CN102165682A - 借助于迭代测试脉冲在停机状态下确定同步电机的转子角 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定同步电机角位置的方法，这同步电机具有磁各向异性的转子，具有(m)-迭代级和(n)-迭代级。(m)-迭代级包括有：通过在同步电机上加(m)-电压脉冲，产生具有随时间变化的强度的，(m)-角方向的(m)-磁场，并检测通过(m)-电压脉冲产生的电流脉冲的(m)-峰值；并规定至少两个另外的(m+i)-峰值，它们通过磁场在不同的(m+i)-角方向上产生，这些方向与(m)-角方向不同。紧随着(m)-迭代级的(n)-迭代级包括有：求出角方向，在这些方向中由峰值组出现两个最大的或者两个最小的峰值，作为(n+1)-角方向和(n+2)-角方向，其中峰值组包括有(m)-峰值以及另外的(m+1)-峰值；并且规定(n)-角方向，它位于(n+1)-角方向和(n+2)-角方向之间，作为角位置输出。(n)-迭代级备选地规定：(n)-角方向，它位于(n+1)-角方向和(n+2)-角方向之间，作为(n)-角方向，在这方向上通过在同步电机上加(n)-电压脉冲产生一种具有随时间变化的强度的，(n)-磁场。因此检测一个通过(n)-电压脉冲产生的电流脉冲的(n)-峰值。一种迭代方法可以包括有任意数量的迭代步骤。此外本发明还涉及一种装置，用于活性和迭代地控制同步电机，以便检测其角位置。

Description

借助于迭代测试脉冲在停机状态下确定同步电机的转子角

技术领域

本发明涉及用于电动机和尤其是用于同步电机的角检测机构。

电动机应用于许多场合，其中转子位置取决于应用场合，并且不仅转速本身是至关重要的。尤其是在接通电机时，检测转子的位置是至关重要的，这是因为转子相对于定子磁场的位置对所产生的转矩的大小和方向有着直接和强烈的影响。尤其是在同步电机时，此时在转子和起动器之间基本上没有速度差(打滑)，正确地检测转子位置的角对于运行来说是至关重要的。在一定情况下只是很少几度的偏差就可能引起转矩的重大差别。在同步电机中通过许多相互错开的定子绕组来产生一个环绕的磁场，其中转子具有一个固定附加的磁化方向。转子的磁场原则上通过一个永久磁铁，通过一个励磁绕组或者通过它们的组合来产生。

众所周知，应用单独分开的传感器来检测角，例如感应式或者光学的传感器。此外使用单独分开的传感器要求附带的结构空间，附带的成本，自身的输入线路，附带的制造工序和其它。另外，附带的部件原则上总是包含了形成附加故障源的危险。

因而已知有一些方法和装置，它们借助于绕组和转子来检测电机的转子位置，而不需要附加的传感器。

文献DE10 2006 004 166规定了一种用于确定一种电子换向电机的转子位置，其中在不同的转子方向上的不同的磁饱和极限被应用于检测转子位置。这里检测一直到规定的极限值的上升时间，由此可以检测到转子部分的磁饱和，这转子部分由磁场来检测，该磁场由一个属于这方向的定子绕组产生。由定子相电流的升高来检测转子的位置，因为转子具有一种取决于角的磁饱和。一方面这方法是复杂费钱的，因为角位置是以许多不同的上升时间的组合为基础的，这些上升时间分别反映了磁饱和情况，而另一方面，因为分辨率通过两个不同的定子绕组的角错开来定义，这就是说，例如60°。因此这文献只是规定了某些角区域的对应配合，但没有更精确的角检测。

专利AT397727B说明了一种方法，它借助于电压脉冲确定转子角。此处通过电流脉冲和附属感应的电压所形成的电感对应配合于一个沿着圆周的电感的正弦状的变化曲线，以便由求出的电感值和它的衍生求出在正弦状的变化曲线内的当前位置。这要求对于测量值与假定的正弦状感应变化曲线的配合进行复杂的内插，并且因此对于将电压-和电流脉冲内插至正弦状的变化曲线上的测量数据处理单元提出了高的要求。此外在电感只是微小地随角而变化的位置上，发生位置的不精确性，这就是说，例如在+/-90°时。

上面所述的，在电动机停止时检测绝对角的方法因而一方面与附加的部件相联系，或者要进行复杂的计算，这种计算同时由于外部的干扰场而精度低，误差成分大。尤其是基于内插的角检测对于复杂的计算要求的费用很高，其中内插法也在小的测量误差时导致实质性的角误差。

本发明的任务是提出一种机构用来精密地检测电动机的绝对角位置，这机构可以用小的电气元部件费用和用简单的分析评估机构来实现。

发明内容

本发明允许对于电机，尤其是同步电机进行精密的绝对角确定，而不需要附加的元部件，而且计算方法也特别简单。这方法可以用成本低的构件来变换，因为它只需要少量的计算能力，就达到高的精度，而且根据许多的测量只是受到外部干扰磁场的微弱影响，并且可以实现角位置的差不多任意精度的分辨率。无论是测量方法的准备还是测量脉冲的产生和传输都可以采用已有的装置，它们与电机连接。本发明因此允许对停止时转子的角位置进行准确的检测，因此在起动时在短的测量周期之后可以已达到最大可能的转矩。方法要求成本低，结构空间小，并且坚固耐用。在一种优选的实施形式中本发明也允许对于涉及360°一个整圈角位置进行明确的检测，而没有在180°方向上的双义。这方法尤其是不需要对测量值进行复杂的内插或者解释，而是可以只用简单的比较过程和基本的计算运算。本发明尤其是可以借助于比较器和形成一个角平均值的装置来实施，例如作为在一个处理器上运行的软件。此外本发明还借助于一种固定布设的线路来进行转换，这线路具有比较器，加法器和用于平分一个值的装置。

本发明以检测不同的角方向上的电感为基础，这些角方向不仅通过定子绕组的方向，而且也通过有目的地询问在任意的角位置上的电感来规定，其中通过至少两个定子绕组的适当组合可以询问一个任意的角位置。本发明规定：检测由转子和作用于其上的定子绕组组成的组合的，与方向有关的电感，其中转子在回转方向上是各向异性的。换句话说，转子沿着第一个轴线具有第一种磁特性，这种特性与沿着第二个与其不同的轴线的磁特性是不同的。(两个轴线垂直于转子的回转轴线并与其相交)。这些轴线例如可以是d-轴线和q-轴线，其中然而本发明并不局限于两极的转子。而是说，转子原则上可以具有任意数量的磁极对。询问的转子性能是电感，或者说在转子芯材里通过所加的外磁场(由定子产生)而引起的磁通。外磁场(由定子产生)原则上以一定的角方向加上，也就是说，通过作用在定子绕组上的一个规定的电压脉冲，并检测由此得出的(与此延迟的)电流，它符合以下关系：u(t)＝L*(di/dt)。这两个参量的比值相应于电感，这电感又取决于转子(-材料)在这个方向上的磁导率或磁化率。取决于角的转子的有效磁导率，由转子的材料得出，尤其是由不同磁导率的不同材料的组合和尤其是非旋转对称的转子的成型。

此外在所涉及的角方向上存在的磁饱和起到重要作用，其中磁导率随着磁饱和的增大而减小。换句话说，如果材料已经进行了一种强烈的预磁化的话，那么一个附加的磁场在材料里只产生小的磁通的增加。预磁化例如可以通过转子的一种励磁线圈(或者通过一种永久磁铁或者它们的组合)来进行，其中附加的磁场部分从外面由定子来规定，这些磁场部分或者取决于对准方向，添加于预磁化，或者其减小。如果外加的磁场使材料里的磁通减小的话，那么就产生一种比相反方向上更大的电感，如果这外磁场添加于转子磁场的话(这转子磁场开始预磁化)。通过将磁化脉冲经过转子在两个相反的方向上发射出，因此可以精确检测到转子的半空间方向(或者一般来说，任意数目的极对中的一个极对的北-南方向)。

按照本发明通过转子在不同的角方向上输出多个磁化脉冲，并使(立着的)转子磁化。通过脉冲的形状在定子里产生一种感应电压，由这电压可以采集到有效的相对磁导率或者转子的另一个磁各向异性的参量。采集到电压相互进行比较并且求出最小的或第二小的，或者最大的或第二大的电压和所属的两个角。根据转子的类型(永久磁铁励磁或者用励磁绕组)，或者是所有最小值中的最小值的角对应于电机的d-轴线的方向(在永久磁铁励磁的电机时)，或者是所有最大值中的最大值对应于电机(就带有励磁绕组的电机而言)的d-轴线的方向。简单的对比运算得出两个最大的或者最小的(在很极端情况下)角方向中的角方向，其中本发明规定：在由两个角方向规定的角间隔里实现电感的测量。换句话说，设有一个(中间角)，它在最强的极端位置(最小的最小值或者最大的最大值)和第二次最强的极端位置(次小的最小值或者次大的最大值)之间，而且由转子产生一个磁场脉冲，这脉冲在这个角方向上延伸。所得到的值又与已经存在的值(或者用与这个值一起被检测到的值)进行比较，并在现在存在的两个最强极端值之间得出一个较窄的角间隔。

这个角间隔又被分开，以便又能够区分两个不同的角间隔细分，其中选出被相应的两个最强的极端值限定的角细分。将一个角间隔进行细分，其方法是：规定另一个角，它在两个角间隔端之间，例如作为算术的手段，而且将得出的两个角间隔细分(左半和右半)相互进行对比，其方法是：将两个角的和或者一般来说两个角的电压值的组合用作为对应于角间隔细分的两个极限的尺度。一个角间隔或角扇形原则上被分成至少两个细分部分，并对于两个半部分重复进行测量和比较，以便采集两个角扇形中的较大的或者较小的。按照一种实施形式只是沿着在相应的角扇形的两个极限角之间的角进行测量，并且为了进行比较采用了以前测量的两个极限角的测量结果。在对由极限角所规定的角扇形细分之后，备选地也在两个极限角上重复进行测量，从而使得在两个极限角上的和沿着中间角的测量在相同的过程中进行，优选为一前一后紧接地或者说在一个规定的时间段内。

进行测量，方式是：将单个电压脉冲输出到定子绕组里，因此电压脉冲在定子绕组里产生一个通过电流，这电流导致沿着一个预先规定的方向的磁场。为了准确地规定角，或者触发单个特定的定子绕组，或者为了达到位于两个不同的定子绕组之间的角，可以使这两个绕组(或者多个绕组)加上电压脉冲，这些电压脉冲组合地导致对应于所希望的角的磁场方向。电压脉冲在时间图里的面积，电压脉冲的变化形状和电压脉冲的数值对于所有的测量来说优选是相同的。若是分布在多个绕组上的电压脉冲，以达到这样一个中间角，相加起来的磁场的数值，变化曲线和时间曲线的面积优选对应于一个磁场，它是由一个单个的绕组输出的。换句话说，电压脉冲分布在多个定子绕组上，但这些定子绕组结果产生与一个单个绕组相同的场脉冲。原则上可以代替一种单个的电压脉冲，应用一种预先规定的电压脉冲序列，例如一种正弦信号，它用一个(宽的)矩形脉冲调制，从而将一个正弦信号在预先规定的，对应于矩形信号的时间区间内输出。所属的电流信号可以或者在测量后通过转子绕组接收，或者也可以原则上由励磁绕组来分接引出，这是因为在励磁绕组和定子绕组之间的连接反映了磁性耦合并因此反映了各向异性的有效磁导率。然而优选地使一个电压脉冲输出给定子绕组，其中接着检测在定子绕组上出现的电流变化情况。

优选只是检测电流脉冲的峰值，这就是说，变化曲线的最大值。这个变化曲线可以作为峰值被存储在一个存储器里或者输入在一个计算单元里。根据励磁的种类(永久磁铁励磁或者用励磁绕组)，分别求出这些峰值的两个最小的或者最大的值，并且通过一个之间的角方向重新细分所形成的角扇形或者说所形成的角间隔。沿着这个中间角实施另外一个测量。

本发明基于一种迭代的方法，其中所要检测的角通过角扇形的重复细分而接近，其中在两个角扇形之间选出：哪些表明是两个最大或最小的(也就是说极端的)峰值。在第一个迭代级里，一般称为(m)-迭代级，产生一个(m)-角方向的(m)-磁场，并检测所属的(m)-峰值。在这(m)-迭代级中也规定了一个或者两个另外的峰值，或者通过从一个存储器中的调用，在这存储器中存储了以前的测量结果，或者通过沿着所述一个或者两个另外的角方向的测量。如果以前在对应的两个另外的角方向上没有进行测量的话，或者如果测量结果陈旧了，那么就测量两个另外的角方向的两个另外的峰值。如果测量结果陈旧了，那么为了进行测量，可以将一个峰值与一个时间指示器或者一个次序指示器一起存储，这指示器反映了测量结果的现实性。在一种特别的实施形式中在每个迭代级都进行三个测量，并且没有测量结果为了使用而存储在接下来的迭代级里。

在一个(第一个)(m)-迭代级中因此事实上检测到一个值，(m)-峰值，而且规定了一个或者两个另外的值(或者同样通过测量，或者通过对一个存储器的调用)，其中另外的峰值称为(m+i)-峰值。所属的角方向称之为(m+i)-角方向。在一个迭代级里的所有的角方向是不同的。按照一种实施形式，(m)-角方向在(m+i)-角方向之间，因此(m)-角方向相应于一个迭代逼近步骤。

在一个(m)-迭代级里有了三个角方向的三个峰值之后，在开始一个随后的(n)-迭代级时，首先将以前的，形成一个峰值组的级的所属测量结果进行比较并考虑到这个峰值组的两个最大的或两个最小的峰值，以便求出紧接着要研究的角扇形。峰值组的两个最大的或两个最小的峰值称之为(n+1)-角方向和(n+2)-角方向的峰值，并形成了紧接着要研究的角扇形的基础，后者又可以进行细分。代替一种紧随的导致两个另外的角扇形的细分，可以将这位于两个最大的或最小的峰值之间的(n)-角方向作为最终结果，也就是作为检测的角位置输出。如果扇形还太宽，并且希望有更高的精度，那么在(n)-角方向上进行测量。(n)-峰值与前面的迭代级的最大峰值进行比较，也就是说，与两个(n+i)-峰值中的较大者比较。(n)-峰值与两个(n+i)-峰值中的较大者形成了紧接着要研究的角扇形的基础。

用(m)说明一个前面的迭代级的单元，其中用(n)说明了一种选择的结果的单元，其基于(m)-迭代级，并且其在一个(n)-迭代级开始时被进行对比和选择。在每个迭代级期间对多个磁场，角方向和峰值进行确定，调用或测量，其中用“(m)”或者“(n)“表示一个场，一种方向或者一个新检测的值。用附加“+i”，“+1”和“+2”表示另外的峰值或角方向，它们已经在一个前面的步骤中进行了测量，并且因此或者再次进行测量，或者可以由以前的级来进行。对应于中间角的新的测量值因此用(m)或者用(n)来表示，也就是说没有附加如+1或者+n。

在方法开始时优选规定一种起动迭代级，在这迭代级里首先规定转子在停止状态，例如通过制动。转子优选在整个方法期间都保持在停止状态。

开始时在不同的起动角方向上产生三个起动磁场，并检查所属的起动峰值。正如说明的那样，一个起动峰值对应于一个起动电流脉冲的最大值，这电流脉冲由一个规定的起动电压脉冲产生。因此在所有的角方向上，与归属于一个迭代级或者一个起动迭代级无关，所有都以相同的方式进行测量。在起动迭代级期间各个角优选在整个角上平均分配，其中整个角相应于(360°/P)，而P是转子的磁性极的数量，P例如是2，如果转子只具有一个南极和一个所属的北极的话。由于180°的非唯一性，因此在一个电机中只有整圈(＝360°)的一半用一个极对覆盖着。这里也根据电机励磁的种类采集最大的或最小的峰值；最大的峰值或最小的峰值应用在永久磁铁励磁的电机中，而两个最大的峰值优选应用在借助于励磁线圈励磁的电动机中。然而这种配属不是必需的，而若考虑到180°的错开，那么这种配属也可以反过来。

在每个迭代级(除了起动迭代级)中求出两个角方向，它们对应于最大的或最小的峰值，而且将得出的角扇形或得出的角间隔分成两个部分。这两个角细分可以对应于两个同样大小的角间隔，例如如果是两个角方向的算术组合的话，以便检测一个中间角。然而这分配角间隔的中间角原则上不必位于中间，而可以取决于属于一个角方向的峰值进行加权。如果例如求出两个最大的峰值，而且这两个峰值是不同的，那么细分这角间隔的下一个角方向可以随着峰值区别越多，而越靠近具有最大峰值的角方向。可以通过以下来进行加权和组合：反映所属峰值的值与所属的角取向或角方向相乘，对应于最大的(最小的)峰值的，经加权的角方向的相加，和在一定条件下使得出的角方向标准化。如果要寻找最大的峰值，那么如果所属的角方向的峰值超过两个最大角方向的两个峰值的算术平均值越多，权重系数就越大。可以在权重系数和超出电压脉冲平均值的电压脉冲的剩余量之间应用正比或者线性关系。如果寻找两个最小的峰值，那么如果角方向的峰值低于两个峰值的平均值越多，角方向的权重系数就越大。这里也可以应用成比例的(用系数-C，C是正常数)或者线性(下降的)关系，以便由峰值求出权重系数。

替代每个迭代级只是测量一个新的角方向，原则上也可以通过将一个电压脉冲输出至转子绕组，每个迭代级测量多个角方向，尤其是每个角方向只应用一个电压脉冲，应用它的电流应答。然而备选地每个角方向产生两个磁场，它们离开实际的角方向+45°或-45°，其中并不规定各自电压脉冲本身的最大值为测量系数，而是规定电压脉冲的各最大值作为峰值对，峰值对的差值用作为用于选择角扇形的一半的判定基础。其他方面这方法等同于上面所说的方法，其中在上面所述的方法中，峰值，也就是说各自电压脉冲的最大值用作为测量基础，此处在备选的实施形式中，得出与所要检测的角方向错开+/-45°的角方向上的两个峰值的差。因而不求出两个最大的或两个最小的峰值，来选择正确的角扇形的一半，而是按照备选的实施形式选择两个角方向，它们的差大于各自所属的+/-45°-峰值(具有励磁绕组时)或相当于两个最小的差(在永久磁铁励磁的电动机时)。

此外可以替代一个电流脉冲的峰值，也规定其最大的随时间的导数作为峰值。替代了45°的间距，然而离真正所要检测的角方向也可以应用任意的间距，其中角差的大小相同。在真正所要检测的角方向和进行测量的角方向之间的角差优选相应于整个角的四分之一，这就是说，360°/P的四分之一，其中P是转子磁极的数量。因此如果转子包括有一个北极和一个南极(P＝2)，那么就得出与真正所要检测的角方向的+/-45°的角差。

这种备选形式的基础(其中替代了沿着所要检测的角方向，而将一个双脉冲在两个与所要检测的角方向均匀间隔的角方向上输出)基于以下考虑。所要检测的角方向离开绝对最小值或绝对最大值的距离越小，电感随角的变化dL/dφ就越小。在最恶劣情况下dL/dφ＝0，因此用于在两个角扇形一半之间判定的基础基本上通过不准确性来确定。因此如果所寻找的点对应于一个角方向，这个方向只是微微地离开最小值或最大值(取决于电动机类型)，那么方法的灵敏性在所寻找的点附近变得很差。较大的角差别在这个点上也导致电流升高的小的差值。

电感L(φ)在通常结构形式的电机时对关于所寻找的极端值称于，也就是说，关于与峰值的绝对最小值或绝对最大值对应的角方向对称。按照一种备选的实施方案，在这方案中每个角方向与所要检测的角方向有间距地输出一个双脉冲(优选时间上错开)，例如如下采集两个角方向φ1，φ2(它们分别表示一个所要检测的角方向)，并相互进行比较。单个脉冲的方案可以与双脉冲方案组合起来，例如在同一个采集过程中，其中按照当前的(暂时的)峰值极端值选出方案，以便在每个测量步骤中实现最大的准确性。替代相应在所要检测的角方向上输出一个单个的脉冲，和比较相应的电流升高，或它们的峰值，而是按照双脉冲方案，由转子绕组在角为φ1+45°，φ1-45°，φ2+45°，φ2-45°时输出电压脉冲(这对应于两个双脉冲)。如果φ1和φ2位于所寻找的(绝对的)极端点附近，那么就在具有最大斜率dL/dφ的方向上输出电压脉冲。通过角方向与真正所要检测的角方向的错开使测量从“死点”移动至具有最大斜率的点并因此至具有最大差值的点。由于电感L(φ)关于所寻找的极端点对称，因此角φ越靠近所寻找的极端点，在电流升高或在φ+45°和φ-45°时峰值之间的差值就越小。如果φ在极端点上，那么两个电流升高相同，差值为零。图4中对这种方法作了详细的说明。因此在这种方案中寻找角φ，在这角时在电流升高的差值或在φ+45°和φ-45°的差值变成最小。因此对双脉冲的两个测量之间的差值进行比较，其中差值原则上在峰值的位置上可以作为用于角检测的尺度。根据在一个前面的迭代过程中已检测的角扇形的情况，可以或者应用针对峰值的方法，或者应用双脉冲方案。在一个测量过程之内，可以按照(暂时的)选出的角扇形将峰值沿着所要检测的角方向用作为基础，或者可以沿着两个均匀地离开所要检测的角方向的测量方向进行两个测量，其中测量对的差值用作为事实上所要检测的角方向的区分尺度。

本发明尤其是适合于电动汽车或混合动力汽车中的驱动电动机，例如具有永久磁铁励磁的或者借助于励磁线圈励磁的转子的同步电机。然而原则上本发明也适用于其它的应用领域，在这些领域中优选使用同步电机，并从静止状态起以最大的转矩，或者按照一种规定的转速变化曲线起动，这种转速变化曲线要求在电动机停止时进行准确的绝对角检测。

电压脉冲可按照一种任意的变化曲线输出，优选以一种电压变化曲线的形式，它与连接的定子绕组的选择或者分组无关地(也就是与其方向无关)具有相同的量值。所属的检测的电流脉冲还可以相对于输入的电压脉冲而标准化。电流可以借助于分路电阻或者借助于霍尔传感器来检测，其布置在一个馈电线上。此外可以通过在转子的一个励磁绕组上的电压-或电流检测来测量电压脉冲对于转子的作用。

为了解除180°-歧义性，优选实施绝对定向的一个步骤，其中沿着以180°相反的角方向进行测量，或者在一个具有大于两个极的转子中，在对应于360°/P的多倍的方向上，其中P是转子磁极的数量。这里检测电流脉冲的定向峰值，这电流脉冲通过定向磁场而产生，并且检测两个或者所有定向峰值的最小或最大定向峰值和所属角方向。所属角方向位于一个绝对定向角扇形里，其通过将整个圆周分成P个角扇形而得到，在一个具有一个北极和一个南极的转子中，因此可以通过在两个不同的，错开180°的角方向或其峰值之间进行比较了解到半球体(也就是说半角圆周)，转子在其上定向。在具有励磁绕组的转子中两个峰值中的较大的就相应于半球体，其中表示了北磁极。在绝对定向的步骤中优选使转子被激励，其中这规定在借助于励磁线圈，通过励磁绕组的通电而励磁的电动机时。

本发明通过一种按照本发明的方法或者通过一种装置而被转换，这装置对一个通过两个角方向分界的角扇形进行细分，其中设置装置，用于沿着这角方向(而且沿着其它的角方向)求出峰值(或者在双脉冲方案时的差值)，对比各值，通过对比从这些值中求出两个最大的或两个最小的值，并规定一个角方向，它位于两个最大的或最小的峰值的两个角方向之间。为了设定一个位于两个角方向之间的角方向，装置优选包括有一个平均装置，它在一定条件下可以与一个加权装置耦合，这加权装置用附属的峰值或者用一个常数减去峰值来加权角参数。装置还包括有比较装置，它将电流脉冲进行比较，优选是电流脉冲的最大值或峰值。此外装置还优选包括有一个触发装置，使电压脉冲输出到定子绕组上。装置此外还包括有一个存储器，它存储两个最大的或最小的峰值(或者在双脉冲法时的差值)连同所属的角方向参数或者其仅存储最大峰值的角方向。为了实施双脉冲方案，装置优选包括有一个相加装置，用于从真正所要检测的角方向输出两个与之有间距的角方向，其中相加装置将两个数值相同的和符号不同的数值相加至真正所要检测的角方向。此外装置为了实施双脉冲方案还优选包括有一个减法器，它计算出两个峰值之间的差值，并继续传输至一个与之连接的比较器用于进行分析评估。

装置还优选包括有一个起动装置，它具有一种起动角，这起动角是第一逼近所要检测的角方向。起动装置可以与一个低灵敏度传感器或者一个角方向源链接，后者以低的精度输出角方向。

按照本发明通过输入电压脉冲并对得出的电流脉冲的分析评估，检测一个取决于角的电感。备选地也可以输入电流脉冲，并可以对得出的电压脉冲进行分析评估用来检测取决于角的电感。输入的电流脉冲/电压脉冲优选是具有预先规定走向的本身的单个脉冲，然而也可以替代一个脉冲输入一个预先规定的脉冲序列。

附图说明

实施例表示于附图中，并在以下的说明中详细解析叙述。所示为：

图1a  用于说明按照本发明方法的初始化的一个角图解；

图1b  所属的电压-和电流变化曲线图；

图2a，2b  按照本发明的迭代角检测的一个角图；

图3  按照本发明的迭代角检测方法的一种角检测的坐标系统图；

图4  按照一种双脉冲实施形式的一种按照本发明的角检测的坐标系统角图。

图1a用一种园图表示了按照本发明的方法的起始化，这园图基于一种具有一个北极和一个南极的转子。主磁化方向和因此由励磁线圈产生的磁场的磁力线沿着标有d的轴线延伸。q-轴线与之垂直并对应于垂直于纵轴线d的横轴线，其中q轴线垂直于励磁磁场的磁力线。开始时按照主动扫描法对三个相互分别错开60°的角方向进行扫描，这就是说通过在方向φ1，φ2和φ3上分别输出一个电压脉冲。换句话说，将三个不同的电压脉冲输出至定子，这定子因此在方向φ1，φ2和φ3上产生三个不同的磁场。检测所属的电流变化。

图1b用U(φ1)表示了在第一个时刻被输出至转子的电压脉冲，用U(φ2)表示了输出给转子的第二个电压脉冲，并用U(φ3)表示了在两个第一个电压脉冲之后被输出至转子的一个电压脉冲。优选总是仅一个电压脉冲被输送给定子，其中在两个电压脉冲之间优选有一个最小持续时间。属于不同的角方向的电压脉冲优选相互不重叠，而是相互离开一个最小时间间隔。由电压脉冲产生的电流用虚线表示。可以见到，电流与电压错开地升高，并且只是在电压的下降沿之后才下降。通过在电流与电压之间的相位错开可以推断出在这个方向上的各自的电感。检测电流曲线上的最大值作为数值，这就是说I(φ1)的数值，I(φ2)的数值，I(φ3)的数值。可见，产生的电流脉冲的最大峰值在φ1处，次大在φ2处，而最小的电流脉冲在φ3处。按照本发明将峰值相互进行比较，并且将两个最大的峰值或它们的角方向继续输送给下一个迭代级。由图1b可见，转子的实际角方向在φ1处比在φ2处更靠近(φ2的峰值小于φ1的峰值)，其中在φ3方向上检测了最小峰值。由此可以得出，在φ3方向上与事实上所要检测的角方向离开最远。此外还可以得出，所有峰值的绝对最大值在φ1和φ2之间。图1a和1b所示的方法还包括有一个180°-非唯一性，它可以在起始化方法之前或者之后，或者在迭代方法之后分辨。此外在图1a和1b中所示的起始化方法可以与180°-非唯一性的分辨组合起来，其方法是：检查与φ1反向的第四个角方向。因此180°的半空间完全被遮盖住并且例如通过对比φ1与反向与φ1的角方向，就可以求出转子的北-南方向。因此加倍地应用在φ1方向上的检测，一方面用于起始化(也就是说用于求出转子的一个基本方向)，另一方面，用于分辨180°-非唯一性，其方法是：在φ1方向上进行测量，并在180°-φ1方向上进行测量。

在图2a-2c中表示了按照本发明的角检测方法的过程。用q和d表示转子的主轴线。首先规定两个角方向，10和12。图2a所示的角图对应于图1a所示的角图，因此图2a所示的步骤对应于接着起始化步骤的那个步骤。方向10，12因此对应于φ1或φ2。由图2b可以见到为什么由图1所示的起始化步骤来承担角方向φ1和φ2的原因：φ1和φ2的峰值是所有测量的峰值的两个最大值。由图1a可见，标有d的，所寻找的转子主轴角方向靠近于φ1处。由于这个原因在φ1处按照图1b得出了最大的峰值I(φ1)。在图2a中表示了：选出一个在10和12(＝φ1和φ2)之间的角方向，在这种情况下，通过平均。新的角方向14对应于一个中间角方向，该方向例如通过方向10和12的算术平均得出。

在图2b中表示了接着的迭代步骤，按照此，由前面的步骤接受了两个最大峰值的两个角方向14和10。这相当于规定至少两个峰值的步骤。沿着方向16的测量用于使迭代步骤完整，并且可以使得位于14和16或16和10之间的两个扇形实现对比。作为接着的迭代步骤的开始可以规定求出两个角方向，在这些方向上由一个峰值组选出两个最大的峰值，其中峰值组含有角方向10，16和14的峰值。

在图2C中接着，但还是在下一个迭代级之内，求出一个在角位置10和16之间的中间角，其中角方向10和16在相同的迭代级的前面一个步骤中已经作为两个具有最大峰值的角方向被求出。作为在角方向10和角方向16之间的角方向规定了角方向18，它精确地位于在角方向10和16之间的中间。在两个角之间的中间例如通过算术平均来确定。有图2a-2c可见，各自新出来的角方向，也就是说14，然后16，然后18越来越接近于转子主轴线的实际角方向。角方向18或者被输出或者用于另一个迭代级作为基础，与角方向16一起，这是因为这角方向除了角方向18之外具有最大的峰值。比较步骤可以被简化，其方法是：不是求出两个最大的，而是最小的峰值和它的角方向。最小的峰值和它的角方向然后被选出。在永久磁铁励磁的电动机时，以相同方式或者求出两个最小的峰值和它的角方向并继续传输，或者求出最大的峰值或其角方向，峰值接着被选出。这种方法尤其是在每一个迭代级里总共检查三个角方向时适合，由此选出一个并保留的两个继续输送给下面的迭代级。

如果图2b理解为(m)迭代级，而且图2C理解为(n)迭代级，那么(m)-角方向对应于方向16，因为在这方向上作用一个磁场。所属的(m)-峰值相应于所属的(m)-电压脉冲。角方向10和14可以看作为(m+i)-峰值和所属的(m+i)-角方向，因为这些只是进行了规定，也就是说例如通过前面一个迭代级或者前面一个起动迭代级的传输。接着的(n)-迭代级表示于图2C中，其中(n+1)-角方向和(n+2)角方向用10和16表示，因为它们已经存在。在(n)-迭代级里作为新的迭代值而产生的中间角18被规定作为(n)-角方向。

在图3里表示了电感与角φ的关系。这不必一定是正弦形，而尤其是取决于转子的几何形状和材料性能。首先输出两个具有相同间距的起始脉冲1a，1b，1C，其中它们通过其宽大的扇面遮盖了一个达到120°的角。在图3中起始脉冲1a布置在30°处，起始脉冲1b在90°处，起始脉冲1c在150°处。因为在图3中寻找最小值，由脉冲2a和2b输出一个单个脉冲序列。这例如是一个最小值查找的序列，它得出：具有1a和1c方向的起始脉冲具有两个最小的峰值。2a处的电压脉冲因此相应于1a和1c之间的一个角位置。接着输出一个在3a和3b处的单个脉冲序列，其中另外的分析评估步骤不进行详细的考察。3a和3b对应于方向30°和15°，与此相反，电压脉冲2a和2b在方向0°和30°上输出。可见，继续应用角方向1a，2b，和3a，例如通过重新在这个方向上发出一个脉冲，或者通过所属峰值的存储。最后向角方向15°和195°上输出电压脉冲4a和4b。它们用于绝对角的取向。

在图4里反映了按照双脉冲方案的一种角检测。角p1和p2已位于寻找的最小值附近，因此难于，通过对比(很相似的)峰值来正确地决定选出两个最大的或者最小的峰值。在p1和p2之间的电感差dp1是小的，因而差别可有误差。因此为了更详细地检查角方向p1，向方向p1a和p1b上发出一个脉冲对，其中p1a和p1b离开p1为+/-45°。p1a和p1b用于对点p1进行更详细的分析评估。为了对点p2进行分析评估，角方向p2a和p2b上的测量，它们同样也离开离开p2为+/-45°。+/-45°的间距保证了：在这些位置上有一个区别最大值，相反在原始点p1和p2上则有一个区别最小值。区别最大值和区别最小值涉及到峰值区别的质量。为了对于点p1和p2进行分析评估，形成在p1和p2之间的峰值之差，用于对方向p1分析评估。电感的差值标注为dp3。为了以同样的方式对于p2分析评估，对p2a和p2b之间的峰值之差进行分析评估，其中dp2表示了电感的差值。可以清楚地见到，差值dp3可以与差值dp2有大的区别。因此通过比较差值得出一个较好的区别特征，这是因为这些值有明显的区别，而且即使在有噪声信号时也可以可靠地进行区别。与之相比在p2和p1之间的实际电感差表示为dp1，其中它在图形上可以与差值dp2和dp3有联系。可以很好地见到，在一种单个脉冲测量时可以得到的差值dp1导致了明显地更加难于区分的迭代，因此在错误决策时可能引起轻的噪声。相反dp3和dp2可以良好地区分，尽管原始点p1和p2相互靠近。即使最终结果引起大的噪声，也可以良好地区分dp3和dp2，以便在这两个值之间选出较大的或者较小的。相反在p1和p2之间不好区分，两个点中的哪一个属于较低的电感，如果必须从通常的测量误差出发的话。因此在电感差值之间或在所属的峰值差值dp3和dp2之间的区别相对较大，与p1和p2之间或所属的峰值之间的区分能力相比较。图4表示了只是对两个角方向的测量，这就是说对p1和p2。然而按照图4所示的方法也可以用一个单一的角方向，或者借助于3或者更多的角方向来实施，这些角方向分别借助于一个双脉冲对来检测。电压脉冲被称之为双脉冲对，它们在两个不同的方向上被输出，这些角方向然而二者都与相同的，真正所要检测的角方向等距离远。双脉冲对包括两个电压脉冲，它们一前一后地进行，优选在两个电压脉冲之间具有一个保护间隔，用于能够更好地检测所属的电流脉冲。正如说明的那样，电压脉冲总是单个地输出并且优先不重叠。

Claims (10)

1.用于确定具有磁各向异性的转子的同步电机的角位置的方法，具有(m)-迭代级，它包括有：通过在同步电机上加(m)-电压脉冲产生具有随时间变化的强度的，(m)-角方向的(m-)磁场，并检测通过(m)-电压脉冲产生的电流脉冲的(m)-峰值；及规定另外的(m+i)-峰值，其通过在不同的(m+i)-角方向上的磁场产生，这些方向与(m)-角方向不同；紧随着(m)-迭代级的(n)-迭代级，包括有：求出角方向，在这些方向中由峰值组中出现两个最大的或者两个最小的峰值，作为(n+1)-角方向和(n+2)-角方向，其中峰值组包括有(m)-峰值以及另外的(m+i)-峰值；并且规定(n)-角方向，它位于(n+1)-角方向和(n+2)-角方向之间，作为角位置输出，或者规定(n)-角方向，它位于(n+1)-角方向和(n+2)-角方向之间，作为(n)-角方向，在这方向上通过在同步电机上加(n)-电压脉冲产生具有随时间变化的强度的，(n)-磁场，用于检测通过(n)-电压脉冲产生的电流脉冲的(n)-峰值。

2.按权利要求1所述的方法，具有起动迭代级，它在(m)-迭代级之前实施，而且其包括有：规定了转子在停止状态；

通过施加起动电压脉冲，在不同的起动角方向上产生至少三个具有随时间而变化的强度的起动磁场，并检测通过各自的起动电压脉冲产生的起动电流脉冲的所属的起动峰值；其中相邻的起动角方向相互分别间隔相等的间距角；求出两个起动角方向，在其上出现了所有的起动峰值的两个最大的或者两个最小的峰值；规定(m)-角方向为位于两个求出的起动角方向之间的角方向；并且规定(m+i)-角方向为两个求出的起动角方向。

3.按权利要求1所述的方法，其中产生具有随时间而变化的强度的磁场包括有：将预先规定的电压脉冲加到定子绕组上或者分配在多个定子绕组上，而且预先规定的电压脉冲具有一种预先规定的变化曲线。

4.按权利要求1所述的方法，其中规定在两个角方向之间的角方向包括有：规定角方向作为两个角方向之和除以二，或者规定角方向作为两个角方向之和，它们按照各自的权重系数进行加权，那么峰值的所属数值与峰值组的最小或者最大峰值偏差越多相应的权重系数越小。

5.按权利要求1所述的方法，其中求出角方向，在这些方向中从峰值组里出现两个最大的或者两个最小的峰值，包括有：求出角方向，在这些方向上，如果同步电机是一种借助于永久磁铁励磁的同步电机，那么从峰值组里就出现两个最小的峰值，并求出角方向，在这些方向上，如果同步电机是一种借助于励磁绕组励磁的同步电机，那么从峰值组里就出现两个最大的峰值。

6.按权利要求1所述的方法，其中产生角方向的磁场和检测峰值包括有：产生磁场，它沿着角方向延伸，通过将电压脉冲适合地分配在不同的定子绕组上，这些绕组分别产生磁场分量，这些分量相加地沿着角方向布置；并且检测加上电压脉冲的导线中的电流，借助于分路电阻或者借助于霍尔传感器或者间接的电流检测装置，或者其中在角方向上产生磁场及检测峰值依次包括有：通过将电压脉冲适合地分配在不同的定子绕组上产生两个磁场，它们与角方向两边的角方向错开相同的角差，其中角差相应于整个角360°/P的四分之一，其中P是转子磁极的数量；并且检测电流峰值的数值之差，其中角方向对应于两个磁场的角方向的中间。

7.按权利要求1所述的方法，它还包括有：绝对定向的步骤，其中这步骤包括有：通过设定永久磁铁或者通过给励磁绕组通电来规定转子励磁，产生在所有角方向上0°和360°/P，具有随时间变化的强度的取向磁场，其中P是转子磁极的数量；检测电流脉冲的取向峰值，它通过取向电压脉冲而产生；并求出最小或者最大取向峰值和所属的角方向；和绝对取向角扇形的角，所属的角方向位于这扇形角里。

8.用于检测同步电机角的装置，具有：一个或者多个电流传感器，电压脉冲发生器和连接于其上的触发装置，其有角输入，其中触发装置将由电压脉冲发生器产生的电压分配在输出部上，这些输出部用于连接同步电机，从而可以连接的同步电机产生磁场，其方向对应于加在角输入上的角信号；其中电流传感器连接于输出上，以便检查流过输出部的电流；其中装置还包括有比较装置，它设计用于比较这些通过电压脉冲在不同的角信号时所产生的电流脉冲，以检测所有电流脉冲中的两个最大或者最小的和两个所属的角信号，并将这两个所属的角信号输出给比较装置的输出部，其中触发装置与这输出部连接，而且装置包括有平均装置，它对两个关于其所属角的角信号取平均，并且平均装置与角输入连接，以便输出平均角至这角输入，来按照这个角触发这触发装置。

9.按权利要求8所述的装置，它还包括有起动装置，在这装置里存入了起动角，其中起动装置与角输入连接，以便给其传输起动角。

10.按权利要求8所述的装置，它还包括有减法器，这减法器设计用于，比较在两个峰值之间的差值，其中双角装置由加在角输入上的角信号在双角输出部上产生两个不同的角信号，它们与加在角输入上的角信号的偏差为相同的角差值，而且角输入与双角装置连接，其中通过触发装置按照两个不同的角信号产生两个电压脉冲。

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