WO2010046156A1 - Verfahren zum betreiben einer elektrischen dreh- oder wanderfeldmaschine - Google Patents

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WO2010046156A1
WO2010046156A1 PCT/EP2009/060883 EP2009060883W WO2010046156A1 WO 2010046156 A1 WO2010046156 A1 WO 2010046156A1 EP 2009060883 W EP2009060883 W EP 2009060883W WO 2010046156 A1 WO2010046156 A1 WO 2010046156A1
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bridge
field machine
traveling field
shut down
rotary
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PCT/EP2009/060883
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Ekkehard Hoffmann
Rolf Jaros
Ulrich Vollmer
Eckart Mayer
Dirk Lamprecht
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Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • 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
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • 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
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation

Definitions

  • the present invention relates to a method of operating an electric rotary or traveling field machine, to a controller for a converter for a rotary electric or traveling field machine, to an inverter for a rotary electric or traveling field machine and to a computer program.
  • Electric drives are becoming increasingly popular due to economic and technological advantages, also as actuators or servo drives and increasingly also in safety-relevant applications. Examples are the electric power steering EPS and actuators for actuating or assisting the actuation of a vehicle brake, a gearbox, a clutch or an assembly on an internal combustion engine in a motor vehicle. Even with watercraft and aircraft electric actuators are already widely used.
  • DE 199 47 476 A1 describes a converter for the conversion of electrical energy with an offset control of half bridges to minimize the required capacity of a DC link capacitor.
  • US 2004/01 13575 A1 describes an electric motor device for a steering system of a vehicle, in whose stator at least two groups of windings are provided.
  • US 2006/0067022 A1 describes a fail-safe system for an electric power steering system of a vehicle, in which two inverters and two sets of stator windings are provided. If a malfunction occurs on an inverter, the power to this inverter will be cut off. Furthermore, an electric motor is described, whose two windings are each assigned to an inverter. In the case of a defect, the affected inverter is shut down.
  • Various embodiments of the present invention are based on the idea, in the case of a defect in a converter with a plurality of half bridges, on a winding of a rotary or traveling field machine or on a transmission device that connects a winding with a half bridge, shut down individual half bridges and to shut down an entire converter only if it is not possible to operate one or more half-bridges of the converter.
  • the present invention is also based on the finding that in the case of many defects only individual half-bridges have to be shut down, but not entire partial converters comprising a plurality of half-bridges.
  • the shutdown of a half bridge means, for example, that individual switches of the half bridge, so far as they can be controlled, remain in the open, high-resistance position.
  • a half-bridge is shut down when a switch of the half-bridge can not be opened or its electrical resistance no longer exceeds a predetermined threshold.
  • a reduced or reduced duty cycle of the pulse width modulation is used for a half-bridge when a winding assigned to the half-bridge has a reduced inductance.
  • the half-bridge can continue to operate limited.
  • a half-bridge is shut down when one of the half-bridge associated winding has a short circuit or one of the half-bridge associated transmission device is defective.
  • the converter comprises several partial converters, each of which comprises a plurality of half bridges, it is advantageous for many applications to shut down a partial converter only if operation of one or more half bridges of the partial converter is not possible.
  • a controller for a converter for a rotating or traveling electric machine comprises a device for detecting a defect of a half bridge or an electrical device connected to a half bridge, an input device. direction to shut down or restricted operation of a half-bridge and means for deciding which half-bridge is to be shut down or restricted, depending on which half-bridge has a defect or is connected to a defective electrical device.
  • the decision-making device is coupled with the device for detecting a defect and with the device for decommissioning.
  • the controller may be part of an inverter for a rotating or traveling electric machine or may include an interface for connecting the controller to an inverter.
  • the present invention can be used for example for permanent magnet excited or hybrid excited electric rotary or traveling field machines or for reluctance motors.
  • the present invention is also particularly, but not exclusively, applicable to rotary or traveling field machines which are part of an actuator, for example for steering a vehicle.
  • Figure 1 is a schematic representation of an electric rotary or traveling field machine with inverter and control
  • Figure 2 is a schematic circuit diagram of an electric rotary or traveling field machine with a converter
  • FIG. 3 shows a schematic flowchart of a method for operating an electric rotary or traveling field machine.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electric rotary or traveling field machine 10, an inverter 40 and a controller 50 for the inverter 40.
  • the electric rotary or traveling field machine is a permanent magnet excited, hybrid excited or electrically excited rotary or traveling field machine or a reluctance motor, in the case of It can be an internal or external rotor.
  • the electric rotary or traveling field machine 10 may be a synchronous or asynchronous machine. In the case of a traveling field machine or a linear motor, windings operated by the converter 40 may be arranged in the short or in the long part, in the stationary part or in the moving part.
  • the electric rotary or traveling field machine can be designed for a motor and / or for a generator operation.
  • the electric rotary or traveling field machine 10 may be part of an actuator in a track-bound or non-track-bound land vehicle, a watercraft, an aircraft, or a stationary industrial or non-industrial application.
  • the rotary or traveling field machine 10 may be part of an electric power steering or a steer-by-wire system.
  • the electric rotary or traveling field machine can be part of a drive and / or a braking device of a tracked or non-trackbound land vehicle or a watercraft.
  • the electric rotary or traveling field machine may be part of a drive of a hybrid vehicle or an electric vehicle with an accumulator or fuel cells.
  • the electric rotary or traveling field machine is connected via a first group 21 of transmission devices to a first partial converter 41 of the converter 40 and via a second group 22 of transmission devices to a second partial converter 42 of the converter 40.
  • a first current sensor 31 is arranged on the first group 21 of transmission devices, and a second current sensor 32 is arranged on the second group 22 of transmission devices.
  • An angle sensor 33 (in the case of a rotary electric field machine) or a position sensor 33 (in the case of an electric rotary field machine) is provided on the electric rotary or traveling field machine. see traveling field machine).
  • the current sensors 31, 32 or the angle or location sensor 33 can also be omitted and replaced by a corresponding estimation method.
  • a controller 50 includes a control signal input 51 for receiving a control signal, for example, a desired value to be set by the electric induction machine 10 angle to be approached by the electric traveling field machine 10, an acceleration to be generated, a speed to be generated, a torque to be generated or a pretends to be generated force. Furthermore, the controller 50 includes an interface 53 for coupling the controller 50 to the inverter 40. The interface 53 of the controller 50 is coupled to the first component converter 41 via a first signal path 54 and to the second component converter 42 via a second signal path 55.
  • the controller 50 comprises a device 56 for detecting a defect of a half-bridge or an electrical device connected to a half-bridge, means 57 for shutting down or restricted operation of a half-bridge, and means 58 for deciding which half-bridge is to be shut down or restrictedly operated.
  • the controller 50 may include other digital or analog circuits not shown in FIG.
  • the device 56 for detecting a defect is coupled to the interface 53 and with the sensors 31, 32, 33 and designed to be a defect of a half-bridge or connected to a half-bridge electrical device, in particular a transmission device or a winding of the electrical rotary or Traveling field machine 10, to detect, identify or locate. If an estimation method is used instead of or in addition to current, angle or position sensors, the device 56 is furthermore connected to a device, not shown in FIG. 1, for carrying out this estimation method. Alternatively, the device 56 is designed to carry out the estimation process.
  • the device 57 for decommissioning or restricted operation is coupled to the interface 53 to shut down or operate a half-bridge or even a plurality of half-bridges of the inverter 40.
  • the device 58 for deciding is coupled to the device 56 for detecting a defect and to the device 51 for decommissioning or restricted operation of a half-bridge and designed to decide on the basis of an identified, identified and / or localized defect by the device 56, which half-bridge of the inverter 40 is to be shut down or operated in a restricted manner.
  • the device 57 for decommissioning is designed to receive and implement the result of this decision.
  • the means 56 for detecting, the means 55 for decommissioning or restricted operation and the means 58 for deciding may be partially or completely integrated.
  • it may be implemented by a processor or other digital circuitry that implements the capabilities of the capture device 56, the shutdown or restricted device 57, and the device 58 for decision in the form of software, firmware, hardware, or otherwise ,
  • the controller 51 is designed to control half bridges of the partial inverters 41, 42 and to control or carry out a method for operating an electric rotary or traveling field machine, depending on a control signal received at the control signal input 51 via the interface 53 and the signal paths 54, 55 it will be described in more detail below with reference to FIG.
  • the controller 50 is in particular coupled to the current sensors 31, 32 and the angle or position sensor 33.
  • the controller 50 is coupled to other sensors, which are not shown in Fig. 1, for example, with current, voltage, magnetic field or temperature sensors on or in the electric rotary or traveling machine 10 and / or on or in the Inverter 40 and / or at the transmission facilities between the rotary or traveling field machine 10 and the inverter 40th FIG.
  • the electric rotary or traveling field machine 10 comprises a plurality of windings 1 1, 12, 13, 14, 15, 16 Generation of magnetic fields, which are all connected on one side to a star point 19. Instead of a winding in each case several windings can be connected in series or in parallel. The number of windings may differ altogether from that shown in FIG. 2. Instead of a common star point 19, several star points can be provided, via which only one group of the windings 11, 12, 13, 14, 15, 16 are connected to one another.
  • Each of the partial inverters 41, 42 comprises a plurality of half-bridges 71, 72, 73, 74, 75, 76.
  • Each half-bridge 71, 72, 73, 74, 75, 76 comprises two switches 81, 82 connected in series (reference numerals represent only the half-bridge 71).
  • the switches 81, 82 are also referred to as high-side switches or low-side switches.
  • Each switch 81, 82 comprises, for example, a power field-effect transistor, another transistor, a thyristor or a plurality of such components.
  • each half bridge 71, 72, 73, 74, 75, 76 can comprise further components which are not shown in FIG. 2, for example free-running diodes.
  • Each half-bridge 71, 72, 73, 74, 75, 76 is associated with a winding 1 1, 12, 13, 14, 15, 16. Each winding 1 1, 12, 13, 14, 15, 16 is connected between a node between the two switches 81, 82 of the associated half-bridge 71, 72, 73, 74, 75, 76 on the one hand and the star point 19 on the other hand.
  • a first switch 81 is connected between a first terminal 46 of the converter 40 and the associated winding 1 1, 12, 13, 14, 15, 16, while a second Switch 82 between a second terminal 47 of the inverter 40 and the associated winding 11, 12, 13, 14, 15, 16 is connected.
  • the inverter 40 may further comprise other circuits, which are not shown in Fig. 2, for example, a rectifier whose output instead of the terminals 46, 47 with the sept Vietnamesekondensa- tor 43 and the half-bridges 71, ..., 76 is connected. Overall, the inverter 40 may be configured to convert DC or AC voltage with any predetermined number of phases into AC with any predetermined number of phases.
  • Transmission devices 23, 24, 25 of the first group 21 connect the half bridges 71, 72, 73 of the first subcircuit 41 with the associated windings 11, 12, 13.
  • Transmission devices 26, 27, 28 of the second group 22 connect the half bridges 74, 75, 76 of the second partial converter 42 with the associated windings 14, 15, 16.
  • a group 21 and 22 of Transmission device 23, 24, 25 and 26, 27, 28 are assigned to be provided a common star point.
  • the inverter 40 may include more than two sub-inverters 41, 42.
  • Each partial converter 41, 42 may comprise two, three or more half-bridges 71, 72, 73, 74, 75, 76.
  • the signal paths 54, 55 shown above with reference to FIG. 1 are connected to the switches 81, 82 of the half bridges 71, 72, 73, 74, 75, 76 and designed for their control, but not shown in FIG. 2 for reasons of clarity ,
  • FIG. 3 shows a schematic flow diagram of a method for operating an electric rotary or traveling field machine.
  • this method is also applicable to electrical rotary or traveling field machines, feasible by means of converters and controllable by controls, which differ from the electric rotary or traveling field machine, the inverter and the control, as shown schematically in Figs. 1 and 2 are, are subsequently By way of example, reference numerals of FIGS. 1 and 2 are used to facilitate understanding.
  • a first step 101 half bridges 71, 72, 73, 74, 75, 76 of a converter and / or windings 11, 12, 13, 14, 15, 16 of the electric rotary or traveling field machine and / or transmission devices 21, 22 , which connect the half bridges 71, 72, 73, 74, 75, 76 with the windings 1 1, 12, 13, 14, 15, 16, checked for defects.
  • this is done, for example, by the means 56 for detecting a defect by means of data and information generated by sensors 31, 32, 33 in and on the electric rotary or traveling field machine 10, the transmission devices 21, 22 and the inverter 40 are obtained. It may be advantageous if the defect is simultaneously identified as accurately as possible and localized as much as possible.
  • a defect it is determined whether a defect was detected or detected in the first step 101. If there is no defect, a normal operation is selected in a second step 103, in which all windings of the electrical rotary or traveling field machine 10 and all half bridges 71, 72, 73, 74, 75, 76 of the inverter 40 are operated without restriction. In particular, for example, currents up to a predetermined upper limit and duty cycles up to 100% or up to another predetermined upper limit are permitted.
  • a defect was detected or detected in the first step 101, it is determined in a second decision 104, depending on the type of defect, whether a limitation of the current in a winding 11, 12, 13, 14, 15, 16 and the associated half-bridge 71, 72, 73, 74, 75, 76 is sufficient to safely operate the electric rotary or traveling field machine 10 and the inverter 40 can continue.
  • a safe Betheb is assumed in particular if there is no risk of damage to other components or damage or injury to a user.
  • a half-bridge is determined at a third step 105, by means of which a stream is to limit.
  • a fourth step 106 the duty cycle of a pulse width modulation is reduced by the half bridge determined in the third step 105. If, for example, a reduced inductance of a winding 1 1, 12, 13, 14, 15, 16 was detected in the first step 101 (for example due to a short circuit of adjacent windings of the winding), the duty cycle or an upper limit of the duty cycle becomes that of the winding 1 1, 12, 13, 14, 15, 16 assigned half bridge 71, 72, 73, 74, 75, 76 fixed.
  • a third decision 107 determines whether it is sufficient to shut down one or more individual half-bridges 71, 72, 73, 74, 75, 76. If this is the case, at a fifth step 108, a half-bridge to be decommissioned is determined and this half-bridge is shut down at a sixth step 109. If, for example, a winding 1 1, 12, 13, 14, 15, 16 has a short circuit or an inductance which is below a predetermined threshold value, the winding 1 1, 12, 13, 14, 15, 16 associated half bridge 71, 72, 73, 74, 75, 76 shut down.
  • a transmission device 21, 22 is defective, for the defective line associated half-bridge 71, 72, 73, 74, 75, 76.
  • a switch 81, 82 of a half bridge 71, 72, 73 , 74, 75, 76 can no longer be opened or its ohmic resistance remains below a predetermined threshold value.
  • a partial converter 41, 42 with a plurality of half bridges 71, 72, 73 or 74, 75, 76 is shut down in a seventh step 1 10. It is advantageous to shut down an entire partial converter 41, 42 only when operation of one or more half bridges 71, 72, 73, 74, 75, 76 of the partial converter 41, 42 is no longer possible safely.
  • the fourth step 106, the sixth step 109 or the seventh step 1 10 is followed by an eighth step 1 1 1, in which a warning signal is generated.
  • the warning signal shows, for example, alphanumeric or other optical or acoustically to a user or operator that there is a defect in the electric rotary or traveling field machine 10, the inverter 40 or the transmission devices 21, 22.
  • the warning signal generated in the eighth step 1 1 1 is stored for a later diagnosis.
  • the steering is provided at a ninth step 1 12 or provided supportive or a location of the steering.
  • the described steps and decisions may be periodically repeated during operation of the electric rotary or traveling field machine. If a defect has been detected or detected during a repetition, due to the fact that the operation is only minimally restricted at all times, an erroneously detected defect can later be detected, for example as a sensor error, and for example
  • the warning signal can nevertheless be stored for a later diagnosis.
  • the steps and decisions of the described method can be carried out in a different order or in combination.
  • the first step 101 of checking for defects and the first decision 102 relating to a step of detecting a defect may be summarized.
  • a defect can also be detected in other ways.
  • the step of detecting a defect or the first step 101 and the first decision 102 may be performed by or with the means 56 for detecting a defect.
  • the third step 105 and the fifth step 108 may be performed by or with the means 58 for decision.
  • the second decision 104 and the third decision 107 may also be performed by or with the means 58 for decision.
  • the fourth step 106 and / or the sixth step 109 may be performed by or with the shutdown device 57.
  • the present invention is implementable as a method or computer program with program code for carrying out or controlling such a method when the computer program runs on a computer or a processor.
  • the invention as a computer program product with on a machine-readable carrier (for example, a ROM, EPROM, EEPROM or Flash memory, a CD-ROM, DVD, HD-DVD, Blue-Ray DVD, Diskette or hard disk) or program code stored in the form of firmware for performing one of said methods when the computer program product runs on a computer, computer or processor.
  • the present invention can be used as a digital storage medium (for example, ROM, EPROM, EEPROM or flash memory, CD-ROM, DVD, HD-DVD, Blu-Ray DVD, floppy or hard disk) with electronically readable control signals, the like can be implemented with a programmable computer or processor system that performs one of the described methods.
  • a digital storage medium for example, ROM, EPROM, EEPROM or flash memory, CD-ROM, DVD, HD-DVD, Blu-Ray DVD, floppy or hard disk
  • electronically readable control signals the like can be implemented with a programmable computer or processor system that performs one of the described methods.
  • controller 50 may be implemented in the controller 50, wherein the controller 50 is configured, for example, to perform any of the described methods, or wherein the controller 50 includes a computer program, computer program product or digital storage medium, such as they were described in the preceding paragraph.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine(10) mittels eines Umrichters (40) mit einer Mehrzahl von Halbbrücken (71, 72, 73, 74, 75, 76), wobei jeder Halbbrücke (71, 72, 73, 74, 75, 76) eine Wicklung (11, 12, 13, 14, 15, 16) der Dreh- oder Wanderfeldmaschine (10) und eine Übertragungseinrichtung (23, 24, 25, 26, 27, 28), welche die Halbbrücke (71, 72, 73, 74, 75, 76) mit der Wicklung (11, 12, 13, 14, 15, 16) verbindet, zugeordnet ist, wird ein Defekts an einer Halbbrücke (71, 72, 73, 74, 75, 76) oder an einer Wicklung (11, 12, 13, 14, 15, 16) der Dreh- oder Wanderfeldmaschine (10) oder an einer Übertragungseinrichtung (23, 24, 25, 26, 27, 28) erfasst. Eine Halbbrücke (71, 72, 73, 74, 75, 76), die eingeschränkt betrieben oder stillgelegt werden muss, um die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine (10) weiter betreiben zu können, wird bestimmt. Die bestimmten Halbbrücke (71, 72, 73, 74, 75, 76) wird eingeschränkt betrieben oder stillgelegt.

Description

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmasch ine
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine, auf eine Steuerung für einen Umrichter für eine elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine, auf einen Umrichter für eine elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine und auf ein Computer- Programm.
Stand der Technik
Elektrische Antriebe finden aufgrund ökonomischer und technologischer Vorteile immer weitere Verbreitung, auch als Stellantriebe oder Servoantriebe und zunehmend auch in sicherheitsrelevanten Anwendungen. Beispiele sind die elektrische Servolenkung (engl.: electric power steering EPS) und Stellantriebe zur Betätigung oder Unterstützung der Betätigung einer Fahrzeugbremse, eines Wechselgetriebes, einer Kupplung oder einer Baugruppe an einem Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug. Auch bei Wasserfahrzeugen und Luftfahrzeugen sind elektrische Stellantriebe bereits weit verbreitet.
Die DE 199 47 476 A1 beschreibt einen Umrichter für die Umformung elektrischer Energie mit einer versetzten Ansteuerung von Halbbrücken zur Minimierung der erforderlichen Kapazität eines Zwischenkreiskondensators. Die US 2004/01 13575 A1 beschreibt eine Elektromotorvorrichtung für eine Lenkung eines Fahrzeugs, in deren Stator mindestens zwei Gruppen von Wicklungen vorgesehen sind. Die US 2006/0067022 A1 beschreibt ein fail-safe-System für eine elektrische Servolenkung eines Fahrzeugs, bei der zwei Inverter und zwei Sätze von Statorwicklungen vorgesehen sind. Wenn eine Fehlfunktion an einem Inverter auftritt, wird der Strom zu diesem Inverter unterbrochen. Ferner ist ein Elektromotor beschrieben, dessen zwei Wicklungen jeweils einem Inverter zugeordnet sind. Im Fall eines Defekts wird der betroffene Inverter stillgelegt.
Die herkömmliche Stillegung eines ganzes Inverters im Falle eines Defekts reduziert die Leistungsfähigkeit des elektrischen Stellantriebs erheblich. Bei einem typischen Aufbau des Umrichters aus zwei Invertern gehen im Fall eines Defekts mindestens 50 % der Leistungsfähigkeit verloren. Dies kann beispielsweise im Fall einer Servolenkung eines Fahrzeugs nicht nur einen Komfortverlust, sondern auch einen erheblichen Verlust an Sicherheit bedeuten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine, eine ver- besserte Steuerung für einen Umrichter für eine elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine, einen verbesserten Umrichter für eine elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine und ein verbessertes Computer-Programm zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegende Erfindung beruhen auf der Idee, im Fall eines Defekts an einem Umrichter mit einer Mehrzahl von Halbbrü- cken, an einer Wicklung einer Dreh- oder Wanderfeldmaschine oder an einer Übertragungseinrichtung, die eine Wicklung mit einer Halbbrücke verbindet, einzelne Halbbrücken stillzulegen und einen ganzen Teilumrichter nur noch dann stillzulegen, wenn ein Betrieb von einer oder mehreren Halbbrücken des Teilumrichters nicht möglich ist. Die vorliegende Erfindung beruht auch auf der Erkennt- nis, dass bei vielen Defekten nur einzelne Halbbrücken stillgelegt werden müssen, nicht jedoch ganze Teilumrichter aus mehreren Halbbrücken. Das Stilllegen einer Halbbrücke bedeutet beispielsweise, dass einzelne Schalter der Halbbrücke, so- weit sie gesteuert werden können, in der geöffneten, hochohmigen Stellung bleiben.
Bei einem Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldma- schine mittels eines Umrichters mit einer Mehrzahl von Halbbrücken, wobei jeder Halbbrücke eine Wicklung der Dreh- oder Wanderfeldmaschine und eine Übertragungseinrichtung, welche die Halbbrücke mit der Wicklung verbindet, zugeordnet ist, wird ein Defekt an einer Halbbrücke oder an einer Wicklung der Dreh- oder Wanderfeldmaschine oder an einer Übertragungseinrichtung erfasst. Eine HaIb- brücke, die eingeschränkt betrieben oder stillgelegt werden muss, um die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine weiter betreiben zu können, wird bestimmt und anschließend eingeschränkt betrieben oder stillgelegt.
Beispielsweise wird eine Halbbrücke stillgelegt, wenn ein Schalter der Halbbrücke nicht mehr geöffnet werden kann bzw. sein elektrischer Widerstand einen vorbestimmten Schwellenwert nicht mehr überschreitet. Beispielsweise wird für eine Halbbrücke ein eingeschränkter bzw. reduzierter Tastgrad der Pulsweitenmodulation verwendet, wenn eine der Halbbrücke zugeordnete Wicklung eine reduzierte Induktivität aufweist. Damit kann die Halbbrücke eingeschränkt weiter betrieben werden. Beispielsweise wird eine Halbbrücke stillgelegt, wenn eine der Halbbrücke zugeordnete Wicklung einen Kurzschluss aufweist oder eine der Halbbrücke zugeordnete Übertragungseinrichtung defekt ist. Für viele Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn alle Halbbrücken, die nicht eingeschränkt betrieben oder stillgelegt werden müssen, uneingeschränkt weiter betrieben werden. Wenn der Umrich- ter mehrere Teilumrichter umfasst, die jeweils mehrere Halbbrücken umfassen, ist es für viele Anwendungen vorteilhaft, einen Teilumrichter nur dann stillzugelegen, wenn ein Betrieb einer oder mehrerer Halbbrücken des Teilumrichters nicht möglich ist.
Eine Steuerung für einen Umrichter für eine elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine umfasst eine Einrichtung zum Erfassen eines Defekts einer Halbbrücke oder einer mit einer Halbbrücke verbundenen elektrischen Einrichtung, eine Ein- richtung zum Stilllegen oder eingeschränktem Betreiben einer Halbbrücke und eine Einrichtung zum Entscheiden, welche Halbbrücke stillzulegen oder eingeschränkt zu betreiben ist, in Abhängigkeit davon, welche Halbbrücke einen Defekt aufweist oder mit einer defekten elektrischen Einrichtung verbunden ist. Die Ein- richtung zum Entscheiden ist mit der Einrichtung zum Erfassen eines Defekts und mit der Einrichtung zum Stilllegen gekoppelt.
Die Steuerung kann Teil eines Umrichters für eine elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine sein oder eine Schnittstelle zum Verbinden der Steuerung mit einem Umrichter umfassen.
Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise für permanentmagneterregte oder hybriderregte elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschinen oder auch für Reluktanzmotoren verwendbar. Die vorliegende Erfindung ist ferner insbesondere, aber nicht ausschließlich bei Dreh- oder Wanderfeldmaschinen anwendbar, die Teil eines Stellantriebs, beispielsweise für eine Lenkung eines Fahrzeugs, sind.
Kurzbeschreibung der Figuren
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine mit Umrichter und Steuerung;
Figur 2 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine mit einem Umrichter; und
Figur 3 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine.
Beschreibung der Ausführungsformen Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10, eines Umrichters 40 und einer Steuerung 50 für den Umrichter 40. Die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine ist eine permanentmagneterregte, hybriderregte oder elektrischerregte Dreh- oder Wanderfeldmaschine oder ein Reluktanzmotor, im Fall einer Drehfeldmaschine kann sie ein Innen- oder Außenläufer sein. Die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10 kann eine Synchron- oder Asynchronmaschine sein. Im Fall einer Wanderfeldmaschine bzw. eines Linearmotors können durch den Umrichter 40 betriebene Wicklungen im kurzen oder im langen Teil, im ruhenden oder im bewegten Teil angeordnet sein. Die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine kann für einen motorischen und/oder für einen generatorischen Betrieb ausgebildet sein.
Die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10 kann Bestandteil eines Stellantriebs in einem spurgebundenen oder nicht spurgebundenen Landfahrzeug, ei- nem Wasserfahrzeug, einem Luftfahrzeug oder einer stationären industriellen oder nicht-industriellen Anwendung sein. Insbesondere kann die Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10 Bestandteil einer elektrischen Servolenkung oder eines Steer-by- Wire-Systems sein. Ferner kann die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine Bestandteil eines Antriebs und/oder einer Bremseinrichtung eines spurgebunde- nen oder nicht-spurgebundenen Landfahrzeugs oder eines Wasserfahrzeugs sein. Insbesondere kann die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine Bestandteil eines Antriebs eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs mit einem Akkumulator oder Brennstoffzellen sein.
Die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine ist über eine erste Gruppe 21 von Übertragungseinrichtungen mit einem ersten Teilumrichter 41 des Umrichters 40 und über eine zweite Gruppe 22 von Übertragungseinrichtungen mit einem zweiten Teilumrichter 42 des Umrichters 40 verbunden. An der ersten Gruppe 21 von Übertragungseinrichtungen ist ein erster Stromsensor 31 , an der zweiten Gruppe 22 von Übertragungseinrichtungen ist ein zweiter Stromsensor 32 angeordnet. An der elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine ist ein Winkelsensor 33 (im Fall einer elektrischen Drehfeldmaschine) bzw. ein Ortssensor 33 (im Fall einer elektri- sehen Wanderfeldmaschine) angeordnet. Die Stromsensoren 31 , 32 oder der Winkel- bzw. Ortssensor 33 kann auch entfallen und durch ein entsprechendes Schätzverfahren ersetzt werden.
Eine Steuerung 50 umfasst einen Steuersignaleingang 51 zum Empfangen eines Steuersignals, das beispielsweise einen Sollwert einer von der elektrischen Drehfeldmaschine 10 einzustellenden Winkel, eines von der elektrischen Wanderfeldmaschine 10 anzufahrenden Orts, einer zu erzeugenden Beschleunigung, einer zu erzeugenden Geschwindigkeit, eines zu erzeugenden Drehmoments oder einer zu erzeugenden Kraft vorgibt. Ferner umfasst die Steuerung 50 eine Schnittstelle 53 zum Koppeln der Steuerung 50 mit dem Umrichter 40. Die Schnittstelle 53 der Steuerung 50 ist über einen ersten Signalweg 54 mit dem ersten Teilumrichter 41 und über einen zweiten Signalweg 55 mit dem zweiten Teilumrichter 42 gekoppelt. Ferner umfasst die Steuerung 50 eine Einrichtung 56 zum Erfassen eines Defekts einer Halbbrücke oder einer mit einer Halbbrücke verbundenen elektrischen Einrichtung, eine Einrichtung 57 zum Stilllegen oder eingeschränktem Betreiben einer Halbbrücke und eine Einrichtung 58 zum Entscheiden, welche Halbbrücke stillzulegen oder eingeschränkt zu betreiben ist. Die Steuerung 50 kann weitere digitale oder analoge Schaltungen umfassen, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind.
Die Einrichtung 56 zum Erfassen eines Defekts ist mit der Schnittstelle 53 und mit den Sensoren 31 , 32, 33 gekoppelt und ausgebildet, um einen Defekt einer Halbbrücke oder einer mit einer Halbbrücke verbundenen elektrischen Einrichtung, insbesondere einer Übertragungseinrichtung oder einer Wicklung der elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10, zu erfassen, zu identifizieren oder zu lokalisieren. Wenn anstelle von Strom-, Winkel- oder Ortssensoren oder zusätzlich zu diesen ein Schätzverfahren verwendet wird, ist die Einrichtung 56 ferner mit einer in Figur 1 nicht dargestellten Einrichtung zur Ausführung dieses Schätzverfahrens verbunden. Alternativ ist die Einrichtung 56 zur Ausführung des Schätzverfahrens ausgebildet. Die Einrichtung 57 zum Stilllegen oder eingeschränkten Betreiben ist mit der Schnittstelle 53 gekoppelt, um eine Halbbrücke oder auch mehrere Halbbrücken des Umrichters 40 stillzulegen oder eingeschränkt zu betreiben. Die Einrichtung 58 zum Entscheiden ist mit der Einrichtung 56 zum Erfassen eines Defekts und mit der Einrichtung 57 zum Stilllegen oder eingeschränktem Betreiben einer Halbbrücke gekoppelt und ausgebildet, um anhand eines durch die Einrichtung 56 er- fassten, identifizierten und/oder lokalisierten Defekts zu entscheiden, welche Halbbrücke des Umrichters 40 stillzulegen oder eingeschränkt zu betreiben ist. Die Einrichtung 57 zum Stilllegen ist ausgebildet, um das Ergebnis dieser Entschei- düng zu empfangen und umzusetzen.
Die Einrichtung 56 zum Erfassen, die Einrichtung 57 zum Stilllegen oder eingeschränkten Betreiben und die Einrichtung 58 zum Entscheiden können teilweise oder vollständig integriert sein. Beispielsweise könne sie durch einen Prozessor oder eine andere digitale Schaltung realisiert sein, die die Funktionalitäten der Einrichtung 56 zum Erfassen, der Einrichtung 57 zum Stilllegen oder eingeschränkten Betreiben und der Einrichtung 58 zum Entscheiden in Form von Software, Firmware, Hardware oder auf andere Weise implementiert.
Die Steuerung 51 ist ausgebildet, um abhängig von einem am Steuersignaleingang 51 empfangenen Steuersignal über die Schnittstelle 53 und die Signalwege 54, 55 Halbbrücken der Teilumrichter 41 , 42 zu steuern und ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine zu steuern oder auszuführen, wie es unten mit Bezug auf die Fig. 3 näher beschrieben wird. Dazu ist die Steuerung 50 insbesondere mit den Stromsensoren 31 , 32 und dem Winkel- oder Ortssensor 33 gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuerung 50 mit weiteren Sensoren gekoppelt, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind, beispielsweise mit Strom-, Spannungs-, Magnetfeld- oder Temperatursensoren an oder in der elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10 und/oder an oder in dem Umrich- ter 40 und/oder an den Übertragungseinrichtungen zwischen der Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10 und dem Umrichter 40. Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm der bereits oben anhand der Fig. 1 skizzierten elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10 und des Umrichters 40. Die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10 umfasst mehrere Wicklungen 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 zum Erzeugen von Magnetfeldern, die alle ein- seitig mit einem Sternpunkt 19 verbunden sind. Anstelle einer Wicklung können jeweils mehrere Wicklungen in Serie oder parallel geschaltet sein. Die Anzahl der Wicklungen kann insgesamt von der in Fig. 2 dargestellten abweichen. Anstelle eines gemeinsamen Sternpunkts 19 können mehrere Sternpunkte vorgesehen sein, über die jeweils nur eine Gruppe der Wicklungen 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 mit- einander verbunden sind.
Jeder der Teilumrichter 41 , 42 umfasst mehrere Halbbrücken 71 , 72, 73, 74, 75, 76. Jede Halbbrücke 71 , 72, 73, 74, 75, 76 umfasst zwei in Serie geschaltete Schalter 81 , 82 (Bezugszeichen stellvertretend nur an der Halbbrücke 71 ). Die Schalter 81 , 82 werden auch als High-Side-Schalter bzw. Low-Side-Schalter bezeichnet. Jeder Schalter 81 , 82 umfasst beispielsweise einen Leistungs- Feldeffekttransistor, einen anderen Transistor, einen Thyristor oder eine Mehrzahl solcher Bauelemente. Ferner kann jede Halbbrücke 71 , 72, 73, 74, 75, 76 weitere Bauelemente umfassen, die in Fig. 2 nicht dargestellt sind, beispielsweise Frei- laufdioden.
Jeder Halbbrücke 71 , 72, 73, 74, 75, 76 ist eine Wicklung 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 zugeordnet. Jede Wicklung 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 ist zwischen einen Knoten zwischen den beiden Schaltern 81 , 82 der zugeordneten Halbbrücke 71 , 72, 73, 74, 75, 76 einerseits und den Sternpunkt 19 andererseits geschaltet. In jeder Halbbrücke 71 , 72, 73, 74, 75, 76 ist ein erster Schalter 81 zwischen einen ersten An- schluss 46 des Umrichters 40 und die zugeordnete Wicklung 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 geschaltet, während ein zweiter Schalter 82 zwischen einen zweiten Anschluss 47 des Umrichters 40 und die zugeordnete Wicklung 11 , 12, 13, 14, 15, 16 geschaltet ist. Zwischen die Anschlüsse 46, 47 des Umrichters 40 ist ein Zwischenkreiskonden- sator 43 geschaltet. Der Umrichter 40 kann darüber hinaus weitere Schaltungen umfassen, die in Fig. 2 nicht dargestellt sind, beispielsweise einen Gleichrichter, dessen Ausgang anstelle der Anschlüsse 46, 47 mit dem Zwischenkreiskondensa- tor 43 und den Halbbrücken 71 , ..., 76 verbunden ist. Insgesamt kann der Umrichter 40 zum Umrichten von Gleich- oder Wechselstrom/-Spannung mit einer beliebigen vorbestimmten Anzahl an Phasen in Wechselstrom mit einer beliebigen vorbestimmten Anzahl an Phasen ausgebildet sein.
Übertragungseinrichtungen 23, 24, 25 der ersten Gruppe 21 verbinden die Halbbrücken 71 , 72, 73 des ersten Teilumrichters 41 mit den zugeordneten Wicklungen 1 1 , 12, 13. Übertragungseinrichtungen 26, 27, 28 der zweiten Gruppe 22 verbinden die Halbbrücken 74, 75, 76 des zweiten Teilumrichters 42 mit den zugeordneten Wicklungen 14, 15, 16. Anstelle eines gemeinsamen Sternpunkts 19 kann bei- spielsweise jeweils für die Wicklungen 1 1 , 12, 13 bzw. 14, 15, 16, die einer Gruppe 21 bzw. 22 von Übertragungseinrichtung 23, 24, 25 bzw. 26, 27, 28 zugeordnet sind, ein gemeinsamer Sternpunkt vorgesehen sein.
Der Umrichter 40 kann mehr als zwei Teilumrichter 41 , 42 umfassen. Jeder Tei- lumrichter 41 , 42 kann zwei, drei oder mehr Halbbrücken 71 , 72, 73, 74, 75, 76 umfassen. Die oben anhand der Fig. 1 dargestellten Signalwege 54, 55 sind mit den Schaltern 81 , 82 der Halbbrücken 71 , 72, 73, 74, 75, 76 verbunden und zu deren Steuerung ausgebildet, jedoch in Fig. 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine. Obwohl dieses Verfahren auch auf elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschinen anwendbar, mittels Umrichtern durchführbar und durch Steuerungen steuerbar ist, die sich von der elekt- rischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine, dem Umrichter und der Steuerung unterscheiden, die in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt sind, werden nachfol- gend beispielhaft Bezugszeichen aus den Fig. 1 und 2 verwendet, um das Verständnis zu erleichtern.
Bei einem ersten Schritt 101 werden Halbbrücken 71 , 72, 73, 74, 75, 76 eines Um- richters und/oder Wicklungen 11 , 12, 13, 14, 15, 16 der elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine und/oder Übertragungseinrichtungen 21 , 22, welche die Halbbrücken 71 , 72, 73, 74, 75, 76 mit den Wicklungen 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 verbinden, auf Defekte geprüft. Bei der oben anhand der Fig. 1 dargestellten Steuerung 50 erfolgt dies beispielsweise durch die Einrichtung 56 zum Erfassen eines Defekts mittels Daten und Informationen, die durch Sensoren 31 , 32, 33 in und an der elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10, den Übertragungseinrichtungen 21 , 22 und dem Umrichter 40 gewonnen werden. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn der Defekt gleichzeitig so genau wie möglich identifiziert und so weit wie möglich lokalisiert wird.
Bei einer ersten Entscheidung 102 wird festgestellt, ob im ersten Schritt 101 ein Defekt erkannt oder erfasst wurde. Wenn kein Defekt vorliegt, wird in einem zweiten Schritt 103 ein Normalbetrieb gewählt, bei dem alle Wicklungen der elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10 und alle Halbbrücken 71 , 72, 73, 74, 75, 76 des Umrichters 40 uneingeschränkt betrieben werden. Insbesondere werden beispielsweise Ströme bis zu einer vorbestimmten Obergrenze und Tastgrade bis zu 100 % oder bis zu einer anderen vorbestimmten Obergrenze zugelassen.
Wenn beim ersten Schritt 101 ein Defekt erkannt bzw. erfasst wurde, wird bei ei- ner zweiten Entscheidung 104, abhängig von der Art des Defekts festgestellt, ob eine Begrenzung des Stroms in einer Wicklung 11 , 12, 13, 14, 15, 16 und der zugeordneten Halbbrücke 71 , 72, 73, 74, 75, 76 ausreicht, um die elektrische Drehoder Wanderfeldmaschine 10 und den Umrichter 40 sicher weiter betreiben zu können. Von einem sicheren Betheb wird dabei insbesondere ausgegangen, wenn keine Gefahr einer Beschädigung weiterer Komponenten oder einer Schädigung oder Verletzung eines Benutzers vorliegt. Wenn eine Begrenzung des Stroms ausreicht, wird bei einem dritten Schritt 105 eine Halbbrücke bestimmt, mittels derer ein Strom zu begrenzen ist. Danach wird bei einem vierten Schritt 106 der Tastgrad einer Pulsweitenmodulation durch die im dritten Schritt 105 bestimmte Halbbrücke reduziert. Wenn beispielsweise beim ersten Schritt 101 eine reduzierte Induktivität einer Wicklung 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 erfasst wurde (beispielsweise auf- grund eines Kurzschlusses benachbarter Windungen der Wicklung), wird der Tastgrad oder eine Obergrenze des Tastgrads der der Wicklung 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 zugeordneten Halbbrücke 71 , 72, 73, 74, 75, 76 festgelegt.
Wenn eine Strombegrenzung oder eine andere Beschränkung des Betriebs einer Halbbrücke nicht ausreicht, wird bei einer dritten Entscheidung 107 festgestellt, ob ein Stilllegen einer oder mehrerer einzelner Halbbrücken 71 , 72, 73, 74, 75, 76 ausreicht. Wenn dies der Fall ist, wird bei einem fünften Schritt 108 eine stillzulegende Halbbrücke bestimmt und diese Halbbrücke bei einem sechsten Schritt 109 stillgelegt. Wenn beispielsweise eine Wicklung 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 einen Kurz- Schluss bzw. eine Induktivität, die unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, aufweist, wird die dieser Wicklung 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 zugeordnete Halbbrücke 71 , 72, 73, 74, 75, 76 stillgelegt. Gleiches gilt wenn eine Übertragungseinrichtung 21 , 22 defekt ist, für die der defekten Leitung zugeordnete Halbbrücke 71 , 72, 73, 74, 75, 76. Gleiches gilt beispielsweise auch, wenn ein Schalter 81 , 82 einer HaIb- brücke 71 , 72, 73, 74, 75, 76 nicht mehr geöffnet werden kann bzw. sein ohmscher Widerstand unter einem vorbestimmten Schwellenwert bleibt.
Wenn das Stilllegen von einer oder mehreren einzelnen Halbbrücken nicht ausreicht, wird bei einem siebten Schritt 1 10 ein Teilumrichter 41 , 42 mit mehreren Halbbrücken 71 , 72, 73 bzw. 74, 75, 76 stillgelegt. Es ist vorteilhaft, einen ganzen Teilumrichter 41 , 42 nur stillzulegen, wenn ein Betrieb von einer oder mehreren Halbbrücken 71 , 72, 73, 74, 75, 76 des Teilumrichters 41 , 42 nicht mehr sicher möglich ist.
An den vierten Schritt 106, den sechsten Schritt 109 oder den siebten Schritt 1 10 schließt sich ein achter Schritt 1 1 1 an, bei dem ein Warnsignal erzeugt wird. Das Warnsignal zeigt beispielsweise alphanumerisch oder auf andere optische oder akustische Weise einem Verwender oder Betreiber an, dass an der elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine 10, dem Umrichter 40 oder den Übertragungseinrichtungen 21 , 22 ein Defekt vorliegt. Alternativ oder zusätzlich wird das im achten Schritt 1 1 1 erzeugte Warnsignal für eine spätere Diagnose gespeichert.
Wenn die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine Teil eines Stellantriebs oder einer Servounterstützung einer Lenkung eines Fahrzeugs ist, wird bei einem neunten Schritt 1 12 die Lenkung gestellt oder unterstützend gestellt bzw. ein Stellen der Lenkung unterstützt.
Die beschriebenen Schritte und Entscheidungen können während eines Betriebs der elektrischen Dreh- oder Wanderfeldmaschine periodisch wiederholt werden. Wenn bei einer Wiederholung ein Defekt erkannt bzw. erfasst wurde, kann aufgrund der jederzeit nur minimalen Einschränkung des Betriebs ein irrtümlich er- fasster Defekt später beispielsweise als Sensorfehler erkannt werden und zum
Normalbetrieb zurückgekehrt werden. Das Warnsignal kann in diesem Fall für eine spätere Diagnose trotzdem gespeichert bleiben.
Die Schritte und Entscheidungen des beschriebenen Verfahrens können in ande- rer Reihenfolge oder zusammengefasst ausgeführt werden. Beispielsweise können der erste Schritt 101 des Prüfens auf Defekte und die erste Entscheidung 102 zu einem Schritt des Erfassen eines Defekts zusammengefasst werden. Ein Defekt kann jedoch auch auf andere Weise erfasst werden.
Sofern das beschriebene Verfahren durch oder mit der oben dargestellten Steuerung 50 ausgeführt wird, können der Schritt des Erfassens eines Defekts bzw. der erste Schritt101 und die erste Entscheidung 102 durch oder mit der Einrichtung 56 zum Erfassen eines Defekts ausgeführt werden. Der dritte Schritt 105 und der fünfte Schritt 108 können durch oder mit der Einrichtung 58 zum Entscheiden aus- geführt. Optional kann durch oder mit der Einrichtung 58 zum Entscheiden auch die zweite Entscheidung 104 und die dritte Entscheidung 107 ausgeführt werden. der vierte Schritt 106 und/oder der sechste Schritt 109 können durch oder mit der Einrichtung 57 zum Stillegen ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist als Verfahren oder als Computer-Programm mit Pro- grammcode zur Durchführung oder Steuerung eines solchen Verfahrens, wenn das Computer-Programm auf einem Computer oder einem Prozessor abläuft, implementierbar. Ferner ist die Erfindung als Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger (beispielsweise einem ROM-, EPROM-, EEP- ROM- oder Flash-Speicher, einer CD-ROM, DVD, HD-DVD, Blue-Ray-DVD, Dis- kette oder Festplatte) oder in Form von Firmware gespeichertem Programmco-de zur Durchführung von einem der genannten Verfahren, wenn das Computer- Programm-Produkt auf einem Computer, Rechner oder Prozessor abläuft, implementierbar. Ferner kann die vorliegende Erfindung als digitales Speichermedium (beispielsweise ROM-, EPROM-, EEPROM- oder Flash-Speicher, CD-ROM, DVD, HD-DVD, Blue-Ray-DVD, Diskette oder Festplatte) mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, die so mit einem programmierbaren Computer- oder Prozessor- System zusammenwirken können, dass eines der beschriebenen Verfahren ausgeführt wird, implementiert werden.
Ferner kann die vorliegende Erfindung in der Steuerung 50 implementiert werden, wobei die Steuerung 50 beispielsweise ausgebildet ist, um eines der beschriebenen Verfahren auszuführen, oder wobei die Steuerung 50 ein Computer- Programm, ein Computer-Programm-Produkt oder ein digitales Speichermedium umfasst, wie sie im vorangehenden Absatz beschrieben wurden.

Claims

Ansprüche:
1 . Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Dreh- oder Wanderfeldma- schine(10) mittels eines Umrichters (40) mit einer Mehrzahl von Halbbrücken (71 , 72, 73, 74, 75, 76), wobei jeder Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) eine Wicklung (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16) der Dreh- oder Wanderfeldmaschine (10) und eine Übertragungseinrichtung (23, 24, 25, 26, 27, 28), welche die Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) mit der Wicklung (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16) verbindet, zugeordnet ist, mit folgenden Schritten:
Erfassen (101 , 102) eines Defekts an einer Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) oder an einer Wicklung (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16) der Dreh- oder Wanderfeldmaschine (10) oder an einer Übertragungseinrichtung (23, 24, 25, 26, 27, 28);
Bestimmen (105, 108) einer Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76), die eingeschränkt betrieben oder stillgelegt werden muss, um die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine (10) weiter betreiben zu können;
eingeschränkt Betreiben (106) oder Stilllegen (109) der bestimmten Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76).
2. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) stillgelegt (109) wird, wenn ein Schalter (81 , 82) der Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) nicht mehr geöffnet werden kann.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem für eine Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) ein reduzierter Tastgrad verwendet (106) wird, wenn eine der Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) zugeordnete Wicklung (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16) eine reduzierte Induktivität aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) stillgelegt wird, wenn eine der Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) zugeordnete Wicklung (11 , 12, 13, 14, 15, 16) einen Kurzschluss aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine HaIb- brücke(71 , 72, 73, 74, 75, 76) stillgelegt wird, wenn eine der Halbbrücke (71 , 72,
73, 74, 75, 76) zugeordnete Übertragungseinrichtung (23, 24, 25, 26, 27, 28) defekt ist.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die elektri- sehe Dreh- oder Wanderfeldmaschine (10) eine permanentmagneterregte oder hybriderregte elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine ist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem alle Halbbrücken (71 , 72, 73, 74, 75, 76), die nicht eingeschränkt betrieben (106) oder still- gelegt (109) werden müssen, uneingeschränkt betrieben werden.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Umrichter (40) mehrere Teilumrichter (41 , 42) umfasst, wobei jeder Teilumrichter (41 , 42) mehrere Halbbrücken (71 , 72, 73, 74, 75, 76) umfasst, und wobei ein Teilum- richter (41 , 42) nur dann stillgelegt wird, wenn ein Betrieb einer oder mehrerer Halbbrücken (71 , 72, 73, 74, 75, 76) des Teilumrichters (41 , 42) nicht möglich ist.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine (10) eine Lenkung eines Fahrzeugs stellt oder unterstützend stellt.
10. Steuerung (50) für einen Umrichter (40) für eine elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine (10), mit:
einer Einrichtung (56) zum Erfassen eines Defekts einer Halbbrücke (71 , 72, 73,
74, 75, 76) oder einer mit einer Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) verbundenen elektrischen Einrichtung (23, 24, 25, 26, 27, 28, 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16); einer Einrichtung (57) zum Stilllegen oder eingeschränkten Betreiben einer Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76);
einer Einrichtung (58) zum Entscheiden, welche Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) stillzulegen (109) oder eingeschränkt zu betreiben (106) ist, in Abhängigkeit davon, welche Halbbrücke (71 , 72, 73, 74, 75, 76) einen Defekt aufweist oder mit einer defekten elektrischen Einrichtung (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26, 27, 28) verbunden ist, wobei die Einrichtung (58) zum Entscheiden mit der Einrichtung (56) zum Erfassen eines Defekts und mit der Einrichtung (57) zum Stilllegen ge- koppelt ist.
1 1 . Steuerung (50) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Steuerung (50) ausgebildet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
12. Steuerung (50) nach einem der Ansprüche 10 und 1 1 , ferner mit:
einer Schnittstelle (53) zum Verbinden der Steuerung (50) mit dem Umrichter (40), wobei die Einrichtung (56) zum Erfassen eines Defekts und die Einrichtung (57) zum Stilllegen mit der Schnittstelle (53) gekoppelt sind.
13. Umrichter für eine elektrische Dreh- oder Wanderfeldmaschine (10), wobei der Umrichter eine Steuerung (50) nach Anspruch 10 oder 1 1 umfasst.
14. Computer-Programm mit Programmcode zur Durchführung oder Steuerung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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