WO2020099412A1 - Elektromotorbaugruppe mit fehlerfallerkennung und verfahren zum betrieb einer elektromotorbaugruppe - Google Patents

Elektromotorbaugruppe mit fehlerfallerkennung und verfahren zum betrieb einer elektromotorbaugruppe Download PDF

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Tobias Noll
Maik RÜMMLER
Luca Stegers
Holger WÜRSTLEIN
Stefan Zick
Felix Erhard
Yvonne Heller
Kevin Steinert
Andreas Palino
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Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
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    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the proposed solution relates in particular to an electric motor assembly with at least one electric motor and a control device for controlling the electric motor.
  • Such an electric motor assembly can be used in many ways, for example in the vehicle sector.
  • such an electric motor assembly can be used in combination with a blower, for example as part of a radiator fan module.
  • the electric motor can, for example, be a brushless motor.
  • a brushless motor is designed, for example, as a DC motor and has a stator which carries a plurality of armature coils.
  • a rotor can be rotated about an axis of rotation with respect to the stator, the rotor being permanently excited and for this purpose having at least two permanent magnet poles of the same name, which generate an excitation field which can be described by an excitation field vector.
  • the DC motor has a control device which is used to control the armature coils of the stator in order to generate an armature field which can be described by an armature field vector and which rotates on the stator around the axis of rotation on the armature coils during operation of the DC motor.
  • armature field vector which can be described by an armature field vector and which rotates on the stator around the axis of rotation on the armature coils during operation of the DC motor.
  • the control device can serve to regulate this angle, as is described, for example, in DE 693 19 818 T2.
  • brushless DC motors between sensor-controlled commutation and sensorless commutation.
  • the rotating armature field generated on the stator is electronically commutated depending on the rotor position, the rotor speed and the torque.
  • the electronic commutation can be used to regulate the operating behavior of the DC motor.
  • sensor-controlled commutation in sensor-controlled commutation (so-called sensor-controlled brushless DC motors) there are sensors such as Hall sensors for detecting the magnetic flux of the rotor or optical sensors in the area of the stator.
  • the sensors provide information about the rotor position, which is thus sensed.
  • the electronic commutation can then be set as a function of the rotor position detected by sensors.
  • the rotor position is detected via the counter-voltage induced in the armature coils of the stator, which can be evaluated by the control device to determine the rotor position, which is possible at least from a certain minimum speed of the DC motor. To start the DC motor, it may be necessary to switch the commutation blind until the minimum speed is reached.
  • an error may occur, for example in the form of a short circuit or an arc, in particular in the form of a serial or parallel arc.
  • a short circuit or arc can have fatal consequences for the functionality of the electric motor assembly, but it can also involve an enormous risk of damage to components adjacent to the electric motor assembly and a risk of injury.
  • an electric motor assembly in particular an electric motor assembly for a vehicle, an electronic detection device for the detection of at least one fault, such as e.g. a short circuit or an arc within and / or in the vicinity of the electric motor assembly and for generating at least one electronic signal in response to a detected fault.
  • a fault such as e.g. a short circuit or an arc within and / or in the vicinity of the electric motor assembly and for generating at least one electronic signal in response to a detected fault.
  • a fault is therefore to be understood to mean, in particular, an unexpected power input, a serial and parallel arc, a short circuit, a shunt and / or a body short.
  • a fault in the vicinity of the electric motor assembly should also include, in particular, that the failure occurs in a wiring harness and / or in a connector for the transmission of an electrical signal and / or for the power supply of the electric motor assembly.
  • Detection of an arc in the environment of the electric motor assembly is understood in particular to mean detection of an arc in the spatial environment and thus in particular in an installation space in which the control device and / or the electric motor of the electric motor assembly are accommodated Environment in which an arc can be detected with the aid of an electronic detection device consequently includes in particular the installation space in which one or more housings of the electric motor assembly accommodating the control device and / or the electric motor are arranged. Detection of an arc in the surroundings or periphery of the electric motor assembly also includes the detection of an arc on a connecting line to the electric motor, in particular in an installation space accommodating the connecting line.
  • a fault in particular an arc
  • the electronic detection device can be electrically detectable within the electric motor assembly.
  • the electronic detection device is configured in the event of a fault, in particular an arc within the electric motor assembly
  • the alternative provided under c) above includes in particular that voltage drops and unexpected current paths are determined by comparing internal and external measured values.
  • the electronic detection device can be used to detect a fault within and / or in the vicinity of the electric motor assembly. This includes, for example, that the electronic detection device is configured in the event of a fault, in particular an arc within and / or in the vicinity of the electric motor assembly
  • a characteristic temperature rise is associated at least locally with the occurrence of an arc.
  • an arc When an arc is detected via a detected pressure and / or a detected change in pressure, it can be used, for example, that a characteristic pressure change resulting from an associated power input can be detected when an arc occurs.
  • An optical detection is to be understood in particular to mean that a light intensity and / or detected change in the light intensity is detected in order to conclude that an arc is occurring.
  • the occurrence of an arc is accompanied by a measurable change in the luminous intensity and therefore, for example, an increase in the brightness in a construction space that is easily detectable by sensors (typically in a construction space that is dark when the electric motor assembly is in trouble-free operation).
  • sensors typically in a construction space that is dark when the electric motor assembly is in trouble-free operation.
  • the detection device can be used to detect whether a defined optical transmission path (e.g. light barrier) of the detection device is interrupted by corrosion products when an arc occurs.
  • An acoustic detection also includes, for example, determining a characteristic noise development that is associated with the occurrence of an arc.
  • the electronic detection device can comprise, for example, an acoustic-electronic converter.
  • Detection of at least one gaseous substance also includes, in particular, the presence of one or more gaseous substances that can arise when an arc occurs. This includes, for example, the determination of a concentration of at least one gaseous substance that exceeds a threshold value. For example, if an arc occurs, the Evaporation of one or more materials may be associated. One or more gas sensors of the electronic detection device can then be used to electronically deduce the occurrence of an arc via a corresponding detection of at least one gaseous substance.
  • Detection is also possible indirectly, e.g. via a cyclical transmission of an electronic (control) signal (e.g. heartbeat). Due to the occurrence of an arc, e.g. the transmission of a control signal generated by the electric motor assembly as a result of the functional restriction associated with the fault.
  • an electronic signal e.g. heartbeat
  • the at least one electronic signal that can be generated with the aid of the electronic detection device in response to a detected fault can be, for example, a shutdown signal for separating the electric motor from an (internal or external) power supply and / or an alarm signal for signaling an error that has occurred, e.g. of an arc that has occurred.
  • a shutdown signal can in principle be sent to a shutdown device that is provided within the electric motor assembly or that is spatially separated from the electric motor assembly.
  • the switch-off device can be part of a module provided for this purpose or a comprehensive switch-off device, the latter then e.g. is used to unlock subnets.
  • the electric motor can in particular be a brushless motor, in particular a brushless DC motor.
  • the proposed electric motor assembly can basically be set up and provided for a vehicle.
  • an embodiment variant of a proposed electric motor assembly provides use for a blower for a vehicle.
  • the electric motor assembly comprises a blower that can be driven by the electric motor.
  • Another aspect of the proposed solution relates to a method for operating an electric motor assembly, the at least one electric motor and a control device for controlling the electric motor, in particular comprises a method for switching off an electric motor assembly, the electronic detection of a fault, in particular an arc, within and / or in the vicinity of the electric motor assembly and generation of at least one electronic signal in response to a detected one An error case is provided.
  • Variants of a proposed method can be implemented in particular by variants of a proposed electric motor assembly. Accordingly, the advantages and features mentioned above and below in connection with exemplary embodiments of a proposed electric motor assembly also apply to embodiment variants of a proposed method and vice versa.
  • the proposed solution is suitable for the operation of sensorless, brushless DC motors in which the rotor position is determined in a sensorless manner by evaluating the countervoltage induced in the armature coils during operation of the motor.
  • Electric motor assembly of the type described here can be used in particular for fans in the vehicle. Electric motors of the type described here can thus be used, for example, to drive fan wheels in such fans, in particular as part of a cooler air module for a vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a brushless DC motor
  • Electric motor assembly with an electric motor for example in the form of a brushless DC motor according to Figure 1;
  • FIG. 1 shows a schematic view of a brushless DC motor 1, which can determine the rotor position in particular without sensors and is thus designed as a sensorless brushless DC motor.
  • a rotor 11 is rotatable about an axis of rotation 110 relative to a stator 10.
  • the rotor 11 carries at least two permanent magnet poles N, S and is therefore permanently excited.
  • the stator 10, however, carries a plurality of armature coils a-c, in this case three armature coils.
  • the armature coils a-c each have, schematically drawn in, a plurality of windings, which can be wound, for example, around a stator pole tooth and are indicated in the schematic illustration according to FIG. 2 by coil conductors a1, a2, b1, b2, c1, c2.
  • the brushless DC motor 1 2N has permanent magnet poles on the rotor 11 and three or more armature coils 1 1 on the stator 10.
  • a current is applied to the armature coils a-c in order to generate an armature field on the stator 10 in this way.
  • the current flow in the armature coils a-c is in this case electronically commutated with a control device 2 in such a way that a rotating armature field on the stator 10 results, which is followed by the rotor 11, so that the rotor 11 is set in a rotary movement D about the axis of rotation 110.
  • the armature coils a-c are actuated at different times during operation of the motor 1 via three phases L1, L2, L3 in order to generate the armature field rotating around the stator 10.
  • two phases L1-L3 are energized, for example, while the third phase L1-L3 serves as a measurement line and serves to detect a counter voltage induced in the associated armature coil a-c.
  • This counter voltage can be evaluated in order to determine the rotor position of the rotor 11 and to regulate the operation of the motor 1 on the basis of the rotor position.
  • FIG. 2 schematically shows an electric motor assembly which, in addition to an electronic control device 2 according to FIG. 1, also comprises an electric motor, for example in the form of the brushless DC motor 1 according to FIG. 1.
  • a drive component here for example in the form of a fan 4, which is part of the electric motor assembly 3, is driven via the electric motor 1 of the electric motor assembly of FIG. Electric motor 1 forms together with his Control device 2 and the blower 4 each, for example, part of a radiator fan module for a vehicle.
  • the electric motor assembly E of FIG. 2 is arranged within a construction space B shown schematically.
  • the electric motor 1, the control device 2 and the blower 4 are positioned in a common housing or housing part within the installation space B.
  • an electronic detection device 3a and / or an electronic detection device 3b are coupled to the electronic control device 2. While one electronic detection device 3a is provided within the electric motor assembly E, for example for electrically detecting an arc, the additionally or alternatively provided electronic detection device 3b is set up to detect the occurrence of an arc by sensors.
  • the electronic detection device 3a which can be accommodated together with the control direction 2 in a control unit, for example, the occurrence of an arc is over
  • a signal s is generated via an evaluation logic 20 of the control device 2. This signal s then separates the electric motor 1 from a power supply, for example. Alternatively or additionally, an alarm signal can be connected to the signal s in order to alert a higher-level system and / or a user to the occurrence of an arc.
  • the electronic lesson device 3b is used for sensory detection of an arc within and / or in the vicinity of the electric motor assembly E.
  • the electronic detection device 3b can be used here, for example
  • measured values and / or measurement signals of both electronic detection devices 3a and 3b can also be combined with one another in order to infer the occurrence of an arc and to generate the signal s.
  • a signal s for separating the electric motor 1 from a power supply and / or for alarming can only be generated when at least a measured value is received from both electronic detection devices 3a and 3b which indicates the occurrence of an arc.
  • a change in a detected voltage and / or a current intensity exceeding a threshold value is optically determined by the one detection device 3a, and a light intensity and / or a change in a signal value exceeding a threshold value and / or a change in optically by the other electronic detection device 3b of the detected light intensity must be detected before the generation of the signal s is triggered.
  • the detection device 3a forms part of the control device 2.
  • the detection device 3a with the evaluation logic 20 is accommodated in a control device.
  • the control device 2 of FIG. 3 can also be coupled to a detection device 3b, which integrates a switch-off device and receives a signal s c from the control device 2 in the event of a fault.
  • the control device 2 can transmit a signal s a with the detection device 3a and / or a signal S b can be transmitted from the detection device 3b to an external interface, in particular be transmitted by wire.
  • the proposed solution provides in this case, in particular, in the event of an error, in particular one which occurs as a result of external influences (for example a crash) Failure to detect connections of live parts in the electronics of the electric motor assembly E that do not occur during normal operation. Such connections can lead to power conversions as a result of a short circuit or an upcoming arc, which should be detectable as part of the proposed solution.
  • blowers drive component

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
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Abstract

Die vorgeschlagene Lösung betriff eine Elektromotorbaugruppe, mit wenigstens einem Elektromotor (1) und einer Steuereinrichtung (2) zur Steuerung des Elektromotors (1) sowie einer elektronischen Detektionseinrichtung (3a, 3b) für die Detektion mindestens eines Fehlerfalls innerhalb und/oder in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe (E) und für die Erzeugung mindestens eines elektronischen Signals (s, sa, sb, sc) in Reaktion auf einen detektierten Fehlerfall.

Description

Elektromotorbaugruppe mit Fehlerfallerkennung und Verfahren zum Betrieb einer
Elektromotorbaugruppe
Beschreibung
Die vorgeschlagene Lösung betrifft insbesondere eine Elektromotorbaugruppe mit wenigstens einem Elektromotor und einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Elektromotors.
Eine derartige Elektromotorbaugruppe ist beispielsweise im Fahrzeugbereich vielfach verwendbar. Insbesondere kann eine derartige Elektromotorbaugruppe in Kombination mit einem Gebläse, zum Beispiel als Teil eines Kühlerlüftermoduls, zum Einsatz kommen. Bei dem Elektromotor kann es sich beispielsweise um einen bürstenlosen Motor handeln. Ein derartiger bürstenloser Motor ist zum Beispiel als Gleichstrommotor ausgeführt und hat einen Stator, der eine Mehrzahl von Ankerspulen trägt. Zu dem Stator ist ein Rotor um eine Drehachse drehbar, wobei der Rotor permanenterregt ist und hierzu zumindest zwei ungleichnamige Permanentmagnetpole aufweist, die ein durch einen Erregerfeldvektor beschreibbares Erregerfeld erzeugen. Zudem weist der Gleichstrommotor eine Steuereinrichtung auf, die zum Ansteuern der Ankerspulen des Stators dient, um an den Ankerspulen im Betrieb des Gleichstrommotors ein um die Drehachse an dem Stator umlaufendes, durch einen Ankerfeldvektor beschreibbares Ankerfeld zu erzeugen. Zwischen dem Erregerfeldvektor und dem Ankerfeldvektor besteht im Betrieb des Gleichstrommotors ein Winkel, der durch die Steuereinrichtung gesteuert werden kann. Generell liegt (bei idealisierten Bedingungen) bei einem Winkel von 90° zwischen dem Ankerfeld vektor und dem Erregerfeldvektor ein maximales Drehmoment an dem Rotor an. Die Steuereinrichtung kann dazu dienen, diesen Winkel zu regeln, wie dies beispielsweise in der DE 693 19 818 T2 beschrieben ist.
Bei bürstenlosen Gleichstrommotoren wird unterschieden zwischen einer sensorgesteuerten Kommutierung und einer sensorlosen Kommutierung. Generell wird bei bürstenlosen Gleichstrommotoren das am Stator erzeugte, umlaufende Ankerfeld elektronisch kommutiert in Abhängigkeit von der Rotorposition, der Rotordrehzahl und dem Drehmoment. Die elektronische Kommutierung kann hierbei zum Regeln des Betriebsverhaltens des Gleichstrommotors verwendet werden.
Bei der sensorgesteuerten Kommutierung (sogenannte sensorgesteuerte bürstenlose Gleichstrommotoren) befinden sich Sensoren wie beispielsweise Hall-Sensoren zur Erfassung des magnetischen Flusses des Rotors oder optische Sensoren im Bereich des Stators. Die Sensoren liefern Informationen über die Rotorposition, die somit sensorisch erfasst wird. In Abhängigkeit von der sensorisch erfassten Rotorposition kann dann die elektronische Kommutierung eingestellt werden.
Bei der sensorlosen Kommutierung (sogenannte sensorlose bürstenlose Gleichstrommotoren) erfolgt die Erfassung der Rotorposition über die in den Ankerspulen des Stators induzierte Gegenspannung, die von der Steuereinrichtung zur Bestimmung der Rotorposition ausgewertet werden kann, was zumindest ab einer gewissen Mindestdrehzahl des Gleichstrommotors möglich ist. Zum Anfahren des Gleichstrommotors kann erforderlich sein, bis zum Erreichen der Mindestdrehzahl die Kommutierung blind zu schalten.
Insbesondere im Bereich der (elektronischen) Steuereinrichtung, einem baugruppenseitigen oder fahrzeugseitigen Bordnetz oder in einer mit der Steuereinrichtung gekoppelten Eingangsschaltung kann es unter Umständen zu einem Fehlerfall, z.B. in Form eines Kurzschlusses oder eines Lichtbogens, insbesondere in Form eines seriellen oder parallelen Lichtbogens kommen. Ein solcher Kurzschluss oder Lichtbogen kann unter Umständen fatale Folgen für die Funktionsfähigkeit der Elektromotorbaugruppe haben, aber auch ein enormes Beschädigungsrisiko für an die Elektromotorbaugruppe angrenzende Komponenten und ein Verletzungsrisiko bergen. Bisher bekannte Lösungen zur Lichtbogenerkennung in Schaltkästen oder in Photovoltaikanlagen sind für Elektromotorbaugruppen, die auch in einem Fahrzeug und insbesondere für Kühlerlüftermodule einsetzbar sind, regelmäßig aufgrund ihrer Abmaße ungeeignet, insbesondere wenn die Elektromotorbaugruppe einen bürstenlosen Motor, zum Beispiel einen bürstenlosen Gleichstrommotor, aufweist.
Es besteht mithin Bedarf an einer in dieser Hinsicht verbesserten Elektromotorbaugruppe.
Diese Aufgabe ist mit einer Elektromotorbaugruppe des Anspruchs 1 und einem Verfahren des Anspruchs 11 gelöst.
Hiernach ist insbesondere vorgesehen, dass eine Elektromotorbaugruppe, insbesondere eine Elektromotorbaugruppe für ein Fahrzeug, eine elektronische Detektionseinrichtung für die Detektion mindestens eines Fehlerfalls, wie z.B. eines Kurzschlusses oder eines Lichtbogens innerhalb und/oder in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe und für die Erzeugung mindestens eines elektronischen Signals in Reaktion auf einen detektierten Fehlerfall umfasst.
Die vorgeschlagene Lösung geht hierbei von dem Grundgedanken aus, in einem Fehlerfall, insbesondere in einem durch äußere Einwirkung (z.B. einem Crash-Fall) auftretendem Fehlerfall, im Normalbetrieb eine nicht auftretende Verbindung oder eine Unterschreitung eines Mindestabstands von spannungsführenden Teilen in der Elektronik zu detektieren. Solche Verbindungen oder unzulässigen Annäherungen können zu Leistungsumsetzungen in Folge eines Kurzschlusses oder eines anstehenden Lichtbogens führen. Unter einem Fehlerfall soll folglich insbesondere ein unerwarteter Leistungseintrag, ein serieller und paralleler Lichtbogen, ein Kurzschluss, ein Nebenschluss und/oder ein Körperschluss verstanden werden. Ein Fehlerfall in der Umgebung der Elektromotorenbaugruppe soll ferner insbesondere umfassen, das der Fehlerfall in einem Leitungssatz und/oder in einem Anschlussstecker für die Übertragung eines elektrischen Signals und/oder zur Stromversorgung der Elektromotorenbaugruppe auftritt.
Unter einer Detektion eines Lichtbogens in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe wird insbesondere eine Detektion eines Lichtbogens in der räumlichen Umgebung und damit insbesondere in einem Bauraum, in dem die Steuereinrichtung und/oder der Elektromotor der Elektromotorbaugruppe aufgenommen sind, verstanden.. Die räumliche Umgebung, in der ein Lichtbogen mithilfe einer elektronischen Detektionseinrichtung detektierbar ist, schließt folglich insbesondere den Bauraum ein, in dem ein oder mehrere die Steuereinrichtung und/oder den Elektromotor aufnehmende Gehäuse der Elektromotorbaugruppe angeordnet sind. Eingeschlossen ist von einer Detektion eines Lichtbogens in der Umgebung oder Peripherie der Elektromotorbaugruppe ferner die Detektion eines Lichtbogens an einer Anschlussleitung zu dem Elektromotor, insbesondere in einem die Anschlussleitung aufnehmenden Bauraum.
Mithilfe der elektronischen Detektionseinrichtung kann beispielsweise ein Fehlerfall, insbesondere ein Lichtbogen innerhalb der Elektromotorbaugruppe elektrisch detektierbar sein. Dies schließt beispielsweise ein, dass die elektronische Detektionseinrichtung konfiguriert ist, einen Fehlerfall, insbesondere einen Lichtbogen innerhalb der Elektromotorbaugruppe über
a) eine elektromagnetische Feldcharakteristik und/oder elektromagnetische Feldveränderungen und/oder
b) jeweils einen Schwellwert übersteigenden Änderungen an einer erfassten Spannung und/oder an einer erfassten Stromstärke und/oder
c) über einen Spannungsabfall und mindestens einen unerwarteten Strompfad anhand eines Vergleichs mindestens eines an der Steuerungseinrichtung erfassten ersten Messwerts mit mindestens einem von außerhalb der Elektromotorbaugruppe erfassten und an die elektronische Detektionseinrichtung übertragenen zweiten Messwert und/oder
d) über das Ausbleiben eines ohne das Vorliegen eines Fehlerfalls zyklisch wiederkehrenden Kontrollsignals
zu detektieren. Die vorstehend unter c) vorgesehene Alternative schließt hierbei insbesondere ein, dass Spannungsabfälle und unerwartete Strompfade durch Vergleich von internen und externen Messwerten ermittelt werden.
Alternativ oder ergänzend kann mithilfe der elektronischen Detektionseinrichtung ein Fehlerfall innerhalb und/oder in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe sensorisch detektierbar sein. Dies schließt beispielsweise ein, dass die elektronische Detektionseinrichtung konfiguriert ist, einen Fehlerfall, insbesondere einen Lichtbogen innerhalb und/oder in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe
a) über eine erfasste Temperatur und/oder eine erfasste Temperaturänderung und/oder b) über einen erfassten Druck und/oder eine erfasste Druckänderung und/oder c) optisch und/oder
d) akustisch und/oder e) über eine Detektion mindestens einer gasförmigen Substanz
zu detektieren.
Bei einer Detektion eines Lichtbogens über eine erfasste Temperatur und/oder eine erfasste Temperaturänderung wird sich zum Beispiel zunutze gemacht, dass mit dem Auftreten eines Lichtbogens wenigstens lokal ein charakteristischer Temperaturanstieg verbunden ist.
Bei der Detektion eines Lichtbogens über einen erfassten Druck und/oder eine erfasste Druckänderung kann sich beispielsweise zunutze gemacht werden, dass beim Auftreten eines Lichtbogens eine charakteristische, durch einen hiermit einhergehenden Leistungseintrag entstehende Druckveränderung erfassbar ist.
Unter einer optischen Detektion soll insbesondere verstanden werden, dass eine Lichtstärke und/oder erfasste Änderung in der Lichtstärke detektiert wird, um auf das Auftreten eines Lichtbogens zu schließen. So geht mit dem Auftreten eines Lichtbogens eine messbare Veränderung der Lichtstärke und mithin beispielsweise eine sensorisch ohne Weiteres erfassbare Zunahme in der Helligkeit in einem Bauraum einher (typischerweise in einem bei störungsfreien Betrieb der Elektromotorbaugruppe dunklen Bauraum). So kann über die Ermittlung der Helligkeit in einem Bauraum der Elektromotorbaugruppe und/oder der Helligkeit einer definierten Lichtquelle am Ende einer Übertragungsstrecke darauf geschlossen werden, ob ein Lichtbogen aufgetreten ist oder nicht. Alternativ oder ergänzend kann mithilfe der Detektionseinrichtung detektierbar sein, ob durch Korrosionsprodukte beim Auftreten eines Lichtbogens eine definierte optische Übertragungsstrecke (z.B. Lichtschranke) der Detektionseinrichtung unterbrochen wird.
Eine akustische Detektion schließt ferner beispielsweise ein, dass eine charakteristische Geräuschentwicklung ermittelt wird, die mit dem Auftreten eines Lichtbogens einhergeht. Für eine akustische Detektion kann die elektronische Detektionseinrichtung beispielsweise einen akustisch-elektronischen Wandler umfassen.
Eine Detektion mindestens einer gasförmigen Substanz schließt ferner insbesondere das Vorhandensein einer oder mehrerer gasförmigen Substanzen ein, die bei dem Auftreten eines Lichtbogens entstehen können. Hiervon eingeschlossen ist beispielsweise die Ermittlung einer einen Schwellwert übersteigenden Konzentration mindestens einer gasförmigen Substanz. So kann zum Beispiel mit dem Auftreten eines Lichtbogens die Verdampfung eines oder mehrerer Materialien verbunden sein. Über einen oder mehrere Gassensoren der elektronischen Detektionseinrichtung kann dann über eine entsprechende Detektion mindestens einer gasförmigen Substanz elektronisch auf das Auftreten eines Lichtbogens geschlossen werden.
Eine Detektion ist zudem indirekt möglich, z.B. über eine zyklische Aussendung eines elektronischen (Kontroll-)Signals (z.B. Heartbeat). Durch die Entstehung eines Lichtbogens unterbleibt z.B. die Aussendung eines von der Elektromotorenbaugruppe erzeugten Kontrollsignals in Folge der Funktionseinschränkung, die mit dem Fehlerfall einhergeht.
Das mindestens eine mithilfe der elektronischen Detektionseinrichtung in Reaktion auf einen detektierten Fehlerfall erzeugbare elektronische Signal kann beispielsweise ein Abschaltsignal zur Trennung des Elektromotors von einer (internen oder externen) Stromversorgung und/oder ein Alarmsignal zur Signalisierung eines aufgetretenen Fehlerfalls, z.B. eines aufgetretenen Lichtbogens, umfassen.
Ein Abschaltsignal kann hierbei grundsätzlich an eine Abschalteinrichtung gesendet werden, die innerhalb der Elektromotorenbaugruppe vorgesehen ist oder die räumlich von der Elektromotorenbaugruppe separiert ist. Insbesondere kann es sich bei der Abschalteinrichtung um einen Teil einer eigens hierfür vorgesehene Baugruppe oder eine übergreifende Abschalteinrichtung handeln, wobei Letztere dann z.B. zum Freischalten von Teilnetzen verwendet ist.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann es sich bei dem Elektromotor insbesondere um einen bürstenlosen Motor, insbesondere um einen bürstenlosen Gleichstrommotor handeln.
Die vorgeschlagene Elektromotorbaugruppe kann grundsätzlich für ein Fahrzeug eingerichtet und vorgesehen sein. Insbesondere sieht eine Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Elektromotorbaugruppe die Verwendung für ein Gebläse für ein Fahrzeug vor. Insbesondere in diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass die Elektromotorbaugruppe ein von dem Elektromotor antreibbares Gebläse umfasst.
Ein weiterer Aspekt der vorgeschlagenen Lösung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Elektromotorbaugruppe, die wenigstens einen Elektromotor und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Elektromotors umfasst, insbesondere ein Verfahren zur Abschaltung einer Elektromotorbaugruppe, wobei im Rahmen des Verfahrens eine elektronische Detektion eines Fehlerfalls, insbesondere eines Lichtbogen, innerhalb und/oder in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe und eine Erzeugung mindestens eines elektronischen Signals in Reaktion auf einen detektierten Fehlerfall vorgesehen sind.
Ausführungsvarianten eines vorgeschlagenen Verfahrens lassen sich insbesondere durch Ausführungsvarianten einer vorgeschlagenen Elektromotorbaugruppe umsetzen. Dementsprechend gelten vorstehend und nachstehend im Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen einer vorgeschlagenen Elektromotorbaugruppe genannte Vorteile und Merkmale auch für Ausführungsvarianten eines vorgeschlagenen Verfahrens und umgekehrt.
Grundsätzlich ist denkbar, die vorgeschlagene Lösung sowohl im Zusammenhang mit sensorgesteuerten bürstenlosen Gleichstrommotoren als auch mit sensorlosen bürstenlosen Gleichstrommotoren einzusetzen. Insbesondere ist die vorgeschlagene Lösung für den Betrieb von sensorlosen bürstenlosen Gleichstrommotoren geeignet, bei denen die Rotorposition in sensorloser Weise durch Auswertung der in den Ankerspulen induzierten Gegenspannung im Betrieb des Motors bestimmt wird.
Eine Elektromotorbaugruppe der hier beschriebenen Art kann insbesondere bei Gebläsen im Fahrzeug zum Einsatz kommen. Elektromotoren der hier beschriebenen Art können somit beispielsweise zum Antreiben von Lüfterrädern in solchen Gebläsen, insbesondere als Teil eines Kühlerluftmoduls für ein Fahrzeug verwendet werden.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.
FIG 1 eine schematische Ansicht eines bürstenlosen Gleichstrommotors;
FIG 2 schematisch eine Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen
Elektromotorbaugruppe mit einem Elektromotor, zum Beispiel in Form eines bürstenlosen Gleichstrommotors entsprechend der Figur 1 ;
FIG 3 schematische eine weitere Ausführungsvariante. Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Ansicht einen bürstenlosen Gleichstrommotor 1 , der eine Bestimmung der Rotorposition insbesondere sensorlos durchführen kann und somit als sensorloser bürstenloser Gleichstrommotor ausgestaltet ist.
Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor 1 ist ein Rotor 1 1 um eine Drehachse 110 drehbar zu einem Stator 10. Der Rotor 1 1 trägt zumindest zwei Permanentmagnetpole N, S und ist somit permanenterregt. Der Stator 10 hingegen trägt eine Mehrzahl von Ankerspulen a-c, in diesem Fall drei Ankerspulen.
Die Ankerspulen a-c weisen jeweils, schematisch eingezeichnet, eine Mehrzahl von Wicklungen auf, die beispielsweise um einen Statorpolzahn gewickelt sein können und in der schematischen Darstellung gemäß Fig. 2 durch Spulenleiter a1 , a2, b1 , b2, c1 , c2 angedeutet sind.
Generell weist der bürstenlose Gleichstrommotor 1 2N Permanentmagnetpole am Rotor 11 und drei oder mehr Ankerspulen 1 1 am Stator 10 auf.
Im Betrieb des Motors 1 wird ein Strom an die Ankerspulen a-c angelegt, um auf diese Weise ein Ankerfeld am Stator 10 zu erzeugen. Der Stromfluss in den Ankerspulen a-c wird hierbei mit einer Steuereinrichtung 2 derart elektronisch kommutiert, dass sich ein umlaufendes Ankerfeld am Stator 10 ergibt, dem der Rotor 1 1 nachfolgt, sodass der Rotor 1 1 in eine Drehbewegung D um die Drehachse 1 10 versetzt wird.
Die Ankerspulen a-c werden im Betrieb des Motors 1 über drei Phasen L1 , L2, L3 zeitlich versetzt angesteuert, um das am Stator 10 umlaufende Ankerfeld zu erzeugen. Bei sensorlosen bürstenlosen Gleichstrommotoren werden hierbei beispielsweise zwei Phasen L1-L3 bestromt, während die dritte Phase L1-L3 als Messeleitung dient und zur Erfassung einer in der zugeordneten Ankerspule a-c induzierten Gegenspannung dient. Diese Gegenspannung kann ausgewertet werden, um die Rotorposition des Rotors 11 zu bestimmen und anhand der Rotorposition den Betrieb des Motors 1 zu regeln.
Die Figur 2 zeigt schematisch eine Elektromotorbaugruppe, die neben einer elektronischen Steuereinrichtung 2 entsprechend der Figur 1 auch einen Elektromotor, zum Beispiel in Form des bürstenlosen Gleichstrommotors 1 entsprechend der Figur 1 , umfasst. Über den Elektromotor 1 der Elektromotorbaugruppe der Figur 2 wird eine Antriebskomponente, hier zum Beispiel in Form eines Gebläses 4, angetrieben, das Teil der Elektromotor Baugruppe 3 ist. Elektromotor 1 bildet dabei zusammen mit seiner Steuereinrichtung 2 und dem Gebläse 4 beispielsweise jeweils einen Teil eines Kühlerlüftermoduls für ein Fahrzeug.
Die Elektromotorbaugruppe E der Figur 2 ist innerhalb eines schematisch dargestellten Bauraums B angeordnet. Beispielsweise sind hierbei der Elektromotor 1 , die Steuereinrichtung 2 und das Gebläse 4 in einem gemeinsamen Gehäuse oder Gehäuseteil innerhalb des Bauraums B positioniert. Mit der elektronischen Steuereinrichtung 2 sind bei der Ausführungsvariante der Figur 2 eine elektronische Detektionseinrichtung 3a und/oder eine elektronische Detektionseinrichtung 3b gekoppelt. Während die eine elektronische Detektionseinrichtung 3a innerhalb der Elektromotorenbaugruppe E vorgesehen ist, um beispielsweise elektrisch einen Lichtbogen zu detektieren, ist die zusätzlich oder alternativ vorgesehene elektronische Detektionseinrichtung 3b eingerichtet, sensorisch das Auftreten eines Lichtbogens zu detektieren.
Mithilfe der elektronischen Detektionseinrichtung 3a, die beispielsweise zusammen mit der Steuerrichtung 2 in einem Steuergerät untergebracht sein kann, ist beispielsweise das Auftreten eines Lichtbogens über
a1 ) eine elektromagnetische Feldcharakteristik und/oder elektromagnetische
Feldveränderungen und/oder
b1 ) jeweils einen Schwellwert übersteigenden Änderungen an einer erfassten Spannung und/oder an einer erfassten Stromstärke und/oder
c1 ) über einen Spannungsabfall und mindestens einen unerwarteten Strompfad anhand eines Vergleichs mindestens eines an der Steuerungseinrichtung 2 erfassten ersten Messwerts mit mindestens einem von außerhalb der Elektromotorbaugruppe E erfassten und an die elektronische Detektionseinrichtung 3a übertragenen zweiten Messwert
detektierbar. Wird mithilfe der elektronischen Detektionseinrichtung 3a über eine oder mehrere der vorstehend genannten Varianten a1 ), b1 ), c1 ) ein eventuelles Auftreten eines Lichtbogens ermittelt, wird über eine Auswertelogik 20 der Steuereinrichtung 2 ein Signal s erzeugt. Über dieses Signal s erfolgt dann beispielsweise eine Trennung des Elektromotors 1 von einer Stromversorgung. Alternativ oder ergänzend kann mit dem Signal s ein Alarmsignal verbunden sein, um ein übergeordnetes System und/oder einen Nutzer auf das Auftreten eines Lichtbogens aufmerksam zu machen. Die elektronische Lektionseinrichtung 3b dient der sensorischen Detektion eines Lichtbogens innerhalb und/oder in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe E. Hierbei kann die elektronische Detektionseinrichtung 3b beispielsweise
a2) über eine erfasste Temperatur und/oder eine erfasste Temperaturänderung und/oder
b2) über einen erfassten Druck und/oder eine erfasste Druckänderung und/oder c2) optisch und/oder
d2) akustisch und/oder
e2) über eine Detektion mindestens einer gasförmigen Substanz
einen Lichtbogen detektieren.
In der Auswertelogik 20 der Steuerrichtung 2 können auch Messwerte und/oder Messsignale beider elektronischer Detektionseinrichtungen 3a und 3b miteinander kombiniert werden, um auf das Auftreten eines Lichtbogens zu schließen und das Signal s zu erzeugen. So kann beispielsweise ein Signal s zur Trennung des Elektromotors 1 von einer Stromversorgung und/oder zur Alarmierung erst erzeugt werden, wenn wenigstens von beiden elektronischen Detektionseinrichtung 3a und 3b ein Messwert erhalten wird, der auf das Auftreten eines Lichtbogens hinweist. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass von der einen Detektionseinrichtung 3a eine einen Schwellwert übersteigende Änderung einer erfassten Spannung und/oder einer erfassten Stromstärke und von der anderen elektronischen Detektionseinrichtung 3b optisch eine einen Schwellwert übersteigende Lichtstärke und/oder eine einen Schwellenwert übersteigende Änderung in der erfassten Lichtstärke detektiert werden müssen, bevor die Erzeugung des Signals s ausgelöst wird.
Bei der Ausführungsvariante der Figur 3 bildet die Detektionseinrichtung 3a einen Teil der Steuereinrichtung 2. Beispielsweise ist hierbei die Detektionseinrichtung 3a mit der Auswertelogik 20 in einem Steuergerät untergebracht. Die Steuereinrichtung 2 der Figur 3 kann ferner mit einer Detektionsvorrichtung 3b gekoppelt sein, die eine Abschalteinrichtung integriert und im Fehlerfall ein Signal sc von der Steuereinrichtung 2 empfängt. Alternativ oder ergänzend kann im Fehlerfall von der Steuereinrichtung 2 mit der Detektionsvorrichtung 3a ein Signal sa und/oder von der Detektionsvorrichtung 3b ein Signal Sb an eine externe Schnittstelle übertragen werden, insbesondere drahtgebunden übertragen werden.
Die vorgeschlagene Lösung sieht hierbei insbesondere vor, in einem Fehlerfall, insbesondere in einem durch äußere Einwirkung (z.B. einem Crash-Fall) auftretendem Fehlerfall, im Normalbetrieb nicht auftretende Verbindungen von spannungsführenden Teilen in der Elektronik der Elektromotorbaugruppe E zu detektieren. Solche Verbindungen können zu Leistungsumsetzungen in Folge eines Kurzschlusses oder eines anstehenden Lichtbogens führen, die im Rahmen der vorgeschlagenen Lösung detektierbar sein sollen.
Bezugszeichenliste
1 Bürstenloser Motor
10 Stator
1 1 Rotor
1 10 Drehachse
2 Steuereinrichtung
20 Auswertelogik
3a, 3b Detektionseinrichtung
4 Gebläse (Antriebskomponente) a, b, c Ankerspule
a1 , a2, b1 , b2, c1 , c2 Spulenleiter
B Bauraum
E Elektromotorbaugruppe
L1 , L2, L3 Phase
S, Sa, Sb, Sc Signal

Claims

Patentansprüche
1. Elektromotorbaugruppe, mit wenigstens
- einem Elektromotor (1 ) und
- einer Steuereinrichtung (2) zur Steuerung des Elektromotors (1 ), gekennzeichnet durch eine elektronische Detektionseinrichtung (3a, 3b) für die Detektion mindestens eines Fehlerfalls innerhalb und/oder in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe (E) und für die Erzeugung mindestens eines elektronischen Signals (s, sa, sb, sc) in Reaktion auf einen detektierten Fehlerfall.
2. Elektromotorbaugruppe nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine elektronische Detektionseinrichtung (3a, 3b) für die Detektion eines Lichtbogens innerhalb und/oder in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe (E) und für die Erzeugung mindestens eines elektronischen Signals (s, sa, sb, sc) in Reaktion auf einen detektierten Lichtbogen.
3. Elektromotorbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe der elektronischen Detektionseinrichtung (3a) ein Lichtbogen innerhalb der Elektromotorbaugruppe elektrisch detektierbar ist.
4. Elektromotorbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Detektionseinrichtung (3a) konfiguriert ist, einen Fehlerfall innerhalb der Elektromotorbaugruppe (E) über
a) eine elektromagnetische Feldcharakteristik und/oder elektromagnetische Feldveränderungen und/oder
b) jeweils einen Schwellwert übersteigenden Änderungen an einer erfassten Spannung und/oder an einer erfassten Stromstärke und/oder
c) über einen Spannungsabfall und mindestens einen unerwarteten Strompfad anhand eines Vergleichs mindestens eines an der Steuerungseinrichtung (2) erfassten ersten Messwerts mit mindestens einem von außerhalb der Elektromotorbaugruppe (E) erfassten und an die elektronische Detektionseinrichtung (3a) übertragenen zweiten Messwert und/oder
d) über das Ausbleiben eines ohne das Vorliegen eines Fehlerfalls zyklisch wiederkehrenden Kontrollsignals zu detektieren
5. Elektromotorbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe der elektronischen Detektionseinrichtung (3a, 3b) ein Lichtbogen innerhalb und/oder in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe (E) sensorisch detektierbar ist.
6. Elektromotorbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Detektionseinrichtung (3a, 3b) konfiguriert ist, einen Fehlerfall innerhalb und/oder in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe (E)
a) über eine erfasste Temperatur und/oder eine erfasste Temperaturänderung und/oder
b) über einen erfassten Druck und/oder eine erfasste Druckänderung und/oder c) optisch und/oder
d) akustisch und/oder
e) über eine Detektion mindestens einer gasförmigen Substanz
zu detektieren.
7. Elektromotorbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine mithilfe der elektronischen Detektionseinrichtung (3a, 3b) in Reaktion auf einen detektierten Fehlerfall erzeugbare elektronische Signal (s, sa, sb, sc) ein Abschaltsignal zur Trennung des Elektromotors (1 ) von einer Stromversorgung und/oder ein Alarmsignal umfasst.
8. Elektromotorbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein bürstenloser Motor (1 ) ist.
9. Elektromotorbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotorbaugruppe (E) für ein Fahrzeug eingerichtet und vorgesehen ist.
10. Elektromotorbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotorbaugruppe (E) ein von dem Elektromotor (1 ) antreibbares Gebläse (4) umfasst.
11. Verfahren zum Betrieb einer Elektromotorbaugruppe, die wenigstens einen Elektromotor (1 ) und eine Steuereinrichtung (2) zur Steuerung des Elektromotors (1 ) umfasst, gekennzeichnet durch eine elektronische Detektion mindestens eines Fehlerfalls innerhalb und/oder in der Umgebung der Elektromotorbaugruppe (E) und eine Erzeugung mindestens eines elektronischen Signals (s, sa, sb, sc) in Reaktion auf einen detektierten Fehlerfall.
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