CN103107752B - 用于驱动马达的转子的位置识别 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测定驱动马达（2）的转子用的位置数据的方法，所述方法具有如下步骤：‑借助用于不同检测方向的磁场传感器（8）基于磁场来测定至少两个检测信号；‑测定检测信号的曲线走向的交点的时刻；‑由检测信号的曲线走向的交点的、被测定的时刻来确定位置数据。

Description

用于驱动马达的转子的位置识别

技术领域

本发明涉及一种马达系统且尤其涉及一种用于测定驱动马达的转子的位置的措施。

背景技术

对马达系统的紧凑结构来说，控制设备和驱动马达彼此通常以比较紧凑的方式布置。这尤其同样适用于电子整流的电动机，因为在那里设置了用于触发定子线圈的逻辑电路并且此外通常必须实现对转子位置的传感技术方面的检测。

为了检测转子位置，通常使用磁场传感器、例如霍尔传感器等，该传感器基于驱动马达的转子的运动借助于电产生的电压信号来检测磁场变化。例如，在转子电机中转子轴可以具有环形磁体，该环形磁体移动经过磁场传感器并在那里相应于由于运动而引起的磁场变化而产生电信号。此外，如此获得的转子位置识别的信号还可以用在用于测定转子速度的外部控制设备中，以便提供其它的功能，例如当用在车窗玻璃升降器驱动装置中时用于实现防卡夹功能。

所用的磁场传感器通常和其它部件一起布置在导体板上，尤其借助于SMD回流工艺（SMD－Reflow－Verfahren）焊接在导体板上。通过将磁场传感器牢固地集成在控制设备的导体板上，使导体板的布置相对于驱动马达固定地设置。由此在构造具有驱动马达和相应的控制设备的马达系统时，自由度由磁场传感器限制，因为磁场传感器相对于待检测的磁场必须以确定的指向布置。

此外，目前为止磁场传感器必须相对于发生器磁体以确定的指向布置并且必须以确定的距离、即在与发生器磁体的最大距离的区域内布置，从而可以通过阈值比较进行信号交替。如果磁场传感器的位置与发生器磁体的距离过大，那么可能达不到阈值且不能分析检测信号。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种可能性，即在不限制借助于磁场传感器识别检测信号的可靠性的情况下，实现控制设备在马达系统中的更灵活的布置。

该目的通过根据权利要求1所述的用于检测位置信号的方法来实现，通过根据并列权利要求所述的控制设备以及马达系统来实现。

在从属权利要求中给出了本发明的其它有利的设计方案。

根据第一方面，设计了一种用于测定驱动马达的转子的位置数据的方法。该方法具有如下步骤：

-借助用于不同检测方向的磁场传感器基于磁场来测定至少两个检测信号；

-测定检测信号的曲线走向的交点的时刻；

-由检测信号的曲线走向的交点的、被测定的时刻来确定位置数据。

上述方法的主题在于，通过设置多个磁场传感器来实现在驱动马达的磁场传感器上灵活地布置控制设备。磁场传感器具有不同的灵敏度方向，从而在磁场发生器上的布置中两个磁场传感器提供相应于磁场变化的电检测信号。通过使用两个磁场传感器在马达系统中的布置，通常得到两个磁场传感器的正弦形的检测信号，该检测信号彼此具有相位差。与单个的检测信号的振幅无关，检测信号的曲线走向的交点的时刻可以定义驱动马达的转子的确定位置。

当设置具有不同的检测方向的两个磁场传感器时，通过这种方式可以在不考虑磁场传感器与磁场发生器的距离或其取向的情况下来确定转子的位置。这实现了在磁场传感器相对于磁场发生器的布置方面更大的灵活性，且转子位置的确定在磁场发生器的距离和磁场强度方面变得对于公差更加不灵敏。此外，在使用多个磁场传感器时，其布置的自由度被显著提高，因此检测的牢固性不再与布置相关。

此外，可以测定检测信号的差值或商值的符号变换的时刻作为检测信号的曲线走向的交点的时刻。

根据一种实施方案，可以产生位置信号，所述位置信号的信号沿对应于交点的时刻。

也可以设计为，位置数据通过累积位置信号的信号沿来产生。

根据另一个方面，设置了用于测定驱动马达的转子的位置数据的控制设备，所述控制设备包括：

-磁场传感器，所述磁场传感器沿不同的检测方向取向以用于检测磁场并且设计用于基于磁场产生至少两个检测信号；

-装置，其用于测定检测信号的曲线走向的交点的时刻且用于由所述检测信号的曲线走向的交点的、被测定的时刻来测定位置数据。

根据另一个方面设置了马达系统，其包括：

-驱动马达；

-磁场发生器，其布置在驱动马达的转子轴上；和

-上述控制设备。

附图说明

下面参考附图详细描述本发明的优选实施方案。附图示出了：

图1示意性示出了具有驱动马达和相应的用于触发驱动马达的控制设备的马达系统；

图2示出了用于图1的马达系统的控制设备的导体板的俯视图；和

图3示出了用于阐明在图1的控制设备中磁场传感器的检测信号的信号-时间-图表。

具体实施方式

图1示意性示出了具有驱动马达2和控制设备3的马达系统1。控制设备3具有导体板4和布置在其上的元件、例如微型控制器5等。

例如，驱动马达2可以设计为电动机，尤其为电子整流的电动机，其中为了电触发定子线圈（未示出），必须检测转子轴6的状态或者说位置，以便能够通过为定子线圈适合地通电流而执行驱动马达2的触发。控制设备3的微型控制器5可以借助于说明转子轴6的位置的转子位置数据来规定用于定子线圈的适合的整流，也就是说在每个时刻以适合的方式为定子线圈通电流。

磁场发生器7设置在转子轴6上，其提供了沿径向方向延伸的磁场。通常如此设计该磁场发生器7，使得当转子轴6旋转时磁场发生器在其周围区域中引起具有强度变化且符号变换的磁场。磁场发生器7优选设计为磁体环，该磁体环沿其周向具有不同极性的交替的区域。由于转子轴6的旋转，在磁场发生器7周围的磁场的强度和方向变化。

此外，导体板4具有磁场传感器8，磁场传感器例如可以设计为霍尔传感器、GMR传感器、电线圈等。

此外，导体板4具有插塞连接件9，以便建立与驱动马达2的定子绕组和导体板4的电连接。

实践中有利的是，为了将马达系统1安装到整体系统中，在关于驱动马达2相对布置控制设备3的导体板4时提供了较高的灵活性。然而，对于仅具有一个灵敏度方向的唯一的磁场传感器来说，布置的自由度受到限制，并且在磁场发生器7和磁场传感器8之间的距离的略微增大已经导致在磁场传感器8中检测到的电信号（大多是电压信号）的强度显著减小，且可能降低至检测阈值之下，从而不能再可靠地检测转子轴6的运动。通常下述情况是必要的：控制设备3或磁场传感器8以定义的取向和定义的距离而精确地布置在驱动马达2上。

为了在控制设备3布置在驱动马达2上时、尤其关于在磁场传感器8和磁场发生器7之间的距离而增大自由度，替代一个磁场传感器8而设置了两个具有不同的灵敏度方向的磁场传感器8。磁场传感器8的灵敏度方向可以形成90°角或其它角度，从而使磁场传感器8的灵敏度方向明显彼此不同，也就是说从而在灵敏度方向之间形成至少为20°的夹角。

在此前的方法中，通过由磁场传感器8提供的检测信号与预先给定的电压阈值进行的阈值比较而确定转子轴6的位置，以便产生脉冲，该脉冲被累积并计数且形成相应的位置数据，与上述方法不同的是：当使用两个具有不同检测方向的磁场传感器8时，通过持续比较两个检测信号的瞬时值来确定脉冲。

在图2中示出了控制设备3的导体板4的俯视图。可以看到两个并排布置的磁场传感器8，其检测方向彼此错开90°，且通过双箭头表示。磁场传感器8的布置优选如此选择，使得磁场传感器8布置在导体板4的边缘上，以便实现导体板4相对于磁场发生器7的自由的倾斜，而在磁场发生器7和磁场传感器8之间的距离不能如此之大，使得不能再检测到可分析的检测信号。

通常，检测信号当在旋转的驱动马达2中使用时具有正弦形的曲线走向和彼此的相位差（Phasenversatz）。在图3的信号-时间-图表中描述了通过磁场传感器8检测到的模拟检测信号的曲线走向。如在图表中看出，在转子轴6的每一转中检测信号的曲线走向具有固定预定数量的交点S。交点S的时刻分别对应于转子轴6的预定的位置，而与检测信号的强度或振幅无关。

因此，为了确定交点S可以设置：例如在控制设备3的微型控制器5中使两个检测信号彼此进行比较，并且在当前的检测信号的值之间出现符号变换时产生用于位置信号的信号沿。然后可以累积位置信号的信号沿，以便得到用于转子轴6的位置数据。信号沿的时间间隔表示关于转子轴6的转速的数据。

控制设备3的微型控制器5还可以用于信号整备。例如，微型控制器5可以包含数字信号处理器，以便例如执行被检测的信号等的温度稳定化。

特别是，磁场传感器8与距磁场发生器7能以不同的距离布置，从而得到检测信号的不同振幅。

基于结构也可以设计为，磁场传感器8布置为彼此贴近或者设计为一体。由此确保了：磁场传感器与磁场发生器7具有大致相同的距离。则检测信号具有大致相同的振幅。在这种情况下，替代两个检测信号的比较还可以由检测信号形成商值（Quotient）。商值的符号变换则导致位置信号的相应的信号沿。

Claims (10)

1.用于测定驱动马达（2）的转子的位置用的位置数据的方法，所述方法具有如下步骤：

借助用于不同检测方向的磁场传感器（8）基于磁场来测定至少两个检测信号；

测定所述检测信号的曲线走向的交点的时刻；并且

由所述检测信号的曲线走向的交点的、被测定的时刻来确定位置数据，

其中在转子轴（6）上安置一个唯一的磁场发生器（7），该磁场发生器提供一种沿着径向方向延伸的磁场，

其中所述磁场传感器具有不同的灵敏度方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其中测定所述检测信号的差值或商值的符号变换的时刻作为所述检测信号的曲线走向的交点的时刻。

3.根据权利要求2所述的方法，其中由控制设备（3）的微型控制器（5）产生了位置信号，所述位置信号的信号沿对应于所述交点的时刻。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述位置数据通过累积所述位置信号的信号沿来产生。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测信号在数学意义上持续延伸。

6.根据权利要求2所述的方法，其中所述检测信号的曲线走向为正弦形或余弦形。

7.用于测定驱动马达（2）的转子的位置数据的控制设备（3），所述控制设备包括：

磁场传感器（8），所述磁场传感器沿着不同的检测方向取向，以用于检测磁场，并且设计用于基于磁场来产生至少两个检测信号；

装置（5），其用于测定检测信号的曲线走向的交点的时刻且用于由所述检测信号的曲线走向的交点的、被测定的时刻来测定位置数据，

其中在转子轴（6）上安置一个唯一的磁场发生器（7），该磁场发生器提供一种沿着径向方向延伸的磁场，

其中所述磁场传感器具有不同的灵敏度方向。

8.根据权利要求7所述的控制设备（3），其特征在于，磁场传感器（8）的多个传感的传感器面彼此形成一角度。

9.根据权利要求8所述的控制设备（3），其特征在于，磁场传感器（8）的多个传感的传感器面布置在一共同的电子组件中。

10.马达系统（1），包括：

驱动马达（2）；

磁场发生器（7），其布置在所述驱动马达（2）的转子轴上；

根据权利要求7或8所述的控制设备（3）。