CN103097904A - 用于探测直流电机的闭锁或迟缓的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于探测直流电机（2）的闭锁或迟缓(M1，M3)的方法，该方法包括以下步骤:向直流电机（2）上施加电压脉冲(Uv,t=Os)；监测通过直流电机(2)流动的电机电流(IMotor)；确定在施加电压脉冲之后电机电流(IMotor)的最大值；检查，是否在达到最大值之后电机电流(IMotor)的改变超过一个确定的量;如果在达到最大值之后电机电流(IMotor)的改变超过所述确定的量，则发出直流电机(2)的闭锁或迟缓(M1，M3)的信号。

Description

用于探测直流电机的闭锁或迟缓的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于探测在直流电机运行期间的故障的方法，尤其是用于探测直流电机的闭锁或迟缓的方法。
现有技术
由现有技术中已知直流电机。该直流电机例如具有一个配有线圈的转子或转子，该直流电机经具有碳刷装置的换向器被供给电能。在出现故障的情况下，一方面可以由于转子卡住，例如被直流电机内部的松弛的部件卡住，或者另一方面由于在通过直流电机驱动的下游的系统中的故障产生转子的闭锁（闭塞），该闭锁在对直流电机继续通电时会由于过热而导致电子控制装置和直流电机的损坏。因此通常试图提前识别直流电机的闭锁，以便在识别闭锁情况下中断通过直流电机的电流流动。
直流电机的闭锁通常在转速监测下实施，其中，借助于转速传感器探测转速的变化过程。如果尽管对直流电机通电仍然确定转子不运动，那么可以断定电机闭锁。但是这种方法的前提是设置转速传感器。这是昂贵的并且值得期望的是节省转速传感器的附加的元器件。
因此在现代的电机系统中试图以无传感器的方式仅仅基于评估通过直流电机的电流变化过程来实施转速识别。为此可以监测电机电流，其中出发点是，被闭锁的直流电机具有比在负荷下正常工作的直流电机的情况明显更高的电流消耗。
但是，在直流电机的增大的磨损的情况下，例如在粘滞（Verpastung）情况下，碳刷在换向器片上被卡住的情况下，在碳刷电极磨损情况下和类似情况下出现一些状态，在该状态下，即使被闭锁的直流电机也没有造成如此明显提高的电机电流，使得该电机电流可以用上述电流监测的方法识别为被闭锁。
因此，值得期望的是提供一种用于识别直流电机的闭锁或迟缓的方法和装置，其中，即使在被闭锁的电机情况下由于元器件受老化决定的劣化而没有出现明显提高的电机电流，也能够可靠地识别闭锁。
本发明的公开
这个任务通过按照权利要求1所述的用于识别直流电机的闭锁或迟缓的方法以及通过按照并列的权利要求所述的装置和电机系统来解决。
其它有利的实施例在从属权利要求中给出。
按照第一方面，提供一种用于探测直流电机的闭锁或迟缓的方法。该方法包括以下步骤:
-向直流电机上施加电压脉冲;
-监测通过直流电机流动的电机电流；
-确定在施加电压脉冲之后电机电流的最大值;
-检查，是否在达到最大值之后电机电流的改变超过一个确定的量;
-如果在达到最大值之后电机电流的改变超过所述确定的量，则发出直流电机的闭锁或迟缓的信号。
本发明的一种构思在于，在跃变式地接入的电压，尤其是电源电压期间，监测直流电机的电机电流的变化过程，其中，尤其是探测，在施加了电源电压之后在达到一个最大值以后被直流电机消耗的电机电流下降多大的量。如果在达到最大的电流值之后，该下降的量为一个确定的、取决于该最大的电流值的量，那么可以推断出直流电机的正常的起动和非闭锁。
上述方法具有优点，即使在具有较大的受磨损限定的损耗的直流电机情况下，例如由于粘滞，由于碳刷电极在换向器片上卡住，由于碳刷电极的损耗和类似情况，通过仅仅定性地监测在施加电源电压之后电机电流的变化，也能够可靠地识别出直流电机的闭锁。
此外，通过存储被监测的电机电流的各最大值，可以确定在施加电压脉冲之后电机电流的最大值。
按照一个实施方式，可以只在一个预先设定的持续时间期间实施所述检查，是否在达到最大值之后电机电流的改变超过确定的量，其中，仅当在所述预先设定的持续时间内电机电流超过所述确定的量时才确定闭锁或迟缓。
可以规定，在施加电压脉冲之前检查，是否直流电机停止，其中如果确定直流电机是停止的，则实施所述方法。
通过由最大值借助于与一个预先设定的、小于1的系数相乘确定一个小于最大值的电机电流阈值，尤其可以实施所述检查，是否在达到最大值之后电机电流的改变超过所述确定的量。
此外可以通过施加直流电源电压或通过施加时钟脉冲调制的直流电源电压产生所述电压脉冲，在所述时钟脉冲调制的直流电源电压下，所述直流电源电压按照一种占空比被时钟脉冲调制，以便产生一个具有通过所述占空比确定的、有效的电压的电压脉冲。
按照另一个方面，提供一种用于探测直流电机的闭锁或迟缓的装置。该装置包括:
-用于向直流电机上施加电压脉冲的开关;
-用于监测通过直流电机流动的电机电流的电流探测器;
-控制单元，它设计成，
用于确定在施加电压脉冲之后电机电流的最大值;
用于检查，是否在达到最大值之后电机电流的改变超过一个确定的量;和
用于如果在达到最大值之后电机电流的改变超过所述确定的量，则发出直流电机的闭锁或迟缓的信号。
按照另一个方面，提供一种具有直流电机和上述用于探测直流电机的闭锁或迟缓的装置的电机系统。
附图简述
以下借助于附图详细说明本发明的实施方式。附图中:
图1显示了一个电机系统的示意图;
图2显示了由于说明用于确定直流电机的闭锁情况的方法的流程图;
图3显示了在规定的运行下的正常直流电机情况下以及在闭锁情况下和针对具有减少的电流消耗的直流电机，用于说明电机电流变化过程的信号时间图。
实施方式的说明
图1显示了一个简单的具有直流电机2的电机系统1的示意图。直流电机2最好对应于一种碳刷换向的直流电机2，其中转子线圈经换向器被供给直流电源电压Uv形式的电能，其可以施加到直流电机2上。直流电源电压Uv经电源电压线路3施加到直流电机2上，其中，在其中一个电源电压线路3上设置例如形式为功率半导体开关的功率开关4。功率半导体开关最好设计成MOSFET，可控硅整流器（晶闸管），IGBT或类似物的形式。电机系统1例如可以是机动车中的风扇系统。在这种情况下，直流电源电压Uv由机动车蓄电池（没有示出）提供。
设置一个控制单元5，它控制功率开关4。为了用可变的功率控制直流电机2，控制单元5可以按照一种脉宽调制以一定的占空比（占空因数）控制功率开关4，该占空比在对功率开关4的循环控制期间给出该循环控制的接通时间与周期持续时间之间的比。为了监测在电机运行期间通过直流电机2流动的电机电流，设置电流探测器6，该电流探测器设计成测量电阻或如在图1示意示出的那样，设计成一种感应耦合的元件。备选地，该电流也可以借助于所谓的敏感场效应管（Sense-FET）实施。敏感场效应管包括电流镜电路，在该电流镜电流中要测量的电流被划分地（herabgeteilt）耦合到测量回路中并且在那里借助于测量电阻测量。依据通过相关的电源电压线路3流动的电机电流，提供测量电压，该测量电压被输入到控制器5。控制单元5依据探测的测量电压确定流动通过电源电压线路3的电机电流。
图2显示了用于说明一种方法的流程图，利用所述方法可以识别直流电机2的闭锁或迟缓。为此在步骤S1中先将功率开关4从一个打开的功率开关4带到一种闭合的状态，以便由此将直流电源电压Uv以跃变形式施加到直流电机2上。备选地，可以作为电压脉冲将一个较小的跃变电压作为电源电压来施加。这通过以下方式实现，即为了施加电压跃变，电源电压被脉冲调制（节拍时控）地，例如以数个kHz的频率和一个预先设定的占空比，进行施加。占空比确定以这样的方式跃变式地施加的有效的电压。在施加直流电源电压Uv或跃变电压期间，直流电机2最好处于停止状态。
接下来，在步骤S2中，借助于电流探测器6测量电机电流IMotor并且在步骤S3中以合适的方式进行存储。测量的电机电流IMotor为此最好在控制器5中被数字化并且在寄存器中或设置在控制器6中其它的存储元件中进行中间存储。
在步骤S4中，在经过了一个预先设定的持续时间之后，重新测量电机电流IMotor，并且在将其数字化之后，在步骤S5中检查，是否重新测量的电机电流IMotor等于或大于电机电流IMotor的在步骤S3中被中间存储的值。如果是这种情况(备选:是)，那么在跳回到步骤S3并且将在步骤S4中探测的电流值取代先前存储的值写入相应的存储元件中。
如果在步骤S4中电机电流IMotor的测量的值小于电机电流IMotor的中间存储的值(备选:否)，那么在步骤S6中检查，是否在步骤S4中测量的电流值比中间存储的电流值小一个确定的、预先设定的量。如果不是这种情况(备选:否)，那么在步骤S8中检查，是否预先确定的持续时间已经过去。如果在步骤S8中确定，一个预先确定的持续时间已经过去，同时没有在步骤S6中确定，上次测量的电流值以一个预先确定的量低于中间存储的(最大的)电流值(备选:是)，那么在步骤S9中以信号通报直流电机2的闭锁。如果在步骤S8中确定，预先确定的持续时间还没有结束(备选:否)，那么跳回到步骤S4并且探测电机电流IMotor的下一个值。
如果在步骤S6中确定，电机电流IMotor的在步骤S4中测量的值比在步骤S3中存储的电流值小了所述确定的量(备选:是)，那么在步骤S7中确定直流电机2的规定的运行并且发出信号通报，直流电机基于在步骤S1中以跃变方式施加的直流电源电压被起动。
在图3中示出一个信号－时间图，该图示出了用于没有磨损的直流电机2的电机电流在闭锁(M1)下和在按规定的起动(M2)下的变化曲线和用于具有磨损的直流电机2的电机电流在闭锁(M3)下和在按规定的起动(M4)下的变化曲线。在时间点t=0s处以跃变方式接入的直流电源电压Uv下，在该时间点，直流电机2具有每分钟为0转的转速并且由此没有电压通过直流电机2的转动被感应出来，没有在转子绕组上扣除的全部电机电压下降并且闭锁电流流入转子绕组中。基于电机电流IMotor，作用一个驱动力矩，该驱动力矩使直流电机2加速并且因此与转速成比例地感应出一个反向电压Uind，它逆着电源电压Uv指向并且使电机电流减小。相反，在闭锁的直流电机2情况下，电流消耗下降，因为电机的转速保持在0转/分钟并且因此不能够感应出反向电压。这种情况通过上述的闭锁识别被如此地识别出来，即电机电流IMotor不是以一个确定的量下降到低于先前达到的(存储的)最大电流值。
如果被闭锁的直流电机2的电流消耗处于运行中的系统的额定电流的范围中，那么通过在常规系统中实施的过电流进行的探测不适用于确定闭锁。对于这种情况，直流电机2的电流消耗在跃变式地接通直流电源电压Uv之后被迅速地消耗并且最大值被分别存储。如果电机电流IMotor在达到最大值之后下降，那么，如果电机电流的下降不是以足够的大小进行，则确定直流电机的闭锁。
为了确认一种按照规定的运行，电机电流的值在按照规定的运行期间在达到最大值之后必须下降的所述确定的量通常依据先前达到的最大值来确定。对此例如限定一个系数是合适的，利用该系数可以确定一个电机电流阈值或一个相对阈限。例如用于限定直流电机的电机电流阈值的系数可以以过电流系数的倒数来确定，在该直流电机中，闭锁电流例如以过电流系数3至4大于在静态的工作点下的电机电流。将电机电流的最大值与过电流系数的倒数相乘，并且然后将结果用作阈值，在步骤S5中，将电机电流的瞬时值与该阈值比较。如果电机电流的测量的值不是在预先确定的持续时间内下降到低于该阈值，则可以识别被闭锁的直流电机2。
附加地，可以在接通电源电压之前检查，是否直流电机的转速在开始该方法之前位于每分钟0转上，因为否则用于探测直流电机的闭锁的该方法不能够可靠地实施。对直流电机2的瞬时转速的检查例如可以通过测量直流电机2的发电机电压的方式来实施。如果发电机电压不等于0，那么直流电机2不在停止状态下。

Claims (8)

1. 用于探测直流电机(2)的闭锁或迟缓的方法;包括以下步骤:
-向直流电机(2)上施加电压脉冲;
-监测通过直流电机(2)流动的电机电流(IMotor)；
-确定在施加电压脉冲之后电机电流(IMotor)的最大值;
-检查，是否在达到最大值之后电机电流(IMotor)的改变超过一个确定的量;
-如果在达到最大值之后电机电流(IMotor)的改变超过所述确定的量，则发出直流电机(2)的闭锁或迟缓的信号。
2. 按照权利要求1所述的方法，其中，通过存储被监测的电机电流(IMotor)的各最大值，确定在施加电压脉冲之后电机电流(IMotor)的最大值。
3. 按照权利要求1和2所述的方法，其中，只在一个预先设定的持续时间期间实施所述检查，是否在达到最大值之后电机电流(IMotor)的改变超过所述确定的量，其中，仅当在所述预先设定的持续时间内电机电流(IMotor)超过所述确定的量时才确定闭锁或迟缓。
4. 按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在施加电压脉冲之前检查，是否直流电机(2)是停止的，其中，如果确定直流电机(2)是停止的，则实施所述方法。
5. 按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，通过由最大值借助于与一个预先设定的、小于1的系数相乘确定一个小于最大值的电机电流阈值来实施所述检查，是否在达到最大值之后电机电流(IMotor)的改变超过所述确定的量。
6. 按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，通过施加直流电源电压或通过施加时钟脉冲调制的直流电源电压产生所述电压脉冲，在所述时钟脉冲调制的直流电源电压下，所述直流电源电压按照一种占空比被脉冲调制，以便产生一个具有通过所述占空比确定的、有效的电压的电压脉冲。
7. 用于探测直流电机(2)的闭锁或迟缓的装置，包括:
-用于向直流电机(2)上施加电压脉冲的开关;
-用于监测通过直流电机(2)流动的电机电流(IMotor)的电流探测器(6);
-控制单元(5)，它设计成，
用于确定在施加电压脉冲之后电机电流(IMotor)的最大值;
用于检查，是否在达到最大值之后电机电流(IMotor)的改变超过一个确定的量;和
用于如果在达到最大值之后电机电流(IMotor)的改变超过所述确定的量，则发出直流电机(2)的闭锁或迟缓的信号。
8. 电机系统(1)，其具有直流电机(2)和按照权利要求7所述的装置。
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