DE112009002583T5

DE112009002583T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Begrenzung eines Drehmoments in einem elektrischen Antriebsmotor

Info

Publication number: DE112009002583T5
Application number: DE112009002583T
Authority: DE
Inventors: James J. Dean
Original assignee: Kelsey Hayes Co
Current assignee: Kelsey Hayes Co
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2009-10-06
Publication date: 2012-08-02
Also published as: WO2010047944A2; CN102204080B; WO2010047944A3; CN102204080A; US8212511B2; KR101232915B1; KR20110066228A; US20100097732A1

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Drehmomentes eines Elektromotors wird vorgesehen, welches den Schritt aufweist, Antriebsstrom zum Antrieb des Elektromotors zu liefern. Die Drehzahl des Elektromotors wird überwacht, und aus der überwachten Drehzahl wird bestimmt, wann der Motor einen stetigen Zustand erreicht hat. Die Stromlieferung wird abgeschaltet, wenn das überwachte Drehmoment des Elektromotors einen vorbestimmten Wert überschreitet, nachdem der Elektromotor den stetigen Zustand erreicht hat.

Description

Verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US Patent Anmeldung mit der Serien-Nr. 12/288,711, Dean, die am 22. Oktober 2008 eingereicht wurde, deren Gegenstand hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit miteingeschlossen ist.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf Elektromotoren gerichtet und ist insbesondere auf ein Verfahren und einen Vorrichtung zur Begrenzung von Drehmoment in einem elektrischen Antriebsmotor gerichtet.
Hintergrund der Erfindung
Elektromotoren werden oft verwendet, um ein Werkstück anzutreiben. Die Verbindung zwischen dem Ausgang des Motors und dem angetriebenen Werkstück kann durch eine Antriebsverbindung ausgeführt sein. Die Ausgangskraft des elektrischen Antriebsmotors kann beträchtlich sein. Wenn das Werkstück auf einen übermäßigen Widerstand gegen eine Bewegung treffen sollte oder seine Bewegung durch ein Hindernis gestoppt werden sollte, kann die Ausgangskraft des Antriebsmotors einen Schaden an der Verbindung zur Folge haben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung führt eine Überwachung bezüglich eines übermäßigen Ausmaßes an Ausgangsdrehmoment von einem elektrischen Antriebsmotor aus, nachdem die Ausgangsdrehzahl des Elektromotors einen Antriebszustand im stetigen Zustand erreicht hat, d. h. eine stetige Antriebsgeschwindigkeit bzw. Antriebsdrehzahl.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgesehen, um Drehmoment eines Elektromotors zu steuern, welches den Schritt aufweist, Antriebsstrom zu liefern, um den Elektromotor anzutreiben. Die Drehzahl des Elektromotors wird überwacht, und aus der überwachten Drehzahl wird bestimmt, ob der Motor einen stetigen Zustand erreicht hat. Der Versorgungsstrom wird abgeschaltet, wenn das überwachte Drehmoment des Elektromotors einen vorbestimmten Wert überschreitet, nachdem der Elektromotor den stetigen Zustand erreicht hat.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, um Drehmoment eines Elektromotors zu steuern, welche einen Antriebskreislauf bzw. Antriebsstromkreis aufweist, der mit dem Motor verbunden ist, um Antriebsstrom zum Antrieb des Elektromotors zu liefern. Ein Drehzahlsensor ist mit dem Motor verbunden, um die Drehzahl des Elektromotors abzufühlen, und ein Drehmomentsensor ist mit dem Motor verbunden, um das Ausgangdrehmoment des Elektromotors abzufühlen. Eine Motorsteuervorrichtung ist mit dem Motor, mit der Antriebsschaltung und mit dem Drehzahlsensor verbunden, um (1) aus der abgefühlten Drehzahl des Elektromotors zu bestimmen, ob der Motor einen stetigen Zustand erreicht hat, und (2) die Antriebsschaltung auszuschalten, wenn das überwachte Drehmoment des Elektromotors einen vorbestimmten Wert überschreitet, nachdem der Elektromotor den stetigen Zustand erreicht hat.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorangegangenen und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann für die Technik, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, beim Lesen der folgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich werden, in denen die Figuren Folgendes darstellen:
1 ein schematisches Blockdiagramm einer Motorantriebsschaltung mit einem drehmomentbegrenzenden Motorantriebsmerkmal gemäß einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
2 ein Flussdiagramm eines drehmomentbegrenzenden Motorsteuerverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Mit Bezug auf 1 ist eine Motorantriebsschaltung 10, die gemäß einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist mit einem Elektromotor 12 verbunden. Der Elektromotor ist betriebsmäßig angeschlossen bzw. angeordnet, um ein Werkstück 14 durch eine geeignete Verbindung 16 anzutreiben. Die Verbindung 16 ist mit der (nicht gezeigten) Ausgangswelle des Elektromotors 12 und mit dem Werkstück 14 so verbunden, dass, wenn die Ausgangswelle des Elektromotors 12 in einer Richtung gedreht wird, sich das Werkstück 14 um einen Schwenkpunkt 18 in einer ersten Richtung dreht, und, wenn die Ausgangswelle des Elektromotors 12 in einer zweiten Richtung gedreht wird, das Werkstück 14 sich um den Schwenkpunkt 18 in einer zweiten Richtung dreht.
Die Motorantriebsschaltung 10 weist eine elektronische Steuereinheit („ECU” = electronic control unit) 20 auf, die mit dem Elektromotor 12 durch Antriebsschaltungen 22, 24 verbunden ist. Eine Eingabebefehlsschnittstelle 30 ist mit der elektronischen Steuereinheit 20 verbunden und liefert Befehlssignale an die elektronische Steuereinheit, um die erwünschte Position bzw. Soll-Position des Werkstücks 14 anzuzeigen. Die elektronische Steuereinheit kann unter Verwendung einer diskreten Schaltung, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung („ASIC” = application specific integrated circuit) geformt werden, oder sie könnte ein Mikrocomputer sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung könnte das Werkstück 14 ein bewegbarer Dämpfer in einem Heizungs-, Ventilations- und Klimatisierungssystem („HVAC” = heating, ventilating and air conditioning) für ein Fahrzeug sein. Solche Systeme sind auch als Klimasteuersysteme bzw. Klimaanlagen bekannt. Der bewegbare Dämpfer wird verwendet, um einen Luftfluss in einer (nicht gezeigten) Luftleitung des Systems zu steuern. Wenn etwas in der Leitung eingeklemmt werden sollte und die normale Bewegung des Dämpfers 14 verhindern sollte, könnte die Antriebskraft des Elektromotors 12 einen Schaden an der Verbindung 16 zur Folge haben.
Ein Motordrehzahlsensor 40 ist betriebsmäßig mit dem Ausgang des Motors 12 verbunden, um die Ausgangsdrehzahl der Ausgangswelle des Motors abzufühlen, und um ein elektrisches Ausgangssignal zu liefern, welches eine Charakteristik hat, welche die Motordrehzahl anzeigt. Der Ausgang des Motordrehzahlsensors 40 ist mit einem Eingang der elektronischen Steuereinheit 20 verbunden, sodass die elektronische Steuereinheit die Motordrehzahl überwachen kann.
Die Motordrehzahl kann auf irgendeine von mehreren Arten abgefühlt werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Motordrehzahl unter Verwendung eines Encoders verwendet werden, der mit der Motorausgangswelle verbunden ist, der eine vorbestimmte Anzahl von elektrischen Impulsen pro Umdrehung der Welle liefert. Durch Zählen der Impulse pro Zeiteinheit kann die Motordrehzahl bestimmt werden. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann eine Scheibe mit einer Vielzahl von Löchern am Ende der Motorwelle angebracht werden, wobei eine Lichtquelle auf einer Seite und ein optischer Detektor mit der Lichtquelle auf der anderen Seite der Scheibe ausgerichtet ist. Wenn die Scheibe sich dreht, werden Impulse im Detektor auftreten. Die Impulse pro Zeiteinheit, die vom optischen Detektor abgefühlt werden, werden eine Anzeige der Motordrehzahl sein. Wiederum wird der Fachmann andere Arten zum Abfühlen der Motordrehzahl erkennen, wobei jede davon bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Ein Motordrehmomentsensor 44 ist betriebsmäßig mit dem Motor 12 verbunden, um das Ausgangsdrehmoment des Motors abzufühlen und um ein elektrisches Ausgangssignal mit einer Charakteristik zu liefern, welche das abgefühlte Motordrehmoment anzeigt. Der Ausgang des Motordrehmomentsensors 44 ist mit einem Eingang der elektronischen Steuereinheit 20 verbunden, sodass die elektronische Steuereinheit das Motordrehmoment überwachen kann.
Das Motordrehmoment kann auf jede von verschiedenen Arten abgefühlt werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Motordrehmoment durch Überwachen des Motorstroms abgefühlt werden. Wenn der überwachte Motorstrom zunimmt, nimmt das Drehmoment zu. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann gesteigertes Drehmoment durch Überwachen einer Abbremsung des Motors bestimmt werden, wenn keine Abbremsung des Motors durch die elektronische Steuereinheit 20 angewiesen worden ist. Wenn der Motor abbremst bzw. sich verlangsamt, steigt das Motordrehmoment, da eine Steigerung der Last am Werkstück 14 die Verlangsamung des Motors bewirken muss. Wiederum wird der Fachmann andere Arten zum Abfühlen des Motordrehmomentes erkennen. Beispielsweise könnte ein mechanischer Drehmomentsensor selbst zwischen der Ausgangswelle des Motors und dem Werkstück 14 angeschlossen sein, und zwar von einer Bauart, die mechanisch auf das gesteigerte Drehmoment anspricht und ein elektrisches Signal liefert, welches dieses anzeigt.
Mit Bezug auf 2 wird ein Steuerverfahren 100 zur Begrenzung des Drehmomentes in einem Elektromotor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 102, wo Speicher gelöscht werden und zurückgesetzt werden, wobei Flags bzw. Zeichen auf Anfangszustände zurückgesetzt werden usw. In einem Schritt 104 wird eine Bestimmung vorgenommen, ob der Motor 12 erregt bzw. mit Energie versorgt ist, d. h. ist ein Befehl von der Befehlseingabe 30 empfangen worden. Wenn die Bestimmung im Schritt 104 negativ ist, geht das Verfahren in einer Schleife zurück auf sich selbst und wartet, bis ein Befehl empfangen wird. Sobald die Bestimmung im Schritt 104 bestätigend ist, geht das Verfahren voran zum Schritt 106, wo der Motorstrom an dem Motor 12 durch die Antriebsschaltungen 22, 24 angelegt wird.
Wenn der Motorantriebsstrom das erste Mal an den Motor 12 angelegt wird, gibt es das Einfließen von Strom. Ein Weg zum Detektieren von übergroßem Motordrehmoment, welches durch den Motor 12 aufgebracht wird, ist, den Motorstrom dahingehend zu überwachen, ob er größer als ein vorbestimmter Wert ist. Um ein falsche Bestimmung eines Überlastzustandes mit übermäßig großem Drehmoment während des Motorstarts als ein Folge eines normalen Ereignisses des Einfließens von Strom zu verhindern, wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gewartet, bis der Motor einen stetigen Betriebszustand erreicht hat, bevor der Motorstrom überwacht wird. In einem Schritt 108 wird die Motordrehzahl überwacht. In einem Schritt 110 wird eine Bestimmung vorgenommen, ob der Motor 12 eine stetige Geschwindigkeit bzw. Drehzahl erreicht hat, d. h. hat die Beschleunigung des Motors 12 aufgehört. Wenn die Bestimmung im Schritt 110 negativ ist, geht der Prozess in einer Schleife zurück zum Schritt 108 und fährt bei 108, 110 in einer Schleife fort, bis der Motor aufhört zu beschleunigen. Sobald die Bestimmung im Schritt 110 bestätigend ist, geht das Verfahren weiter zum Schritt 112, wo das Motordrehmoment überwacht wird. Wie erwähnt, kann das Motordrehmoment durch Überwachung des Motorstroms überwacht werden, oder das Motordrehmoment könnte in anderer Weise überwacht werden, wie beispielsweise durch Überwachung der Abbremsung bzw. Verlangsamung der Motorausgangsgröße, oder durch Verwendung eines Drehmomentsensors selbst.
Vom Schritt 112 geht das Verfahren weiter zu einem Schritt 114, wo eine Bestimmung vorgenommen wird, ob das Ausgangsdrehmoment des Motors 12 eine vorbestimmte Schwelle überschritten hat. Wenn Drehmoment vom Motorstrom gemessen wird, dann wird bestimmt, ob das Drehmoment größer als eine Schwelle ist, wenn der Strom größer als eine Schwelle ist. Wenn die Abbremsung bzw. Verlangsamung des Motors überwacht wird, um eine Drehmomentüberlastung zu detektieren, dann zeigt eine Abbremsung von mehr als einem vorbestimmten Wert eine Drehmomentüberlastung an, wenn keine Abbremsung durch die elektronische Steuereinheit angewiesen worden ist. Wenn die Bestimmung im Schritt 114 negativ ist, geht das Verfahren voran zum Schritt 116, wo eine Bestimmung vorgenommen wird, ob der Motor das Werkstück 14 in seine erwünschte Position angetrieben hat, d. h. die Position der Ausgangswelle des Motors. Wenn die Bestimmung negativ ist, geht das Verfahren in einer Schleife zurück zum Schritt 112 und der Motor wird weiter angetrieben. Wenn die Bestimmung bestätigend ist, geht das Verfahren zum Kasten 118, wo der Motor ausgeschaltet wird und das Verfahren geht in einer Schleife zurück zum Schritt 104. Wenn die Bestimmung im Schritt 114 bestätigend ist, dann wird der Antriebsstrom im Schritt 120 ausgeschaltet und das Verfahren geht in einer Schleife zurück zum Schritt 104.
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung wird der Fachmann Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen erkennen. Solche Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Könnens des Fachmanns sollen von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Drehmomentes eines Elektromotors, welches folgende Schritte aufweist: (a) Liefern eines Antriebsstroms zum Antrieb des Elektromotors; (b) Überwachen der Drehzahl des Elektromotors; (c) Überwachen des Drehmomentes des Elektromotors; (d) Bestimmen der überwachten Drehzahl des Elektromotors, wenn der Motor einen stetigen Zustand erreicht hat; und (e) Abschalten der Stromlieferung, wenn das überwachte Drehmoment des Elektromotors einen vorbestimmten Wert überschreitet, nachdem der Elektromotor den stetigen Zustand erreicht hat.
Verfahren zur Steuerung eines Drehmomentes eines Elektromotors nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Überwachens eines Drehmoments des Elektromotors den Schritt des Überwachen des Motorstroms aufweist.
Verfahren zur Steuerung eines Drehmomentes eines Elektromotors nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Ausschaltens der Stromlieferung auftritt, wenn der überwachte Strom eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, nachdem der stetige Zustand erreicht wurde.
Verfahren zur Steuerung eines Drehmomentes eines Elektromotors nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Überwachens eines Drehmomentes des Elektromotors den Schritt des Überwachens der Verlangsamung des Motors aufweist.
Verfahren zur Steuerung eines Drehmomentes eines Elektromotors nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Abschaltens der Stromlieferung auftritt, wenn die überwachte Verlangsamung des Motors eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, nachdem der stetige Zustand erreicht wurde.
Vorrichtung zur Steuerung eines Drehmomentes eines Elektromotors, welche Folgendes aufweist: eine Antriebsschaltung, die mit dem Motor verbunden ist, um Antriebsstrom zum Antrieb des Elektromotors zu liefern; einen Drehzahlsensor, der mit dem Motor verbunden ist, um die Drehzahl des Elektromotors abzufühlen; einen Drehmomentsensor, der mit dem Motor verbunden ist, um das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors abzufühlen; eine Motorsteuervorrichtung, die mit dem Motor, der Antriebsschaltung und dem Motordrehzahlsensor verbunden ist, um (1) aus der abgefühlten Drehzahl des Elektromotors zu bestimmen, wann der Motor einen stetigen Zustand erreicht hat, und (2) die Antriebsschaltung abzuschalten, wenn das überwachte Drehmoment des Elektromotors einen vorbestimmten Wert überschreitet, nachdem der Elektromotor den stetigen Zustand erreicht hat.
Vorrichtung zur Steuerung eines Drehmomentes eines Elektromotors nach Anspruch 6, wobei der Drehmomentsensor einen Motorstromsensor aufweist.
Vorrichtung zur Steuerung eines Drehmomentes eines Elektromotors nach Anspruch 6, wobei der Drehmomentsensor eine Motorbeschleunigungsmessvorrichtung aufweist.