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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Störung beim
Ansteuern eines Elektromotors. Des Weiteren betrifft die Erfindung
eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln einer Störung beim
Ansteuern eines Elektromotors.
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Unter
einem bürstenlosen
Gleichstrommotor versteht man im Allgemeinen einen Elektromotor, dessen
Rotor aus einem Permanentmagneten und dessen Stator aus mehreren,
als Wicklungen bezeichneten Magnetspulen besteht. Ein derartiger Elektromotor
wird häufig
auch als BLDC-Motor (brushless direct current motor) bezeichnet.
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Meist
werden bürstenlose
Gleichstrommotoren dreiphasige angesteuert. Dabei wird während eines
Betreibens des Elektromotors an jede der drei Wicklungen des Stators
eine andere Phasenspannung angelegt. Durch eine Kommutation der
an die Wicklungen angelegten Spannungen wird ein rotierendes Stator-Magnetfeld
erzeugt, welches durch seine Wechselwirkung mit dem Rotor-Magnetfeld den
Rotor zum Rotieren bringt.
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Um
ein fehlerloses Betreiben eines dreiphasig angesteuerten, bürstenlosen
Gleichstrommotors zu gewährleisten,
empfiehlt es sich, die Leitungen zum Anlegen der Phasenspannungen
an die Wicklungen des Elektromotors auf ihre Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Beispielsweise
kann ein Kurzschluss oder eine Unterbrechung in einer der Leitungen
auftreten und somit eine Störung
beim Ansteuern des Elektromotors bewirken. Herkömmlicherweise ist zum Überprüfen der
Leitungen je ein Strommesswiderstand in eine der drei Leitungen
eingebaut. Mit Hilfe solcher auch als Shunts bezeichneten Strommesswiderstände lässt sich
eine über
die jeweilige Leitung an eine Motorwicklung angelegte Spannung bestimmen.
Allerdings sind diese Strommesswiderstände, da sie einer hohen Strombelastung
gewachsen sein müssen,
relativ teuer. Zusätzlich
weisen derartige Strommesswiderstände eine Größe auf, welche ihren Einbau
in eine Vorrichtung mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor
häufig
erschwert.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine platzsparende
und/oder kostengünstigere
Möglichkeit
zum Überwachen
eines Ansteuerns eines Elektromotors bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und/oder durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die an den
drei Wicklungen des Elektromotors anliegenden Phasenspannungen unter Verwendung
von nur einer Sensoreinrichtung zum Messen einer Spannung überwacht
werden können, indem
die drei Wicklungen an eine Sternschaltung angeschlossen werden
und eine Spannung in einem Sternpunkt der Sternschaltung mit Hilfe
der Sensoreinrichtung gemessen wird. Damit ist es nicht mehr notwendig
ist, drei Sensoreinrichtungen zum Messen von Spannungen bereitzustellen,
um beispielsweise die Funktionsweise der drei Spannungsleitungen
zu überwachen.
Auf diese Weise lassen sich die Kosten für die herkömmlicher Weise noch gebrauchten,
aber bei Nutzung der vorliegenden Erfindung nicht mehr notwendigen
Sensoreinrichtungen zum Messen von Spannungen einsparen. Zusätzlich benötigt die
eine Sensoreinrichtung weniger Bauraum als die drei herkömmlicher
Weise benötigten
Sensoreinrichtungen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens werden für
die drei Widerstände
der Sternschaltung hochohmige Widerstände, vorzugsweise Widerstände größer als
100 Ω,
insbesondere Widerstände
von 10 kΩ,
bereitgestellt. Derartige Widerstände lassen sich kostengünstig herstellen
und brauchen für
ihre Anbringung in einer Vorrichtung vergleichsweise wenig Bauraum.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird der Elektromotor dreiphasig angesteuert, so dass an jeweils
einer der drei Wicklungen als Phasenspannung entweder eine Betriebspannung,
eine Spannung von 0 Volt oder keine Spannung angelegt wird, wobei
als Vergleichs-Spannung die Hälfte
der Betriebsspannung bereitgestellt wird. Damit lässt sich
das erfindungsgemäße Verfahren
gut für
einen bürstenlosen
Gleichstrommotor anwenden.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine Ansteuerinformation
bereitgestellt, welche beinhaltet, an welche Wicklungen des Elektromotors
welche Phasenspannungen zum Ansteuern des Elektromotors angelegt
werden soll, wobei anhand der bereitgestellten Ansteuerinformation
und der im Sternpunkt der Sternschaltung gemessenen Spannung festgestellt
wird, an welcher Wicklung des Elektromotors die erkannte Störung auftritt.
Beispielsweise wird bei einer im Sternpunkt der Sternschaltung gemessenen
Spannung von einem Drittel der Betriebsspannung festgestellt, dass
die erkannte Störung
an der Wicklung des Elektromotors auftritt, an welche als Phasenspannung
gerade die Betriebsspannung angelegt werden soll. Ebenso kann bei
einer im Sternpunkt der Sternschaltung gemessenen Spannung von zwei
Dritteln der Betriebsspannung festgestellt werden, dass die erkannte
Störung
an der Wicklung auftritt, an welche als Phasenspannung gerade 0
Volt angelegt werden sollen. Damit lässt sich die erkannte Störung beim
Ansteuern des Elektromotors mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
auch lokalisieren, was ihre Behebung erleichtert.
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Insbesondere
kann als Störung
ein Kurzschluss und/oder eine Unterbrechung in einer Versorgungsleitung
des Elektromotors erkannt werden. Zum Beheben der Störung muss
die betroffene Versorgungsleitung nur ausgetauscht werden.
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Die
in den oberen Abschnitten beschriebenen Vorteile sind auch gewährleistet
durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den entsprechenden Merkmalen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Vorrichtung eine Steuervorrichtung zum Ansteuern eines Abgasrückführventils
mit einem elektronisch kommutierten Elektromotor. Da zum Ausstatten
eines Fahrzeugs mit einer derartigen Vorrichtung nur wenig Bauraum
zur Verfügung
steht, ist es sehr vorteilhaft, dass die Vorrichtung eine relativ
geringe Größe aufweist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 näher erläutert. Dabei
zeigt die 1 einen schematischen Aufbau
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
für eine
Steuervorrichtung zum Ansteuern eines Abgasrückführventils.
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1 zeigt
einen schematischen Aufbau eines Elektromotors 10 und einer
Steuervorrichtung 14 zum Ansteuern des Elektromotors 10.
Der Elektromotor 10 ist in dem Beispiel der 1 ein
bürstenloser
Gleichstrommotor und dient zum Betreiben eines Abgasrückführventils.
Er weist einen Statur mit drei Wicklungen RMU, RMV und RMW auf,
welche über eine
Stern- oder Dreiecksschaltung 12 miteinander verbunden
sind. Zum dreiphasigen Ansteuern des Elektromotors 10 werden
unterschiedliche Phasenspannungen mithilfe einer Spannungsquelle
und drei Endstufen 16 der Steuervorrichtung 14 an
die drei Wicklungen RMU, RMV und RMW angelegt. Die Spannungsquelle
kann eine Batterie sein. Dazu ist die Wicklung RMU über eine
Leitung U, die Wicklung RMV über
eine Leitung V und die Wicklung RMW über eine Leitung W an die Endstufen 16 angeschlossen.
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Die
Motorsteuervorrichtung 14 weist eine aus drei Leitungen 18, 20 und 22 zusammengesetzte Sternschaltung
auf. Die Leitung 18 verläuft zwischen einem Kontaktpunkt 18a auf
der Leitung U und einem Sternpunkt 24, mit welchem alle
drei Leitungen 18, 20 und 22 verbunden
sind. Die Leitung 20 ist an ihrem dem Sternpunkt 24 entgegen
gesetzten Ende mit einem Kontaktpunkt 20a auf der Leitung
V verbunden. Ebenso ist die Leitung 22 an ihrem dem Sternpunkt 24 entgegen
gesetzten Ende über
einen Kontaktpunkt 22a mit der Leitung W verbunden. Alle
drei Leitungen 18, 20 und 22 sind zwischen
dem Sternpunkt 24 und dem jeweiligen Kontaktpunkt 18a, 20a und 22a mit
einem Widerstand RDU, RDV oder RDW ausgestattet. Die Widerstände RDU,
RDV und RDW sind gleich groß gewählt. Vorzugsweise
liegen sie bei 10 kΩ.
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Die
Motorsteuervorrichtung 14 hat auch eine Sensoreinrichtung 26 zum
Messen einer Spannung UD im Sternpunkt 24 der drei Leitungen 18, 20 und 22.
Die gemessene Spannung UD wird anschließend von einer nicht skizzierten
Auswerteeinrichtung der Motorsteuervorrichtung 14 ausgewertet.
Im Folgenden soll genauer auf die Funktionsweise der Motorsteuervorrichtung 14 eingegangen
werden.
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Mit
Hilfe der Endstufen 16 werden über die Leitungen U, V und
W unterschiedliche Phasenspannungen an die Wicklungen RMU, RMV und
RMW des Elektromotors 10 angelegt. Nach dem bekannten Verfahren
zum Betreiben eines bürstenlosen
Gleichstrommotors werden dabei an jeweils eine von zweien der drei
Wicklungen RMU, RMV und RMW als Phasenspannung eine Betriebsspannung
UB oder eine Spannung von 0 V angelegt. An eine der drei Wicklungen
RMU, RMV und RMW wird keine feste Spannung angelegt. Während eines
Betreibens des Elektromotors 10 werden die an die Wicklungen RMU,
RMV und RMW angelegten Phasenspannungen so kommutiert, dass mit
Hilfe der Wicklungen RMU, RMV und RMW ein rotierendes Magnetfeld
erzeugt wird. Durch die Wechselwirkung dieses rotierenden Magnetfelds
mit einem Magnetfeld eines nicht skizzierten Rotors des Elektromotors 10 wird der
Rotor in eine Drehbewegung versetzt und die dem Elektromotor 10 zugeführte elektrische
Energie in mechanische Arbeit umgewandelt.
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Anhand
des folgenden Beispiels wird erläutert,
warum bei einem störungsfreien
Ansteuern des Elektromotors 10 im Sternpunkt 24 immer
eine Spannung UD von 1/2 UB von der Sensoreinrichtung 26 gemessen
wird. Dazu wird zuerst der Fall betrachtet, dass an der Wicklung
RMU als Phasenspannung die Betriebspannung UB und an der Wicklung
RMW als Phasenspannung eine Spannung von 0 V vorgegeben wird. Der
nicht geschaltete Ausgang V der Motorsteuervorrichtung ist hochohmig,
wie es für
die beiden anderen Ausgänge
U und W in ihrer nicht geschalteten Phase ebenfalls gilt. Damit
liegt an der Wicklung RMV eine Spannung von 1/2 UB an.
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Entsprechend
liegt auch am Widerstand RDU eine Spannung von UB, am Widerstand
RDV eine Spannung von 1/2 UB und am Widerstand RDW eine Spannung
von 0 V an. Auf diese Weise summiert sich im Sternpunkt 24 die
gemessene Spannung UD auf einen Gesamtwert von 1/2 UB. Da die Spannungswerte
UB, 0,5 UB und 0 Volt für
die Widerstände
RDU, RDW und RDV entsprechend der an die Wicklungen RMU, RMV und
RMW angelegten Spannungen kommutieren, liegt die Spannung UD im Sternpunkt 24 bei
während
eines störungsfreien
Ansteuerns des Elektromotors 10 konstant bei 1/2 UB.
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Allerdings
kann es vorkommen, dass in einer der Leitungen U, V oder W eine
Störung
auftritt. In 1 ist einer derartige Störung 28 für die Leitung
W skizziert. Diese Störung 28 kann
erkannt und lokalisiert werden, indem die im Sternpunkt 24 gemessene Spannung
von der Auswerteeinrichtung mit einer Vergleichs-Spannung von 1/2
UB verglichen wird.
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Anhand
der folgenden Beispiele wird dies genauer erläutert. Beispielsweise liegt
an der Wicklung RMU als Phasenspannung gerade die Betriebsspannung
UB an. Gleichzeitig soll mit Hilfe der Leitung W eine Spannung von
0 V an die Wicklung RMW angelegt werden. Da jedoch innerhalb der
Leitung W die Störung 28 auftritt,
kann kein Strom durch die Wicklung RMW fließen. Deshalb liegt auch an
der gerade nicht angesteuerten Wicklung RMV die Betriebsspannung
UB an.
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Durch
die Störung 28 in
der Leitung W liegt in dem in 1 skizzierten
Fall sowohl am Widerstand RDU als auch am Widerstand RDV die Spannung
UB an. Die Spannung am Widerstand RDW beträgt 0 V. Damit ergibt sich für die im
Sternpunkt 24 gemessene Spannung UD ein Gesamtwert von
2/3 UB, der deutlich über
der Vergleichs-Spannung von ½ UB
liegt. Diese Erhöhung
der Spannung im Sternpunkt 24 wird von der Auswerteeinrichtung
erkannt.
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Zum
Vergleich soll hier auch der Fall beschrieben werden, dass bei Vorliegen
der Störung 28 in
der Leitung W an der Wicklung RMU gerade eine Spannung von 0 V und
an der Wicklung RMW die Betriebsspannung UB als Phasenspannung angelegt werden
soll. Da in der Leitung W jedoch die Störung 28 auftritt,
beträgt
die an der Wicklung RMW angelegte Spannung 0 V. Damit liegt an allen
drei Wicklungen RMU, RMV und RMW eine Spannung von 0 Volt an. Entsprechend
liegen auch an den Widerständen RDU
und RDV Spannungen von 0 V an.
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Da
die Störung 28 jedoch
zwischen der Wicklung RMW und dem Kontaktpunkt 22a liegt,
beträgt
die am Widerstand RDW anliegende Spannung UB. Damit ergibt sich
für den
Sternpunkt 24 eine gemessene Spannung UD von 1/3 UB, welche
deutlich unter der Vergleichs-Spannung von 1/2 UB liegt.
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Die
Auswerteeinrichtung verfügt über eine Ansteuerinformation,
welche beinhaltet, an welche der Wicklungen RMU, RMV und RMW gerade
welche Phasenspannung angelegt werden soll. Damit ist die Auswerteeinrichtung
anhand einer gemessenen Spannung UD von 1/3 UB oder 2/3 UB in der
Lage, die erkannte Störung 28 zu
lokalisieren.
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Wird
im Sternpunkt 24 eine erhöhte Spannung UD von 2/3 UB
gemessen, so erkennt die Auswerteeinrichtung, dass die Störung 28 in
der Leitung W auftritt, über
welche eine Spannung von 0 V an die Wicklung RMW angelegt sein soll.
Entsprechend erkennt die Auswerteeinrichtung bei einer im Sternpunkt 24 gemessenen
Spannung UD von 1/3 UB, dass die Störung 28 in der Leitung
W auftritt, über welche
gerade die Betriebsspannung UB an die Wicklung RMW angelegt sein
soll. Die Auswerteeinrichtung aktiviert anschließend ein entsprechendes Warnsignal.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiel
beschrieben ist, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar. Beispielsweise können die Wicklungen RMU, RMV und
RMW auch ringförmig
miteinander verbunden sein. Die Leitungen U, V und W verlaufen in
diesem Fall zwischen den Endstufen 16 zu verschiedenen Kontaktpunkten,
welche jeweils zwischen zwei Wicklungen RMU, RMV und RMW angeordnet
sind.