CN102652289B - 用于探测电动机的电枢位置的控制器的运行方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于探测电机(2)的电枢的位置，尤其是转子的转子位置的控制器(3)的运行方法，具有以下步骤：监测(S1)电机(2)的供给线路，以识别通过发电机电压的感应产生的信号作为触发信号；在识别出触发信号情况下，从第一运行模式转变(S2，S3)到第二运行模式，在所述第一运行模式下，至少探测电枢(23)的位置的功能被断开，在所述第二运行模式下，探测电枢(23)的位置的功能被接通。
Description
技术领域
本发明涉及电动机，其中，借助于位置传感器或通过借助于电测量方法评估电枢位置来实施电枢的位置（确定）。
本发明此外涉及控制器和电机系统，其可以被置于睡眠模式，以节省电能。
背景技术
电动机常常配有位置传感器，用于探测电动机的电枢的绝对角度位置或被电动机驱动的调整元件的位置。这种位置传感器例如可以是霍尔传感器或GMR传感器(GMR:巨磁阻)，它们被布置在电动机的轴上并且依赖于电动机的电枢的运动产生电信号。
控制器，尤其是以电池运行的控制器，如它们例如在机动车中出现的那样，除了正常运行模式以外，在该正常运行模式下，在控制器中实施的功能被以确定的方式实施，通常还具有睡眠运行模式，在该睡眠运行模式下，只有一部分功能和/或至少一部分功能仅以被减少的功率运行，例如提供降低时钟频率（循环频率）。
可以通过外部触发从睡眠运行模式中唤醒控制器。因此，例如规定，在操纵由电动机驱动的调整元件时唤醒控制器，方法是，在睡眠运行模式下也持久地询问电动机的位置传感器，以便探测电动机的电枢的位置的变化和由此将控制器置于正常运行模式下。
但是，为了获得位置传感器的信号，在睡眠运行模式期间也必须向位置传感器供给电能或控制器必须持久地读出位置传感器的相应的电参量。这在睡眠运行模式下需要电能，并且值得希望的是减小为此所需要的电能。
如果电动机的位置传感器没有被监测，那么由于在睡眠运行模式期间电动机电枢的运动使位置信息丢失，从而在没先进行校准情况下，在唤醒睡眠运行模式之后也不再能够确定被电动机驱动的调整元件的位置。这种校准一般在于将调整元件移动到一个终端位置，但是这对于使用者来说可能感到受干扰。
本发明的目的是提供一种方法和装置，其中，在睡眠运行模式下需要的电能被尽可能地减小并且其中，在电动机的电枢运动期间可以实施从睡眠运行模式中唤醒控制器，同时不丢失位置信息。
发明内容
该目的通过一种用于运行具有睡眠运行模式的控制器的方法以及通过一种控制器和一种电机系统来实现。
按本发明的用于探测电机的电枢的位置的控制器的运行方法具有以下步骤:监测电机的供给线路，以识别通过发电机电压的感应产生的信号作为触发信号；在识别出触发信号情况下，从第一运行模式转变到第二运行模式，在所述第一运行模式下，至少探测电枢的位置的功能被断开，在所述第二运行模式下，探测电枢的位置的功能被接通。按本发明的用于探测电机的电枢的位置的控制器包括:用于监测电机的供给线路的探测电路，用以识别通过发电机电压的感应产生的触发信号；用于探测电机的电枢的位置的位置探测单元；运行模式单元，用以在识别出触发信号的情况下离开第一运行模式进入第二运行模式，在所述第一运行模式下，用于探测电枢的位置的所述位置探测单元是去激活的，在所述第二运行模式下，所述位置探测单元是激活的。按本发明的电机系统包括:电机，所述电机经供给线路被供给电能，其中，依据换向情况，不同的电感施加在供给线路上，按本发明的控制器。
按照第一方面，提供一种用于运行用于探测电机的电枢位置，尤其是转子的转子位置的控制器的方法。该方法包括以下步骤:
－监测电机的供给线路，以识别通过发电机电压的感应产生的信号作为触发信号；
－在识别出触发信号情况下，从第一运行模式转变到第二运行模式，在所述第一运行模式下，至少探测电枢的位置的功能被断开，在所述第二运行模式下，探测电枢的位置的功能被接通。
本发明的一种构思在于监测电动机的供给线路。在电动机的电枢运动期间，由该供给线路以发电机方式感应出一个电压，该电压依赖于电枢齿从电机极旁边经过而产生脉冲。这种脉冲也可以作为用于控制器中的睡眠运行模式的唤醒信号来使用。如果在睡眠运行模式中用于探测电枢的位置的功能也是断开的或是去激活的，那么最好将触发信号用于尽可能快地激活该位置探测，从而不会丢失任何位置信息。
由于为了产生触发信号必须使电动机的电枢运动，因此可以考虑在确定电动机的电枢的位置时与该产生的触发信号相对应的位置改变，从而即使当控制器处于睡眠运行模式下也不会丢失任何位置信息。
此外，探测在第二运行模式下电枢的位置的功能可以包括提供给出电枢的位置的位置信息，其中，在识别出触发信号的情况下，该位置信息被更新。
按照另一个实施方式，可以确定电机的与电枢位置相关的电感，其中，依赖于位置数据实施位置信息的更新，该位置数据取决于被确定的电感。由此可以精确地实施位置的更新，因为未保证已经将通过感应产生的电压脉冲识别为触发信号。通过在电枢位置和电机的电感之间的配置，可以在进入第二运行模式之后将位置信息更新到电枢的当前的位置。
可以规定，转变到第二运行模式包括激活一个或多个另外的功能。
按照另一个方面，设置一种用于探测电机的电枢位置的控制器。控制器包括:
-用于监测电机的供给线路的探测电路，以便识别通过发电机电压的感应产生的触发信号；
-用于探测电机的电枢位置的位置探测单元；
-运行模式单元，用于在识别出触发信号情况下离开第一运行模式进入第二运行模式，在第一运行模式下，用于探测电枢位置的位置探测单元是去激活的，在第二运行模式下，该位置探测单元是激活的。
此外，位置探测单元可以包括用于提供位置信息的存储器，该位置信息给出电枢的位置，其中，位置探测单元设计成用于依赖于触发信号更新位置信息。
按照另一个方面，设置一种电机系统。电机系统包括:
-机械地换向的电机，该电机经供给线路被供给电能，其中，依据换向的情况不同的电感施加在供给线路上，
-上述控制器。
附图说明
以下依据附图详细说明本发明的优选实施方式。附图中:
图1示出了一个具有控制器和电动机的电机系统的示意图；
图2示出了通过一个直流电机的横截面视图，该直流电机具有两个电机极，多个电枢齿以及带有两个电刷的换向器；
图3A和3B示出了换向器关于电刷的不同的位置；
图4示出了一个用于说明运行电机系统的控制器的方法的流程图。
具体实施方式
在图1中示出了具有作为电机的电动机2和控制器3的电机系统1。电动机2最好对应于直流电机，该直流电机经电刷，即机械地，换向，即对各个电枢线圈（未示出）的控制通过一个合适的换向器实施。也可以使用其它形式的电动机，尤其是也可以使用同步或异步电机。
控制器3用于经供给线路4向电动机2供给电能。在使用直流电机情况下，该供给通过施加直流电压或脉冲宽度调制的直流电压来实施，在脉冲宽度调制的直流电压下，占空比（填充系数）给定了通过电动机2提供的功率的尺度。备选地，在同步或异步电机情况下，交流电压被施加到电动机2，以驱动电动机。
以下依据电刷换向的直流电机进一步说明本发明。在图2中示出了通过直流电机的横截面视图。直流电机2包括定子21，它包括两个电机极22。电机极22设计成永久磁体，它们的磁极指向圆形定子21的内部地取向。
在定子21的内部设置转子23(电枢)，它具有多个转子齿24。至少一部分转子齿24具有转子线圈25。转子齿24星形地布置在转子23上并且在其外端部上各具有齿头26，通过被通电流的转子线圈产生的磁场和由永久磁体产生的磁场延伸通过该齿头。
为了接通电枢线圈25，设置换向器27，该换向器具有多个换向器片28，它们用于接通转子线圈25。换向器27经换向器电刷29被接通。在施加直流电压情况下，电刷29分别接通一部分换向器片28，从而相应的电流流过相应的转子线圈25。该电流产生磁场，该磁场导致在通过电机极22产生的激励磁场中形成吸引力或排斥力。由此转子23被驱动。在没有通过控制单元3控制直流电机2的情况下，反过来，直流电机2的转子23在激励磁场中的转动引起在穿过激励磁场的转子线圈25中的电压的感应。相应地感应的电压然后可以经分别接通换向器片28的电刷29通过供给线路施加到控制器3上。
控制器3包括运行模式单元31，用于实施对在控制器3中实现的功能的控制。运行模式单元31可以处于不同的运行模式下。如果运行模式单元31处于正常运行模式下，那么在控制器3中实现的功能，例如在功能块32中，进行实施。除此之外，运行模式单元31可以完全地或部分地停止这些功能的实施，以实现睡眠运行模式。
在正常运行模式下，被实施的功能以规定的方式运行并且为此需要一定的电能。实施的功能一般地获得有关系统的运行状态的外部信息和一个或多个目标设定值，以便通过提供一般地是电的信号来影响系统的运行特性。在控制器3的睡眠运行模式下，运行的功能的数量减少和/或这些功能以减小的功率，即以减小的能量来运行。这例如可以通过减小系统循环的频率来实现，由此可以实现节能，这尤其是以电池运行的电机系统中可以是有利的。睡眠运行模式例如在存在一定的外部条件下和/或在经过了一个预定的持续时间之后被使用。
为了从睡眠运行模式转变到正常运行模式，一般地需要有外部触发。这种外部触发例如通过定期地或持久地询问相应地设置的传感器或通过以其它的方式由外部提供的电信号来实现。
在目前的情况下规定，在通过施加外部转矩使直流电机2转动的情况下，例如通过手动地使由直流电机2驱动的调整元件运动，由此以发电机方式在转子线圈中产生的电压脉冲被控制单元3的探测单元33接收。探测单元33为此监控至少一个供给线路4。在那里通过转动直流电机2触发的电压脉冲被评估并且尤其是在那里被作为触发信号使用，以便从睡眠运行模式过渡到正常运行模式。
备选地，也可以转变到一种运行模式，在该运行模式下，至少可以监控直流电机2的电枢的位置。直流电机2的位置探测可以借助于在控制器3中的位置探测单元34来实施。一方面可以借助于合适的、布置在电动机2上的位置传感器21进行定位。位置传感器21例如可以设计成霍尔传感器，GMR传感器和类似物的形式，其中，一般地，将一个电参量施加到位置传感器上，以便获得测量值，该测量值对应于一个测量信号，通过该测量信号可以确定电动机2的电枢的位置。位置的确定一般地通过对脉冲的计数或者通过对位置传感器21的相应地编码以已知的方式来实施。位置探测单元34为此包括位置存储器，它存储相应的当前的位置信息。
一个备选的位置确定可以在没有传感器情况下实施，仅仅通过评估由换向产生的、在供给线路上的电流变化。一种绝对的位置确定在此情况下可以实施，其方法是评估在被确定的位置上接触的一个电枢绕组25的或多个电枢绕组25的相应的阻抗。
如在图3A和3B中所示的那样，一个电刷或者只接触一个换向器片28或者接触两个相邻的换向器片28。被如此接触的电枢绕组25的产生的阻抗是不同的并且对于直流电机2的电枢的确定的位置来说是惟一的，该阻抗然后被施加到供给线路上。在此情况下，利用对称性的不均衡性和结构公差，据此，每个电枢绕组的阻抗与其它的电枢绕组的阻抗是不同的。至少其中一个电枢绕组与其余的电枢绕组的阻抗是不同的。
在图4中示出了用于说明控制器3的运行方法的流程图。在步骤S1中实施询问，以便识别在其中一个供给线路上至直流电机2的电压脉冲。如果识别出一个这样的电压脉冲(可选地，是)，则在步骤S2中实施唤醒过程。
在识别一个信号情况下实施唤醒过程，该信号通过在这个或这些线圈电枢25中的电压以发电机的方式产生，这个或这些线圈电枢的配属的换向器片28被电刷29接触。
该电压表现为供给线路4上的电压脉冲并且可以在控制器3中被探测到。在运行模式单元31中，电压脉冲被作为外部的触发信号使用，以便从睡眠运行模式转变到正常运行模式或者转变到一种运行模式，在该运行模式下保证按照规定的位置探测。
在接收到触发信号和实施唤醒过程之后，在步骤S3中激活位置探测单元34，该位置探测单元先前通过睡眠模式是去激活的，即被断开。与位置探测单元附加地连接的、布置在直流电机2上的位置传感器随着位置探测单元34的激活也被激活或被供给一个相应的电参量，以便探测直流电机2的电枢的其它的位置变化。
在步骤S4中可以探测直到已经产生触发信号时电枢已经经过的电枢行程，其中推断产生触发信号的电枢绕组25的阻抗。在以发电机方式的运行中，例如可以通过触发信号的信号沿或触发信号的信号沿的一部分的上升时间确定该阻抗，该上升时间取决于控制器3的输入端的供给线路的电容和电感和其它的寄生效应。确定的阻抗与确定的电枢绕组25的固定的配属可以通过电刷29的确定的布置和通过换向器片28与对应的电枢线圈25的确定的配属来实现。因此在通过触发信号将控制器3从睡眠运行模式中唤醒之后可以依据触发信号的电特性推断出已经触发了该触发信号的那个/那些线圈电枢25。由此可以通过预定的配属功能，例如以查询表的形式确定电枢的位置数据。由于要假设，在直流电机2的转子的运动的开始和位置探测单元34的激活之间的持续时间是如此短，以至于没有完成关于电角度位置的完整的一圈，因此即使在探测转子的绝对的位置时也可以进行更新，而在位置探测期间不失去一圈或多圈。
在使用位置传感器21的情况下，在那里探测的位置数据可以通过确定已经产生触发信号的对应的线圈电枢来进行可信性处理或进行修正。在通过对脉冲的计数来确定直流电机2的转子23的位置时，可以通过确定已经产生触发信号的定子电枢25来修正关于直流电机2的转子的绝对位置的信息。
备选地，可以规定，在将控制器3从睡眠运行模式中唤醒之后实施位置测量，其中将一个频率信号经供给线路施加到直流电机2上，借助于该频率信号进行阻抗的测量。这例如可以通过评估在供给线路4上的产生该频率信号的信号来实施，其方法是例如对一个由作为电压信号提供的频率信号产生的电流就其相位和振幅方面进行评估或者对在电枢线圈25上反射的频率信号进行评估。由此可以确定这个瞬时接通的电枢线圈25或多个接通的电枢线圈25并且可以由此推断出直流电机2的转子23的位置，尤其是结合在进入睡眠运行模式之前上一次探测的电枢的位置。在使用位置探测情况下，不管该位置探测是否是借助于附加的位置传感器或通过评估通过供给线路的电流变化来进行的，位置计数器可以相应于被确定的电枢线圈25来更新，以便补偿在直流电机2的电枢的上一次探测的位置和电枢直流电机2的电枢的当前的位置之间的可能的在睡眠运行模式期间出现的偏差。
Claims (5)
1.用于探测电机(2)的电枢的位置的控制器(3)的运行方法，具有以下步骤:
－监测(S1)电机(2)的供给线路，以识别通过发电机电压的感应产生的信号作为触发信号；
－在识别出触发信号情况下，从第一运行模式转变(S2，S3)到第二运行模式，在所述第一运行模式下，至少探测电枢(23)的位置的功能被断开，在所述第二运行模式下，探测电枢(23)的位置的功能被接通，其中，在第二运行模式下探测电枢(23)的位置的功能包括提供给出电枢(23)的位置的位置信息，其中，在识别出触发信号的情况下，所述位置信息被更新(S4)。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，确定电机(2)的与电枢位置相关的电感并且其中，依赖于与确定的电感相关的位置数据实施位置信息的更新。
3.按照权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，所述转变到第二运行模式包括激活一个或多个另外的功能。
4.用于探测电机(2)的电枢(23)的位置的控制器(3)，包括:
-用于监测电机(2)的供给线路(4)的探测电路(33)，用以识别通过发电机电压的感应产生的触发信号；
-用于探测电机(2)的电枢的位置的位置探测单元(34)；
-运行模式单元(31)，用以在识别出触发信号的情况下离开第一运行模式进入第二运行模式，在所述第一运行模式下，用于探测电枢(23)的位置的所述位置探测单元(34)是去激活的，在所述第二运行模式下，所述位置探测单元(34)是激活的，其中，所述位置探测单元(34)包括用于提供给出电枢(23)的位置的位置信息的存储器，其中，所述位置探测单元(34)设计成用于依赖于触发信号更新所述位置信息。
5.电机系统(1)，包括:
-电机(2)，所述电机经供给线路被供给电能，其中，依据换向情况，不同的电感施加在供给线路(4)上，
-按照权利要求4所述的控制器(3)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |