt, und eine Steuerschaltungsvorrichtung mit Pulsweitenmodulation (PWM), die zwischen eine Gleichstromversorgungsquelle und den Motor geschaltet ist und die geeignet ist, eine Rechteckwellenspannung an den Motor anzulegen, die aus der durch diese Quelle erzeugten Spannung erhalten wird und die ein Tastverhältnis hat, das entsprechend einer vorgegebenen Funktion dieses Steuersignals variiert.
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Zum Variieren der Drehgeschwindigkeit von zwei Elektrogebläsen an Fahrzeugen mit Bordmotor in der konventionellen Weise werden zwei separate elektronische Regelvorrichtungen verwendet, wovon eine jeweils einem Motor eines Elektrogebläses zugeordnet ist. Dadurch werden die Motoren vollkommen unabhängig voneinander gesteuert. Zweckmäßigerweise sind solche elektronischen Regelvorrichtungen in eine einzige Spannungssteuerungs- und Regelvorrichtung integriert.
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1 ist ein zum Teil schematisches Schaltungsdiagramm einer Spannungssteuerungs- und Regelvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik.
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Ein erster und ein zweiter Gleichstrommotor sind jeweils mit M1 und M2 bezeichnet und sind zum Beispiel elektrische Gebläsemotoren für einen Kühler eines Verbrennungsmotors in einem Motorfahrzeug.
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Jeder Motor M1 und M2 ist mit einer Spannungssteuerungs- und Regelvorrichtung verbunden, die allgemein mit Bezugsziffer 1 bezeichnet ist. Diese Vorrichtung 1 ist mit einer Gleichspannungsquelle 2, zum Beispiel einer Batterie, verbunden und umfasst zwei elektronische Regelvorrichtungen, die allgemein mit 4a und 4b bezeichnet sind. Jede elektronische Regelvorrichtung 4a und 4b ist jeweils durch einen Verbindungszweig 14a und 14b mit dem ersten und dem zweiten Motor M1 und M2 verbunden.
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Jede elektronische Regelvorrichtung 4a und 4b hat einen Eingang 8a, 8b für ein elektronisches Steuersignal, das die gewünschte Geschwindigkeit für den zugeordneten Motor M1, M2 angibt; eine Steuerschaltungsvorrichtung mit Pulsweitenmodulation (PWM), die allgemein jeweils mit 6a und 6b bezeichnet ist; und ein Steuermodul 10a, 10b, das geeignet ist, ein Konditionierungssignal in seiner solchen Weise an die zugeordnete PWM-Steuervorrichtung 6a, 6b zu liefern, dass sie an den Motor M1, M2 jeweils eine Rechteckwellenspannung anlegt, die aus der durch die Batterie 2 erzeugten Spannung erhalten wird und die jeweils ein Tastverhältnis DC hat, das gemäß einer vorgegebenen Funktion des jeweils an den Eingang 8a, 8b der elektronischen Regelvorrichtung 4a, 4b angelegten elektronischen Steuersignals variiert.
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In an sich bekannter Weise umfasst jede PWM-Steuervorrichtung 6a, 6b mindestens einen elektronischen Festkörperschalter, beispielsweise einen MOSFET-Transistor Q1, Q2, der durch das zugeordnete Steuermodul 10a, 10b gesteuert wird.
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Jede PWM-Steuerschaltungsvorrichtung 6a, 6b ist auf einer Seite mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 2 und auf der anderen Seite mit der Erde GND verbunden.
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Zweckmäßigerweise ist auf der Seite der Erde GND jeweils eine Vorrichtung 12a, 12b zur Steuerung der Polarität der Spannungsquelle 2, die eine Umkehr der Polarität der Spannungsquelle verhindert, in Reihe mit jeder PWM-Steuerschaltungsvorrichtung 6a, 6b vorgesehen. Vorzugsweise umfassen diese Steuervorrichtungen 12a, 12b in an sich bekannter Weise jeweils einen MOSFET-Transistor (in den Figuren nicht dargestellt).
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Zweckmäßigerweise ist mit jedem Motor M1, M2 ein Shunt-Widerstand Rsa, Rsb in Reihe geschaltet, der auf eine an sich bekannte Weise die Überwachung des in dem jeweiligen Motor M1, M2 fließenden Stroms und damit des korrekten Betriebs ermöglicht. Auch wenn die Shunt-Widerstände Rsa, Rsb der Einfachheit halber außerhalb der Regler 4a, 4b dargestellt sind, gehören sind konzeptionell zu den Reglern und können in den Reglern gebildet sein.
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Jeder elektronischen Regelvorrichtung 4a, 4b ist in an sich bekannter Weise eine Filterschaltung (in den Figuren nicht dargestellt) zugeordnet, die den korrekten Betrieb der zugeordneten PWM-Steuerschaltungsvorrichtung 6a, 6b sicherstellen kann.
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Die mit Bezug auf 1 beschriebene Lösung hat den Nachteil, dass sie teuer ist, weil im Wesentlichen alle elektronischen Bauteile doppelt vorhanden sein müssen. Insbesondere werden zwei Filterschaltungen benötigt, die teuer sind und kompliziert gebaut sind.
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Die vorstehend beschriebenen Nachteile wurden beseitigt durch die Einführung eines einzigen elektronischen Spannungsreglers, der zwei separate Motoren steuert, die parallel zwischen der Spannungsquelle 2 und der Erde GND angeordnet sind.
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2 zeigt ein zum Teil schematisches Schaltungsdiagramm einer elektronischen Spannungsregelvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen weiteren Stand der Technik. Elemente, die gleich oder ähnlich wie die in 1 dargestellten Elemente sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Zwei Motoren M1 und M2, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, sind in diesem Fall durch einen einzigen Verbindungszweig 14 mit der elektronischen Regelvorrichtung 4 verbunden.
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Bei der Konfiguration von 2 werden die Kosten gesenkt, weil die Anzahl von Vorrichtungen reduziert wird und weil insbesondere eine einzige Filterschaltung ausreicht.
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Die Möglichkeit, jeden Motor unabhängig von dem jeweils anderen zu steuern, geht jedoch verloren und einhergehend damit auch die Möglichkeit, Ausfälle in einem der beiden Motoren unabhängig voneinander zu steuern. Das bedeutet, dass bei Ausfall eines Motors auch der andere Motor nicht mehr länger verwendet werden kann.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Lösung, die eine Konstruktion eines Spannungsreglers zulässt, der nicht nur eine unabhängige Steuerung bei möglichen Ausfällen eines jeden Motors ermöglicht, sondern gleichzeitig kostengünstiger ist als der des vorstehend beschriebenen Stands der Technik.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aus diesem Grund ist ein weniger teurer Spannungsregler zur Steuerung von zwei Motoren erwünscht, der auch mögliche Ausfälle eines jeden Motors unabhängig voneinander steuern/kontrollieren kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Spannungsregler für ein Paar von Elektromotoren angegeben, die im Wesentlichen parallel zwischen einer Spannungsquelle und der Erde angeordnet sind, wobei der Spannungsregler umfasst: einen Eingang für ein elektronisches Steuersignal, das die gewünschte Geschwindigkeit für die Motoren angibt; eine Pulsweitenmodulations-Steuerschaltungsvorrichtung, die auf einer Seite mit dem positiven Pol der Spannungsquelle und auf der anderen Seite mit der Erde verbunden ist; ein Steuermodul, das angeordnet ist für die Bereitstellung eines Konditionierungssignals an die Pulsweitenmodulations-Steuerschaltungsvorrichtung, so dass die Pulsweitenmodulations-Steuerschaltungsvorrichtung an die Motoren eine Rechteckwellenspannung anlegt, die aus der durch die Quelle erzeugten Spannung erhalten wird und die ein Tastverhältnis hat, das gemäß einer vorgegebenen Funktion des an den Eingang der elektronischen Regelvorrichtung angelegten elektrischen Steuersignals variiert, wobei die Steuerschaltungsvorrichtung einen ersten und einen zweiten elektronischen Festkörperschalter umfasst, der einem betreffenden Motor zugeordnet ist und durch das Steuermodul gesteuert wird.
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Vorzugsweise ist ein Verarbeitungsmodul vorgesehen für: die Akquirierung und Verarbeitung von jeweils für den Strom und für die Spannung der Motoren repräsentativen Signalen von einem Stromkomparator bzw. von Spannungs-Überwachungsvorrichtungen; die Akquirierung und Verarbeitung von Signalen von Schalterüberwachungsvorrichtungen, die für die mit den elektronischen Schaltern verbundene Spannung repräsentativ sind; und das Senden mindestens eines auf den Strom- und Spannungssignalen basierenden Steuersignals an das Steuermodul.
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Vorzugsweise ist eine Steuervorrichtung mit der Steuerschaltungsvorrichtung in Reihe vorgesehen und für die Blockierung einer Umkehr der Polarität der Spannungsquelle angeordnet.
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Vorzugsweise sind der erste und der zweite elektronische Festkörperschalter MOSFET-Transistoren.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Spannungsreglung für ein Paar von Elektromotoren angegeben, die mit dem vorstehend beschriebenen Spannungsregler verbunden sind, wobei das Verfahren der Reihe nach die folgenden Schritte umfasst: Akquirieren eines Stromsignals von dem Stromkomparator, das für den gesamten Stromfluss in den beiden Motoren repräsentativ ist; das Verifizieren, ob das Stromsignal einen vorgegebenen Stromschwellenwert übersteigt, und, wenn ja, Bestimmen, welcher der beiden Motoren kurzgeschlossen ist; Akquirieren eines Drain-Source-Spannungssignals für jeden MOSFET-Transistor von den Schalterspannungs-Überwachungsvorrichtungen, das repräsentativ für die Drain-Source-Spannung dieser Transistoren ist; Verifizieren, ob das Drain-Source-Spannungssignal einen vorgegebenen Drain-Source-Spannungsschwellenwert übersteigt, und, wenn ja, Bestimmen, welcher der beiden Motoren kurzgeschlossen ist; wiederholtes und gleichzeitiges Abschalten der beiden Motoren für eine vorgegebene Zeitspanne, um deren korrekte Funktion nicht zu beeinflussen, und Verifizieren des Vorliegens eines Motorspannungssignals, das repräsentativ für mit jedem Motor verbundene elektromotorische Rückkräfte ist, mittels Motorspannungs-Überwachungsvorrichtungen während des Abschaltens für jeden Motor; im Fall von vorhandenen elektromotorischen Rückkräften Erhalten der Information, dass der betreffende Motor regulär angeschlossen ist; Verifizieren, ob das Stromsignal einen vorgegebenen Alarmwert übersteigt, und, wenn ja, Begrenzen des in den Motoren fließenden Stroms durch eine fortschreitende Reduzierung der an die Motoren angelegten Spannung; und Verifizieren mittels der Motorspannungs-Überwachungsvorrichtungen, ob die an die Motoren angelegte Gesamtspannung reduziert wird, bis ein erster Spannungsschwellenwert erreicht ist, und, wenn ja, Bestimmen, welcher Motor überlastet ist.
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Vorzugsweise umfassen die Prozesse des Verifizierens, ob das Stromsignal einen vorgegebenen Stromschwellenwert übersteigt, und, wenn ja, des Bestimmens, welcher der beiden Motoren kurzgeschlossen ist, und des Verifizierens, ob das Drain-Source-Spannungssignal einen vorgegebenen Drain-Source-Spannungsschwellenwert übersteigt, und, wenn ja, des Bestimmens, welcher der beiden Motoren kurzgeschlossen ist, nach den Verifizierungsschritten jeweils die Schritte des Abschaltens beider Motoren; des Anschaltens des ersten Motors für eine vorgegebene Zeitspanne, um im Falle eines Ausfalls des ersten Motors sicherzustellen, dass der Stromschwellenwert überschritten wird; des Verifizierens, ob das Stromsignal den Stromschwellenwert übersteigt, und, wenn ja, des Erhaltens der Information, dass der erste Motor kurzgeschlossen ist; des Abschaltens des ersten Motors; des Anschaltens des zweiten Motors für eine vorgegebene Zeitspanne, um im Falle eines Ausfalls des zweiten Motors sicherzustellen, dass der Stromschwellenwert überschritten wird; und des Verifizierens, ob das Stromsignal den Stromschwellenwert übersteigt, und, wenn ja, des Erhaltens der Information, dass der zweite Motor kurzgeschlossen ist.
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Vorzugsweise umfasst der Vorgang des Verifizierens, ob die an die Motoren angelegte Gesamtspannung reduziert wird, bis ein erster Spannungsschwellenwert erreicht ist, und, wenn ja, des Bestimmens, welcher Motor überlastet ist, die Schritte des Abschaltens beider Motoren; des Anschaltens des ersten Motors; des Verifizierens, ob die Spannung des ersten Motors reduziert wird, bis ein zweiten Schwellenwert erreicht ist, und, wenn ja, des Erhaltens der Information, dass der erste Motor überlastet ist; des Abschaltens des ersten Motors; des Anschaltens des zweiten Motors; und des Verifizierens, ob die Spannung des zweiten Motors reduziert wird, bis der zweite Schwellenwert erreicht ist, und, wenn ja, des Erhaltens der Information, dass der zweite Motor überlastet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Abmessungen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 wurde bereits beschrieben und ist ein zum Teil schematisches Schaltungsdiagramm eines elektronischen Spannungsreglers gemäß einem ersten Stand der Technik;
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2 wurde bereits beschrieben und ist ein zum Teil schematisches Schaltungsdiagramm eines elektronischen Spannungsreglers gemäß einem zweiten Stand der Technik;
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3 ist ein zum Teil schematisches Schaltungsdiagramm eines elektronischen Spannungsreglers gemäß vorliegender Erfindung;
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4 ist ein Ablaufdiagramm der Schritte des Verfahrens zur Detektion eines Ausfalls in Bezug auf einen kurzgeschlossenen Motor im Fall eines Überschreitens eines Stromschwellenwerts;
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5 u. 6 sind Ablaufdiagramme der Schritte des Verfahrens zur Detektion eines Ausfalls in Bezug auf einen kurzgeschlossenen Motor im Fall eines Überschreitens eines Drain-Source-Spannungsschwellenwerts;
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7 ist ein Ablaufdiagramm der Schritte des Verfahrens zur Detektion eines abgeschalteten Motors;
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8 ist ein Graph zur Darstellung des Stroms, der gemäß der Versorgungsspannung in einem Motor fließt; und
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9 ist ein Ablaufdiagramm der Schritte des Verfahrens zur Detektion eines überlasteten Motors.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 3 sind ein erster und ein zweiter Gleichstrommotor mit M1 bzw. mit M2 bezeichnet und sind beispielsweise Motoren für Elektrogebläse für einen Kühler eines Verbrennungsmotors in einem Motorfahrzeug. Beide Motoren M1 und M2 sind durch einen ersten und einen zweiten Verbindungszweig 14' und 14'' jeweils an eine elektronische Regelvorrichtung 4 angeschlossen. Diese Vorrichtung 4 ist mit einer Gleichspannungsquelle 2 verbunden, zum Beispiel mit einer Batterie.
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Zweckmäßigerweise ist ein Shunt-Widerstand Rs, der eine Überwachung des korrekten Betriebs der Motoren M1, M2 ermöglicht, in Reihe mit den Motoren M1, M2 vorgesehen. Insbesondere wird der Gesamtstrom, der in den beiden Motoren M1, M2 fließt, unter Verwendung eines Stromkomparators 16 gemessen, der mit den Anschlüssen des Shunt-Widerstands Rs verbunden ist. Auch wenn der Shunt-Widerstand Rs der Einfachheit halber außerhalb des Reglers 4 dargestellt ist, gehört er konzeptionell zu dem Regler und kann in dem Regler gebildet sein.
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Die Motoren M1 und M2 sind im Wesentlichen parallel zwischen der Spannungsquelle 2 und der Erde GND angeordnet. Mit den Anschlüssen jedes Motors M1, M2 ist eine Vorrichtung 18', 18'' zur Überwachung der Motorspannung verbunden, die, wie nachstehend beschrieben, jeweils für die Messung der Spannung dieser Motoren M1, M2 vorgesehen ist.
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Die elektronische Regelvorrichtung 4 hat einen Eingang 8 für ein elektronisches Steuersignal, das die gewünschte Spannung für die Motoren M1, M2 angibt, eine Steuerschaltungsvorrichtung 6 mit Pulsweitenmodulation (PWM), ein Steuermodul 10 und eine Verarbeitungseinheit 20.
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Die PWM-Steuervorrichtung 6 umfasst einen ersten und einen zweiten elektronischen Festkörperschalter wie beispielsweise MOSFET-Transistoren Q', Q'', die durch das Steuermodul 10 gesteuert werden. Jeder MOSFET Q', Q'' ist jeweils einem Motor M1, M2 zugeordnet. Die PWM-Steuerschaltungsvorrichtung 6 ist auf einer Seite mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 2 und auf der anderen Seite mit der Erde GND verbunden.
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Das Steuermodul 10 ist geeignet für die Bereitstellung eines Konditionierungssignals an die PWM-Steuervorrichtung 6 auf eine solche Weise, dass sie an die Motoren M1, M2 eine Rechteckwellenspannung anlegt, die aus der durch die Batterie 2 erzeugten Spannung VB erhalten wird und die ein Tastverhältnis DC hat, das gemäß einer vorgegebenen Funktion des an den Eingang 8 der elektronischen Regelvorrichtung 4 angelegten elektrischen Steuersignals variiert. Das Steuermodul 10 ist vorgesehen für die synchrone Steuerung der beiden Gates der beiden MOSFET-Transistoren Q', Q''.
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Das Verarbeitungsmodul 20, vorzugsweise ein Mikrocontroller, ist vorgesehen für die Akquirierung und Verarbeitung der Signale von dem Stromkomparator 16 und von den Vorrichtungen 18', 18'' zur Überwachung der Motorspannung, wie nachstehend beschrieben, und für die Übertragung mindestens eines Steuersignals an das Steuermodul 10 auf der Basis der erfassten Signale.
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Zweckmäßigerweise ist in Reihe mit der PWM-Steuerschaltungsvorrichtung 6 auf der Seite der Erde GND eine Vorrichtung 12 zur Steuerung der Polarität der Spannungsquelle 2 vorgesehen, die zur Verhinderung einer Umkehr der Polarität der Spannungsquelle dient. Vorzugsweise umfasst die Steuervorrichtung 12 in an sich bekannter Weise einen MOSFET-Transistor (in den Figuren nicht dargestellt).
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Eine Vorrichtung 22', 22'' zur Überwachung der Drain-Source-Spannung ist mit jedem Verbindungszweig 14', 14'' und mit dem Verarbeitungsmodul 20 verbunden und für die Feststellung der Drain-Source-Spannung der MOSFET-Transistoren Q', Q'' wie nachstehend beschrieben vorgesehen.
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Auch wenn der Stromkomparator 16, die Vorrichtungen 18', 18'' zur Überwachung der Motorspannung und die Vorrichtungen 22', 22'' zur Überwachung der Drain-Source-Spannung der Einfachheit halber außerhalb des Reglers 4 dargestellt sind, gehören sie konzeptionell zu dem Regler und können in dem Regler gebildet sein.
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Es wird nunmehr ein Spannungsregelungsverfahren gemäß der Erfindung beschrieben, in welchem die folgenden Messungen durchgeführt werden:
- – Feststellen des Stroms, der durch den Shunt-Widerstand Rs fließt, unter Verwendung des Stromkomparators 16;
- - Messen der Drain-Source-Spannung VDS1 des ersten MOSFET-Transistors Q' unter Verwendung der Vorrichtung 22' zur Überwachung der Drain-Source-Spannung; – Messen der Drain-Source-Spannung VDS2 des zweiten MOSFET-Transistors Q'' unter Verwendung der Vorrichtung 22'' zur Überwachung der Drain-Source-Spannung.
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Durch eine Kombination der vorstehend genannten Messungen, die nunmehr im Detail beschrieben werden, können die folgenden Ausfälle unabhängig für jeden Motor M1 und M2 identifiziert werden:
Kurzgeschlossener Motor;
Abgeschalteter Motor;
Überlasteter Motor; und
Angehaltener Motor.
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Während des Betriebs der Motoren überwacht das Verarbeitungsmodul 20 kontinuierlich in regelmäßigen Perioden und der Reihe nach die Signale von dem Stromkomparator 16, von den Vorrichtungen 18', 18'' zur Überwachung der Motorspannung und von den Vorrichtungen 22', 22'' für die Überwachung der Drain-Source-Spannung und initiiert auf der Basis der erhaltenen Werte verschiedene Verifikationsverfahren, wie nachstehend beschrieben wird.
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Kurzgeschlossener Motor
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Wenn es zu einem Kurzschluss eines Motors gekommen ist, ist es möglich zu verifizieren, dass sowohl die Drain-Source-Spannung VDS des MOSFET-Transistors einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, und auch, dass der an den Anschlüssen anliegende Strom des Shunt-Widerstands Rs einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Oftmals ist es a priori unmöglich zu erkennen, welche der beiden Überschreitungen zuerst stattfindet, weshalb es notwendig ist, in beiden Fällen das Ausmaß zu kontrollieren, was jeweils mit Hilfe der Vorrichtungen 22', 22'' zur Überwachung der Drain-Source-Spannung bzw. des Stromkomparators 16 geschieht.
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Um im Fall einer Überschreitung des Stromschwellenwerts einen Ausfall festzustellen, der mit einem kurzgeschlossenen Motor zusammenhängt, und um den beteiligten Kanal zu identifizieren (den Kanal, der sich auf den ersten Motor M1 oder auf den zweiten Motor M2 bezieht), werden folgende Prozesse durchgeführt, die in dem Ablaufdiagramm von 4 dargestellt sind.
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In Schritt 100 stellt das Verarbeitungsmodul 20 zu gegebener Zeit fest, dass der durch den Stromkomparator 16 gemessene Stromwert den Stromschwellenwert übersteigt. An diesem Punkt überträgt es an das Steuermodul 10 ein Signal, das zum Anhalten der Motoren auffordert, woraufhin das Steuermodul 10 in Schritt 102 beide Motoren M1, M2 anhält. Anschließend wird in Schritt 104 der erste Motor M1 für eine vorgegebene Zeitspanne angeschaltet, um sicherzustellen, dass bei einem Ausfall dieses ersten Motors M1 der Stromschwellenwert erneut überschritten wird.
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In Schritt 106 verifiziert das Verarbeitungsmodul 20, ob der Stromschwellenwert tatsächlich überschritten wurde, und erhält, wenn ja, die Information, dass der erste Motor M1 kurzgeschlossen wurde. Andernfalls ist der erste Motor M1 funktionsfähig.
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Anschließend wird mit der Analyse des zweiten Motors M2 fortgefahren und nach dem Abschalten des ersten Motors M1 der zweite Motor M2 für eine vorgegebene Zeitdauer angeschaltet, was in Schritt 108 geschieht, um sicherzustellen, dass bei einem Ausfall des zweiten Motors M2 der Stromschwellenwert erneut überschritten wird.
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In Schritt 110 verifiziert das Verarbeitungsmodul 20, ob der Stromschwellenwert tatsächlich überschritten wurde, und erhält, wenn ja, die Information, dass der zweite Motor M2 kurzgeschlossen wurde. Andernfalls ist der zweite Motor M2 funktionsfähig.
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Die Informationen, die sich auf den Ausfall der Motoren M1, M2 beziehen, werden durch das Verarbeitungsmodul 20 in an sich bekannter Weise an eine Fernzentrale übermittelt.
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Um einen Ausfall festzustellen, der sich auf einen kurzgeschlossenen Motor bezieht, falls der Drain-Source-Spannungsschwellenwert VDS überschritten wird, und um den beteiligten Kanal zu identifizieren, werden jedoch die in den Ablaufdiagrammen der 5 und 6 dargestellten Prozesse durchgeführt.
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5 ist ein Ablaufdiagramm der Prozesse, die sich auf die Verifizierung des Betriebs des ersten Motors M1 beziehen. In Schritt 120 stellt das Verarbeitungsmodul 20 zu gegebener Zeit fest, dass der Drain-Source-Spannungswert VDS des dem ersten Motor M1 zugeordneten MOSFET Q' den Drain-Source-Spannungsschwellenwert übersteigt. Insbesondere ist in dem Versorgungszweig, der die Quelle 2 mit der elektronischen Regelvorrichtung 4 verbindet, ein Spannungsteiler 24 (siehe 3) vorgesehen. Auch die Vorrichtung 22' für die Überwachung der Drain-Source-Spannung ist ein Spannungsteiler. Das Verarbeitungsmodul 20 erfasst die Spannungen, die an den Anschlüssen dieser Spannungsteiler anliegen, und berechnet zunächst deren Differenz, wobei es die Drain-Source-Spannung des MOSFET Q' erhält, und vergleicht diese dann mit dem Schwellenwert.
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An diesem Punkt überträgt das Verarbeitungsmodul 20 an das Steuermodul 10 ein Signal, das zum Anhalten der Motoren auffordert, woraufhin das Steuermodul 10 in Schritt 122 beiden Motoren M1, M2 anhält. Danach wird in Schritt 124 der erste Motor M1 für eine vorgegebene Zeitspanne angeschaltet, um sicherzustellen, dass bei einem Ausfall dieses ersten Motors M1 der Stromschwellenwert erneut überschritten wird. In Schritt 126 verifiziert das Verarbeitungsmodul 20, ob der Stromschwellenwert überschritten wurde, und erhält, wenn ja, die Information, dass der erste Motor M1 kurzgeschlossen wurde. Andernfalls erhält es die Information, dass ein Steuerfehler des ersten elektronischen Schalters Q' verifiziert wurde.
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6 ist ein Ablaufdiagramm der Prozesse, die sich auf die Verifizierung des Betriebs des zweiten Motors M2 beziehen. In Schritt 128 stellt das Verarbeitungsmodul 20 zu gegebener Zeit fest, dass der Drain-Source-Spannungswert VDS des dem zweiten Motor M2 zugeordneten MOSFET Q'' den Drain-Source-Spannungsschwellenwert übersteigt. Insbesondere ist die Vorrichtung 22'' zur Überwachung der Drain-Source-Spannung ein Spannungsteiler. In diesem Fall berechnet das Verarbeitungsmodul 20 ebenfalls die Differenz zwischen den Spannungen, die durch den Teiler 24, der an dem vorstehend beschriebenen Versorgungszweig positioniert ist, und durch die Vorrichtung 22'' erfasst wurden, und erhält auf diese Weise die Drain-Source-Spannung des MOSFET Q'' und vergleicht sie anschließend mit dem Schwellenwert. Es ist selbstverständlich eine Messung der Drain-Source-Spannungen der Transistoren mit anderen, an sich bekannten Vorrichtungen möglich.
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Falls der Drain-Source-Spannungsschwellenwert überschritten wird, überträgt das Verarbeitungsmodul 20 an das Steuermodul 10 ein Signal, das zum Anhalten der Motoren auffordert, woraufhin das Steuermodul 10 in Schritt 130 beide Motoren M1, M2 (oder, sofern das Verfahren von 5 bereits durchgeführt und der zweite Motor M2 bereits angehalten wurde, nur den ersten Motor M1) anhält. Anschließend wird in Schritt 132 der zweite Motor M2 für eine vorgegebene Zeitspanne angeschaltet, um sicherzustellen, dass der Stromschwellenwert bei einem Ausfall dieses zweiten Motors M2 überschritten wird.
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In Schritt 134 verifiziert das Verarbeitungsmodul 20, ob der Stromschwellenwert überschritten wurde, und erhält, wenn ja, die Information, dass der zweite Motor M2 kurzgeschlossen wurde. Andernfalls erhält es die Information, dass ein Steuerfehler des zweiten elektronischen Schalters Q'' verifiziert wurde.
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Abgeschalteter Motor
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Ein abgeschalteter Motor impliziert, dass der MOSFET-Transistor nicht korrekt gesteuert wird, da der Source-Anschluss auf einem beliebigen und unvorhersehbaren Potential liegt. Dieser Zustand könnte die Drain-Source-Spannung VDS derart ändern, dass sie den Schwellenwert übersteigt, und in diesem Fall würde das mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren zwar identifiziert werden, könnte jedoch nicht die Ursache für das Auftreten der Überschreitung sein. Aus diesem Grund wird zur Identifizierung eines abgeschalteten Motors ein Verfahren angewendet, das nunmehr mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 7 beschrieben wird.
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In Schritt 150 werden beide Motoren M1, M2 gleichzeitig für eine vorgegebene Zeitspanne, z. B. 10 ms, abgeschaltet, um nicht ihren korrekten Betrieb zu beeinträchtigen. Diese periodische Deaktivierung wird mit einer niedrigen Frequenz wiederholt, zum Beispiel nach jeweils einer Minute. Während der Deaktivierung verifiziert das Verarbeitungsmodul 20 in Schritt 152 das Vorliegen einer mit jedem Motor M1, M2 verbundenen elektromotorischen Rückkraft. Insbesondere sind die Vorrichtungen 18', 18'' zur Überwachung der Motorspannung Spannungsteiler, und das Verarbeitungsmodul 20 akquiriert die an deren Anschlüssen gemessene Spannung. Wenn diese Spannungen (elektromotorischen Rückkräfte) festgestellt werden, erhält das Verarbeitungsmodul 20 die Information, dass die Motoren M1 und/oder M2 regulär angeschlossen sind. Wenn nicht, sind die Motoren M1 und/oder M2 nicht angeschlossen.
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Überlasteter Motors
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Der Zustand eines überlasteten Motors (und in der Folge der Zustand eines angehaltenen Motors) führt zu einer Zunahme des Stroms, der bei gleicher angelegter Spannung von dem Motor aufgenommen wird. Durch die Verwendung des Stromkomparators 16 und des Verarbeitungsmoduls 20 kann er ohne vollständiges Abschalten begrenzt werden, wie das nachstehend beschrieben wird.
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In dem Shunt-Widerstand Rs fließt jedoch ein Strom, der der Gesamtbetrag des Stroms ist, der in jedem Motor M1, M2 fließt. Aus diesem Grund wäre es zwar möglich, lediglich den Gesamtstrom zu regeln, doch wäre es nicht möglich, den effektiven Strom des jeweiligen Motors M1, M2 in Erfahrung zu bringen. 8 ist ein Graph zur Darstellung des in einem Motor fließenden Stroms in Abhängigkeit von der an den Motor selbst angelegten Spannung. Die durch den minimalen Stromwert LSOAmin und den maximalen Stromwert ISOAmax begrenzte Zone 200 ist die Zone des sicheren Betriebs (SOA = engl. safe operating area), das heißt die Zone des sicheren Betriebs des Motors. Die Linien 202, 204 und 206, 208 stellen den Betrieb eines Motors jeweils im Normalzustand, in einem teilweise überlasteten Zustand und im angehaltenen Zustand dar.
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9 ist ein Ablaufdiagramm der Prozesse, die sich auf die Feststellung eines überlasteten Motors beziehen. In Schritt 160 stellt das Verarbeitungsmodul 20 auf der Basis des von dem Stromkomparator 16 in regelmäßigen Abständen gelieferten Signals fest, dass der in dem Shunt-Widerstand Rs fließende Strom einen Alarmschwellenwert übersteigt. An diesem Punkt überträgt es in Schritt 162 ein Stromregelsignal an das Steuermodul 10, das durch Einwirken auf die Transistoren Q', Q'' in an sich bekannter Weise den in den Motoren M1, M2 fließenden Strom begrenzt, indem die an die Motoren angelegte Spannung fortschreitend reduziert wird. Der Strom wird in Übereinstimmung mit dem Profil 210 der Zone des sicheren Betriebs 200 reduziert.
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In Schritt 164 verifiziert das Verarbeitungsmodul 20 mittels eines Signals, das von den Vorrichtungen 18', 18'' zur Überwachung der Motorspannungen ausgegeben wird, ob die an die Motoren M1, M2 angelegte Gesamtspannung bis zum Erreichen eines ersten Spannungsschwellenwerts Vlimitation reduziert wurde. Wenn ja, überträgt sie an das Steuermodul 10 ein Signal, das zum Anhalten der Motoren auffordert, woraufhin das Steuermodul 10 in Schritt 166 beide Motoren M1, M2 anhält. Anschließend wird in Schritt 168 der erste Motor M1 angeschaltet. In Schritt 170 verifiziert das Verarbeitungsmodul 20, ob die Spannung des ersten Motors M1 bis zum Erreichen eines zweiten Spannungsschwellenwerts Vlimitiation reduziert wurde, dessen Wert von der Charakteristik des ersten Motors M1 abhängt. Wenn ja, erhält es die Information, dass der erste Motor M1 überlastet ist. Andernfalls ist der Motor M1 funktionsfähig.
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An diesem Punkt wird der erste Motor M1 in Schritt 172 erneut angehalten, und die Prozesse 168 und 170 werden wiederholt, wobei anstelle des ersten Motors M1 nunmehr der zweite Motor M2 angeschaltet wird, um eine Analyse an diesem zweiten Motor durchzuführen.
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Angehaltener Motor
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Die Feststellung eines angehaltenen Motors erfolgt durch das nachstehend mit Bezug auf 9 beschriebene Verfahren, in dem ein kleinerer Wert Vblocked als der für die Feststellung des überlasteten Motors gewählte Wert als Schwellenwert für die Spannung des Motors gewählt wird.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
