EP3925067A1 - Verfahren zum erkennen eines fehlers einer elektrischen maschine für ein fahrzeug - Google Patents

Verfahren zum erkennen eines fehlers einer elektrischen maschine für ein fahrzeug

Info

Publication number
EP3925067A1
EP3925067A1 EP20706164.9A EP20706164A EP3925067A1 EP 3925067 A1 EP3925067 A1 EP 3925067A1 EP 20706164 A EP20706164 A EP 20706164A EP 3925067 A1 EP3925067 A1 EP 3925067A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
torque
torque signal
electrical
electrical machine
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20706164.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benedikt Van Booven
Gerhard Eser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
Publication of EP3925067A1 publication Critical patent/EP3925067A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load

Definitions

  • the present invention relates to a method for recognizing a fault in an electrical machine for a vehicle, in particular a method for recognizing an electrical and / or mechanical fault in an electric motor for a vehicle.
  • the fault diagnosis of an electric drive of a vehicle is becoming more and more important and it is desirable to recognize failure of the same early and in a differentiated manner so that suitable countermeasures can be taken in good time in the event of a fault.
  • the high dynamics of the drives with regard to the torque curve places the highest demands on future diagnoses.
  • the desire of the operator of a vehicle is to extend the maintenance intervals of the vehicle as much as possible, but the operating times of the vehicles are constantly increasing, for example through car sharing.
  • Mechanical errors relate to errors that can be assigned to the mechanics of the electric drive, such as defective bearings or plastic deformations of components of the electric machine.
  • electrical faults affect those faults in the electrical drive that affect the electronic
  • Components or electrical elements of the electric drive can be assigned, such as short circuits in the rotor or stator winding or defective sliding contacts.
  • Today's fault diagnoses are essentially based on the evaluation of the phase currents / voltages, the vibration measurement using structure-borne noise sensors or temperature measurements, which also include the speed of the rotor shaft and / or the position of the rotor can be taken into account in order to be able to infer potential faults in the electrical machine.
  • EP 3 034 812 A1 relates to monitoring of a gas turbine engine recorded on the basis of the measurements of a torque sensor.
  • US 2018/229765 A1 relates to a control unit for a servo steering unit, in which an anomaly of the servo motor unit is based on a
  • Torque signal is determined.
  • the present invention is essentially based on the object of detecting electrical and / or mechanical faults in an electrical drive early and reliably in a simple manner and issuing corresponding warnings to the operator of the vehicle and providing emergency running programs.
  • the present invention is essentially based on the idea of being able to determine an electrical and / or mechanical fault in an electrical machine in that the torque detected by means of a torque sensor attached to the rotor shaft of the electrical machine is compared with a reference torque and at a large deviations from this can be inferred from a specific error.
  • the torque delivered by the electric machine via the output shaft is the final size of the entire chain of action of the electric drive train.
  • the present invention makes use of the fact that a mechanical error of the
  • the torque curve on the rotor shaft acts as an electrical fault in the electrical machine, such as a short circuit in the rotor winding.
  • the type of specific error can be determined and a corresponding warning can be issued to the driver of the vehicle, with the corresponding
  • Measures such as replacing a defective bearing can be taken.
  • a method for detecting an electrical and / or mechanical fault of an electrical machine for a vehicle which has a rotor shaft to which a torque sensor is applied, which is designed to contact the rotor shaft
  • the method according to the invention comprises generating a torque signal, which indicates the torque applied to the rotor shaft, by means of the torque sensor and recognizing an electrical and / or mechanical fault in the electrical machine if the
  • Torque signal deviates from a reference torque signal by more than a torque threshold value.
  • the electric machine can be operated as an electric motor, which emits a torque via the rotor shaft, or as a generator, which receives a torque via the rotor shaft and stores it in electrical form.
  • the reference torque signal can be, for example, a torque signal stored in an engine control system, which is used as a drive train of the electrical machine that is newly manufactured and is therefore free of errors
  • Reference torque signal was generated.
  • reference torque signals set in advance can be stored, which represent a faultless drive train.
  • the method according to the invention also has an analysis of the torque signal generated by the torque sensor.
  • the detection of an electrical and / or mechanical fault in the electrical machine is based on the analyzed torque signal.
  • analyzing the torque signal includes performing a time analysis with the torque signal and / or performing a frequency analysis with the torque signal and / or filtering the torque signal by means of a bandpass, such as a low-pass filter and / a flochpass filter, and / or performing a reference frame Theory Analysis with the torque signal and / or performing a Finite Element State Space Analysis with the torque signal.
  • an electrical and / or a mechanical fault is detected when the
  • the torque signal deviates from the reference torque signal by more than a predetermined period of time by more than the torque threshold value. In particular, it can be ensured that individual
  • Torque sensor would be detected as a torque signal.
  • the method further comprises incrementing an error if the torque signal deviates from the reference torque signal by more than the torque threshold value, decrementing the counter if the torque signal does not deviate from the reference torque signal by more than the torque threshold value and recognizing the electrical and / or mechanical failure of the electrical machine when the counter has a predetermined
  • Counting threshold exceeded.
  • the torque sensor supplies a torque signal at constant intervals, for example every 100 ps (i.e. a sampling rate of approximately 10 kHz) and thus it can be checked that individual outliers or
  • An electrical fault in the electrical machine preferably includes a line break and / or short circuit in the stator and / or rotor winding and / or an abnormal connection of the stator and / or rotor winding and / or a defect in the sliding contacts and / or a defect in the squirrel-cage rotor and / or or short-circuit ring and / or a fault in the inductive energy transfer between stator and rotor.
  • the mechanical fault of the electrical machine is a defect in the inner and / or outer bearing run and / or a defect in at least one rolling element of the bearing and / or a defect in the bearing and / or a defect in the bearing cage of the bearing and / or or a plastic one
  • the torque sensor is at least one strain gauge attached to the rotor shaft.
  • the reference torque signal is provided for the engine control via remote access.
  • cloud services can be cited here that can be queried by the motor control unit of the electrical machine via a remote communication connection in order to be able to carry out the comparison with the torque signal generated by the torque sensor and thus also to be able to detect an electrical fault.
  • the signals detected by the torque sensor can be sent to the cloud service via the remote communication connection, in which case the evaluation can then take place in the cloud service.
  • this enables certain states of the electrical machine, such as different temperatures, different speeds, different positions of the rotor and different electrical currents and voltages when the electrical fault is detected
  • the aforementioned parameters serve to confirm a detected error.
  • mechanical errors in the electrical machine are scaled with the speed, i. This means that mechanical ones can increase proportionally with increasing speed of the rotor shaft. Electrical errors are also scaled with the speed of the rotor shaft, but are also dependent on the number of pole pairs. A mechanical fault can thus be clearly distinguished from an electrical fault in the electrical machine.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a method according to the invention
  • FIG. 2 shows a diagram in which a torque curve is shown versus time for a faultless electrical machine and a faulty electrical machine.
  • 1 shows an exemplary flow chart of a method according to the invention for recognizing a mechanical and / or electrical fault in an electrical machine.
  • the method according to the invention is based on an electrical machine which is formed from an electric motor / generator with a stator and rotor and a rotor shaft.
  • the electric machine can be operated as an electric motor and generator, so that the rotor shaft can function as an output and drive shaft.
  • a torque sensor such as a strain gauge, is applied to the rotor shaft of the electrical machine and is designed to detect the torque applied to the rotor shaft.
  • the torque sensor is designed to provide a corresponding torque signal, preferably in analog form, as a function of the torque applied to the rotor shaft, which is then transmitted in a control unit, such as
  • the engine control unit can be processed, analyzed and evaluated.
  • the method of FIG. 1 starts at step 100 and then arrives at step 110, at which the torque sensor generates a torque signal indicating the torque applied to the rotor shaft and makes it available to a motor control unit for further processing.
  • the method then arrives at a step 120 in which bandpass filtering of the torque signal takes place.
  • Bandpass filtering in particular those signal components are filtered out in which the errors of the drive were reflected.
  • Step 130 is an absolute value formation of the difference between the original torque signal generated by the torque sensor and the filtered torque signal, whereby the disturbance or the fault of the electrical machine is filtered out.
  • step 140 the absolute value formed in step 130 is compared with a reference torque signal that is a
  • Torque signal for a faultless electrical machine corresponds.
  • the reference torque signal can be stored in the engine control.
  • the engine control can access the reference torque signal stored remotely from the vehicle via a telecommunication connection.
  • step 140 If it is determined at step 140 that the absolute value formed at step 130 of the predetermined reference torque signal by a predetermined
  • step 142 If the torque threshold value deviates, the method goes to step 142 and a counter is also incremented. However, if it is determined at step 140 that the absolute formed at step 130 differs from the predetermined
  • the torque threshold value is approximately 20%, preferably approximately 10%, most preferably approximately 5% of the
  • a query is made as to whether the count value exceeds a predetermined count threshold value. If this is the case, the method goes to step 160 and a fault in the electrical machine is recognized. If the counter value falls below the predetermined counting threshold at step 150, the method goes to step 142 and a decision is made on “no error” or “error-free electrical machine” and the method then goes back to step 110, where a new one is repeated
  • Torque signal is generated by means of a torque sensor.
  • Step 150 thus serves to ensure that individual measurement outliers or
  • Step 150 can also serve to ensure that an error is only recognized when the error has existed for a certain period of time and is therefore also a real error.
  • a torque signal can be generated, for example, at fixed time intervals, such as every 100 mps (or sampling rate of approximately 10 kHz).
  • the torque signal can also be analyzed, for example a frequency analysis.
  • FIG. 2 shows an exemplary time curve of the torque which is applied to the rotor shaft with the
  • Torque sensor was determined.
  • the solid line 200 represents the torque curve which would be expected with a fault-free electric drive.
  • Line 200 thus shows the profile of the torque that would be applied to the rotor shaft of an electrical machine that has neither a mechanical nor an electrical fault.
  • the dashed line 300 represents one
  • Torque curve 300 deviates significantly from the expected torque curve 200.
  • the method according to the invention can be carried out during normal operation of the electrical machine.
  • the electrical machine In particular that is
  • Method according to the invention suitable for identifying electrical faults in the electrical machine.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines elektrischen und/oder mechanischen Fehlers einer elektrischen Maschine für ein Fahrzeug, die eine Rotorwelle aufweist, an der ein Drehmomentsensor appliziert ist, der dazu ausgebildet ist, das an der Rotorwelle anliegende Drehmoment zu erfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Erzeugen eines Drehmomentsignals, das das an der Rotorwelle anliegende Drehmoment anzeigt, mittels des Drehmomentsensors und Erkennen eines elektrischen und/oder mechanischen Fehlers der elektrischen Maschine, wenn das Drehmomentsignal von einem Referenz-Drehmomentsignal um mehr als einen Drehmomentschwellenwert abweicht.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Erkennen eines Fehlers einer elektrischen Maschine für ein Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers einer elektrischen Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere ein Verfahren zum Erkennen eines elektrischen und/oder mechanischen Fehlers eines Elektromotors für ein Fahrzeug.
Die Fehlerdiagnose eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs bekommt einen immer höheren Stellenwert und es ist wünschenswert, einen Ausfall desselben frühzeitig und differenziert zu erkennen, damit im Fehlerfall rechtzeitig geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Insbesondere stellt die hohe Dynamik der Antriebe in Bezug auf den Drehmomentverlauf höchste Anforderungen an zukünftige Diagnosen. Außerdem besteht der Wunsch des Bedieners eines Fahrzeugs darin, die Wartungsintervalle des Fahrzeugs weitestgehend zu verlängern, wobei sich jedoch die Betriebsdauern der Fahrzeuge stetig erhöht, beispielsweise durch Car Sharing.
Potentielle Fehler eines elektrischen Antriebs kann man im Wesentlichen in zwei Kategorien unterteilen, nämlich mechanische und elektrische Fehler. Mechanische Fehler betreffen dabei Fehler, die der Mechanik des elektrischen Antriebs zuzuordnen sind, wie beispielsweise defekte Lager oder plastische Verformungen von Bauteilen der elektrischen Maschine. Im Gegensatz dazu betreffen elektrische Fehler diejenigen Fehler des elektrischen Antriebs, die den elektronischen
Bauteilen bzw. elektrischen Elementen des elektrischen Antriebs zugeordnet werden können, wie beispielsweise Kurzschlüsse in der Rotor- oder Statorwicklung oder defekte Schleifkontakte.
Heutige Fehlerdiagnosen basieren im Wesentlichen auf der Auswertung der Phasenströme/Spannungen, der Vibrationsmessung mittels Körperschallsensoren oder Temperaturmessungen, bei denen ebenso die Drehzahl der Rotorwelle und/oder die Position des Rotors berücksichtigt werden, um auf potentielle Fehler der elektrischen Maschine schließen zu können.
Die EP 3 034 812 A1 betrifft eine auf den Messungen eines Drehmomentsensors erfasste Überwachung eines Gasturbinenmotors.
Die US 2018/229765 A1 betrifft eine Steuereinheit für eine Servorlenkeinheit, bei der eine Anomalie der Servomotoreinheit auf der Grundlage eines
Drehmomentsignals festgestellt wird.
Aus der US 2018/022379 A1 ist eine Servolenkungsvorrichtung und
Steuervorrichtung hierfür bekannt. Weitere solche Servolenkungsvorrichtungen sind aus der US 2017/0274929 A1 und US 2018/032191 A1 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen die Aufgabe zugrunde, elektrische und/oder mechanische Fehler eines elektrischen Antriebs frühzeitig und zuverlässig auf einfache Weise zu erkennen und entsprechende Warnungen an den Bediener des Fahrzeugs auszugeben sowie Notlaufprogramme bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, einen elektrischen und/oder mechanischen Fehler einer elektrischen Maschine dadurch feststellen zu können, dass das mittels eines an der Rotorwelle der elektrischen Maschine angebrachten Drehmomentsensors erfassten Drehmoments mit einem Referenz-Drehmoment verglichen wird und bei einem zu großen Abweichen davon auf eine spezifischen Fehler geschlossen werden kann. Das von der elektrischen Maschine über die Abtriebswelle abgegebene Drehmoment ist die finale Größe der gesamten Wirkkette des elektrischen Antriebsstrangs. Insbesondere macht sich die vorliegende Erfindung zu Nutze, dass sich ein mechanischer Fehler des
elektrischen Antriebs, wie beispielsweise ein defektes Lager, anders auf den Drehmomentverlauf an der Rotorwelle auswirkt als ein elektrischer Fehler der elektrischen Maschine, wie beispielsweise ein Kurzschluss in der Rotorwicklung. Bei genauer Verarbeitung und Analyse des Drehmomentverlaufs und kann somit die Art des spezifischen Fehlers festgestellt und eine entsprechende Warnung an den Fahrer des Fahrzeugs ausgegeben werden, damit entsprechende
Maßnahmen, wie beispielsweise Ersetzen eines defekten Lagers, vorgenommen werden können.
Folglich wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erkennen eines elektrischen und/oder mechanischen Fehlers einer elektrischen Maschine für ein Fahrzeug offenbart, die eine Rotorwelle aufweist, an der ein Drehmomentsensor appliziert ist, der dazu ausgebildet ist, das an der Rotorwelle anliegende
Drehmoment zu erfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Erzeugen eines Drehmomentsignals, das das an der Rotorwelle anliegende Drehmoment anzeigt, mittels des Drehmomentsensors und ein Erkennen eines elektrischen und/oder mechanischen Fehlers der elektrischen Maschine, wenn das
Drehmomentsignal von einem Referenz-Drehmomentsignal um mehr als einen Drehmomentschwellenwert abweicht. Die elektrische Maschine kann dabei als Elektromotor, der über die Rotorwelle ein Drehmoment abgibt, oder als Generator betrieben werden, der über die Rotorwelle ein Drehmoment aufnimmt und in elektrischer Form speichert.
Das Referenz-Drehmomentsignal kann beispielsweise ein in einer Motorsteuerung hinterlegtes Drehmomentsignal sein, das bei einem neu hergestellten und somit fehlerunbehafteten Antriebsstrang der elektrischen Maschine als
Referenz-Drehmomentsignal erzeugt wurde. Alternativ können vorab eingestellte Referenz-Drehmomentsignale hinterlegt werden, die für einen fehlerunbehafteten Antriebsstrang stehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Analysieren des vom Drehmomentsensor erzeugten Drehmomentsignals auf. Dabei basiert das Erkennen eines elektrischen und/oder mechanischen Fehlers der elektrischen Maschine auf dem analysierten Drehmomentsignal. Vorzugsweise weist das Analysieren des Drehmomentsignals ein Durchführen einer Zeitanalyse mit dem Drehmomentsignal und/oder ein Durchführen einer Frequenzanalyse mit dem Drehmomentsignal und/oder ein Filtern des Drehmomentsignals mittels eines Bandpasses, wie beispielsweise ein Tiefpassfilter und/ ein Flochpassfilter, und/oder ein Durchführen einer Referenz Frame Theory Analysis mit dem Drehmomentsignal und/oder ein Durchführen einer Finite Element State Space Analyse mit dem Drehmomentsignal auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein elektrischer und/oder ein mechanischer Fehler dann erkannt, wenn das
Drehmomentsignal von dem Referenz-Drehmomentsignal um mehr als eine vorbestimmte Zeitdauer um mehr als den Drehmomentschwellenwert abweicht. Insbesondere kann dadurch sichergestellt werden, dass einzelne
Messungenauigkeiten oder vereinzelte Messfehler nicht zu einer sofortigen
Erkennung eines Fehlers der elektrischen Maschine kommen. Sollte ein
mechanischer und/oder elektrischer Fehler vorliegen, so würde sich das an der Rotorwelle anliegende Drehmoment dauerhaft verändern, was vom
Drehmomentsensor als Drehmomentsignal erfasst werden würde.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße
Verfahren ferner ein Inkrementieren eines Fehlers, wenn das Drehmomentsignal von dem Referenz-Drehmomentsignal um mehr als den Drehmomentschwellenwert abweicht, ein Dekrementieren des Zählers, wenn das Drehmomentsignal von dem Referenz-Drehmomentsignal nicht um mehr als den Drehmomentschwellenwert abweicht und ein Erkennen des elektrischen und/oder mechanischen Fehlers der elektrischen Maschine auf, wenn der Zähler einen vorbestimmten
Zählschwellenwert überschreitet. Dabei wird sich insbesondere zu Nutze gemacht, dass der Drehmomentsensor in konstanten Intervallen, wie beispielsweise alle 100 ps (d. h. eine Abtastrate von ungefähr 10 kHz), ein Drehmomentsignal liefert und somit kann überprüft werden, dass einzelne Ausreißer oder
Messungenauigkeiten nicht sofort zum Erkennen eines Fehlers führen. Vorzugsweise umfasst ein elektrischer Fehler der elektrischen Maschine einen Leitungsbruch und/oder Kurzschluss der Stator- und/oder Rotorwicklung und/oder eine abnormale Verbindung der Stator- und/oder Rotorwicklung und/oder einen Defekt der Schleifkontakte und/oder einen Defekt im Kurzschlussläufer und/oder Kurzschlussrings und/oder ein Fehler in der induktiven Energieübertragung zwischen Stator und Rotor.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der mechanische Fehler der elektrischen Maschine einen Defekt des inneren und/oder äußeren Lagerlaufs und/oder einen Defekt von zumindest einem Wälzkörpers des Lagers und/oder einen Defekt des Lagers und/oder einen Defekt des Lagerkäfig des Lagers und/oder eine plastische
Verformung der Rotorwelle und/oder eine Anomalität im statischen Luftspalt und/oder einen Defekt in zumindest einem der Permanentmagneten der
elektrischen Maschine und/oder eine Deachsierung der Rotorwelle aufweist, die zu einem Taumeln der Rotorwelle führen kann.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der Drehmomentsensor zumindest ein an der Rotorwelle angebrachter Dehnungsmessstreifen ist.
In besonders bevorzugter Weise ist das Referenz-Drehmomentsignal über einen Fernzugriff für die Motorsteuerung bereitgestellt. Beispielsweise können hier Cloud-Dienste angeführt werden, die über eine Fernkommunikationsverbindung von der Motorsteuereinheit der elektrischen Maschine abgefragt werden können, um den Vergleich mit dem vom Drehmomentsensor erzeugten Drehmomentsignal durchführen und somit auch einen elektrischen Fehler erkennen zu können.
Alternativ oder zusätzlich können die vom Drehmomentsensor erfassten Signale an den Cloud-Dienst über die Fernkommunikationsverbindung gesendet werden, wobei dann die Auswertung im Cloud-Dienst erfolgen kann. Dies hat den Vorteil, dass der Großteil der Rechenleistung nicht im Fahrzeug, sondern entfernt davon erfolgt, wodurch der Bedarf an Rechenleistung im Fahrzeug reduziert werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es bevorzugt sein, ferner die Schritte eines Erfassens der Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine und/oder ein Erfassen der Position des Rotors der elektrischen Maschine und/oder ein Erfassen der Temperatur des Rotors der elektrischen und/oder ein Erfassen des an der elektrischen Maschine anliegenden charakteristischen elektrischen Parameters, insbesondere des an der elektrischen Maschine anliegenden elektrischen Stroms oder der an der elektrischen Maschine anliegenden elektrischen Spannung, vorgesehen werden, wobei das Erkennen eines elektrischen und/oder mechanischen Fehlers der elektrischen Maschine ferner auf zumindest einem der vorgenannten erfassten Parameter basiert.
Insbesondere können dadurch bestimmte Zustände der elektrischen Maschine, wie beispielsweise unterschiedliche Temperaturen, unterschiedliche Drehzahlen, unterschiedliche Positionen des Rotors und unterschiedliche elektrische Ströme und elektrische Spannungen beim Erkennen des elektrischen Fehlers
berücksichtigt werden, damit das Erkennen eines solchen noch genauer und zuverlässiger durchgeführt werden kann. Genauer gesagt können die
vorgenannten Parameter dazu dienen, einen erkannten Fehler zu bestätigen.
Insbesondere sind mechanische Fehler der elektrischen Maschine mit der Drehzahl skaliert, d. h., dass sich mechanische mit steigender Drehzahl der Rotorwelle proportional vergrößern können. Elektrische Fehler sind zwar auch mit der Drehzahl der Rotorwelle skaliert, sind aber zusätzlich auch von der Polpaarzahl abhängig. Somit kann ein mechanischer Fehler von einem elektrischen Fehler der elektrischen Maschine eindeutig unterschieden werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der hierin beschriebenen Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, und
Fig. 2 ein Diagramm zeigt, bei dem ein Drehmomentverlauf gegenüber der Zeit für eine fehlerunbehaftete elektrische Maschine und eine fehlerbehaftete elektrische Maschine dargestellt ist. Die Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen eines mechanischen und/oder elektrischen Fehlers einer elektrischen Maschine. Insbesondere geht das erfindungsgemäße Verfahren von einer elektrischen Maschine aus, die aus einem Elektromotor/-generator mit Stator und Rotor sowie einer Rotorwelle gebildet wird. Die elektrische Maschine kann als Elektromotor und Generator betrieben werden, so dass die Rotorwelle dabei als Abtriebs- und Antriebswelle fungieren kann.
An der Rotorwelle der elektrischen Maschine ist ein Drehmomentsensor, wie beispielsweise ein Dehnungsmessstreifen, appliziert, der dazu ausgebildet ist, das an der Rotorwelle anliegende Drehmoment zu erfassen. Insbesondere ist der Drehmomentsensor dazu ausgebildet, in Abhängigkeit des an der Rotorwelle anliegenden Drehmoments ein entsprechendes Drehmomentsignal, bevorzugt in analoger Form, bereitzustellen, welches dann in einer Steuereinheit, wie
beispielsweise der Motorsteuereinheit, aufbereitet, analysiert und ausgewertet werden kann.
Das Verfahren der Fig. 1 startet beim Schritt 100 und gelangt dann zum Schritt 1 10, an dem der Drehmomentsensor ein das an der Rotorwelle anliegende Drehmoment anzeigende Drehmomentsignal erzeugt und einer Motorsteuereinheit zur weiteren Verarbeitung bereitstellt. Das Verfahren gelangt daraufhin zu einem Schritt 120, an dem eine Bandpassfilterung des Drehmomentsignals erfolgt. Bei der
Bandpassfilterung werden insbesondere diejenigen Signalanteile herausgefiltert, in denen sich die Fehler des Antriebs niedergeschlagen haben. In einem
drauffolgenden Schritt 130 erfolgt eine Absolutwertbildung der Differenz zwischen dem vom Drehmomentsensor erzeugten ursprünglichen Drehmomentsignal und dem gefilterten Drehmomentsignal, wodurch die Störung bzw. der Fehler der elektrischen Maschine herausgefiltert wird.
In einem darauffolgenden Schritt 140 erfolgt ein Vergleich des am Schritt 130 gebildeten Absolutwerts mit einem Referenz-Drehmomentsignal, das einem
Drehmomentsignal für eine fehlerunbehaftete elektrische Maschine entspricht. Das Referenz-Drehmomentsignal kann dabei in der Motorsteuerung hinterlegt sein. Alternativ kann die Motorsteuerung über eine Telekommunikationsverbindung auf das fernab des Fahrzeugs gespeicherte Referenz-Drehmomentsignal zugreifen.
Wird am Schritt 140 festgestellt, dass der am Schritt 130 gebildete Absolutwert von dem vorbestimmten Referenz-Drehmomentsignal um einen vorbestimmten
Drehmomentschwellenwert abweicht, gelangt das Verfahren zum Schritt 142 und es wird ein Zähler mit inkrementiert. Wird jedoch am Schritt 140 festgestellt, dass der am Schritt 130 gebildete Absolut von dem vorbestimmten
Referenz-Drehmomentsignalwert nicht um mehr als der Drehmomentschwellenwert abweicht, gelangt das Verfahren zum Schritt 144 und es wird der Zähler mit dekrementiert. Der Drehmomentschwellenwert beträgt dabei ungefähr 20 %, vorzugsweise ungefähr 10 %, am bevorzugtesten ungefähr 5 % des
Referenz-Drehmomentsignals.
In einem jeweils auf den Schritt 142 und 144 folgenden Schritt 150 erfolgt eine Abfrage, ob der Zählwert einen vorbestimmten Zählschwellenwert übersteigt. Ist dem der Fall, so gelangt das Verfahren zum Schritt 160 und es wird ein Fehler der elektrischen Maschine erkannt. Unterschreitet der Zählerwert den vorbestimmten Zählschwellwert am Schritt 150, gelangt das Verfahren zum Schritt 142 und es wird auf„kein Fehler“ bzw.„fehlerfreie elektrische Maschine“ entscheiden und as Verfahren gelangt dann wieder zum Schritt 1 10, an dem erneut ein neuer
Drehmomentsignal mittels Drehmomentsensors erzeugt wird.
Der Schritt 150 dient somit dazu, dass einzelne Messausreißer bzw.
Messungenauigkeiten aussortiert werden und erst dann ein Fehler ausgegeben wird, wenn der Fehler bei einer ersten Messung durch eine zweite Messung bestätigt wird. Ebenso kann der Schritt 150 dazu dienen, dass erst dann auf einen Fehler erkannt wird, wenn der Fehler für eine bestimmte Zeitdauer besteht und somit ein wirklicher Fehler auch ist.
Das Erzeugen eines Drehmomentsignals kann beispielsweise in festen zeitlichen Abständen, wie beispielsweise alle 100 mps (bzw. Abtastrate von ungefähr 10 kHz), erfolgen.. Beim Schritt 160, an dem ein elektrischer und/oder mechanischer Fehler erkannt wird, kann zudem eine Analyse des Drehmomentsignals erfolgen, beispielsweise eine Frequenzanalyse. Flierzu zeigt die Fig. 2 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf des Drehmoments, welches mit dem an der Rotorwelle angebrachten
Drehmomentsensors ermittelt wurde.
In der Fig. 2 stellt die durchgezogene Linie 200 den Drehmomentverlauf dar, der bei einem fehlerfreien elektrischen Antrieb erwartet würde. Die Linie 200 zeigt somit den Verlauf des Drehmoments, das an der Rotorwelle einer elektrischen Maschine anliegen würde, die weder einen mechanischen noch einen elektrischen Fehler aufweist. Im Gegensatz dazu stellt die gestrichelte Linie 300 einen
Drehmomentverlauf dar, der bei einem fehlerbehafteten elektrischen Antrieb erfasst worden ist. Aus der Fig. 2 geht deutlich hervor, dass sich der gemessene
Drehmomentverlauf 300 deutlich von dem erwarteten Drehmomentverlauf 200 abweicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei während des Normalbetriebs der elektrischen Maschine durchgeführt werden. Insbesondere ist das
erfindungsgemäße Verfahren dazu geeignet, elektrische Fehler der elektrischen Maschine identifizieren zu können.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Erkennen eines elektrischen und/oder
mechanischen Fehlers einer elektrischen Maschine für ein Fahrzeug, die eine Rotorwelle aufweist, an der ein Drehmomentsensor appliziert ist, der dazu ausgebildet ist, das an der Rotorwelle anliegende Drehmoment zu erfassen, wobei das Verfahren aufweist:
Erzeugen eines Drehmomentsignals, das das an der Rotorwelle anliegende Drehmoment anzeigt, mittels des Drehmomentsensors, und
Erkennen eines elektrischen und/oder mechanischen Fehlers der elektrischen Maschine, wenn das Drehmomentsignal von einem
Referenz-Drehmomentsignal um mehr als einen Drehmomentschwellenwert abweicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , ferner mit:
Analysieren des vom Drehmomentsensor erzeugten Drehmomentsignals,
wobei das Erkennen eines elektrischen und/oder mechanischen Fehlers der elektrischen Maschine auf dem analysierten Drehmomentsignal basiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Analysieren des Drehmomentsignals aufweist:
Durchführen einer Zeitanalyse mit dem Drehmomentsignal, und/oder
Durchführen einer Frequenzanalyse mit dem Drehmomentsignal, und/oder
Filtern des Drehmomentsignals mittels eines Tiefpassfilters, und/oder
Filtern des Drehmomentsignals mittels eines Flochpassfilters, und/oder
Durchführen einer Reference Frame Theory Analysis mit dem Drehmomentsignal, und/oder, Durchführen einer Finite Element State Space Analyse mit dem Drehmomentsignal.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einen elektrischen und/oder mechanischen Fehler erkannt wird, wenn das
Drehmomentsignal von dem Referenz-Drehmomentsignal für mehr als eine vorbestimmte Zeitdauer um mehr als den Drehmomentschwellenwert abweicht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit:
Inkrementieren eines Zählers, wenn das Drehmomentsignal von dem Referenz-Drehmomentsignal um mehr als den Drehmomentschwellenwert abweicht,
Dekrementieren des Zählers, wenn das Drehmomentsignal von dem Referenz-Drehmomentsignal nicht um mehr als den
Drehmomentschwellenwert abweicht, und
Erkennen eines elektrischen und/oder mechanischen Fehlers der elektrischen Maschine, wenn der Zähler einen vorbestimmten Wert überschreitet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein elektrischer Fehler der elektrischen Maschine aufweist:
Leitungsbruch und/oder Kurzschluss der Stator- und/oder
Rotorwicklung, und/oder
Abnormale Verbindung der Stator- und/oder Rotorwicklung, und/oder
Defekt der Schleifkontakte, und/oder
Defekt im Kurzschlussläufer und/oder Kurzschlussrings, und/oder Defekt in der induktiven Energieübertragung zwischen Stator und
Rotor.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein mechanischer Fehler der elektrischen Maschine aufweist:
Defekt des inneren und/oder äußeren Lagerlaufs, und/oder Defekt von zumindest einem Wälzkörper, und/oder Defekt des Lagerkäfigs, und/oder
plastische Verformung der Rotorwelle, und/oder
Anomalität im statischen Luftspalt, und/oder
Defekt in zumindest einem Permanentmagnete, n und/oder
Deachsierung der Rotorwelle.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drehmomentsensor zumindest ein an der Rotorwelle angebrachter
Dehnungsmessstreifen ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Referenz-Drehmomentsignal über einen Fernzugriff bereitgestellt wird und/oder ein Analysieren des Drehmomentsignals in dem Fernzugriff erfolgt, wobei die Signale des Drehmomentsensors an den Fernzugriff übersandt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit:
Erfassen der Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine, und/oder
Erfassen der Position des Rotors der elektrischen Maschine, und/oder
Erfassen der Temperatur des Rotors der elektrischen Maschine, und/oder
Erfassen des an der elektrischen Maschine anliegenden charakteristischen elektrischen Parameters, insbesondere des am Elektromotors anliegenden Stroms bzw. der am Elektrotor anliegenden Spannung,
wobei das Erkennen eines elektrischen und/oder mechanischen Fehlers der elektrischen Maschine ferner auf zumindest einem der oben genannten erfassten Parameter basiert.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120871820B (zh) * 2025-09-26 2025-12-05 江苏晟楠电子科技股份有限公司 一种用于低速大扭矩电机控制系统的故障在线诊断方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5517415A (en) * 1994-10-26 1996-05-14 Trw Inc. Method and apparatus for detecting a motor stall condition in an electric assist steering system
IL124932A0 (en) * 1998-06-16 1999-01-26 Mea Motor Inspection Ltd Method and apparatus for testing rotating machines
DE102012018209B4 (de) * 2012-09-14 2020-06-10 Audi Ag Messverfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Eisenverlustes in einem Blechpaket für eine elektrische Maschine
DE102013200872A1 (de) * 2013-01-21 2014-07-24 Areva Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern einer elektrischen Maschine
US9707994B2 (en) 2013-03-21 2017-07-18 Hitachi Automotive Systems Steering, Ltd. Power steering device
DE102013107504A1 (de) * 2013-07-16 2015-01-22 Zf Lenksysteme Gmbh Drehmomentsensoreinrichtung
GB201318910D0 (en) * 2013-10-25 2013-12-11 Trw Ltd Motor circuit for electrical power assisted steering and method
CN106461067A (zh) * 2014-06-16 2017-02-22 洛德公司 用于可旋转轴的扭矩监测系统
JP6375545B2 (ja) 2014-09-24 2018-08-22 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーステアリング装置およびパワーステアリング装置の制御回路
US20160178464A1 (en) 2014-12-19 2016-06-23 Rolls-Royce Corporation Torque sensor monitoring for gas turbine engine
KR20170115523A (ko) 2015-02-27 2017-10-17 히다치 오토모티브 시스템즈 가부시키가이샤 파워 스티어링 장치 및 그 제어 장치
DE102015213084B4 (de) * 2015-07-13 2017-02-09 Baumüller Nürnberg GmbH Verfahren zur Überwachung eines Lagersystems
EP3255776A1 (de) * 2016-06-07 2017-12-13 ABB Technology AG Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von torsionaler ablenkung einer drehwelle in einem elektromechanischen antriebsstrang
CN105974639A (zh) 2016-07-26 2016-09-28 京东方科技集团股份有限公司 内嵌式触控基板及其驱动方法、显示面板
JP6769328B2 (ja) * 2017-02-10 2020-10-14 株式会社デンソー 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置

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