CN102017391B - 同步电机中偏置角的确定 - Google Patents

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    • H02P25/024Synchronous motors controlled by supply frequency

Abstract

本发明涉及一种用于确定电机的偏置角的方法,电机包括定子、转子以及与转子相连接的轴。根据本发明,所述轴被设置在基本上没有负荷的状态中,转子与定子以形成场角的方式安置,所述场角对应于由转子产生的转子磁场的相对于由定子产生的定子磁场的取向而言的取向,并且,利用角度发送器进行测量而获取传感器角度,所述角度发送器与轴相连接,其中,获取到的传感器角度被配设给场角。所述偏置角被设置为场角与传感器角度之间的差的函数,其中,对定子的安置包括:加载静止或旋转且与所述场角相对应的定子磁场。另外,本发明涉及一种用于执行如本发明所述的方法的角度获取装置。

Description

同步电机中偏置角的确定

技术领域

[0001] 本发明涉及电机的角度获取方法。那些其转子具有与定子旋转场相同的旋转频率的锁相电机,会产生高度依赖于转子与定子旋转场之间的角度偏差的转矩。另外,现在存在多种电机的应用,在这些应用中,电机的驱动轴(Antriebswelle)的角度位置必须与输出轴(Abtriebswelle)同步,比如在电机作为启动器用于那些其凸轮轴被加载转矩的内燃机时,在这里,为了成功启动,必须精确地考虑所述凸轮轴的角度位置。

背景技术

[0002]目前已有众多的用于角度获取的角度传感器为人所知,这些角度传感器是与电机分开制造,并在电机完成安装之后才被固定到电机上的。这种情况在混合驱动装置(Hybridantrieb)中尤为常见,在混合驱动装置中,角度传感器是在装配牵引模块(首次结合)或者是在更换电机或角度传感器(构件更换,例如在维修的时候)时才第一次与电机连接到一起。由于电机(对于混合驱动装置,一般是同步电机)在完成制造后已配有定子及壳体,唯有轴可供使用,因而,确定转子的角度位置,特别是确定转子相对于启动器绕组的角度位置可能并不容易。另外由于牵引模块结构紧凑的原因,欲借助标记将角度传感器以与角度保持完全一致的方式布置到同步电机上,不但费用大,而且有难度。因此,在首次结合以及在构件更换时,可能很难将传感器完全符合角度要求并高度精确地装配到电机的轴上。

[0003] 专利申请文件DE 10 2005 056 207 Al公开了一种具有多个彼此错开的传感器元件的传感器系统,所述传感器元件与不同的轴直径(Wellendurchmesser)相适应。但是这些传感器元件只确定相对角度以用于确定角速度,对于确定在考虑了偏置角情况下的绝对角度,其并不关注。

[0004] 由于角度传感器与电机的结合是在这两个构件完成安装后才进行的,因此会存在错位角(Fehlerwinkel),该错位角被称作偏置角,因为该偏置角的存在,将无法精确地对电机实施符合相位的控制。在锁相电机,例如同步电机中,由于偏置角的存在,只能对实际的转矩作极不精确的调节。

发明内容

[0005] 因此本发明的目的在于克服这种缺点并设计一种能够借以减小角度传感器与电机之间的错位角的机制。

[0006] 上述目的是通过实施如前文之权利要求所述的方法得以实现的。该目的另外还通过如权利要求中限定之角度获取装置得以实现。

[0007] 本发明所根据的创新设计在于,在考虑错误位置,也就是在有偏置角的情况下首先将传感器与电机结合到一起。接着,通过简单的控制确定出所述偏置角,而无需进行精确的机械校准。在已知偏置角之后,通过从由角度发送器(Winkelgeber)或角度传感器获得的角度信号减去所述偏置角,就可计算出转子相对于定子的角度方位。根据本发明,在结合之后,也就是在安装了角度传感器或角度发送器之后,对电机实施控制,从而得到公知的场角(Feldwinkel)或者说可通过与角度传感器无关的装置获取出该场角。所述场角在这里表示转子与定子之间的方位,并且根据本发明,该场角涉及转子磁场与由定子产生并作用在所述转子上的磁场之间的角度。名称“场角”源于转子或定子的磁场方向上的方位。相关传感器角度,即由角度传感器或角度发送器作为信号输出的传感器角度可以这样一个预先确定或获取到的场角联系起来。角度发送器连接在电机的轴上并获取该轴的位置。所述轴与转子抗扭转地连接在一起,这样,在考虑偏置角的情况下,传感器角度即表示场角。因此根据本发明的角度校准是这样实施的,即,将一已知场角设置成度量标准,或者设置一能够获知的场角。对所属传感器角度进行测量,此时,在已知或已获知的场角与测量出的传感器角度之间存在配位(Zuordnung)。由此,可确定出将来在角度测量时需要考虑的偏置角;在角度测量中,对传感器角度例如通过计算的方式进行修正以预先设定场角,其中修正的量为(此时已经知晓的)偏置角的大小。

[0008] 因此,根据本发明,在已获知的传感器角度与场角之间的配位是通过下述方式实现的,即通过控制电机使得定子到达已知位置。换言之,转子相对于定子被布置成这样一个场角,即该场角只是利用已知的精度控制电机来设置的。

[0009] 为将转子以已知的场角布置,本发明设计了两种可选方案,这两种方案既可单独应用,也可依次先后应用,尤其可以组合应用以便提高精度。在第一可选方案中,对于定子是这样控制的,即,定子预先确定一限定的(也就是说已知的)磁场方向,而转子朝向该磁场方向。为确保取向,需使转子空载,也就是说,要使转子在机械上从其他负载源脱耦。定子预先给定一静止或(缓慢)旋转的磁场,而转子一直校准,直至定子不再有力作用到其上。在转子朝向定子磁场取向之后,这两者之间形成大小为0°的角(或者,若方位是从转子到相关定子绕组来观察,则形成的角度为90°或负90° )。因为定子及定子绕组的方位是已知的,并且由此也已知晓定子所形成的磁场的方位,所以场角也就明确了。在转子占据不受力的位置后,角度发送器获取即获取出分配给场角的传感器角度。对传感器角度的获取可以在以预定的场角安装转子的同时实施,或者在以预定的场角安装完转子的一段时间(在此时间段内,场角不发生变化)之后实施。当加以静止的定子磁场时,限定定子磁场方向的定子绕组即被接上电流。同样地,多个定子绕组也可被接上一个电流,其中,生成的定子磁场的方位是由不同定子绕组的各个加权分量引起的。另外,也可以不用静止的定子磁场而采用旋转的定子磁场,优选缓慢旋转的,即转速小于1001/min,小于501/min,小于201/min,小于101/min,小于51/min,小于21/min或者小于11/min的定子磁场。优选地,在采用旋转定子磁场时,可以在以预定的场角安装转子的同时测量传感器角度。可选地,也可以在以预定的场角安装完转子的一段时间之后利用角度发送器测量传感器角度,此时,可从转速及持续时长推导出实际相关传感器角度(该传感器角度是在以预定的场角安装转子时设置的)。原则上,在该第一可选方案中阐述的以一场角安装转子的做法的出发点在于:定子给定一个预设磁场方向,使得转子朝向该方向。因此,所述场角是直接通过控制定子确定的。在其静止点(也就是说,在定子精确地朝向定子角,而定子场不对转子施加力时)附近,作用在转子上的力极小sin (O土 δ)),这样,通常存在的摩擦力(例如通过转子轴承结构产生的)会导致产生前置角(Vorhaltewinkel),在该前置角中,摩擦阻碍了转子完全精确的取向。这种摩擦作用与机器的构造无关,并且例如可以估测、可以凭经验算出或者根据种类预先存储。因此,通过这样的方式,即在计算偏置角时将前置角也包括在内,就可以精确地确定出偏置角。根据在获取传感器角度之前的转向的不同,前置角具有负或正符号。因此,偏置角是通过将场角与传感器角度之间的差值同前置角求和得出的。如已所述,前置角相当于因摩擦力而产生的角度错位(Winkelfehlstellung)。因角度错位而确定的前置角因而被限定为理论上的静止位置(在该静止位置中,转子完全向着定子场取向因而不再有力作用到转子上)与转子实际占据的角度之间的角度,在转子实际占据的角度中,尽管定子对转子存在力的作用,但是该力完全被摩擦力抵消,因而转子不会继续移向理论上的静止位置。如果像前面描述的那样,转子是通过控制定子直接以预定的场角安装的,那么就可以像所描述的那样采用静止或旋转定子磁场,其中,在采用旋转定子磁场时,旋转优选至少在一松驰时间段(Relaxations-Zeitdauer)中是以恒定的转速进行,以免使转子加速。在采用静止及旋转定子磁场的情况下,当系统已经回到稳定状态且启动作用(特别是加速作用),也就是松驰过程已经衰减时,就应获取传感器角度。

[0010] 根据本发明,第二可选方案被设计为将转子安装到定子上的机制,在这种方案中,场角不是直接通过控制定子而预先知悉的,也就是说场角并非直接受到控制的,而是通过“场传感装置”进行获取的。场传感装置与角度传感器无关,角度传感器测量的是电机的轴上的角度。在这里,定子或定子绕组被用作场传感装置,转子通过旋转在所述场传感装置中感应产生电压,该电压直接与场角相关联。为能够在传感器绕组中获取到感应产生的电压(在下文中称作感应电压),所述传感器绕组优选断路(freigeschaltet)。联系到本方案,断路(Freischalten)是指:没有电流从电流源或电压源通入所述定子绕组中或者说定子内部的电流基本为零,以免对转子产生反作用。因此,最好注意将各绕组端子彼此之间绝缘或者通过很大的电阻连接起来。由此,就避免了在所述定子绕组之中出现电流,从而使得所述定子绕组不对转子产生作用力。因而避免了反作用效应。因此,为测量感应电压,优选使用具有大内阻的电压测量装置,从而使定子绕组内部的电流在获取感应电压时尽可能地微小。感应电压的测量优选通过将所述定子绕组与具有大于IkQ、IOkQ、IOOkQ、IM Ω、IOM Ω或20ΜΩ的内阻的电压测量装置连接起来进行。在通过感应电压获取场角之前,根据本发明,需通过加载旋转定子磁场而使转子处于旋转状态中。由于转子具有惯性,因此即便在加载的旋转定子磁场断开之后,其仍将保持旋转状态。优选在加载旋转定子磁场阶段之后直接将所述定子绕组断路,从而能够在转子仍然持续旋转期间对感应电压进行测量。即使由于摩擦作用而产生一定的制动,也不会降低场角测量的精度,这是因为场角测量在一个完整的轴旋转之中(优选在一个基本上与感应电压的半波相当的旋转角之中)完成的。如果转子是像在上文的第一可选方案中所描述的那样,通过布置特殊的定子场而直接根据该定子场安装的话,那么通过定子磁场在加载阶段中的旋转,转子会被加速到相对较高,特别比旋转磁场所采取的转速更高的转速中。

[0011] 优选地,在第二可选方案中,由于旋转定子磁场的原因,使转子处于转速至少为2001/min、至少为5001/min、至少为10001/min或更大的旋转之中。转速的选择首先取决于感应电压的大小,因而也取决于电压获取的可能精度(振幅与转速成比例)以及感应电压的获取速度和通过角度发送器获取传感器角度的速度,以便把在获取感应电压/场角时由于延迟效应而出现的错误或波动保持在尽可能微小的水平。因此,转速依赖于感应电压的获取速度,而所述获取速度则由角度发送器、测量感应电压时的灵敏度以及测量感应电压时的信噪比决定的。为获取场角,可对一个或多个定子绕组中的感应电压进行获取,其中,尤其是在采用两个彼此相位错开的定子绕组时,可以获取出感应电压在两定子绕组中相等的那一时刻。另外,可分别将感应电压处在最小值或最大值或零交点时的时刻作为测量点。在这一时刻的相应场角与角度中值(所用定子绕组的角度方位的几何或代数平均值)相当。因此根据本发明,在两个定子绕组的感应电压(包括符号)相同时是借助于比较或运算放大器进行获取的,此时要同时查询角度发送器,以便确定相关传感器角度。在这种情况下,传感器角度被分配给场角,所述场角与涉及的定子绕组的角度平均值相当,所述角度平均值也就是这样的角度方位:到绕组的两个方向距离相等且同时形成两个定子绕组方位之间的最小差角。在这里,要对绕组端感应电压的瞬时振幅进行扫描,并同时考虑电压值及其符号。相关传感器电压也可不在感应电压相同的时刻,而是在此时刻后的一个预定时间周期之后获取,此时,可从转速和时长推导出感应电压相同时刻存在的传感器角度。换言之,如果需要考虑转子从感应电压相同的时刻开始已经转过的角度,那么也可在感应电压相同的时刻之后测量传感器角度。

[0012] 在按照上述方法之一获取出偏置角之后,可从传感器角度计算出实际的场角,此时适用:偏置角=场角-传感器角度,即,场角=传感器角度+偏置角。因此,在角度发送器与电机结合之后,首先出于校准的目的,按照上述方法之一或者上述方法的组合确定出偏置角,将该偏置角存储到存储器中并且仅在此后由传感器角度计算场角时考虑。在偏置角确定以后,通过查询角度发送器并且将这样预设的传感器角度与所述偏置角相加的方式测量场角,以便确定出实际的场角。场角优选被转交给螺母控制器,例如转交给以场为目标的调节器(FOR)。

[0013] 上述方法适用于大量的电机,尤其适用于同步电机,例如永磁激励的同步电机。但是同步电机也可以是他励或自励的,尤其是在采用本方法确定同步电机(该同步电机用在混合驱动的牵引模式中)的偏置角时,这样预设的精确的磁场方位可用于将同步电机用作内燃机的启动器或者用作使机动车继续前行的驱动模块。本方法尤其适用于确定如下电机的偏置角与场角,即其转子以定子磁场的旋转频率转动,并且在定子与转子之间仅存在线错位(Fadenversatz),而不设置转差率。

[0014] 另外,本发明是由角度获取装置实现的,所述角度获取装置包括控制定子的接口,以便将转子与定子以一场角安装。角度获取装置另外包括接收与传感器角度相应的信号的接口,即与角度发送器相连接的接口。如果角度获取装置对于借助定子绕组中的感应电压来确定场角也应适用,那么角度获取装置优选包括用于输入至少一个由定子产生的感应电压的输入端和一个控制端,所述控制端用以将定子绕组与电源断开。例如,角度获取装置可包括控制用以控制定子的功率半导体的输出端,或者其本身可包括用以使定子绕组断路的断路开关。

[0015] 角度获取装置另外还包括数据处理装置,如微处理器或CPU,根据本发明的方法的各个步骤是利用CPU实现的,其中,在方法步骤中,至少有部分在软件中执行,而且必要时,部分步骤可在硬件中执行。角度获取装置另外优选包括能够获取感应电压一致性的比较器,所述比较器在相应时刻发送相应的优选为坡面的信号或者发出反映时刻的时间标记。

[0016] 作为角度发送器可以采用数字或模拟装置,优选采用由三个彼此错开120°的传感器元件组成的数字传感器。所述传感器元件优选发出两个电平:在获取落在180°跨度内的角度时,发出第一电平;在获取落在该跨度之外的角度时,发出第二电平。如前所述,相应传感器元件的该宽度的起点或终点彼此错开120°。因此得到的是三位的二进制信号,利用该信号可确定获取到的角度落在哪一个60° -扇区内。相邻的60°扇区在它们相关的二进制数上仅相差一位,另外,那些在所有位上均具有相同电平的二进制数都是不容许的。由此可容易地识别传感器错误及传输错误。由角度发送器给出的角度信号优选以Gray码表示。为能够从上述反应60°扇区的三位的数字信号中推导出精确的角度,需获取数字信号的坡面及相关时刻,通过坡面序列的速度可推断转速,由此可从坡面变化的时刻及获取到的旋转速度得出外推的精确角度。优选地,传感器元件的上升坡面被用作参照值,该值相当于0-180°的绝对角度,也就是说,其与初始位置的偏离量为0°。

[0017] 在一个根据本发明的方法的特别优选实施方式中,首先实施根据本发明的方法的第一可选方案,并借着实施第二可选方案。首先生成一缓慢的合成旋转场,其中,电机的轴被设置成没有负荷,也就是说被设置为脱耦。在极端情况下,所述缓慢的合成旋转场可减速成静止场,因而,这下文中这一概念也应包括静止场。转子朝着定子磁场取向,由此,得到的传感器角度可分配给由于定子的取向而占据的场角。由此产生第一也就是临时偏置角,该偏置角有可能被受到因摩擦而产生的前置角的影响。但是,对于要使机器运转至高转速,同时又不会使电机因错误的控制而损坏这样的目的,该临时偏置角已足够精确了。因此,借助临时偏置角的帮助对机器实施校准,并在考虑偏置角的情况下对机器进行控制,从而达到高转速,例如10001/min,因此,定子连接成空转状态,也就是说,全部电源均与各定子绕组断开,一边、、以便使定子电流基本为零。因此能够从在空转中的感应电压中获取出精确的偏置角。在由空转中的感应电压确定偏置角时,转子优选没有负荷,也就是说,转子除了最多受到系统固有的轴承摩擦及空气摩擦之外不与机械负荷相连接。在由其他传感器角度和相关场角(从感应电压中获取)获取得到并因而预先设置更为精确的偏置角后,将所述偏置角缓存,并制动机器。比如就在计算临时偏置角之后,优选将临时偏置角也作缓存处理或存放到存储器中,加载缓慢的旋转场或静止场,计算和存储临时偏置角,根据确定出的偏置角更新角度传感器测量,将机器加速到10001/min,从感应电压中获取更加精确的第二偏置角以及制动机器优选依次在短时间内,例如小于5秒钟,例如在2秒钟之内实现。加载缓慢的旋转磁场或静止磁场以及加载用于将机器加速到10001/min的旋转磁场,优选通过功率电子电路,尤其是通过受到以磁场为目标的调节器控制的凭、脉冲式逆变器来实施。根据本发明的角度获取装置优选与以磁场为目标的调节器连接在一起。作为优选采用“车辆管理单元”VMU(vehikel management unit)作为用于监控的控制装置,所述车辆管理单元与以磁场为目标的调节器及功率调节器直接或间接地连接在一起并对引入并控制根据本发明的方法。在实施偏执角测量之前,把轴在机械上脱耦可通过VMU或其他控制仪器来控制。

[0018] 下面,将对根据本发明的用于从电机的静止状态出发进行偏置校准的例子进行描述,所述电机连同内燃机VM —起应用在机动车的混合驱动中。首先,控制电机EM的脉冲宽度调节器PWR处于待机状态,电机的转速为零(静止),但是电机可以自由旋转,因为将内燃机VM与电机EM相连接的耦合器是打开的。混合驱动的传动机构处于空转中,也就是说处于“P”状态。首先由PWR检查是否在存储器,比如EEPROM中存储有“需要进行初始偏置校准”的信息。在这种情况下,PWR会设置一诊断位(Diagnosebit)。VMU打开VM与EM之间的耦合器。传动机构是否处于状态“P”中是由VMU来确保的。VMU在PWR处要求进行偏置校准。因此,由PWR在EEPROM中写入信息“要求进行初始偏置校准”。PffR设置诊断位;存储在EEPROM中的偏置校准状态由PWR设置为“尚需执行”。PffR通过将场角设置为预定的大小来确定初始偏量,方法是,预设与转子的取向相对应的定子场。接着PWR优选在兼顾控制EM时的初始偏置值的同时,将EM加速到10001/min。在加速之后,通过在感应电压的相位的基础上确定出场角的方式,由PWR执行精确的偏置校准。在成功实现校准之后,PWR将“无需偏置校准/无需执行校准”的信息写入EEPROM中;PWR被置于“待命(Standby) ”状态,而EM则通过定子绕组的主动短路连接而制动。一般地,在按照上述两种可选方案确定出偏置角之后,可通过将定子绕组接头以低阻抗的方式连接到一起而制动EM,或者可通过在定子中馈入另一电流,从而在转子与定子之间产生相互作用的方式来制动。根据已描述的例子,在制动转子之后,偏置校准是通过VMU来完成的,而且VMU所要求的状态时任意的。可选地,VMU可包括一个连接到发动机上的连接电路并因此促使启动。VMU不必等待EM完成制动。

[0019] 下面,将对根据本发明的用于对电机偏置再校准(Offsetnachkalibrierung)的例子进行描述,所述电机连同内燃机VM —起应用在机动车的混合驱动中。脉冲宽度调节器PWR控制电机EM。VM运转,EM的转速落在(例如按照要求的)正常运行区间之内,驱动EM的电池的电压大于在定子上的感应电压。VMU(vehiclemanagement unit,车辆管理单元)要求进行偏置校准,例如通过将相应的二进制数位或信号传递给PWR的方式。可选地,PWR也可要求进行偏置校准(通过发出信号或产生二进制数位)。存储在EEPROM中的偏置校准状态由PWR设置为“尚需执行”。PWR借助于感应电压实施精确的偏置校准,其中,感应电压是通过EM的旋转生成的。由于EM已经运转(转速处在最小转速与最大转速之间),因而已可利用转子的旋转而无需在此前的步骤中对转子进行加速。优选只需检测EM的瞬时转速对借助于感应电压来测量场角是否适合。如适合,那么EM在校准之前就不需要加速或制动。在转速处在适合校准的转速区间之外时,需对EM相应地进行加速或制动,以设定合适的转速。EM优选是无负荷的(例如通过开放地结合),并且在定子绕组中流通的电流基本为零,以避免对转子产生机械反馈。在成功校准之后,PWR在EEPROM中写入“无需进行偏置校准/无需执行校准”的信息。接着,根据驾驶员/VMU的指令,PffR再次被置入运行状态中。

[0020] 根据本发明的方法尤其适用于这样的机动车混合驱动装置中的电机,即在这种集中混合驱动装置中,电机产生用于牵引机动车的运动学能量。另外,电机同样可用作与它一同在混合驱动装置中作为动力装置运转的内燃机的启动器。驱动装置另外可包括可调节的传动机构和离合器。电机优选是永磁激励的,例如借助在转子中的永磁体和/或通过对转子绕组的持续控制进行励磁的同步电机。混合驱动装置可以是轻型混合、重型混合、完全混合或者采取串联或并联结构的功率混合型装置,在这些装置中,电机和内燃机可以一起或单独用作机动车动力装置。电机由可充电电池供电。

附图说明

[0021] 图1是电机的横截面图,用于展示定子和转子方位。

[0022] 图2是转子、定子以及被获取到的传感器角度方向的示例性方位。

[0023] 图3是三相感应电压的时间曲线图。具体实施方式

[0024] 在图1中示出了具有定子10和转子20的电机。流通过定子绕组10的电流从描绘于左侧的绕组段中离开绘图平面,并从描绘于右侧的绕组段中进入绘图平面。由此产生的磁场的方向以虚线绘出的箭头A表示。为清楚起见,这里仅画出了一个定子绕组,一般地,各定子绕组是沿着定子的整个圆周均匀布置的。定子20借助于例如永磁体或转子绕组(未示出)来激励,如箭头B所示,其具有沿着定子的纵向定位的磁场。转子与定子之间力与Sin(Ci)成比例,其中,α相当于定子产生的磁场与转子场之间的夹角。所以,如果定子绕组被加载以电流而馈入一个定子场,那么转子将朝向该定子场取向,直至方向B与方向A一致。所以,如对定子绕组10通电并将转子与全部机械负荷脱开,则转子会自动以预定的场角布置,该场角与转子绕组10的方位相符。因此转子可以预定的场角布置,并可获取出相关传感器角度,由此得到相应的偏置角。

[0025] 在图2中示出了启动器磁场的方位A和转子的方位B,所述方位与图1中的方位相符。如前所述,此时转子尚未按照启动器磁场取向。转子与角度发送器是通过轴连接到一起的,所述角度发送器给出一个与取向C相对应的角度值。若转子朝着定子场取向,则角度α等于0,并且对于转子来说具有已知的作用在转子上的定子绕组的取向。这样,只要定子场的方位对应于绝对角O度,则角度发送器的错位即偏置角由β给出。

[0026] 下面考察角度方位,所述角度方位是在通过测量感应电压的变化获取场角并且转子处于旋转中时得出的。在这种情况下,通过获取感应电压的相位可以得出在转子与其中产生所述感应电压的定子绕组之间的场角。

[0027] 着眼于图2,在这种情况中,方位A指示的是定子绕组的绝对方位,而方位B指示的是转子的方位,后者是由感应电压的相位确定得出的。与转子方位B相关联的相关传感器角度以箭头C表示。因此有如下结论:由于感应电压的缘故,在定子绕组的方位A与转子方位B之间存在角度偏差α,同时,获取到的相关传感器角度与方位C相对应,所述方位C与方位B的偏离角度为β。接下来,可以简单地将这样获取到的偏置角β从获取到的传感器角度中减去,由此得出属于转子的角度方位B。

[0028] 在根据第一可选方案(安置定子场,并使转子按照定子场取向)设置场角时,转子的取向与定子场平行,此时,感应电压为定子绕组中的磁场提供来源,因此,当转子与定子绕组平行且沿此方位运转时存在一个极大值,当转子垂直于定子绕组且沿此方位运转时存在零交值。在获取场角时需根据基准点及所选可选方案的不同考虑这一点,其中,在定子绕组所处的平面与由所述定子绕组所产生的定子场的方位之间存在90°的角度偏差。

[0029] 图3示出了定子绕组的彼此错开120°的三相感应电压。相电压U、V和W以正弦波形示出在上方,而相关的三相数字角度信号B0、BI和B2示出在图3的下侧部分。连接在定子绕组上的两个感应电压相等的位置用圆圈标记。例如,在角度Ψ为30°时,相电压U与V相等,因此在这一时刻,转子很明显停留在相电压为U的定子绕组与相电压为V的定子绕组之间的夹角的中值上。因此,场角通过场传感装置获取,所述场传感装置由定子绕组及其所属电压获取装置提供的。同时,传感器角度将通过信号Β0、BI和Β2,特别是通过传感器角度信号的相应过渡坡面来获取。可以看出,传感器角度信号BO在φ等于O时不具有上升坡面,这就像在角度发送器以磁场精确地校准,而且偏置角等于O的情况一样。换言之,以虚线画出的区域示出了偏置角,该偏置角是传感器角度信号落后于实际场角的数值。就像在图3中通过间距A和A’示出的那样,场角即转子位置是由定子场的取向角给出的。由此,可以通过对属于交叉点UV+的相位和分配的传感器角度,也就是和BO+坡面或其他传感器分信号BI和B2的坡面相位进行比较来获取偏置角。从图3中可以看出,交叉点UV+与大小为30°的场角相对应,但是此时,BO+的坡面显示的角度减小了虚线画出的区域。换言之,坡面BO+须在φ等于O时就已出现,但是此时偏置角(虚线画出的区域)导致了这一延迟。因此根据本发明,通过扩大信号Β0、Β1和Β2可以确定,在φ等于30°的时刻(通过感应来获取),角度发送器给出了一个气缩小量等于偏置角的传感器角度,其中,在偏置角为O时,坡面BO+须在交叉点UV+之前30°的位置出现。因此,为便于将来计算场角,可以使用传感器角度(参见线电压U、V、W ;交叉点),其中,需这样考虑偏置角,即在图3所示的情况下,所述偏置角应与传感器角度值相加。

[0030] 为计算取向角的几何中值,在图3中可以采用相电压U和V的峰值。就像从图3中可以直接看出的那样,不用相电压U和V的峰值,也可以采用U和V的零值。但是,两个相邻的峰值(sv,SU)指示的是定子绕组在空间中实际布置,由于是三相系统,因而所述定子绕组彼此错开120°。因此,间距A和A’相当于120°的一半,即60°。可以看出,相U和V仅是作为例子选择的,同样地,也可以对相感应电压对V、W与U、W互相作比较。相应的交叉点用相应的相名称U、V、W来标识,并且,在取相应的正峰值(最大值)为基准点时,为所述交叉点配以正号,在选择相邻的负峰值(最小值)作为基准点时,为所述交叉点配以负号。采用交叉点VW-作为例子,在该交叉点上,相V和W具有相同的电压,而且,交叉点VW-位于相V和U的两个相邻负峰值之间,也就是说位于所述峰值之间的几何中点上。中值VW-优选以数学方式计算,也就是:30° (相W的负峰值)+150° (相V的负峰值)=180° ;180:2 (通过对和标准化的方式求中值)=30°。这样计算得到的90° (对角度值求和,将所得之和除以所用的角度值个数)用交叉点VW-来标示,并与由相V和W所产生的定子场的方位的中点相对应。可选地,也可以仅考察一个绕组的相,此时,确定出该相的最大值(例如U,见峰值SU),并将所属场角分配给另外两个相的方位的中点。在图3中,绘出了峰值SU作为例子,该峰值与交叉点VW-的位置相符,因此可被分配给相V和W的方位的中点。与在获取感应电压一致性时采用比较器不同,为获取峰值采用的是例如微分器,微分器的正负符号变换表明了峰值的位置。可以采用优选与运算放大器连接在一起的通用RC-单元作为微分器。同样,也可采用零交点检测器,以便获取定子绕组的感应电压的零交点,其中,在零交点上,定子绕组与转子相垂直。优选利用正负符号变换的方向,以确定转子是否以+90°或者-90°倾斜向定子绕组。

Claims (5)

1.用于确定电机的偏置角的方法,所述电机包括定子(10)、转予(20)以及与转予(20)连接的轴,其中所述电机是同步电机或者是直流电机,所述方法包括以下步骤: -将转子设置在基本上没有负荷的状态中; -将转子(20)相对于定予(10)以形成场角的方式布置,所述场角对应于由转子(20)产生的转子磁场(B)的相对于由定子(10)产生的定子磁场(A)的取向而言的取向;其中转子(20)的布置包括:对定子绕组加载电流,从而加载了与场角对应的旋转的定子磁场(A)并且转子(20)进入旋转之中; -通过利用角度发送器进行的测量而获取传感器角度,所述角度发送器与轴相连接并且被设计为具有三个彼此错开120°的传感器元件的数字传感器,其中,获取到的传感器角度被配设给场角;包括下列步骤: -获取传感器元件的数字信号的坡面以及相关时刻; -从坡面序列的速度中确定旋转速度; -从坡面变化的时刻及旋转速度外推得出传感器角度; -将第一偏置角确定为场角与传感器角度之间的差的函数; -在考虑所述第一偏置角的情况下通过将旋转的定子磁场(A)加载到比在确定所述第一偏置角时使用的转速高的转速上的方式来加速电机; -在转予旋转基于惯性继续进行时,定子的所有定子绕组均被断路,并且场角是通过测量在电机内由于转子(20)的旋转而感应产生的感应电压的变化来获取的; -获取两个定子绕组的感应电压相等的时刻,其中与这个时刻相应的角度是场角; -获取在感应电压相等的时刻上的相应传感器角度; -通过在场角和传感器角度之间形成差值而确定第二偏置角。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,通过加载缓慢旋转的定子磁场(A)来安置转子(20),其中,所述缓慢旋转的定子磁场(A)具有这样的转速,即,在此转速下,空气阻力、轴承摩擦以及其他阻碍转予转动的负荷均可忽略不计;并且,将所述场角设置成与产生定子磁场(A)的定子绕组(10)的方位相对应的角度,或者设置为与所有根据它们各自施加在转子(20)上的力进行了加权的定子绕组的角度均值相对应的角度。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,将所述偏置角设置为场角与传感器角度之间的差值,或者将所述偏置角设置为场角与传感器角度之间的差值与前置角之和,其中,所述前置角是对转子(20)没有作用力的零位角与对转子(20)施以与作用在所述转子(20)上的摩擦力相等的作用力的角之间的角度错位。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其中,加载旋转的定子场并同时对场角与传感器角度进行获取。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述同步电机是他励或自励的同步电机、永磁激励的同步电机或者作为混合驱动装置的电气牵引模块安置的同步电机。
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