特表 2023-553668 ドライブユニットを動作させる方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-25

(54)【発明の名称】ドライブユニットを動作させる方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/185 20160101AFI20231218BHJP

【ＦＩ】

H02P6/185

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023536403

(86)(22)【出願日】2020-12-16

(85)【翻訳文提出日】2023-08-07

(86)【国際出願番号】 EP2020086525

(87)【国際公開番号】W WO2022128084

(87)【国際公開日】2022-06-23

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517175611

【氏名又は名称】ジーケーエヌ オートモーティブ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ゲマスマー，トビアス

(72)【発明者】

【氏名】エグベルス，トビアス

(72)【発明者】

【氏名】モーリン，ニコ

【テーマコード（参考）】

5H560

【Ｆターム（参考）】

5H560AA08

5H560BB04

5H560BB07

5H560BB12

5H560DA14

5H560DB14

5H560DC12

5H560EB01

5H560HA08

5H560SS02

5H560TT15

5H560UA06

5H560XA12

(57)【要約】

電気モータ（２）を備えるドライブユニット（１）を動作させる方法であって、ドライブユニット（１）は、電気モータ（２）と、電気モータ（２）を動作させるための電気回路（３）と、電気回路（３）を作動させるための制御デバイス（４）とを備える。電気モータ（２）は、少なくとも３つのコイル（６、７、８）を有する固定子（５）と、少なくとも２つの磁極（１０、１１）を有する回転子（９）とを少なくとも有する。電気回路（３）は、第１電位端子（１２）と、第２電位端子（１３）とを少なくとも備え、端子（１２）と端子（１３）は、直流電圧源（１４）の異なる電位に接続されることができる。電気回路（３）は、電位端子（１２、１３）間に、３つのハーフブリッジ（１５、１６、１７）を有する。コイル（６、７、８）はそれぞれ、対応する第１の結線（１８）を介して、ハーフブリッジ（１５、１６、１７）の１つに導電接続されており、対応する第２の結線（１９）を介して、他方の前記コイル（６、７、８）に導電接続されている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気モータ（２）を備えるドライブユニット（１）を動作させる方法であって、
前記ドライブユニット（１）は、
前記電気モータ（２）と、
前記電気モータ（２）を動作させるための電気回路（３）と、
前記電気回路（３）を作動させるための制御デバイス（４）と
を備え、
前記電気モータ（２）は、
少なくとも３つのコイル（６、７、８）を有する固定子（５）と、
少なくとも２つの磁極（１０、１１）を有する回転子（９）とを
少なくとも有し、
前記電気回路（３）は、第１電位端子（１２）と、第２電位端子（１３）とを少なくとも備え、
端子（１２）と端子（１３）は、直流電圧源（１４）の異なる電位に接続されることができ、
前記電気回路（３）は、前記電位端子（１２、１３）間に、３つのハーフブリッジ（１５、１６、１７）を有し、
前記コイル（６、７、８）はそれぞれ、
対応する第１の結線（１８）を介して、ハーフブリッジ（１５、１６、１７）の１つに導電接続されており、
対応する第２の結線（１９）を介して、他方の前記コイル（６、７、８）に導電接続されており、
前記電気回路（３）は、前記対応する第１の結線（１８）を介して伝導される出力電流（２１）を測定するための電流センサ（２０）を少なくとも３つ有し、
前記方法は、
ａ）前記固定子（５）に対する前記回転子（９）の前記磁極（１０、１１）の、回転における第１の位置（２２）が、前記制御デバイス（４）によって決定されるステップと、
ｂ）前記電気回路（３）によって電圧信号（２３）を生成するステップであって、
前記電圧信号（２３）は、前記第１の位置（２２）と同一の第１の位相位置（２４）のみを有する、
ステップと、
ｃ）前記電圧信号（２３）によって生成された出力電流（２１）の電流信号（２５）を、電流センサ（２０）によって測定するステップと、
ｄ）時間期間（２６）にわたる前記電流信号（２５）の立ち上がりに関して、前記制御デバイス（４）によって前記電流信号（２５）を評価し、且つ、前記ドライブユニット（１）の状態を評価するステップと
を少なくとも含む方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
ステップｄ）において、
時間期間（２６）にわたる前記電流信号（２５）の立ち上がりに関して、又は、
時間期間（２６）の後に到達した前記電流信号（２５）の値に関して、
前記制御デバイス（４）によって前記電流信号（２５）が少なくとも評価される、
方法。

【請求項3】

請求項１～２のいずれか１項に記載の方法であって、
ハーフブリッジ（１５、１６、１７）はそれぞれ、互いに電気的に導電接続されている、上部トランジスタ（２７）と下部トランジスタ（２８）とを少なくとも有し、
前記上部トランジスタ（２７）は、前記第１電位端子（１２）に電気的に導電接続されており、
前記下部トランジスタ（２８）は、前記第２電位端子（１３）に電気的に導電接続されており、
ハーフブリッジ（１５、１６、１７）はそれぞれ、前記上部トランジスタ（２７）と前記下部トランジスタ（２８）の間に、接点（２９）を有し、
前記接点それぞれを介して、前記第１の結線（１８）は対応する前記ハーフブリッジ（１５、１６、１７）に接続されており、
ステップｂ）により前記電圧信号（２３）を生成するために、すべてのトランジスタ（２７、２８）がクロックするパルスパターンが選択される、
方法。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の方法であって、
前記電圧信号（２３）は、一定の電圧値（３０）を有する
方法。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の方法であって、
前記回転子（９）は、少なくともステップａ）の間において一定の第１の位置（２２）を有し、
ステップｄ）の間に、前記回転子（９）の前記位置の変化が検出され且つ評価される、
方法。

【請求項6】

請求項１～４のいずれか１項に記載の方法であって、
前記回転子（９）は、少なくともステップａ）、ｂ）及びｃ）の間に、前記固定子（５）に対して回転する、
方法。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記方法は、
ｉ．前記ドライブユニット（１）を再始動することと、
ｉｉ．回転子（９）が前記固定子（５）に対して静止していることと、
ｉｉｉ．回転子（９）が固定子（５）に対してトルなしで回転していること、
の少なくとも１つが存在する場合に開始される、
方法。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の方法であって、
ステップｄ）において評価された前記電流信号（２５）が、前記制御デバイス（４）に格納されている基準電流信号（３２）に対して許容領域（３１）内である場合、
前記電気モータ（２）を動作させるため且つトルクを発生させるために始動させられ、
前記電流信号（２５）が前記許容領域（３１）外である場合、
前記制御デバイス（４）によってエラーメッセージ（３３）が生成される、
方法。

【請求項9】

ドライブユニット（１）であって、
電気モータ（２）と、
前記電気モータ（２）を動作させるための電気回路（３）と、
前記電気回路（３）を作動させるための制御デバイス（４）とを
少なくとも備え、
請求項１～８のいずれか１項に記載の方法を実行するために設計されており且つ設定されている、
ドライブユニット（１）。

【請求項10】

請求項９に記載のドライブユニット（１）を少なくとも備える、自動車用のドライブトレイン（３４）であって、
前記電気モータ（２）は、前記ドライブトレイン（３４）の駆動トルクを供給するトラクションドライブである、
ドライブトレイン（３４）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ドライブユニットを動作させる方法に関する。ドライブユニットは、電気モータと、電気モータを動作させるための電気回路と、電気回路を作動させるための制御デバイスとを備える。電気モータは、固定子と回転子とを少なくとも有する。

【背景技術】

【0002】

電気モータは、例えば、自動車のトラクションドライブとして使用されている。とりわけ、所定のトルクは電気モータにより供給される。特に、このような方法で使用される電気モータでは、正確に動作できることか、又は、モータが狙い通りの結果を動作中に達成できることを、確実にすべきである。

【0003】

特許文献１は、電気モータを監視する異常診断デバイスに関するものである。この場合では、電気モータの電流波形又は駆動周波数が検出され、周波数分析によって評価される。

【0004】

特許文献２は、回転機械システムの診断デバイスに関するものである。これは、回転機械システムの状態を診断するためのものである。回転する電気モータの、動作中における電流波形及び駆動周波数が検出し、短絡電流を検出する。

【0005】

特許文献３からは、電気システムを診断するための方法が公知である。ここでは、モータを動作中に短絡させて、短絡電流を評価する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】欧州特許ドイツ語翻訳第１１ ２０１７ ００７ ９５３ Ｔ５号

【特許文献2】欧州特許ドイツ語翻訳第１１ ２０１８ ００３ ０７９ Ｔ５号

【特許文献3】独国特許出願公開第１０ ２０１８ １２７ ８１７ Ａ１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このことから、本発明の目的は、先行技術に関連して考察された技術的な問題を少なくとも軽減するか又は解決することである。特に、ドライブユニットを動作させる方法を提案する。この方法では、ドライブユニットの状態を検出して評価することが可能であり、ドライブユニットを動作させるのに必要な各センサが用いられている。

【0008】

この目的を達成するには、請求項１の特徴における方法が提案される。有利な発展形態は、従属請求項の主題である。特許請求の範囲に列挙する特徴は、技術的に実現可能な態様で組み合わせ可能であり、且つ、本発明の更なる実施形態を開示しているところの、本明細書の説明的な技術内容及び図の詳細により補完してもよい。

【0009】

電気モータを備えるドライブユニットを動作させる方法を提案する。ドライブユニットは、電気モータと、電気モータを動作させるための電気回路と、電気回路を作動させるための制御デバイスとを少なくともを備える。電気モータは、少なくとも３つのコイルを有する固定子と、少なくとも２つの磁極を有する回転子とを少なくとも有する。電気回路は第１電位端子と、第２電位端子を少なくとも備え、これらの端子は、直流電圧源の異なる電位に接続されることができる。電気回路は、電位端子間に、３つのハーフブリッジを有し、コイルはそれぞれ、対応する第１の結線を介してハーフブリッジの１つに導電接続されており、対応する第２の結線を介して他方のコイル（に導電接続されている。電気回路は、対応する第１の結線を介して伝導される出力電流を測定するための電流センサを少なくとも３つ有する。

【0010】

本方法は、
ａ）固定子に対する回転子の磁極の、回転における第１の位置が、前記制御デバイス（４）によって決定されるステップと、
ｂ）電気回路によって電圧信号を生成するステップであって、電圧信号は、第１の位置と同一の第１の位相位置のみを有する、ステップと、
ｃ）電圧信号によって生成された電流信号を、電流センサによって測定するステップと、
ｄ）制御デバイスによって電流信号を評価し、且つ、ドライブユニットの状態を評価するステップと
を少なくとも含む方法である。

【0011】

方法ステップを上記のようにステップａ）～ｄ）に（網羅的にではなく）分割することは、主として区別に資することを意図したものであり、順序又は依存関係又はその両方を課するものではない。例えば、ドライブユニットの準備中又はドライブユニットの実行中又はその両方おいて、方法ステップの頻度を変えてもよい。また、方法ステップが、少なくとも部分的に、時間的に重なることも可能である。方法ステップｄ）は、ステップｃ）中に実行されるか、又は、さらにこれに加えてステップｂ）中に実行されることが非常に特に好ましい。ステップｂ）からｄ）は条件付きであってもよく、必要に応じて、ステップａ）において第１の位置を決定することができる場合のみ実行してもよい。同様に、ステップｃ）とｄ）もそれぞれ条件付きであってもよく、必要に応じて、例えば電流信号の測定又は評価が可能である場合のみ実行してもよい。ステップａ）～ｄ）は、記載した順序で実行される。

【0012】

特に、電気モータは、１つの固定子と１つの回転子を少なくとも有する。回転子は、固定子に対して回転可能に配置されている。特に、回転子は永久磁石を有しており、そのため、回転する固定子界磁によって回転子を駆動することができる。電気モータは、公知の方法で設計することができる。特に、回転子は、少なくとも２つの磁極を有するが、２＊ｎ（ｎ＝２、３、４、…）個の磁極を設けることもできる。

【0013】

電気回路は、特に公知の方法で設計されており、電気モータを駆動するために、第１電位端子と第２電位端子を有し、これらの端子は、直流電圧源の異なる電位（例えば、正極及び接地）に接続することができる。特に、電位端子間には３つのハーフブリッジが設けられ、電気モータのコイルはそれぞれ、第１の結線を介してハーフブリッジの１つに電気的に導電接続されており、第２の結線を介して他方のコイルに電気的に導電接続されている。特に、いくつかのコイルを第１の結線に接続することもできる。

【0014】

電気回路の３つのハーフブリッジにより、三相電流システム又は多相平方電流を生成することが可能となる。このとき、位相を互いに１２０度ずれている。出力電流又は相電流のそれぞれは、対応する第１の結線を介して、コイルに伝導されるか又はコイルに印加される。コイルは、第２の結線を介して互いに接続されており、異なる出力電流又は相電流が、いわゆるスターポイントで互いに打ち消し合うため、他方の電位端子への別個又は追加の帰線導体（Ｒｕｃｋｌｅｉｔｅｒ）を必要としない。

【0015】

特に、公知の方法においては、ハーフブリッジは、上部トランジスタと下部トランジスタからなる装置から構成され、これを介して各電位端子が互いに接続されている。特に、ダイオードがそれぞれのトランジスタと並列に接続されている。

【0016】

特に、ハーフブリッジはそれぞれ、互いに電気的に導電接続された１つの上部トランジスタ（ハイサイドトランジスタ）と１つの下部トランジスタ（ローサイドトランジスタ）とを少なくとも備える。上部トランジスタは、第１電位端子に電気的に導電接続されており、下部トランジスタは、第２電位端子に電気的に導電接続されている。ハーフブリッジはそれぞれ、上部トランジスタと下部トランジスタの間に、対応する第１の結線を有し、これを介して、対応するコイルは、関係付けられているハーフブリッジに接続されている。

【0017】

電圧信号が印加されると、対応する出力電流がハーフブリッジそれぞれを介して生成され、この出力電流が、対応する第１の結線を介して、電気モータの、関係付けられているコイルに印加される。このような方法で生成することができる出力電流は、電流センサによって公知の電気回路で検出されるため、ドライブユニットの動作中に電気モータを制御することが可能となる。

【0018】

公知のドライブユニットと比較して、提案する方法は、特に、本方法を実行するために適切に設計された制御デバイスを１つしか必要としない。この制御デバイスによって本方法が開始し、電圧信号を生成するための電気回路が動作する。

【0019】

ステップａ）において、特に、固定子に対する回転子の磁極の、回転における第１の位置が、制御デバイスによって決定される。第１の位置は、公知の方法で決定することができる。例えば、電気モータの位置センサを評価してもよい。

【0020】

ステップｂ）において、電圧信号が電気回路によって生成され、この電圧信号は、第１の位置と同一の第１の位相位置のみを有する。

【0021】

従って、電圧又は電圧信号の位相角（第１の位相位置）は、ステップａ）で決定された位相角（第１の位置）に対応するように設定される。

【0022】

電気モータに印加される電圧により、電気回路の出力電流が増大する。出力電流の時間応答及び定常状態最終値は、ここでは、固定子のモータ巻線の電気的時定数によって、すなわち抵抗及びインダクタンスによって決定される。得られた出力電流の位相角は、磁極の第１の位置、すなわち永久磁石磁束の位相角に対応しているため、ここでは電気モータにトルクが発生しない。

【0023】

ステップｃ）において、電圧信号によって生成された（対応する第１の結線の出力電流の）各電流信号の測定が、電流センサによって行われる。

【0024】

出力電流、すなわち、対応するハーフブリッジにわたって生成され、対応する第１の結線にわたって各コイルに向かって流れる出力電流は、電気回路に通常存在する電流センサによって測定される。

【0025】

特に、出力電流又は電流信号の測定は、時間又は時間間隔又は試験期間にわたって行われる。特に、一定の値の電流信号若しくは一定の値の電流の強さが確立されるまで、又は、一定の値を決定可能となるまで（例えば、電流信号の立ち上がりが漸近的となる場合に計算によって決定可能となるまで）、この測定が行われる。

【0026】

ステップｄ）において、電流信号が、制御デバイスによって評価される。例えば、時間又は試験期間にわたる電流信号の立ち上がりに少なくとも関して、又は、ある時間の後に到達した電流信号の値に関して、評価される。この電流信号の立ち上がり又は値は、特に、ドライブユニット１の状態を評価するために使用される。

【0027】

モータ巻線又は電気モータの抵抗とインダクタンスにより、上記で説明した通り、電気モータの関連パラメータがわかる。これらのパラメータは、電流信号の立ち上がりの挙動又は試験期間内の電流信号の挙動の基準となる。

【0028】

特に、ステップｃ）及びｄ）において、電圧信号から生じた電流信号の定常状態最終値、すなわち電流の強さを、決定又は評価することができる。特に、電流信号は、例えば、第１の結線それぞれで測定された各電流信号又は各出力電流を重ね合わせることによって形成されるが、この電流信号は、制御デバイスに格納されている、あらかじめ定義された値と比較することができる。この値からのずれが、定義された許容領域の範囲内であれば、クロックトランジスタ又はハーフブリッジ及びそれらの作動と、接続されたモータと、電流センサによる電流信号の測定からなる一連の処理全体が機能していると見なすことができる。

【0029】

特に、ステップｃ）及びｄ）において、電圧信号から生じた電流信号の立ち上がり、すなわち、経時的な電流の強さを、決定又は評価することができる。特に、電流信号は、例えば、第１の結線それぞれで測定された電流信号又は出力電流を重ね合わせることによって形成されるが、この電流信号は、制御デバイスに格納されている、あらかじめ定義された電流信号と比較することができ、又は、その曲線すなわち立ち上がりと比較することができる。

【0030】

出力電流又は電流信号が、制御デバイスに格納されている値よりもゆっくりと増大する場合、このことは、例えば、電圧が誤って印加されたか、又は、永久磁石若しくは磁極の位置が誤って測定されたかを示すものである可能性がある。

【0031】

トラクションドライブにしばしば使用される永久励起同期機では、永久磁石の位置に対して平行（ｄ軸）及び垂直（ｑ軸）の電気的時定数は、通常は非常に異なっている。ほとんどの場合、ｄ軸の時定数は、ｑ軸の時定数よりも小さい。この特徴はまた、ステップｄ）における評価で考慮に入れることができる。

【0032】

提案された方法によって、特に、ソフトウェアの形式だけで実現されている（すなわち、ハードウェアをさらに有さずに公知のドライブユニットと比較して行う）モータ監視を使用して、少なくとも電流信号の経過又は値を検査することができ、且つ、この経過又は値に応じて、ドライブユニットが故障状態かＯＫ状態かを特定する。

【0033】

ステップｄ）においてエラーが検出されない場合、ドライブユニットは意図された動作を実施することができるため、例えば、要求されたトルクを電気モータによって供給することができる。故障の場合は、例えば、要求されたトルクがこれ以上発生しないように、電気モータが更に動作するのを阻止することができる。

【0034】

特に、ステップｄ）では、各電流信号は、経時的な電流信号の立ち上がりに関して、又は、時間若しくは時間間隔若しくは試験期間後に到達した電流信号若しくは電流の強さの値に関して、制御デバイスによって少なくとも評価される。特に、一定の値の電流信号又は電流の強さが確立されるまで、電流信号が測定される。

【0035】

特に、ハーフブリッジはそれぞれ、互いに電気的に導電接続されている、上部トランジスタと下部トランジスタとを少なくとも有する。上部トランジスタは、第１電位端子に電気的に導電接続されており、下部トランジスタは、第２電位端子に電気的に導電接続されている。特に、ハーフブリッジはそれぞれ、上部トランジスタと下部トランジスタの間に、接点を有し、接点それぞれを介して、第１の結線は対応するハーフブリッジに接続されている。

【0036】

ステップｂ）により電圧信号を生成するために、特に、すべてのトランジスタがクロックするパルスパターンが選択される。特に、電圧信号はＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）として生成されるため、電圧信号は複数の個々の信号から構成される。

【0037】

すべてのトランジスタがクロックされる場合、本方法の枠組の範囲内で電気回路全体を確認することができる。特に、それぞれの個々のトランジスタ又はハーフブリッジの機能を確認することができる。

【0038】

特に、電圧信号は、一定の電圧値を有する。ここでは、「一定の」とは、特に、電圧値が大きくとも５％しかずれず、特に、大きくとも２％しかずれず、好ましくは大きくとも１％しかずれないことを意味する。

【0039】

特に、回転子は、少なくともステップａ）の間において一定の第１の位置を有する。特に、ステップｄ）の間に、回転子の位置の変化が検出され且つ評価される。

【0040】

特に、回転子は、固定子に対して静止している、すなわち、速度がゼロである。ステップｂ）の最中に回転子の位置の変化が検出された場合、すなわち、電圧信号と、それによって生成され且つ電気機械に印加される電流信号との結果として、回転子がその第１の位置又は位相角を変化させた場合、ドライブユニットに故障があると結論付けることができる。

【0041】

特に、ドライブユニットの以下の故障を検出し、必要に応じて対応付けることができる。
・ 回転子の実際の位置が、ステップａ）で決定された第１の位置と異なっていること
・ 電気回路のトランジスタ又はハーフブリッジの少なくとも１つがクロックしないこと
・ 電流センサの少なくとも１つに欠陥があるか、又は、電流センサが電流信号を誤って測定しており、そのため、制御デバイスによる制御を正しく行うことができないこと
・ 端子のうちの１つに短絡している等、電気モータに欠陥があること。

【0042】

特に、回転子は、少なくともステップａ）、ｂ）及びｃ）の間に、固定子に対して回転する。特に、トルクを意図的に供給又は発生させる電気回路は、ステップｂ）からｄ）の間は電圧信号を生成しない。しかし、その代わりに、（可能な限りトルクを発生させるべきではない）本方法の枠組の範囲内で発生させた電圧信号のみが印加される。

【0043】

従って、特に、電圧信号が磁極の第１の位置と同一の第１の位相位置のみを有するため、本方法の枠組の範囲内で印加される電圧信号によって、トルクが発生することはない。特に、ステップａ）において決定された第１の位置が正しいことを前提とする必要がある。

【0044】

ステップｄ）において、電流信号の確立した値を決定し、これを制御デバイスに格納された値と比較することができる。この値からのずれが、定義された許容領域の範囲内であれば、クロックトランジスタ又はハーフブリッジ及びそれらの作動と、接続されたモータと、電流センサによる電流信号の測定からなる一連の処理全体機能していると見なすことができる。

【0045】

特に、本方法は、以下の事項のうち少なくとも１つが存在する場合に開始される。
・ ドライブユニットを再始動すること
・ 回転子が固定子に対して静止していること
・ 回転子が固定子に対してトルなしで回転していること

【0046】

特に、ステップｄ）において評価された電流信号が、制御デバイスに格納されている基準電流信号に対して許容領域内である場合、電気モータを動作させるため且つトルクを発生させるために始動させられる。しかしながら、電流信号が許容領域外である場合、制御デバイスによってエラーメッセージが生成される。この場合、電気モータは始動されない。電気モータを使用してトルクを与えることが妨げられる。

【0047】

特に、許容領域は、制御デバイスに格納されている基準電流信号の立ち上がり又は最終値又はその両方からのずれがあってもよい。ずれは、例えば、電流信号が立ち上がる間の特定の時間において定義するか、又は、電流信号を測定する間の特定の時間において定義するか、又は、すべての時間において定めることができる。特に、基準電流信号に対するずれは、大きくても５％、好ましくは大きくても２％であってもよい。許容可能なずれは、それぞれのドライブユニットで決定することができる。

【0048】

ドライブユニットをさらに提案する。このドライブユニットは、電気モータと、電気モータを動作させるための電気回路と、電気回路を作動させるための制御デバイスとを少なくとも備える。ドライブユニット又は制御デバイスは、本方法を実行するために設計されており且つ設定されている。

【0049】

自動車用のドライブトレインをさらに提案する。このドライブトレインは、前述のドライブユニットを備え、電気モータは、ドライブトレインの駆動トルクを供給するトラクションドライブである。

【0050】

特に、制御デバイスは、ドライブユニット又は電気回路が前述の方法に従って動作することができるような方法で搭載され、構成され、又はプログラムされる。

【0051】

さらに、本方法は、コンピュータにより又は制御ユニットのプロセッサを用いて実行することもできる。

【0052】

本方法を実行するように、又は、提案された方法のステップの一部を実行するように、適合され構成されたプロセッサを備えるデータ処理用のシステムを、さらに提案する。

【0053】

コンピュータ／プロセッサにより実行する場合に、このコンピュータ／プロセッサに本方法を実行させる命令又はこのコンピュータ／プロセッサに提案された方法のステップの少なくとも一部を実行させる命令を有するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体を提供可能である。

【0054】

特に、本方法に関する説明は、ドライブユニット、ドライブトレイン、又は、コンピュータで実施される方法に転用可能であり、その逆も同様である。

【0055】

特に、請求項及びこれらの請求項を再掲する記載において、不定冠詞（「ｅｉｎ」、「ｅｉｎｅ」、「ｅｉｎｅｒ」、「ｅｉｎｅｓ」）は、数詞として使用したものではなく、そのまま理解すべきであることを意図している。従って、これに対応して導入される用語や構成要素は、少なくとも一回は存在しているが、特に、数回存在することもありうると理解すべきことを意図している。

【0056】

疑義を回避するために言えば、本明細書において使用する序数詞（「第１」、「第２」、等）は、主として、幾つかの同じような対象物、数値、ステップを区別するため（のみ）に供されるものであり、即ち、特に、これらの序数詞が、これら対象物、数値、ステップの、互いに対する任意の依存関係や順序を必ずしも定めるものでない。依存関係や順序が必要である場合には、このことは本明細書に明記されるか、又は、実際に記載されている構成を精査することにより、当業者にとって明らかになる。

【0057】

以下で、図を参照して、本発明及び技術的背景をより詳細に説明する。例示する実施形態により本発明が限定されることを意図したものではないことに留意すべきである。特段の記載のない限り、特に、図で説明する技術内容の部分的特長を抽出し、それらを他の構成要素及び本明細書や図から得られる知見と組み合わせることも可能である。同一の参照符号は同一の対象を指し、したがって、他の図からの説明を併せて利用してもよい。図は概略的なものである。

【図面の簡単な説明】

【0058】

【図1】ドライブユニットを備える自動車のドライブトレインを示す。

【図2】図１におけるドライブユニットの一部及び本方法の動作を示す。

【図3】ドライブユニットがＯＫ状態の場合の本方法のステップａ）及びｂ）を示す。

【図4】ドライブユニットがＯＫ状態の場合の本方法のステップａ）及びｂ）を示す。

【図5】ドライブユニットが故障状態の場合の本方法のステップａ）及びｂ）を示す。

【図6】ドライブユニットが故障状態の場合の本方法のステップｃ）及びｄ）を示す。

【図7】ドライブユニットが故障状態及びＯＫ状態である場合の本方法のステップａ）とｄ）の比較を示す。

【図8】本方法のシーケンスを示す。

【図9】本方法の詳細なシーケンスを示す。

【発明を実施するための形態】

【0059】

図１は、ドライブユニット１を備える自動車のドライブトレイン３４を示す。図２は、図１におけるドライブユニット１の一部及び本方法の動作を示す。図３は、ドライブユニット１がＯＫ状態の場合の本方法のステップａ）及びｂ）を示す。図４は、ドライブユニット１がＯＫ状態の場合の本方法のステップｃ）及びｄ）を示す。図１～４を共に以下で説明する。

【0060】

ドライブユニット１は、電気モータ２と、電気モータ２を動作させるための電気回路３と、電気回路３を作動させるための制御デバイス４とを備える。ドライブユニット１又は制御デバイス４は、説明される方法を実行するために適切に設計され且つ装備されている。電気モータ２は、ドライブトレイン３４の駆動トルクを供給するトラクションドライブである。

【0061】

制御デバイス４は、モータアクチュエータ３５及びモータ監視ユニット３６を有する。電気回路３は、安全ロジックユニット３７を介して、モータアクチュエータ３５及びモータ監視ユニット３６に接続されている。モータアクチュエータ３５は、ドライブユニット１の状態を検出した後、電気回路３を作動させることができ、従って電気モータ２を作動させることができる。モータ監視ユニット３６は、モータアクチュエータ３５で利用可能な信号の一部にアクセスし、これによって測定チェーン（Ｍｅｓｓｋｅｔｔｅ）の故障を明らかにする。モータ監視ユニット３６は、ドライブユニット１の故障状態が本方法の枠組の範囲内で検出された場合、安全ロジックユニット３７によって電気モータ２の作動を無効にすることができる。

【0062】

電気モータ２は、少なくとも３つのコイル６、７、８を有する固定子５と、少なくとも２つの磁極１０、１１を有する回転子９とを少なくとも有する（図３～図６参照）。電気回路３は、直流電圧源１４の異なる電位に接続可能な、第１電位端子１２と第２電位端子１３とを有する。直流電圧コンデンサ３８が電気回路３と並列に配置されている。

【0063】

電気回路３は、電位端子１２、１３間に３つのハーフブリッジ１５、１６、１７を有する。ここで、コイル６、７、８はぞれぞれ、対応する第１の結線１８を介してハーフブリッジ１５、１６、１７の１つに電気的に導電接続され、且つ、対応する第２の結線１９を介して他のコイル６、７、８に電気的に導電接続されている。電気回路３は、それぞれの第１の結線１８を介して伝導される出力電流２１を測定するための電流センサ２０を３つ有する。

【0064】

公知の方法においては、ハーフブリッジ１５、１６、１７は、上部トランジスタ２７と下部トランジスタ２８からなる装置から構成され、これを介して電位端子１２、１３が互いに接続されている。ハーフブリッジ１５、１６、１７のぞれぞれにおいて、上部トランジスタ２７と下部トランジスタ２８が互いに電気的に導電接続されている。上部トランジスタ２７は、第１電位端子１２に電気的に導電接続されており、下部トランジスタ２８は、第２電位端子１３に電気的に導電接続されている。ハーフブリッジ１５、１６、１７はそれぞれ、上部トランジスタ２７と下部トランジスタ２８の間に、対応する第１の結線１８を有し、これを介して、対応するコイル６、７、８は、関係付けられているハーフブリッジ１５、１６、１７に接続されている。第１の結線１８はそれぞれ、対応するハーフブリッジ１５、１６、１７に接点２９を介して接続されている。

【0065】

電圧信号２３が印加されると、対応する出力電流２１がハーフブリッジ１５、１６、１７それぞれを介して生成され、この出力電流が、対応する第１の結線１８を介して、電気モータ２の、関係付けられているコイル６、７、８に印加される。このような方法で生成することができる出力電流２１は、電流センサ２０によって電気回路３で検出されるため、ドライブユニット１の動作中に電気モータ２を制御することが可能となる。

【0066】

ステップａ）において、固定子５に対する回転子９の磁極１０、１１の、回転における第１の位置２２が、制御デバイス４によって決定される（図３を参照されたい）。第１の位置２２は、公知の方法で決定することができる。例えば、電気モータ２の公知の位置センサ（ここでは図示せず）を評価してもよい。

【0067】

ステップｂ）において、電圧信号２３が電気回路３によって生成される（図２の上部左の図、及び、図３の下図を参照。縦軸は電圧３９、横軸は時間２６）。電圧信号２３は、第１の位置２２と同一の第１の位相位置２４を有する（図３の上図を参照）。

【0068】

ステップｂ）により電圧信号２３を生成するために、すべてのトランジスタ２７、２８がクロックするパルスパターンが選択される。電圧信号２３はＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）として生成されるため、電圧信号２３は複数の個々の信号から構成される。

【0069】

図３（並びに図４、５及び６）は、第１の軸４３と第２の軸４４を有する、固定子に固定された座標系と、第３の軸４５と第４の軸４６を有する、回転子に固定された座標系を示している。第３及び第４の軸４５、４６は、磁極１０、１１と共に、第１及び第２の軸４３、４４に対して回転する。

【0070】

従って、電圧又は電圧信号２３の位相角（第１の位相位置２４）は、ステップａ）で決定された位相角（第１の位置２２）に対応するように設定される（図３の上部を参照されたい）。

【0071】

電気モータ２に印加される電圧３９により、電気回路３の出力電流２１が増大する（図４の下図を参照。縦軸は電流４７、横軸は時間２６）。出力電流２１の時間応答及び定常状態最終値４０は、ここでは、固定子９のモータ巻線の電気的時定数によって決定され、すなわち抵抗４１及びインダクタンス４２によって決定される。得られた出力電流２１の位相角は、磁極１０、１１の第１の位置２２、すなわち永久磁石磁束の位相角に対応しているため（図４を参照）、ここでは電気モータ２にトルクが発生しない。

【0072】

ステップｃ）において、電圧信号２３によって生成された（対応する第１の結線１８の出力電流２１の）各電流信号２５の測定が、電流センサ２０によって行われる。

【0073】

出力電流２１、すなわち、対応するハーフブリッジ１５、１６、１７にわたって生成され、対応する第１の結線１８にわたってコイル６、７、８に向かって流れる出力電流２１は、電気回路３に通常存在する電流センサ２０によって測定される。

【0074】

出力電流２１又は電流信号２５（電流信号２５の全体）の測定は、時間２６又は時間間隔又は試験期間にわたって行われる。この測定は、一定の（最終）値４０の電流信号２５若しくは一定の（最終）値４０の電流の強さが確立されるまで、又は、一定の値を決定可能となるまで（例えば、電流信号２５の立ち上がりが漸近的となる場合に計算によって決定可能となるまで）行われる。

【0075】

ステップｄ）において、電流信号２５が、制御デバイス４によって評価される。例えば、時間２６又は試験期間にわたる電流信号２５の立ち上がりに少なくとも関して、又は、ある時間の後に到達した電流信号２５の最終値４０に関して、評価される。この電流信号２５の立ち上がり又は最終値４０は、ドライブユニット１の状態を評価するために使用される。

【0076】

モータ巻線又は電気モータ２の抵抗４１とインダクタンス４２により、電気モータ２の関連パラメータがわかる。これらのパラメータは、電流信号２５の立ち上がりの挙動又は試験期間内の電流信号２５の挙動の基準となる。

【0077】

従って、ステップｃ）及びｄ）において、電圧信号２３から生じた電流信号２５の定常状態最終値４０、すなわち電流の強さを、決定又は評価することができる。電流信号２５は、例えば、第１の結線１８それぞれで測定された各電流信号２５又は各出力電流２１を重ね合わせることによって形成されるが、この電流信号２５は、制御デバイス４に格納されている、あらかじめ定義された値と比較することができる。この値からのずれが、定義された許容領域３１の範囲内であれば、クロックトランジスタ２７、２８又はハーフブリッジ１５、１６、１７及びそれらの作動と、接続されたモータ２と、電流センサ２０による電流信号２５の測定とからなる一連の処理全体が機能していると見なすことができる。

【0078】

提案された方法によって、ソフトウェアの形式だけで実現されている（すなわち、ハードウェアをさらに有さずに公知のドライブユニット１と比較して行う）モータ監視を使用して、少なくとも電流信号２５の経過又は（最終）値４０を検査することができ、且つ、この経過又は（最終）値４０に応じて、ドライブユニット１が故障状態かＯＫ状態かを特定する。

【0079】

ステップｄ）においてエラーが検出されない場合、ドライブユニット１は意図された動作を実施することができるため、例えば、要求されたトルクを電気モータ２によって供給することができる。故障の場合は、例えば、要求されたトルクがこれ以上発生しないように、電気モータ２が更に動作するのを阻止することができる。

【0080】

図５は、ドライブユニット１が故障状態の場合の本方法のステップａ）及びｂ）を示す。図６は、ドライブユニット１が故障状態の場合の本方法のステップｃ）及びｄ）を示す。図５及び図６を共に以下で説明する。図１～４の説明を参照する。

【0081】

図５では、電圧又は電圧信号２３の位相角（第１の位相位置２４）が、第１の位置２２からずれていることがわかる。例えば、固定子５に対する回転子９の磁極１０、１１の、回転における第１の位置２２を制御デバイス３によって決定することは、ステップａ）と関連して実行されるが、従って、ここでエラーが生じる。

【0082】

ステップｂ）の最中に回転子の位置の変化が検出された場合、すなわち、電圧信号と、それによって生成され且つ電気機械に印加される電流信号との結果として、回転子がその第１の位置又は位相角を変化させた場合、ドライブユニットに故障があると結論付けることができる。

【0083】

ステップｃ）において、電圧信号２３によって生成された（対応する第１の結線１８の出力電流２１の）各電流信号２５の測定が、電流センサ２０によって行われる。

【0084】

ステップｄ）において、電流信号２５が、制御デバイス４によって評価される。例えば、時間２６又は試験期間にわたる電流信号２５の立ち上がりに少なくとも関して、又は、ある時間の後に到達した電流信号２５の最終値４０に関して、評価される。この電流信号２５の立ち上がり又は最終値４０は、ドライブユニット１の状態を評価するために使用される。

【0085】

ここで、出力電流２１又は電流信号２５は、制御デバイス４に格納されている値よりもゆっくりと増大することがわかる。すでに説明した通り、このことは、電圧３９が誤って印加されたか、又は、電圧信号２３が誤って生成されたか、又は、永久磁石若しくは磁極１０、１１の第１の位置２２が誤って測定されたかを示すものである可能性がある。

【0086】

図７は、ドライブユニット１が故障状態及びＯＫ状態である場合の本方法のステップａ）～ｄ）の比較を示す。

【0087】

上図では、縦軸に信号値４８がプロットされ、横軸に時間２６がプロットされている。前述の方法は、第１のトリガ信号４９によって開始する。本方法は、第２のトリガ信号４９によって終了するか、又は、ステップｂ）によって生成された電圧信号２３が終了させる。

【0088】

上から２番目の図では、縦軸に電圧３９がプロットされ、横軸に時間２６がプロットされている。トリガ信号４９によって起動されると本方法が開始し、ステップａ）により磁極１０、１１の第１の位置２２が決定される。ステップｂ）により、第１の位相位置２４の電圧信号２３が生成される。電圧信号２３は、時間２６にわたって一定の電圧値３０を有する。

【0089】

上から３番目の図では、縦軸に電流４７がプロットされ、横軸に時間２６がプロットされている。

【0090】

ステップｂ）により生成された電圧信号２３と、それによって電気モータ２に印加される電圧３９とにより、電気回路３の出力電流２１が増大する。出力電流２１の時間応答及び定常状態最終値４０は、ここでは、固定子９のモータ巻線の電気的時定数によって決定され、すなわち抵抗４１及びインダクタンス４２によって決定される。

【0091】

上から３番目の図では、ステップｃ）において測定された出力電流２１の電流信号２５の立ち上がりの第１の経過５０と第２の経過５１が示されている。

【0092】

第１の経過５０は、故障がない状態又はＯＫ状態である場合の、ドライブユニットの立ち上がりと最終値４０を示す。

【0093】

第２の経過５１は、故障状態である場合の、ドライブユニットの立ち上がりと最終値４０を示す。

【0094】

ステップｃ）及びｄ）において、電圧信号２３から生じた電流信号２５の定常状態最終値４０、すなわち電流の強さが、決定又は評価される。電流信号２５は、例えば、第１の結線１８それぞれで測定された各電流信号２５又は各出力電流２１を重ね合わせることによって形成されるが、この電流信号２５は、制御デバイス４に格納されている、あらかじめ定義された値と比較することができる。この値からのずれが、定義された許容領域３１の範囲内であれば、クロックトランジスタ２７、２８又はハーフブリッジ１５、１６、１７及びそれらの作動と、接続されたモータ２と、電流センサ２０による電流信号２５の測定とからなる一連の処理全体が機能していると見なすことができる。（第１の経過５０を参照）。

【0095】

第２の曲線５１では、出力電流２１又は電流信号２５は、制御デバイス４に格納されている値よりもゆっくりと増大することがわかる（第１の曲線５０又は許容領域３１を参照）。すでに説明した通り、このことは、電圧３９が誤って印加されたか、又は、電圧信号２３が誤って生成されたか、又は、永久磁石若しくは磁極１０、１１の第１の位置２２が誤って測定されたかを示すものであり得る。

【0096】

下図では、縦軸に磁極１０、１１の第１の位置２２がプロットされ、横軸に時間２６がプロットされている。ここでは、第１の経過５０に対応する第１の位置２２の第３の経過５２と、第２の経過５１に対応する第１の位置２２の第４の経過５３が示されている。

【0097】

第３の経過５２では電圧信号２３を印加して電流信号２５を生成するが、この第３の経過５２からは、第１の位置２２に変化がないことがわかる。従って、本方法を実行した場合、得られた出力電流２１の位相角は、磁極１０、１１の第１の位置２２、すなわち永久磁石磁束の位相角に対応しているため、電気モータ２にトルクが発生しない。

【0098】

第４の経過５３からは、電圧信号２３を印加して電流信号２５を生成することによって第１の位置２２が変化することがわかる。ステップｄ）の最中に、第１の位置２２のこの変化、すなわち回転子９の位置を、検出して評価することができる。

【0099】

第１の位置２２の変化は、例えば、ステップａ）における永久磁石若しくは磁極１０、１１の第１の位置２２が誤って測定されたか、又は、ステップｂ）において生成された電圧信号２３の第１の位相位置２４が第１の位置２２からずれていることによって生じる。

【0100】

第２の経過５１及び第４の経過５３の少なくとも一方の評価において、ドライブユニット１が故障状態にあると結論付けることができる。

【0101】

図８は、本方法のシーケンスを示す。図９は、本方法の詳細なシーケンスを示す。図８はシーケンスの位置Ａ～Ｇを示す。図９はシーケンスの位置Ｃ～Ｇをより詳細に示す。図８及び図９を共に以下で説明する。

【0102】

位置Ａで、確認対象のドライブユニット１のスイッチがオフになっているかどうかを判定する。位置Ｂで、ドライブユニット１を始動するための始動信号があるかどうかを判定する。始動信号が存在しない場合、シーケンスは位置Ａに戻るように規定されている。始動信号が存在する場合、位置Ｃで、ドライブユニット１を始動する。

【0103】

図９は、最初のステップが、制御デバイス４が動作する準備が整っているかどうかを確認するためのものであることを示す。動作する準備が整っている場合、直流電圧源１４が十分な直流リンク電圧を供給しているかどうかを確認する。動作する準備が十分でない場合、制御デバイス４が動作する準備が整っているかどうかを再度確認する。直流リンク電圧が十分である場合、位置Ｄで、電気モータ２を確認して回転子９が静止しているかどうかを判定する。

【0104】

この目的のために、例えば、トランスミッションをシフトするセレクタレバー位置と車両速度、すなわちパラメータ５６を確認してもよい。この確認が成功した場合、位置センサ５５を評価することで、磁極１０、１１の第１の位置２２を決定することができる。第１の位置２２を決定することにより、回転子９が静止しているかどうかを確認する。

【0105】

回転子９が静止していない場合、本方法は、以下の位置Ｅにおいて、回転子９を回転させた状態で実行される。このために、トルクを意図的に供給又は発生させる電気回路３は、ステップｂ）～ｄ）の間は電圧信号を生成せず、その代わりに、（可能な限りトルクを発生させるべきでない）本方法の間に発生させた電圧信号２３のみが印加される。これに対応して、電圧信号２３が生成されることになるが、その第１の位相位置２４は常に第１の位置２２と同一であり、すなわち第１の位置２２で回転する。

【0106】

回転子９が静止している場合、本方法は、位置Ｅにおいて、回転子９が静止している状態で実行される。このために、第１の位置２２と同一の第１の位相位置２４の電圧信号２３が生成される。

【0107】

位置Ｅにおいて、電流信号２５を測定して評価する。まず、電流信号２５が、制御デバイス４に格納されている最終値４０に到達するかどうか、又は、電流信号２５が、立ち上がりと最終値４０に関して制御デバイス４に格納されている基準電流信号３２に対応するかどうかを確認する。また、電流信号２５又は出力電流２１の経過５０、５１が許容領域３１内にあるかどうかも確認する。また、電圧信号２３を印加することによって電気モータ２にトルクが発生していないかどうかを確認する。

【0108】

これらの確認のうちの１つが否定、すなわち発生していない場合は、さらなる診断５４を実行する。例えば、追加の診断を５回を超えて繰り返す必要がある場合、ドライブユニット１に故障があると判定する。そうでない場合、回転子９が静止しているかどうかを再度確認する。

【0109】

位置Ｆにおいて、エラーが認められたかどうかを確認する。エラーが存在しない場合、ドライブユニット１は、意図された使用を実施することができ、例えば、位置Ｇに従って、トルクを電気モータ２によって発生させるために実施できる。故障が認められた場合、ドライブユニット１は、位置Ｇの枠組の範囲内で安全な状態に移行し、意図された使用が無効となる。エラーメッセージ３３を生成することができる。

【符号の説明】

【0110】

１ ドライブユニット
２ モータ
３ 電気回路
４ 制御デバイス
５ 固定子
６ 第１のコイル
７ 第２のコイル
８ 第３のコイル
９ 回転子
１０ 第１の磁極
１１ 第２の磁極
１２ 第１電位端子
１３ 第２電位端子
１４ 直流電圧源
１５ 第１のハーフブリッジ
１６ 第２のハーフブリッジ
１７ 第３のハーフブリッジ
１８ 第１の結線
１９ 第２の結線
２０ 電流センサ
２１ 出力電流
２２ 第１の位置
２３ 電圧信号
２４ 第１の位相位置
２５ 電流信号
２６ 時間
２７ 上部トランジスタ
２８ 下部トランジスタ
２９ 接点
３０ 電圧値
３１ 許容領域
３２ 基準電流信号
３３ エラーメッセージ
３４ ドライブトレイン
３５ モータアクチュエータ
３６ モータ監視ユニット
３７ 安全ロジック
３８ 直流電圧コンデンサ
３９ 電圧
４０ 最終値
４１ 抵抗
４２ インダクタンス
４３ 第１の軸
４４ 第２の軸
４５ 第３の軸
４６ 第４の軸
４７ 電流
４８ 信号値
４９ トリガ信号
５０ 第１の経過
５１ 第２の経過
５２ 第３の経過
５３ 第４の経過
５４ 診断
５５ 位置エンコーダ
５６ パラメータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】