用于獲得對多相電動機的可能的有故障的負載狀況的提示、尤其是開始提示的方法與流程
技術領域
本發明涉及用于獲得對多相電動機的可能的有故障的負載狀況的提示、尤其是開始提示的方法。
背景技術：
在電動機中有故障的負載狀況在短路發生時尤為關鍵。這樣的短路通常是借助控制單元的內部或外部的驅動器晶體管的漏極-源極路徑上的電壓降被識別，通過該控制單元來控制電動機或其他負載。這些電壓降通常是單獨評估的，即在馬達的每相上評估。當計量學上檢測的電流大于最大允許的運行電流時，這意味著至馬達連接線路中的至少一個的外部短路。在探測短路時的一個缺點是，特別是“軟”的短接至地不一定能被識別到。另一個問題是，在較高歐姆的短路情況下或者在具有短路電流的電感性系數的短路情況下的過電流部分地并不位于馬達運行中的最大允許電流之外。此外，在電感性系數的情況下和PWM驅動負載(例如，電動機)的情況下，可能的是，在短路情況下的電流增大是如此之慢(“軟”短路)，使得一個PWM周期在達到過電流關斷閾值之前結束。但功率晶體管可在這種情況下仍然加熱到這樣的程度，使得導致損壞，其發生得如此之快，甚至過熱識別裝置由于其時間延遲而不能提供足夠的保護。
從DE-A-102011004911，DE-B-10 2004009046，DE-A-10236377和US-A-5266891已知一種用于識別多相切換電動機時有故障的負載狀況的方法，其中分別對相電流的時間曲線進行評價。
技術實現要素：
因此，本發明的目的是提供一種短路識別，其能夠可靠地發現短路，從而保護晶體管免受損害，這可以阻止電子設備的起火。
為實現該目的，本發明提出根據權利要求1所述的一種方法。本發明的各個擴展方案是權利要求2至13的主題
本發明的方法用于獲得對帶有用控制單元進行電子換向的多相切換電感性負載的可能的有故障負載狀況的提示、尤其是開始提示，尤其用于獲得帶有借助控制單元電氣換向的三相電動機(例如BLDC馬達,EC馬達,SR馬達,步進馬達)的提示、尤其是開始提示，其中該控制單元包括用于每個馬達相的高側開關和低側開關，馬達相的高側和低側開關被按照切換方案循環地切換，所述切換方案相比于在純歐姆性負載情況下會出現的過零時間點而在時間上錯開地產生馬達相中的電流經歷由于電感性負載份額引起的過零的那些時間點，其中在沒有有故障的負載狀況的情況下過零的時間點在預期值范圍(例如，預期時間窗)中出現，該預期值范圍是由切換方案、環境條件(如，例如電源電壓和溫度)和由不同的馬達參數(可以包括馬達不對稱性)確定的，其中，在存在有故障的負載狀況的情況下，該過零的時間點在預期值范圍外部，其中，借助與預期值范圍的偏差可以得出有故障的負載狀況的類型，其中，在該方法中
在切換方案中預先給定的出現的切換到高側和/或低側相位期間探測：流過接通的高側開關或低側開關的電流是否以及何時大于或小于可預先給定的閾值，在特定情況下在過零點附近，
其中，從切換方案的可預先給定的時間點起對其中流過兩個馬達相之一的接通的高側或低側開關的電流超過或低于可預先給定的閾值的時間跨度進行測量，其中，該時間測量在PWM控制的情況下必要時可在一個或多個PWM周期(高側以及低側開關的變換性切換的周期)上延伸，
其中，將各個馬達相的所測時間跨度相互比較，和/或將每個單個馬達相的時間上相繼測量的時間跨度相互比較和/或與預期值范圍相比較，和
其中，各馬達相的所測時間跨度的大小之間的偏差和/或一個馬達相的所測時間跨度按順序與可預先給定的預期值范圍的偏差被評價為對有故障的負載狀況的提示、尤其開始提示。
根據本發明，電動機的電氣換向是借助其中每馬達相在特定時間點相電流經歷過零的切換方案實現的。該相電流過零的時間點相比于在純歐姆性負載會出現的時間點在時間上錯開。在無有故障的負載狀況情況下，過零的時間點處于預期值范圍(例如，預期時間窗)內，該預期值范圍可以由切換方案、環境條件和不同的馬達參數確定。如果過零位于預期值范圍之外，則這可以被認為是有故障的負載狀況的標志。通過觀察是否，并且如果是，在多大程度上預期過零時間點與預期值范圍偏差或位于其中，然后可以得到馬達的可能故障源的結論。在每種情況下，各馬達相的所測時間跨度的大小之間的偏差和/或每個單個馬達相的所測時間跨度按順序與可預先給定的預期值范圍的偏差是對有故障的負載狀況的提示、尤其開始提示。下面如何處理這種開始提示不再是本發明的主題。這種開始提示的處理可以取決于應用地以不同方式進行。例如，可以首先觀察開始提示，以便在一定的時間滯后之后才反應。該反應也可以是與應用相關地大不相同。例如，斷開馬達或者為不受損害而切換到另一運行模式。
為了分類所涉及的參數與相應的預期值或預期范圍的偏差，可以將方法用于統計學模式識別，可以用以分類電動(步進)馬達的運行狀態，以便可以采取所定義的措施來最小化功能故障的影響和用于預測功能故障對馬達未來的影響。預測可以以未來可能運行狀態的形式進行，這些運行狀態被對應于概率和/或評估值(如影響評估)。
這里，可進行一個或多個下面列出的處理步驟：
a)從同時和/或順序確定的偏差的多個值中建立特征矢量，其中特征矢量可以包括這些值的一階和更高階導數和/或一次和更高次積分和/或其他從這些值導出的參量以及從別的傳感器系統的來的別的參量。
b)將特征矢量與線性判別分析(LDA)矩陣相乘以得到修改的特征矢量，用于提高選擇性。
c)將修改的特征矢量與原型矢量、即尤其存儲在原型數據庫中的運行狀態原型相比較，其中，對于每個被評價的原型矢量而言，比較的結果是修改的特征矢量與相應的原型矢量之間的二進制和/或數字和/或模擬的距離值。
d)基于距離值選擇所述數據庫的至少一個運行狀態原型，其中，特別是具有最短距離值和/或具有影響最嚴重的運行狀態和/或具有最嚴重影響評價的運行狀態原型被選擇。
e)輸出至少所選擇的運行狀態原型。
f)必要時輸出相對于所選的運行狀態原型而言與特征矢量對應的至少一個距離值和/或從中導出的值。
g)必要時輸出其它所選的運行狀態原型和所屬的距離值和/或從中導出的值，以輸出假設列表，其典型地還包括所選運行狀態原型和其距離值。
h)必要時確定運行狀態原型的概率鏈和預測至少一個下面預測的運行狀態或預測的運行狀態序列。
ⅰ)必要時在所選擇的運行狀態和/或所確定的假設列表和/或預測的運行狀態或該預測運行狀態序列的基礎上引入措施。
替代統計模式識別的本身已知的基本方法，可以將神經網絡和/或Petri網和/或模糊邏輯和/或維特比算法用于處理所涉及的參數與該對應的預期值或預期范圍的偏差。
預期值或預期值范圍可以合乎目的地憑經驗確定。在此可能的是：
在具有無故障負載狀態的一個或多個被預熟化處理(vorgealterten)的參考系統上學習了對于在其中應還未識別到有故障負載狀況的最大允許偏差的預期值，即確定典型值以及帶有可選的附加允許容差地將其在控制單元中存儲為最大允許預期值范圍，和/或，
在每個在生產后具有無故障負載狀狀態的馬達系統上學習了其中應還未識別到有故障負載狀況的最大允許偏差的預期值，即確定典型值以及帶有可選的附加允許容差地將其在控制單元中存儲為最大允許預期值范圍，和/或，
在馬達的使用壽命進程中為其中應還未識別到有故障負載狀況的最大允許偏差的預期值設置更大容差，和/或
通過與目標區域的換向角度的偏差形成所探測的有故障的負載狀況，以及通過匹配幅度和相位這兩個控制參數中的至少一個來補償故障。
在本發明的有利改進方案中可以規定：從與各個馬達相的預期值范圍的、相互間的偏差類型得出有故障的負載狀況的類型，如相對于馬達相而言的旁路馬達相，相對于地而言的旁路馬達相，相對于供電電壓而言的旁路馬達相，(可能由于插頭中接觸問題造成的)過高歐姆的馬達相端子，馬達相的接觸不良，各個高側或低側驅動器(可能僅在特定負載狀態下)的有故障的驅動電阻；和/或，對于每個馬達相按順序得出有故障的負載狀況，如接觸不良、機械故障、軸承間隙、傳動故障、應用中的機械故障，其中順序出現的偏差的頻度可以給出關于精確故障位置的論斷。
在本發明的一個有利的改進方案中可以進一步規定，替代電流大小測量代表電流大小的電參數，并且例如測量在電氣/電子部件上的壓降，尤其在分路電阻或晶體管上的壓降，其中尤其涉及高側和/或低側開關。
此外會適宜的是，將電流的不等于0的值選做電流閾值。
有利的可能是，將接近過零點的值選為電流閾值。
借助線性時間測量部件以恒定計數速度測量時間跨度可以是有利的。
另外，可以有利的是，借助對數時間測量部件以隨著測量時間增長而增加的計數速度對時間跨度進行測量。
在本發明的有利改進方案中還可以規定，替代所描述的精確時間測量，僅在切換到高側和/或低側驅動器后的固定的時間點上檢查是否超過或低于可預先給定的電流閾值，并且之后按由此形成的分辨率(PWM周期數)進行時間測量。
有利的會是，替代在切換方案的所述時間點與取電流閾值之間的時間跨度，測量直至電流在下一馬達相切換時又達到電流閾值的時間跨度，并且將各個馬達相的時間跨度相互比較和/或將每個馬達相的按時間順序的這些時間跨度相比較或與適用于馬達的無故障運行的預期值相比較，其中當前時間跨度大小彼此間的偏差和/或與預期值的偏差被評價為對故障電流的提示、尤其開始提示。
尤其是在該背景下，本發明表明：為了控制多相電動機和其它電感性負載而越來越多地使用低歐姆的功率晶體管。這種功率晶體管可以成本低廉地制造，使得其總成本對于整個系統相比于例如以用于冷卻常規功率驅動器(其具有較高的RSDON)的冷卻體工作而言是較低的。使用現代的低歐姆功率晶體管的又一優點是由于這種功率晶體管較小的損耗功率而可以簡化安裝在電子設備中。此外，在總能量平衡來看減少了CO2排放。然而通過低歐姆功率晶體管使得短路情況下的壓降由于低RSDON而小至使得用迄今的手段不能可靠探測到短路情況。因此用明顯更靈敏的短路閾工作，以能夠應對由于低歐姆功率晶體管而造成的變化的要求。在此然而涉及解決不能識別所有短路情況的技術問題。尤其關于BLDC和DC橋式驅動器IC以及步進馬達驅動器IC，根據本發明的方案具有清晰優點，即，該方案由于對這種驅動器IC的大量需求而可以快速被實行。
本發明的第一變型涉及一種用于獲得對多相電動機的可能的有故障的負載狀況的提示、尤其開始提示的方法。
電動機中有故障的負載狀況尤其是當出現短路時是關鍵的。這種短路通常借助在控制單元的內部或外部驅動器晶體管的漏極-源極路徑上的壓降來識別，通過該控制單元控制電動機或者其它負載。這些壓降通常被單個地評價，即對于馬達的每相來評價。當測量技術上檢測的電流高于運行中允許的最大電流時，這意味著馬達端子線路中的至少一個出現外部短路。在探測短路時的缺點是：尤其不一定能識別朝向地的“軟”短路。另一問題在于：在較高歐姆的短路或者在具有短路電流的電感性系數的短路中過電流部分地并不位于馬達運行中允許的最大電流之外。在電感性系數和在PWM控制負載例如電動機時也可能的是，短路情況中的電流上升慢(“軟”短路)至使得PWM周期在達到過電流斷開閾值之前結束。然而功率晶體管在該情況下強烈發熱為使得會導致損壞，該損壞如此之快地出現使得過熱識別裝置由于其時間延遲也不能提供足夠的保護。
例如從DE-A-102011 003897和DE-T-69721455已知用于識別故障的電動機監視。
因此，本發明的目的是提供一種對有故障的負載狀況、例如短路的識別，其能夠可靠發現這種情況并且由此保護應用，即保護被驅動晶體管控制的硬件不受損壞，這意味著，現在可以可靠地阻止例如至今并未在所有情況下避免的電子設備燃燒。
為了實現這一目的，利用本發明提出一種根據權利要求14的方法。從屬權利要求15至24的主題涉及本發明的各個擴展方案。
所以根據本發明提出了一種用于獲得對借助對于每個馬達相具有高側開關和低側開關的控制單元進行電氣換向的多相電動機(例如BLDC馬達,EC馬達,PMSM馬達,SR馬達,步進馬達)的可能的有故障負載狀況進行的提示、尤其初始提示的方法，其中，循環切換馬達相的高側和低測開關，并且是根據對于每個馬達相具有至少一個周期復現的等效時間點的切換方案進行切換，其中各個馬達相之間的這些等效時間點具有相等的時間相位偏移(例如在3相馬達中技術決定地該相位偏移是120°，并且在4相馬達中是90°)，并且其中在這些時間點上在所涉及的馬達相中電流的大小相應地與在其它馬達相中在屬于其的等效時間點上的電流的大小成基本相同的比例，其中在該方法中，
對于至少兩個馬達相，在切換方案的循環復現的等效時間點上，確定代表在所涉及的馬達相中的電流大小的測量值，并且循環重復執行該過程，
將所確定的馬達相測量值至少成對互相比較，其中，對測量值的每次比較進行檢查，看比較結果是否處于對于待比較的馬達相而言適用于無故障負載狀況的預期空間內，以及
其中將比較結果與所屬的預期空間的偏差尤其在考慮可預先給定的允許容差的條件下評價為對有故障負載狀況的提示、尤其開始提示，例如接觸不良、機械故障、軸承間隙、傳動故障、應用中的機械故障，其中同類型的順序出現的偏差的重復率可以給出關于故障位置的論斷，和/或
如果需要的話，也可以順序地在等效時間點上執行至少一個單個馬達相的電流值的分析，并且將比較結果與期望空間的偏差尤其在考慮可預先給定的允許容差的條件下評價為對有故障負載狀況的提示、尤其開始提示，例如接觸不良、機械故障、軸承間隙、傳動故障、應用中的機械故障，其中同類型的順序出現的偏差的重復率可以給出關于故障位置的論斷。
另外，根據本發明規定：至少兩個馬達相的高側開關對應于用于監視高側開關的漏極-源極壓降的高側監視單元，和/或，至少兩個馬達相的低側開關對應于用于監視低側開關的漏極-源極壓降的低側監視單元，并且使用每個用于確定測量值的監視單元，該測量值代表馬達相中的電流大小。
此外，根據本發明規定：每個監視單元具有比較器和數模轉換器，用于為比較器給出參考值作為用于探測高側和/或低側開關中的過電流的壓降閾值，并且調制該參考值，以便借助比較器的分析確定代表當前電流大小的測量值，其中在確定測量值期間出現的比較器響應并不被直接評價為過電流，而是在該情況下結束對測量值的確定以及接下來將模數轉換器的參考切換到實際的過電流值上，以及隨后執行實際的評價：即是否出現了過電流情況。
在根據本發明的方法中，在馬達通電方案的特定的循環復現的即等效的時間點上在一個馬達相中或者跨馬達相地確定分別流過的電流。這樣確定的電流值然后被相互比較或者求相互比例，其中在此又僅觀察每相的電流值或者跨相的電流值。電流值的比較或者電流值的比例求出引起如下結果，該結果在必要時之前限定的預期值范圍內或者在憑經驗或者通過采樣電動機而事先確定的預期值范圍內。如果比較結果或者電流值的比例求出偏離該預期值范圍，則這被視為對電動機可能的有故障負載狀況的提示或開始提示。從其出發，現在可以按照應用采取措施，即，例如輸出警告或者強制斷開電動機。在探測到對電動機的有故障負載狀況的提示之后的過程不一定是本發明的主題。
與現有技術不同，在使用根據本發明的方法情況下通過改進的有用信號和改進的探測方法性能得到對故障負載狀況的更高的識別可靠性。對于有故障負載狀況(例如短路)的存在的識別閾值不再取決于在運行中最大允許的電流的大小。此外，根據本發明的方法的方便的實現是可能的。
尤其是在該背景下，本發明表明：為了控制多相電動機和其它電感性負載而越來越多地使用低歐姆的功率晶體管。這種功率晶體管可以成本低廉地制造，使得其總成本對于整個系統相比于例如以用于冷卻常規功率驅動器(其具有較高的RSDON)的冷卻體工作而言是較低的。使用現代的低歐姆功率晶體管的又一優點是，由于這種功率晶體管較小的損耗功率而可以簡化安裝在電子設備中。此外，在總能量平衡來看減少了CO2排放。然而通過低歐姆功率晶體管使得短路情況下的壓降由于低RSDON而小至使得用迄今的手段不能可靠探測到短路情況。因此，用明顯更靈敏的短路閾值工作以能夠應對由于低歐姆功率晶體管而造成的變化的要求。在此然而涉及解決不能識別所有短路情況的技術問題。尤其相比于BLDC和DC橋式驅動器IC以及步進馬達驅動器IC，根據本發明的方案具有清晰的優點，即，該方案由于對這種驅動器IC的大量需求而可以快速實行。
從上述可以得出：單個監視進行切換的驅動晶體管上的電流或壓降是不夠的。相反，根據本發明提出了將多個和理想地所有驅動晶體管的電流幾乎同時相互比較。為此可以設有多個測量裝置，然而也可以出于效率原因順序使用(例如唯一的)測量裝置。在此，可以利用如下知識：單個電流以及(在多個線圈情況下成立)所有馬達線圈的電流都由于線圈電感而不經歷過快變化。可以在一定程度上時間錯開地測量所有參與的功率晶體管的電流(在特殊實施例中例如作為相應功率晶體管上的壓降)，并且仍受限較少地獲得當前的圖。只要可能，就可以在PWM控制驅動晶體管時同時或幾乎同時測量不同的馬達相或負載相。
此外，根據本發明的方法利用如下特性，即在包括多相電動機和控制單元的系統中在沒有一個或多個馬達相朝著正電源電勢或地的附加短路的情況下，所有的高側驅動器的電流之和等于所有的低側驅動器的電流的總和。如果這里出現不相等，則可以認為存在至馬達之外的電勢的短路。本發明的方法在此可適用于幾乎所有類型的受高側和低側驅動器控制的馬達(電動機類型)；這同樣適用于其它電感性負載如電動機的控制。
關于該電流測量方法，本發明的方法可以不同地且根據常見的電流測量方法來實施。于是根據本發明的方法例如可以用模擬電壓測量方法和因此利用模擬也或數字計算差或比較和/或各個電流值的比例來實施。然而更緊湊的是在SC技術中實現，其中將各個電壓與代數符號相關地“堆疊”，并且將剩余的差(比較)與閾值相比。在此，可以從合適的點起更適于使用數字處理。還可能的是，將電容上的壓降放電，數字地測量放電時間和將其輸送給數字評估部。在該情況下，特別版本是感興趣的，在其中在所連接的電容器上進行放電并且計數所需的放電循環的數目以及進一步處理器。由于可能較小的信號水平，也可能感性興趣的版本是，在其中信號在“堆疊”之前或之后還被放大，其中在特殊情況下將這種放大如此頻繁地進行(電壓相乘)，直至達到特定的參考電壓。對此所需的放大循環的數目于是可以作為用于結果值的度量而被進一步處理。在高側驅動器中這種進一步處理可以直接在高壓區域“上方”進行，或者該信號可以借助“電壓鏡像”轉移到低壓區域中并且在那里在需要時施加到電容上。在后一種情況下，于是優選在所有測量中使用相同的結構，這對可能的偏置誤差的大部分進行了補償。剩余的偏置誤差可以借助不通電情況下的參考偏置測量來補償。
預期值或預期值范圍合適地憑經驗來確定。在此可能的是：
在具有無故障的負載狀態的一個或多個被預熟化處理的參考系統上學習了對于其中將還未識別到有故障負載狀況的最大允許偏差的預期值，即確定典型值以及帶有可選的附加允許容差地在控制單元中將其存儲為最大允許預期值范圍，和/或，
在每個在生產后具有無故障負載狀況的馬達系統上學習了其中應還未識別到有故障負載狀況的最大允許偏差的預期值，即確定典型值和帶有可選的附加允許容差地在控制單元中將其存儲為最大允許預期值范圍，和/或，
在馬達的使用壽命進程中為其中應還未識別到有故障負載狀況的最大允許偏差的預期值設置更大容差，和/或
通過與目標區域的換向角度的偏差形成所探測的有故障的負載狀況，以及通過匹配幅度和相位這兩個控制參數中的至少一個來補償故障。
在該方法的簡化變型中，可以通過在整個控制周期上僅觀察低側壓降來探測短路。在原則上不改變馬達電流的情況下，所有激活的低側驅動器在該時間上的壓降之和應該相等，并且無關于是哪個低側驅動器恰好被激活。馬達路徑之一中的短路將引起低側總電流的取決于當前激活低側驅動器的組合的差異。通過將單壓降相互比較可以附加地識別繞組短路或者未被接觸的繞組。在測量裝置相應的靈敏度下，可以將上面描述的信號也用于將馬達換向。在替選的方法中可以對低通濾波后的單電壓或者低通濾波后的中間電壓(例如虛擬星點)在其具體的預期值范圍方面進行檢查。如果電壓相比于預期值范圍有明顯偏差，則該系統被旁路移出了其“平衡狀態”。
在本發明的有利改進方案中可以規定，從馬達相對或者對于其確定預期空間外的偏差的馬達相組合、以及所屬的等效時間點在切換方案內的位置得出有故障負載狀況的類型，對于其將所述偏差評價為提示，尤其評價為開始提示。
此外，合乎目的的是：與電流大小對應的測量值是電參數，并且例如是電氣/電子部件上的壓降，尤其是分流電阻或晶體管上的壓降，其尤其涉及高側和/或低側開關。
有利的會是，參考值的修改在用于探測過電流的參考值處開始，并且發展為更小的數值，其中為確定待得出的測量值，比較器僅在減小的末端響應一次。
在這方面，還可以是有利的是，參考值的數值的減少是不線性的，而是以對數的逼近級進行，以這樣的方式，從一個數值到下一數值的百分比減小近似相等。
參考值的調制，也可以根據逐次逼近進行，其中在比較器每次響應時中斷對測量值的確定，以便暫時檢查可能的過電流情況。
本發明的一個有利變型中，在時間重復性方面檢查所探測到的對可能的有故障負載狀況的開始提示，并且在至少周期連續重復中從可預先給定的頻度起診斷有故障的負載狀況。
在本發明的有利改進方案中還可以規定，當在具有至少電動機和控制單元的無故障系統中探測到對有故障負載狀況的可周期性重現的開始提示時，將該開始提示并不歸因于實際的有故障負載狀況，而是歸因于至少一個系統部件(諸如控制單元和/或馬達機構和/或傳動系和/或另一由電動機驅動的部件)的馬達相之間的電和/或機械不對稱性，并且將其在未來可預先給定的用于無故障系統的預期值范圍中考慮。
最后，也可以在需要的情況下規定，當在具有至少一個電動機和控制單元的無故障系統中探測到對有故障負載狀況的可周期性重現的開始提示時，將該開始提示并不歸因于實際的有故障負載狀況，而是歸因于至少一個系統部件(諸如控制單元和/或馬達機械和/或傳動系和/或另一由電動機驅動的部件)的馬達相之間的電和/或機械不對稱性，并且補償該不對稱性從而獲得關于切換方案的修改的改善系統特性。
在特殊情況下，對有故障負載狀況的開始提示可以是換向角度與其額定值的偏差，并且顯得有幫助的是控制單元通過匹配控制參數幅度和相位以及旋轉頻率中的至少一個來補償該誤差。
在三相電動機的情況下，在至少在馬達相上確定測量值的時間點可以與在另一馬達相中的電流被(例如借助任意方法例如借助BEMF比較器)探測為變為0的時間點相同。
在本發明的一個有利改進方案中可以規定，代表電流的測量值是壓降(例如在驅動器或分流元件上的壓降)，并且為確定兩個測量值的比較結果而將各個壓降的差和/或絕對值存放到所連接的電容上，并且借助來自下面提及的方法組的至少一個方法來對其進行處理和/或評估：放大，將時間上順序的測量值堆疊，比較，求差，濾波、AD轉換。
在本發明一個特別優選的實施變型中，可以將各個馬達端子的電流值以如下方式順序確定，即，對于切換方案中相同的通電條件、即特定的相同的相關系來測量其。于是評價各個馬達端子中的電流之比是否偏離了之前確定的(涉及比例的)期望值范圍。
根據這種可能出現的偏差的持續時間可以確定：涉及短的干擾(接觸不良或者電源層面或負載情況上的干擾)還是持續或者總是復現的有故障負載狀況。這種有故障負載狀況可能持續引起部件加熱和由此引起損壞。根據所識別的故障的后果嚴重性而斷開、扼流或者在規避模式中運行馬達，該規避模式減小或阻止由于故障影響引起的加熱。例如也可以在棄用對各個連接的部件的控制的條件下運行電換向馬達。
為了分類所涉及的參數與相應的預期值或預期范圍的偏差，可以應用用于統計學模式識別方法，借助其可以分類電(步進)馬達的運行狀態，以便能夠采取定義的措施來將故障功能的影響最小化以及預測故障功能未來對馬達的影響。診斷在此可以以未來可能的運行狀態進行，其與概率和/或評價值(例如影響評價)對應。
在此可以執行下面列出的處理步驟中的一個或多個：
a)從被同時和/或順序確定的多個偏差值中形成特征矢量，其中特征矢量可以包括這些值的一階和更高階導數和/或一次和更高次積分和/或其他從這些值導出的參量以及從別的傳感器系統的來的別的參量。
b)將特征矢量與線性判別分析(LDA)矩陣相乘以得到修改的特征矢量，用于提高選擇性。
c)將修改的特征矢量與原型矢量、即尤其存儲在原型數據庫中的運行狀態原型相比較，其中，對于每個被評價的原型矢量而言，比較的結果是修改的特征矢量與相應的原型矢量之間的二進制和/或數字和/或模擬的距離值。
d)基于距離值選擇所述數據庫的至少一個運行狀態原型，其中，特別是具有最短距離值和/或具有影響最嚴重的運行狀態和/或具有最嚴重影響評價的運行狀態原型被選擇。
e)輸出至少所選擇的運行狀態原型。
f)必要時至少輸出相對于所選的運行狀態原型而言與特征矢量對應的距離值和/或從中導出的值。
g)必要時輸出其它所選的運行狀態原型和所屬的距離值和/或從中導出的值，以輸出假設列表，其典型地還包括所選運行狀態原型和其距離值。
h)必要時確定運行狀態原型的概率鏈和預測至少一個下面預測的運行狀態或預測的運行狀態序列。
ⅰ)必要時在所選擇的運行狀態和/或所確定的假設列表和/或預測的運行狀態或該預測運行狀態序列的基礎上引入措施。
替代統計模式識別的本身已知的基本方法，可以將神經網絡和/或Petri網和/或模糊邏輯和/或維特比算法用于處理所涉及的參數與該對應的預期值或預期范圍的偏差。
本發明的可以應用于任意多相馬達的特別優選的變型在于該方法的用于如下情況的形式中：即，單個電流測量裝置不能用于對于全部馬達端子。在此將現有的電流測量裝置用于確定馬達總電流。為了在該限制下仍實現評價而需要特別的、稍后還要描述的定時。本發明另一特別的形式使用可參數化的過電流斷開部的可能存在的測量裝置，以便在特殊配置中進行所描述的電流測量。在此，調制對于過電流斷開所需的數字參考值以用于測量當前電流，直至過電流斷開部的比較器觸發該過電流斷開部。在該情況下，然而不進行所連接的部件的強制斷開，而是僅存儲在比較器反應時刻所確定的數字參考值作為當前的電流值。為了在測量期間還在低歐姆短路中能夠保證過電流斷開部的功能，必要的是，在達到比較器閾值之后立即切換回用于過電流探測的“正常”參考值，并且對比較器的響應的斷開反應被重新激活。如果控制應當通過微處理器，則不一定保證足夠快的反應。在該情況下，過電流斷開部的數字參考值靜態地可用，并且邏輯電路可以以硬件方式以足夠大的速度切換為參考值。
本發明的另一變型涉及用于獲得對多相電動機的可能的有故障負載狀況的提示、尤其開始提示。
電動機中有故障的負載狀況尤其在出現短路時是關鍵的。這種短路通常根據控制單元的內部或外部驅動晶體管的漏極-源極路徑上的壓降來識別，通過該控制單元控制電動機或其他負載。這些壓降通常單個地、即對于馬達的每個相被評價。當計量學上檢測的電流大于運行中最大允許的電流時，這意味著至馬達連接線路中的至少一個的外部短路。在探測短路的一個缺點是，特別是“軟”的短接至地不一定能被識別。另一個問題是，在較高歐姆的短路情況下或者在具有短路電流的電感性系數的短路情況下的過電流部分地并不位于馬達運行中的最大允許電流之外。此外，在電感性系數的情況下和PWM控制負載(例如，電動機)的情況下，可能的是，在短路情況下電流增大是如此之慢(“軟”短路)，使得一個PWM周期在達到過電流關斷閾值之前結束。但功率晶體管可在這種情況下仍然加熱到這樣的程度，使得導致損壞，其發生得如此之快，甚至過熱識別部由于其時間延遲而不能提供足夠的保護。
從DE-A-102 16 986，US-B-8 054 026，EP-A-2 164 169和EP-A-2 116 857已知了一種用于在電氣換向的電動機中探測故障電流的方法，并且基于電動機的重復出現的電參數的模式與適用于無故障運行的預期值相比較。
因此，本發明的目的是提供一種短路識別，其能夠可靠地發現短路，從而保護晶體管免受損害，這可以阻止電子設備的起火。
為實現該目的，本發明提出根據權利要求25所述的一種方法。本發明的各個擴展方案是從屬權利要求26至39的主題。
本發明的方法用于獲得對借助對于每個馬達相具有高側開關和低側開關的電子控制單元進行電氣換向的多相電動機(例如BLDC馬達,EC馬達,SR馬達,步進馬達)的可能的有故障負載狀況進行的提示、尤其初始提示，其中馬達相的高側和低側開關被按照切換方案循環地接通以及斷開，該切換方案具有周期復現的時間點，在這些時間點中對于至少一個馬達相將高側和低側開關對于斷開間隔切換為高歐姆的，即斷開，其中在無故障負載狀況下至少在各斷開間隔開始時或者在多個斷開間隔上還對于一定的再循環時間跨度(其等于用于馬達的無故障運行的相應的預期值)流過電流，其中在該方法中：
在切換方案中預先給定的斷開間隔的開始時起動時間測量單元以及測量再循環時間跨度，直至在關斷的馬達相中還有這樣大小的電流流過，其與代數符號無關的數值大于預先給定的閾值，
其中，如果再循環時間跨度在所述斷開間隔期間不結束，則該時間測量在至少下一斷開間隔中繼續進行，直至再循環時間跨度結束，
其中該過程對于斷開間隔在馬達的每個相的之前的高側開關激活之后和/或在之前的低側開關激活之后重復，
其中，對于馬達的不同相所測量的再循環時間跨度相互之間和/或對于馬達的每一個相按順序測量的再循環時間跨度彼此之間和/或與預期值或預期值相比較，以及
其中，與相應的預期值的偏差被評價為對故障電流的提示、尤其開始提示。
根據本發明規定了用于多相電動機的通電的切換方案，其對于每個馬達相設有高歐姆切換的高側和低側開關。馬達相的這兩個開關于是短暫地斷開。由此流過由電動機示出的電感性負載引起的電流，其衰減和尤其其衰減時間使得可以推斷出電動機是否當前在有故障的負載狀況下運行。為此，根據本發明將每個馬達相的再循環時間跨度或者馬達從相位到相位的再循環時間跨度彼此比較或者求出相互比例。如果再循環時間跨度的當然存在的波動位于期望值范圍內，則認為電動機無故障運行。在再循環時間跨度改變時，這可以(必要時在另外的程序之后)被視為對于馬達的可能有故障的負載狀況的開始提示。以何種形式反應于這種被識別的第一提示(例如關斷電動機，將電動機轉移到另一運行狀態中以保護馬達不遭受逼近的干擾等)原則上不是本發明的主題。原則上還對于本發明意義不大的是，從第一次識別到對可能存在的有故障負載狀況的提示起的何種時間跨度之后以何種形式進行反應。
通過形成跨馬達相彼此相繼的再循環時間跨度或者馬達的每個相的彼此相繼的再循環時間跨度的比例而計算值，將所述值與預期值或預期值范圍相比較。如果計算的值位于預期值范圍中，則不能認為存在有故障負載狀況。
尤其是在該背景下，本發明表明：為了控制多相電動機和其它電感性負載而越來越多地使用低歐姆的功率晶體管。這種功率晶體管可以成本低廉地制造，使得其總成本對于整個系統相比于例如以用于冷卻常規功率驅動器(其具有較高的RSDON)的冷卻體工作而言是較低的。使用現代的低歐姆功率晶體管的又一優點是：由于這種功率晶體管較小的損耗功率而可以簡化安裝電子設備。此外在總能量平衡來看減少了CO2排放。然而，通過低歐姆功率晶體管使得短路情況下的壓降由于低RSDON而小至使得用迄今的手段不能可靠探測到短路情況。因此用明顯更靈敏的短路閾工作，以能夠應對由于低歐姆功率晶體管而造成的變化的要求。在此然而涉及解決不能識別所有短路情況的技術問題。尤其相比于BLDC和DC橋式驅動器IC以及步進馬達驅動器IC，根據本發明的方案具有清晰優點，即，該方案由于對這種驅動器IC的大量需求而可以快速實行。
預期值或預期值范圍合適地通過經驗確定。在此可能的是：
在具有無故障的負載狀態的一個或多個被預熟化處理的參考系統上學習了對于其中應還未識別到有故障負載狀況的最大允許偏差的預期值，即確定典型值和帶有可選的附加允許容差地將其在控制單元中存儲為最大允許預期值范圍，和/或，
在每個在生產后具有無故障負載狀況的馬達系統上學習了其中應還未識別到有故障負載狀況的最大允許偏差的預期值，即確定典型值和帶有可選的附加允許容差地將其在控制單元中存儲為最大允許預期值范圍，和/或，
在馬達的使用壽命進程中為其中應還未識別到有故障負載狀況的最大允許偏差的預期值設置較大的容差，和/或
通過換向角度與目標區域的偏差形成所探測的有故障的負載狀況，以及通過匹配幅度和相位這兩個控制參數中的至少一個來補償故障。
在本發明的一個有利的改進方案中可以規定，從與各個馬達相的預期值的相互間的偏差類型得出有故障的負載狀況的類型，如相對于馬達相而言的旁路馬達相，相對于地而言的旁路馬達相，相對于供電電壓而言的旁路馬達相，(可能由于插頭中接觸問題造成的)過高歐姆的馬達相端子，馬達相的接觸不良，各個高側或低側驅動器(可能僅在特定負載狀態下)的有故障的驅動電阻，和/或，對于每個馬達相按順序得出有故障的負載狀況，如接觸不良、機械故障、軸承間隙、傳動故障、應用中的機械故障，其中，順序出現的偏差的頻度可以給出關于精確故障位置的論斷。
為了分類所涉及的參數與相應的預期值或預期范圍的偏差，可以應用用于統計學模式識別的方法，用其可以分類電動(步進)馬達的運行狀態，以便可以采取所定義的措施來最小化功能故障的影響和用于預測未來功能故障對馬達的影響。預測可以以未來可能運行狀態的形式進行，這些運行狀態被對應于概率和/或評估值(如影響評估)。
這里，可進行一個或多個下面列出的處理步驟：
a)從同時和/或順序確定的偏差的多個值中形成特征矢量，其中特征矢量可以包括這些值的一階和更高階導數和/或一次和更高次積分和/或其他從這些值導出的參量以及從別的傳感器系統的來的別的參量。
b)將特征矢量與線性判別分析(LDA)矩陣相乘以得到修改的特征矢量，用于提高選擇性。
c)將修改的特征矢量與原型矢量、即尤其存儲在原型數據庫中的運行狀態原型相比較，其中，對于每個被評價的原型矢量而言，比較的結果是修改的特征矢量與相應的原型矢量之間的二進制和/或數字和/或模擬的距離值。
d)基于距離值選擇所述數據庫的至少一個運行狀態原型，其中，特別是具有最短距離值和/或具有影響最嚴重的運行狀態和/或具有最嚴重影響評估的運行狀態原型被選擇。
e)輸出至少所選擇的運行狀態原型。
f)必要時輸出相對于所選的運行狀態原型而言與特征矢量對應的至少一個距離值和/或從中導出的值。
g)必要時輸出其它所選的運行狀態原型和所屬的距離值和/或從中導出的值，以輸出假設列表，其典型地還包括所選運行狀態原型和其距離值。
h)必要時確定運行狀態原型的概率鏈和預測至少一個下面預測的運行狀態或預測的運行狀態序列。
ⅰ)必要時在所選擇的運行狀態和/或所確定的假設列表和/或預測的運行狀態或該預測運行狀態序列的基礎上引入措施。
替代統計模式識別的本身已知的基本方法，可以將神經網絡和/或Petri網和/或模糊邏輯和/或維特比算法用于處理所涉及的參數和與其對應的預期值或預期范圍的偏差。
在本發明的一個有利的改進方案中還可以規定，替代電流大小測量代表電流大小的電參數，并且例如測量在電氣/電子部件上的壓降，尤其在分流電阻或晶體管上的壓降，其中尤其是涉及高側和/或低側開關。
還合乎目的的是，當馬達相的電壓超過或低于所設定的比較器閾時，通過該比較器結束在高歐姆馬達相中的時間測量。
有利的會是，將預先給定的、與再循環電流相反的檢驗電流接入實際上高歐姆的馬達相，從而在將再循環電流降低到所設定的檢驗電流上的情況下進行在馬達相端子上的電壓切換。
有利的會是，時間測量單元是線性的，即以不變的計數速度工作。
還會有利的是，時間測量單元按對數工作。
在本發明一個有利改進方案中規定，在高歐姆切換的各個間隔之間暫停時間測量。
在本發明一個有利改進方案中規定，時間測量在高歐姆切換的各個間隔之間繼續。
有利的會是，替代所描述的精確時間測量，僅在高歐姆切換之后的固定時間點上進行對可預先給定的比較器閾的超過或低于的檢查，并且從而按由此形成的分辨率進行時間測量(帶有高歐姆切換的PWM周期的數目)。
還會有利的是，替代在切換方案中的所述測量開始時間點與達到電流閾值之間的時間跨度，測量對比較器閾值的各個超過和/或低于之間的時間跨度，并且將各個馬達相的該時間相互比較和/或將每個馬達相的時間序列中的該時間相互比較或者與適用于馬達的無故障運行的預期值相比較，其中，將當前時間跨度的大小相互之間的偏差和/或與預期值的偏差評價為對故障電流的提示、尤其開始提示。
相比于現有技術，在使用根據本發明的方法的條件下通過改進的有用信號和改進的探測方法性能得到對故障負載狀況的更高的識別可靠性。對于有故障負載狀況(例如短路)的存在的識別閾不再取決于在運行中最大允許的電流的大小。此外，根據本發明的方法的方便的實現是可能的。
尤其是在該背景下，本發明表明：為了控制多相電動機和其它電感性負載而越來越多地使用低歐姆的功率晶體管。這種功率晶體管可以成本低廉地制造，使得其總成本對于整個系統相比于例如以用于冷卻常規功率驅動器(其具有較高的RSDON)的冷卻體工作而言是較低的。使用現代的低歐姆功率晶體管的又一優點是由于這種功率晶體管較小的損耗功率而可以簡化安裝電子設備。此外，在總能量平衡來看減少了CO2排放。然而通過低歐姆功率晶體管使得短路情況下的壓降由于低RSDON而小至使得用迄今的手段不能可靠探測到短路情況。因此用明顯更靈敏的短路閾工作，以能夠應對由于低歐姆功率晶體管而造成的變化的要求。在此，然而涉及解決不能識別所有短路情況的技術問題。尤其關于BLDC和DC橋式驅動器IC以及步進馬達驅動器IC，根據本發明的方案具有清晰優點，即，該方案由于對這種驅動器IC的大量需求而可以快速被實行。
附圖說明
下面借助實施例和參考附圖詳細闡述本發明。其中：
圖1示出了用于基本上任意構造的三相電動機的切換選項。
圖2局部地示出了通過驅動器的電流代數符號變換范圍中的正弦或空間矢量換向，
圖3示例性示出了三相馬達的塊換向(Block-Kommutierung)，
圖4示出了特殊情況下示例性三相馬達的切換，其中并非對于所有馬達端子存在單個的電流測量裝置，
圖5示出了切換方案的示例(在該情況下針對三相馬達)，其中切換方案不包含高歐姆相，
圖6示出了在故障電流流向地的情況下故障情形對電流測量的影響，
圖7示出了在故障電流流向正電源電勢的情況下故障情形對電流測量的影響，
圖8示出了用于帶有在高側和低側開關的漏極-源極-電壓監視裝置的任意三相馬達的又一切換選項，其中這些電壓監視裝置可以分相位地用于當前的電流測量，
圖9和10用圖示闡明了用于按照圖8的切換選項的、針對電流測量期間沒有出現短路的情況(圖9)和電流測量期間出現短路的情況(圖10)的信息，
圖11示出了用于控制基本上任意的多相(在該實施例中是三相)電動機的切換選項，
圖12示出了用于例如三相馬達類型(例如根據圖11)的塊換向的示例，
圖13是用于雙極性電換向馬達(例如步進馬達)的切換選項，和
圖14是用于(例如根據圖13的)雙極性電換向馬達的塊換向。
具體實施方式
本發明基于如下認識，即，在驅動諸如電動機的電感性負載時利用比較器確定晶體管在接通狀態中是否具有正的壓降(在負載情況下)或者負的壓降(在電感性反饋的情況下)。
這是通過該驅動器(開關)的電流的方向的標記。在電感性負載如馬達的情況下，電流方向反轉的時間點當然一方面通過調制馬達的控制來確定，然而另一方面還通過已知地追趕該調制電壓的線圈電流的特性來確定。對于何時將發生從正到負壓降的變換(即通過相應的驅動器的電流降到0)的預期值是通過馬達的PWM調制和馬達參數預先給出的。
如果現在一個端子(馬達相)的代數符號變換的位置與另一端子(馬達相)的有偏差，或者與預先給定的預期值以可復現的方式有偏差，則認為馬達或端子中有故障，尤其是當各個馬達相在時間上觀察該代數符號變換的情況下彼此非典型地相區別時。偏差類型標志著：是否以及在哪個端子上出現了何種類型的短路(向著地的或者向著正電源電勢的旁路)或者連接的高歐姆性。
在個別情況下足夠的是，如所說明地僅監視低側驅動器或高側低側驅動器。在測量裝置的相應的靈敏度的情況下還可以將上面描述的信號用于馬達換向。
圖1中示出了用于具有電氣換向的三相電動機的可能的切換方案。馬達BLDC通過驅動器全橋控制，其中每個馬達相U、V和W對應于一個開關對，其由高側開關UH,VH或WH和低側開關UL,VL或WL構成。監視每個開關上的壓降，并且借助比較器KUH,KVH,KWH,KUL,KVL和KWL來監視。每個馬達相U、V和W在此對應于比較器或比較器對。借助這些比較器可以確定：流過開關的電流何時反轉。由此，可以確定流過開關的電流的過零。由設計決定地和由控制決定地，過零位于預期值范圍內(預期時間窗)。通過檢查在多個或所有馬達相上觀察的或者說在一個馬達相內觀察的過零時間點，可以推斷出有故障負載狀況。如果當然從相到相偏移或者在一個相內偏移的過零時間點遵循可復現的模式，則可以將這與馬達和后面的負載的設計決定的不對稱性相關聯。非可復現和尤其非可預見的過零時間點與預期值范圍的偏差可以得出有故障負載狀況的結論。這種偏差于是被評價為對于馬達的有故障的電或機械負載狀況的第一標志。
圖2示出了用于多相電動機的換向選項。在該情況下示出了正弦或空間矢量換向，并且在換向過程的一個片段內，在該片段內電流方向的代數符號變換在該示例中是在相U中發生的。圖2中的細曲線示出了任意低歐姆控制驅動開關時的理論電壓。較粗的曲線示出了在考慮所涉及的驅動開關上的壓降的情況下的電壓曲線。
本發明的基礎是確定換向方案中的相應固定時間點和達到各個驅動器上的確定壓降的相應當前時間點之間的時間差。固定時間點應合適地位于過零點之前。特殊情況在此是達到電流I＝0，這等于壓降為0伏特。然而，可以將任何其他在換向期間可靠地達到的電流值當做時間測量結束的承載點確定在達到一個馬達端子中的所選電壓閾前直至達到下一馬達端子中的相同條件的時間差也是可能的。在該情況下不存在用于時間測量的固定起始時間點。
用于確定再循環時間跨度的一個優選實施變型方案是對數的時間測量。其遵循對數逼近函數，并且使得計數器速度隨著計數時間增大而減小。這具有如下優點：
a)可以用相同的相對精度來確定小的和大的時間。消除了在大的絕對時間測量中不必要地高的精度。
b)每個測量值的待評價比特數大幅下降。
c)通常需要“乘除運算”的時間比例的確定可以通過求對數而被“加減運算”模擬。這減小了比較運算中的硬件和軟件開銷。
d)可以通過控制器中較小的邏輯電路和/或CPU省時的實現來進行所述評價的省成本的實現。
圖3中示例性示出了基本上任意的三相馬達的塊換向時的通電方案。根據本發明的方法然而還可以在正弦或空間矢量通電或者類似的調制類型中應用，并且還可以在諸如雙極性或單極性步進馬達的其它馬達類型中使用。
不同的切換方案和馬達是共同的，即根據本發明對于(相對于每次電旋轉為360°而言的)固定的相位角測量當前電流并且在相應端子相同的個別相位角的情況下將不同的端子的電流測量值彼此比較。在(其中形成之前確定的固定相位角關系的)不同時刻將不同端子的電流或電流比例在與預期值范圍的可復現的偏差方面相比較。不對稱構建的馬達例如可以導致不同的預期值范圍，其并非對于所有相位相同。根據本發明的方法規定可以補償該效果。此外規定，在這種馬達中還在可以包括多個360°電旋轉的機械旋轉上匹配預期值范圍。由此在所有馬達類型上在使用根據本發明的方法的條件下達到高精度和針對故障觸發的保護。在圖3中示出了三個馬達相U、V和W的高側和低側驅動器UH、VH和WH以及UL、VL和WL。在借助本發明方法分析電流和電流比例時得到：
小的、持久的和可復現非對稱已經是可能的故障電流的誘因，
可以通過故障電流下游連接的邏輯電路來分離暫時的非對稱，該非對稱作為干擾例如通過負載變換波動或電源層面的波動或者通過“接觸不良”形成，該故障電流會導致電子設備的過高負荷和損壞，
在流向正電源電勢的故障電流W的情況下dV在WLON狀態下提高，而在WHON狀態下不再有影響，以及
在流向V的故障電流W的情況下，dV相比于其他組合提高，并且是在WHON和VL0N狀態下或者還在WHON和VL0N狀態下提高。
圖4示出了針對特殊情況下的基本上任意構建的三相馬達的切換選項，該特殊情況是，對于任何馬達端子都不存在與其對應的單個電流測量裝置。三相馬達例如可以是BLDC或者步進馬達。
在圖4中用UH,VH和WH及UL,VL和WL標出了與三個馬達相U、V和W對應的高側驅動器和低側驅動器。馬達本身標以BLDC。虛線示出的是三個產生潛在故障電流的事件，即相W的朝向地的產生故障電流的旁路(參見在RNSM中)，相W的朝向正電源電勢的產生故障電流的旁路(參見在RNSP中)以及相V和W之間的短路(參見在RVw)中。單個電流測量裝置在該實施例中位于低側驅動器路徑中，并且通過分流器Rshunt示出。分流電阻可以替選地同樣良好地還布置在高側路徑中。替代分流電阻還可以使用任意其他的電流測量裝置。特別有利的是，對于電流測量考慮在驅動器上的壓降。
圖5示出了切換方案，其包含高歐姆相，并且例如是(任意)三相馬達的切換方案。切換周期的各個間隔稱作相位0至5。高側和低側開關如在之前附圖中那樣標出。三個相的電壓曲線分別用V(U),V(V)和V(W)標記，其中在兩個最下方的圖中放大示出了相W的電壓V(W)的相應地表現特性的過渡區域。
在該變型方案中電流測量可能的時間點是其中通過馬達端子無直流分量流過的時間點。這些時間點的采集選項是：
a)可能存在的BEM F(Back EM F)信號的所有采集時間點(參見圖3的曲線V(U),V(V),V(W))；
b)只要信號位于邊界Vth+和Vth-中，由此將達到閾值Vth+或Vth-當做定時器(參見圖3兩個最下方圖表中的放大示圖)，
c)在a)或b)下的時間點，可以在觸發測量之前將合適的時間相加，其中在根據a)，b)或c)的時間點采集在其它馬達端子的至少一個上的電流。
換向方案的合適相位的電流值可以彼此比較。電流值相互的差值或比例可以在可現在的重復的偏差方面被檢查，并且如上面描述那樣被評價。
在圖6和7中假設應用之前描述過的塊換向方案，示出了故障對電流測量的影響。在此假設對于任何馬達端子都不存在特殊的電流測量裝置(參見根據圖4的情況)。相U,V和W的以及分流電阻上的各個電流曲線在圖4和5的下方部分中在IU,Iv,Iw或IShunt中示出。在分流電阻上的電流的每個相位進行采集的時間點標以TShunt。
圖6中示出了相U的對地的故障電流的故障情況。在沒有相U的對地的這種旁路的情況下，在電流測量時間段和在其它時間段中得到根據虛線的相應相電流曲線，而在旁路引起電流曲線的情況下，如其在圖6中在下面部分通過實線示出。
圖7示出了相應的情況，其中在此示出了相U朝著正電源電勢的旁路的故障情況。如果沒有這種旁路，則得到虛線示出的電流曲線，在該旁路的情況下得到根據圖7的實線的電流曲線。又用TShunt標記電流測量時間段。
圖8示出了用帶有相U、V和W的(任意)三相馬達M的切換選項的情形，其中對于每個高側開關和每個低側開關存在電流監視裝置SU。每個電流監視裝置具有比較器，其各與一個驅動開關對應。高側開關UH,VH和WH的組對應于比較器KUH,KVH和KWH，其共同地通過數模轉換器DAH獲得數字參考值(HS)，將電流與該數字參考值(HS)相比較。以相同方式，與該三個低側開關UL,VL和WL分別對應有單獨的比較器KUL,KVL和KWL，其又經由共同的數模轉換器DAL輸送給數字參考值Ref(LS)，將電流與該數字參考值相比較。控制單元SE控制數模轉換器DAH和DAL。高側開關或低側開關分別分組地共同被控制單元SE控制。控制單元SE經由比較器的輸出端獲得信號，其可能顯示流過開關之一的過電流。參考值Ref(HS)和參考值Ref(LS)在每次接通驅動器時被置于其常見的短路識別值上，以便能夠如通常那樣識別低歐姆的短路。
下面將數模轉換器DAH和DAL和帶有輸出信號OC(x)的過流比較器KUH,KVH,KWH KUL,KVL和KWL一起用作電流測量裝置。對于如之前描述那樣的合適的測量時間點，將參考值從該數值起連續減小。之前或之后引起比較器OC(x)的觸發的值Ref(HS)或Ref(LS)被作為電流測量值進一步處理。在此不進行驅動器斷開，然而相反地在觸發比較器之后又激活Ref(HS)或Ref(LS)上的常見的過電流閾(短路保護)。如果在減小閾期間出現短路，則
a)立即觸發所涉及的比較器，
b)立即切換到正常的短路識別閾，以及
c)下面進行短路斷開。
這在圖9和10中對于在電流測量期間沒有短路出現的情況(圖9)和對于電流測量期間有短路出現的情況(圖10)再次以高側驅動器上的電壓曲線為例圖形示出。
所描述的方法要求其部件有足夠動態性，由此短路情況下的延遲不會過高。使用過流監視裝置來進行電流測量的優點(參見圖8到10)在于通過雙重使用現有元件而節省成本，同時不中斷地監視過電流。過電流監視裝置的比較器的切換閾變化的一個優選實施變型在于用于相應的參考值的發生器，其在下降的坡度內包含逼近對數的函數，使得參考值逐步以一定的百分比值減小。該策略的優點是，在相同的相對精度下會明顯更快地經過坡度，這使得可以以較小的占空比時間來進行測量。每個測量值的待評估比特數顯著降低。確定電流比例時通常需要的“乘除運算”可以因為求對數而被“加減運算”模擬。分析的省成本實現是通過較小的邏輯電路或者通過控制器中節省CPU工作時間的實現方案而實現的。
如果在多相電感性負載(例如多相電動機)的切換方案中出現具有切換為高歐姆的末端級的間隔，或者能夠將間隔構入多相電感性負載的切換方案，則可借助簡單的比較器在負載端子的切換為高歐姆的狀態中探測在切換為高歐姆之后電流代數符號變換的時間點。在切換方案中通常不出現切換為高歐姆的馬達相的情況下，將所述間隔以根據本發明的方法在如下位置前不久構入：在該位置上所涉及的電流值達到0。根據本發明測量的再循環時間是對在高歐姆切換的時間點上在電感性負載(馬達線圈)中存在的電流的度量和對馬達端子的電感的度量。在此，可以將這些時間點與通過PWM控制預先給出的規定值比較，或者優選地對于特定的PWM組合來測量高歐姆切換和比較器激活之間的時間，并且將各個馬達相的時間測量相互比較。
如果該比較結果與預期值有偏差，則可以根據偏差類型推斷出不同的故障電流成因。不對稱構建的馬達在此可以引起包含不對稱性的預期值。
當例如多極馬達需要遍歷多個電周期時，也可以在多個電運動周期上改變預期值，以便遍歷機械旋轉。在此可以出現比較值(即預期值)的循環模式。
如果沒有故障電流，應該出現所述的比較值模式。在旁路或其他故障中再循環時間的相互比例與預期值有偏差。在測量裝置相應的靈敏度下還可以將上面描述的信號用于馬達換向。一個實現方式可以大部分以緊湊的數字技術實現。
圖11示出了用于三相電動機的該實施例中借助全橋進行的接線的示例，其具有與三個相U,V和W分別對應的高側開關UH,VH和WH，以及與三個相分別對應的低側開關UL,VL和WL。電動機標以BLDC(無刷直流)并且可以例如以星形或三角形運行來開動。
圖12中示出了帶有根據圖11的接線的這種三相馬達的塊換向。360°電旋轉的各個片段用0至5標記。高側和低側開關UH,UL,VH,VL,WH和WL的接通狀態和斷開狀態在圖12用1(用于接通)和0(用于斷開)示出。所識別的是，切換和換向方案具有時間片段，在其中將各個馬達相切換為高歐姆的。
馬達的三個相上的電壓的時間曲線在V(U),V(V)和V(W)中示出。馬達相上的電壓曲線中的瞬間被放大地在最后兩個曲線圖中示出。瞬時時間、即再循環時間跨度(tu+,tu,tv+,tv-,tw+,tw-)從馬達相到馬達相地或者說跨相地相互比較，或者在一個馬達相內連續地和/或間歇地和/或不定時地相互比較。通過再循環時間跨度的該比較可以推斷出馬達的故障狀態。如果構造決定地給出的再循環時間跨度差異按周期重復，則可以推斷出電動機不對稱性。從再循環時間跨度的與之前描述的模式有差異的突然變化或者其它變化可以推斷出有故障負載狀況。通過根據本發明規定的再循環時間跨度比較可以獲得對馬達的故障狀態的第一提示。
除了圖12中示出的塊換向之外，根據本發明的方法可以在以正弦或空間矢量換向工作的電動機中實現。在換向方案中通常不存在高歐姆狀態，其對于探測再循環時間跨度而言足夠長。然而可以在相電流的預期過零的區域中引入切換為高歐姆的馬達相。該馬達相可以具有固定的長度或者優選在時間測量結束后結束。
圖13示出了具有高側和低側開關A1H,A2H,A1L,A2L,B1H,B2H,B1L和B2L的雙極性電換向馬達。用于這種電換向馬達的相應的換向方案在圖14中示例地示出。在此可以識別的是，在功能塊L中將再循環時間跨度t(Al),t(A2),t(Bl)和t(B2)相互比較。該比較可以跨馬達相地或者在一個馬達相或每個馬達相內進行。
確定再循環時間跨度的一個優選實施變型是對數型時間測量。這遵循對數逼近的函數，并且使得計數器的速度隨計數時間增大而減小。這具有的優點是：
a)可以以相同的相對精度確定小和大的時間。在大的絕對時間測量中省去了不必要地高的精度。
b)每個測量值的待評估比特數大幅減小。
c)通常需要“乘除運算”的時間比例確定可以由于求對數而通過“加減運算”模擬。這減小了在比較運算中的硬件和軟件開銷。
d)評估的省成本的實現方案可以通過較小的邏輯電路和/或控制器中節省CPU時間的實現方案進行。
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