JP2014504144A - 電動機の誤動作を検出するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、電動機の誤動作を検出するための方法であって、電動機（１）のトルク（Ｍ）に影響を及ぼす第１の変数（ｉ_ｓｑ）が変調される方法に関する。電動機の機能不良を確実に検出し、このような機能不良に関連した電動機の不都合なモーメントまたは出力の伝達を防止するために、電動機のトルクに影響を及ぼす第２の変数（Ψ_ｐ）を変調し、エラーなしに作動している場合に、トルク（Ｍ）に影響を及ぼす前記２つの変数（Ψ_ｐ，ｉ_ｓｑ）の、電動機（１）のパラメータ、特にトルク（Ｍ）、回転数、電気的パラメータおよび／または磁気的パラメータに対する作用が補正され、補正されない場合にはエラー発生を推定する。

Description

本発明は、電動機の誤動作を検出するための方法であって、電動機のトルクに影響を及ぼす第１の変数が変調される方法および方法を実施するための装置に関する。

電動機のトルクは、独立した複数の変数により影響される場合がある。電動機のモーメントまたは出力の伝達を直接に検出するために適した測定システムは、通常は自動車駆動系には提供されていない。例えば、駆動軸トルクの測定はコストの理由により行われない。それ故、電動機の不都合なモーメントまたは出力の伝達を直接に検出することはできない。特に電気自動車またはハイブリッド車では、車両が停止している場合にも電動機と車両の駆動ホイールとの間に摩擦力による結合が提供されている。例えば、データ通信のエラーまたは構成部品エラーに基づいた電動機の不都合なモーメントまたは出力の伝達は、運転手要求に反して、極度に安全性を脅かす自動車の動きを引き起こしかねない。

電気自動車もしくはハイブリッド車では高い電動機出力が使用され、したがって、エラーが発生した場合には不都合な高い加速度または減速度が生じる場合がある。このことは、不安定な走行特性をもたらし、特に減速度が高い場合には運転手が対処する可能性はほとんど残されていない。電動機が供給するトルクの値が小さすぎる場合にも安全性を脅かす走行状況が引き起こされる場合がある。例えば、回生のために総ブレーキトルクの一部を電動機が担うことが望ましいにもかかわらず、電動機はブレーキトルクにおける電動機による部分を実行しないということも起こり得る。

欧州特許出願公開第１３８７４５９号明細書により、駆動装置のエラーを検出するための方法が既知である。この方法では、駆動装置は多相‐電動機および電動機の後方に接続された整流器を備え、整流器は電動機の個々の位相の電圧を制御し、相電流は、電動機の位相でそれぞれ周期的に流れる。電動機のエラーを検出するために、電動機の複数の相電流が測定される。この場合、電動機の電圧の正弦波変調が行われる。

したがって、安全性および監視のために、電動機のモーメントまたは出力の伝達に関する正確な認識、およびエラーが発生した場合に迅速に効果的に対応するための手段が求められる。

欧州特許出願公開第１３８７４５９号明細書

請求項１の特徴を備える電動機の誤動作を検出するための方法では、電動機の機能不良が検出され、機能不良に関連した電動機の不都合なモーメントまたは出力の伝達が防止される。電動機のトルクに影響を及ぼす第２の変数が変調され、トルクに影響を及ぼす２つの変数の、電動機のパラメータ、特にトルク、回転数、電気的パラメータおよび／または磁気的パラメータに対する作用が、エラーなしに作動している場合には補正され、補正されない場合には、エラーの発生が推定され、電気的な変数を用いて、電動機の機械的トルクの特性について確実に述べることができる。

この場合、電動機のトルクに影響を及ぼす変数の変調とは、テスト信号によるこれらの変数の変更、特に重畳として理解されるべきである。この場合、このようなテスト信号は、特に時間にわたって可変であり、形状（例えば、矩形、（正弦‐）振動、鋸歯、台形）も可変である。

有利には、トルクに影響を及ぼす第１の変数は、電動機の固定子に割り当てられており、トルクに影響を及ぼす第２の変数は、電動機の回転子に割り当てられている。これにより、電動機の機械的なトルクに影響を及ぼす物理的に異なる２つの変数を、電動機の誤動作を検出するために変化させることができる。電動機がエラーなしに作動されている場合にのみ、物理的に異なるこれら２つの変数の変化は、電動機のパラメータ、特にトルク、回転数、電気的なパラメータおよび／または磁気的なパラメータに対する作用の補正をもたらす。

一構成では、固定子に割り当てられた変数は固定子電流であり、回転子に割り当てられた変数は回転子磁束である。これにより、電動機の誤動作を検査するためには、電動機の機能に直接に作用する物理的変数のみが制御される。

一実施形態では、それぞれの変数の基本信号にそれぞれ１つのテスト信号が重畳されることによって電動機のトルクに影響を及ぼす第１および第２の変数の変調が行われる。固定子電流もしくは回転子磁束は物理的に異なる２つの変数であり、これらの変数は、物理的に異なる、または異なるスケーリングを施されたテスト信号を必要とするので、これらの異なるテスト信号は不可欠である。テスト信号は、例えば、固定子電流に重畳された部分および固定子磁束を形成する励磁電流に重畳された部分である。

一変化態様では、基本信号にテスト信号が重畳される場合に信号制限が考慮され、テスト信号は、重畳後に、変調された基本信号が信号制限を超過しないように選択される。したがって、基本信号およびテスト信号が信号制限を超過することはないので、変調後にも、電動機の誤動作を検査するために十分に使用することができる変調された基本信号が提供されている。変調された基本信号が信号制限を超過した場合、電子的な処理に際して変調された基本信号の歪みが伴い、これにより明確なテスト結果を得ることができなくなる。電動機のトルクに影響を及ぼす１つの変数が変調された場合、電動機のトルクに影響を及ぼす他の変数の信号制限にも注意すべきであり、これにより、エラーなしに作動されている場合に電動機のパラメータに対する２つの変数の作用の補正が確保される。代替的には、信号制限が許容され、信号制限が有効な場合にも電動機がエラーなしに作動している場合に補正が確保されるように、電動機のトルクに影響を及ぼす２つの変数のテスト信号が互いに調整される。

有利には、少なくとも１つのテスト信号は振動からなる。テスト信号として振動を用いることは、このようなテスト信号は、電動機の作動形式に良好に適合されるという利点を有する。好ましくは、振動は、電動機にエラーが発生した場合に電動機のトルクが時間平均で変更されないように選択されている。これにより、車両の付加的な加速または減速がテスト信号によって防止され、この場合、例えば、毎秒５振動周期程の十分に高い振動周波数が選択される。

一実施形態では、テスト信号は、電動機のトルクに影響を及ぼす第１および第２の変数に連続的に重畳される。このような連続的な方式により、電動機の誤動作が常に検査され、これにより、電動機の危険な状態が直接に検出される。したがって、検出された誤動作に対して直接に反応することが可能となる。

代替的な実施形態では、テスト信号は、電動機の少なくとも１つの規定された作動状態で、電動機のトルクに影響を及ぼす第１および第２の変数に重畳される。これにより、誤動作の検査は、例えば、電動機の回生作動時のように高い加速度または減速度が生じた電動機の作動状態で設定（調節）される。したがって、特に安全性が脅かされる走行状態を確実に監視することができる。

特に簡単な一実施形態では、電動機のトルクに影響を及ぼす第１および第２の変数は、反対の符号を備えるテスト信号によって変調され、これにより、電動機がエラーなしに作動している場合に、電動機のトルクに影響を及ぼす第１および第２の変数の変調の、電動機のパラメータ、特に回転数、トルク、電気的パラメータおよび／または機械的パラメータに対する作用が補正され、電動機のパラメータ、特に回転数、トルク、電気的パラメータおよび／または磁気的パラメータに対する作用が補正されていないことに基づいてエラーの発生が検出される。反対の符号を備えるテスト信号の使用により、特に電動機の機能性もしくは誤動作の簡単な検出が可能となる。

電動機のトルクに影響を及ぼす変調された２つの変数の作用が補正されているか、または補正されていないかを確認するために、種々異なる評価可能性がある。したがって、電動機のトルクに影響を及ぼす第１および第２の変数の変調後に、電動機の実際‐パラメータが測定され、この実際‐パラメータが、所定のパラメータの所定の時間経過にわたる範囲内にある場合には、電動機がエラーなしに作動していることが検出される。これにより、期待される目標‐パラメータと異なる電動機の実際‐パラメータの所定の変動幅が許容され、それにもかかわらず、電動機のエラーのない作動が検出される。

一構成では、電動機の回転子に影響を及ぼす変数の変調後に、電動機の固定子で調節された第１の実際‐パラメータが測定され、この第１の実際‐パラメータは、所定の第１のパラメータの所定の経過時間にわたる範囲と比較される。

代替的に、電動機の固定子に影響を及ぼす変数の変調後に、電動機の回転子で調節された第２の実際‐パラメータが測定され、この第２の実際‐パラメータは、期待される第２のパラメータの所定の時間経過にわたる範囲と比較される。この場合、電動機のトルクに影響を及ぼす変数の変調に基づいて変更もしくは制御された電気的なパラメータが評価される。

別の方法では、電動機における機械的な変化が評価され、この場合、電動機のトルクに影響を及ぼす第１および第２の変数の変調後に、自動車の駆動系で生じた回転振動が測定され、所定の回転振動の所定の時間経過にわたる範囲と比較される。振動モードのテスト信号により変調を行った場合には、エラーが発生した場合に駆動系に回転振動が励起される。自動車の駆動系の振動特性が多くの場合には線形であることに基づいて、回転振動は、テスト信号の周波数と同じ周波数を示す。対応した回転振動は、回転数信号に基づいて、例えば、相関的計算によって検出することができる。この場合、回転振動の振幅が所定の閾値を超えた場合にエラーの発生が検出される。

電動機の誤動作を評価するための別の可能性は、電動機のトルクに影響を及ぼす第１および第２の変数の変調後に、電動機の回転数が測定され、所定の回転数の所定の時間経過にわたる範囲と比較される。この場合にも、電動機の誤動作は電動機の機械的に生じた変化に基づいて検出される。

一構成では、電動機の回転振動、回転数、第１の実際‐パラメータおよび／または第２の実際‐パラメータの監視は、互いに独立して、それぞれ１つの監視経路で行われる。したがって、電動機の機能不良を検出するための異なる複数の方法が提供され、これらの方法は、互いに独立した異なるセンサに基づいている。これにより、電動機の作動特性を検査する場合に高い冗長性が得られる。

別の実施形態では、電動機の誤動作を監視するために、少なくとも２つの独立した監視経路が作動される。それぞれの監視経路は、電動機の誤動作を決定するための異なる評価方法を備えているので、２つのみの監視経路を使用した場合に、既に十分な冗長性が付与されている。いずれか１つの監視経路が電動機の誤動作を示した場合にはすぐに電動機の誤動作が推定される。この場合、２つの監視経路のいずれか一方に故障が生じている場合にも高い安全性が提供されている。これに対して代替的に、２つの監視経路が互いに独立して、電動機の誤動作が生じているという結果をもたらした場合にのみ電動機の誤動作が検出される。これにより、車両の使用可能性が高められる。

有利には、これらの監視経路は、電動機の少なくとも１つの共通の遮断経路および／または電動機の機能性を制御する共通の経路に通じている。これにより、電動機の機能不良が生じていることが確認された場合に電動機がすぐに遮断されることが確保される。しかしながら、このことが自動車の運転時に可能ではない場合には、電動機の機能性は、当該エラー状態が補正されるように制御される。したがって、段階的な方法が可能であり、例えば、いずれか一方の監視経路が電動機の誤動作を示した場合には、電動機の出力が制限される。２つの監視経路が誤動作を示した場合には、電動機の完全な停止が行われる。

代替的な実施形態では、それぞれの監視経路は、電動機の少なくとも１つの遮断経路および／または電動機の機能性を制御する経路に通じている。これにより、１つの監視経路のみによって電動機の機能不良が確認された場合には、電動機が遮断されるか、または電動機の機能性が制御される。いずれかの遮断経路が故障している場合、または正確に作動しない場合には、別の遮断経路が、機能不良が生じた場合に電動機を遮断するか、または電動機の機能性を制御する経路に信号を送信する。

本発明の別の実施形態は、電動機の誤動作を検出するための装置であって、電動機のトルクに影響を及ぼす第１の変数が変調される装置に関する。電動機の機能不良を検出し、これに関連した不都合なモーメントまたは出力の伝達を防止するために、電動機に影響を及ぼす第２の変数のトルクを変調する手段が提供されており、エラーなしに作動している場合には、トルクに影響を及ぼす２つの変数の、電動機のパラメータ、特にトルク、回転数、電気的なパラメータおよび／または磁気的なパラメータに対する作用が補正され、補正されない場合にはエラーの発生が推定される。このことは、電動機の特性に影響を及ぼす電気的なパラメータの変化により、電動機の機械的な作動形式を推論することができるという利点を有する。これにより、極めて簡単な監視装置を実現することができる。

一構成では、回転振動、トルク、電動機の固定子のパラメータ、または電動機の回転子のパラメータを検出する監視ユニットは、１つのみの監視経路を備え、この監視経路には、電動機の遮断経路および／または電動機を制御するための経路が接続している。装置、例えば制御器に、電動機の誤動作を監視するためのそれぞれ１つのみの監視経路が形成されていることにより、電動機の作動を監視する場合に高い冗長性が生じる。これにより高い安全性要求が満たされる。

電動機の誤動作の監視の他に、テスト信号による変調は、送信機を較正および／または検査するため、および／または電動機をセンサなしに閉ループ制御するため、および／またはセンサが故障した場合に電動機を非常運転するために使用することができる。

本発明は、多数の実施形態を可能にする。これらの実施形態のうちの１つを、図面に基づいて詳細に説明する。

電動機を制御するための原理を説明する図である。

図１は、電気自動車を駆動するために使用される個別励起される三相‐同期機１の本発明の実施例を示す図である。固定子（さらに図示しない）の巻線が、ｕ相、ｖ相およびｗ相として極めて簡略化して示されている。この巻線のコイル軸線は、それぞれ１２０°だけ互いにずらされている。電流を流された励磁巻線２は回転子３で回転子磁束Ψ_ｐを生成する。自動車の運転手もしくは運転支援システム、または自動車の安全システムは、目標トルクＭ_Ｓｏｌｌを設定する。目標トルクＭ_Ｓｏｌｌは、自動ギアの切換プロセスでこのギアにより制御される。

三相機１の磁場方向観察方法は、空間ベクトルの原理に基づいている。空間ベクトルと同期的に回転する正規直交系のｄ−ｑ−座標系を観察した場合、関係を簡略化することができき、ｄ−ｑ−座標系のｄ−軸は、非同期機の場合には回転子磁束空間ベクトルΨ_ｒの方向と一致し、同期機の場合には磁極ホイール磁束空間ベクトルΨ_ｐの方向と一致する。この場合、空間ベクトルは、ｄ−およびｑ−成分に分解される。この場合、回転子磁束空間ベクトルもしくは磁極ホイール空間ベクトルのｑ−成分は消滅する：
Ψ_ｒｑ= 0
Ψ_ｐｑ= 0

理想的な非突極型回転子を備える同期機では、生成された実際‐トルクＭ（エアギャップトルク）が固定子電流のｑ−成分ｉ_ｓｑに比例している：
Ｍ＝３／２Ｚ_ｐΨ_ｐｉ_ｓｑ （１）
この場合：
Ｚ_ｐ 極対数
Ψ_ｐ ＝Ψ_ｐｑ 回転子もしくは磁極ホイール磁束（ｄ−成分）
である。個別励起された同期機では、回転子磁束Ψ_ｐは、励磁電流ｉ_ｐを設定することにより調節される。

ブロック１０１では、この目標トルクＭ_Ｓｏｌｌ、回転子回転数ωおよび実際に使用可能な中間回路電圧Ｕ_ｚｋに基づいて、目標トルクＭ_Ｓｏｌｌの値が小さい場合または回転子回転数ωが極めて高い場合には効率が最適化された回転子磁束Ψ_ｐＯｐｔが取り消される。回転子磁束Ψ_ｐの動特性変化は多くの場合には制限されており、したがって、例えば、トルク反転などの境界条件を考慮することもできる。

最適な回転子磁束Ψ_ｐＯｐｔには、テスト信号Ψ_ｐΔが加えられるか、もしくは重畳される、すなわち重ねて変調される。テスト信号Ψ_ｐΔは、効率が良好な場合には目標トルクＭ_Ｓｏｌｌをさらに生成することができ、このようにして計算された回転子磁束‐目標値Ψ_{ｐＳｏｌｌ}を調節することもできる。この場合、テスト信号Ψ_ｐΔは、持続的に加えられる平均値ゼロの振動からなる。同期機１もしくは車両の運転点に依存したテスト信号Ψ_ｐΔの励起および変調が同様に可能である。

回転子磁束‐目標値Ψ_{ｐＳｏｌｌ}はブロック１０２に伝送される。このブロック１０２では、回転子磁束‐実際値Ψ_ｐが回転子磁束‐目標値Ψ_{ｐＳｏｌｌ}に応じて調節されるように、回転子３の励磁巻線２への電流ｉ_ｐが設定されるか、または励磁電圧の設定により閉ループ制御される。回転する回転子３に励磁電流ｉ_ｐを伝送するロータリトランスミッタは、図１には簡略化のために図示されていない。

目標トルクＭ_Ｓｏｌｌには、一定不変の係数２／（３Ｚ_ｐ）が乗算され、この場合、この結果は、回転子磁束‐目標値Ψ_{ｐＳｏｌｌ}によって除算される。これにより、固定子電流のｑ−成分ｉ_ｓｑのための目標値ｉ_{ｓｑＳｏｌｌ}が生じる。ブロック１０３では、相電圧ｕ_ｓｕ，ｕ_ｓｖ，ｕ_ｓｗひいては相電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗが、固定子電流のｄ−成分ｉ_ｓｑが目標値ｉ_{ｓｑＳｏｌｌ}に従うように調節される。回転子３の回転の他に、回転子磁束Ψ_ｐの変調は、電動機１の固定子の誘導電圧をももたらす。回転子回転数ωに対して付加的に回転子磁束‐目標値Ψ_{ｐＳｏｌｌ}を考慮すること（さらに説明しない）により、フィードフォワード制御の意味で固定子の電流閉ループ制御が改善される。

回転子磁束‐実際値Ψ_ｐ、回転子磁束‐目標値Ψ_{ｐＳｏｌｌ}、固定子電流‐実際値ｉ_ｓｑおよび固定子電流‐目標値ｉ_{ｓｑＳｏｌｌ}に応じて、目標トルクＭ_Ｓｏｌｌに対応した実際‐トルクＭが生成される。すなわち、トルクに影響を及ぼす２つの変数、回転子磁束Ψ_ｐおよび固定子電流ｉ_ｓｑのｑ−成分もしくは相電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗは変調され、電動機がエラーなしに作動している場合には、この変調の、生成された実際‐トルクＭに対する作用は方程式１に対応して補正される。

実際値は、多くの場合は遅れて目標値に従い、このことは、例えば、巻線のインダクタンスおよび信号伝送における時間遅延に基づいている。このような遅延は既知である。したがって、生成されたトルクＭへの実際値Ψ_ｐ，ｉ_ｓｐの変調の作用が補正されるように、目標値（回転子磁束‐目標値Ψ_{ｐＳｏｌｌ}および固定子電流‐目標値ｉ_{ｓｑＳｏｌｌ}）の動的補正もしくはフィードフォワード制御が推奨される。

テスト信号Ψ_ｐΔによる変調によって、例えば励磁電流ｉ_ｐが最大限度に達したために、回転子磁束Ψ_ｐが調節限度に達した場合には、固定子電流ｉ_ｓｑを変調する際にこのことが考慮され、電動機１がエラーなしに作動している場合には、生成されたトルクＭへの変調の作用がさらに補正される。これに応じて、回転子磁束Ψ_ｐもしくは励磁電流ｉ_ｐが設定される場合に、変調された固定子電流ｉ_ｓｑの調節量制限も考慮される。

データ通信におけるエラー、ソフトウェアエラー、あるいは生成されたトルクＭを制御する開ループ制御器、センサまたはアクチュエータの構成部品エラーは同様に回転子磁束Ψ_ｐおよび／または固定子電流ｉ_ｓｑの変調に影響を及ぼす。例えば、ブロック１０２におけるアキュムレータエラーに基づいて、または供給電圧に対する短絡に基づいて、励磁電流ｉ_ｐがもはや目標値に対応していない場合には、変調は励磁電流ｉ_ｐ、ひいては回転子磁束Ψ_ｐにもはや含まれない。この場合、固定子電流ｉ_ｓｑに残された変調は、生成されたトルクＭに変調をもたらす。

電動機１の作動にエラーが生じた場合には、生成されたトルクＭに対する回転子磁束Ψ_ｐおよび固定子電流ｉ_ｓｑの変調の作用はもはや相殺されず、これにより、振動モードのテスト信号Ψ_ｐΔの場合、生成されたトルクＭに振動が重ねられ、ひいては駆動系に回転振動がもたらされる。回転子３を監視するブロック１０４の第１監視ユニットは、測定された回転子回転数ωおよび変調された回転子磁束‐目標値Ψ_{ｐＳｏｌｌ}を受信する。例えば、相関的計算によって駆動系に生じた回転信号が検出され、これらの回転信号が、振動モードのテスト信号Ψ_ｐΔを原因としている場合、信号ｂ＿ＤｅＡｃｔ＿ｒにより励磁電流ｉ_ｐの遮断、ひいては電動機１の遮断が行われる。遮断に対して代替的に、トルクＭのエラーを補正するための措置が、例えば、固定子電流ｉ_ｓｑの補正により可能である。

回転子磁束Ψ_ｐの変調は、固定子の磁気的および電気的変数に影響を及ぼし、固定子電流ｉ_ｓｑの変調は、回転子３の磁気的および電気的変数に影響を及ぼす。この作用メカニズムに基づいて、電動機１の作動エラーを同様に証明することができる。例えば、回転子３の回転の他に、回転子磁束Ψ_ｐの変調も電動機１の固定子に誘導電圧をもたらす。これらの誘導電圧は、固定子の電流を閉ループ制御する場合に、すなわち、相電圧ｕ_ｓｕ，ｕ_ｓｖ，ｕ_ｓｗの設定時に考慮されるか、もしくは補正され、これにより、所定の相電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗが調節される。相電流は、固定子電流のｑ−成分ｉ_ｓｑが、同様に変調された目標値ｉ_{ｓｑＳｏｌｌ}に従うように設定される。

ブロック１０５には、第２監視ユニットが示されており、第２監視ユニットは、相電圧ｕ_ｓｕ，ｕ_ｓｖ，ｕ_ｓｗおよび測定された相電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗを入力変数として受信する。さらに、ブロック１０５には固定子を監視するために、回転子‐目標値Ψ_{ｐＳｏｌｌ}および測定または観察された回転子回転数ωならびに測定または観察された回転子角度θが供給される。ブロック１０５では、固定子を観察するために、変調された回転子磁束‐目標値Ψ_{ｐＳｏｌｌ}に対して固定子の磁気的および電気的変数が妥当であるか否かがチェックされる。これは、例えば、モデル化された、すなわち、数学モデルに基づいて決定された相電流値ｉ_{ｓｕＭｏｄ}，ｉ_{ｓｖＭｏｄ}，ｉ_{ｓｗＭｏｄ}と、測定された相電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗとを比較することによって行うことができる。数学モデルは、エラーなしに作動している場合に回転子磁束Ψ_ｐの変調に基づいて固定子に生じる付加的な誘導電圧をも考慮する。電動機１にエラーが生じた場合には回転子磁束Ψ_ｐの変調が変化し、これにより、測定された相電流とモデル化された相電流とにずれが生じる。ずれが大きすぎる場合には、ブロック１０５は信号ｂ＿ＤｅＡｃｔ＿ｓによって相電流を遮断し、電動機１を停止する。測定された個々の相電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗが、モデル化された相電流ｉ_{ｓｕＭｏｄ}，ｉ_{ｓｖＭｏｄ}，ｉ_{ｓｗＭｏｄ}の所定の時間経過にわたる範囲内にある場合には、電動機の作動エラーが生じていないことが検出される。この方法は、特に回転子回転数が小さく、他の方法、例えば、限定的にしか出力バランスを使用できない場合に有効である。

観察された変数が回転子回転数ωおよび回転子回転角度θのために使用された場合には、ブロック１０５で、測定された相電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗのみが用いられる。回転子３を観察するためのブロック１０４では、計算された回転子回転数ωのみが使用される。ブロック１０４および１０５により形成された監視ユニットは、互いに独立したセンサを使用し、互いに独立した遮断経路に作用し、これにより高い冗長性をもたらす。いずれか１つの監視ユニット、付属のセンサ、付属の遮断経路または遮断を行うための付属のアクチュエータが正常に機能していない場合には、他の監視ユニットによって遮断が行われる。方程式（１）にしたがって、相電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗの遮断により固定子電流のｑ−成分ｉ_ｓｑが遮断されるか、または励磁電流ｉ_ｐの遮断により回転子磁束Ψ_ｐが遮断され、これにより、実際‐トルクＭ＝０Ｎｍ、すなわち、トルク停止、もしくは電動機１の遮断がもたらされる。

回転子３の磁気的および電気的な変数に対する影響を引き起こし、これらの変数の妥当性確認のために相電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗの変調を用いることもできる。このために、有利には、固定子電流のｄ−成分ｉ_ｓｄの変調を行ってもよい。このｄ−成分は、回転子３の励磁巻線２に誘導電圧をもたらし、この誘導電圧は、励磁電流ｉ_ｐを閉ループ制御する場合に考慮される。励起電圧は、この誘導電圧を補正するように変調される。励起電圧の変調は、電動機１にエラーが生じていない場合には、励磁電流ｉ_ｐに対する相電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗの変調の作用を補正する。電動機１のエラーの結果として誘導電圧が変化した場合には、この補正はもはや完全には行われない。励磁電流ｉ_ｐには相電流の変調が示される。励磁電流ｉ_ｐは目標値ｉ_{ｐＳｏｌｌ}から外れ、励磁電流‐目標値ｉ_{ｐＳｏｌｌ}の所定の時間経過にわたる範囲を離れる。突極回転子を備える同期機では、生成された実際‐トルクＭは固定子電流のｄ−成分ｉ_ｓｄにも依存している。この場合、例えば、回転子磁束Ψ_ｐおよび／または固定子電流のｑ−成分ｉ_ｓｑを適宜に反対方向に変調することにより、生成された実際‐トルクＭに対する固定子電流のｄ−成分ｉ_ｓｄの変調による影響が補正される。

有利には、目標磁束を検出するためのブロック１０１、励磁電流を決定し、閉ループ制御するためのブロック１０２、およびブロック１０４で回転子を監視するための監視ユニットが、１制御器（図示しない）で実現される。固定子の電流を閉ループ制御するためのブロック１０３は、ブロック１０５の固定子の第２監視ユニットと共に第２制御器で実現される。制御器の間では、目標トルクＭ_Ｓｏｌｌと回転子磁束‐目標値Ψ_{ｐＳｏｌｌ}が、例えばバスシステム（図１に破線Ｂで示す）を介して交換される。２つの制御器はそれぞれ監視ユニットを含み、エラーの発生が検出された場合には電動機１を停止することができる。これにより、高い安全性要求を満たすことができる。上記のような機能区分は例としてみなされるべきであり、したがって、複数の制御器に異なる分配を行うことも可能である。

テスト信号による本発明にしたがった変調の他の用途は、送信機を較正すること、もしくは作動中の送信機を検査することである。例えば、回転子磁束Ψ_ｐの変調、および固定子の磁気的および電気的変数への変調の影響から、実際の回転子回転角度θを推定することができる。このことは、例えば、回転子角度センサを組み付けた後に、回転子回転角度センサを較正するために、すなわち、回転子回転角度センサの信号と実際の電気的回転子角度との間の関係を形成するために、または回転子角度センサを作動中に検査するために利用することができる。

提案された変調により、電動機における回転子回転角度センサもしくは回転子回転数センサを不要とする、送信機なしの閉ループ制御方法が支援され得る。この方法は、その他には回転子回転数がより高い場合にのみ特に良好に機能する。回転子回転角度センサもしくは回転子回転数センサが故障した場合に電動機の非常運転を行うために変調を用いることもできる。

テスト信号による本発明にしたがった変調の他の用途は、例えば、インダクタンス、相互インダクタンスおよび抵抗など、閉ループ制御のために重要な電動機１の特性値の適応である。例えば、回転子磁束Ψ_ｐの変調、および固定子の磁気的および電気的変数に対する変調の影響から、電動機１の実際の磁気的および電気的特性を推定することができる。

Claims (20)

1. 電動機の誤動作を検出するための方法であって、電動機（１）のトルク（Ｍ）に影響を及ぼす第１の変数（ｉ_ｓｑ）が変調される方法において、
   前記電動機（１）のトルクに影響を及ぼす第２の変数（Ψ_ｐ）を変調し、エラーなしに作動している場合に、前記トルク（Ｍ）に影響を及ぼす前記２つの変数（Ψ_ｐ，ｉ_ｓｑ）の、前記電動機（１）のパラメータ、特にトルク（Ｍ）、回転数、電気的パラメータおよび／または磁気的パラメータに対する作用が補正され、補正されない場合にエラーの発生を推定することを特徴とする、電動機の誤動作を検出するための方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記トルク（Ｍ）に影響を及ぼす第１の変数（ｉ_ｓｑ）を前記電動機（１）の固定子に割り当て、前記トルク（Ｍ）に影響を及ぼす第２の変数（Ψ_ｐ）を前記電動機（１）の回転子（３）に割り当てる方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   前記固定子に割り当てられた変数が固定子電流（ｉ_ｓｑ）であり、前記回転子に割り当てられた変数が回転子磁束（Ψ_ｐ）である方法。
4. 請求項１，２または３に記載の方法において、
   それぞれの変数の基本信号にそれぞれテスト信号（Ψ_ｐΔ）を重畳することにより、前記電動機のトルクに影響を及ぼす前記第１および第２の変数（Ψ_ｐ，ｉ_ｓｑ）の変調を行う方法。
5. 請求項４に記載の方法において、
   前記基本信号に前記テスト信号（Ψ_ｐΔ）が重畳される場合に信号制限を考慮し、変調後に、変調された前記基本信号が前記信号制限を超過しないように前記テスト信号（Ψ_ｐΔ）を選択する方法。
6. 請求項４または５に記載の方法において、
   少なくとも１つの前記テスト信号（Ψ_ｐΔ）が振動からなる方法。
7. 請求項４，５または６に記載の方法において、
   前記電動機（１）の前記トルク（Ｍ）に影響を及ぼす前記第１および第２の変数（Ψ_ｐ，ｉ_ｓｑ）に、テスト信号（Ψ_ｐΔ）を連続的に重畳する方法。
8. 請求項４，５または６に記載の方法において、
   前記電動機（１）の少なくとも１つの所定の作動状態で、前記電動機（１）のトルク（Ｍ）に影響を及ぼす第１および第２の変数（Ψ_ｐ，ｉ_ｓｑ）に、前記テスト信号（Ψ_ｐΔ）を重畳する方法。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法において、
   反対の符号を備える前記テスト信号（Ψ_ｐΔ）によって前記電動機（１）の前記トルク（Ｍ）に影響を及ぼす前記第１および第２の変数（Ψ_ｐ，ｉ_ｓｑ）を変調し、これにより、前記電動機（１）がエラーなしに作動している場合に、前記電動機（１）の前記トルク（Ｍ）に影響を及ぼす前記第１および第２の変数（Ψ_ｐ，ｉ_ｓｑ）の変調の、前記電動機（１）のパラメータ、特にトルク（Ｍ）、回転数、電気的パラメータおよび／または磁気的パラメータに対する作用を補正し、前記電動機（１）のパラメータ、特にトルク（Ｍ）、回転数、電気的パラメータおよび／または磁気的パラメータに対する作用が補正されていないことに基づいて、エラーの発生を検出する方法。
10. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記電動機（１）の前記トルク（Ｍ）に影響を及ぼす前記第１および第２の変数（Ψ_ｐ，ｉ_ｓｑ）の変調後に、前記電動機（１）の実際‐パラメータ（ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗ）を測定し、該実際‐パラメータ（ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗ）が、所定のパラメータ（ｉ_{ｓｕＭｏｄ}，ｉ_{ｓｖＭｏｄ}，ｉ_{ｓｗＭｏｄ}）の所定の時間経過にわたる範囲内にある場合には、前記電動機（１）がエラーなしに作動していることを検出する方法。
11. 請求項２から１０までにいずれか一項に記載の方法において、
    前記電動機（１）の前記回転子（３）に影響を及ぼす前記変数（Ψ_ｐ）の変調後に、前記電動機（１）の固定子で調節された第１の実際‐パラメータ（ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗ）を測定し、該第１の実際‐パラメータ（ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗ）と、所定の第１のパラメータ（ｉ_{ｓｕＭｏｄ}，ｉ_{ｓｖＭｏｄ}，ｉ_{ｓｗＭｏｄ}）の所定の経過時間にわたる範囲とを比較する方法。
12. 請求項２から１０までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記電動機（１）の前記固定子に影響を及ぼす前記変数（ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗ）の変調後に、前記電動機（１）の前記回転子（３）で調節された前記第２の実際‐パラメータ（ｉ_ｐ）を測定し、該第２の実際‐パラメータ（ｉ_ｐ）と、所定の第２のパラメータ（ｉ_{ｐＳｏｌｌ}）の所定の時間経過にわたる範囲とを比較する方法。
13. 請求項１０に記載の方法において、
    前記電動機（１）のトルクに影響を及ぼす前記第１および第２の変数（Ψ_ｐ，ｉ_ｓｑ）の変調後に、自動車の駆動系で生じた回転振動を測定し、所定の回転振動の所定の時間経過にわたる範囲と比較する方法。
14. 請求項１０に記載の方法において、
    前記電動機（１）の前記トルクに影響を及ぼす前記第１および第２の変数（Ψ_ｐ，ｉ_ｓｑ）の変調後に、前記電動機（１）の回転数を測定し、所定の回転数の所定の時間経過にわたる範囲と比較する方法。
15. 請求項１０から１４までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記電動機（１）の回転振動、回転数、第１の実際‐パラメータおよび／または第２の実際‐パラメータの監視を、互いに独立してそれぞれ１つの監視経路で行う方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、
    前記電動機（１）の誤動作を監視するために、少なくとも２つの独立した監視経路を、特に同時に作動する方法。
17. 請求項１５または１６に記載の方法において、
    前記監視経路が、前記電動機（１）の少なくとも１つの共通の遮断経路および／または前記電動機（１）の機能性を制御する共通の経路に通じている方法。
18. 請求項１５または１６に記載の方法において、
    前記それぞれの監視経路が、前記電動機（１）の少なくとも１つの遮断経路および／または前記電動機（１）の機能性を制御する経路に通じている方法。
19. 電動機の誤動作を検出するための装置であって、電動機（１）のトルク（Ｍ）に影響を及ぼす第１の変数（ｉ_ｓｑ）が変調される装置において、
    前記電動機（１）の前記トルク（Ｍ）に影響を及ぼす第２の変数（Ψ_ｐ）を変調する手段が提供され、エラーなしに作動している場合に、前記トルク（Ｍ）に影響を及ぼす２つの変数（Ψ_ｐ，ｉ_ｓｑ）の、前記電動機（１）のパラメータ、特に前記トルク（Ｍ）、回転数、電気的なパラメータおよび／または磁気的なパラメータへの作用が補正され、補正されない場合にはエラーの発生が推定されることを特徴とする装置。
20. 請求項１９に記載の装置において、
    回転振動、トルク、前記電動機（１）の固定子のパラメータ、または前記電動機（１）の回転子のパラメータを検出する監視ユニットが、１つのみの監視経路を備え、該監視経路に、前記電動機（１）の遮断経路および／または前記電動機（１）を制御するための経路が接続している装置。

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