CN105572615B - 3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置及方法，所述故障诊断装置，包括：3相无刷交流马达；电流传感器，测定所述3相无刷交流马达的相电流；马达驱动部，驱动所述3相无刷交流马达；及控制部，通过所述马达驱动部来驱动所述3相无刷交流马达，利用通过所述电流传感器反馈的相电流而周期性地计算相电流错误值，基于所述相电流错误值，当在预先设定的一定时间内累积的错误计数值达到预先设定的特定值的情况下，诊断为相应相位的电流传感器发生故障。

Description

3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置及方法
技术领域
本发明涉及一种3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置及方法，更详细地说涉及一种当用于测定3相无刷交流马达的相电流的2个电流传感器中有1个电流传感器发生故障时，能够检测到该故障电流传感器的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置及方法。
背景技术
一般地说，3相无刷交流马达(BLAC：BRUSHLESS AC)的运转需测定3相的相电流。
为了测定3相的相电流，需要3个电流传感器，但为了降低生产成本，一般采用使用2个电流传感器，并且剩余1个电流值通过基尔霍夫第一定律(即，3个相电流之和应为0的基尔霍夫定律)计算。
因此，所述2个电流传感器中，若任意1个电流传感器发生故障时，则没有可检测出发生故障的传感器的的方法。
本发明的背景技术已公开于韩国公开专利10-2009-0038199号(2009.04.20公开，电动助力转向系统)。
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明为了解决上述问题点而提出的，其目的在于提供一种如下的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置及方法：当用于测定3相无刷交流马达的相电流的、2个电流传感器中有1个电流传感器发生故障时，能够检测到该故障。
(解决问题的手段)
根据本发明的一方面的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置，其特征在于，包括：3相无刷交流马达；电流传感器，测定所述3相无刷交流马达的相电流；马达驱动部，驱动所述3相无刷交流马达；及控制部，通过所述马达驱动部来驱动所述3相无刷交流马达，利用通过所述电流传感器反馈的相电流而周期性地计算相电流错误值，基于所述相电流错误值，当在预先设定的一定时间内累积的错误计数值达到预先设定的特定值的情况下，诊断为相应相位的电流传感器发生故障。
根据本发明，其特征在于，所述控制部为，检测马达转子的角度，对于根据所述转子角度的三种情况，分别计算电流合成矢量(Im)，在所述各情况下，根据检测出的转子角度并且以预先设定的时间间隔计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)，当所述计算出的相电流错误值为预先设定的特定值以上的情况下，累积错误计数，然后当预先设定的时间内累积的所述各相位级别错误计数达到预先设定的特定值时，诊断为检测相应相电流的电流传感器发生了故障。
根据本发明，其特征在于，利用编码器而检测所述转子角度。
根据本发明，所述三种情况包括：转子的角度为330度～30度或150度～210度区间的情况；转子的角度为30度～90度或210度～270度的情况；及转子的角度为90度～150度或270度～330度的情况。
根据本发明，其特征在于，所述相电流错误值为，根据所述三种情况的转子角度，在其中一个相位中为0，仅在其他两个相位中检测得到相电流错误值。
根据本发明，其特征在于，所述控制部位，计算各相位级别预想流动的预想电流，从所述计算出的预想电流中减去通过电流传感器实测的相应相的实测电流，计算相电流错误值。
根据本发明的另一方面的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断方法，其特征在于，包括如下的步骤：控制部检测马达转子的角度(A)；所述控制部对于根据所述转子角度的三种情况，分别计算电流合成矢量(Im)；所述控制部根据所述各情况中检出的转子角度，依据预先设定的时间间隔，计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)；所述控制部当在所述计算出的相电流错误值为预先设定的特定值以上时，累积错误计数，并且检测预先设定的时间内累积的所述各相位级别错误计数是否达到预先设定的特定值；及若所述相位级别错误计数达到预先设定的特定值，则所述控制部诊断为检测相应相电流的电流传感器存在故障。
根据本发明，其特征在于，在对于所述三种情况而分别计算电流合成矢量(Im)的步骤及计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)的步骤中，当所述转子的角度为330度～30度或150度～210度区间时，所述控制部根据Im＝Iu/cosA而计算电流合成矢量(Im)，根据Du＝0，Dv＝Im×cos(A-(2/3)π)-Ivf，Dw＝Im×cos(A+(2/3)π)-Iwf而计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)。
根据本发明，其特征在于，在对于所述三种情况而分别计算电流合成矢量(Im)的步骤及计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)的步骤中，当所述转子的角度为30度～90度或210度～270度时，所述控制部根据Im＝Iw/cos(A+(2/3)π)而计算电流合成矢量(Im)，根据Du＝Im×cosA-Iuf，Dv＝Im×cos(A-(2/3)π)-Ivf，Dw＝0而计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)。
根据本发明，其特征在于，在对于所述三种情况而分别计算电流合成矢量(Im)的步骤及计算所述各相电流错误值(Du，Dv，Dw)的步骤中，当所述转子的角度为90度～150度或270度～330度时，所述控制部根据Im＝Iv/cos(A-(2/3)π)而计算电流合成矢量(Im)，根据Du＝Im×cosA-Iuf，Dv＝0，Dw＝Im×cos(A+(2/3)π)-Iwf而计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)。
根据本发明，其特征在于，所述相电流错误值为，根据对所述三种情况的转子角度，在其中一个相位中为0，仅在其他两个相位中检测得到相电流错误值。
根据本发明，其特征在于，所述相电流错误量为，所述控制部计算各相位级别预想流动的预想电流，从所述计算出的预想电流中减去通过电流传感器实测的相应相的实测电流而计算相电流错误值。
(发明的效果)
本发明涉及一种3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置及方法，当用于测定3相无刷交流马达的相电流的2个电流传感器中有1个电流传感器发生故障时，能够检测到该故障的传感器。
附图说明
图1是呈现根据本发明的一实施例的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置的概略性的构成的例示图。
图2是用于说明根据本发明的一实施例的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断方法的流程图。
主要符号说明
110：控制部
120：马达驱动部
130：3相BLAC马达
140：电流传感器
具体实施方式
下面，参照附图详细说明根据本发明的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置及方法的一实施例。
在此过程中，为了说明的明确性及便利性，可能会有些夸张地图示附图中所示的线条的厚度或构成要素的大小等。并且，后述的用语是考虑到在本发明中的功能而定义的，这可根据使用者、运用者的意图或惯例而被改变。因此，这些用语的定义应以整个说明书的内容为基础。
如所述，3相无刷交流马达(BLAC MOTOR)的运转需测定3相的相电流。
但是，虽然为了测定3相的相电流，需要3个电流传感器，但通常为了降低生产成本采用使用2个电流传感器，并且剩余1个电流值通过基尔霍夫第一定律计算的方法。
因此，所述2个电流传感器中，若任意1个电流传感器发生故障时，以往没有能够检测出发生故障的电流传感器的具体方法。因此，本实施例提供一种如下的检测方法：当所述2个电流传感器中的其中1个发生故障时，能够进行检测的方法。
作为参考，电动助力转向系统(MDPS：Motor Driven Power Steering)在手柄轴下端部设有3相马达，随着车辆发动而马达开始运转，使得电源手柄运转。
图1是呈现根据本发明的一实施例的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置的概略性构成的例示图，如图示，3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置包括：控制部110、马达驱动部120、3相无刷交流(BLAC)马达130及电流传感器140。
所述控制部110向所述马达驱动部120内的转换元件(未图示)传送ON命令，通过所述电流传感器140检测所述3相无刷交流(BLAC)马达130的各相电流并获得反馈。
所述控制部110利用以下说明的方法，从测定所述获得反馈的3相无刷交流(BLAC)马达130的各相电流的2个电流传感器140中，诊断出发生故障的电流传感器。
为了所述电流传感器的故障诊断，在理论上，所述3相无刷交流马达(BLAC MOTOR)130的各相电流(Phase Current，Iu，Iv，Iw)可进行如下建模。
Iu＝Im×cosA
Iv＝Im×cos(A-(2/3)π)
Iw＝Im×cos(A+(2/3)π)
在此，A为转子的角度，Im为电流合成矢量的大小。
这时，假设电流传感器140感应所述3个相(u，v，w)中的2个相(u，v)电流，则所述控制部110可知道利用所述电流传感器140测定的2个相电流(Iu，Iv)值，并且剩余1个相电流(Iw)可利用基尔霍夫定律(即，Iw＝-(Iu+Iv))而预测。
下面，假设Iuf、Ivf、Iwf为实际感应的电流(实测电流)。
而且，基于根据所述信息(即，实际感应的电流Iuf，Ivf，Iwf)及转子的角度A算出的电流合成矢量(Im)的大小，可诊断出如下三种情况(Case1～Case3)(即，根据转子的角度的三种情况)的相电流错误(参照图2)。
图2是用于说明根据本发明的一实施例的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断方法的流程图。
如图2所图示，控制部110检测转子的角度(S101)。
在此，所述转子角度A可利用编码器(未图示)来检测。
所述转子角度A可区分为如下三种情况(Case1～Case3)。
Case1是转子的角度A为330度～30度或150度～210度区间的情况，Case2是转子的角度A为30度～90度或210度～270度的情况，Case3是转子的角度A为90度～150度或270度～330度的情况。
如上所述，若检测到转子的角度A，则计算依据转子角度的电流合成矢量Im(S102)。
而且，根据所述检测出的转子角度，所述控制部110以预先设定的时间间隔(例：1ms)而计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)(S103)。
这时，针对所述相电流错误值而言，根据转子角度(即，根据三种情况)，在其中一个相位中为0，仅在剩余两个相位中检出错误值。
在此，针对所述相电流错误值(Du，Dv，Dw)(即，电流感应误差)而言，可通过从即将流过的预想电流(即，利用所述电流合成矢量(Im)而计算出的电流)中减去实测电流(Iuf，Ivf，Iwf)而算出。
如上所述，计算相电流错误值后，当所述计算出的相电流错误值在预先设定的值(例：10安培)以上时，所述控制部110累积错误计数(判断为存在错误时增加的计数)(S104)。
下面，说明对所述三种情况的相电流错误值计算方法。
(Case1)
当A(转子的角度)为330度～30度或150度～210度区间时，
Im＝Iu/cosA，
Du＝0，
Dv＝Im×cos(A-(2/3)π)-Ivf，
Dw＝Im×cos(A+(2/3)π)-Iwf。
据此，当所述相电流错误值(Dv或Dw)为预先设定的固定值(例：10A)以上时，所述控制部110增加错误计数。
(Case2)
当A(转子的角度)为30度～90度或210度～270度时，
Im＝Iw/cos(A+(2/3)π)，
Du＝Im×cosA-Iuf，
Dv＝Im×cos(A-(2/3)π)-Ivf，
Dw＝0。
据此，当相电流错误值(Du或Dv)在预先设定的固定值(例：10A)以上时，所述控制部110增加错误计数。
(Case3)
当A(转子的角度)为90度～150度或270度～330度时，
Im＝Iv/cos(A-(2/3)π)，
Du＝Im×cosA-Iuf，
Dv＝0，
Dw＝Im×cos(A+(2/3)π)-Iwf。
据此，当相电流错误值(Du或Dw)在预先设定的固定值(例：10A)以上时，所述控制部110增加错误计数。
若所述算出的相电流错误值在预先设定的值以下，则减少或重置错误计数。
并且，所述控制部110当在预先设定的时间内(例：20秒)累积的、各相位级别的错误计数达到预先设定的值(例：错误计数20)时，诊断为检测相应相电流的电流传感器140存在故障(S105)。
如所述，本实施例当在用于测定3相无刷交流马达的相电流的2个电流传感器中有1个电流传感器发生故障时，能够进行检测而诊断电流传感器的故障，从而提高MDPS系统的稳定性。
以上参考了附图所图示的实施例而说明了本发明，但这只是例示性的，在本发明所属技术领域具有一般知识的人，能够理解到由此可进行多种变形及均等的其他实施例。因此，本发明的技术保护范围应根据以下权利要求范围而定义。

Claims (6)

1.一种3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置，其特征在于，包括：
3相无刷交流马达；
电流传感器，测定所述3相无刷交流马达的相电流；
马达驱动部，驱动所述3相无刷交流马达；及
控制部，通过所述马达驱动部来驱动所述3相无刷交流马达，利用通过所述电流传感器反馈的相电流而周期性地计算相电流错误值，基于所述相电流错误值，当在预先设定的一定时间内累积的错误计数值达到第二预先设定值的情况下，诊断为相应相位的电流传感器发生故障，
其中，所述控制部为，检测马达转子的角度，对于根据所述转子角度的三种情况，分别计算电流合成矢量(Im)，所述三种情况下，根据检测出的转子角度并且以预先设定的时间间隔计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)，当计算出的所述相电流错误值为第一预先设定值以上的情况下，累积错误计数，然后当在预先设定的时间内累积的各相位级别错误计数达到第二预先设定值时，诊断为检测相应相电流的电流传感器发生了故障，并且
其中，所述三种情况包括：所述转子的角度为330度～30度或150度～210度区间的情况；所述转子的角度为30度～90度或210度～270度的情况；及所述转子的角度为90度～150度或270度～330度的情况，
其中，所述相电流错误值为，所述控制部计算各相位级别预想流动的预想电流，从计算出的所述预想电流中减去通过所述电流传感器实测的相应相位的实测电流，计算所述相电流错误值，并且
其中，根据所述三种情况的转子角度，所述相电流错误值在三个相位的其中一个相位中为0，仅在其他两个相位中被检测到。
2.根据权利要求1所述的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断装置，其特征在于，
所述转子角度为，利用编码器检测。
3.一种3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
控制部检测马达转子的角度(A)；
所述控制部对于根据所述转子角度的三种情况，分别计算电流合成矢量(Im)；
所述控制部根据所述三种情况中检测出的转子角度，依据预先设定的时间间隔，计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)；
所述控制部当在计算出的所述相电流错误值为第一预先设定值以上时，累积错误计数，并且检测在预先设定的时间内累积的各相位级别错误计数是否达到第二预先设定值；及
若所述相位级别错误计数达到第二预先设定值，则所述控制部诊断为检测相应相电流的电流传感器存在故障，
其中，所述三种情况包括：所述转子的角度为330度～30度或150度～210度区间的情况；所述转子的角度为30度～90度或210度～270度的情况；及所述转子的角度为90度～150度或270度～330度的情况，并且
其中，所述相电流错误值为，所述控制部计算各相位级别预想流动的预想电流，从计算出的所述预想电流中减去通过所述电流传感器实测的相应相位的实测电流，计算所述相电流错误值，并且
其中，根据对所述三种情况的转子角度，所述相电流错误值在三个相位的其中一个相位中为0，仅在其他两个相位中被检测到。
4.根据权利要求3所述的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断方法，其特征在于，
在对于所述三种情况分别计算电流合成矢量(Im)的步骤及计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)的步骤中，
当所述转子的角度为330度～30度或150度～210度区间时，
所述控制部为，
根据Im＝Iu/cosA，计算电流合成矢量(Im)，
根据Du＝0，Dv＝ImⅩcos(A-(2/3)π)-Ivf，Dw＝ImⅩcos(A+(2/3)π)-Iwf，计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)，
其中，A为转子的角度，Iu为3相无刷交流马达在u相位的电流，Ivf、Iwf为实测电流。
5.根据权利要求3所述的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断方法，其特征在于，
在对于所述三种情况分别计算电流合成矢量(Im)的步骤及计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)的步骤中，
当所述转子的角度为30度～90度或210度～270度时，
所述控制部为，
根据Im＝Iw/cos(A+(2/3)π)，计算电流合成矢量(Im)，
根据Du＝ImⅩcosA-Iuf，Dv＝ImⅩcos(A-(2/3)π)-Ivf，Dw＝0，计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)，
其中，A为转子的角度，Iw为3相无刷交流马达在w相位的电流，Iuf、Ivf为实测电流。
6.根据权利要求3所述的3相无刷交流马达电流传感器的故障诊断方法，其特征在于，
在对于所述三种情况而分别计算电流合成矢量(Im)的步骤及计算所述各相电流错误值(Du，Dv，Dw)的步骤中，
当所述转子的角度为90度～150度或270度～330度时，
所述控制部为，
根据Im＝Iv/cos(A-(2/3)π)，计算电流合成矢量(Im)，
根据Du＝ImⅩcosA-Iuf，Dv＝0，Dw＝ImⅩcos(A+(2/3)π)-Iwf，计算各相电流错误值(Du，Dv，Dw)，
其中，A为转子的角度，Iv为3相无刷交流马达在v相位的电流，Iuf、Iwf为实测电流。
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