DE102015224254A1

DE102015224254A1 - Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsbereitschaftszustands eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102015224254A1
Application number: DE102015224254.4A
Authority: DE
Inventors: Luca Marini; Stefano Dalpez
Original assignee: Roechling Automotive AG and Co KG
Current assignee: Roechling Automotive AG and Co KG
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-06-08
Also published as: US20170163186A1; US10224845B2

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsbereitschaftszustands eines Elektromotors, vorzugsweise eines Pumpenmotors zum Fördern einer Betriebsflüssigkeit, etwa einer wässrigen Harnstofflösung, in einem Fahrzeug, umfasst die Schritte: a) Anlegen einer elektrischen Antriebsspannung (VA, VB, VC) an den Elektromotor gemäß einem vorgegebenen Antriebsspannungsverlauf, um einen Rotor des Elektromotors zur Drehung um einen vorgegebenen Drehwinkel anzutreiben, wobei der vorgegebene Drehwinkel kleiner als 360°, vorzugsweise kleiner als 180°, besonders bevorzugt kleiner als 90°, ist, b) Erfassen eines Ansprechverhaltens des Elektromotors, umfassend die Teilschritte: b1) Bestimmen, ob sich der Rotor infolge des Anlegens der elektrischen Antriebsspannung (VA, VB, VC) im Schritt a) um den vorgegebenen Drehwinkel dreht, und b2) Erfassen eines während des Anlegens der elektrischen Antriebsspannung (VA, VB, VC) im Schritt a) durch den Elektromotor fließenden elektrischen Stroms, c) Bestimmen des Zustands des Elektromotors auf Grundlage der im Schritt b) ermittelten Ergebnisse.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsbereitschaftszustands eines Elektromotors, vorzugsweise eines Pumpenmotors zum Fördern einer Betriebsflüssigkeit, etwa einer wässrigen Harnstofflösung, in einem Fahrzeug.
Ein derartiges Verfahren ist aus der Druckschrift WO 2009/147146 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Betriebsbereitschaftszustand eines als Pumpenmotor zum Fördern von wässriger Harnstofflösung ausgebildeten Elektromotors auf Grundlage der Temperatur der zu fördernden Harnstofflösung bestimmt. Liegt diese Temperatur oberhalb eines vorgegebenen Temperaturschwellenwerts, wird bestimmt, dass der Elektromotor betriebsbereit ist und dass ein Förderbetrieb aufgenommen werden kann. Liegt diese Temperatur hingegen unterhalb des Temperaturschwellenwerts, wird bestimmt, dass der Elektromotor geheizt werden muss, um ihn in einen Betriebsbereitschaftszustand zu versetzen.
Nachteilig an dem aus dieser Druckschrift bekannten Verfahren ist die indirekte Bestimmung des Betriebsbereitschaftszustands des Elektromotors auf Grundlage der Temperatur der zu fördernden Harnstofflösung, da deren Temperatur nicht zwingend identisch mit der Temperatur des Elektromotors sein muss. Die Temperatur des Elektromotors kann niedriger als die Temperatur der Harnstofflösung sein, so dass sich im Extremfall vereiste Harnstofflösung am Elektromotor befinden kann, während die Temperatur am Ort des Temperatursensors oberhalb des Temperaturschwellenwerts liegt. In einem solchen Fall würde der Zustand des Elektromotors als betriebsbereit bestimmt werden, so dass unter Umständen bei tatsächlicher Aufnahme eines Förderbetriebs der Elektromotor beschädigt werden könnte.
Angesichts dieser aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit welchem ein
Betriebsbereitschaftszustand eines Elektromotors im Vergleich zum Stand der Technik präziser bestimmbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein eingangs definiertes Verfahren gelöst, welches die folgenden, vorzugsweise in der folgenden Reihenfolge durchgeführten, Schritte umfasst: a) Anlegen einer elektrischen Antriebsspannung an den Elektromotor gemäß einem vorgegebenen Antriebsspannungsverlauf, um einen Rotor des Elektromotors zur Drehung um einen vorgegebenen Drehwinkel anzutreiben, wobei der vorgegebene Drehwinkel kleiner als 360°, vorzugsweise kleiner als 90°, besonders bevorzugt kleiner als 45°, ist, b) Erfassen eines Ansprechverhaltens des Elektromotors, umfassend die Teilschritte: b1) Bestimmen, ob sich der Rotor infolge des Anlegens der elektrischen Antriebsspannung im Schritt a) um den vorgegebenen Drehwinkel dreht, und b2) Erfassen eines während des Anlegens der elektrischen Antriebsspannung im Schritt a) durch den Elektromotor fließenden elektrischen Stroms, c) Bestimmen des Zustands des Elektromotors auf Grundlage der im Schritt b) ermittelten Ergebnisse.
Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird erfindungsgemäß der Betriebsbereitschaftszustand nicht indirekt bestimmt, etwa durch Erfassen einer Temperatur eines zu fördernden Mediums, sondern direkt auf Grundlage des erfassten Ansprechverhaltens des Elektromotors auf die im Schritt a) angelegte Antriebsspannung. Das erfasste Ansprechverhalten kann anschließend als Grundlage einer Bestimmung einer Betriebsbereitschaft des Elektromotors herangezogen werden. Diese Vorgehensweise gestattet somit eine im Vergleich zum Stand der Technik präzisere Bestimmung eines Betriebsbereitschaftszustands des Elektromotors und gestattet darüber hinaus eine im Vergleich zum Stand der Technik umfassendere Diagnose des Elektromotors, die es ermöglicht auch Störungen des Elektromotors festzustellen, welche nicht durch tiefe Temperaturen bedingt sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist die Antriebsspannung einen derartigen Antriebsspannungsverlauf auf, dass der Rotor zur Drehung um einen Winkel kleiner als 360° angetrieben wird. Hierdurch kann die Zeitdauer, während welcher elektrischer Strom durch den Elektromotor fließt, im Vergleich zu einem Antriebsspannungsverlauf, bei welchem der Rotor um 360° zur Drehung angetrieben wird, verringert werden, so dass im Falle einer Betriebsstörung des Elektromotors, aufgrund welcher der Rotor nicht drehbar ist, die im Elektromotor dissipierte elektrische Leistung begrenzt wird, um den Elektromotor nicht zu beschädigen.
Eine Drehung des Rotors im Teilschritt b1) kann beispielsweise mittels eines am Rotor positionierten Sensors, etwa eines optischen Sensors oder eines Hall-Sensors, ermittelt werden.
Wenn in dieser Anmeldung ausgesagt ist, dass eine elektrische Spannung an den Elektromotor angelegt wird oder dass ein elektrischer Strom durch den Elektromotor fließt, kann dies insbesondere bedeuten, dass eine elektrische Spannung an Wicklungen des Elektromotors angelegt wird bzw. dass ein elektrischer Strom durch Wicklungen des Elektromotors fließt.
Im Teilschritt b2) kann der insgesamt durch den Elektromotor fließende elektrische Strom erfasst werden. Dieser muss nicht zwingend ausschließlich auf die an den Elektromotor angelegte Antriebsspannung zurückgehen, sondern kann auch durch Induktion aufgrund der Rotation des Rotors bedingt sein. Dabei können der Effektivwert oder/und der Maximalwert des elektrischen Stroms erfasst werden. Anzumerken ist, dass statt des durch den Elektromotor fließenden elektrischen Stroms oder zusätzlich zu diesem auch der Spannungsabfall am Elektromotor im Teilschritt b2) erfasst werden könnte. Die Erfassung des Spannungsabfalls ist jedoch im Wesentlichen äquivalent zur Erfassung des elektrischen Stroms, da der Strom proportional zum Spannungsabfall ist. Nachfolgend wir nur auf eine Erfassung des durch den Elektromotor fließenden elektrischen Stroms eingegangen. Die diesbezüglichen nachfolgenden Ausführungen gelten jedoch analog für einen am Elektromotor erfassten Spannungsabfall.
Weist die Antriebsspannung einen derartigen Antriebsspannungsverlauf auf, dass der Rotor für eine Drehung um einen Winkel kleiner als 360° angetrieben wird, ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Schritten a) hintereinander ausgeführt wird, wobei zu jedem Schritt a) ein Schritt b) ausgeführt wird. Hierdurch kann durch eine wiederholte Ausführung des Schritts a) ermittelt werden, ob der Rotor eine volle Drehung ausführen kann oder ob ein bestimmter Drehwinkelbereich blockiert ist.
Abhängig von dem tatsächlichen Einsatzgebiet des Elektromotors, kann es erforderlich sein, diesen in entgegengesetzte Drehrichtungen drehen zu müssen, etwa um ein zu förderndes Medium in entgegengesetzte Richtungen zu fördern. Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, wenn die Mehrzahl von Schritten a) umfasst:

– wenigstens einen Unterschritt a1), in welchem eine erste Antriebsspannung an den Elektromotor angelegt wird, um den Rotor zur Drehung in eine erste Drehrichtung anzutreiben, und
– wenigstens einen Unterschritt a2), in welchem eine zweite Antriebsspannung an den Elektromotor angelegt wird, um den Rotor zur Drehung in eine zur ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung anzutreiben.

Bei dieser Weiterbildung kann also schrittweise überprüft werden, ob der Rotor in entgegengesetzte Drehrichtungen ein erwartetes Ansprechverhalten zeigt. Hierbei kann auch durch wiederholte Ausführung der Unterschritte a1) und a2) der volle Drehwinkel von 360° abgetastet und überprüft werden, ob der Elektromotor in allen Winkelbereichen ein erwartetes Ansprechverhalten zeigt.
Eine systematische und damit effektive Vorgehensweise bei der Abtastung des vollen Drehwinkelbereichs des Rotors kann dadurch erlangt werden, dass der Schritt a) wenigstens N Unterschritte a1) umfasst, welche aufeinanderfolgend ausgeführt werden. N kann dabei derart gewählt werden, dass der Rotor bei der N-fachen Ausführung der Unterschritte a1) wenigstens eine volle Umdrehung, d.h. eine Umdrehung um 360°, in die erste Drehrichtung ausführt.
In Weiterbildung des Verfahrens kann weiter vorgesehen sein, dass der Schritt a) wenigstens M Unterschritte a2) umfasst, welche nach der N-maligen Ausführung der Unterschritte a1) aufeinanderfolgend ausgeführt werden. Hierbei kann M derart gewählt werden, dass der Rotor bei der M-fachen Ausführung der Unterschritte a2) wenigstens eine volle Umdrehung, d.h. eine Umdrehung um 360°, in die zweite Drehrichtung ausführt. N bzw. M weisen üblicherweise Werte von kleiner als 100 auf.
Eine hohe Zuverlässigkeit bei der Ermittlung des Ansprechverhaltens des Elektromotors kann dann sichergestellt werden, wenn ein Satz aus N Ausführungen der Unterschritte a1) und M Ausführungen der Unterschritte a2) U Mal ausgeführt wird. In der Praxis hat sich ein Wert für U von unter 20 als ausreichend erwiesen, um das Ansprechverhalten zuverlässig zu ermitteln und um daraus den Zustand des Elektromotors präzise zu bestimmen.
Um eine Beschädigung des Elektromotors durch eine zu hohe innerhalb des Elektromotors dissipierte elektrische Leistung vermeiden zu können, etwa wenn der Rotor blockiert ist, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die an den Elektromotor während des Schritts a) angelegte Antriebsspannung abgeschaltet wird, wenn der im zugeordneten Schritt b) erfasste elektrische Strom größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise für als Pumpenmotoren in Fahrzeugen eingesetzte Elektromotoren vorgesehen. Für derartige Elektromotoren liegen die Schwellenwerte, bei denen der Strom abgeschaltet wird, bei etwa 3 A für den Effektivwert und bei etwa 10 A für den Maximalwert des elektrischen Stroms. Eine Abschaltung kann sofort oder mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung, etwa nach Überprüfung des erfassten Stromwerts erfolgen.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor ein dreiphasiger bürstenloser Motor ist, wobei jeder Phase jeweils eigene Magnetfelderzeugungsmittel zugeordnet sind, wobei vorzugsweise während der Ausführung des Schritts a) nur an die Magnetfelderzeugungsmittel zweier Phasen gleichzeitig eine Antriebsspannung angelegt wird, während an die Magnetfelderzeugungsmittel einer dritten Phase keine elektrische Antriebsspannung angelegt wird.
Die im Schritt a) an die Magnetfelderzeugungsmittel der jeweiligen Phasen angelegte Antriebsspannung kann die Betriebsspannung für einen bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromotors sein, mit dem Unterschied, dass im Schritt a) nicht gleichzeitig an die Magnetfelderzeugungsmittel aller Phasen eine elektrische Spannung angelegt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Unterschied zwischen der im Schritt a) an den Elektromotor angelegten Antriebsspannung und der Betriebsspannung im zeitlichen Verlauf oder/und dem Minimalwert oder/und dem Maximalwert der an die Magnetfelderzeugungsmittel der jeweiligen Phasen angelegten elektrischen Spannung bestehen.
Unter Magnetfelderzeugungsmittel sind hier jegliche Anordnungen von elektrischen Leitern zu verstehen, welche bei Leitung eines elektrischen Stromes ein Magnetfeld erzeugen können, das zur Drehung des Rotors geeignet ist. Unter Magnetfelderzeugungsmittel sind insbesondere Spulen zu verstehen, wobei einer Phase auch eine Mehrzahl von Spulen zugeordnet sein kann. Die Magnetfelderzeugungsmittel können in Umfangsrichtung um eine Drehachse des Rotors an einem Stator, vorzugsweise äquidistant, angeordnet sein. Weisen die Magnetfelderzeugungsmittel jeder der drei Phasen mehrere Spulen auf, so ist es bevorzugt, wenn die Spulen der jeweiligen Phasen in Umfangsrichtung derart aufeinanderfolgend angeordnet sind, dass drei Spulen unterschiedlicher Phasen in einer vorgegebenen Reihenfolge unmittelbar aufeinanderfolgen und dass sich diese Abfolge in Umfangsrichtung zyklisch wiederholt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist jede Phase zwei Spulen auf, welche in obiger Weise um den Rotor angeordnet sind.
Zwar soll nicht ausgeschlossen sein, dass der Rotor selbst auch einen Elektromagneten umfassen kann, jedoch ist es im Hinblick auf einen einfachen Aufbau des Elektromotors bevorzugt, wenn der Rotor permanent magnetisiert ist. Der Aufbau kann derart sein, dass der Rotor eine Mehrzahl von sich im Wesentlichen entlang einer Drehachse des Rotors erstreckenden Permanentmagneten umfasst, welche am Außenumfang des Rotors derart angeordnet sind, dass am Außenumfang eine alterierende Abfolge entgegengesetzter magnetischer Pole bereitgestellt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor an seinem Außenumfang zehn Pole auf, welche in Umfangsrichtung die gleiche Erstreckung aufweisen.
Um den Rotor bei einer mehrfachen Ausführung des Schritts a) in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten jeweils zu einer Drehung um den vorgegebenen Drehwinkel antreiben zu können, können die an die Magnetfelderzeugungsmittel der jeweiligen Phasen anzulegenden Antriebsspannungen derart gewählt werden, dass bei jeweils zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Ausführungen des Schritts a) an die Magnetfelderzeugungsmittel unterschiedlicher Phasen keine Antriebsspannung angelegt wird.
Der Antriebsspannungsverlauf der an die Magnetfelderzeugungsmittel einer Phase anzulegenden Antriebsspannung zum Antrieb des Rotors um den vorgegebenen Drehwinkel kann im Wesentlichen aus einer Gleichspannung V bestehen, welche während einer vorgegebenen Zeitspanne an die Magnetfelderzeugungsmittel angelegt wird. Die jeweiligen Antriebsspannungen können jeweils eine Basisabfolge von Antriebsspannungswerten umfassen, welche für die jeweiligen Phasen zyklisch wiederholt werden.
Für die vorangehende bevorzugte Ausführungsform des dreiphasigen bürstenlosen Motors, umfassend einen Stator mit sechs Spulen und einen Rotor mit zehn Polen kann eine Basisabfolge für die erste Phase die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel der ersten Phase anzulegenden Antriebsspannungswerte umfassen:

0. –V
1. 0
2. +V
3. +V
4. 0
5. –V.

Die Basisabfolge kann für die zweite Phase die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel der zweiten Phase anzulegenden Antriebsspannungswerte umfassen:

0. +V
1. +V
2. 0
3. –V
4. –V
5. 0.

Die Basisabfolge kann für die dritte Phase die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel der dritten Phase anzulegenden Antriebsspannungswerte umfassen:

0. 0
1. –V
2. –V
3. 0
4. +V
5. +V.

Durch diese Antriebsspannungswerte kann bei zyklischer Wiederholung der obigen Basisabfolgen für jede Phase der Rotor zu einer kontinuierlichen Drehung in eine Drehrichtung angetrieben werden.
Wird während der Ausführung eines Schritts a) nur an die Magnetfelderzeugungsmittel zweier Phasen eine Antriebsspannung angelegt, während an die Magnetfelderzeugungsmittel der dritten Phase keine Antriebsspannung angelegt wird, so kann im Schritt b) eine elektromotorische Kraft erfasst werden, welche in den Magnetfelderzeugungsmitteln derjenigen Phase erzeugt wird, an welche keine Antriebsspannung während der Ausführung des Schritts a) angelegt wird. Die in den Magnetfelderzeugungsmitteln dieser Phase erzeugte elektromotorische Kraft hängt von der konkreten Drehung des Rotors infolge des Anlegens einer Antriebsspannung ab. Die Erfassung der elektromotorischen Kraft in den Magnetfelderzeugungsmitteln dieser Phase bietet daher insbesondere die Möglichkeit, dass im Schritt b) aus der erfassten elektromotorischen Kraft auf den vom Rotor zurückgelegten Drehwinkel infolge der angelegten Antriebsspannung im Schritt a) geschlossen wird. Hierbei kann auf gesonderte Sensoren zur Erfassung einer Drehung des Rotors verzichtet werden, was zu einem insgesamt kompakten Aufbau beiträgt.
In Abhängigkeit von den im Schritt b) ermittelten Ergebnissen, kann Schritt c) folgende Zustandsbestimmungen umfassen:

– „normal“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor in entgegengesetzte Drehrichtungen um den vorgegebenen Drehwinkel dreht und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt,
– „gestört“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor nicht in entgegengesetzte Drehrichtungen um den vorgegebenen Drehwinkel dreht oder/und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom nicht innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt.

Ist der Zustand des Elektromotors als „normal“ bestimmt worden, so ist der Elektromotor betriebsbereit. Ist der Zustand des Elektromotors als „gestört“ bestimmt worden, muss der Elektromotor nicht zwingend nicht betriebsbereit sein, sondern es können unter Umständen Maßnahmen zur Herstellung eines Betriebsbereitschaftszustands des Elektromotors ergriffen werden. Diese Maßnahmen hängen jedoch von der konkreten Störung des Elektromotors ab, welche ggf. zur Ergreifung der angemessenen Maßnahme näher charakterisiert werden kann.
Die Zustandsbestimmung „gestört“ kann eine Zustandsbestimmung „kritisch“ umfassen, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor in entgegengesetzte Drehrichtungen um den vorgegebenen Drehwinkel dreht und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt. Der Zustand „kritisch“ kann beispielsweise dann vorliegen, wenn sich der Elektromotor in einer kalten Umgebung befindet und aufgrund von thermisch bedingten mechanischen Spannungen mehr Leistung als bei höheren Temperaturen erforderlich ist, um den Rotor um den vorgegebenen Drehwinkel zu drehen.
Darüber hinaus kann die Zustandsbestimmung „gestört“ folgende Zustandsbestimmungen umfassen:

– „blockiert in eine Richtung“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor nur in eine Drehrichtung um den vorgegebenen Drehwinkel dreht,
– „blockiert“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor in keine Drehrichtung um den vorgegebenen Drehwinkel dreht und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom oberhalb des vorgegebenen Bereichs liegt,
– „außer Betrieb“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor in keine Drehrichtung um den vorgegebenen Drehwinkel dreht und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt.

Ist der Zustand des Elektromotors als „kritisch“ bestimmt worden, so kann das Verfahren nach dem Schritt c) einen Schritt d) umfassen, wobei im Schritt d) eine elektrische Betriebsspannung für einen bestimmungsgemäßen Betrieb an den Elektromotor während einer vorgegebenen Zeitdauer zum kontinuierlichen Drehen des Rotors in eine Drehrichtung angelegt und der durch den Elektromotor fließende elektrische Strom erfasst wird, wobei der Zustand des Elektromotors

– als „normal“ bestimmt wird, wenn der im Schritt d) erfasste elektrische Strom während der vorgegebenen Zeitdauer Werte annimmt, die in dem vorgegebenen Bereich liegen, oder
– als „außer Betrieb“ bestimmt wird, wenn der im Schritt d) erfasste elektrische Strom während der vorgegebenen Zeitdauer keine Werte annimmt, welche innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegen.

Mit dieser Vorgehensweise wird durch während eines Betriebs des Elektromotors erzeugte Wärme versucht, etwaige thermisch bedingte mechanische Spannungen innerhalb des Elektromotors zu beseitigen. Gelingt dies, so nimmt der erfasste elektrische Strom nach oder bereits während der vorgegebenen Zeitdauer Werte an, welche innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegen. Der Zustand des Elektromotors kann somit als „normal“ bestimmt werden, so dass damit der Elektromotor betriebsbereit ist. Werden während der vorgegebenen Zeitdauer keine Stromwerte erfasst, welche in dem vorgegebenen Bereich liegen, so kann ein von beispielsweise thermisch bedingten mechanischen Spannungen verschiedenes Problem vorliegen, zu dessen Behebung eine gründliche Untersuchung des Elektromotors erforderlich ist. Die Zustandsbestimmung des Elektromotors lautet somit „außer Betrieb“ und der Elektromotor ist somit nicht betriebsbereit. Eine vorgegebene Zeitdauer von mehr als 60 s hat sich zu diesem Zweck als vorteilhaft erwiesen. Ist der Elektromotor als Pumpenmotor eingerichtet, kann während der vorgegebenen Zeitdauer ein normaler Förderbetrieb zum Fördern beispielsweise einer Flüssigkeit aufgenommen werden. In diesem Zusammenhang ist somit unter einer Betriebsspannung eine an den Elektromotor im regulären Betrieb anzulegende Spannung zu verstehen, wenn der Elektromotor betriebsbereit ist.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verfahren nach dem Schritt c) einen Schritt d') umfasst, falls im Schritt c) der Zustand als „blockiert“ oder „blockiert in eine Richtung“ bestimmt worden ist, wobei im Schritt d') an den Elektromotor eine elektrische Heizantriebsspannung während einer vorgegebenen maximalen Zeitdauer angelegt wird, um den Rotor, vorzugsweise in unterschiedliche Drehrichtungen, zur Drehung anzutreiben, wobei gleichzeitig der durch den Elektromotor infolge der Heizantriebsspannung fließende elektrische Strom erfasst und bestimmt wird, ob sich der Rotor infolge der Heizantriebsspannung dreht, bis eine der folgenden Bedingungen eintritt:

i) die vorgegebene maximale Zeitdauer ist verstrichen, ohne dass sich der Rotor gedreht hat bzw. ohne dass sich der Rotor in die zuvor blockierte Drehrichtung gedreht hat,
ii) der Rotor dreht sich bzw. dreht sich in die zuvor blockierte Drehrichtung,
iii) der durch den Elektromotor fließende elektrische Strom ist unter einen vorgegebenen Schwellenwert gefallen.

Grundsätzlich kann wie im Schritt a) auch im Schritt d') während einer vorgegebenen Zeitspanne eine im Wesentlichen konstante Gleichspannung VH nur an die Magnetfelderzeugungsmittel zweier Phasen angelegt werden, während an die Magnetfelderzeugungsmittel der dritten Phase keine Spannung angelegt wird. Ähnlich der mehrfachen Ausführung des Schritts a) kann auch im Schritt d') diese Gleichspannung nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne verändert werden, um den Rotor zur Drehung um ein Vielfaches des vorgegebenen Drehwinkels anzutreiben. Im Gegensatz zur Antriebsspannung ist es jedoch bevorzugt, wenn der Rotor infolge der Heizantriebsspannung häufiger einer Drehrichtungsumkehr unterworfen ist, um eine Blockade, etwa durch im Bereich des Elektromotors gefrorenes zu förderndes Medium, effektiv zu lösen. Auch hier können die an die Magnetfelderzeugungsmittel der jeweiligen Phasen anzulegenden Heizantriebsspannungen eine Basisabfolge von Heizantriebsspannungswerten umfassen, welche zyklisch wiederholt werden kann.
Für den vorangehend beschriebenen Elektromotor, umfassend einen Stator mit sechs Spulen und einen Rotor mit zehn Polen, kann die Basisabfolge für die erste Phase die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel der ersten Phase anzulegenden Heizantriebsspannungswerte umfassen:

0. –VH
1. 0
2. +VH
3. 0.

Die Basisabfolge kann für die zweite Phase die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel der zweite Phase anzulegenden Heizantriebsspannungswerte umfassen:

0. +VH
1. +VH
2. 0
3. +VH.

Die Basisabfolge kann für die dritte Phase die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel der dritte Phase anzulegenden Heizantriebsspannungswerte umfassen:

0. 0
1. –VH
2. –VH
3. –VH.

Werden diese Heizantriebsspannungswerte zyklisch für jede Phase wiederholt, ist der Rotor des Elektromotors im Gegensatz zu den zuvor diskutierten Antriebsspannungen häufiger einer Drehrichtungsumkehr unterworfen, nämlich jeweils zwischen den Schritten 0 und 1 und den Schritten 2 und 3.
Diese Abfolge von Heizantriebsspannungswerten ist jedoch nur beispielhaft und kann in Abhängigkeit der konkreten Ausgestaltung des Elektromotors auf vielfältige Weise verändert werden.
Ist der Elektromotor als Pumpenmotor zum Fördern einer Flüssigkeit, vorzugsweise von wässriger Harnstofflösung, aus einem Tank ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass der Schritt d') nur dann ausgeführt wird, wenn wenigstens eine weitere Bedingung erfüllt ist, welche auf niedrige Temperaturen im Bereich des Elektromotors schließen lässt, etwa wenn die Temperatur am Tank unterhalb eines Temperaturschwellenwerts liegt oder/und wenn ein Tankheizer betrieben wird.
Dreht sich der Elektromotor infolge der angelegten Heizantriebsspannung nach Ablauf der vorgegebenen maximalen Zeitdauer nicht, so kann das Verfahren beendet werden und der Zustand des Elektromotors kann als „außer Betrieb“ bestimmt werden. Damit ist er nicht betriebsbereit. Dreht sich der Rotor des Elektromotors infolge der Heizantriebsspannung oder fällt der Strom unter einen vorgegebenen Schwellenwert von typischerweise weniger als 0.5 A während oder nach Ablauf der vorgegebenen maximalen Zeitdauer, so können die Schritte a) bis c) erneut ausgeführt werden, um das Ansprechverhalten des Elektromotors erneut zu charakterisieren und auf Grundlage des Ansprechverhaltens den Zustand des Elektromotors erneut zu bestimmen. Die vorgegebene maximale Zeitdauer beträgt vorzugsweise zwischen 120 und 4000 s.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht eines drei Phasen aufweisenden bürstenlosen Motors mit einem Rotor und einem Stator, welcher eine Mehrzahl von um den Rotor angeordneten Magnetfelderzeugungsmitteln umfasst, an die keine Spannung angelegt ist,
2 den in 1 gezeigten Elektromotor mit angelegten Spannungen an die Magnetfelderzeugungsmittel einer ersten und einer zweiten Phase, während an die Magnetfelderzeugungsmittel einer dritten Phase keine Spannung angelegt ist,
3 den in 1 gezeigten Elektromotor mit angelegten Spannungen an die Magnetfelderzeugungsmittel der zweiten und der dritten Phase, während an die Magnetfelderzeugungsmittel der ersten Phase keine Spannung angelegt ist,
4 eine Abfolge von Antriebsspannungswerten für die drei Phasen des Elektromotors und
5 eine Abfolge von Heizantriebsspannungswerten für die drei Phasen des Elektromotors.
In 1 ist ein ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehener Elektromotor dargestellt. Dieser ist als dreiphasiger bürstenloser Motor ausgebildet. Der Elektromotor 10 umfasst einen in einem Betriebsbereitschaftszustand um eine Drehachse A drehbaren Rotor 12 mit einer Mehrzahl von sich entlang der Drehachse A erstreckenden Permanentmagneten 14, welche am Außenumfang des Rotors 12 derart angeordnet sind, dass eine Abfolge entgegengesetzter magnetischer Pole S, N bereitgestellt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Rotor 12 zehn Pole auf, welche in Umfangsrichtung die gleiche Erstreckung aufweisen.
Der Elektromotor 10 umfasst darüber hinaus einen Stator 16, an welchem zu jeder Phase A, B, C jeweils voneinander verschiedene Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B, 18C vorgesehen sind. Unter Magnetfelderzeugungsmittel sind jegliche Anordnungen von elektrischen Leitern zu verstehen, welche bei Leitung eines elektrischen Stromes ein Magnetfeld erzeugen können, das zur Drehung des Rotors 12 geeignet ist. Als Magnetfelderzeugungsmittel können insbesondere wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel Spulen verwendet werden, wobei hier jeder Phase A, B, C jeweils zwei Spulen 18A, 18B, 18C zugeordnet sind. Diese Anzahl ist jedoch nur beispielhaft und kann selbstverständlich verändert werden. Die Spulen 18A, 18B, 18C sind hier in Umfangsrichtung um die Drehachse A des Rotors 12 an dem Stator 16 aufeinanderfolgend angeordnet.
Ein in 1 gezeigter Elektromotor 10 kann beispielsweise als Pumpenmotor eingesetzt werden, um etwa eine Betriebsflüssigkeit eines Fahrzeugs zu fördern. Bei der Betriebsflüssigkeit kann es sich beispielsweise um wässrige Harnstofflösung handeln. Insbesondere dann, wenn der Elektromotor 10 als Pumpenmotor zum Fördern eines flüssigen Mediums ausgebildet ist, kann die Gefahr einer Beschädigung des Elektromotors 10 durch vereistes Medium bestehen. Um einen solchen Zustand zu erkennen, bevor eine Antriebsspannung an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B, 18C angelegt wird, wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsbereitschaftszustands des Elektromotors 10 durchgeführt.
Das Verfahren umfasst die, vorzugsweise in der folgenden Reihenfolge auszuführenden, Schritte:

a) Anlegen einer elektrischen Antriebsspannung an den Elektromotor 10 gemäß einem vorgegebenen Antriebsspannungsverlauf, um den Rotor 12 des Elektromotors 10 zur Drehung um einen vorgegebenen Drehwinkel α anzutreiben, welcher kleiner als 360°, vorzugsweise kleiner als 90°, besonders bevorzugt kleiner als 45°, ist,
b) Erfassen eines Ansprechverhaltens des Elektromotors 10, umfassend die Teilschritte: b1) Bestimmen, ob sich der Rotor 12 infolge des Anlegens der elektrischen Antriebsspannung im Schritt a) um den vorgegebenen Drehwinkel α dreht, und b2) Erfassen eines während des Anlegens der elektrischen Antriebsspannung im Schritt a) durch den Elektromotor 10 fließenden elektrischen Stroms I,
c) Bestimmen des Zustands des Elektromotors 10 auf Grundlage der im Schritt b) ermittelten Ergebnisse.

Bei diesem Verfahren weist die Antriebsspannung einen derartigen Antriebsspannungsverlauf auf, dass der Rotor zur Drehung um einen Drehwinkel α kleiner als 360° angetrieben wird. Hierdurch kann die Zeitdauer, während welcher elektrischer Strom I durch den Elektromotor 10 fließt, im Vergleich zu einem Antriebsspannungsverlauf, bei welchem der Rotor zur Drehung um 360° angetrieben wird, verringert werden, so dass im Falle einer Betriebsstörung des Elektromotors 10, aufgrund welcher der Rotor 12 nicht drehbar ist, die im Elektromotor 10 dissipierte elektrische Leistung begrenzt wird, um den Elektromotor 10 nicht zu beschädigen.
Eine Drehung des Rotors 12 im Teilschritt b1) kann beispielsweise mittels eines hier nicht dargestellten, im Bereich des Rotors 12 positionierten Sensors, etwa eines optischen Sensors oder eines Hall-Sensors, ermittelt werden. Im Schritt a) kann nur an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B, 18C zweier Phasen A, B, C jeweils eine Antriebsspannung VA, VB, VC angelegt werden, während an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B, 18C einer dritten Phase A, B, C keine Antriebsspannung VA, VB, VC angelegt wird. Diese Vorgehensweise bietet die Möglichkeit, die in den Magnetfelderzeugungsmitteln 18A, 18B, 18C der dritten Phase A, B, C erzeugte elektromotorische Kraft EMK zu erfassen. Diese hängt insbesondere von der konkreten Drehung des Rotors 12 ab und kann daher zur Ermittlung des vom Rotor 12 zurückgelegten Drehwinkels herangezogen werden, so dass keine zusätzlichen Sensoren zur Erfassung einer Drehung des Rotors 12 hierfür erforderlich sind.
Im Teilschritt b2) wird der insgesamt durch den Elektromotor 10 fließende elektrische Strom I gemessen. Dieser muss nicht zwingend ausschließlich auf die an den Elektromotor 10 angelegte Antriebsspannung VA, VB, VC zurückgehen, sondern kann auch durch Induktion aufgrund einer Drehung des Rotors 12 bedingt sein. Dabei können der Effektivwert oder/und der Maximalwert des elektrischen Stroms I erfasst werden.
Um eine Beschädigung des Elektromotors 12 durch eine zu hohe innerhalb des Elektromotors dissipierte elektrische Leistung vermeiden zu können, etwa wenn der Rotor 12 blockiert ist, kann vorgesehen sein, dass die an den Elektromotor 10 während des Schritts a) angelegte Antriebsspannung VA, VB, VC abgeschaltet wird, wenn der im zugeordneten Schritt b) erfasste elektrische Strom I größer als ein vorgegebener Schwellenwert I_MAX_TH ist. Typische Schwellenwerte I_MAX_TH, bei denen der Strom abgeschaltet wird, liegen bei etwa bei 3 A für den Effektivwert und bei etwa 10 A für den Maximalwert des elektrischen Stroms I. Eine Abschaltung kann sofort oder erst nach der Durchführung einer Bestätigungsmessung erfolgen.
Während in 1 keine Antriebsspannung an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B, 18C der drei Phasen A, B, C angelegt ist, zeigt 2 den Elektromotor 10 in einem Zustand, in welchem an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A und 18B der ersten und der zweiten Phase A, B jeweils eine Antriebsspannung VA, VB angelegt ist. Das infolge dieser Antriebsspannungen VA, VB durch die jeweiligen Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B erzeugte Magnetfeld ist durch die Kürzel „S“ bzw. „N“ angedeutet, welche einen Süd- bzw. einen Nordpol bezeichnen sollen. Durch dieses Magnetfeld nimmt der Rotor 12 eine definierte Stellung relativ zum Stator 16 ein. Bereits dieses einmalige Anlegen der Antriebsspannungen VA, VB können zum Durchführen der weiteren Verfahrensschritte b) und c) ausreichen, insbesondere wenn der Rotor 12 im in 1 gezeigten Zustand eine definierte Position relativ zum Stator 16 hat, so dass er durch das einmalige Anlegen der Antriebsspannungen VA, VB zu einer Drehung um den vorgegebenen Drehwinkel α antreibbar ist.
Alternativ kann der Rotor 12 durch Anlegen der Antriebsspannungen VA, VB an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B zunächst in eine definierte Position relativ zum Stator 16 versetzt werden, bevor er durch Verändern der Antriebsspannungen VA, VB, VC zu einer Drehung um den vorgegebenen Drehwinkel α angetrieben wird. Dies ist in 3 dargestellt. Gegenüber der in 2 gezeigten Konfiguration, ist in 3 an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A der ersten Phase A keine Antriebsspannung VA angelegt, sondern nur an die Magnetfelderzeugungsmittel 18B, 18C der zweiten und dritten Phase B, C. Die an die Magnetfelderzeugungsmittel 18B der zweiten Phase B angelegte Antriebsspannung VB ist im Vergleich zu 2 unverändert geblieben. Durch diese Antriebsspannungen VA, VB, VC wird der Rotor 12 zu einer Drehung um den vorgegebenen Drehwinkel α angetrieben. Dieser Drehwinkel α hängt von der Anzahl der Magnetfelderzeugungsmittel pro Phase und der Anzahl der Pole am Außenumfang des Rotors 12 ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der vorgegebene Drehwinkel α ca. 30°.
Um zuverlässige Aussagen darüber treffen zu können, ob der Rotor 12 eine volle Drehung, d.h. eine Drehung um 360°, ausführen kann, ist es bevorzugt, wenn der Schritt a) mehrmals hintereinander ausgeführt wird, wobei zu jedem Schritt a) ein Schritt b) ausgeführt wird. Um bei dieser Ausführungsform den Rotor 12 einmal um volle 360° drehen zu können, müsste der Schritt a) ca. 12 Mal hintereinander ausgeführt werden. Selbstverständlich kann der Rotor 12 auch mehrere Male um volle 360° gedreht werden, um besonders zuverlässige Aussagen darüber treffen zu können, ob der Elektromotor 10 betriebsbereit ist.
Für den in den 1 bis 3 gezeigten Elektromotor 10 können die Antriebsspannungen VA, VB, VC gemäß 4 verändert werden, um den Rotor 12 zu einer wiederholten Drehung um den vorgegebenen Drehwinkel α in eine Drehrichtung anzutreiben. Die jeweiligen Antriebsspannungen VA, VB, VC umfassen jeweils eine Basisabfolge von Antriebsspannungswerten, welche für die jeweiligen Phasen A, B, C zyklisch wiederholt werden können.
Die Basisabfolge umfasst gemäß 4 für die erste Phase A die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A der ersten Phase A anzulegenden Antriebsspannungswerte:

0. –V
1. 0
2. +V
3. +V
4. 0
5. –V.

Die Basisabfolge umfasst gemäß 4 für die zweite Phase B die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel 18B der zweiten Phase B anzulegenden Antriebsspannungswerte:

0. +V
1. +V
2. 0
3. –V
4. –V
5. 0.

Die Basisabfolge umfasst gemäß 4 für die dritten Phase C die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel 18C der dritten Phase C anzulegenden Antriebsspannungswerte:

0. 0
1. –V
2. –V
3. 0
4. +V
5. +V.

V ist hierbei eine Gleichspannung, welche während einer vorgegebenen Zeitspanne t0 an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B, 18C einer bestimmten Phase A, B, C angelegt wird.
Abhängig von dem tatsächlichen Einsatzgebiet des Elektromotors 10, kann es erforderlich sein, diesen in entgegengesetzte Drehrichtungen drehen zu müssen, etwa um ein zu förderndes Medium in entgegengesetzte Richtungen zu fördern. Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, wenn die Mehrzahl von Schritten a) umfasst:

– wenigstens einen Unterschritt a1), in welchem eine erste Antriebsspannung VA, VB, VC an den Elektromotor 10 angelegt wird, um den Rotor 12 zur Drehung in eine erste Drehrichtung anzutreiben, und
– wenigstens einen Unterschritt a2), in welchem eine zweite Antriebsspannung an den Elektromotor 10 angelegt wird, um den Rotor 12 zur Drehung in eine zur ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung anzutreiben.

Hierbei kann also schrittweise überprüft werden, ob der Rotor 12 in entgegengesetzte Drehrichtungen ein erwartetes Ansprechverhalten zeigt. Hierbei kann auch durch wiederholte Ausführung der Unterschritte a1) und a2) der volle Drehwinkel von 360° abgetastet und überprüft werden, ob der Elektromotor 10 in allen Winkelbereichen ein erwartetes Ansprechverhalten zeigt.
Um eine systematische und daher effektive Abtastung des vollen Drehwinkels von 360° erlangen zu können, kann dabei vorgesehen sein, dass der Schritt a) wenigstens N Unterschritte a1) umfasst, welche aufeinanderfolgend ausgeführt werden. N kann dabei derart gewählt werden, dass der Rotor 12 bei der N-fachen Ausführung der Unterschritte a1) wenigstens eine volle Umdrehung in die erste Drehrichtung ausführt. Die an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B, 18C anzulegenden Antriebsspannungen VA, VB, VC sind vorangehend im Zusammenhang mit 4 diskutiert worden.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Schritt a) wenigstens M Unterschritte a2) umfasst, welche nach der N-maligen Ausführung der Schritte a1) aufeinanderfolgend ausgeführt werden. Hierbei kann M derart gewählt werden, dass der Rotor 12 bei der M-fachen Ausführung der Unterschritte a2) wenigstens eine volle Umdrehung in die zweite Drehrichtung ausführt.
Eine hohe Zuverlässigkeit bei der Ermittlung des Ansprechverhaltens des Elektromotors 10 kann dann sichergestellt werden, wenn ein Satz aus N Ausführungen der Unterschritte a1) und M Ausführungen der Unterschritte a2) U Mal ausgeführt wird. In der Praxis hat sich ein Wert für U von unter 20 als ausreichend erwiesen, um das Ansprechverhalten zuverlässig zu ermitteln und um daraus den Zustand des Elektromotors 10 präzise zu bestimmen.
In Abhängigkeit von den im Schritt b) ermittelten Ergebnissen, kann Schritt c) folgende Zustandsbestimmungen umfassen:

– „normal“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor 12 in entgegengesetzte Drehrichtungen um den vorgegebenen Drehwinkel α dreht und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom I innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt,
– „gestört“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor 12 nicht in entgegengesetzte Drehrichtungen um den vorgegebenen Drehwinkel α dreht oder/und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom I nicht innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt.

Ist der Zustand des Elektromotors 10 als „normal“ bestimmt worden, so ist der Elektromotor 10 betriebsbereit. Ist der Zustand des Elektromotors 10 als „gestört“ bestimmt worden, muss der Elektromotor 10 nicht zwingend nicht betriebsbereit sein, sondern es können unter Umständen Maßnahmen zur Herstellung eines Betriebsbereitschaftszustands des Elektromotors 10 ergriffen werden. Diese Maßnahmen hängen jedoch von der konkreten Störung des Elektromotors 10 ab, welche zur Ergreifung der angemessenen Maßnahme näher charakterisiert werden kann.
Die Zustandsbestimmung „gestört“ kann eine Zustandsbestimmung „kritisch“ umfassen, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor 12 in entgegengesetzte Drehrichtungen um den vorgegebenen Drehwinkel α dreht und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom I außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt. Der Zustand „kritisch“ kann beispielsweise dann vorliegen, wenn sich der Elektromotor 10 in einer kalten Umgebung befindet und aufgrund von thermisch bedingten mechanischen Spannungen mehr Leistung als bei höheren Temperaturen erforderlich ist, um den Rotor 12 um den vorgegebenen Drehwinkel α zu drehen.
Darüber hinaus kann die Zustandsbestimmung „gestört“ folgende Zustandsbestimmungen umfassen:

– „blockiert in eine Richtung“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor 12 nur in eine Drehrichtung um den vorgegebenen Drehwinkel α dreht,
– „blockiert“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor 12 in keine Drehrichtung um den vorgegebenen Drehwinkel α dreht ist und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom I oberhalb des vorgegebenen Bereichs liegt,
– „außer Betrieb“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor 12 in keine Drehrichtung um den vorgegebenen Drehwinkel α dreht und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom I außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt.

Ist der Zustand des Elektromotors 10 als „kritisch“ bestimmt worden, so kann das Verfahren nach dem Schritt c) einen Schritt d) umfassen, wobei im Schritt d) eine elektrische Betriebsspannung an den Elektromotor 10 während einer vorgegebenen Zeitdauer T_W zum kontinuierlichen Drehen des Rotors 10 in eine Drehrichtung angelegt und der durch den Elektromotor 10 fließende elektrische Strom erfasst wird, wobei der Zustand des Elektromotors

– als „normal“ bestimmt wird, wenn der im Schritt d) erfasste elektrische Strom I während der vorgegebenen Zeitdauer T_W Werte annimmt, die in dem vorgegebenen Bereich liegen, oder
– als „außer Betrieb“ bestimmt wird, wenn der im Schritt d) erfasste elektrische Strom I während der vorgegebenen Zeitdauer T_W keine Werte annimmt, welche innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegen.

Mit dieser Vorgehensweise wird durch während eines Betriebs des Elektromotors 10 erzeugte Wärme versucht, etwaige thermisch bedingte mechanische Spannungen innerhalb des Elektromotors 10 zu beseitigen. Gelingt dies, so nimmt der erfasste elektrische Strom I nach oder bereits während der vorgegebenen Zeitdauer T_W Werte an, welche innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegen. Der Zustand des Elektromotors 10 kann somit als „normal“ bestimmt werden, so dass damit der Elektromotor 10 betriebsbereit ist. Werden während der vorgegebenen Zeitdauer T_W keine Stromwerte erfasst, welche in dem vorgegebenen Bereich liegen, so kann ein von beispielsweise thermisch bedingten mechanischen Spannungen verschiedenes Problem vorliegen, zu dessen Behebung eine gründliche Untersuchung des Elektromotors 10 erforderlich ist. Die Zustandsbestimmung des Elektromotors lautet somit „außer Betrieb“ und der Elektromotor 10 ist damit nicht betriebsbereit. Eine Zeitdauer von mehr als 60 s hat sich zu diesem Zweck als vorteilhaft erwiesen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verfahren nach dem Schritt c) einen Schritt d') umfasst, falls im Schritt c) der Zustand als „blockiert“ oder „blockiert in eine Richtung“ bestimmt worden ist, wobei im Schritt d') an den Elektromotor 10 eine elektrische Heizantriebsspannung VHA, VHB, VHC während einer vorgegebenen maximalen Zeitdauer T_MAX angelegt wird, um den Rotor 12, vorzugsweise in unterschiedliche Drehrichtungen, zur Drehung anzutreiben, wobei gleichzeitig der durch den Elektromotor 10 infolge der Heizantriebsspannung VHA, VHB, VHC fließende elektrische Strom I erfasst und bestimmt wird, ob sich der Rotor 12 infolge der Heizantriebsspannung VHA, VHB, VHC dreht, bis eine der folgenden Bedingungen eintritt:

i) die vorgegebene maximale Zeitdauer T_MAX ist verstrichen, ohne dass sich der Rotor 12 gedreht hat bzw. ohne dass sich der Rotor 12 in die zuvor blockierte Drehrichtung gedreht hat,
ii) der Rotor 12 dreht sich bzw. dreht sich in die zuvor blockierte Drehrichtung,
iii) der durch den Elektromotor 10 fließende elektrische Strom ist unter einen vorgegebenen Schwellenwert I_MIN_TH gefallen.

Grundsätzlich kann wie im Schritt a) auch im Schritt d') während einer vorgegebenen Zeitspanne t0 eine im Wesentlichen konstante Gleichspannung VH nur an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B, 18C zweier Phasen A, B, C angelegt werden, während an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B, 18C der dritten Phase A, B, C keine Heizantriebsspannung angelegt wird. Ähnlich der mehrfachen Ausführung des Schritts a) kann auch im Schritt d') diese Gleichspannung nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne t0 verändert werden, um den Rotor 12 zur Drehung um ein Vielfaches des vorgegebenen Drehwinkels α anzutreiben. Im Gegensatz zur Antriebsspannung VA, VB, VC ist es jedoch bevorzugt, wenn der Rotor 12 infolge der Heizantriebsspannung VHA, VHB, VHC häufiger einer Drehrichtungsumkehr unterworfen ist, um eine Blockade, etwa durch im Bereich des Elektromotors 10 gefrorenes zu förderndes Medium, zu lösen. Eine beispielhafte Abfolge von an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A, 18B, 18C der drei Phasen A, B, C anzulegenden Heizantriebsspannungswerten während der jeweiligen Zeitspannen t0 ist in 5 gezeigt. Die jeweiligen Heizantriebsspannungen VHA, VHB, VHC umfassen jeweils eine
Basisabfolge von Heizantriebsspannungswerten, welche für die jeweiligen Phasen A, B, C zyklisch wiederholt werden können.
Die Basisabfolge umfasst gemäß 5 für die erste Phase A die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel 18A der ersten Phase A anzulegenden Heizantriebsspannungswerte:

0. –VH
1. 0
2. +VH
3. 0.

Die Basisabfolge umfasst gemäß 5 für die zweite Phase B die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel 18B der zweiten Phase B anzulegenden Heizantriebsspannungswerte:

0. +VH
1. +VH
2. 0
3. +VH.

Die Basisabfolge umfasst gemäß 5 für die dritte Phase C die folgenden, in der folgenden Reihenfolge an die Magnetfelderzeugungsmittel 18C der dritten Phase C anzulegenden Heizantriebsspannungswerte:

0. 0
1. –VH
2. –VH
3. –VH.

Werden diese Heizantriebsspannungswerte zyklisch für jede Phase A, B, C wiederholt, kann der Rotor 12 des Elektromotors 10 im Gegensatz zu 4 öfter zu einer Drehrichtungsumkehr angetrieben werden. Bei dem in den 1 bis 3 gezeigten Elektromotor 10 findet gemäß dem in 5 gezeigten Schema eine Drehrichtungsumkehr des Rotors 12 jeweils zwischen den Schritten 0 und 1 und den Schritten 2 und 3 statt.
Diese Abfolge von Heizantriebsspannungswerten ist jedoch nur beispielhaft und kann in Abhängigkeit der konkreten Ausgestaltung des Elektromotors 10 auf vielfältige Weise verändert werden.
Ist der Elektromotor 10 als Pumpenmotor zum Fördern einer Flüssigkeit, vorzugsweise von wässriger Harnstofflösung, aus einem Tank ausgebildet, kann vorgesehen sein, dass der Schritt d') nur dann ausgeführt wird, wenn wenigstens eine weitere Bedingung erfüllt ist, welche auf niedrige Temperaturen im Bereich des Elektromotors 10 schließen lässt, etwa wenn die Temperatur am Tank unterhalb eines Temperaturschwellenwerts liegt oder/und wenn ein Tankheizer betrieben wird.
Dreht sich der Elektromotor 10 infolge der angelegten Heizantriebsspannungen VHA, VHB, VHC nach Ablauf der vorgegebenen maximalen Zeitdauer T_MAX nicht, so kann das Verfahren beendet und der Zustand des Elektromotors 10 als „außer Betrieb“ bestimmt werden. Damit ist er nicht betriebsbereit. Dreht sich der Rotor 12 des Elektromotors 10 infolge der Heizantriebsspannungen VHA, VHB, VHC oder fällt der Strom unter einen vorgegebenen Schwellenwert I_MIN_TH während oder nach Ablauf der vorgegebenen maximalen Zeitdauer T_MAX, so können die Schritte a) bis c) erneut ausgeführt werden, um das Ansprechverhalten des Elektromotors 10 erneut zu charakterisieren und auf Grundlage des Ansprechverhaltens den Zustand des Elektromotors 10 erneut zu bestimmen. Die vorgegebene maximale Zeitdauer T_MAX beträgt vorzugsweise zwischen 120 und 4000 s.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/147146 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsbereitschaftszustands eines Elektromotors (10), vorzugsweise eines Pumpenmotors zum Fördern einer Betriebsflüssigkeit, etwa einer wässrigen Harnstofflösung, in einem Fahrzeug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Anlegen einer elektrischen Antriebsspannung (VA, VB, VC) an den Elektromotor (10) gemäß einem vorgegebenen Antriebsspannungsverlauf, um einen Rotor des Elektromotors (10) zur Drehung um einen vorgegebenen Drehwinkel (α) anzutreiben, wobei der vorgegebene Drehwinkel (α) kleiner als 360° ist, b) Erfassen eines Ansprechverhaltens des Elektromotors (10), umfassend die Teilschritte: b1) Bestimmen, ob sich der Rotor (12) infolge des Anlegens der elektrischen Antriebsspannung (VA, VB, VC) im Schritt a) um den vorgegebenen Drehwinkel (α) dreht, und b2) Erfassen eines während des Anlegens der elektrischen Antriebsspannung (VA, VB, VC) im Schritt a) durch den Elektromotor (10) fließenden elektrischen Stroms (I), c) Bestimmen des Zustands des Elektromotors (10) auf Grundlage der im Schritt b) ermittelten Ergebnisse.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Schritten a) hintereinander ausgeführt wird, wobei zu jedem Schritt a) ein Schritt b) ausgeführt wird, wobei vorzugsweise die Mehrzahl von Schritten a) umfasst: – wenigstens einen Unterschritt a1), in welchem eine erste Antriebsspannung (VA, VB, VC) an den Elektromotor (10) angelegt wird, um den Rotor (12) zur Drehung in eine erste Drehrichtung um den vorgegebenen Drehwinkel (α) anzutreiben, und – wenigstens einen Unterschritt a2), in welchem eine zweite Antriebsspannung an den Elektromotor (10) angelegt wird, um den Rotor (12) zur Drehung in eine zur ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung um den vorgegebenen Drehwinkel (α) anzutreiben.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) wenigstens N Unterschritte a1) umfasst, welche aufeinanderfolgend ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) wenigstens M Unterschritte a2) umfasst, welche nach der N-maligen Ausführung der Unterschritte a1) aufeinanderfolgend ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Satz aus N Ausführungen der Unterschritte a1) und M Ausführungen der Unterschritte a2) U Mal ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Elektromotor (10) während des Schritts a) angelegte Antriebsspannung (VA, VB, VC) abgeschaltet wird, wenn der im zugeordneten Schritt b) erfasste elektrische Strom (I) größer als ein vorgegebener Schwellenwert (I_MAX_TH) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) ein dreiphasiger bürstenloser Motor ist, wobei jeder Phase (A, B, C) jeweils eigene Magnetfelderzeugungsmittel (18A, 18B, 18C) zugeordnet sind, wobei vorzugsweise während der Ausführung des Schritts a) nur an die Magnetfelderzeugungsmittel (18A, 18B, 18C) zweier Phasen (A, B, C) gleichzeitig eine Antriebsspannung (VA, VB, VC) angelegt wird, während an die Magnetfelderzeugungsmittel (18A, 18B, 18C) einer dritten Phase (A, B, C) keine elektrische Antriebsspannung (VA, VB, VC) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeweils zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Ausführungen des Schritts a) an die Magnetfelderzeugungsmittel (18A, 18B, 18C) unterschiedlicher Phasen (A, B, C) keine Antriebsspannung (VA, VB, VC) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) eine elektromotorische Kraft (EMK) erfasst wird, welche in den Magnetfelderzeugungsmitteln (18A, 18B, 18C) derjenigen Phase (A, B, C) erzeugt wird, an welche keine Antriebsspannung (VA, VB, VC) während der Ausführung des Schritts a) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) aus der erfassten elektromotorischen Kraft (EMK) auf den vom Rotor (12) zurückgelegten Drehwinkel infolge der angelegten Antriebsspannung (VA, VB, VC) im Schritt a) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) folgende Zustandsbestimmungen umfasst: – „normal“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor (12) in entgegengesetzte Drehrichtungen um den vorgegebenen Drehwinkel (α) dreht und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom (I) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, – „gestört“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor (12) nicht in entgegengesetzte Drehrichtungen um den vorgegebenen Drehwinkel (α) dreht oder/und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom (I) nicht innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsbestimmung „gestört“ eine Zustandsbestimmung „kritisch“ umfasst, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor (12) in entgegengesetzte Drehrichtungen um den vorgegebenen Drehwinkel (α) dreht und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom (I) außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsbestimmung „kritisch“ folgende Zustandsbestimmungen umfasst: – „blockiert in eine Richtung“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor (12) nur in eine Drehrichtung um den vorgegebenen Drehwinkel (α) dreht, – „blockiert“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor (12) in keine Drehrichtung um den vorgegebenen Drehwinkel (α) dreht und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom (I) oberhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, – „außer Betrieb“, wenn im Schritt b) erfasst wird, dass sich der Rotor (12) in keine Drehrichtung um den vorgegebenen Drehwinkel (α) dreht und der im Schritt b) erfasste elektrische Strom (I) außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach dem Schritt c) einen Schritt d) umfasst, falls im Schritt c) der Zustand als „kritisch“ bestimmt worden ist, wobei im Schritt d) eine elektrische Betriebsspannung für einen bestimmungsgemäßen Betrieb an den Elektromotor (10) während einer vorgegebenen Zeitdauer (T_W) zum kontinuierlichen Drehen des Rotors (12) in eine Drehrichtung angelegt und der durch den Elektromotor (10) fließende elektrische Strom (I) erfasst wird, wobei der Zustand des Elektromotors (10) – als „normal“ bestimmt wird, wenn der im Schritt d) erfasste elektrische Strom (I) während der vorgegebenen Zeitdauer (T_W) Werte annimmt, die in dem vorgegebenen Bereich liegen, oder – als „außer Betrieb“ bestimmt wird, wenn der im Schritt d) erfasste elektrische Strom (I) während der vorgegebenen Zeitdauer (T_W) keine Werte annimmt, welche innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegen.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach dem Schritt c) einen Schritt d') umfasst, falls im Schritt c) der Zustand als „blockiert“ oder „blockiert in eine Richtung“ bestimmt worden ist, wobei im Schritt d') an den Elektromotor (10) eine elektrische Heizantriebsspannung (VHA, VHB, VHC), vorzugsweise mit einem von dem Antriebsspannungsverlauf verschiedenen Heizantriebsspannungsverlauf, während einer vorgegebenen maximalen Zeitdauer (T_MAX) gemäß einem vorgegebenen Heizantriebsspannungsverlauf angelegt wird, um den Rotor (12), vorzugsweise in unterschiedliche Drehrichtungen, zur Drehung anzutreiben, wobei gleichzeitig der durch den Elektromotor (10) infolge der Heizantriebsspannung (VHA, VHB, VHC) fließende elektrische Strom (I) erfasst und bestimmt wird, ob sich der Rotor (12) infolge der Heizantriebsspannung (VHA, VHB, VHC) dreht, bis eine der folgenden Bedingungen eintritt: i) die vorgegebene maximale Zeitdauer (T_MAX) ist verstrichen, ohne dass sich der Rotor (12) gedreht hat bzw. ohne dass sich der Rotor (12) in die zuvor blockierte Drehrichtung gedreht hat, ii) der Rotor (12) dreht sich bzw. dreht sich in die zuvor blockierte Drehrichtung, iii) der durch den Elektromotor (10) fließende elektrische Strom (I) ist unter einen vorgegebenen Schwellenwert (I_MIN) gefallen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) als Pumpenmotor zum Fördern einer Flüssigkeit, vorzugsweise von wässriger Harnstofflösung, aus einem Tank ausgebildet ist, wobei der Schritt d') nur dann ausgeführt wird, wenn wenigstens eine weitere Bedingung erfüllt ist, welche auf niedrige Temperaturen im Bereich des Elektromotors (10) schließen lässt, etwa wenn die Temperatur am Tank unterhalb eines Temperaturschwellenwerts liegt oder/und wenn ein Tankheizer betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zustand des Elektromotors (10) als „außer Betrieb“ bestimmt wird, falls die Bedingung i) eintritt, oder – die Schritte a) bis c) erneut ausgeführt werden, falls eine der Bedingungen ii) oder iii) eintritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) betriebsbereit ist, wenn sein Zustand als „normal“ bestimmt worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) nicht betriebsbereit ist, falls sein Zustand als „außer Betrieb“ bestimmt worden ist.