DE102017211219A1 - Method and device for operating an electric machine, in particular a steering assistance drive - Google Patents

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Udo Hallmann
Lars Gottwaldt
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einer elektrischen Maschine (3), insbesondere eines Lenkunterstützungsantriebs, einer Leistungstreiberschaltung (2) zum Bereitstellen von Phasenspannungen (U, V, W) und einer Sicherheitseinrichtung (5) zum Auftrennen von Phasenstrangzuleitungen (4), die die Leistungstreiberschaltung (2) mit Phasensträngen (31) der elektrischen Maschine (3) verbinden, wobei in einem Fehlerfall folgende Schritte ausgeführt werden:
- Bestimmen einer Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine (3);
- Bestimmen einer Drehrichtung der elektrischen Maschine (3) und der Fehlerart des Fehlerfalls;
- Ermitteln eines Rotorlagebereichs (RB), in dem eine gleichzeitige Auftrennung der Phasenstrangzuleitungen (4) zugelassen wird, abhängig von der Drehzahl, der bestimmten Fehlerart und der bestimmten Drehrichtung;
- Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen (4) abhängig von dem ermittelten Rotorlagebereich (RB) und von einer aktuellen Rotorlage (φMotor,elektrisch).

Figure DE102017211219A1_0000
The invention relates to a method for operating an engine system (1) with an electric machine (3), in particular a steering assistance drive, a power driver circuit (2) for providing phase voltages (U, V, W) and a safety device (5) for separating phase strand supply lines (4), which connect the power driver circuit (2) with phase strands (31) of the electrical machine (3), wherein in the case of an error the following steps are carried out:
- Determining a speed of a rotor of the electric machine (3);
- Determining a direction of rotation of the electric machine (3) and the type of error of the error case;
- Determining a rotor position range (RB), in which a simultaneous separation of the phase strand leads (4) is allowed, depending on the speed, the particular type of error and the particular direction of rotation;
- interrupting the phase strand supply lines (4) depending on the determined rotor position range (RB) and of a current rotor position (φ motor, electric ).
Figure DE102017211219A1_0000

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft Lenkunterstützungsantriebe, und insbesondere Maßnahmen zur Durchführung einer Phasentrennung eines solchen Lenkunterstützungsantriebs im Fehlerfall.The invention relates to steering assistance drives, and in particular measures for carrying out a phase separation of such a steering assistance drive in the event of a fault.

Technischer HintergrundTechnical background

Lenkunterstützungsantriebe, die eine Lenkunterstützungskraft für Lenksysteme bereitstellen, können als elektronisch kommutierte, mehrphasige elektrische Maschinen ausgebildet sein. Diese werden in der Regel durch eine Leistungstreiberschaltung angesteuert, die entsprechend einem bereitzustellenden Lenkunterstützungsmoment Phasenspannungen über Phasenstränge an die elektrische Maschine anlegen. Tritt in der Leistungstreiberschaltung ein Kurzschlussfehler auf, so kann dies zu einem hohen Stromfluss durch einen oder mehrere Phasenstränge führen, der eine Blockierung oder eine erhebliche Schwergängigkeit der elektrischen Maschine bewirkt.Steering assist drives that provide a steering assistance force for steering systems may be configured as electronically commutated multiphase electrical machines. These are usually controlled by a power driver circuit, which apply phase voltages to the electrical machine via phase strands in accordance with a steering assistance torque to be provided. If a short circuit fault occurs in the power driver circuit, this can lead to a high current flow through one or more phase strands, which causes a blockage or a considerable stiffness of the electrical machine.

Es werden üblicherweise Überwachungsschaltungen vorgesehen, die die ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit der Leistungstreiberschaltungen überprüfen und entsprechend ein Fehlersignal im Fehlerfall bereitstellen. Zudem sind in der Phasenstrangzuleitung zwischen der Leistungstreiberschaltung und dem jeweiligen Phasenstrang der elektrischen Maschine Trennschalter in Form von MOSFETs vorgesehen, die durch eine entsprechende Ansteuerung die Phasenstrangzuleitungen trennen können bzw. hochohmig schalten können.Monitoring circuits are usually provided which check the proper functioning of the power driver circuits and accordingly provide an error signal in the event of a fault. In addition, disconnectors in the form of MOSFETs are provided in the phase-strand supply line between the power drive circuit and the respective phase strand of the electrical machine, which can separate the phase-strand supply lines by means of a corresponding control or can switch to high-resistance.

Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Konzepte bekannt, die Abschaltung von einzelnen oder allen Phasenstrangzuleitungen vorzunehmen. So ist beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2012 208 632 A1 und US 2013 0320 895 A1 eine sequentielle Phasentrennung bekannt. Eine sequentielle Trennung der Phasenstrangzuleitungen erhöht jedoch den Analyseaufwand, da mehrere Schaltungszustände analysiert und ausgewertet werden müssen.Diverse concepts are known from the prior art to make the shutdown of individual or all phase-strand supply lines. For example, from the publications DE 10 2012 208 632 A1 and US 2013 0320 895 A1 a sequential phase separation known. However, a sequential separation of the phase-strand supply lines increases the analysis effort, since several circuit states must be analyzed and evaluated.

Es sind darüber hinaus Ansätze bekannt, die Trennschalter gleichzeitig zu öffnen und so eine gleichzeitige Auftrennung der Phasenstrangzuleitungen zu erreichen.There are also approaches known to open the circuit breaker simultaneously and thus to achieve a simultaneous separation of the phase strand leads.

Aus der Druckschrift DE 10 2010 033 440 B4 ist ein Verfahren zur Sicherheitsabschaltung einer elektromechanischen Kraftfahrzeug-Servolenkung bekannt, bei der bei Auftreten eines Fehlers ein Abschaltsignal an die Trennschalter ausgegeben wird.From the publication DE 10 2010 033 440 B4 a method for safety shutdown of an electromechanical motor vehicle power steering is known, in which a fault signal is output to the disconnectors when an error occurs.

Aus der Druckschrift DE 10 2013 104 937 A1 ist ein Verfahren zur Phasentrennung eines Antriebsmotors eines Lenksystems bekannt. Dabei wird eine Spannung eines Phasenstrangs gemessen und überprüft, ob diese Spannung nicht konstant über eine erste Zeitdauer ist. Ein erster Zeitpunkt wird festgestellt, zu dem diese Spannung vom leitenden Zustand einer Body-Diode eines Leistungsschalters in den nichtleitenden Zustand der Body-Diode wechselt, wobei ein Trennschalter zur Phasentrennung des Phasenstrangs nach Feststellen des ersten Zeitpunkts angesteuert wird.From the publication DE 10 2013 104 937 A1 a method for phase separation of a drive motor of a steering system is known. In this case, a voltage of a phase strand is measured and checks whether this voltage is not constant over a first period of time. A first time is determined at which this voltage changes from the conducting state of a body diode of a circuit breaker to the non-conducting state of the body diode, wherein a circuit breaker for phase separation of the phase line is driven after the first time point is detected.

Aus der Druckschrift US 8,884,559 B2 ist ein Motorsystem bekannt, das eine Treiberschaltung zum Ansteuern von mehreren Phasen an der elektrischen Maschine und eine Sicherheitsschaltung aufweist, die Trennschalter für jeden der Phasenstränge umfasst. Mithilfe einer Sicherheitssteuereinheit wird jeder der Trennschalter so angesteuert, dass bei Auftreten eines Fehlers zunächst die Halbleiterschaltelemente der Treiberschaltung und nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer die Trennschalter der Sicherheitsschaltung geöffnet werden. Dadurch kann vermieden werden, dass die Trennschalter der Sicherheitsschaltung durch eine Spitzenspannung zerstört werden.From the publication US 8,884,559 B2 For example, an engine system is known that includes a driver circuit for driving multiple phases on the electric machine and a safety circuit that includes isolation switches for each of the phase strands. With the aid of a safety control unit, each of the disconnecting switches is actuated such that, when an error occurs, firstly the semiconductor switching elements of the driver circuit and after a predetermined period of time the disconnecting switches of the safety circuit are opened. This can be avoided that the circuit breaker of the safety circuit are destroyed by a peak voltage.

Um eine Blockierung des Lenkunterstützungsantriebs zu vermeiden, können also mithilfe der Trennschalter die Phasenströme unterbrochen werden. Die Trennschalter sind in der Regel als Halbleiterschalter ausgebildet, die jedoch so dimensioniert werden, dass sie im Vergleich zum nominalen Stromfluss (Nennstrom) in die elektrische Maschine nur relativ geringe Phasenströme unterbrechen können. Besonders bei einer hohen Temperatur des Trennschalters kann dieser nur einen sehr geringen Phasenstrom unterbrechen. Nach dem im Fehlerfall üblichen Deaktivieren der Leistungstreiberschaltung können durch die induktive Last der sich noch drehenden elektrischen Maschine hohe Stromflüsse auftreten, die die Strombelastbarkeit der Trennschalter überschreiten. Bei der nach Auftreten eines Fehlers noch drehenden elektrischen Maschine variieren diese Stromflüsse über die Rotorlage, so dass nur während bestimmter Zeitfenster eine gleichzeitige Unterbrechung der Stromflüsse in den Phasensträngen möglich ist.To avoid blocking the steering assist drive, so the phase currents can be interrupted by means of the disconnect switch. The circuit breakers are usually designed as a semiconductor switch, but which are dimensioned so that they can interrupt relatively low phase currents compared to the nominal current flow (rated current) in the electric machine. Especially at a high temperature of the circuit breaker this can interrupt only a very small phase current. After the usual in the event of failure deactivating the power drive circuit high currents can occur through the inductive load of the still rotating electric machine, which exceed the current carrying capacity of the circuit breaker. When the electrical machine is still rotating after an error has occurred, these vary Current flows through the rotor position, so that only during certain time windows, a simultaneous interruption of the current flows in the phase strands is possible.

Darüber hinaus kann eine Schwierigkeit darin bestehen, dass die Phasenströme beim Auftreten eines Fehlers in der Leistungstreiberschaltung nicht gemessen werden können. Daher ist zum Zeitpunkt des Auftretens eines Fehlers nicht bekannt, ob ein sofortiges Öffnen der Trennschalter möglich ist, ohne den Trennschalter zu gefährden oder zu zerstören.In addition, there may be a problem that the phase currents can not be measured upon the occurrence of a fault in the power driver circuit. Therefore, it is not known at the time of occurrence of a fault whether an immediate opening of the disconnect switch is possible without jeopardizing or destroying the disconnect switch.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einer Sicherheitsschaltung zum Trennen von Phasenstrangzuleitungen vorzusehen, dass es zulässt, Trennschalter nur bei geringen Schaltströmen zu schalten, und darüber hinaus keine Phasenstrangmessung benötigt.It is therefore an object of the present invention to provide an improved method for operating a motor system with a safety circuit for disconnecting phase strand feed lines, that allows to switch disconnectors only at low switching currents, and moreover requires no phase string measurement.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einer elektrisch kommutierten elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 sowie durch die Abschaltvorrichtung und das Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.This object is achieved by the method for operating an engine system with an electrically commutated electric machine according to claim 1 and by the shutdown device and the motor system according to the independent claims.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einer elektrischen Maschine, einer Leistungstreiberschaltung zum Bereitstellen von Phasenspannungen und einer Sicherheitseinrichtung mit Trennschaltern zum Auftrennen von Phasenstrangzuleitungen, die die Leistungstreiberschaltung mit Phasensträngen der elektrischen Maschine verbinden, vorgesehen, wobei in einem Fehlerfall folgende Schritte ausgeführt werden:

  • - Bestimmen einer Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine;
  • - Bestimmen einer Drehrichtung der elektrischen Maschine und der Fehlerart des Fehlerfalls;
  • - Ermitteln eines Rotorlagebereichs, in dem eine gleichzeitige Auftrennung der Phasenstrangzuleitungen zugelassen wird, abhängig von der Drehzahl, der bestimmten Fehlerart und der bestimmten Drehrichtung;
  • - Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen abhängig von dem ermittelten Rotorlagebereich und von einer aktuellen Rotorlage.
According to a first aspect, a method for operating an engine system with an electric machine, a power driver circuit for providing phase voltages and a safety device with disconnectors for disconnecting phase strand leads that connect the power driver circuit with phase strands of the electric machine is provided, wherein in an error case following steps to be executed:
  • - Determining a rotational speed of a rotor of the electric machine;
  • Determining a direction of rotation of the electrical machine and the type of error of the error case;
  • - Determining a rotor position range in which a simultaneous separation of the phase strand supply lines is allowed, depending on the speed, the particular type of error and the particular direction of rotation;
  • - interrupting the phase strand supply lines depending on the determined rotor position range and of a current rotor position.

Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, die Trennschalter in der Sicherheitseinrichtung im Fehlerfall innerhalb eines Zeitfensters gleichzeitig zu öffnen, d.h. auszuschalten, während die Beträge aller Phasenströme geringer sind als ein vorgegebener maximaler Betrag für die Phasenströme. Der maximale Betrag der Phasenströme entspricht einem Phasenstrom, der durch die verwendeten Trennschalter sicher unterbrochen werden kann, ohne dass es durch den Schaltvorgang zu einer Beschädigung oder Fehlfunktion des Trennschalters kommt.One idea of the above method is to simultaneously open the circuit breakers in the safety device in the event of a fault within a time window, i. while the amounts of all phase currents are less than a predetermined maximum amount for the phase currents. The maximum amount of phase currents corresponds to a phase current that can be safely interrupted by the circuit breaker used, without causing the switching operation to damage or malfunction of the circuit breaker.

Die Trennschalter werden in der Regel durch Halbleiterbauelemente ausgebildet, insbesondere als Leistungs-MOSFETs, die bauartbedingt eine Invers-Diode zwischen dem Drain- und Source-Anschluss aufweist. Wird ein solches Halbleiterbauelement bei einem hohen Stromfluss in eine induktive Last hochohmig geschaltet, kommt es zu einem starken Spannungsanstieg zwischen dem Drain- und Source-Anschluss, der je nach Höhe des geschalteten Stroms eine Durchbruchsspannung übersteigen kann. Bei einem Spannungsdurchbruch wird in der Regel das Halbleiterbauelement zerstört.The circuit breakers are usually formed by semiconductor devices, in particular as power MOSFETs, the design has an inverse diode between the drain and source terminal. If such a semiconductor device is switched to high impedance in a high current flow in an inductive load, there is a strong voltage increase between the drain and source terminal, which may exceed a breakdown voltage depending on the level of the switched current. When a voltage breakdown, the semiconductor device is destroyed in the rule.

Wenn ein Fehlerfall in einer Leistungstreiberschaltung während eines Betriebs der elektrischen Maschine auftritt, wird die Leistungstreiberschaltung abgeschaltet. Durch die aufgrund der Massenträgheit oder das Einwirken äußerer Kräfte weitergeführte Drehung des Rotors der elektrischen Maschine entstehen in den Phasensträngen aufgrund induzierter Spannungen Phasenströme. Sind die induzierten Spannungen betragsmäßig größer als die Schwellenspannungen der Inversdioden der Schalttransistoren in der Leistungstreiberschaltung und so gerichtet, dass die Inversdioden in den leitenden Zustand gebracht werden, fließen Phasenströme durch die Phasenstränge der elektrischen Maschine.When an error occurs in a power drive circuit during operation of the electric machine, the power drive circuit is turned off. Due to the continued inertia of the rotor of the electric machine due to the mass inertia or the action of external forces, phase currents arise in the phase strands due to induced voltages. If the induced voltages are greater in magnitude than the threshold voltages of the inverse diodes of the switching transistors in the power drive circuit and directed to bring the inverse diodes into the conductive state, phase currents flow through the phase strands of the electrical machine.

Im Falle eines Kurzschlusses in einem mit einem hohen Versorgungspotenzial verbundenen Schalttransistor der Leistungstreiberschaltung werden die Inversdioden von anderen Schalttransistoren der Leistungstreiberschaltung zeitweise in den leitenden Zustand gebracht. Die Höhe der Phasenströme variiert abhängig mit der elektrischen Rotorlage des Rotors. In einem Rotorlagebereich sind die Phasenströme in den Phasensträngen gleichzeitig gering, d. h. niedriger als der maximale Schaltstrom, so dass bei einer Rotorlage innerhalb des Rotorlagebereichs die Trennschalter gleichzeitig ausgeschaltet werden können, ohne dass eine Durchbruchsspannung in einem der Trennschalter auftritt. Der Rotorlagebereich variiert jedoch mit der Motordrehzahl, wobei der Rotorlagebereich, in dem ein gleichzeitiges Ausschalten der Trennschalter zulässig ist, mit zunehmender Motordrehzahl kleiner wird.In the case of a short circuit in a switching transistor connected to a high supply potential of the power driver circuit, the inverse diodes of other switching transistors of the power driver circuit are temporarily brought into the conductive state. The height of the phase currents varies dependent on the rotor's electrical rotor position. In a rotor position range, the phase currents in the phase strands are simultaneously low, ie lower than the maximum switching current, so that at a rotor position within the rotor position range, the disconnectors can be switched off at the same time, without a breakdown voltage occurs in one of the circuit breaker. However, the rotor position range varies with engine speed, and the rotor position range in which simultaneous disconnection of the disconnect switches is permitted decreases with increasing engine speed.

Die Rotorlagebereiche, in denen die gleichzeitige Phasentrennung durch die Trennschalter durchgeführt werden kann, können als Kennlinie bzw. Kennfeld in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl ermittelt werden. Die Ermittlung der Kennlinien kann durch Simulation oder Prüfstandstests erfolgen, wobei Temperatureinflüsse, Störungen, z. B. Streuung der Komponenteneigenschaften, sowie Rauschen bei der Messung der elektrischen Rotorlage durch geeignete Toleranzen berücksichtigt werden können.The rotor position ranges, in which the simultaneous phase separation can be performed by the circuit breaker can be determined as a characteristic curve or characteristic map as a function of an engine speed. The determination of the characteristics can be done by simulation or test bench tests, with temperature influences, disturbances, z. B. scattering of the component properties, and noise in the measurement of the electrical rotor position can be taken into account by appropriate tolerances.

Insbesondere sieht das obige Verfahren vor, basierend auf einem klassifizierten Fehlerfall (Referenzfehler) und auf einer bestimmten Drehrichtung der elektrischen Maschine den Rotorlagebereich, in dem die gleichzeitige Phasentrennung durchgeführt werden kann bzw. nicht zulässig ist, abhängig von einem vorgegebenen Referenz-Rotorlagebereich zu ermitteln. Der Referenzrotorlagebereich entspricht einem bestimmten Fehlerfall (Referenzfehler), wie z. B. einem Kurzschluss eines bestimmten Schalttransistors bei einer positiven Drehrichtung der elektrischen Maschine. D. h., tritt der Referenzfehler bei einer positiven Drehrichtung der elektrischen Maschine auf, entspricht der Rotorlagebereich, in dem die gleichzeitige Phasentrennung durchgeführt werden kann, dem Referenz-Rotorlagebereich.In particular, the above method provides, based on a classified error case (reference error) and on a particular direction of rotation of the electric machine, the rotor position range in which the simultaneous phase separation can be performed or not allowed to determine depending on a predetermined reference rotor position range. The reference rotor position range corresponds to a specific error case (reference error), such. B. a short circuit of a particular switching transistor in a positive direction of rotation of the electric machine. That is, if the reference error occurs in a positive rotating direction of the electric machine, the rotor posture region in which the simultaneous phase separation can be performed corresponds to the reference rotor posture region.

Bei einem Kurzschlussfehler unter Bedingungen, die dem Referenzfehler nicht entsprechen, wird der Rotorlagebereich, innerhalb dem die gleichzeitige Phasentrennung durchgeführt werden kann, durch eine Verschiebung des Referenz-Rotorlagebereichs ermittelt. Die Verschiebung wird realisiert durch die Addition eines Rotorlage-Offsets auf die Grenzen des Rotorlagebereichs. Die Ermittlung des jeweils anzuwendenden Abschaltungsrotorlagebereichs erfolgt durch Zuordnen des Rotorlage-Offsets zu dem jeweiligen Fehlerfall und der Drehrichtung und einer nachträglichen Anpassung des Referenz-Rotorlagebereichs. Auf diese Weise ist es möglich, in einfacher Weise den Rotorlagebereich zu bestimmen, in dem gefahrlos für die Sicherheitsschaltung eine Auftrennung der Phasenstränge zugelassen werden kann.In the event of a short-circuit fault under conditions which do not correspond to the reference error, the rotor position range within which the simultaneous phase separation can be carried out is determined by a shift of the reference rotor position range. The shift is realized by the addition of a rotor position offset to the limits of the rotor position range. The determination of the respectively applicable Abschaltungsrotorlagebereichs done by assigning the rotor position offset to the respective error case and the direction of rotation and a subsequent adjustment of the reference rotor position range. In this way it is possible to easily determine the rotor position range in which a safe separation of the phase strands can be allowed for the safety circuit.

Weiterhin kann ein Referenz-Rotorlagebereich zu der bestimmten Drehzahl zugeordnet werden, wobei der Referenz-Rotorlagebereich einen Rotorlagebereich für Rotorlagen angibt, in dem für einen festgelegten Fehlerfall und eine festgelegte Drehrichtung eine gleichzeitige Auftrennung der Phasenstrangzuleitungen zugelassen wird, wobei der Rotorlagebereich, in dem eine gleichzeitige Auftrennung der Phasenstrangzuleitungen zugelassen wird, abhängig von dem Referenz-Rotorlagebereich, der bestimmten Fehlerart und der bestimmten Drehrichtung bestimmt wird.Furthermore, a reference rotor position range can be assigned to the specific speed, wherein the reference rotor position range indicates a rotor position range for rotor positions, in which for a specified error case and a fixed direction of rotation simultaneous separation of the phase strand leads is allowed, wherein the rotor position range in which a simultaneous Separation of the phase strand supply lines is allowed, depending on the reference rotor position range, the specific type of error and the particular direction of rotation is determined.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Rotorlagebereich durch Beaufschlagen von Grenzen des Referenz-Rotorlagebereichs mit einem Rotorlage-Offset ermittelt werden, der abhängig von dem bestimmten Fehlerfall und der bestimmten Drehrichtung vorgegeben wird.According to one embodiment, the rotor position range can be determined by applying limits of the reference rotor position range with a rotor position offset which is predefined as a function of the determined error case and the specific direction of rotation.

Weiterhin kann als Fehlerfall ein Kurzschlussfehler in einem Schalttransistor der Leistungstreiberschaltung erkannt werden.Furthermore, a short circuit fault in a switching transistor of the power driver circuit can be detected as an error case.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit einer elektrischen Maschine, einer Leistungstreiberschaltung zum Bereitstellen von Phasenspannungen und einer Sicherheitseinrichtung zum Auftrennen von Phasenstrangzuleitungen, die die Leistungstreiberschaltung mit Phasensträngen der elektrischen Maschine verbinden, vorgesehen, wobei eine Steuereinheit ausgebildet ist, um in einem Fehlerfall folgende Schritte auszuführen:

  • - Bestimmen einer Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine;
  • - Bestimmen einer Drehrichtung der elektrischen Maschine und der Fehlerart des Fehlerfalls;
  • - Ermitteln eines Rotorlagebereichs, in dem eine gleichzeitige Auftrennung der Phasenstrangzuleitungen zugelassen wird, abhängig von der Drehzahl, der bestimmten Fehlerart und der bestimmten Drehrichtung;
  • - Ansteuern der Sicherheitseinrichtung, um die Phasenstrangzuleitungen abhängig von dem ermittelten Rotorlagebereich und von einer aktuellen Rotorlage zu unterbrechen.
According to a further aspect, a motor system is provided with an electrical machine, a power driver circuit for providing phase voltages and a safety device for disconnecting phase-strand leads which connect the power-drive circuit with phase strands of the electrical machine, wherein a control unit is designed to carry out the following steps in the event of a fault execute:
  • - Determining a rotational speed of a rotor of the electric machine;
  • Determining a direction of rotation of the electrical machine and the type of error of the error case;
  • - Determining a rotor position range in which a simultaneous separation of the phase strand supply lines is allowed, depending on the speed, the particular type of error and the particular direction of rotation;
  • - Controlling the safety device to interrupt the phase strand supply lines depending on the determined rotor position range and a current rotor position.

Weiterhin kann die Sicherheitseinrichtung jeweils einen Trennschalter für jede der Phasenstrangzuleitungen aufweisen, wobei die Trennschalter mit Halbleiterschaltern, insbesondere mit MOSFET-Transistoren ausgebildet sind. Furthermore, the safety device can each have a disconnecting switch for each of the phase-strand supply lines, wherein the disconnectors are formed with semiconductor switches, in particular with MOSFET transistors.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Rotorlagesensor ausgebildet sein, um die aktuelle Rotorlage zu erfassen.According to a further embodiment, a rotor position sensor may be configured to detect the current rotor position.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einer Leistungstreiberschaltung, einer Sicherheitsschaltung und einer elektrischen Maschine;
  • 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des Motorsystems der 1 bei Auftreten eines Kurzschlussfehlers in der Leistungstreiberschaltung; und
  • 3a und 3b beispielhafte Verläufe von Phasenströmen über dem elektrischen Rotorwinkel im Falle eines Kurzschlussfehlers bei verschiedenen Motordrehzahlen.
Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of an engine system with a power driver circuit, a safety circuit and an electric machine;
  • 2 a flowchart for illustrating a method for operating the engine system of 1 upon occurrence of a short circuit fault in the power driver circuit; and
  • 3a and 3b exemplary waveforms of phase currents versus the electrical rotor angle in the case of a short circuit fault at different engine speeds.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit einer Leistungstreiberschaltung 2 zum Bereitstellen von Phasenströmen für eine elektrische Maschine 3. Die elektrische Maschine 3 ist als elektronisch kommutierte elektrische Maschine ausgebildet, wie beispielsweise einem Synchronmotor oder dergleichen. Die elektrische Maschine 3 weist mehrere Phasenstränge 31 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Sternschaltung verschaltet sind. In alternativen Ausführungsformen können die Phasenstränge auch in Polygonschaltung verschaltet sein. 1 shows a schematic representation of an engine system 1 with a power driver circuit 2 for providing phase currents for an electrical machine 3 , The electric machine 3 is designed as an electronically commutated electric machine, such as a synchronous motor or the like. The electric machine 3 has several phase strands 31 on, which are connected in the embodiment shown as a star connection. In alternative embodiments, the phase strands may also be interconnected in polygon circuit.

Die Leistungstreiberschaltung 2 steht über einer Anzahl von Phasenstrangzuleitungen 4 mit den Phasensträngen 31 der elektrischen Maschine 3 in elektrischer Verbindung. Die Anzahl der Phasenstrangzuleitungen 4 entspricht somit der Phasenzahl der elektrischen Maschine 3. In den Phasenstrangzuleitungen 4 ist eine Sicherheitseinrichtung 5 vorgesehen, die eine gesteuerte elektrische Unterbrechung der Phasenstrangzuleitungen 4 vornehmen kann, wenn ein Fehlerfall in der Leistungstreiberschaltung 2 aufgetreten ist.The power driver circuit 2 is above a number of phase-strand supply lines 4 with the phase strands 31 the electric machine 3 in electrical connection. The number of phase-strand supply lines 4 thus corresponds to the phase number of the electric machine 3 , In the phase-strand supply lines 4 is a safety device 5 provided that a controlled electrical interruption of the phase strand supply lines 4 can make if an error occurs in the power driver circuit 2 occured.

Die Leistungstreiberschaltung 2 ist über eine Filterschaltung 6 mit einer Versorgungsspannung UDC zwischen einem hohen Versorgungspotenzial VH und einem niedrigen Versorgungspotenzial VL verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leistungstreiberschaltung 2 für den Betrieb einer dreiphasigen elektrischen Maschine 3 ausgebildet. Die Leistungstreiberschaltung 2 kann beispielsweise, wie dargestellt, in Form einer B6-Brückenschaltung mit einer jeweils den Phasensträngen zugeordneten Serienschaltung aus zwei Schalttransistoren 21, die z.B. in Form vom MOSFET-Transistoren 22 ausgebildet sind, vorgesehen sein. Die MOSFET-Transistoren weisen bauartbedingt intrinsische Invers-Dioden 23 auf, die in einer bezüglich der Spannungsrichtung, die sich aus der Anordnung der Schalttransistoren 21 ergibt, entgegengesetzten Spannung durchlässig werden können, D.h. bei einer negativen Spannung zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss der Schalttransistoren 21, die eine Schwellenspannung übersteigt, fließt ein Diodenstrom von dem Source-Anschluss zu dem Drain-Anschluss des betreffenden Schalttransistors 21.The power driver circuit 2 is via a filter circuit 6 with a supply voltage U DC between a high supply potential V H and a low supply potential V L connected. In the illustrated embodiment, the power driver circuit 2 for the operation of a three-phase electric machine 3 educated. The power driver circuit 2 For example, as shown, in the form of a B6 bridge circuit with a series circuit of two switching transistors assigned in each case to the phase strands 21 , for example in the form of MOSFET transistors 22 are formed, be provided. The MOSFET transistors have design intrinsic inverse diodes 23 on, in a respect to the voltage direction resulting from the arrangement of the switching transistors 21 results in opposite voltage can be transmitted, ie at a negative voltage between the drain terminal and the source terminal of the switching transistors 21 , which exceeds a threshold voltage, a diode current flows from the source terminal to the drain terminal of the respective switching transistor 21 ,

Ein jeweils zwischen den zwei seriell verschalteten Schalttransistoren 21 befindlicher Knoten K1, K2, K3 ist über eine entsprechende der Phasenstrangzuleitungen 4 mit dem jeweiligen Phasenstrang 31 der elektrischen Maschine 3 verbunden, um die jeweils durch die Leistungstreiberschaltung 2 bereitgestellte Phasenspannung U, V, W an die elektrische Maschine anzulegen.One each between the two serially connected switching transistors 21 located node K1 . K2 . K3 is via a corresponding one of the phase-strand supply lines 4 with the respective phase string 31 the electric machine 3 connected to each through the power driver circuit 2 provided phase voltage U . V . W to be applied to the electrical machine.

Die Ansteuerung der elektrischen Maschine 3 erfolgt mithilfe einer Steuereinheit 24, die abhängig von einer externen Sollvorgabe B entsprechend einem Kommutierungsschema die Schalttransistoren 21 steuert und dadurch öffnet oder schließt, um Phasenspannungen U, V, W für die einzelnen Phasenstränge 31 zu erzeugen und so bestimmte Phasenströme in die elektrische Maschine 3 einzuprägen. Die Kommutierung kann basierend auf einer aktuellen (elektrischen) Rotorlage φMotor,elektrisch der elektrischen Maschine 3 erfolgen, die mithilfe eines Sensors oder sensorlos durch Messung von Phasenströmen bestimmt wird.The control of the electric machine 3 is done using a control unit 24 , which depends on an external target specification B according to a Kommutierungsschema the switching transistors 21 controls and thereby opens or closes to phase voltages U . V . W for the individual phase strands 31 to generate and so certain phase currents in the electric machine 3 memorize. The commutation can be based on a current (electric) rotor position φ motor, electrically the electric machine 3 be determined by means of a sensor or sensorless by measuring phase currents.

Die Sicherheitseinrichtung 5 umfasst eine Sicherheitseinheit 51 und Trennschalter 52, die jeweils als Halbleiterschalter in Form eines MOSFET-Transistors ausgebildet sein können. Die MOSFET-Transistoren haben jeweils eine Body-Diode, über die ein Stromfluss größer als ein vorgegebener Schwellenstrom möglich ist. Die Sicherheitseinheit 51 dient dazu, einen Kurzschlussfehler in mindestens einer der Schalttransistoren 21 der Leistungstreiberschaltung 2 in an sich bekannter Weise zu detektieren. Die Sicherheitseinheit 51 ist entsprechend in der Lage, durch an sich bekannte Verfahren einen Kurzschlussfehler in einem der Schalttransistoren der Leistungstreiberschaltung 2 zu erkennen, diesen zu identifizieren, die Fehlerart zu bestimmen und bei Feststellen eines Fehlers, insbesondere eines Kurzschlussfehlers (d.h. der betreffende MOSFET-Transistor ist dauerhaft leitend) die Abtrennung der elektrischen Maschine 3 durch gleichzeitiges Abschalten der Trennschalter 52 der Sicherheitseinrichtung 5 vorzunehmen.The safety device 5 includes a security unit 51 and disconnect switch 52 , which may each be formed as a semiconductor switch in the form of a MOSFET transistor. The MOSFET transistors each have a body diode, via which a current flow greater than a predetermined threshold current is possible. The security unit 51 serves a short circuit fault in at least one of the switching transistors 21 the power driver circuit 2 to detect in a conventional manner. The security unit 51 Accordingly, it is capable of a short circuit fault in one of the switching transistors of the power driver circuit by methods known per se 2 to identify this, to identify the type of fault and upon detection of a fault, in particular a short circuit fault (ie the relevant MOSFET transistor is permanently conductive) the separation of the electric machine 3 by simultaneously switching off the disconnect switch 52 the safety device 5 make.

Aufgrund der begrenzten Durchbruchsspannung der Trennschalter 52 darf jedoch ein Abschalten nicht bei hohen Phasenströmen vorgenommen werden. Denn beim Schalten eines zu hohen Phasenstroms kann wegen der induktiven Eigenschaften der elektrischen Maschine eine hohe Feldstärke zwischen Drain-Anschluss und Source-Anschluss des als Halbleiterbauelement ausgebildeten Trennschalters 52 bewirkt werden, was zu einer Beschädigung oder Zerstörung führen kann.Due to the limited breakdown voltage of the circuit breaker 52 However, a shutdown may not be made at high phase currents. Because when switching a too high phase current can due to the inductive properties of the electric machine, a high field strength between the drain terminal and source terminal of the semiconductor device designed as a circuit breaker 52 caused, which can lead to damage or destruction.

Zum Betreiben des Motorsystems 1 führt die Sicherheitseinheit 51 ein Verfahren aus, wie es anhand des Flussdiagramms der 2 näher erläutert wird.To operate the engine system 1 leads the security unit 51 a method as shown by the flowchart of 2 is explained in more detail.

In Schritt S1 wird festgestellt, ob ein Fehlerfall in Form eines Kurzschlussfehlers vorliegt. Liegt ein Fehlerfall vor (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S2 fortgesetzt, anderenfalls wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.In step S1 it is determined whether an error occurs in the form of a short circuit fault. If an error occurs (alternative: Yes), then the method with step S2 otherwise, it will go to step S1 jumps back.

In Schritt S2 wird nun die Art des Fehlerfalls festgestellt, und insbesondere wird festgestellt, welcher der Schalttransistoren 21 einen Kurzschlussfehler aufweist. Ein Kurzschlussfehler liegt vor, wenn sich der betreffende Schalttransistor nicht öffnen lässt, d. h. nicht hochohmig schalten lässt.In step S2 Now the nature of the fault is detected, and in particular it is determined which of the switching transistors 21 has a short circuit fault. A short circuit fault exists if the relevant switching transistor can not be opened, ie can not be switched to high impedance.

In Schritt S3 wird nun die Drehrichtung der elektrischen Maschine festgestellt. Dies kann durch geeignete Auswertung eines Rotorlagesignals für die aktuelle Rotorlage φMotor,elektrisch, das der Steuereinheit 24 bereitgestellt wird oder durch die Steuereinheit 24 ermittelt wird, erkannt werden. Dazu kann die Steuereinheit 24 mit der Sicherheitseinheit 51 über eine geeignete Kommunikationsverbindung in Verbindung stehen, um das Rotorlagesignal oder eine daraus ermittelte Drehrichtung zu kommunizieren.In step S3 Now the direction of rotation of the electric machine is detected. This can be done by suitable evaluation of a rotor position signal for the current rotor position φ motor, electrically , the control unit 24 is provided or by the control unit 24 is detected. This can be done by the control unit 24 with the security unit 51 be in communication via a suitable communication link to communicate the rotor position signal or a rotational direction determined therefrom.

Als Nächstes wird in Schritt S4 eine Motordrehzahl ermittelt. Dies kann beispielsweise ebenfalls durch eine geeignete Kommunikation mit der Steuereinheit 24 erfolgen, die anhand des Rotorlagesignals durch zeitliche Differenzierung in an sich bekannter Weise eine Drehzahl ermitteln kann.Next will be in step S4 an engine speed determined. This can, for example, also by a suitable communication with the control unit 24 take place, which can determine a speed based on the rotor position signal by temporal differentiation in a conventional manner.

Abhängig von der Drehzahl wird nun in Schritt S5 in der Sicherheitseinheit 51 ein Referenz-Rotorlagebereich RRB bestimmt, der für die betreffende Drehzahl und einen bestimmten der möglichen Kurzschlussfehler (Referenzfehler) und eine bestimmte Drehrichtung (Referenz-Drehrichtung) einen Referenz-Rotorlagebereich RRB mit einer unteren und oberen Rotorlagegrenze φReferenz1, φReferenz2 angibt, in dem im Falle des Referenzfehlers und der bestimmten Drehrichtung eine sichere Abtrennung der elektrischen Maschine 3 möglich ist.Depending on the speed is now in step S5 in the security unit 51 determines a reference rotor position range RRB indicating, for the respective speed and a certain one of the short-circuit errors (reference error) and a certain direction of rotation (reference direction of rotation), a reference rotor position range RRB with a lower and upper rotor position limit φ reference1 , φ reference2 , in which in the case of the reference error and the particular direction of rotation, a safe separation of the electrical machine 3 is possible.

Die Größe des Rotorlagebereiches RB mit einer unteren und oberen Rotorlagegrenze φ1, φ2 ist abhängig von der Drehzahl, wie man beispielsweise aus den beispielhaften Verläufen der Phasenströme für verschiedene Motordrehzahlen in den 3a und 3b entnehmen kann. Durch Bereitstellen eines geeigneten Kennfelds für die Bestimmung des Referenz-Rotorlagebereichs RRB kann abhängig von der Motordrehzahl also eine obere und untere Grenze des Referenz-Rotorlagebereichs φReferenz1, φReferenz2 bestimmt werden.The size of the rotor position range RB with a lower and upper rotor position limit φ 1 , φ 2 is dependent on the speed, as can be seen for example from the exemplary courses of the phase currents for different engine speeds in the 3a and 3b can take. By providing a suitable characteristic map for the determination of the reference rotor position range RRB, an upper and lower limit of the reference rotor position range φ reference1 , φ reference2 can thus be determined depending on the engine speed.

Es kann nun in Schritt S6 abhängig von der Fehlerart des aufgetretenen Fehlers und von der Drehrichtung der elektrischen Maschine durch eine einfache Zuordnungstabelle für die Bestimmung des Rotorlagebereichs RB mit φ1, φ2 aus dem Referenz-Rotorlagebereich RRB berechnet werden. Die Berechnung erfolgt entsprechend folgender Zuordnung: Fehlernummer Defekter Transistor in Brückenschaltung (KurzschlussFehler) Drehrichtung des Motors Rotorlage für die Abfrage der Grenzen des Rotorlagebereic hs Umrechnungsformel für die obere und untere Grenze des Rotorlagebereichs berechnet aus dem ReferenzRotorlagebereich [rad] 1 Zweig U oberer Transistor >= 0 φMotor,elektrisch φ1 = φReferenz1, φ2 = φReferenz2 2 Zweig U unterer Transistor >= 0 φMotor,elektrisch φ1 = φReferenz1 - π, φ2 = φReferenz2 - π 3 Zweig V oberer Transistor >= 0 φMotor,elektrisch φ 1 = φ R e f e r e n z 1 + 2 π 3 ,

Figure DE102017211219A1_0001
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 + 2 π 3
Figure DE102017211219A1_0002
4 Zweig V unterer Transistor >= 0 φMotor,elektrisch φ 1 = φ R e f e r e n z 1 π 3 ,
Figure DE102017211219A1_0003
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 π 3
Figure DE102017211219A1_0004
5 Zweig W oberer Transistor >= 0 φMotor,elektrisch φ 1 = φ R e f e r e n z 1 2 π 3 ,
Figure DE102017211219A1_0005
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 2 π 3
Figure DE102017211219A1_0006
6 Zweig W unterer Transistor >= 0 φMotor,elektrisch φGrenzwert = φReferenz 1n Zweig U oberer Transistor < 0 - φMotor,elektrisch φ 1 = φ R e f e r e n z 1 + π 3 ,
Figure DE102017211219A1_0007
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 + π 3
Figure DE102017211219A1_0008
2n Zweig U unterer Transistor < 0 - φMotor,elektrisch φ1 = φReferenz1 - π, φ2 = φReferenz2 - π 3n Zweig V oberer Transistor < 0 - φMotor,elektrisch φ 1 = φ R e f e r e n z 1 2 π 3 ,
Figure DE102017211219A1_0009
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 2 π 3
Figure DE102017211219A1_0010
4n Zweig V unterer Transistor < 0 - φMotor,elektrisch φ 1 = φ R e f e r e n z 1 + π 3 ,
Figure DE102017211219A1_0011
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 + π 3
Figure DE102017211219A1_0012
5n Zweig W oberer Transistor < 0 - φMotor,elektrisch φ 1 = φ R e f e r e n z 1 + 2 π 3 ,
Figure DE102017211219A1_0013
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 + 2 π 3
Figure DE102017211219A1_0014
6n Zweig W unterer Transistor < 0 - φMotor,elektrisch φ 1 = φ R e f e r e n z 1 π 3 ,
Figure DE102017211219A1_0015
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 π 3
Figure DE102017211219A1_0016
It may now be in step S6 depending on the type of error of the error occurred and the direction of rotation of the electric machine by a simple assignment table for the determination of the rotor position range RB with φ 1 , φ 2 are calculated from the reference rotor position range RRB. The calculation is made according to the following assignment: error number Defective transistor in bridge circuit (short-circuit fault) Direction of rotation of the motor Rotor position for interrogating the limits of the Rotorlagebereic hs Conversion formula for the upper and lower limits of the rotor position range calculated from the reference rotor position range [wheel] 1 Branch U upper transistor > = 0 φ engine, electric φ 1 = φ reference1 , φ 2 = φ reference2 2 Branch U lower transistor > = 0 φ engine, electric φ 1 = φ reference 1 - π, φ 2 = φ reference 2 - π 3 Branch V upper transistor > = 0 φ engine, electric φ 1 = φ R e f e r e n z 1 + 2 π 3 .
Figure DE102017211219A1_0001
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 + 2 π 3
Figure DE102017211219A1_0002
4 Branch V lower transistor > = 0 φ engine, electric φ 1 = φ R e f e r e n z 1 - π 3 .
Figure DE102017211219A1_0003
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 - π 3
Figure DE102017211219A1_0004
5 Branch W upper transistor > = 0 φ engine, electric φ 1 = φ R e f e r e n z 1 - 2 π 3 .
Figure DE102017211219A1_0005
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 - 2 π 3
Figure DE102017211219A1_0006
6 Branch W lower transistor > = 0 φ engine, electric φ limit value = φ reference 1n Branch U upper transistor <0 - φ engine, electric φ 1 = φ R e f e r e n z 1 + π 3 .
Figure DE102017211219A1_0007
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 + π 3
Figure DE102017211219A1_0008
2n Branch U lower transistor <0 - φ engine, electric φ 1 = φ reference 1 - π, φ 2 = φ reference 2 - π 3n Branch V upper transistor <0 - φ engine, electric φ 1 = φ R e f e r e n z 1 - 2 π 3 .
Figure DE102017211219A1_0009
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 - 2 π 3
Figure DE102017211219A1_0010
4n Branch V lower transistor <0 - φ engine, electric φ 1 = φ R e f e r e n z 1 + π 3 .
Figure DE102017211219A1_0011
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 + π 3
Figure DE102017211219A1_0012
5n Branch W upper transistor <0 - φ engine, electric φ 1 = φ R e f e r e n z 1 + 2 π 3 .
Figure DE102017211219A1_0013
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 + 2 π 3
Figure DE102017211219A1_0014
6n Branch W lower transistor <0 - φ engine, electric φ 1 = φ R e f e r e n z 1 - π 3 .
Figure DE102017211219A1_0015
φ 2 = φ R e f e r e n z 2 - π 3
Figure DE102017211219A1_0016

Somit kann der Rotorlagebereich, der den Bereich von Rotorlagen zwischen φ1 und φ2 angibt, innerhalb dem eine Auftrennung der Phasenstränge vorgenommen werden kann, in einfacher Weise bestimmt werden.Thus, the rotor position range, which indicates the range of rotor positions between φ 1 and φ 2 , within which a separation of the phase strands can be made, can be determined in a simple manner.

In Schritt S7 wird die Auftrennung der Phasenstrangzuleitungen 4 vorgenommen, sobald die aktuelle Rotorlage innerhalb des Rotorlagebereichs liegt. Dazu wird die aktuelle Rotorlage φMotor,elektrisch erfasst und abgefragt, ob diese in dem zuvor bestimmten Rotorlagebereich RB liegt. Gelangt die Rotorlage φMotor,elektrisch in diesen Bereich werden die Phasenstrangzuleitungen 4 durch die Sicherheitseinrichtung 5 gleichzeitig aufgetrennt.In step S7 becomes the separation of the phase-strand supply lines 4 made as soon as the current rotor position is within the rotor position range. For this purpose, the current rotor position φ motor, electrically detected and queried, whether this is in the previously determined rotor position range RB. If the rotor position φ motor, electrically in this area, the phase strand leads 4 through the safety device 5 simultaneously separated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Motorsystemengine system
22
LeistungstreiberschaltungPower driver circuit
2121
Schalttransistorenswitching transistors
2222
MOSFET-TransistorMOSFET transistor
2323
Invers-DiodeInverse diode
2424
Steuereinheitcontrol unit
33
elektrische Maschineelectric machine
3131
Phasensträngephase strands
44
PhasenstrangzuleitungenPhase conductor leads
55
Sicherheitseinrichtungsafety device
5151
Sicherheitseinheitsecurity unit
5252
Trennschalterdisconnectors
66
Filterfilter
VH V H
hohes Versorgungspotenzialhigh supply potential
VL V L
niedriges Versorgungspotenziallow supply potential

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012208632 A1 [0004]DE 102012208632 A1 [0004]
  • US 20130320895 A1 [0004]US 20130320895 A1 [0004]
  • DE 102010033440 B4 [0006]DE 102010033440 B4 [0006]
  • DE 102013104937 A1 [0007]DE 102013104937 A1 [0007]
  • US 8884559 B2 [0008]US 8884559 B2 [0008]

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einer elektrischen Maschine (3), insbesondere eines Lenkunterstützungsantriebs, einer Leistungstreiberschaltung (2) zum Bereitstellen von Phasenspannungen (U, V, W) und einer Sicherheitseinrichtung (5) zum Auftrennen von Phasenstrangzuleitungen (4), die die Leistungstreiberschaltung (2) mit Phasensträngen (31) der elektrischen Maschine (3) verbinden, wobei in einem Fehlerfall folgende Schritte ausgeführt werden: - Bestimmen einer Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine (3); - Bestimmen einer Drehrichtung der elektrischen Maschine (3) und der Fehlerart des Fehlerfalls; - Ermitteln eines Rotorlagebereichs (RB), in dem eine gleichzeitige Auftrennung der Phasenstrangzuleitungen (4) zugelassen wird, abhängig von der Drehzahl, der bestimmten Fehlerart und der bestimmten Drehrichtung; - Unterbrechen der Phasenstrangzuleitungen (4) abhängig von dem ermittelten Rotorlagebereich (RB) und von einer aktuellen Rotorlage (φMotor,elektrisch).Method for operating an engine system (1) with an electric machine (3), in particular a steering assistance drive, a power driver circuit (2) for providing phase voltages (U, V, W) and a safety device (5) for disconnecting phase strand supply lines (4), connecting the power driver circuit (2) to phase strings (31) of the electrical machine (3), the following steps being carried out in the event of an error: - determining a rotational speed of a rotor of the electric machine (3); - Determining a direction of rotation of the electric machine (3) and the type of error of the error case; - Determining a rotor position range (RB), in which a simultaneous separation of the phase strand leads (4) is allowed, depending on the speed, the particular type of error and the particular direction of rotation; - interrupting the phase strand supply lines (4) depending on the determined rotor position range (RB) and of a current rotor position (φ motor, electric ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Referenz-Rotorlagebereich (RRB) zu der bestimmten Drehzahl zugeordnet wird, wobei der Referenz-Rotorlagebereich (RRB) einen Rotorlagebereich für Rotorlagen angibt, in dem für einen festgelegten Fehlerfall und eine festgelegte Drehrichtung eine gleichzeitige Auftrennung der Phasenstrangzuleitungen (4) zugelassen wird, wobei der Rotorlagebereich (RB), in dem eine gleichzeitige Auftrennung der Phasenstrangzuleitungen zugelassen wird, abhängig von dem Referenz-Rotorlagebereich (RRB), der bestimmten Fehlerart und der bestimmten Drehrichtung bestimmt wird.Method according to Claim 1 wherein a reference rotor position range (RRB) is assigned to the determined speed, wherein the reference rotor position range (RRB) indicates a rotor position range for rotor positions in which a simultaneous separation of the phase strand leads (4) is permitted for a defined error case and a fixed direction of rotation in which the rotor position range (RB), in which a simultaneous separation of the phase-strand feed lines is permitted, is determined depending on the reference rotor position range (RRB), the specific type of fault and the determined direction of rotation. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rotorlagebereich (RB) durch Beaufschlagen von Grenzen des Referenz-Rotorlagebereichs (RRB) mit einem Rotorlage-Offset ermittelt wird, der abhängig von dem bestimmten Fehlerfall und der bestimmten Drehrichtung vorgegeben wird.Method according to Claim 1 or 2 wherein the rotor position range (RB) is determined by applying limits of the reference rotor position range (RRB) with a rotor position offset which is predetermined depending on the determined error case and the determined direction of rotation. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Rotorlage-Offset einem Vielfachen von π P
Figure DE102017211219A1_0017
entspricht, wobei P der Anzahl der Phasenstränge der elektrischen Maschine (3) entspricht.
Method according to Claim 3 wherein the rotor position offset is a multiple of π P
Figure DE102017211219A1_0017
corresponds, wherein P corresponds to the number of phase strands of the electric machine (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als Fehlerfall ein Kurzschlussfehler in einem Schalttransistor (21) der Leistungstreiberschaltung (2) erkannt wird.Method according to one of Claims 1 to 4 in which, as a fault, a short circuit fault in a switching transistor (21) of the power driver circuit (2) is detected. Motorsystem (1) mit einer elektrischen Maschine (3), einer Leistungstreiberschaltung (2) zum Bereitstellen von Phasenspannungen (U, V, W) und einer Sicherheitseinrichtung (5) zum Auftrennen von Phasenstrangzuleitungen (4), die die Leistungstreiberschaltung (2) mit Phasensträngen (U, V, W) der elektrischen Maschine (3) verbinden, wobei eine Steuereinheit (24) ausgebildet ist, um in einem Fehlerfall folgende Schritte auszuführen: - Bestimmen einer Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine (3); - Bestimmen einer Drehrichtung der elektrischen Maschine (3) und der Fehlerart des Fehlerfalls; - Ermitteln eines Rotorlagebereichs (RB), in dem eine gleichzeitige Auftrennung der Phasenstrangzuleitungen (4) zugelassen wird, abhängig von der Drehzahl, der bestimmten Fehlerart und der bestimmten Drehrichtung; - Ansteuern der Sicherheitseinrichtung (5), um die Phasenstrangzuleitungen abhängig von dem ermittelten Rotorlagebereich (RB) und von einer aktuellen Rotorlage (φMotor,elektrisch) zu unterbrechen.Motor system (1) with an electric machine (3), a power driver circuit (2) for providing phase voltages (U, V, W) and a safety device (5) for separating phase strand supply lines (4), the power driver circuit (2) with phase strands (U, V, W) of the electric machine (3) connect, wherein a control unit (24) is designed to carry out the following steps in the event of an error: - determining a rotational speed of a rotor of the electric machine (3); - Determining a direction of rotation of the electric machine (3) and the type of error of the error case; - Determining a rotor position range (RB), in which a simultaneous separation of the phase strand leads (4) is allowed, depending on the speed, the particular type of error and the particular direction of rotation; - Controlling the safety device (5) to interrupt the phase strand supply lines depending on the determined rotor position range (RB) and of a current rotor position (φ motor, electric ). Motorsystem (1) nach Anspruch 6, wobei die Sicherheitseinrichtung (5) jeweils einen Trennschalter für jede der Phasenstrangzuleitungen (4) aufweist, wobei die Trennschalter (52) mit Halbleiterschaltern, insbesondere mit MOSFET-Transistoren ausgebildet sind.Motor system (1) after Claim 6 wherein the safety device (5) in each case has a disconnecting switch for each of the phase-strand supply lines (4), wherein the disconnecting switches (52) are formed with semiconductor switches, in particular with MOSFET transistors. Motorsystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei ein Rotorlagesensor ausgebildet ist, um die aktuelle Rotorlage (φMotor,elektrisch) zu erfassen.Motor system (1) after Claim 6 or 7 , wherein a rotor position sensor is designed to detect the current rotor position (φ engine, electric ). Verwendung des Motorsystems (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8 in einem Lenkunterstützungsantrieb in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs.Use of the engine system (1) according to one of Claims 6 to 8th in a steering assist drive in a steering system of a motor vehicle.
DE102017211219.0A 2017-06-30 2017-06-30 Method and device for operating an electric machine, in particular a steering assistance drive Withdrawn DE102017211219A1 (en)

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