用于對(duì)電動(dòng)機(jī)的止動(dòng)閘進(jìn)行功能測(cè)試的方法
【專利摘要】為了改進(jìn)對(duì)電動(dòng)機(jī)(1)的止動(dòng)閘(2)的功能測(cè)試的可靠性，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定：改變各相電流(isu、isv、isw)，使得電流矢量(is)在止動(dòng)閘(2)閉合的情況下旋轉(zhuǎn)，使得電流矢量(is)至少一次垂直于轉(zhuǎn)子磁通方向(d)。
【專利說(shuō)明】用于對(duì)電動(dòng)機(jī)的止動(dòng)閘進(jìn)行功能測(cè)試的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于對(duì)電動(dòng)機(jī)的止動(dòng)閘進(jìn)行功能測(cè)試的方法，在該方法中在止動(dòng) 閘閉合的情況下為產(chǎn)生呈大小和角度形式的電流矢量將相電流施加到電動(dòng)機(jī)上，并且檢 查：止動(dòng)閘在所施加的相電流的情況下是否會(huì)打滑。

【背景技術(shù)】
[0002] 在很多機(jī)器中運(yùn)動(dòng)的機(jī)器部件由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。通常也設(shè)置止動(dòng)閘，以便使機(jī)器的 運(yùn)動(dòng)軸固定在位置上。止動(dòng)閘在此可以設(shè)計(jì)為單獨(dú)構(gòu)件，或者也可以集成在電動(dòng)機(jī)中。在 此必須保證止動(dòng)閘的功能、尤其在對(duì)安全關(guān)鍵的范圍內(nèi)的功能，以避免損傷人或機(jī)器。止動(dòng) 閘也遭受磨損、例如改變制動(dòng)特性的制動(dòng)襯片磨損。除此之外，止動(dòng)閘可能通過(guò)外界污染物 例如油或通過(guò)損傷在其功能方面受影響。因此需要對(duì)止動(dòng)閘定期功能測(cè)試、例如在定期時(shí) 間段內(nèi)或每次在機(jī)器的特定運(yùn)動(dòng)之前，以確保止動(dòng)閘還可以施加足夠的制動(dòng)作用。假如止 動(dòng)閘未通過(guò)功能測(cè)試，則機(jī)器通常停止使用。
[0003] 對(duì)此，在DE10 2005 015 608中提出一種方法，在該方法中，驅(qū)動(dòng)軸上的電動(dòng)機(jī) 通過(guò)轉(zhuǎn)矩被控制并且通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置的行程測(cè)量傳感器來(lái)檢查：止動(dòng)閘是否能夠止住轉(zhuǎn)矩。 止動(dòng)閘打滑在此解釋為止動(dòng)閘失效。為此，逐級(jí)地提高轉(zhuǎn)矩，直到止動(dòng)閘打滑并且最后保持 的轉(zhuǎn)矩視為止動(dòng)閘的最大保持力，該轉(zhuǎn)矩可以與確定的額定保持力相比較。
[0004] DE10 2007 005 827A1描述一種用于對(duì)使懸置負(fù)載運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的止動(dòng)閘進(jìn)行 功能測(cè)試的方法。為使負(fù)載在功能測(cè)試中可以被考慮，在此首先確定負(fù)載的作用，在該方法 中如此控制電動(dòng)機(jī)，使得負(fù)載在止動(dòng)閘打開時(shí)保持不動(dòng)。對(duì)此所需的電動(dòng)機(jī)電流被存儲(chǔ)為 參考值。接著，電動(dòng)機(jī)在止動(dòng)閘閉合的情況下通過(guò)該參考值的多倍被控制并且通過(guò)角度傳 感器檢測(cè)：驅(qū)動(dòng)裝置是否運(yùn)動(dòng)。
[0005] 在DE197 56 752A1中也描述止動(dòng)閘的功能測(cè)試，在該測(cè)試中在止動(dòng)閘閉合的情 況下施加促成規(guī)定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)電流。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)并且從而反常的止動(dòng)閘可以通過(guò)探 測(cè)電動(dòng)機(jī)電壓或借助旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)識(shí)別。
[0006] 因此，在現(xiàn)有技術(shù)中在止動(dòng)閘閉合的情況下施加電動(dòng)機(jī)電流以得到規(guī)定轉(zhuǎn)矩。尤 其是在多相電動(dòng)機(jī)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)被固定的情況下電動(dòng)機(jī)電流必須以矢量形式（以大小和角 度）被正確施加，以便產(chǎn)生期望的轉(zhuǎn)矩。定子電流由各個(gè)相電流的矢量相加產(chǎn)生并且稱為 電流矢量、。通過(guò)已知的Clarke或Park變換可以將電流矢量變換到固定在定子上的a 坐標(biāo)系統(tǒng)中或固定在轉(zhuǎn)子上的dq坐標(biāo)系統(tǒng)中。對(duì)于Park變換，需要轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的絕 對(duì)位置，該位置通常借助角度測(cè)量?jī)x測(cè)量。在使用固定在轉(zhuǎn)子上的坐標(biāo)系統(tǒng)dq時(shí)以此為出 發(fā)點(diǎn)：電流矢量在固定在轉(zhuǎn)子上的dq坐標(biāo)系統(tǒng)中僅具有一個(gè)形成力矩的q分量（垂直于轉(zhuǎn) 子通量方向d)。這通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制裝置被確保，使得轉(zhuǎn)子電流與固定在轉(zhuǎn)子上的dq坐標(biāo)系統(tǒng) 一起旋轉(zhuǎn)。
[0007] 但由于錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換、在電動(dòng)機(jī)控制中的誤差或在驅(qū)動(dòng)控制中的誤差，實(shí)際的電流矢 量也可能包含d分量。這意味著，q分量小于電流矢量的大小，為此轉(zhuǎn)矩在數(shù)值上比假定的 或預(yù)設(shè)的要小。但在制動(dòng)測(cè)試方面這意味著，僅當(dāng)正確變換時(shí)并且當(dāng)不產(chǎn)生誤差時(shí)才可以 以此為出發(fā)點(diǎn)：可以測(cè)出的或已知的施加的定子電流或施加的各相電流與在電動(dòng)機(jī)軸上的 轉(zhuǎn)矩是成比例的。
[0008] 例如必須假設(shè)在實(shí)際的固定在轉(zhuǎn)子上的d'q'坐標(biāo)系統(tǒng)（d'指向轉(zhuǎn)子流通方向） 和假設(shè)的dq坐標(biāo)系統(tǒng)之間的角度誤差。對(duì)于永磁激勵(lì)同步電動(dòng)機(jī)在矢量控制中M= KTiscosu成立。在理想情況下u= 0并且從而轉(zhuǎn)矩M由于電動(dòng)機(jī)常數(shù)KT而直接與形 成力矩的電流分量（定子電流）成比例。但在誤差情況下尹〇,由此產(chǎn)生在數(shù)值上較 小的轉(zhuǎn)矩。即如在現(xiàn)有技術(shù)中基于測(cè)出的各相電流或由此產(chǎn)生的電流矢量、對(duì)止動(dòng)閘進(jìn) 行功能測(cè)試的制動(dòng)測(cè)試不是足夠可靠的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，改進(jìn)電動(dòng)機(jī)止動(dòng)閘的功能測(cè)試的可靠性。
[0010] 按照本發(fā)明該任務(wù)由此解決：改變這些相電流，使得電流矢量在止動(dòng)閘閉合的情 況下旋轉(zhuǎn)，使得電流矢量至少一次垂直于轉(zhuǎn)子磁通方向。按照該方式可以保證：為了對(duì)止動(dòng) 閘進(jìn)行功能測(cè)試，期望的轉(zhuǎn)矩實(shí)際被施加至少一次。
[0011] 在最簡(jiǎn)單情況下，當(dāng)沒(méi)有施加外負(fù)載時(shí)，使電流矢量旋轉(zhuǎn)一個(gè)至少180°的角度就 足夠的。在有外負(fù)載的情況下或在利用沿一個(gè)規(guī)定方向的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行功能試驗(yàn)的情況下使電 流矢量旋轉(zhuǎn)一個(gè)至少360°的角度。
[0012] 對(duì)于功能測(cè)試有利的是，將電周期分成幾個(gè)扇區(qū)并且電流矢量在功能測(cè)試期間在 每個(gè)扇區(qū)內(nèi)逗留規(guī)定的逗留時(shí)間，因?yàn)橛纱丝梢源_保待調(diào)整到的轉(zhuǎn)矩實(shí)際上也形成了。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 下面參考圖1至8詳細(xì)解釋本發(fā)明，圖1至8示例性示意性且不限制地示出本發(fā) 明的有利設(shè)計(jì)。其中：
[0014] 圖1示出具有電動(dòng)機(jī)、負(fù)載和止動(dòng)閘的典型驅(qū)動(dòng)裝置；
[0015] 圖2示出在施加相電流時(shí)形成的電流矢量；
[0016] 圖3和圖4示出電流矢量的旋轉(zhuǎn)；
[0017] 圖5示出在外負(fù)載時(shí)電流矢量的旋轉(zhuǎn)；
[0018] 圖6示出電流矢量的準(zhǔn)連續(xù)且離散的旋轉(zhuǎn)；并且 [0019] 圖7和圖8示出將電周期分成幾個(gè)扇區(qū)。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 圖1示意性示出具有電動(dòng)機(jī)1的驅(qū)動(dòng)裝置，該電動(dòng)機(jī)通過(guò)電動(dòng)機(jī)軸4與負(fù)載5相 連。電動(dòng)機(jī)1在電動(dòng)機(jī)軸4上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩Mw并且負(fù)載5產(chǎn)生負(fù)載力矩化。在電動(dòng)機(jī)軸4上， 此處在電動(dòng)機(jī)1的另一端部上設(shè)置任意設(shè)計(jì)方式的止動(dòng)閘2。也設(shè)置用于測(cè)量轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn) 編碼器3。電動(dòng)機(jī)1、止動(dòng)閘2和旋轉(zhuǎn)編碼器3的軸向設(shè)置自然也可以任意改變。也可以設(shè) 想，止動(dòng)閘2和/或旋轉(zhuǎn)編碼器3集成在電動(dòng)機(jī)1中，它們也可以以其他方式例如通過(guò)傳動(dòng) 裝置機(jī)械連接。
[0021] 電動(dòng)機(jī)控制裝置6通過(guò)電力電子單元7 (通常是逆變器）控制電動(dòng)機(jī)1。為此可以 由電動(dòng)機(jī)控制裝置6例如預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)矩Mw，該轉(zhuǎn)矩由電力電子單元7轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诋a(chǎn)生轉(zhuǎn)矩Mw的 相電流isu、isv、isw。這些相電流isu、isv、isw產(chǎn)生具有大小和角度P的電流矢量is，如根據(jù) 圖2詳細(xì)描述。
[0022] 在理想情況下電流矢量is在大小和角度上應(yīng)等于在固定在轉(zhuǎn)子上的坐標(biāo)系統(tǒng)dq 中形成轉(zhuǎn)矩的電流分量、、即is =iq。由于誤差產(chǎn)生這樣一個(gè)偏差（坐標(biāo)系統(tǒng)d'q'），該 偏差導(dǎo)致定子電流is也包含d分量id，。從而iq，=iscos( 0 6")，并且形成轉(zhuǎn)矩的電流分量 iq且從而由電動(dòng)機(jī)1產(chǎn)生并施加在電動(dòng)機(jī)軸4上的轉(zhuǎn)矩Mw在數(shù)值上也小于基于施加的或 測(cè)量的相電流isu、isv、isw所預(yù)期的對(duì)應(yīng)值。
[0023] 為對(duì)于止動(dòng)閘2的功能測(cè)試將此考慮在內(nèi)，現(xiàn)在規(guī)定：在止動(dòng)閘2閉合的情況下例 如通過(guò)相應(yīng)改變相電流isu、isv、isw使電流矢量is旋轉(zhuǎn)，從而確保電流矢量is至少一次僅僅 指向q方向（垂直于轉(zhuǎn)子磁通方向d)并且因此至少一次is =iq，如圖3所示。
[0024] 此外可以區(qū)分如下兩種情況，即沒(méi)有外負(fù)載的制動(dòng)測(cè)試和有外負(fù)載的制動(dòng)測(cè)試 (如在圖1中以負(fù)載力矩A的方式示出）。
[0025] 在沒(méi)有外負(fù)載的制動(dòng)測(cè)試中如果受載的方向是無(wú)關(guān)緊要的，則電流矢量旋轉(zhuǎn) 180°就足以確保電流矢量is至少一次僅僅指向q方向，如由圖4可見(jiàn)。然而，如果止動(dòng)閘 2應(yīng)利用沿規(guī)定方向的力矩進(jìn)行測(cè)試，則電流矢量、在該情況下也必須旋轉(zhuǎn)360°，以便可 靠地測(cè)試止動(dòng)閘2的功能。
[0026] 定子電流13在按照?qǐng)D4的實(shí)施例中例如旋轉(zhuǎn)360°并且以iq = |is|sin(p-0,) 的形式投影到固定在轉(zhuǎn)子上的坐標(biāo)系統(tǒng)dq的q軸線上。因此形成轉(zhuǎn)矩的電流分量iq至少 一次達(dá)到最大值is =iq，從而至少一次產(chǎn)生期望轉(zhuǎn)矩^ =KTis以測(cè)試止動(dòng)閘2。
[0027] 如還有引起規(guī)定的負(fù)載力矩&的外負(fù)載5與驅(qū)動(dòng)裝置相連，則止動(dòng)閘2已經(jīng)經(jīng)歷 基本負(fù)載。該基本負(fù)載可以表述為力矩等效電流Ia。將在制動(dòng)測(cè)試期間驅(qū)動(dòng)裝置必須施 加的轉(zhuǎn)矩減小該值。力矩等效電流特性曲線iTest對(duì)于止動(dòng)閘2而言是外基本負(fù)載和定 子電流的形成力矩的分量iq之和，iTest =iiL+lislsin(p- 0 ，如在圖5中所示。外負(fù)載 5在此可以假設(shè)為已知。
[0028] 如果電流矢量is旋轉(zhuǎn)360° ,則形成轉(zhuǎn)矩的電流分量iq至少一次穿過(guò)最大值is = lq〇
[0029] 為對(duì)止動(dòng)閘2進(jìn)行功能測(cè)試，例如通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器3檢查止動(dòng)閘2在電流矢量is 旋轉(zhuǎn)期間是否打滑。如果旋轉(zhuǎn)編碼器3探測(cè)到太大的角度變化，則這將解釋為止動(dòng)閘2發(fā) 生打滑并且隨著錯(cuò)誤提示例如狀態(tài)信息來(lái)結(jié)束功能測(cè)試。在此可以規(guī)定哪些角度變化是可 靠的。錯(cuò)誤提示例如可以轉(zhuǎn)送到電動(dòng)機(jī)控制裝置6上，該電動(dòng)機(jī)控制裝置隨后可以進(jìn)行適 當(dāng)動(dòng)作，例如激活緊急停止、報(bào)告給上級(jí)設(shè)備控制裝置、通知失敗的功能測(cè)試等。在此，功能 測(cè)試自然也可以由電動(dòng)機(jī)控制裝置6觸發(fā)和/或執(zhí)行。但也可以規(guī)定，功能測(cè)試由其他單 元如可靠的電動(dòng)機(jī)控制裝置執(zhí)行。
[0030] 為了具體實(shí)施上述功能測(cè)試，可以準(zhǔn)連續(xù)地或以離散的步驟改變電流矢量is的角 度P，如在圖6和圖7中所示。
[0031] 對(duì)此，電周期（360° )被分為n個(gè)扇區(qū)Sn，例如在圖7中所示的十八個(gè)扇區(qū)。對(duì)于 制動(dòng)測(cè)試現(xiàn)在規(guī)定：為有效地進(jìn)行功能測(cè)試，電流矢量is在每個(gè)扇區(qū)Sn中都必須逗留一個(gè) 規(guī)定的逗留時(shí)間，從而可以形成轉(zhuǎn)矩Mw。扇區(qū)大小或扇區(qū)數(shù)量可以由最大可承受誤差f?確 定，如根據(jù)圖8所解釋。因此,對(duì)于扇區(qū)大小a滿足關(guān)系a=±arccos(l-^)?其中f以 百分比給出。
[0032] 因此可以確保，在一個(gè)扇區(qū)Sn中的逗留時(shí)間期間最大轉(zhuǎn)矩被施加，扣除與扇區(qū)變 量a相關(guān)的誤差f。劃分的扇區(qū)sn越小，則最大誤差f越小，但同時(shí)因而整個(gè)測(cè)試持續(xù)時(shí) 間提高了，因?yàn)殡娏魇噶縤s必須在每個(gè)扇區(qū)Sn中逗留。因此必須建立精度和測(cè)試持續(xù)時(shí)間 之間的合理折中。
[0033] 所需的逗留持續(xù)時(shí)間與應(yīng)用情況和使用的止動(dòng)閘2相關(guān)并且必須根據(jù)廠家說(shuō)明 或各自計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)定并且是使用者的責(zé)任。同樣適用于角度變化公差窗。
[0034] 力矩平衡和允許的角度變化公差可以被考慮為計(jì)算的出發(fā)點(diǎn)。借助這些值可以計(jì) 算，轉(zhuǎn)矩必須施加多長(zhǎng)時(shí)間，以便提高電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)子的慣性并且可選地提高負(fù)載4的慣 性，以便覆蓋最小可測(cè)得的角度變化。
[0035] 此外，在外負(fù)載5時(shí)可以規(guī)定，確定由外負(fù)載5在靜止?fàn)顟B(tài)中施加的負(fù)載力矩化， 例如通過(guò)如在DE10 2007 005 827A1中描述的方法。但是負(fù)載力矩&也可以對(duì)于多種施 加情況假設(shè)為已知。現(xiàn)在可以施加電流矢量is，該電流矢量等于負(fù)載力矩A的力矩等效 電流1^，并且可用測(cè)量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，或檢查外負(fù)載在該施加的電流矢量is時(shí)是否在靜止?fàn)?態(tài)。由此例如可以通過(guò)將已知的外負(fù)載5或負(fù)載力矩&與測(cè)得的轉(zhuǎn)矩相比較來(lái)驗(yàn)證所述 轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)矩常數(shù)1的可信度，S卩如果兩個(gè)轉(zhuǎn)矩相互有偏差，則可以按照這種方式可識(shí)別出 有缺陷的轉(zhuǎn)換。
[0036] 上述的實(shí)施例也以相同的方式適用于直線電動(dòng)機(jī)，因?yàn)閺目刂萍夹g(shù)角度看在旋轉(zhuǎn) 電動(dòng)機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)之間不存在差別?？梢栽O(shè)置直線電動(dòng)機(jī)作為"未卷繞的"電動(dòng)機(jī)。三 個(gè)線圈（相）在通常情況下（短定子電動(dòng)機(jī)）在滑座時(shí)彼此相繼排列并且在氣隙中產(chǎn)生正 弦形的"磁化力"（磁化安匝）。永久磁鐵彼此相繼排列地處于電動(dòng)機(jī)的固定部分中。在長(zhǎng) 定子電動(dòng)機(jī)中，這正好是相反的。電旋轉(zhuǎn)相應(yīng)于極對(duì)長(zhǎng)度并且在內(nèi)部換算，使得此處也可以 以"電流矢量的旋轉(zhuǎn)"表示。電流矢量在此在理想情況下再次準(zhǔn)垂直于磁通方向。轉(zhuǎn)矩常 數(shù)在此等效為力常數(shù)并且直線電動(dòng)機(jī)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩M而產(chǎn)生力F。因此，用于對(duì)止動(dòng)閘進(jìn)行功 能測(cè)試的方法也可以同樣地或以等效方式在直線電動(dòng)機(jī)的情況下應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于對(duì)電動(dòng)機(jī)（1)的止動(dòng)閘（2)進(jìn)行功能測(cè)試的方法，其中，在止動(dòng)閘（2)閉 合的情況下為產(chǎn)生呈大小和角度形式的電流矢量（is)將相電流（isu、isv、ij施加到電動(dòng) 機(jī)⑴上，并且檢查止動(dòng)閘⑵在施加的相電流（isu、isv、isw)的情況下是否打滑，其特征在 于，改變這些相電流（isu、isv、isw)，使得電流矢量（U在止動(dòng)閘（2)閉合的情況下旋轉(zhuǎn)，使 得電流矢量（U至少一次垂直于轉(zhuǎn)子磁通方向（d)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，改變所述相電流（isu、isv、isw)，使得電流 矢量（U旋轉(zhuǎn)一個(gè)至少180°的角度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，改變相電流（isu、isv、isw)，使得電流矢量 (is)旋轉(zhuǎn)一個(gè)至少360°的角度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將電周期分成幾個(gè)扇區(qū)（Sn) 并且電流矢量（is)在功能測(cè)試期間在每個(gè)扇區(qū)（Sn)內(nèi)都逗留一個(gè)規(guī)定的逗留時(shí)間。
【文檔編號(hào)】G01L5/28GK104412085SQ201480001512
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月24日
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