CN107342712A - 用于确定电机的转动件的位置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定电机的转动件(100)的相对于电机的定子的位置的方法，其中所述转动件(100)具有永磁体(104)和磁场激发装置(106)，该磁场激发装置(106)包括预定数量的具有交替的磁化方向的磁极，所述定子具有三相绕组和至少一个磁场感应装置，并且电机通过电子的传感器控制的方式被逐步换向，其中转动件(100)相对于定子转动，在这种情况下，在多个换向步骤中检测至少一个磁场感应装置的信号，并且在考虑到在多个换向步骤中检测到的至少一个磁场感应装置的信号确定转动件(100)的相对于定子的位置，以便将该方法优化。

Description

用于确定电机的转动件的位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定电机的转动件的相对于电机的定子的位置的方法，其中所述转动件具有永磁体和磁场激发装置，该磁场激发装置包括预定数量的具有交替的磁化方向的磁极，所述定子具有三相绕组和至少一个磁场感应装置，并且电机通过电子的传感器控制的方式被逐步地换向。
背景技术
专利文献DE 10 2013 205 905 A1公开了一种用于确定和/或控制电动机的、尤其机动车的离合器操作系统中的电动机的位置的方法，其中，由在电动机的旋转轴线外部、在电动机的定子处安置的传感装置来测量电动机的转子的位置，其中由传感装置测量的位置信号被评估单元评估，其中在电动机的正弦控制期间由传感装置测量的位置信号通过至少一个在电动机的单元式控制期间检测的位置信号来验证似然性。
专利文献DE 10 2013 208 986 A1公开了一种整流电机的转子位置传感装置的磁性传感环，该磁性传感环抗扭矩地与电整流发动机的转子连接，并且该磁性传感环包括预定数量的具有交替的磁化方向的磁极，其中每组磁极对具有至少一个凹部。
专利文献DE 10 2013 213 948 A1公开了一种用于确定控制电动机、尤其在机动车的离合器操作系统中的电动机的位置的方法，其中由在电动机的旋转轴线外部、在电动机的定子处安置的传感器来测量电动机的转子的位置信号，该信号由评估单元关于电动机的位置进行评估，其中在转子的静止状态时向转子供给电压，并且与转子的位置相对应的响应与电动机的换向相关联。
专利文献DE 10 2013 222 366 A1公开了一种用于确定和/或控制电动机的、尤其在机动车的离合器操作系统中的电动机的位置的方法，其中，由在电动机的旋转轴线外部、在电动机的转子处安置的传感装置来测量电动机的转子的位置，其中，由传感装置测量的位置信号被评估单元评估，其中，位置信号根据在传感装置和评估单元之间的传输距离进行传输，其中在短的传输距离的情况下由SPI协议信号进行传输和/或在长的传输距离情况下通过PWM信号进行传输。
专利文献DE 10 2013 211 041 A1公开了一种用于确定电动机、尤其在机动车的离合器操作系统中的电动机的位置的方法，其中，由在电动机的旋转轴线外部、在电动机的定子处安置的传感装置来测量电动机的转子的位置信号，评估单元在电动机的位置方面评估所述位置信号，其中，在识别出位置信号的改变之后进行电动机的控制的换向，其中，在识别出位置信号的改变之后确定转子的当前位置，其中，根据所检测的转子的当前位置进行电动机的换向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，改进上述提及的方法。
所述技术问题通过一种用于确定电机的转动件的相对于电机的定子的位置的方法所解决，其中，所述转动件具有永磁体和磁场激发装置，其中，所述磁场激发装置包括预定数量的具有交替的磁化方向的磁极，所述定子具有三相绕组和至少一个磁场感应装置，并且所述电机通过电子的传感器控制的方式被逐步地换向，其中，
-所述转动件相对于定子运动，
-在这种情况下，至少一个磁场感应装置在多个换向步骤中检测信号，
-在考虑至少一个磁场感应装置在多个换向步骤中检测的信号的情况下确定所述转动件的相对于定子的位置。
电机可以是同步电机。电机可以是无刷直流电机。电机可具有至少一个相位。电机能够尤其具有3个相位。电机能够具有至少2组极对。电机能够尤其具有4组至14组极对，尤其具有5组或11组极对。三相绕组能够被在时间上交错式地控制，以便形成运动的驱动场，该运动的驱动场作用在永磁式励磁的转动件上产生驱动力矩。转动件可在运行中与交流电源同步运动。电机可根据转动件的运动位置、转动件的运动速度和/或运动力矩进行换向。可根据转动件的运动位置、转动件的运动速度和/或运动力矩对频率和/或振幅进行来改变。电机能够作为发动机和/或发电机工作。电机能够被用在机动车中。电机可用于驱动机动车行驶。电机可用于操作摩擦离合器装置。电机可用于操作混合分离离合器。混合分离离合器可用于将电机与机动车的混合动力系连接或断开。电机可用于操作静液压离合器致动器。电机可用于操作静液压离合器致动器的主动缸。电机可用于操作变速器装置。电机可以是转动机器，其中转动件被设计为转子，并且在运行时进行旋转运动。转子能够设计为空心轴。电机可以是线性机器，其中转动件在运行时做线性运动。电机能够模块式换向(blockkommutieren)。电机可具有在结构上集成的电气控制装置。可借助于结构上独立的电气控制装置控制电机。电机可具有至少一个电功率接口。电机可具有至少一个电信号接口。电机也能够被称为执行器或执行装置。
磁场激发装置能够与转动件固定连接。磁场激发装置可设计为环形。磁场激发装置可设计为杆状。磁场激发装置可具有磁极对。每对磁极对可具有至少一个凹部。该至少一个凹部能够通过每两对相邻的磁极而形成。每对磁极对可具有至少一个分凹部。相邻磁极的分凹部能够汇集在优选无间隙的磁边界范围内。至少一个凹部可设计为类似梯形。该至少一个凹部能够设计为至少近似圆形。凹部可在磁极的磁化方向上延伸。磁极可设有垂直于磁场激发装置的交替的磁化方向。磁极可设有轴向关于设计为转子的转动件的旋转轴线的交替的磁化方向。磁极可设有轴向关于设计为线性转动件的纵轴线的交替的磁化方向。
至少一个磁场感应装置能够用来检测转动件位置和/或转动件运动速度。电机能够针对每一相位具有磁场感应装置。电机能够具有三个磁场感应装置。至少一个磁场感应装置可具有霍尔传感器。能够在磁场感应装置模块中组合多个磁场感应装置。
在多个换向步骤中能够检测来自至少两个磁场感应装置的相应信号。能够在考虑至少两个磁场感应装置在多个换向步骤中检测的信号之间的相应信号值差的情况下确定转动件的相对于定子的位置。能够在考虑至少一个磁场感应装置在多个换向步骤中检测的信号之间的信号间隔，尤其信号行程间隔、信号角度间隔和/或信号时间间隔下确定转动件相对于定子的位置。
能够在电机进行功能测试的范围内检测至少一个磁场感应装置的信号。功能测试可以是生产线终端测试。所述生产线终端测试可用于最后测试完成装配的电机的在其功能性方面的100％测试。在进行生产线终端测试时，在可再现的前提下能够在尽可能短的时间段上模拟简化的或真实的运行状态，以便确定电机作为整体是否在预定的公差内能够实现其功能。功能测试可借助于测试装置来进行。
能够借助于参考测量系统检测至少一个磁场感应装置的信号。参考测量系统能够配属于测试装置。
能够在预定的最小行程上检测至少一个磁场感应装置的信号。预定的最小行程可以是被设计为转子的转动件的360°机械旋转。预定的最小行程可以是线性转动件的机械线性行程。
能够存储至少一个磁场感应装置的被检测到的信号。至少一个磁场感应装置的被检测到的信号能够被存储在表格中。至少一个磁场感应装置的被检测到的信号能够被存储在用于控制电机的电控制装置中。至少一个磁场感应装置的被检测到的信号能够被存储在独立于电控制装置(用于控制电机)的存储装置中，并能够被控制装置所使用。
在电机运行时，能够在多个换向步骤中检测至少一个磁场感应装置的信号，并与所存储的至少一个磁场感应装置的信号相比较，以便确定转动件的相对于定子的位置。
能够在电机的运行开始时、在电机的周期重复的运行期间和/或电机的持续运行期间执行所述方法。
总之，以及换言之，由此通过本发明主要获得了一种用于提高传感器精度的方法。能够识别多周期对象(例如磁感测环或用于感应传感器的模型盘)的模型。该方法能够包括下列步骤中的一步或多步：通过参考测量系统对对象进行生产线终端测试；存储数据；将传感器信息与在运行中存储的信息进行比较；通过最小值优化算法将模型与传感器相对应；获取关于行程的绝对信息，例如360°机械旋转，x-mm线性行程；在系统启动时和/或周期地执行该方法，可选的是，进行持续地监测式检查。
转动件的相对定子的位置信号的精度能够与多个公差相关。在公差链中的两个主要的组成部分可以是磁场激发装置的极对的间距误差(Teilungsfehler)和永磁体相对定子极的布置。在示教脉冲(Einlernimpuls)(例如，点火)之后，电机能够在分步运行中机械旋转360°。在每一步中(例如6倍极对数)可形成模拟电压。
能够无需生产线终端信息进行精度优化。如果电机和传感装置被假定为理想的，则能够在理想的换向时间点产生霍尔开关的切换脉冲。在理想的角度值的情况下该换向时间点在分步运行的电机位置和传感器脉冲的电机的位置之间。然而，在电机和传感装置在各个部件内都具有公差的情况下，该传感器的切换信号在理想点向前或向后偏转X-°。校正值也可以是6倍极对数。由于自示教时间点起关于所处于哪组电极对的信息是已知的，所述校正可继续被使用直到复位或关机。
能够通过生产线终端信息进行精度优化。该方法可以用来提供关于电机当前所处于X组极对中的哪一组的信息。能够借助参考测量系统测定机械旋转。关于执行装置的传感器信息的信息能够给出单个传感器磁极对的间距误差。此外，模拟传感器的变化过程可被记录；这可给出在各个极点零交点之间的变化曲线。由此，能够得到在360°范围内的确切变化曲线，并被用来作为优化/线性化传感器信号的基础。
在电机、传感器单元和换向/位置确定电子装置相互固定连接的集成的或不可分离的变型方案中，能够从生产线终端测试装置向执行装置进行信息传送。在可分离的变型方案中，针对每个电机的信息分别以适当的形式(诸如在DMC中的校正参数，相关数据记录等)向所配属的控制装置传递。
如果所述执行装置在分步运行中执行第一转动(至少180°，机械式加一对极对)，则关于单独的分步位置的模拟信号能够被存储。在此之后，来自生产线终端测试的信息能够与第一转动进行比较，并且例如一个极对接着一个极对地移动，直至生产线终端测试信息和所述转动之间的误差最小。当存在多种类似最小值组合的可能的组合时，在最小值的情况下极点的分布彼此相符。如果在磁场激发装置中存在恒定的间距误差，则所有组合满足精度。由于模拟传感器的振幅值与各种因素(温度、磁体的老化，等等)相关，可能有利的是，例如采用单个值对的比值。
利用生产线终端信息的常规方法的优点是，能够排除在系统装结构中的影响因素(例如负载、摩擦、温度等等)。在此，可进行理想的且可核查的示教(Einlernen)。
如果在具有多个传感器的传感器系统(例如，霍尔开关传感器系统)中在所有传感器之间的距离是物理恒定的，则该距离能够通过外部的精密测量系统测定(在生产线终端处转动参考磁体)。因此，这些距离能够用作测量实体；由此，对象的间距误差能被精确地测量。通过这些信息就可创建间距误差表。在恒定转速或恒定加速度的情况下，可根据相同原理使用时间间隔(距离/速度)，并参照间距误差表进行比较。由此，可实现对齐。
另一种可能性是，建立具有不断上升/下降或一次正弦形间距误差的对象，以便继续简化检测过程。间距误差应被这样设计，使得其在机械周期上不重复。
通过本发明，可以实现多周期对象的绝对参照(Absolutbezug)。绝对参照通过多个周期实现。绝对参照可被保持直至复位或关机。可以实现多周期对象的模型识别。测量分辨率得到提高。间距误差可被补偿。容许误差可被补偿。信号精度得到提高。能够检查示教。负载、摩擦和/或温度效应的影响被减小。
附图说明
下面，本发明的实施例将参考附图更详细地被描述。从这些描述中得出其他特征和优点。这些实施例的具体特征可示出本发明的一般特征。这些实施例的与其他特征相关联的特征也可示出本发明的单个特征。
示意性地且示例性地示出：
图1示出的电子传感器控制式换向的电机的转子，该转子具有永磁体和磁场激发装置，该磁场激发装置具有磁化方向交替的磁极，
图2是借助于磁场感应装置信号进行切换点校正的图表，
图3是借助于两个磁场感应装置信号进行的转子位置确定的图表。
具体实施方式
图1示出电子传感器控制式的整流电机(未详细示出)的转子100。电机可例如用于操作在混合动力电动汽车中的混合分离离合器。转子100包括具有内侧和端侧的中空轴状的转子基座102。在转子基座102的内侧上安置永磁体，如104。永磁体104用于跟随电机的定子的对旋转场的时间上交错控制的三相绕组，因而转子100在运行时与交流电压同步运动。
在转子基座102的端侧上安置环形的磁场激发装置106。磁场激发装置106具有给定数量的交替布置的磁极N、S，磁场激发装置106的磁极N、S径向于转子100的轴设置。永磁体104具有与磁场激发装置106相同数量的极对N、S。极对N、S在此情况下由两个磁极N、S构成，它们的磁化方向相反。通过电换向的电机预定永磁体104的数量，由此可确定在磁场激发装置106的磁极N、S的数量。借助于定子侧的磁场感应装置，尤其借助于霍尔传感器能够检测磁场激发装置106的磁场。
图2示出借助于磁场感应装置信号202、204进行切换点校正的图表200。在进行参照图1所描述的电机的功能测试时，电机的转子随着磁场激发装置旋转。在这种情况下，借助于磁场感应装置测量并存储信号。在电机运行中将所存储的信号曲线与在运行时检测的磁场感应装置信号202、204进行比较。由此可确定，电机正位于在哪组极对处，并且进行切换点校正。
在图2中，用x轴标记角度或时间，在360°范围内的电信号式示出用于第一极对的6个换向步骤：1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6，接着是用于第二极对的换向步骤：2.1、2.2、2.3等。用y轴标记电压。在换向步骤1.5中，切换点206受容许公差或间距公差的限制被移动至理想位置208。通过将所存储的信号曲线与磁场感应装置信号202、204进行比较可确定，电机正位于在哪组极对处，并且能够实现切换点校正。此外，尤其参照图1和所属的描述进行补充。
图3示出用于借助于两个磁场感应装置的信号302、304确定转子位置的图表300。在考虑相应的信号值差(如306)的情况下确定转子的相对于定子的位置。为此，在对参照图1所描述的电机进行功能测试时，检测并存储信号值差。在电机运行中，所存储的信号值差曲线与在运行中检测的信号302、304的信号值差进行比较，以便确定电机当前位于哪组极对处。备选地或附加地，在参考信号行程间隔、信号角度间隔和/或信号时间间隔的情况下确定转子的相对于定子的位置。此外，尤其参照图1、图2及相应的描述进行补充。
附图标记列表
100 转动件，转子
102 转子基座
104 永磁体
106 磁场激发装置
200 图表
202 磁场感应装置信号
204 磁场感应装置信号
206 切换点
208 理想位置
300 图表
302 信号
304 信号
306 信号值差

Claims (10)

1.一种用于确定电机的转动件(100)的相对于电机的定子的位置的方法，其中，所述转动件(100)具有永磁体(104)和磁场激发装置(106)，其中，所述磁场激发装置包括预定数量的具有交替的磁化方向的磁极，所述定子具有三相绕组和至少一个磁场感应装置，并且所述电机通过电子的传感器控制的方式被逐步地换向，其特征在于，
-所述转动件(100)相对于定子运动，
-在这种情况下，至少一个磁场感应装置在多个换向步骤中检测信号，
-在考虑至少一个磁场感应装置在多个换向步骤中检测的信号的情况下确定所述转动件(100)的相对于定子的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在多个换向步骤中由至少两个磁场感应装置检测相应的信号，并且在考虑至少两个磁场感应装置在多个换向步骤中检测的相应的信号值差来确定所述转动件(100)的相对于定子的位置。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，能够在考虑至少一个磁场感应装置在多个换向步骤中检测的信号的信号间隔，尤其信号行程间隔、信号角度间隔和/或信号时间间隔的情况下确定转动件(100)的相对于定子的位置。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在电机进行功能测试时检测所述至少一个磁场感应装置的信号。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，借助参考测量系统检测所述至少一个磁场感应装置的信号。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在预定的最短行程上检测所述至少一个磁场感应装置的信号。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，存储所述至少一个磁场感应装置的信号。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个磁场感应装置的信号被存储在表格中。
9.根据权利要求7-8中至少一项所述的方法，其特征在于，在电机运行时，所述至少一个磁场感应装置在多个换向步骤(202、204、302、304)中检测信号，并将所述信号与所述至少一个磁场感应装置的存储的信号相比较，以便确定所述转动件(100)的相对于定子的位置。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，能够在电机开始运行时、在电机的周期重复的运行期间和/或在电机运行时持续地运行所述方法。
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