CN105379103A - 采用线圈电感确定法的装置以及用于操作该装置的方法 - Google Patents

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CN105379103A CN201480038391.4A CN201480038391A CN105379103A CN 105379103 A CN105379103 A CN 105379103A CN 201480038391 A CN201480038391 A CN 201480038391A CN 105379103 A CN105379103 A CN 105379103A
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Abstract

本发明涉及一种装置(2)，其包括具有定子(6)、电枢尤其是转子(8)、至少一个线圈(12a-f、40、58、104)的电动电机(4)，其中，装置(2)还包括检测部件(16、18a-c、114)，其配置为通过测量电机(4)的操作期间与线圈(12a-f、40、58、104)有关的至少一个电学量以确定线圈(12a-f、40、58、104)的电感L。本发明还涉及一种用于操作该装置(2)的方法，其中，装置(2)的检测部件(16、18a-c、114)通过测量电机(4)的操作期间与线圈(12a-f、40、58、104)有关的至少一个电学量以确定线圈(12a-f、40、58、104)的电感L和/或作为线圈(12a-f、40、58、104)的电感L的函数的电枢的位置。

Description

采用线圈电感确定法的装置以及用于操作该装置的方法
技术领域
本发明涉及一种包括具有定子、电枢尤其是转子、至少一个线圈的电动电机的装置。本发明还涉及一种用于操作该装置的方法。
背景技术
电动电机(尤其是无刷DC电机)在医疗设备中用作激励器。例如，可以在液体给药设备中提供电动电机，以激励药品交付。交付给病患的药品的剂量可以于是直接取决于电机旋转，从而电机旋转的精确控制对于这些应用是关键。用于电机控制的输入信号通常是在本领域中一般以电机上的附加传感器以光学或磁方式所估计的电枢的位置。然而，附加传感器需要附加组件并且因此增加成本。由于额外组件可能产生附加功能失效，因此它们也可能连累设备对于故障的鲁棒性。
存在使用电动势测量法的已知的较少传感器的电机控制系统。电动势的测量法对于高速度(高rpm)运作得良好，但对于低速度(低rpm)电机较差。然而，对于一些应用(例如给药设备)，也必须以低速度精确地控制电机。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在低速度也具有精确电机控制的受电机驱动的装置，其不需要附加传感器。
该目的通过一种装置至少部分地得以解决，装置包括：电动电机，其具有定子、电枢(尤其是转子)、至少一个线圈，其中，装置还包括检测部件，其配置为通过测量在电机的操作期间与线圈有关的至少一个电学量以确定线圈的电感L。通过提供这种检测部件，线圈电感L是可在电机操作期间确定的，并且可以据此计算电机的操作参数(例如当前电枢位置)。
该目的进一步通过一种用于操作该装置的方法至少部分地得以解决，其中，装置的检测部件通过测量在电机的操作期间与线圈有关的至少一个电学量以确定线圈的电感L和/或作为线圈的电感L的函数的电枢的位置。
我们发现，通过确定在电机操作期间的线圈电感L，可以对于例如在给药设备中的应用足够精确地确定电枢位置。此外，通过测量与线圈有关的电学量而不使用附加感测部件(比如例如另外用于例如控制电枢位置的光学或磁传感器)，电感L被发现为在操作操作期间是可确定的。
装置包括电动电机，其具有定子、电枢、至少一个线圈。电动电机可以是具有定子、转子的旋转式电机，但也可以是具有定子、线性移动电枢的线性电机。具体地说，电机可以是医疗设备中经常使用的DC电机(尤其是无刷DC电机)。电机可以受线路电流或移动功率模块(例如电池)供电，并且受控于例如脉宽调制。电机的线圈服务于在电机内生成磁场，并且可以置于定子或电枢上。在旋转式电机的情况下，线圈可以例如置于转子上。
电机优选地配置为以0.01与20000rpm之间，优选地0.1与1000rpm之间，更优选地1与10rpm之间的速度工作。该电机速度典型地用在例如医疗交付设备中。
装置还包括检测部件。这些检测部件可以例如包括连接到用于操作电机的电路的电路。例如，检测部件可以包括集成电路或模拟电子器件或其组合。检测部件配置为确定线圈的电感L。线圈的电感L一方面取决于预定线圈参数(例如绕组的的数量、线圈的尺寸、线圈核心等)，另一方面取决于线圈环境的(时间依赖性)磁特性(例如尤其是线圈对于电枢的相对空间定向、装置(尤其是电机)的永磁体和/或其它铁－、超－或抗磁组件)。电感L随着时间的变化因此包含关于电枢位置(即关于线圈对于电枢的相对空间定向(如果线圈处于定子上)或关于线圈对于定子的相对空间定向(如果线圈处于电枢上))的信息。
检测部件配置为通过测量与线圈有关的至少一个电学量以确定线圈的电感L。电学量可以具体地是线圈的放电电流(线圈电流)和/或线圈上的电压(线圈电压)。例如，检测部件可以包括用于测量电压的相应电流的安培计电路或伏特计电路。至少一个电学量待在电机操作期间受测量。因此，检测部件必须如此配置以允许在电机操作期间的测量。具体地说，检测部件包括控件，其配置为在电机操作期间执行测量。电机操作在该上下文中尤其表示电枢处于运动中，例如，旋转式电机的转子相对于定子旋转。
以下将描述装置和方法的其它实施例。即使仅关于这些实施例之一描述它们，它们的的特征和优点也理解为同样应用于装置和方法。
根据装置的实施例，检测部件进一步配置为确定作为在电机的操作期间(尤其是当电枢处于运动中时)的线圈的电感L的函数的电枢的位置。由于线圈电感L尤其是线圈对于电枢、磁体、线圈环境中的组件的空间相对位置的函数，因此可根据时间依赖性电感L确定电动电机的电枢位置。在具有置于定子上的线圈的旋转式电机的情况下，转子旋转例如改变转子上的磁体对于定子上的线圈的相对位置，由此影响线圈电感L，从而可通过线圈电感L的时间依赖性测量确定转子位置。
可以通过计算机仿真、分析、实验性测量或其任何组合关于特定电机几何形状确定线圈电感L与的电枢位置之间的特定关系。例如，线圈电感与电枢位置之间的关系可以存储在装置的存储部件上的查找表中，从而在操作期间，可以通过对查找表与当前线圈电感测量进行比较推断当前电枢位置。
应理解，对于确定作为线圈电感L的函数的电枢位置，通过例如将电感L的实际值存储为特定存储器位置中的变量，无需首先明确计算和/或输出该值。此外，电感L的确定可以暗含地或明确地合并到电枢位置的确定中，从而电感L的值可以仅显现为公式的部分，以确定电枢位置。例如，作为电学量的函数的电感L的关系式可以插入到作为线圈电感L的函数的电枢位置的关系式，产生作为电学量的函数的电枢位置的关系式。
根据装置的实施例，装置还包括脉宽调制(PWM)电路，其配置为控制电动电机，其中，脉宽调制电路配置为在充电时间段Ton期间将线圈连接到电压源，并且在放电时间段Toff期间将线圈与电压源断连，并且其中，检测部件配置为确定在放电时间段Toff期间来自线圈的放电电流。
根据方法的对应实施例，电动电机受控于PWM，并且检测部件确定在PWM的至少一个放电时间段Toff期间来自线圈的放电电流。
PWM是一种对于电机控制广泛使用的方法，其中，通过以快速步速打开并且关闭电压源与电机之间的一个或多个开关开关控制馈送到电机的电压(或电流)的值，从而打开时段Ton与关闭时段Toff相比越长，提供给电机的功率越高。PWM是相对节能的，允许电机的恰当控制，并且可以极大地集成在数字电子器件中。用于PWM的电子开关可以是例如晶体管、IGBT或MOSFET。
然而，归因于PWM将一个或多个开关从关闭到打开或反之亦然的PWM的高频率，由于测量受PWM频率及其谐波干扰，因此这是对于确定关于在操作期间的电动电机的信息的挑战。PWM时段(即从关闭到打开的两个连续切换之间的时间段(其等于一个Ton和一个Toff时段之和))优选地处于0.2ms与100ms之间，更优选地处于0.4ms与10ms之间(例如大约一毫秒)。
我们发现，通过确定在PWM的放电时间段Toff期间来自线圈的放电电流，线圈电感L的精确测量是可能的。
在Ton时间段期间，线圈连接到电压源，从而通过线圈的电流逐渐增加。当PWM从Ton切换到Toff时，电压源与线圈断连，线圈反而与具有总电阻R的放电电路连接，从而线圈放电，并且通过线圈的电流再次逐渐降低。通过线圈的增加和降低电流分别称为充电电流和放电电流。
根据装置的实施例，检测部件配置为确定用于从第一给定电流值降落到第二给定电流值的来自线圈的放电电流的时间长度。
根据方法的对应实施例，检测部件确定从第一给定电流值降落到第二给定电流值的用于来自线圈的放电电流的时间长度。
在Toff时段期间的电流降低通常由放电电流公式给出：
I(t)＝I0·exp(-t·R/L)，(1)
其中，I(t)是时间依赖性放电电流，I0是在相应间隔Toff的开始时的线圈电流，R是线圈放电的放电电路的电阻，L是线圈电感，t是自从线圈放电(即自从具体地在相应间隔Toff的开始时线圈连接到放电电路)所经过的时间。
通过两个给定的成对值(t1，I(t1))，(t2，I(t2))，可以通过以下公式计算电感L：
L = Δ t · R ln ( I 1 / I 2 ) , - - - ( 2 )
其中，Δt＝t2-t1，R是线圈放电的电阻。因此，可以根据放电电流从第一给定电流值I1降落到第二给定电流值I2的时间间隔Δt的长度确定L。
第一和第二电流值I1和I2可以例如给出为在相应时间段Ton的开始时的最大放电电流I0的百分比。例如，第一和第二电流值可以分别选择为I0的100％和80％。当然，也可以设置小于I0的100％(例如90％)的I1。
根据装置的实施例，检测部件配置为使得来自线圈的放电电流泄漏通过包括至少一个电阻器的可变电阻电路所提供的可变电学电阻，其中，可变电阻电路可调整为提供至少两个不同电学电阻值。具体地说，检测部件可以进一步配置为关于至少两个不同电学电阻值中的每一个确定可变电阻电路的至少一个电阻器上的电压。
根据方法的对应实施例，检测部件至少两次使得来自线圈的放电电流泄漏通过包括至少一个电阻器的可变电阻电路所提供的可变电学电阻，并且测量可变电阻电路的至少一个电阻器上的电压，其中，在第一时间，可变电阻电路提供第一电学电阻值，并且其中，在第二时间，可变电阻电路提供不同的第二电学电阻值。
为了根据公式(2)十分精确地确定线圈电感L，放电电路的总电阻必须是具有高精度的已知的。由于该电阻可能是未知的或并非足够精确地已知的，因此这有时是问题。前面所描述的装置和方法的实施例允许即使总电阻R的绝对值是未知的也精确地确定电感L。
设R1是可变电阻电路所提供的第一并且R2是第二电学电阻值。线圈放电的放电电路的相应总电阻值于是由Ra＝R+R1和Rb＝R＝R2给出，其中，R是与可变电阻电路的第一或第二电阻串联的放电电路的未知(或不精确地已知的)附加电阻。
根据公式(2)，以下公式应用于针对可变电阻电路的两个电学电阻值中的每一个的时间测量：
L a = Δt a · R a l n ( I 1 / I 2 ) , L b = Δt b · R b l n ( I 1 / I 2 ) , - - - ( 3 , 4 )
在当在与电机速度相比相对短的时间段内确定La和Lb二者时得以实现的La≈Lb的假设下，可以通过组合公式(3)和(4)消除未知的或不精确地已知的电阻R，从而可通过以下公式根据相对差ΔR＝Rb-Ra确定L：
L = Δt a · Δt b · Δ R ( Δt a - Δt b ) · ln ( I 2 / I 1 ) . - - - ( 5 )
因此，公式5中的电感L不取决于未知的电阻R，而是仅取决于可变电阻电路的第一与第二电学电阻值之间的已知的差ΔR。
可变电阻电路可以例如包括电位计或具有不同电阻的两个并联子电路，其中，每次开关可选择两个子电路之一。具体地说，可变电阻电路可以包括至少两个电阻器的串行连接，其中，这些电阻器之一可以通过开关短路。
可以在单个Toff时段中或在分离的Toff时段中(例如在两个连续的Toff时段中)测量用于可变电阻电路的两个不同电学电阻值的放电电流和时间段。
根据方法的实施例，在可变电阻电路提供第一电学电阻值的同时检测部件确定用于从第一给定电流值降落到第二给定电流值的来自线圈的放电电流的第一时间长度，并且在可变电阻电路提供第二电学电阻值的同时检测部件确定来自从第三给定电流值降落到第四给定电流值的来自线圈的放电电流的第二时间长度，并且检测部件确定作为第一和第二时间长度的函数的线圈的电感L和/或电枢的位置。该实施例允许例如在单个Toff时段期间执行两次测量，从而可以在非常短的时间中精确地确定线圈电感L。
根据装置的实施例，PWM电路包括至少一个电开关，以有选择地将电机连接到电压源，并且开关包括两个MOSFET的反相串联连接。
MOSFET可以用作用于PWM控制的电开关，以将线圈与电压源连接并且断连。然而，MOSFET具有寄生二极管行为，从而在放电时间段Toff部分或来自线圈的整个放电电流期间可以在打开的MOSFET开关而非所指定的放电电路上流动。通过对于一个开关提供两个MOSFET的反相串联连接减少或甚至防止这种在MOSFET开关上的寄生放电电流泄漏。具体地说，两个MOSFET的反相串联连接可以用于PWMH电桥的低侧开关。
两个MOSFET的反相串联连接理解为表示两个MOSFET是串行连接的，其中，两个n沟通或两个p沟通MOSFET的相应源极/漏极之一彼此连接，或其中，n沟通MOSFET的源极/漏极分别与p沟通MOSFET的漏极/源极串行连接。归因于当MOSFET打开时反相串联连接在任一方向上提供反型pn结，两个MOSFET的这种组合消除寄生二极管行为，因此阻挡来自线圈的放电电流。
根据装置的实施例，装置包括：处理部件；存储部件，其包含对处理部件运行使得根据上述实施例的方法得以执行的命令。
处理部件可以例如包括集成电路(尤其是处理器)，或模拟或半模拟电子器件或其任何组合。存储部件可以包括易失性、永久或瞬时存储部件(例如RAM、ROM、硬盘、闪存等)。
通过前面所描述的实施例，装置可以根据预定方法操作，在根据本公开的方法及其实施例的上下文中描述其优点，从而对此进行参照。
根据装置的实施例，装置是医疗设备，尤其是给药设备。精确电机控制对于医疗设备(并且更尤其是对于给药设备)是尤其重要的，其中，例如，交付到病患的药品的量取决于电机旋转。通过根据该实施例的装置，可以通过电机的电枢位置精确地控制电机速度，并且随之改进所交付的药剂的可靠性和精度。
根据装置的实施例，装置是手持设备。手持设备的电机通常由电池供电，并且使用节能PWM控件。因此，上述装置的实施例具体地适合于这些手持设备。
附图说明
现结合示例性实施例解释装置和方法的其它特征和优点，其中，对附图进行参照。
在附图中：
图1a示出包括具有三个成对定子线圈的旋转式电机的装置的示例性实施例的示意图，
图1b示出用于图1a中的电机的三个线圈的时间依赖性电感的示意性曲线图，
图2示出根据装置的实施例的具有通用电路的示意性电路图，
图3示出根据图2的普遍电路的更具体的实现方式的示意性电路示图，
图4a-图4b示出说明PWM受控电动电机(例如图1中的电机)的线圈充电和放电电流，
图5a示出说明用于两个不同电学电阻上的线圈放电电流衰减的两个PWM周期上的时间长度测量的曲线图，
图5b示出说明用于两个不同电学电阻上的线圈放电电流的一个PWM周期上的替选时间长度测量的曲线图，以及
图6示出根据本公开的具有检测部件的替选实现方式的示意性电路示图。
具体实施方式
图1a示出根据本公开的装置的示例性实施例的示意图。装置2包括电动电机4，其在该示例中是具有定子6、作为电枢的转子8的旋转式电机。第一成对线圈12a+d、第二成对线圈12b-e、第三成对线圈12c+f置于定子6上，并且永磁体14置于电机4的转子8上。
线圈12a-f的电感La-f是对于磁体14的相对空间位置的函数，并且据此是表示为图1a中所描述的角度的转子8相对于定子6的角度位置的函数。
图1b示出用于三个相邻线圈12a-c的角度依赖性电感La-c的示意性曲线图。当线圈的磁场直接与磁体14的磁场相反时(即当磁体14与线圈成直线并且具有相反极性从而两个磁北极或两个磁南极彼此面对时)，线圈的电感最高。对于线圈12a，针对0°、180°、360°的角度情况如此，从而图1b示出在这些角度处的La的电感最大值。归因于定子6上的线圈12c和12e的对应位置，Lb和Lc的电感最大值偏移达60°和120°。
装置2包括检测部件16，其具有第一、第二、第三电感检测部件18a-c，其配置为确定在操作期间(即当每个转子8处于运动中时)的线圈12a、12c、12e的这些角度依赖性电感La-c。归因于线圈电感的角度依赖性，电流转子位置可以计算为所测量的线圈电感中的一个或多个的函数。为此，装置2还包括：处理部件20、存储部件22，其中，关于电感La-c的角度依赖性的信息以查找表的形式存储在存储部件22中，并且其中，处理部件20配置为对电感检测部件18a-c所确定的电感La-c与查找表进行比较，以确定转子8的角度位置。
因此所确定的转子8的电流角度位置可以于是用于例如控制电机4的速度。
现将参照图2示出电感检测部件18a-c的可能实现方式。
图2示出用于确定线圈的电感L的通用电路32的示意图。电路32的左边子电路34表示电机控制的部分，电路32的右边子电路36表示电感检测部件(比如图1中的电感检测部件18a-c)。
子电路34包括作为电压源的可通过电子开关42连接到电动电机的线圈40的DC电压源38。线圈40可以置于电枢或电机的定子上(例如比如图1a中的定子线圈12a-f之一)。
电机受控于操作开关42的PWM电路(未示出)，从而线圈40在充电时间段Ton期间连接到电压源38，而在放电时间段Toff期间与电压源38断连。
至少在放电时间段Toff期间，线圈40可连接到子电路36，从而可以通过以子电路36测量与线圈有关的电学量在这些时段期间确定线圈40的电感。
在图2所示的示例中，子电路36配置为确定通过开关42从线圈40泄漏到子电路36的放电电流作为与线圈有关的电学量。为此，子电路36包括：电阻电路，其优选地是可以提供至少两个不同电学电阻值的可变电阻电路44；以及电压测量电路46，其用于确定(图2所示的)电阻电路44或电阻电路44的至少一个电阻器上的电压。通过凭借电压测量电路46的电压测量，可以于是根据欧姆定律I＝U/R确定泄漏通过电阻电路44的放电电流，其中，分别地，I是放电电流，U是所测量的电压，R是电阻电路44或电阻电路44的至少一个电阻器的电阻。
在操作期间，当开关42在时间段Ton处于在位中时(如图2所示)，线圈40连接到电压源38，从而逐渐增加的充电电流从电压源38流到线圈40。当开关42在时间段Toff期间处于离位中时，逐渐降低的放电电流通过电阻电路44流出线圈40。放电电流I(t)的时间依赖性对应于上述公式(1)。
通过测量放电电流I(t)从第一给定值I1下落到第二给定值I2的时间长度Δt，通过上述公式(2)确定线圈40的当前电感L。
通过可变电阻电路44(如图2所示)，即使放电电路的绝对电学电阻值是未知的或并不精确地已知的，也可以精确地确定电感L。为此，可变电阻电路44受控，以一个接一个地提供两个不同电学电阻值Ra和Rb，并且对于每种情况，测量放电电流从第一给定值下落到第二给定值I2的相应时间长度Δta和Δtb。然后通过上述公式(5)确定线圈40的电感L。
实验已经示出，以此方式，可以在大约1％的误差边际的情况下确定线圈电感L。对于电感L＝500μH和配置为ΔR＝1Ω并且I1/I2＝1.1的子电路36，用于每个电阻值R1、R2的从I1下落到I2的放电电流的时间测量产生以下结果：Δta＝17.04μs，Δtb＝12.52μs。应用公式(5)产生距500μH的真实电感值小于1％误差的大约495.2μH的电感。
图3是用于确定线圈的电感L的电路52的更具体的实现方式的示意性电路示图。
电路52的左边子电路54再次表示电机控制的部分，电路52的右边子电路56表示电感检测部件(比如图1中的电感检测部件18a-c)。
子电路54包括电动电机的线圈58，其可经由包括两个上电子开关64a-b和两个下电子开关64c-d的H电桥62连接到DC电压源60。通过H电桥62，线圈58可以在任一方向上连接到DC电压源60。
通过关闭例如开关64a和64d并且打开开关64c和64b，来自电压源60的电压可以提供给线圈58，从而充电电流流过线圈58。通过打开开关64a和64d并且关闭开关64c和64b，具有相反极性的电压可以提供给线圈58。通过打开上开关64a和64b，线圈58也可以与电压源60断连。
电机受控于可以操作开关64a-d的PWM电路(未示出)。具体地说，PWM电路操作开关64a，从而线圈58在充电时间段Ton期间连接到电压源60，并且在放电时间段Toff期间与电压源60断连，而线圈58在每种情况下经由开关64d连接到大地。对于电机旋转的相反方向，PWM电路可以替代地操作开关64b，从而线圈58在充电时间段Ton期间连接到电压源60，并且在放电时间段Toff期间与电压源60断连，而在每种情况下线圈58经由开关64c连接到大地。
线圈58的两个端子通过可以是例如肖特基PN二极管的两个二极管68a-b以及检测线路66连接到子电路56。在放电时间段Toff期间(当两个上电子开关64a-b打开时)，放电电流在向前方向上通过二极管68a-b之一从线圈58的一个端子流到子电路56。该特定二极管的高侧开关64a-b和低侧开关64c或64d受控为打开，而另一低侧开关64d或64c关闭，以将线圈58的相反端子连接到大地电势。以此方式，线圈58的放电电流可以独立于线圈极性泄漏到子电路56。低侧开关64c-d配置为没有寄生二极管，从而线圈不通过大地短路。例如，开关64c-d可以均实现为两个MOSFET的反相串联连接。
子电路56配置为根据上述公式(5)确定线圈58的电感L。为此，子电路56包括：可变电阻电路70，其可以提供两个不同电学电阻值Ra和Rb；以及电感确定电路80。该电感确定电路80配置为测量通过Ra或Rb泄漏的相应放电电流分别耗费于从第一给定值I1下落到第二给定值I2的时间长度Δta和Δtb。
可变电阻电路70包括两个电阻器72、74的串行连接，其中，开关76与电阻器72并行连接。当开关76打开时，可变电阻电路70的总电阻值Ra给出为Ra＝R1+R2，当开关76关闭时，可变电阻电路70的总电阻值Rb给出为Rb＝R2。从公式(1)可见，放电电路的电阻越低，放电电流降低得越快。因此，当开关76关闭时，来自线圈58的放电电流降低得更快。
电感确定电路80连接到两个电阻器72、74和开关76的连接点78，其中，在该连接点78处的电压通过欧姆定律I＝U/R2与放电电流有关(电感确定电路80具体地配置为具有高内部电阻，从而放电电流I(t)基本上完全泄漏通过电阻器R2)。
电感确定电路80包括比较器88，其用于将开始和停止信号提供给时钟90，以随后测量用于可变电阻电路70的电阻值Ra和Rb的时间长度Δta和Δtb。
在图3所示的示例中，比较器88配置为触发时钟90以一旦放电电流在时间段Toff的开始时泄漏通过子电路56就开始时间测量。因此，该示例中的第一电流值I1等于最大放电电流值I0。通过包括两个电阻器84a-b的串行连接的电压分压器82定义第二电流值，两个电阻器84a-b的连接点86可通过开关90连接到比较器88。开关90和电阻器92提供采样和保持功能以通过电阻器84a和84b以固定比例偏置比较器88，以定义对应于放电电流I2的电压阈值。
现将参照图4a-图4b以及图5描述图3所示的电路52的操作。
在包括线圈58的电机的操作期间，PWM控件在时间段Ton期间将线圈58连接到电压源60，从而流过线圈58的电流逐渐增加(充电电流)，并且在时间段Toff期间将线圈58与电压源60断连，从而流过线圈58的电流通过可变电阻电路70流动，并且由此逐渐降低(放电电流)。在图4a-图4b中，对应于曲线图的右边纵坐标的矩形信号示出时间段Ton与Toff之间的PWM切换。图4a示出20％的PWM占空周期，图4b示出90％的PWM占空周期，其中，Ton的长度分别是对应于Ton+Toff的一个完整PWM周期的20％或90％。通常，完整PWM周期的Ton的比例越高，传送到电机的功率越高。
图4a-图4b还示出线圈的充电和放电电流。在Ton期间，线圈连接到电压源，并且逐渐增加的充电电流流过线圈。在Toff期间，线圈反而连接到放电电路，从而放电电流再次逐渐降低。对于图4b所示的90％的PWM占空周期，时间段Toff对于线圈的完全放电太短，从而下一Ton时段在电流偏移的情况下开始，并且在Toff的开始时的最大电流值I0从一个PWM周期到另一PWM周期逐渐增加。
时间段Toff用于通过子电路56确定线圈58的电感L。在第一时间段Toff,a期间，开关76受控为打开，从而放电电流通过可变电阻电路的求和电阻Ra＝R1+R2放电。在后续第二时间段Toff,a期间，开关76受控为关闭，从而放电电流通过求和电阻Rb＝0+R2放电。图5a示出在两个连续时间段Toff,a(图5a中的左边)和Toff,b(图5a中的右边)期间的放电电流。由于Rb<Ra，因此放电电流与第一时间段Toff,a相比在第二时间段Toff,b期间衰减得更快。
在每个时间段Toff,a和Toff,b的开始时，时钟90受触发，以分别启动时间测量Δta和Δtb，从而在该示例中用于时间测量的第一给定电流值I1设置为等于最大放电电流I0。
同时，开关90关闭但达一时刻，以归因于电压分压器82等于在相应时间段Toff的开始时在连接点78处的电压的所定义的比例而将电压偏置提供给比较器。在相应时间段Toff的开始时在连接点78处的电压对应于最大放电电流I0。在比较器88处所提供的电压偏置对应于最大放电电流I0的相应比例I2。例如，如果电阻器84a的电学电阻值设置为电阻器84b的电学电阻值的25％，则在比较器88处的电压偏置设置为在连接点78处的相应电压的80％，其于是对应于最大放电电流I0的80％的放电电流值I2。
优选地将I1和I2设置为电流PWM周期的I0的比例，而不是使用固定电流值，因为这考虑例如图4b所示的示例从一个PWM周期到另一PWN周期在高PWM占空周期处的I0的可能增加。
一旦放电电流并且随之在连接点78处的电压降落到比较器88处的电压偏置所给定的阈值之下，比较器88就触发时钟90以停止时间测量。
在确定两个时间长度Δta和Δtb之后，可以通过处理部件(未示出)根据公式(5)计算线圈58的电感L。由于公式(5)不取决于放电电路的绝对总电阻值，而是取决于差ΔR＝Rb－R3＝-R1，因此即使放电电路的总电阻是未知的或不精确地已知的，也可以计算线圈电感L。
图5b示出说明在单个PWM周期上的时间长度Δta和Δtb的替选测量的曲线图。在PWM周期的时间段Toff期间，可变电阻电路70首先设置为提供电学电阻值Ra，并且用于从给定电流值I1,a到I2,a降低的放电电流的Δta的时间测量得以执行。在该时间测量的结束之后，可变电阻电路70切换为提供电学电阻值Rb，并且Δtb的第二时间测量得以执行，以用于进一步从给定电流值I1,a到I2,b降低的放电电流。
通过选择I1,1、I2,a、I1,b、I2,b，从而I1,1/I2,a＝I1,b/I2,b，可以仍根据公式(5)计算线圈电感L。
图6示出根据本公开的具有检测部件的替选实现方式的示意性电路示图。电路102包括电动电机的线圈104，其中，线圈104可通过具有两个高侧电子开关110a-b和两个低侧电子开关110c-d的H电桥108连接到DC电压源106。电子开关110a-d受控于PWM电路(未示出)。
低侧开关110c-d由电阻器112a-b桥接，H电桥108的下侧连接到包括受控于微控制器118的检测电路116的检测部件114。
检测电路116可以例如包括分流器(即具有小于100mOhm的电阻值的电阻器)，以将开关110c和电阻器112a-b的下侧连接到大地。可以然后凭借分流器例如通过确定分流器上的电压降确定放电电流。替代地，检测电路116可以包括彼此非常靠近的位于印制电路板(PCB)上的两个迹线或引线。可以然后通过这些迹线或引线的感应式耦合确定放电电流。
在PWM时间段Ton期间，两个对角相对的开关(110a+d或110b+c)关闭，其余开关打开，检测电路116受控，以仅施加小电阻或甚至H电桥108的低侧与大地之间的直接连接。以此方式，线圈104在时间段Ton期间连接到电压源106。
在PWM时间段Toff期间，上侧开关110a-b和下侧开关110c或110d中的至少一个打开，从而线圈104与电压源106断连，并且来自线圈104的放电电流泄漏通过至少一个电阻器112a或112b并且通过检测电路116。检测电路116于是受控于微控制器118，以确定放电电流，并且线圈104的电感L可以确定为例如在公式(2)和(5)的上下文中描述的上述放电电流的函数。具体地说，微控制器118的AD沟通可以用于执行时间测量Δta和Δtb并且计算线圈104的电感L或可以提供线圈104的电机的电枢的位置。

Claims (13)

1.一种装置(2)，包括电动电机(4)，该电动电机(4)具有定子(6)、电枢尤其是转子(8)、至少一个线圈(12a-f、40、58、104)，
其中，所述装置(2)还包括检测部件(16、18a-c、114)，其配置为通过在电机(4)的操作期间测量与线圈(12a-f、40、58、104)有关的至少一个电学量以确定线圈(12a-f、40、58、104)的电感L，以及
其中，所述装置还包括脉宽调制(PWM)电路，其配置为控制电动电机(4)，其中，PWM电路配置为在充电时间段Ton期间将线圈(12a-f、40、58、104)连接到电压源，在放电时间段Toff期间将线圈与电压源断开，其中，
检测部件(16、18a-c、114)配置为确定放电时间段Toff期间来自线圈(12a-f、40、58、104)的放电电流。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
检测部件(16、18a-c、114)进一步配置为确定电机(4)的操作期间尤其是电枢处于运动时作为线圈(12a-f、40、58、104)的电感L的函数的电枢的位置。
3.如权利要求1至2之一所述的装置，
其特征在于，
检测部件(16、18a-c、114)配置为确定来自线圈(12a-f、40、58、104)的从第一给定电流值降落到第二给定电流值的放电电流的时间段的长度。
4.如权利要求1至3之一所述的装置，
其特征在于，
检测部件(16、18a-c、114)配置为通过包括至少一个电阻器(72、112a-b)的可变电阻电路(44、70)所提供的可变电学电阻，排放来自线圈(12a-f、40、58、104)的放电电流，其中，可变电阻电路(44、70)能够调整为提供至少两个不同的电学电阻值。
5.如权利要求4所述的装置，
其特征在于，
检测部件(16、18a-c、114)配置为针对至少两个不同电学电阻值中的每一个确定可变电阻电路(44、70)的至少一个电阻器(72、112a-b)上的电压。
6.如权利要求1至5之一所述的装置，
其特征在于，
PWM电路包括至少一个电开关(42、64a-d、110a-d)，用于有选择地将电机(4)连接到电压源，并且开关(42、64a-d、110a-d)包括两个MOSFET的反相串联连接。
7.如权利要求1至6之一所述的装置，
其特征在于，
所述装置(2)包括处理部件(20)；存储部件(22)，其包含运行处理部件(20)导致权利要求8至14之一所述的方法的命令。
8.如权利要求1至7之一所述的装置，
其特征在于，
所述装置是医疗设备，尤其是给药设备。
9.一种用于操作如权利要求1至8之一所述的装置(2)的方法，其中，通过测量电机(4)的操作期间与线圈(12a-f、40、58、104)有关的至少一个电学量，所述装置(2)的检测部件(16、18a-c、114)确定线圈(12a-f、40、58、104)的电感L和/或作为线圈(12a-f、40、58、104)的电感L的函数的电枢的位置。
10.如权利要求9所述的方法，
其特征在于，
电动电机(4)，其受控于脉宽调制，并且检测部件(16、18a-c、114)确定PWM的至少一个放电时间段Toff期间来自线圈(12a-f、40、58、104)的放电电流。
11.如权利要求9或10所述的方法，
其特征在于，
检测部件确定来自线圈(12a-f、40、58、104)的从第一给定电流值降落到第二给定电流值的放电电流的时间的长度。
12.如权利要求11所述的方法，
其特征在于，
检测部件(16、18a-c、114)通过包括至少一个电阻器(72、112a-b)的可变电阻电路(44、70)所提供的可变电学电阻，至少两次排放来自线圈(12a-f、40、58、104)的放电电流，并且测量可变电阻电路(44、70)的至少一个电阻器(72、112a-b)上的电压，其中，在第一时间，可变电阻电路(44、70)提供第一电学电阻值，在第二时间，可变电阻电路(44、70)提供不同的第二电学电阻值。
13.如权利要求10至12之一所述的方法，
其特征在于，
在可变电阻电路(44、70)提供第一电学电阻值的同时，检测部件(16、18a-c、114)确定来自线圈(12a-f、40、58、104)的从第一给定电流值降落到第二给定电流值的放电电流的第一时间长度，并且在可变电阻电路(44、70)提供第二电学电阻值的同时，检测部件(16、18a-c、114)确定从第三给定电流值降落到第四给定电流值的放电电流的第二时间长度，并且检测部件(16、18a-c、114)确定作为第一时间长度和第二时间长度的函数的线圈(12a-f、40、58、104)的电感L和/或电枢的位置。
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