KR20160039247A

KR20160039247A - 전자 정류식 전기 모터에서 결함 결정 방법

Info

Publication number: KR20160039247A
Application number: KR1020167004976A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 슈마우스; 마쿠스 디트리히; 마틴 침머만; 프랑시스 모엡
Original assignee: 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2016-04-08
Also published as: US20160178699A1; DE102014215130A1; DE112014003578A5; US10162009B2; KR102215985B1; WO2015014362A1

Abstract

본 발명은, 각각의 모터 위상 내에 전기 모터의 하나 이상의 스테이터 코일이 병렬로 연결되어 있는 전자 정류식 전기 모터에서 결함을 결정하기 위한 방법에 관한 것이며, 본원의 방법에 따라서 모터 위상이 통전되고, 이 모터 위상을 통과하여 흐르는 전류가 측정된다. 전기 모터의 결함이 신뢰성 있게 검출되는 방법의 경우, 3개의 모터 위상이 차례로 통전되고, 이러한 통전 중에 발생하는 개별 모터 위상들의 전류가 측정되고, 3개의 모터 위상에서 측정된 전류들은 서로 비교되며, 측정된 전류들이 서로 다르면 전기 모터의 결함이 판단된다.

Description

전자 정류식 전기 모터에서 결함 결정 방법{METHOD FOR DETERMINING A FAULT IN AN ELECTRONICALLY COMMUTATED ELECTRIC MOTOR}

본 발명은, 각각의 모터 위상 내에 전기 모터의 하나 이상의 스테이터 코일이 병렬로 연결되어 있는 전자 정류식 전기 모터에서 결함을 결정하기 위한 방법에 관한 것이며, 본원의 방법에 따라서 모터 위상이 통전(current feed)되면서 이 모터 위상을 통과하여 흐르는 전류가 측정된다.

DE 10 2011 083 217 A1로부터는 전자 정류식 전기 모터의 위상들을 점검하기 위한 방법이 공지되었다. 상기 점검할 전기 모터의 경우, 전기 모터의 각각의 모터 위상 내에 배치되는 각각 2개의 코일은 직렬로 연결된다. 위상 차단(phase interruption)을 신뢰성 있게 검출하기 위해, 전기 모터의 2개 이상의 정류 단계가 차례로 개시되면서, 각각의 정류 단계에서 전류 측정이 실행된다. 이 경우, 하나의 모터 위상에서 전류 측정 시 정전이 검출되면, 모터 위상의 차단이 추론된다.

그 밖에도, 각각의 모터 위상 내의 두 코일이 병렬로 연결되어 있는 전기 모터들도 있다. 그러나 병렬로 연결된 상기 코일의 결함 시, 계속하여 전류 흐름이 개시된다. 그 결과, 전기 모터는 여전히 작동하지만, 감소된 출력 용량으로만 작동한다. 이런 결함이 있는 전기 모터가 작동 가능한 전기 모터처럼 작동된다면, 전기 모터 상에서 중대한 2차 손상을 일으킬 수 있다.

따라서 본 발명의 과제는, 각각의 모터 위상 내에 모터의 2개의 스테이터 코일이 병렬로 연결되어 있는 전자 정류식 전기 모터에서 결함을 결정하기 위한 방법에 있어서, 비록 모터가 여전히 계속하여 작동하고 있더라도, 하나의 모터 위상 내의 결함이 신뢰성 있게 검출되는, 결함 결정 방법을 명시하는 것에 있다.

본 발명에 따라서, 상기 과제는, 3개의 모터 위상이 차례로 통전되고, 이러한 통전 중에 각각의 모터 위상 내에서 흐르는 전류가 측정되고, 3개의 모터 위상에서 측정된 전류들이 비교되며, 측정된 전류들이 서로 다르면 전기 모터의 결함이 판단되는 것을 통해 해결된다. 이 경우, 전류들의 편차는 각각의 연결에 따라서 양수 또는 음수일 수 있다. 그러나 모터 위상에 결함이 있다는 것, 다시 말하면 특히 각각의 모터 위상 내에서 병렬로 연결된 코일들 중 하나의 코일에 결함이 있다는 것은 항상 신뢰성 있게 추론된다. 3개의 모터 위상을 바로 연이어 측정하는 것을 통해 환경 영향들이 제거될 수 있고, 전류들에서 상대적으로 높은 차이는 직접 검출될 수 있다.

바람직한 방식으로, 제1 모터 위상에서 측정된 제1 전류가 다른 두 모터 위상에서 측정되는 두 전류와 다를 경우, 제1 모터 위상 내의 코일의 결함이 추론된다. 병렬 연결에서 코일에 결함이 있는 경우, 전류들에서 상대적으로 큰 차이가 발생한다. 그러나 이 경우 델타 회로(delta circuit)와 스타 회로(star circuit) 간에 구별되어야 한다.

한 구현예에서, 3개의 모터 위상의 델타 회로의 경우, 직접 모터 위상에 걸쳐서 측정된 전류가 직렬로 연결된 다른 두 모터 위상에 걸쳐서 함께 측정되는 전류보다 더 낮은 모터 위상은 결함이 있는 것으로서 판단된다. 이에 대한 원인은, 델타 회로의 경우 단자 저항이 모두 3개의 모터 위상의 값들로 계산된다는 점에 있다. 그 결과, 단자 저항은 모든 통전의 경우에 변동된다.

한 대안에서, 3개의 모터 위상의 스타 회로의 경우, 측정된 전류가 다른 두 모터 위상에서 별도로 측정된 전류보다 더 높은 모터 위상은 결함이 있는 것으로서 판단된다. 여기서 단자 저항은 바로 2개의 직렬로 연결된 위상에 상응하며, 그로 인해 결함이 있는 코일을 갖는 위상을 통과하여 흐르는 전류는 결함 없이 작동하는 코일들을 포함한 2개의 나머지 위상을 통과하여 흐르는 전류와 다른 방식으로 거동하게 된다.

한 변형예에서, 3개의 모터 위상은 전류 측정을 위해 동일한 전압을 공급받는다. 이는, 특히 전류 측정을 위해 결과적으로 측정된 전류들이 비교될 수 있도록 하기 위해 전기 모터의 3개의 모터 위상에 동일한 출력 조건들(output conditions)이 존재해야만 하기 때문에 중요하다.

한 개선예에서, 전기 모터는 결함의 확정 후에 비상 작동 모드로 전환된다. 상기 비상 작동 모드를 통해, 예컨대 과열을 통한 전기 모터의 추가 손상은 신뢰성 있게 방지될 수 있다.

한 실시예에서, 전류 측정을 위해, 진단 모드에서 모터 위상들의 점검을 실행하는 제어 유닛이 이용된다. 바람직한 방식으로 상기 제어 유닛은 전기 모터의 제어를 위해 제공되는 것과 동일한 제어 유닛이다. 이 경우, 제어 유닛 자체에는 개별 모터 위상들에서 전류 측정을 위해 이용되는 실험 저항기가 설치된다. 그 결과, 제안되는 방법은 전기 정류식 전기 모터에서 결함들을 확정할 수 있도록 하기에 특히 경제적인 방법을 나타낸다.

본 발명은 수많은 실시예를 허용한다. 그 중 하나의 실시예는 도면에 도시된 개별 도면들에 따라서 더 상세하게 설명된다.

도 1은 전기 유압식 커플링 시스템의 개략도이다.
도 2는 전기 모터의 모터 위상들의 델타 연결에 대한 실시예이다.
도 3은 전기 모터의 모터 위상들의 스타 연결에 대한 실시예이다.

동일한 특징들은 동일한 도면부호들로 식별 표시되어 있다.

도 1에는, 오늘날 자동차에서 이용되는 것과 같은 전기 유압식 커플링 시스템이 도시되어 있다. 상기 커플링 시스템은, 예컨대 DE 10 2010 047 801 A1로부터 공지된 것과 같은 정유압 액추에이터(1)를 포함한다. 상기 정유압 액추에이터(1)는 액추에이터 하우징(2)을 포함하며, 이 액추에이터 하우징 내에는 피스톤(3)이 이동 가능하게 배치된다. 피스톤(3)은 전기 정류식 전기 모터(4)에 의해 구동되며, 이 전기 모터는 제어 유닛(5)에 의해 출력단(6)을 통해 제어된다. 이 경우, 출력단(6)은 액추에이터 하우징(2) 내에 배치된다.

정유압 액추에이터(1)는, 유압 라인(7)을 통해, 커플링(9)을 이동시키는 슬레이브 실린더(8)와 연결된다. 커플링(9)의 위치의 조정은, 정유압 액추에이터(1) 내의 전기 모터(4)를 통한, 추가로 도시되지 않은 마스터 실린더 내에 배치되는 피스톤(3)의 구동을 기반으로 수행된다.

커플링(9)의 작동 중에, 전기 모터(4)는 제어 유닛(5)에 의해 정류 모드에서 제어되며, 전기 모터(4)는 3개의 위상(U; V; W)을 포함한다. 도 2에는, 예시로서, 전기 모터(4)의 모터 위상들(U, V, W)의 델타 연결이 도시되어 있다. 이 경우, 각각의 모터 위상(U, V, W)은 전기 모터(4)의 서로 병렬로 연결된 2개의 스테이터 코일(10, 11; 12, 13; 14, 15)을 포함한다. 이 경우, 코일들(10, 11; 12, 13; 14, 15)은 동일하면서 동일한 저항(R_sp)을 갖는다. 하나의 모터 위상(U, V, W)이 결함이 있는 코일 또는 정상 작동하는 코일(10, 11; 12, 13; 14, 15)을 포함하는지 그 각각의 여부에 따라서, 위상의 저항은 변동된다.

위상에 결함이 있는 경우 저항(R_Phase,def)은 하기 값이다.

정상 위상의 저항(R_Phase)은 하기 값에 상응한다.

전류 측정 동안, 예컨대 단자들(A 및 B) 사이에는 하기의 단자 저항(R_gesamt,1)이 작용한다.

단자들(A, C 또는 B, C) 사이에서 전류 측정 동안 획득되는 단자 저항(R_gesamt,2)은 하기 값이다.

옴 저항에 따라서 단자들(A 및 B) 사이에서 흐르는 전류(I_Leiter,1)는 하기 값이다.

단자들(A와 B) 사이에서 측정되지만, 그러나 2개의 모터 위상인 V(단자 B와 C) 및 W(단자 C와 A)에 걸쳐서 검출되는 전류(I_Leiter,2)는 하기 값이다.

결함이 있는 코일(10)이 그 내에 포함되어 있는 모터 위상(U)을 통과하여 흐르는 전류(I_Leiter,1)의 편차는 하기 값이다.

결함이 있는 코일(10)이 동일한 전압 조건에서 바로 단자들(A, B) 사이에 위치된다면, 저항은 3/2의 계수만큼 증가한다. 다른 두 경우 저항은 9/8의 계수만큼 증가한다. 그런 다음 3개의 위상이 차례로 통전된다면, 결함이 있는 코일(10)이 바로 단자들(A, B) 사이에 위치될 때 전류는 다른 두 모터 위상(V, W)이 측정되는 두 경우에서보다 1/3만큼 더 낮다.

도 3에 도시된 것과 같은 스타 회로의 경우, 단자점들(A, B, C) 사이의 단자 저항(R_gesamt)은 바로 2개의 직렬로 연결된 모터 위상(U, V, W)에 상응한다. 그런 다음, 상기 모터 위상들(U, V, W) 중 하나의 모터 위상에서 두 병렬 코일(10, 11) 중 하나의 코일에 결함이 있다면, 단자 저항(R_gesamt)은 3/2의 계수만큼 증가한다. 그에 따라, 모터 위상(U)에서 측정되는 전류(I_Leiter,1)는, 제어 전압이 변함없는 조건에서, 정상 상태에서의 전류(I_Leiter,2)의 2/3로 감소된다. 그런 다음, 3개의 모터 위상(U, V, W)이 차례로 통전되면, 결함이 있는 코일을 제외한 통전 중의 전류(I_Leiter,1)는, 다른 두 모터 위상(V, W)에 비해 결함이 있는 모터 위상(U)이 통전될 때보다 50%만큼 더 높다.

또한, 스타 연결의 경우에서도, 결함이 있는 위상의 저항(R_Phase,def)은 하기 값이 적용된다.

정상 위상의 저항(R_Phase)은 하기 값이다.

이 경우, 단자점들(B 및 C) 사이의 단자 저항(R_gesamt)은 하기 값에 상응한다.

결함이 있는 코일(10)을 포함한 병렬 회로가 각각 포함되어 있는 단자점들(A, B 및 A, C) 사이에서 측정되는 단자 저항(R_gesamt)은 하기 값이다.

정상 모터 위상(V)과 단자점들(B 및 C) 사이에서 측정되는 전류(I_Leiter,1)는 하기 값이다.

단자들(A, B 및 A, C) 사이에서 결함이 있는 코일 위상들에서 측정되는 전류는 하기 값이다.

이 경우, 전류들의 편차는 하기 값이다.

상기 방법에 의해, 각각의 모터 위상 내에 2개의 스테이터 코일의 병렬 회로를 포함하는 전자 정류식 전기 모터들의 경우에서도, 전기 모터가 결함 없이 작동하는지 그 여부가 신뢰성 있게 확정될 수 있다.

1: 정유압 액추에이터
2: 액추에이터 하우징
3: 피스톤
4: 전기 모터
5: 제어 유닛
6: 출력단
7: 유압 라인
8: 슬레이브 실린더
9: 커플링
10: 코일
11: 코일
12: 코일
13: 코일
14: 코일
A: 단자점
B: 단자점
C: 단자점
U: 모터 위상
V: 모터 위상
W: 모터 위상

Claims

각각의 모터 위상(U, V, W) 내에 전기 모터(4)의 하나 이상의 스테이터 코일(10, 11; 12, 13; 14, 15)이 병렬로 연결되어 있는 전자 정류식 전기 모터에서 결함을 결정하기 위한 방법으로서, 모터 위상(U, V, W)이 통전되고, 상기 모터 위상(U, V, W)을 통과하여 흐르는 전류가 측정되는, 전자 정류식 전기 모터에서 결함 결정 방법에 있어서,
3개의 모터 위상(U, V, W)은 차례로 통전되고, 이러한 통전 중에 발생하는 개별 모터 위상들(U, V, W)의 전류가 측정되고, 3개의 모터 위상(U, V, W)에서 측정되는 전류들은 서로 비교되며, 측정된 전류들이 서로 다르면 전기 모터(4)의 결함이 판단되는 것을 특징으로 하는, 전자 정류식 전기 모터에서 결함 결정 방법.
제1항에 있어서, 제1 모터 위상(U)에서 측정된 제1 전류가 다른 두 모터 위상(V, W)에서 측정된 두 전류와 다를 경우, 제1 모터 위상(U) 내의 코일(10)의 결함이 추론되는 것을 특징으로 하는, 전자 정류식 전기 모터에서 결함 결정 방법.
제2항에 있어서, 3개의 모터 위상(U, V, W)의 델타 회로의 경우, 직접 모터 위상(U)에 걸쳐서 측정된 전류가 직렬로 연결된 2개의 모터 위상(V, W)에 걸쳐서 측정되는 전류보다 더 낮은 모터 위상(U)이 결함이 있는 것으로서 판단되는 것을 특징으로 하는, 전자 정류식 전기 모터에서 결함 결정 방법.
제2항에 있어서, 3개의 모터 위상(U, V, W)의 스타 회로의 경우, 측정된 전류가 다른 두 모터 위상(V, W)에서 별도로 측정된 전류보다 더 높은 모터 위상(U)이 결함이 있는 것으로서 판단되는 것을 특징으로 하는, 전자 정류식 전기 모터에서 결함 결정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 3개의 모터 위상(U, V, W)은 전류 측정을 위해 동일한 전압을 공급받는 것을 특징으로 하는, 전자 정류식 전기 모터에서 결함 결정 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 모터(4)는 결함의 확정 후에 비상 작동 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는, 전자 정류식 전기 모터에서 결함 결정 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 측정을 위해, 진단 모드에서 모터 위상들(U, V, W)의 점검을 실행하는 제어 유닛(5)이 이용되는 것을 특징으로 하는, 전자 정류식 전기 모터에서 결함 결정 방법.