用于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(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)。
【專利說明】用于對電動機的止動閘進行功能測試的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于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(chǎn)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，并且檢 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(shù)】
[0002] 在很多機器中運動的機器部件由電動機驅(qū)動。通常也設(shè)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(shè)計為單獨構(gòu)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(guān)鍵的范圍內(nèi)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污染物 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(nèi)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(qū)動軸上的電動機 通過轉(zhuǎn)矩被控制并且通過驅(qū)動裝置的行程測量傳感器來檢查：止動閘是否能夠止住轉(zhuǎn)矩。 止動閘打滑在此解釋為止動閘失效。為此，逐級地提高轉(zhuǎn)矩，直到止動閘打滑并且最后保持 的轉(zhuǎn)矩視為止動閘的最大保持力，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并且通過角度傳 感器檢測：驅(qū)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(guī)定轉(zhuǎn)矩的起動電流。電動機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)并且從而反常的止動閘可以通過探 測電動機電壓或借助旋轉(zhuǎn)編碼器來識別。
[0006] 因此，在現(xiàn)有技術(shù)中在止動閘閉合的情況下施加電動機電流以得到規(guī)定轉(zhuǎn)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(chǎn)生期望的轉(zhuǎn)矩。定子電流由各個相電流的矢量相加產(chǎn)生并且稱為 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(tǒng)中或固定在轉(zhuǎn)子上的dq坐標系統(tǒng)中。對于Park變換，需要轉(zhuǎn)子相對于定子的絕 對位置，該位置通常借助角度測量儀測量。在使用固定在轉(zhuǎn)子上的坐標系統(tǒng)dq時以此為出 發(fā)點：電流矢量在固定在轉(zhuǎn)子上的dq坐標系統(tǒng)中僅具有一個形成力矩的q分量（垂直于轉(zhuǎn) 子通量方向d)。這通過驅(qū)動控制裝置被確保，使得轉(zhuǎn)子電流與固定在轉(zhuǎn)子上的dq坐標系統(tǒng) 一起旋轉(zhuǎn)。
[0007] 但由于錯誤轉(zhuǎn)換、在電動機控制中的誤差或在驅(qū)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。但在制動測試方面這意味著，僅當正確變換時并且當不產(chǎn)生誤差時才可以 以此為出發(fā)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(zhuǎn)矩是成比例的。
[0008] 例如必須假設(shè)在實際的固定在轉(zhuǎn)子上的d'q'坐標系統(tǒng)（d'指向轉(zhuǎn)子流通方向） 和假設(shè)的dq坐標系統(tǒng)之間的角度誤差。對于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并且從而轉(zhuǎn)矩M由于電動機常數(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)中基于測出的各相電流或由此產(chǎn)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(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，改進電動機止動閘的功能測試的可靠性。
[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：為了對止動 閘進行功能測試，期望的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guī)定方向的轉(zhuǎn)矩進行功能試驗的情況下使電 流矢量旋轉(zhuǎn)一個至少360°的角度。
[0012] 對于功能測試有利的是，將電周期分成幾個扇區(qū)并且電流矢量在功能測試期間在 每個扇區(qū)內(nèi)逗留規(guī)定的逗留時間，因為由此可以確保待調(diào)整到的轉(zhuǎn)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(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。其中：
[0014] 圖1示出具有電動機、負載和止動閘的典型驅(qū)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(zhuǎn)；
[0017] 圖5示出在外負載時電流矢量的旋轉(zhuǎn)；
[0018] 圖6示出電流矢量的準連續(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扇區(qū)。

【具體實施方式】
[0020] 圖1示意性示出具有電動機1的驅(qū)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(chǎn)生轉(zhuǎn)矩Mw并且負載5產(chǎn)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(shè)置任意設(shè)計方式的止動閘2。也設(shè)置用于測量轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn) 編碼器3。電動機1、止動閘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，止動閘2和/或旋轉(zhuǎn)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(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)生這樣一個偏差（坐標系統(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且從而由電動機1產(chǎn)生并施加在電動機軸4上的轉(zhuǎn)矩Mw在數(shù)值上也小于基于施加的或 測量的相電流isu、isv、isw所預(yù)期的對應(yīng)值。
[0023] 為對于止動閘2的功能測試將此考慮在內(nèi)，現(xiàn)在規(guī)定：在止動閘2閉合的情況下例 如通過相應(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(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。然而，如果止動閘 2應(yīng)利用沿規(guī)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(zhuǎn)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(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 一次達到最大值is =iq，從而至少一次產(chǎn)生期望轉(zhuǎn)矩^ =KTis以測試止動閘2。
[0027] 如還有引起規(guī)定的負載力矩&的外負載5與驅(qū)動裝置相連，則止動閘2已經(jīng)經(jīng)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(qū)動裝置必須施 加的轉(zhuǎn)矩減小該值。力矩等效電流特性曲線iTest對于止動閘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(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(zhuǎn)編碼器3檢查止動閘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探測到太大的角度變化，則這將解釋為止動閘2發(fā) 生打滑并且隨著錯誤提示例如狀態(tài)信息來結(jié)束功能測試。在此可以規(guī)定哪些角度變化是可 靠的。錯誤提示例如可以轉(zhuǎn)送到電動機控制裝置6上，該電動機控制裝置隨后可以進行適 當動作，例如激活緊急停止、報告給上級設(shè)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(fā)和/或執(zhí)行。但也可以規(guī)定，功能測試由其他單 元如可靠的電動機控制裝置執(zhí)行。
[0030] 為了具體實施上述功能測試，可以準連續(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] 對此，電周期（360° )被分為n個扇區(qū)Sn，例如在圖7中所示的十八個扇區(qū)。對于 制動測試現(xiàn)在規(guī)定：為有效地進行功能測試，電流矢量is在每個扇區(qū)Sn中都必須逗留一個 規(guī)定的逗留時間，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，在一個扇區(qū)Sn中的逗留時間期間最大轉(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，但同時因而整個測試持續(xù)時 間提高了，因為電流矢量is必須在每個扇區(qū)Sn中逗留。因此必須建立精度和測試持續(xù)時間 之間的合理折中。
[0033] 所需的逗留持續(xù)時間與應(yīng)用情況和使用的止動閘2相關(guān)并且必須根據(jù)廠家說明 或各自計算結(jié)果進行設(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算的出發(fā)點。借助這些值可以計 算，轉(zhuǎn)矩必須施加多長時間，以便提高電動機1的轉(zhuǎn)子的慣性并且可選地提高負載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(guī)定，確定由外負載5在靜止狀態(tài)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&也可以對于多種施 加情況假設(shè)為已知?，F(xiàn)在可以施加電流矢量is，該電流矢量等于負載力矩A的力矩等效 電流1^，并且可用測量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)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(tài)。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(zhuǎn)矩相比較來驗證所述 轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)矩常數(shù)1的可信度，S卩如果兩個轉(zhuǎn)矩相互有偏差，則可以按照這種方式可識別出 有缺陷的轉(zhuǎn)換。
[0036] 上述的實施例也以相同的方式適用于直線電動機，因為從控制技術(shù)角度看在旋轉(zhuǎn) 電動機和直線電動機之間不存在差別。可以設(shè)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(zhuǎn)相應(yīng)于極對長度并且在內(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)并且直線電動機不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩M而產(chǎn)生力F。因此，用于對止動閘進行功 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(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于對電動機（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(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 機⑴上，并且檢查止動閘⑵在施加的相電流（isu、isv、isw)的情況下是否打滑，其特征在 于，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(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)一個至少360°的角度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，將電周期分成幾個扇區(qū)（Sn) 并且電流矢量（is)在功能測試期間在每個扇區(qū)（Sn)內(nèi)都逗留一個規(guī)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(yōu)先權(quán)日:2013年6月24日
【發(fā)明者】A·波爾茲雷斯納 申請人:貝內(nèi)克+賴納工業(yè)電子有限公司