CN101427435B - 用于操作电机的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于操作电机的装置及相应的方法。本发明的目的是防止电机被错误地驱动。根据本发明，电机经由停机线路与一外部控制器相连接，并在外部控制器识别出错误时被停机。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于操作电机的装置和一种根据权利要求3所述的用于操作电机的方法。
背景技术
DE 102 05 963公开了一种用于驱动/控制永久磁铁励磁的机械的方法和驱动系统/控制系统(Ansteuersystem)，其中，该电机的各相分别配设有半桥结构/半桥电路，该半桥结构包括第一和第二开关元件以经由中间电路供电。驱动系统的工作状态受到监控并与一阈值相比较。如果超过阈值，则检测到错误/故障状态，在电机各相之间生成短路。
发明内容
本发明的目的是防止电机被错误地驱动。
所述目的由根据本发明的装置实现，在该装置中，电机可由外部控制器停机。因此当外部控制器识别到出现关于电机驱动的错误时，外部控制器能够使电机停机。这里，在本文中仅将相对基准(Soll)的偏差、信号检测错误或信号传送错误、失调/不匹配或超过阈值视为与电机驱动相关的错误，也就是说会导致不希望的结果的错误。如果下文中提到错误，则是指在此意义下的错误。
以这种方式可防止电机被错误地驱动。例如，由于错误的驱动会使电机产生不希望的高转矩或过高的转速。因此，造成电机过载、或者是被电机驱动的设备或车辆的不希望的行为。
根据本发明方法规定：当外部控制器识别到错误时，该外部控制器向电机的驱动系统发送停机信号。
因此，电机的驱动系统接收到关于存在外部识别的错误的信息，并能够相应地做出反应。
在最简单的情况下，停机信号直接作用在电机的输出级上，在本文中，该输出级可视为电机的驱动系统的一部分。这里，停机信号可设计成：包含输出级是应当产生三相短路还是应当打开所有断路器的信息。
在另一种实施形式中，外部控制单元的停机信号仅规定：应使电机停机。在这种情况下，由电机的驱动系统决定是否执行停机以及执行哪一种停机。
外部控制器可以是例如机动车辆的车辆控制器和/或发动机控制器，在该车辆控制器中处理关于起作用的行驶机构或车轮的牵引识别的信息，发动机控制器使电机的驱动与内燃机和可能的其它电机相协调。
由从属权利要求、结合附图可得到本发明的其它有利实施形式。
附图说明
附图中：
图1示出电机的驱动系统和与之连接的外部控制器的示意性电路图，
图2示出与永久磁铁励磁电机连接的驱动系统的示意性电路图。
具体实施方式
图1示出未示出的电机1的驱动系统25和外部控制器30。外部控制器30经由数据总线或其它类似的双向通信能力(部件)与电机1的驱动系统25交换数据。错误信息也可以以这种方式传送。但是，传送和评价过程设计成使之不适合于执行快速的安全停机。
在图1所示的实施例中，外部控制器30具有一功能计算器/函数计算器31、一监控计算器32和一逻辑装置33。
逻辑装置33经由一信号线与功能计算器31相连接，经由另一信号线与监控计算器32相连接。如果功能计算器31或监控计算器32识别出与电机1的驱动相关的错误，则功能计算器31或监控计算器32经由与之连接的信号线向逻辑装置33发送出错误信号。
外部控制器30的逻辑装置33经由停机线路34与驱动系统25相连接。当功能计算器31或监控计算器32或二者都识别出错误时，逻辑装置33经由停机线路34将停机信号传送到电机1的驱动系统25。
停机线路34的一部分用虚线表示。其目的是表示出，在逻辑装置33的输出与外部控制器30的输出之间也可对逻辑装置33的输出信号进行整理或进一步处理。
通过将外部控制器30的停机信号传送到驱动系统25，可将由外部控制器30激活的停机反应/停机响应集成在驱动系统25的停机线路中。
通过设置独立的停机线路34，使得电机能够对外部识别出的错误迅速做出反应。为此，停机线路的传送率/传送速度优选比外部控制器30与驱动系统25之间的其它数据传送快。停机线路34的路径优选选择成，例如经由驱动系统25的功能计算器3来避免不必要的绕行。
在图1中如虚线边界所示仅不完全地示出电机1的驱动系统25。该驱动系统具有一功能计算器3、一监控计算器4和不同的逻辑装置9、10、11、26、27、28、29。如图2所示，这些逻辑装置9、10、11、26、27、28、29可布置在一逻辑模块5中。
在图1所示的实施例中，外部控制器的逻辑装置33与驱动系统25的开关装置29直接或间接地连接。
根据外部控制器30经由停机线路34传送的停机信号的值(Maβgabe)，开关装置29占据称为0位的开关位置或称为1位的开关位置。同样，这两种状态同样由不同的信号类型或不同的信号电平表示。
例如，这样执行这种根据停机信号的转换，即通过对存在停机信号还是不存在停机信号进行区分来表示出两种不同的状态。如果停机线路34上没有来自外部控制器30的停机信号，则控制元件29位于1位，并连接功能计算器30的分区域8与开关装置10。
如果停机线路34上存在来自外部控制器30的停机信号，则控制元件29位于0位，并连接监控计算器4的开关装置28与开关装置10。如图2所示，最终开关装置10将由开关装置28发出的信息传送到电机1的输出级2以使电机停机。这样，当外部控制单元识别出错误时，即使电机的驱动装置本身并未识别出错误，也能够使电机停机。由此可提高错误识别率，更好地保护电机免受错误驱动。
开关装置28在处于0位时，发出三相短路(KS)的信息。开关装置28在处于1位时，发出打开电机1的输出级2的所有断路器(LS＝0)的信息。
开关装置28经由一控制线与功能计算器3的分区域8相连接。根据该控制线上的信号的值，开关装置28取0位或1位。这样，可根据来自功能计算器3的信息，通过三相短路或打开输出级2的所有断路器而执行停机过程。这种决定可例如根据功能计算器3是否识别出所检测的转速低于一相关的阈值而做出。
如图1所示，驱动系统25也能够独立于外部控制器30激活对电机1的停机。图2中示例性地示出对永久磁铁励磁的机械的停机。这里，图2所示的实施例设计成，使被停机的机械1不产生显著的制动转矩。
图2示出与永久磁铁励磁电机1相连接的驱动系统的示意性电路图。
电机1与输出级2相连接。输出级2可设计成变频器或变流器。所示的输出级2具有三个上开关元件2o1、2o2、2o3和三个下开关元件2u1、2u2、2u3。开关元件通常设计成断路器。这些开关元件构成三个半桥结构，所述半桥结构分别由所述开关元件中的两个2o1、2u1；2o2、2u2和2o3、2u3构成，并分别驱动电机1的三相中的一相。
输出级2经由一主接触器(图1中未示出)与电机1的也未在图1中示出的供电装置(例如电池)相连接。供电装置以电压U_DC向输出级2供电。通过该主接触器能够接通或切断该供电装置。
输出级2与一逻辑模块5相连接，并由该逻辑模块驱动。此外，输出级2将关于供电电压U_DC的信息和关于正确转换三相短路的信息传送到逻辑模块5。同样能够将关于正确转换开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2或2u3的打开的信息或关于开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2或2u3的电压U_CE的信息传送到逻辑模块5。
逻辑模块5与功能计算器3和监控计算器4相连接，并从功能计算器3和监控计算器4接收数据。功能计算器3与监控计算器4也互相连接，并互相交换数据。这里，监控计算器4监控功能计算器3的无错误运行。
功能计算器3接收转速传感器6的信息，该转速传感器优选检测电机1的转速D1。
此外，也可设置一个或多个另外的转速传感器7以检测一个或多个转速D2。例如，也可检测电机1的转速作为转速D2。同样可检测与电机1相连接的传动装置的转速、车轮的轮速或其它相关转速。优选地，转速传感器7是电子稳定程序中的车轮轮速传感器。
在图2中，转速传感器7与功能计算器3相连接。功能计算器3经由该连接结构接收转速传感器7的关于所检测的转速D2的信息。
功能计算器3具有一区域8。该区域8在两级监控系统或三级监控系统中称为第一级。在这种情况下，第一级受第二级、可能还有第三级的监控。在功能计算器3的区域8中计算用于驱动电机1的当前驱动信号。这些驱动信号由功能计算器3的区域8传送到逻辑模块5的开关10。
逻辑模块5的开关10经由一控制线将驱动信号传送到逻辑模块5的开关14。逻辑模块5的开关14经由一控制线将驱动信号传送到逻辑模块5的开关16。逻辑模块5的开关16经由一控制线将驱动信号传送到输出级2。输出级2根据驱动信号的值设定其开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2、2u3，并根据该驱动信号来控制电机1。
功能计算器3经由一停机线路与逻辑模块5的元件9相连接。其中，将能够选择性地传送通路信号或停机信号的连接结构称为停机线路。
监控计算器4同样经由停机线路与逻辑模块5的元件9相连接。
在一优选实施例中，该停机信号是无压缺省状态。如果由于错误而使功能计算器3或监控计算器4不向逻辑模块5传送信号，则逻辑模块5将这种情况解释成停机信号。
在图2所示的实施例中，元件9设计成“逻辑与”。元件9也可以与逻辑模块5中的所有元件一样是电子构件，是逻辑模块内的结构或软件结构。如果“逻辑与”9既从功能计算器3又从监控计算器4接收到通路信号，则“逻辑与”9向开关10传送通路信号，否则传送停机信号。
在一替代实施例中，元件9设计成“逻辑或”等。在这种情况下，如果元件9从功能计算器3或监控计算器4或从二者都接收到停机信号，便将停机信号传送到开关10。
如果开关10从元件9接收到停机信号，则开关10进行切换并中断对由功能计算器3的区域8计算的驱动信号的传送。此时传送的是逻辑模块5的元件11的驱动信号，而不是来自区域8的驱动信号。此时，元件11通常是其中固定存储用于三相短路的驱动信号的非易失性存储器。
元件11的这些驱动信号经由开关10传入该控制线，并经由开关14和开关16传送到输出级2。输出级2根据用于三相短路的驱动信号的值来设定其开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2、2u3，并使电机1三相短路。
这里，驱动信号能够使开关元件2o1、2o2、2o3或开关元件2u1、2u2、2u3三相短路。另外可规定，如果关于开关元件2o1、2o2、203、2u1、2u2、2u3的工作状态的信息得出无法无错误地执行或尚未无错误地执行所选择的三相短路的结论，则也可以改变成三相短路的各其它变型。
开关14与元件19相连接。元件19是一逻辑装置，当存在预定的输入数据时，该逻辑装置将停机信号发送到开关14。这里，该停机信号使开关14转换成闭合状态，在该闭合状态中开关14可传送相应的驱动信号以使电机1停机。
元件19经由元件20与转速传感器6相连接。元件20从转速传感器6接收关于由转速传感器6检测的转速D1的信息。转速D1优选是电机1的转速。元件20检查转速D1是否低于一阈值GR1。在一简化的实施例中，在这种情况下元件20包括一传送到元件19的信号。
在该实施例的一种改进方案中，检查转速传感器6和D1值的信号传送是否无错误地工作。在图1中，该检查在元件18中进行。这里，仅当元件18向元件19发出转速传感器6和D1值的信号传送无错误地工作的信号时，元件19才评价由元件20传出的关于传感器6的转速D1的信息。如情况不是这样，则在一改进方案中可替代地取一固定存储的转速值。
在图2中示出一实施例，其中元件19经由元件17与功能计算器3相连接。元件17从功能计算器3接收来自附加传感器7的转速信息D2。这里，作为图1所示的实施例的替代方案，元件17也可布置在功能计算器3内。
在一改进方案中，仅当转速信息D2低于阈值GR2时，元件17才向元件19传送信号。在一种替代的简化实施例中，在这种情况下，元件19向元件14传送信号。
在该替代实施例的一种改进方案中，当功能计算器3识别到转速传感器7或转速传感器7的数据传送发生错误时，从附加转速传感器7传送到功能计算器3的转速信息D2被从转速传感器6传送到功能计算器3的转速信息D1取代。在这种情况下，按照一种优选改进方案，仅当功能计算器3中所检测的转速信息D1低于阈值GR1时，元件17才向元件19传送信号。
在一优选实施例中，当元件17和20分别识别出低于阈值(的情况)并且不存在关于低于阈值的信号的检测错误或传送错误的信息时，元件19包括传送到元件14的信号。
开关10经由控制线传送到开关14的驱动信号也被传送到元件12。元件12根据来自开关10的驱动信号识别出，是否应当激活三相短路。元件12将该信息传送到功能计算器3和逻辑模块5的元件19。
元件12还与输出级2相连接，并从该输出级接收关于该输出级的工作状态或其开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2、2u3的工作状态的信息。这里通常传送的是，开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2、2u3的电压U_CE是否取容许值。元件12根据来自输出级2的信息识别出，输出级2是否使电机1三相短路。如果已经按规定执行三相短路，则元件12将该信息传送到功能计算器3和逻辑模块5的元件19。如果三相短路的执行出现错误，则使三相短路从开关元件2o1、2o2、2o3的短路改变成开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2、2u3的短路或反过来。
在图2所示的实施例中，如果元件19接收到信息：功能计算器3已经经由元件17识别出转速D2或D1低于其相应的阈值GR2或GRI并且元件12已经识别出输出级2的三相短路和元件9没有向开关10传送停机信号，则元件19向开关14发送停机信号。这里，可根据元件19中存在的信号推断出功能计算器3的无错误地运行。因此，可信任经由元件17继续传送的信号，如果D2或D1不超过相应的阈值GR2或GR1，则通过向开关14发送停机信号而启动打开开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2、2u3的转换。可利用这种行为，以在该方法中结合由外部控制器提供而不是基于计算机3或监控计算器4的错误识别的停机指令。由此使外部停机指令能够根据转速和/或根据电压U_DC、通过打开所有开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2、2u3而激活三相短路或电机停机过程。
在图2所示实施例中，如果元件19收到信息：元件20已经识别出转速D1低于相应的阈值GR1并且元件12已经识别出输出级2的三相短路和存在从元件9输送到开关10的停机信号，则元件19向开关14发送停机信号。如果存在从元件9传向开关10的停机信号，则可不再信任来自功能计算器3和监控计算器4的数据。因此在这种情况下合适的是，不再应用从功能计算器3传送到元件17的转速信号，而是信任从传感器6直接传送到逻辑模块5的转速信号D1。
在这种情况下，在图2所示实施例中，元件18必须另外向元件19发出信号：传感器6无错误地工作。否则，可替代地取固定存储的转速值。这还适用于以下情况：元件17以替代的方式让位给转速D1并且元件18识别出传感器6的错误。
如果开关14从元件19接收到停机信号，则该开关切换并中断来自元件10的驱动信号的继续传送。此时继续传送逻辑模块5的元件13的信息而不是这些驱动信号。这里，元件13通常是非易失性存储器，其中固定存储有用于打开输出级2的所有开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2、2u3的驱动信号。
元件13的这些驱动信号经由开关14传入该控制线中，并经由开关16传送到输出级2。输出级2根据向其传送的驱动信号运行参数的值打开其开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2、2u3，从而驱动电机1。
开关14经控制线传送到开关16的信息也传送到元件21。元件21根据来自开关14的信息识别出：是否应当打开所有开关元件2o1、2o2、2o3、2u1、2u2、2u3。该信息由元件21传送到功能计算器3。
输出级2将关于输出级上存在的电压U_CE的信息传送到元件22。元件22是一比较器，该比较器比较电压U_CE的值与值Umax，并当U_CE大于Umax时将停机信号传送到开关16。
如果开关16从元件22接收到停机信号，则开关16切换并中断来自元件14的驱动信号的继续传送。此时继续传送逻辑模块5的元件15的驱动信号信息而不是这些驱动信号。这里，元件15通常是非易失存储器，其中固定存储用于输出级2的三相短路的驱动信号。
Claims (5)
1.一种用于操作用于车辆的永久磁铁励磁电机(1)的装置，该电机包括带有输出级(2)的驱动系统(25)，该输出级具有三个上部断路器(2o1，2o2，2o3)和三个下部断路器(2u1，2u2，2u3)，
-其中，电机(1)可由驱动系统(25)停机，
-其中，设置有外部控制器(30)，
其中，
电机(1)可由该外部控制器(30)停机，外部控制器(30)经由双向通信能力部件与电机(1)的驱动系统(25)连接，其特征在于，
设置有独立的停机线路(34)以快速传送来自外部控制器(30)的停机信号，该独立的停机线路连接外部控制器(30)与电机(1)的驱动系统(25)。
2.一种用于——利用根据权利要求1所述的装置——操作用于车辆的永久磁铁励磁电机(1)的方法，其特征在于，
当外部控制器(30)识别出错误时，外部控制器(30)经由独立的停机线路(34)向电机(1)的驱动系统(25)发送停机信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
当外部控制器(30)的功能计算器(31)或监控计算器(32)识别出错误时，外部控制器(30)识别出错误。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
-当所检测的转速不低于相应的阈值或输出级(2)的电压U_DC超过阈值Umax时，外部控制器(30)的停机信号激活电机(1)的输出级(2)的三相短路，以及
-当所检测的转速低于相应的阈值和输出级(2)的电压U_DC不超过阈值Umax时，则外部控制器(30)的停机信号激活对输出级(2)中的所有断路器的打开。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，
设置有停机线路测试以检查电机(1)的停机，并检查在不同条件下由外部控制器(30)使电机(1)无错误地停机。
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