CN102812335B - 一种用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的方法和装置 - Google Patents

一种用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102812335B
CN102812335B CN201180015396.1A CN201180015396A CN102812335B CN 102812335 B CN102812335 B CN 102812335B CN 201180015396 A CN201180015396 A CN 201180015396A CN 102812335 B CN102812335 B CN 102812335B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
pulse
given
advance
current angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201180015396.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102812335A (zh
Inventor
U·福尔默
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN102812335A publication Critical patent/CN102812335A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102812335B publication Critical patent/CN102812335B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/185—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using inductance sensing, e.g. pulse excitation

Abstract

本发明涉及一种用于确定具有奇数个极对数的电驱动装置(10)中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的方法以及所属的用于确定具有奇数个极对数的电驱动装置(10)中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的装置(20)，其中借助于角度传感装置(28)测量可旋转的元件的当前的角度测量值角度传感装置仅在预先给定的受限制的角度范围内单值地测量当前的角度测量值依据本发明，在使用可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号的情况下将在受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值换算成在未受限制的角度范围内的单值的当前的角度位置，其中通过将第一测试脉冲(Ua，Ub，Uc)施加至电驱动装置(10)并通过对所引起的在电驱动装置(10)中响应于所施加的第一测试脉冲(Ua，Ub，Uc)而生成的第二测试脉冲(I1，I2，Ia，Ib，Ic)的分析确定可旋转的磁性元件(12)的磁场的方向和符号。

Description

一种用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求1的类型的用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的方法和一种根据独立权利要求7的类型的用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的装置。
背景技术
基于同步电机的变速驱动装置是现有技术。为了能够准确地操控同步电机，必须具备关于当前转子角度的信息。此时，所必须的单值性范围取决于电机的极对数Zp。必须仅在360°/Zp的大小的范围内单值地已知转子角度。该角度为X°还是X°+(360°/Zp)并不重要。
该转子角度通常借助于角度传感器来测量。使用探测磁铁和AMR角度传感器(即利用各向异性磁阻效应的角度传感器)是已知的方式。然而，由此并不能在0至360°的未受限制的角度范围内测量单值的转子角度，而只能在0至180°的受限制的角度范围内测量单值的转子角度。由此来区分X°和X°+180°的转子角度是不可能的。因此，该类的角度传感装置仅可用于具有偶数极对数的同步电机。
为了获得在0至360°的未受限制的角度范围内的单值的角度信号，能够将AMR角度传感器与两个霍尔传感器结合起来。在专利申请文件DE 102 48 060 A1中描述了例如用于角度传感器的此类的磁场传感装置和运行该类传感装置的方法。所描述的磁场传感装置包括角度传感器，通过其能够在预先给定的角度范围内测量可旋转的磁性元件的当前的角度位置。该角度传感器与至少两个传感器元件相关联，通过其能够测量磁性元件的当前的磁场方向，其中该传感器元件彼此以如下方式安置，即它们与标识主测量方向的轴呈一角度。然而，在所描述的磁场传感装置中还需要以传感器元件为形式的额外的元件。
此外，能够通过测量电学量来估计转子角度也是已知的，为此能够使用两种已知的效应。例如，同步电机的定子线圈中的感应电压与转子角度有关。另一个便是：根据同步电机构造形式的不同，其定子线圈的电感取决于转子角度。
例如，在专利申请文件DE 10 2006 004 166 A1中描述了一种用于在静止状态下估计同步电机的转子角度的方法和电路装置。根据所描述的方法，将在该同步电机的定子线圈的三个不同的方向上施加三个短的电压脉冲。然后，根据所测量的电流上升确定转子角度。
例如，在专利文献AT 397 727B中描述了一种用于无传感器地获取同步电机的转子的旋转角度的方法和电路装置。所描述的方法借助于电压脉冲确定转子角度，其中采用了同步电机的定子线圈的电感与转子角度的关系近似为正弦形式这一原理。
原则上，不用角度传感器估计转子角度是可能的。但是相对于使用角度传感装置，该角度估计方法需要大量的计算、引起了噪声输出且具有差的精度。
发明内容
相对而言，依据本发明的用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的具有独立权利要求1的特征的方法具有以下优点，即在使用所述可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号的情况下将借助于用于受限制的角度范围内的角度传感装置单值地测量的当前的角度测量值换算成在未受限制的角度范围内的单值的当前的角度位置。在此，通过将第一测试脉冲施加至电驱动装置并通过对所引起的在所述电驱动装置中响应于所施加的第一测试脉冲而生成的第二测试脉冲的分析确定所述可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号。
相对而言，依据本发明的用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的具有独立权利要求7的特征的装置具有以下优点，即具有分析和/或控制单元，其接收通过接口单元接收关于在预先给定的受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值的信息，其中所述分析和/或控制单元在使用所述可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号的情况下将所述在受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值换算成在未受限制的角度范围内的单值的当前的角度位置。在此，分析和/或控制单元通过分析施加至电驱动装置的第一测试脉冲和在所述电驱动装置中响应于所施加的第一测试脉冲而生成的第二测试脉冲来确定针对一初始配置的可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号。
本发明的实施形式以有利的方式实现了在没有附加的诸如霍尔元件的元件的情况下将仅能在受限制的角度范围(例如0°至180°)内单值地测量角度测量值的角度传感装置用于具有奇数个极对数的电驱动装置，其优选地包括具有奇数个极对数的同步电机。因为在使用所述可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号的情况下，由角度传感装置所测量的角度测量值将被换算成在未受限制的角度范围(例如0°至360°)内的单值的角度位置，在不用附加的元件和无需大量的计算的情况下，能够以有利的方式借助于仅在预先给定的受限制的角度范围内测量当前的角度测量值的角度传感装置，非常精确地确定当前的角度位置。因为仅需一次性地确定针对各初始配置的所述可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号，且能够简单且快速地实施后续的当前的角度位置的计算，所以相较于背景技术中已知的未使用角度传感装置的估计方法来说，有利地，本发明的实施形式的计算量是非常小的。该角度传感装置包括例如利用各向异性磁阻效应的AMR角度传感器。因为该类的AMR角度传感器在大批量制造时成本低廉，所以简单且成本低廉地实现依据本发明的方法以及依据本发明的装置是可能的。此外，本发明的该实施形式通过省去额外的元件，使得其相对于背景技术中已知的用于角度传感装置的磁场传感装置具有在结构空间和成本方面的优点。为了生成并测量测试脉冲，能够以有利的方式采用现有的用于控制电驱动装置元件，该现有的元件能够是依据本发明的装置的一部分和/或通过相应的接口单元与依据本发明的装置相耦合的。
本发明的实施形式能够借助于角度传感装置在0°至180°角度范围内单值地测量例如电驱动装置的转子的角度测量值。由此能够确定转子磁场的方向(但是在奇数个极对数的情况下不能确定磁场的符号)即确定转子磁场的d轴。转子具有例如一个极对，其中转子磁场的位置通过转子固定的磁轴给定，磁轴也被标注为d轴以及q轴。在应用于仅具有一个极对的情况下刚好具有一个d轴和一个q轴。在转子具有多个极对时，相应地具有多个d轴和q轴。转子磁场能够例如由永磁体和/或通过线圈电气地生成。
现在能够通过生成具有与转子磁场相同的方向的定子磁场来为电驱动装置的定子供电。因为由角度传感装置所测量的当前的角度测量值仅在180°内是单值的，所以在该时刻还未知，转子磁场和定子磁场的符号是否一样。该两个磁场应该相加还是相减也是未知的。当该些磁场相加时，那么总磁场将相当大且电驱动装置的软磁材料(铁)的饱和度相当高。当该些磁场相减时，那么总磁场将相当小且铁的几乎不饱和。由于铁的饱和度不同，所以定子线圈在两种情况下具有不同的电感。如果场相加，那么饱和度较高且由此电感较小并因此电流上升更陡。如果相继地将在d轴上正的和负的电压脉冲施加至定子线圈，那么在该两种电压脉冲的情况下的定子电流的上升速度是不同的。然后，根据电流的上升速度能够得出电感，且由此能够得出转子磁场的符号。由此能够确定哪个是转子磁场的d方向的正向和哪个是负向。在具有较陡的电流上升的方向上电感较小，磁场也相加。这是示出转子的北极的正的d方向。在相反的方向上电感较大，磁场相减。这是示出转子的南极的负的d方向。
仅在表示电驱动装置的静止状态的初始配置的情况下一次性地实施该分析。因此在每个安装有电驱动装置的系统启动时，即例如在每次车辆启动时，能够实施可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号。两次角度测量之间的时间间隔如此地小，以至于即便该同步电机处于最大转速时在该时间内的角度位置的变化仍然小于90°，从而确保之后始终获得单值的当前的角度测量值。角度测量传感装置的角度测量值的零位以有利的方式是如此地确定的，即所测量的角度测量值与转子磁场的d轴的角度相符。所生成的测试脉冲的电压幅值和实施为电压脉冲的测试脉冲施加至电驱动装置的持续时间优选如此地给定，即所引起的电流不会过高，以至于会损坏电驱动装置和/或所属的电子设备，但是足够地高，从而使得能够借助于电驱动装置的电流测量传感装置足够精确地测量电流。
当具有角度传感装置和电流传感装置(该角度传感装置在预先给定的受限制的角度范围内单值地测量转子的当前的角度位置)，且该电驱动装置具有奇数个极对数时，本发明的实施形式能够用在任何具有电驱动装置的系统中。
所以能够用在例如电子的(伺服)转向系统、具有同步电机的电动工具以及无刷的直流电机、具有内燃机和电驱动装置的结合的混合驱动装置或纯电驱动的车辆中。
有利地，通过在从属权利要求中所列出的措施和改进方案能够改善在独立权利要求1中给出的用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的方法以及在独立权利要求7中给出的用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的装置。
特别有利地，一次性地确定针对各初始配置所述可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号。由此能够显著地降低用于确定当前的角度位置的计算量。在确定了可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号之后，将周期性地测量对于受限制的角度范围的单值的当前的角度测量值，其中，在计算当前的角度位置之后，将针对各初始配置在受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值和由此计算得出的在未受限制的角度范围内的单值的当前的在角度位置分别存储为原来的角度测量值以及原来的角度位置，其中基于所述原来的角度位置和所述原来的角度测量值以及所述在受限制的角度范围内的单值地测量的当前的角度测量值计算第一时刻的对于所述未受限制的角度范围的单值的当前的角度位置，且其中在计算所述的当前的角度位置之后，将所测量的当前的角度测量值和所述由此确定的当前的角度位置存储为原来的角度测量值以及原来的角度位置。这意味着，当在后续的时刻执行当前的角度位置的计算时，再次使用“原来的”所测量的角度测量值以及所计算的角度位置，其中在更迟的时刻不会再生成或分析用于计算当前的角度位置的测试脉冲。优选地，在固定的时间栅格中以等距的测量时刻测量当前的角度位置。
在依据本发明的方法的有利的设计方案中，根据预先给定的信息生成第一测试脉冲，且在预先给定的触发时刻以确定的持续时间将其施加至电驱动装置，其中所述预先给定的信息包括确定的持续时间和/或确定的电压幅值和/或确定的方向。例如在预先给定的触发时刻以确定的持续时间将作为具有预先给定的电压幅值和与之相符的给定的方向的电压脉冲的第一测试脉冲施加至所述电驱动装置的定子线圈，其中测量并分析在预先给定的测量时刻所引起的作为电流脉冲的第二测试脉冲，且其中预先给定的测量时刻具有与相应的触发时刻基本上相同的时间间隔。
在依据本发明的方法的又一个有利的设计方案中，分析响应于在两个相继的触发时刻施加至同步电机的第一测试脉冲而生成的所引起的第二测试脉冲，以确定与第一触发时刻有关地引起的第一总电流脉冲的长度和与第二触发时刻有关地引起的第二总电流脉冲的长度，其中在使用第一总电流脉冲的长度和第二总电流脉冲的长度的情况下，将所述在受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值换算成在未受限制的角度范围内的单值的当前的角度位置，根据第一总电流脉冲的长度和第二总电流脉冲的长度确定可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号。如果在第一测量时刻所确定的所引起的第一总电流脉冲的长度例如大于或等于在第二测量时刻所确定的所引起的第二总电流脉冲的长度，那么当前的角度位置与由角度传感装置所测量的当前的角度测量值相符。如果在第一测量时刻所确定的引起的第一总电流脉冲的长度小于在第二测量时刻所确定的引起的第二总电流脉冲的长度，那么当前的角度位置与由角度传感装置所测量的当前的角度测量值不相符。在这种情况下，将在当前的角度测量值上添加一个确定的校正值。如果角度传感装置所测量的当前的角度测量值在预先给定的受限制的例如0°至180°的角度范围内为单值的，那么将在这种情况下将180°的校正值加至所测量的当前的角度测量值，以确定当前的角度位置。
在依据本发明的装置的有利的设计方案中，分析和/或控制单元例如根据预先给定的信息独自将第一测试脉冲生成为具有给定的电压幅值和与之相应的预先给定的方向的电压脉冲，且通过至少一个接口在预先给定的触发时刻以确定的持续时间直接将其施加至所述电驱动装置。替代地，分析和/或控制单元通过至少一个接口将用于生成所述第一测试脉冲的预先给定的信息施加至电压发生器，所述电压发生器响应于预先给定的信息生成所述第一测试脉冲且将其在预先给定的触发时刻以确定的持续时间施加至电驱动装置。
在依据本发明的装置的又一个有利的设计方案中，分析和/或控制单元在预先给定的测量时刻通过至少一个接口单元直接从所述电驱动装置和/或从电流测量装置接收并分析所引起的作为电流脉冲的第二测试脉冲。
在依据本发明的装置的又一个有利的设计方案中，分析和/或控制单元分析响应于在两个相继的触发时刻施加至所述电驱动装置的第一测试脉冲而能够生成的所引起的第二测试脉冲，以确定与第一触发时刻有关地引起的第一总电流脉冲的长度和与第二触发时刻有关地引起的第二总电流脉冲的长度，其中在使用第一总电流脉冲的长度和第二总电流脉冲的长度的情况下，所述分析和/或控制单元将所述在受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值换算成在未受限制的角度范围内的单值的当前的角度位置，根据第一总电流脉冲的长度和第二总电流脉冲的长度能够确定可旋转的磁性元件的磁场的方向和符号。
本发明的实施形式能够实现为电路、装置、方法、带有程序代码的数据处理程序和/或实现为计算机程序产品。相应地，本发明能够实施为纯硬件和/或软件和/或硬件和/或软件部件的结合。此外，本发明能够实施为计算机可读的存储介质上的带有计算机可读的程序代码的计算机程序产品，其中，能够利用不同的计算机可读存储介质，如硬盘、CD-ROM、光学或磁性存储元件等等。
计算机可用的或计算机可读的介质能够包括例如电子的、磁的、光学的、电磁的红外线或半导体系统、装置、仪器或传播介质。此外，计算机可读的介质能够包括与一个或多个线路的连接、便携的电脑磁盘、带有直接存取的存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦写和可编程的只读存储器(EPROM)或光存储器、光学线路和便携的CD-ROM。计算机可用的或计算机可读的介质甚至能够是纸张或其他合适的介质，其上写有程序且例如通过光学的采样过程电气地从中获取该程序，然后编译、解析或倘若必要以其他方式处理并随后存储至计算机存储器。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例且在以下的说明中将进一步阐述这些实施例。
图1示出了依据本发明的用于确定同步电机的转子位置的装置的一个实施例的示意性框图；
图2示出了同步电机的转子的角度位置的示意图；
图3示出了施加至同步电机的定子线圈的电压脉冲的示意性的曲线；
图4示出了所测量的同步电机的相电流的示意性的曲线；
图5示出了由所测量的同步电机的相电流所引起的总电流的示意性的曲线。
具体实施形式
如图1和图2所示，依据本发明的用于确定电驱动装置10中的可旋转的磁性元件12的当前的角度位置的装置20的所示出的实施例包括角度传感装置28，在示出的实施例中，该装置20包括具有转子12的同步电机10，该角度传感装置28在预先给定的受限制的角度范围内单值地测量转子12的当前的角度测量值该受限制的角度范围在示出的实施例中为0°至180°。此外，所示出的电驱动装置或同步电机10具有奇数个极对数Zp。
依据本发明，分析和/或控制单元22通过接口单元22.4接收关于在受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值的信息，并在使用所述可旋转的磁性转子12的磁场的方向和符号的情况下将所测量的当前的角度测量值换算成在未受限制的角度范围内的单值的当前的角度位置在此，分析和/或控制单元22通过分析施加至电驱动装置的同步电机10的第一测试脉冲Ua、Ub、Uc和在电驱动装置的同步电机10中响应于所施加的第一测试脉冲Ua、Ub、Uc而生成的第二测试脉冲I1、I2、Ia、Ib、Ic来确定针对一初始配置的可旋转的磁性元件12的磁场的方向和符号。
在所示出的实施例中，该分析和/或控制单元22生成预先给定的信息，其包括确定的持续时间tPlus和/或确定的电压幅值U和/或确定的方向 该分析和/或控制单元22将该预先给定的用于生成第一测试脉冲Ua、Ub、Uc的信息通过接口22.4传输至电压发生器24，该电压发生器响应于该预先给定的信息生成作为电压脉冲Ua、Ub、Uc的第一测试脉冲且在预先给定的触发时刻以确定的持续时间tPlus将其施加至电驱动装置10。在一个替代的、未示出的实施例中，能够将该电压发生器24的功能实施为分析和/或控制单元22的一部分，从而使得分析和/或控制单元22根据预先给定的信息U、tPuls、 独自将第一测试脉冲生成为具有预先给定的电压幅值U和相应的预先给定的方向 的电压脉冲Ua、Ub、Uc，且通过至少一个接口单元22.4在预先给定的触发时刻以确定的持续时间tPlus将其直接施加至实施为同步电机的电驱动装置10。
如图1进一步示出的那样，在所示出的实施例中，该分析和/或控制单元22通过至少一个接口单元22.4从电流测量装置26接收在预先给定的测量时刻所引起的作为电流脉冲I1、I2的第二测试脉冲，该电流测量装置26测量所引起的电驱动装置的同步电机10的相电流脉冲Ia、Ib、Ic并根据所测量的相电流脉冲Ia、Ib、Ic确定总电流脉冲I1、I2，并分析所引起的第二测试脉冲I1、I2、Ia、Ib、Ic。在一个替代的、未示出的实施例中，能够将该电流测量装置26的功能实施为分析和/或控制单元22的一部分，从而使得分析和/或控制单元22能够直接测量在电驱动装置的同步电机10中的相电流脉冲Ia、Ib、Ic，确定并分析总电流脉冲I1、I2。
此外，该分析和/或控制单元22包括计算单元22.2和存储单元22.6，以能够实施必要的计算和存储过程。
如图2进一步示出的那样，实施为转子的可旋转的磁性元件12包括具有南极14.1和北极14.2的极对14。在图2中，d和q表示转子固定的磁轴，而α和β表示定子固定的磁轴，且表示当前的角度位置。
图3至5示出了电压幅值U、相电流脉冲Ia、Ib、Ic和电流幅值I的典型的曲线。
对于以下的功能描述将始终假设：电机实施为具有奇数个极对数的三相同步电机10。相似地，这也能够用于任何其他相数。对于本发明的实施例，实施为转子的可旋转磁性元件12的磁场是由永磁体还是通过线圈来电气地生成的是无关紧要的。用于在预先给定的0°至180°的受限制的角度范围内单值地测量转子12的当前的角度测量值的角度传感装置28包括至少一个利用各向异性磁阻效应的AMR角度传感器。
借助于该角度传感装置28能够在0°至180°的角度范围内单值地测量当前的角度测量值由此能够确定转子14的磁场的方向，但是在具有奇数个极对数的情况下不能确定磁场的符号。图2示例性地出了具有极对14的转子12的结构和转子固定的磁轴d和q的位置。在该实施例中刚好有一个d轴和一个q轴。在转子具有多个极对时，相应地将存在多个d轴和q轴。现在能够通过生成具有与转子磁场相同的方向的定子磁场来为定子供电。因为所测量的当前的角度测量值仅在0°至180°的范围内是单值的，所以在该时刻还未知，转子磁场和定子磁场的符号是否一样。该两个磁场应该相加还是相减也是未知的。
根据依据本发明所述的方法，该分析和/或控制单元22读入由角度传感装置28所测量的当前的角度测量值其中角度位置的零位是如此地确定的，即其为d轴的角度。仅在实施为同步电机的电驱动装置10处于静止状态启动时一次性地实施下述的可旋转的磁性转子12的磁场的方向和符号的确定。两次角度测量之间的时间间隔如此地小，以至于即便该同步电机10处于最大转速时在该时间内的角度位置的变化仍然小于90°，从而确保之后始终获得单值的当前的角度测量值
在第一触发时刻tk，将以持续时间tPlus以根据式子(1)的预先给定的方向将第一电压脉冲Ua、Ub、Uc施加至定子线圈。
因此在第一触发时刻tk有： 在此，正的电压幅值U和持续时间tPlus如此地预先给定，即所引起的电流不会如此地高，以致损坏电驱动装置10或电子控制系统，但是足够地高，以使得能够借助于电驱动装置10的电流传感装置26足够精确地测量电流。
根据响应于在第一触发时刻tk所施加的电压脉冲Ua、Ub、Uc所产生的、在第一测量时刻t1所测量的相电流Ia、Ib、Ic，借助于式子(2)计算所引起的第一总电流脉冲I1的大小。
I 1,2 = I a 2 + I b 2 + I c 2 - I a I b - I a I c - I b I c - - - ( 2 )
总电流脉冲I1的值与电流指示符的长度相符，该长度由三个相电流Ia、Ib、Ic计算得来。将在电压脉冲结束时或稍早于电压脉冲结束时测量相电流Ia、Ib、Ic。
在接下来的第二触发时刻tk+1，将以持续时间tPlus以根据式子(3)的预先给定的方向将第二电压脉冲Ua、Ub、Uc施加至定子线圈。
因此在第二触发时刻tk+1有：
根据响应于在第二触发时刻tk+1所施加的电压脉冲Ua、Ub、Uc所产生的、在第二测量时刻t2所测量的相电流Ia、Ib、Ic，借助于式子(2)计算所引起的第二总电流脉冲I2的大小。在此重要的是，自电压脉冲开始至测量电流的持续时间与第一次测量时相同。
如果在第一测量时刻t1所确定的引起的第一总电流脉冲I1大于或等于在第二测量时刻t2所确定的引起的第二总电流脉冲I2，那么转子12的当前的角度位置相当于由角度传感装置28所测量的当前的角度测量值即如果在第一测量时刻t1所确定的引起的第一总电流脉冲I1小于在第二测量时刻t2所确定的引起的第二总电流脉冲I2，那么转子12的当前的角度位置相当于由角度传感装置28所测量的当前的角度测量值加上180°的校正值的角度，即
当前的角度位置和所测量的角度测量值将存储在存储器22.6之中。接下来将周期性地(理想地在固定的时间栅格中以等距的角度测量时刻t1至tn)测量角度测量值在每一个k＝1至n的角度测量时刻tk，将根据上一个角度测量时刻tk-1的原来测量的角度测量值在上一个角度测量时刻tk-1所计算的原来的角度位置和在当前的时刻tk所测量的当前的角度测量值计算新的当前的角度位置
当原来测量的角度测量值和所测量的当前的角度测量值之间的差额小于角度测量时刻的时间差(tk-tk-1)和最大可能的角速度ωmax的乘积，即时，那么转子12的当前的角度位置还没有越过边界0°/180°，其中ωmax是同步电机10的最大可能的角速度。因此对于该情况将根据式子(4)来计算转子12的当前的角度位置
当原来测量的角度测量值和所测量的当前的角度测量值之间的差额大于角度测量时刻的时间差(tk-tk-1)和最大可能的角速度ωmax的乘积，即时，那么转子12的当前的角度位置已经越过边界0°/180°，其中ωmax是同步电机10的最大可能的角速度。因此对于该情况将根据式子(5)来计算转子12的当前的角度位置
图3至5示出了电压幅值U、相电流脉冲Ia、Ib、Ic和电流幅值I的典型的曲线。能够清晰地看出：第一总电流脉冲I1比第二总电流脉冲I2高。因此，第一电压脉冲是施加在永磁体北极的方向，因此定子磁场和转子磁场正叠加。
在具有在给定的受限制的角度范围内单值地测量转子的当前的角度位置的角度传感装置和电流传感装置，且该电驱动装置具有奇数个极对数时，本发明的实施形式能够用在任何电驱动装置中。

Claims (8)

1.一种用于确定具有奇数个极对数(Zp)的电驱动装置(10)中的可旋转的磁性元件(12)的当前的角度位置的方法，
其中借助于角度传感装置(28)测量所述可旋转的磁性元件(12)的当前的角度测量值所述角度传感装置仅在预先给定的受限制的角度范围内单值地测量所述当前的角度测量值其特征在于，
在使用所述可旋转的磁性元件(12)的磁场的方向和符号的情况下将在所述受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值换算成在未受限制的角度范围内的单值的当前的角度位置
其中通过将第一测试脉冲(Ua，Ub，Uc)施加至所述电驱动装置(10)并通过对所引起的在所述电驱动装置(10)中响应于所施加的第一测试脉冲(Ua，Ub，Uc)而生成的第二测试脉冲(I1，I2，Ia，Ib，Ic)的分析确定所述可旋转的磁性元件(12)的磁场的方向和符号；
其中，分析响应于在两个相继的触发时刻(tk，tk+1)施加至所述电驱动装置(10)的第一测试脉冲(Ua，Ub，Uc)而生成的第二测试脉冲(I1，I2，Ia，Ib，Ic)，以确定与第一触发时刻(tk)有关的第一总电流脉冲(I1)的长度和与第二触发时刻(tk+1)有关的第二总电流脉冲(I2)的长度，其中在使用所述第一总电流脉冲(I1)的长度和所述第二总电流脉冲(I2)的长度的情况下将所述在受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值换算成在未受限制的角度范围内的单值的当前的角度位置根据所述第一总电流脉冲(I1)的长度和所述第二总电流脉冲(I2)的长度确定所述可旋转的磁性元件(12)的磁场的方向和符号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对各初始配置一次地确定所述可旋转的磁性元件(12)的磁场的方向和符号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述受限制的角度范围内单值地周期性地测量当前的角度测量值
其中，在计算当前的角度位置之后，将针对所述各初始配置在受限制的角度范围内单值地所测量的当前的角度测量值和由此计算得出的在未受限制的角度范围内的单值的当前的角度位置分别存储为原来的角度测量值以及原来的角度位置
其中基于所述原来的角度位置和所述原来的角度测量值以及所述在受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值计算第一触发时刻(tk)的对于所述未受限制的角度范围的单值的当前的角度位置且
其中在计算所述当前的角度位置之后，将所测量的当前的角度测量值和所述由此确定的当前的角度位置存储为原来的角度测量值以及原来的角度位置
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据预先给定的信息(U，tPuls，， )生成所述第一测试脉冲(Ua，Ub，Uc)，且在预先给定的触发时刻(tk，tk+1)以确定的持续时间(tPlus)将其施加至所述电驱动装置(10)，其中所述预先给定的信息包括确定的持续时间(tPlus)和确定的电压幅值(U)和根据所述当前的角度测量值所确定的方向( )。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在预先给定的触发时刻(tk、tk+1)以所述确定的持续时间(tPlus)将所述第一测试脉冲施加至所述电驱动装置(10)的定子线圈，其中所述第一测试脉冲为具有预先给定的电压幅值(U)和与之相应的预先给定的方向(cos(φAMR,k-120°)，cos(φAMR,k-240°)，cos(φAMR,k-180°)，cos(φAMR,k-120°-180°)，cos(φAMR,k-240°-180°))的电压脉冲(Ua，Ub，Uc)，
其中测量并分析在预先给定的测量时刻(t1，t2)所引起的作为电流脉冲(I1，I2，Ia，Ib，Ic)的第二测试脉冲，且
其中所述预先给定的测量时刻(t1，t2)具有与相应的触发时刻(tk，tk+1)基本上相同的时间间隔。
6.一种用于确定电驱动装置(10)中的可旋转的磁性元件(12)的当前的角度位置的装置，包括：
角度传感装置(28)，其在给定的在受限制的角度范围内单值地测量所述可旋转的磁性元件(12)的当前的角度测量值其中所述电驱动装置(10)具有奇数个极对数(Zp)，其特征在于，
分析和/或控制单元(22)，其通过接口单元(22.4)接收关于所述测量的当前的角度测量值的信息，其中所述分析和/或控制单元(22)在使用所述可旋转的磁性元件(12)的磁场的方向和符号的情况下将所述在受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值换算成在未受限制的角度范围内的单值的当前的角度位置其中所述分析和/或控制单元(22)通过分析施加至所述电驱动装置(10)的第一测试脉冲(Ua，Ub，Uc)和在所述电驱动装置(10)中响应于所施加的第一测试脉冲(Ua，Ub，Uc)而生成的第二测试脉冲(I1，I2，Ia，Ib，Ic)来确定针对一初始配置的所述可旋转的磁性元件(12)的磁场的方向和符号；
其中，所述分析和/或控制单元(22)分析响应于在两个相继的触发时刻(tk，tk+1)施加至所述电驱动装置(10)的第一测试脉冲(Ua，Ub，Uc)而能够生成的第二测试脉冲(I1，I2，Ia，Ib，Ic)，以确定与第一触发时刻(tk)有关的第一总电流脉冲(I1)的长度和与第二触发时刻(tk+1)有关的第二总电流脉冲(I2)的长度，其中在使用所述第一总电流脉冲(I1)的长度和所述第二总电流脉冲(I2)的长度的情况下，所述分析和/或控制单元(22)将所述在受限制的角度范围内单值地测量的当前的角度测量值换算成在未受限制的角度范围内的单值的当前的角度位置根据所述第一总电流脉冲(I1)的长度和所述第二总电流脉冲(I2)的长度确定所述可旋转的磁性元件(12)的磁场的方向和符号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述分析和/或控制单元(22)根据预先给定的信息(U，tPuls， )独自将所述第一测试脉冲生成为具有预先给定的电压幅值(U)和与之相应的预先给定的方向 -240°-180°))的电压脉冲(Ua，Ub，Uc)，且通过至少一个接口(22.4)在预先给定的触发时刻(tk，tk+1)以确定的持续时间(tPlus)直接将其施加至所述电驱动装置(10)或通过至少一个接口(22.4)将用于生成所述第一测试脉冲(Ua，Ub，Uc)的预先给定的信息(U，tPuls， )施加至电压发生器(24)，所述电压发生器响应于所述预先给定的信息(U，tPuls， )生成所述第一测试脉冲(Ua，Ub，Uc)且将其在预先给定的触发时刻(tk，tk+1)以所述确定的持续时间(tPlus)施加至所述电驱动装置(10)。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述分析和/或控制单元(22)在预先给定的测量时刻(t1，t2)通过至少一个接口单元(22.4)直接从所述电驱动装置(10)和/或从电流测量装置(26)接收并分析所引起的作为电流脉冲(I1，I2，Ia，Ib，Ic)的第二测试脉冲。
CN201180015396.1A 2010-03-22 2011-03-17 一种用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的方法和装置 Active CN102812335B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010003096.1 2010-03-22
DE102010003096A DE102010003096A1 (de) 2010-03-22 2010-03-22 Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer aktuellen Winkelposition eines drehbaren magnetischen Bauteils in einem elektrischen Antrieb
PCT/EP2011/054043 WO2011117135A2 (de) 2010-03-22 2011-03-17 Verfahren und vorrichtung zur ermittlung einer aktuellen winkelposition eines drehbaren magnetischen bauteils in einem elektrischen antrieb

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102812335A CN102812335A (zh) 2012-12-05
CN102812335B true CN102812335B (zh) 2015-07-01

Family

ID=44585173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180015396.1A Active CN102812335B (zh) 2010-03-22 2011-03-17 一种用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的方法和装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8922200B2 (zh)
EP (1) EP2550507B1 (zh)
JP (1) JP5447903B2 (zh)
CN (1) CN102812335B (zh)
DE (1) DE102010003096A1 (zh)
WO (1) WO2011117135A2 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016201074B4 (de) * 2016-01-26 2020-07-09 Baumüller Nürnberg GmbH Verfahren zur Erfassung einer Lage eines rotierenden Zentralelements eines Elektromotors
DE102016217255A1 (de) * 2016-09-09 2018-03-15 Robert Bosch Gmbh Drehwinkelsensor und Statorelement für diesen
EP3667894B1 (en) 2018-12-12 2022-03-23 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Method for determining the rotational position of a rotor in a permanent magnet synchronous machine
CN113490830B (zh) * 2020-01-31 2023-05-05 日本精工株式会社 旋转角度计算装置及其校正方法和校正装置、马达控制装置、电动致动器产品和电动助力转向装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5315224A (en) * 1989-12-27 1994-05-24 Emotron Aktiebolag Method and an arrangement for starting an electrical machine having varying reluctance
DE10248060A1 (de) * 2002-10-15 2004-05-13 Zf Lenksysteme Gmbh Magnetfeld-Sensoranordnung für einen Winkelsensor und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Sensoranordnung
CN101336510A (zh) * 2006-01-30 2008-12-31 罗伯特.博世有限公司 确定在静止状态下ec电机的转子位置的方法和电路装置
CN101517885A (zh) * 2006-09-18 2009-08-26 罗伯特·博世有限公司 运行电子整流电机的方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT397727B (de) 1991-04-19 1994-06-27 Elin Energieanwendung Verfahren und schaltungsanordnung zur sensorlosen drehwinkelerfassung einer dämpferlosen, vorzugsweise permanentmagneterregten, über einen stromrichter gespeisten synchronmaschnine
DE10337564A1 (de) 2003-08-14 2005-03-10 Bosch Gmbh Robert Einrichtung und Verfahren zur Rotorpositionsbestimmung einer elektrischen Maschine
US7376525B2 (en) * 2005-05-10 2008-05-20 Newport Corporation Apparatus and method for estimation of initial phase of a brushless motor
JP4754901B2 (ja) * 2005-08-10 2011-08-24 三菱重工業株式会社 電動圧縮機の制御装置
GB0803279D0 (en) * 2008-02-22 2008-04-02 Univ Gent Sensorless control of salient pole machines
US7915888B2 (en) 2008-04-02 2011-03-29 Continental Automotive Systems, Inc. Systems and methods for detecting angular position
JP5273451B2 (ja) * 2008-06-24 2013-08-28 株式会社ジェイテクト モータ制御装置
DE102008042360A1 (de) * 2008-09-25 2010-04-01 Robert Bosch Gmbh Bestimmung des Rotorwinkels einer Synchronmaschine im Stillstand mit Hilfe von iterativen Testpulsen
EP2421145B1 (de) * 2010-08-16 2015-02-11 Baumüller Nürnberg GmbH Vorrichtung und Verfahren zur drehgeberlosen Identifikation elektrischer Ersatzschaltbildparameter eines Drehstrom-Asynchronmotors

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5315224A (en) * 1989-12-27 1994-05-24 Emotron Aktiebolag Method and an arrangement for starting an electrical machine having varying reluctance
DE10248060A1 (de) * 2002-10-15 2004-05-13 Zf Lenksysteme Gmbh Magnetfeld-Sensoranordnung für einen Winkelsensor und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Sensoranordnung
CN101336510A (zh) * 2006-01-30 2008-12-31 罗伯特.博世有限公司 确定在静止状态下ec电机的转子位置的方法和电路装置
CN101517885A (zh) * 2006-09-18 2009-08-26 罗伯特·博世有限公司 运行电子整流电机的方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010003096A1 (de) 2011-09-22
WO2011117135A2 (de) 2011-09-29
CN102812335A (zh) 2012-12-05
EP2550507A2 (de) 2013-01-30
US8922200B2 (en) 2014-12-30
WO2011117135A3 (de) 2012-08-16
JP2013523076A (ja) 2013-06-13
JP5447903B2 (ja) 2014-03-19
US20130069638A1 (en) 2013-03-21
EP2550507B1 (de) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10309807B2 (en) Resolver calibration for permanent magnet synchronous motor
EP2957030B1 (en) Methods of determining initial position of rotor
CN102487265B (zh) 用于自适应补偿解算器的位置误差的方法
CN102812335B (zh) 一种用于确定电驱动装置中的可旋转的磁性元件的当前的角度位置的方法和装置
US9444375B2 (en) Control system for a synchronous machine and method for operating a synchronous machine
JP2010279250A (ja) 線形ホールセンサーを利用した直交座標形速度具現方法
CN111010059B (zh) 用于永磁同步电机初始位置的检测系统、设备和方法
CN110199467A (zh) 相位换相中的霍尔效应传感器信号偏移校正
Saadaoui et al. A new approach rotor speed estimation for PMSM based on sliding mode observer
CN100391096C (zh) 用于控制永磁电动机的系统和方法
CN104316876A (zh) 一种考虑互感耦合的获取三相12/8极srm磁链特性的快速方法
CN101340169A (zh) 一种三相凸极无刷直流电动机的换相方法及换相装置
Kim et al. A study on accurate initial rotor position offset detection for a permanent magnet synchronous motor under a no-load condition
CN104949798B (zh) 一种测量电机转动惯量的方法
CN105227009B (zh) 用于对电机的转子的位置进行检查的方法
US20150214871A1 (en) Method and System for Determining Motor Shaft Position
US20220209691A1 (en) Method and device for detecting initial position of rotor of permanent magnet synchronous motor in no-load environment
CN105610370A (zh) Pm电动机的角位置估计
CN105720880B (zh) 一种电机转角实时估计方法与装置
Szalay et al. Saliency model extension for sensorless initial position and polarity detection of permanent magnet synchronous motors
Kim et al. High-Performance Permanent Magnet Synchronous Motor Control With Electrical Angle Delayed Component Compensation
US10989572B2 (en) Apparatus and method for checking the plausibility of an excitation signal for a rotary encoder
CN111478522B (zh) 磁电机、磁电机工作数据确定系统及方法
JP6967040B2 (ja) 電気角算出装置、電気角算出方法およびプログラム
Li et al. Variable-reluctance resolver rotor design based on FEA and Matlab co-simulation

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