用於對電動機的止動閘進行功能測試的方法
2023-05-14 08:46:06
用於對電動機的止動閘進行功能測試的方法
【專利摘要】為了改進對電動機(1)的止動閘(2)的功能測試的可靠性，根據本發明規定：改變各相電流(isu、isv、isw)，使得電流矢量(is)在止動閘(2)閉合的情況下旋轉，使得電流矢量(is)至少一次垂直於轉子磁通方向(d)。
【專利說明】用於對電動機的止動閘進行功能測試的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於對電動機的止動閘進行功能測試的方法，在該方法中在止動 閘閉合的情況下為產生呈大小和角度形式的電流矢量將相電流施加到電動機上，並且檢 查：止動閘在所施加的相電流的情況下是否會打滑。
【背景技術】
[0002] 在很多機器中運動的機器部件由電動機驅動。通常也設置止動閘，以便使機器的 運動軸固定在位置上。止動閘在此可以設計為單獨構件，或者也可以集成在電動機中。在 此必須保證止動閘的功能、尤其在對安全關鍵的範圍內的功能，以避免損傷人或機器。止動 閘也遭受磨損、例如改變制動特性的制動襯片磨損。除此之外，止動閘可能通過外界汙染物 例如油或通過損傷在其功能方面受影響。因此需要對止動閘定期功能測試、例如在定期時 間段內或每次在機器的特定運動之前，以確保止動閘還可以施加足夠的制動作用。假如止 動閘未通過功能測試，則機器通常停止使用。
[0003] 對此，在DE10 2005 015 608中提出一種方法，在該方法中，驅動軸上的電動機 通過轉矩被控制並且通過驅動裝置的行程測量傳感器來檢查：止動閘是否能夠止住轉矩。 止動閘打滑在此解釋為止動閘失效。為此，逐級地提高轉矩，直到止動閘打滑並且最後保持 的轉矩視為止動閘的最大保持力，該轉矩可以與確定的額定保持力相比較。
[0004] DE10 2007 005 827A1描述一種用於對使懸置負載運動的電動機的止動閘進行 功能測試的方法。為使負載在功能測試中可以被考慮，在此首先確定負載的作用，在該方法 中如此控制電動機，使得負載在止動閘打開時保持不動。對此所需的電動機電流被存儲為 參考值。接著，電動機在止動閘閉合的情況下通過該參考值的多倍被控制並且通過角度傳 感器檢測：驅動裝置是否運動。
[0005] 在DE197 56 752A1中也描述止動閘的功能測試，在該測試中在止動閘閉合的情 況下施加促成規定轉矩的起動電流。電動機轉子的旋轉並且從而反常的止動閘可以通過探 測電動機電壓或藉助旋轉編碼器來識別。
[0006] 因此，在現有技術中在止動閘閉合的情況下施加電動機電流以得到規定轉矩。尤 其是在多相電動機時，在電動機被固定的情況下電動機電流必須以矢量形式（以大小和角 度）被正確施加，以便產生期望的轉矩。定子電流由各個相電流的矢量相加產生並且稱為 電流矢量、。通過已知的Clarke或Park變換可以將電流矢量變換到固定在定子上的a 坐標系統中或固定在轉子上的dq坐標系統中。對於Park變換，需要轉子相對於定子的絕 對位置，該位置通常藉助角度測量儀測量。在使用固定在轉子上的坐標系統dq時以此為出 發點：電流矢量在固定在轉子上的dq坐標系統中僅具有一個形成力矩的q分量（垂直於轉 子通量方向d)。這通過驅動控制裝置被確保，使得轉子電流與固定在轉子上的dq坐標系統 一起旋轉。
[0007] 但由於錯誤轉換、在電動機控制中的誤差或在驅動控制中的誤差，實際的電流矢 量也可能包含d分量。這意味著，q分量小於電流矢量的大小，為此轉矩在數值上比假定的 或預設的要小。但在制動測試方面這意味著，僅當正確變換時並且當不產生誤差時才可以 以此為出發點：可以測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機軸上的 轉矩是成比例的。
[0008] 例如必須假設在實際的固定在轉子上的d'q'坐標系統（d'指向轉子流通方向） 和假設的dq坐標系統之間的角度誤差。對於永磁激勵同步電動機在矢量控制中M= KTiscosu成立。在理想情況下u= 0並且從而轉矩M由於電動機常數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,由此產生在數值上較 小的轉矩。即如在現有技術中基於測出的各相電流或由此產生的電流矢量、對止動閘進 行功能測試的制動測試不是足夠可靠的。
【發明內容】
[0009] 因此，本發明的任務在於，改進電動機止動閘的功能測試的可靠性。
[0010] 按照本發明該任務由此解決：改變這些相電流，使得電流矢量在止動閘閉合的情 況下旋轉，使得電流矢量至少一次垂直於轉子磁通方向。按照該方式可以保證：為了對止動 閘進行功能測試，期望的轉矩實際被施加至少一次。
[0011] 在最簡單情況下，當沒有施加外負載時，使電流矢量旋轉一個至少180°的角度就 足夠的。在有外負載的情況下或在利用沿一個規定方向的轉矩進行功能試驗的情況下使電 流矢量旋轉一個至少360°的角度。
[0012] 對於功能測試有利的是，將電周期分成幾個扇區並且電流矢量在功能測試期間在 每個扇區內逗留規定的逗留時間，因為由此可以確保待調整到的轉矩實際上也形成了。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 下面參考圖1至8詳細解釋本發明，圖1至8示例性示意性且不限制地示出本發 明的有利設計。其中：
[0014] 圖1示出具有電動機、負載和止動閘的典型驅動裝置；
[0015] 圖2示出在施加相電流時形成的電流矢量；
[0016] 圖3和圖4示出電流矢量的旋轉；
[0017] 圖5示出在外負載時電流矢量的旋轉；
[0018] 圖6示出電流矢量的準連續且離散的旋轉；並且 [0019] 圖7和圖8示出將電周期分成幾個扇區。
【具體實施方式】
[0020] 圖1示意性示出具有電動機1的驅動裝置，該電動機通過電動機軸4與負載5相 連。電動機1在電動機軸4上產生轉矩Mw並且負載5產生負載力矩化。在電動機軸4上， 此處在電動機1的另一端部上設置任意設計方式的止動閘2。也設置用於測量轉角的旋轉 編碼器3。電動機1、止動閘2和旋轉編碼器3的軸向設置自然也可以任意改變。也可以設 想，止動閘2和/或旋轉編碼器3集成在電動機1中，它們也可以以其他方式例如通過傳動 裝置機械連接。
[0021] 電動機控制裝置6通過電力電子單元7 (通常是逆變器）控制電動機1。為此可以 由電動機控制裝置6例如預設轉矩Mw，該轉矩由電力電子單元7轉變為用於產生轉矩Mw的 相電流isu、isv、isw。這些相電流isu、isv、isw產生具有大小和角度P的電流矢量is，如根據 圖2詳細描述。
[0022] 在理想情況下電流矢量is在大小和角度上應等於在固定在轉子上的坐標系統dq 中形成轉矩的電流分量、、即is =iq。由於誤差產生這樣一個偏差（坐標系統d'q'），該 偏差導致定子電流is也包含d分量id，。從而iq，=iscos( 0 6")，並且形成轉矩的電流分量 iq且從而由電動機1產生並施加在電動機軸4上的轉矩Mw在數值上也小於基於施加的或 測量的相電流isu、isv、isw所預期的對應值。
[0023] 為對於止動閘2的功能測試將此考慮在內，現在規定：在止動閘2閉合的情況下例 如通過相應改變相電流isu、isv、isw使電流矢量is旋轉，從而確保電流矢量is至少一次僅僅 指向q方向（垂直於轉子磁通方向d)並且因此至少一次is =iq，如圖3所示。
[0024] 此外可以區分如下兩種情況，即沒有外負載的制動測試和有外負載的制動測試 (如在圖1中以負載力矩A的方式示出）。
[0025] 在沒有外負載的制動測試中如果受載的方向是無關緊要的，則電流矢量旋轉 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。然而，如果止動閘 2應利用沿規定方向的力矩進行測試，則電流矢量、在該情況下也必須旋轉360°，以便可 靠地測試止動閘2的功能。
[0026] 定子電流13在按照圖4的實施例中例如旋轉360°並且以iq = |is|sin(p-0,) 的形式投影到固定在轉子上的坐標系統dq的q軸線上。因此形成轉矩的電流分量iq至少 一次達到最大值is =iq，從而至少一次產生期望轉矩^ =KTis以測試止動閘2。
[0027] 如還有引起規定的負載力矩&的外負載5與驅動裝置相連，則止動閘2已經經歷 基本負載。該基本負載可以表述為力矩等效電流Ia。將在制動測試期間驅動裝置必須施 加的轉矩減小該值。力矩等效電流特性曲線iTest對於止動閘2而言是外基本負載和定 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。外負載 5在此可以假設為已知。
[0028] 如果電流矢量is旋轉360° ,則形成轉矩的電流分量iq至少一次穿過最大值is = lq〇
[0029] 為對止動閘2進行功能測試，例如通過旋轉編碼器3檢查止動閘2在電流矢量is 旋轉期間是否打滑。如果旋轉編碼器3探測到太大的角度變化，則這將解釋為止動閘2發 生打滑並且隨著錯誤提示例如狀態信息來結束功能測試。在此可以規定哪些角度變化是可 靠的。錯誤提示例如可以轉送到電動機控制裝置6上，該電動機控制裝置隨後可以進行適 當動作，例如激活緊急停止、報告給上級設備控制裝置、通知失敗的功能測試等。在此，功能 測試自然也可以由電動機控制裝置6觸發和/或執行。但也可以規定，功能測試由其他單 元如可靠的電動機控制裝置執行。
[0030] 為了具體實施上述功能測試，可以準連續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] 對此，電周期（360° )被分為n個扇區Sn，例如在圖7中所示的十八個扇區。對於 制動測試現在規定：為有效地進行功能測試，電流矢量is在每個扇區Sn中都必須逗留一個 規定的逗留時間，從而可以形成轉矩Mw。扇區大小或扇區數量可以由最大可承受誤差f?確 定，如根據圖8所解釋。因此,對於扇區大小a滿足關係a=±arccos(l-^)?其中f以 百分比給出。
[0032] 因此可以確保，在一個扇區Sn中的逗留時間期間最大轉矩被施加，扣除與扇區變 量a相關的誤差f。劃分的扇區sn越小，則最大誤差f越小，但同時因而整個測試持續時 間提高了，因為電流矢量is必須在每個扇區Sn中逗留。因此必須建立精度和測試持續時間 之間的合理折中。
[0033] 所需的逗留持續時間與應用情況和使用的止動閘2相關並且必須根據廠家說明 或各自計算結果進行設定並且是使用者的責任。同樣適用於角度變化公差窗。
[0034] 力矩平衡和允許的角度變化公差可以被考慮為計算的出發點。藉助這些值可以計 算，轉矩必須施加多長時間，以便提高電動機1的轉子的慣性並且可選地提高負載4的慣 性，以便覆蓋最小可測得的角度變化。
[0035] 此外，在外負載5時可以規定，確定由外負載5在靜止狀態中施加的負載力矩化， 例如通過如在DE10 2007 005 827A1中描述的方法。但是負載力矩&也可以對於多種施 加情況假設為已知。現在可以施加電流矢量is，該電流矢量等於負載力矩A的力矩等效 電流1^，並且可用測量產生的轉矩，或檢查外負載在該施加的電流矢量is時是否在靜止狀 態。由此例如可以通過將已知的外負載5或負載力矩&與測得的轉矩相比較來驗證所述 轉換或轉矩常數1的可信度，S卩如果兩個轉矩相互有偏差，則可以按照這種方式可識別出 有缺陷的轉換。
[0036] 上述的實施例也以相同的方式適用於直線電動機，因為從控制技術角度看在旋轉 電動機和直線電動機之間不存在差別。可以設置直線電動機作為"未卷繞的"電動機。三 個線圈（相）在通常情況下（短定子電動機）在滑座時彼此相繼排列並且在氣隙中產生正 弦形的"磁化力"（磁化安匝）。永久磁鐵彼此相繼排列地處於電動機的固定部分中。在長 定子電動機中，這正好是相反的。電旋轉相應於極對長度並且在內部換算，使得此處也可以 以"電流矢量的旋轉"表示。電流矢量在此在理想情況下再次準垂直於磁通方向。轉矩常 數在此等效為力常數並且直線電動機不產生轉矩M而產生力F。因此，用於對止動閘進行功 能測試的方法也可以同樣地或以等效方式在直線電動機的情況下應用。
【權利要求】
1. 一種用於對電動機（1)的止動閘（2)進行功能測試的方法，其中，在止動閘（2)閉 合的情況下為產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 機⑴上，並且檢查止動閘⑵在施加的相電流（isu、isv、isw)的情況下是否打滑，其特徵在 於，改變這些相電流（isu、isv、isw)，使得電流矢量（U在止動閘（2)閉合的情況下旋轉，使 得電流矢量（U至少一次垂直於轉子磁通方向（d)。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，改變所述相電流（isu、isv、isw)，使得電流 矢量（U旋轉一個至少180°的角度。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，改變相電流（isu、isv、isw)，使得電流矢量 (is)旋轉一個至少360°的角度。
4. 根據權利要求1至3任一項所述的方法，其特徵在於，將電周期分成幾個扇區（Sn) 並且電流矢量（is)在功能測試期間在每個扇區（Sn)內都逗留一個規定的逗留時間。
【文檔編號】G01L5/28GK104412085SQ201480001512
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2013年6月24日
【發明者】A·波爾茲雷斯納 申請人:貝內克+賴納工業電子有限公司