CN107534403A - 具有两个位置传感器的旋转电动机器的操作 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作旋转电动机器(1)的方法，该旋转电动机器具有转子(3)、多相激励绕组(5)、以及换向装置(9)，该换向装置用于取决于该转子(3)的转子位置的转子位置值(R)对该激励绕组(5)的激励绕组电流进行换向。借助于第一传感器装置(13)来检测这些转子位置的第一测量值(A)，并且借助于第二传感器装置(15)来检测这些转子位置的第二测量值(B)。对于激励绕组电流的换向，由这些第一测量值(A)和这些第二测量值(B)的加权平均值(M)来形成这些转子位置值(R)。在该转子(3)的转子转速的第一转速范围内，该第一传感器装置(13)具有比该第二传感器装置(15)更高的转子位置分辨率，并且在该第一转速范围内，在形成这些加权平均值(M)时，给予这些第一测量值(A)比这些第二测量值(B)更大的权重。

Description

具有两个位置传感器的旋转电动机器的操作

技术领域

本发明涉及一种用于操作旋转电动机器的方法，该旋转电动机器具有转子、多相激励绕组、以及换向装置，该换向装置用于取决于该转子的转子位置的转子位置值对该激励绕组的激励绕组电流进行换向。本发明还涉及一种用于执行该方法的测量装置。

背景技术

用于控制和调节多相旋转电动机器的已知的换向方法是所谓的正弦换向和所谓的块换向(Blockkommutierung)。正弦换向涉及以下激励绕组电流的生成：这些激励绕组电流相对于彼此进行相位移位并且在各自情况下至少大致为正弦式的。块换向涉及以下激励绕组电流的生成：这些激励绕组电流同样地具有相对于彼此进行相位移位的曲线，但是在各自情况下在换向周期期间是大致上恒定的、并且在这些换向周期之间的过渡期间大致上不规律地变化。

特别是在低转子转速下，正弦换向能够实现比块换向更准确的转子位置调节和电动机器的更好的同步特性和起动特性，但是正弦换向需要比块换向更复杂的电子系统。在高转子转速下，块换向与正弦换向相比几乎不具有任何缺点，但是块换向可以以比正弦换向更成本有效的方式实现。

因此，通常仅在低转子转速下使用正弦换向，在该低转子转速下转子位置是借助于高分辨率传感器装置来检测的，该高分辨率传感器装置是相对成本有效的，但对于高转子转速而言太慢。相反地，优选地在较高转子转速下使用块换向。当将低转子转速下的正弦换向与较高转子转速下的块换向进行组合时，例如当达到规定的最大转速时，在正弦换向与块换向之间进行切换。

发明内容

本发明所基于的目的是指定一种用于操作旋转电动机器的改进的方法，该旋转电动机器具有转子、多相激励绕组、以及换向装置，该换向装置用于取决于该转子的转子位置的转子位置值对该激励绕组的激励绕组电流进行换向。本发明进一步基于的目的是指定一种用于执行该方法的装置。

根据本发明，该目的在该方法的方面是通过权利要求1的特征来实现的，并且在该装置的方面是通过权利要求10的特征来实现的。

本发明的有利配置是从属权利要求的主题。

根据本发明的方法涉及对旋转电动机器的操作，该旋转电动机器具有转子、多相激励绕组、以及换向装置，该换向装置用于取决于该转子的转子位置的转子位置值对该激励绕组的激励绕组电流进行换向。在该方法中，借助于第一传感器装置来检测这些转子位置的第一测量值，并且借助于第二传感器装置来检测这些转子位置的第二测量值。对于激励绕组电流的换向，由这些第一测量值和这些第二测量值的加权平均值来形成这些转子位置值。在此情况下，在该转子的转子转速的第一转速范围内，该第一传感器装置具有比该第二传感器装置更高的转子位置分辨率，并且在该第一转速范围内，在形成这些加权平均值时，给予这些第一测量值比这些第二测量值更大的权重。

转子转速在此被理解为是指电动机器的转子的每单位时间的转数，其中，所述数量是非负的，也就是说，在该转子的不同旋转方向之间不进行区分(例如通过转子转速的正负号)。

因此，该方法提出，使用两个具有不同的分辨率能力的传感器装置来确定旋转电动机器的转子的转子位置，并将由这两个传感器装置检测的测量值进行适当的组合。为此目的，在第一传感器装置具有比第二传感器装置更高的分辨率的转速范围内，在形成加权平均值时，给予由该第一传感器装置检测的第一测量值比由该第二传感器装置检测的第二测量值更大的权重。因此，根据本发明的方法尤其可以实现：在低转子转速下给予更高度地分辨转子位置的第一传感器装置的测量值比第二传感器装置的测量值更大的权重；而在高转子转速下给予第二传感器装置的测量值更大的权重。因此，可以将在低转子转速下具有转子位置的高分辨率的第一传感器装置与在高转子转速下具有转子位置的较弱的分辨率的、更成本有效的第二传感器装置的优点进行组合。由第一测量值和第二测量值形成加权平均值可以有利地取决于转子转速来改变第一测量值和第二测量值的相对权重，并且因此在使用第一测量值与第二测量值之间避免困难的切换(其可能引起转矩突变和由此导致的噪声发生)。

因此，本发明的一个配置提出，该第一转速范围受零转速限制。因此，在需要转子位置的高分辨率的低转子转速下，有利地给予具有转子位置的高分辨率的第一传感器装置的测量值更大的权重。

本发明的另一个配置提出，该第二传感器装置具有比该第一传感器装置更高的传感器信号处理速度。该配置还指出，该第二传感器装置主要被配置成用于在需要更快地处理传感器信号的高转子转速下检测测量值。

本发明的另一个配置提出，在形成这些加权平均值时，这些第一测量值的权重是单调递减的、并且是该转子转速的至少部分地完全单调递减函数。本发明的另一个配置提出，在形成这些加权平均值时，这些第二测量值的权重是单调递增的、并且是该转子转速的至少部分地完全单调递增函数，所述函数在转速为零时消失。根据本发明的另一个配置，此外，转速阈值是规定的，并且在形成这些加权平均值时，这些第一测量值的权重形成的方式为使其在转子转速超过该转速阈值时消失。

上述配置提出，第一测量值和第二测量值的权重取决于转子转速而改变，其方式为使得当转子转速增大时，这些第二测量值的权重相对于这些第一测量值的权重增大。具体地讲，本发明的配置提出，转子转速为零时的第二测量值、和超过转速阈值的第一测量值对加权平均值没有任何贡献。这可以有利地实现：在低转子转速下主要地或排他地由具有转子位置的高分辨率的第一传感器装置的第一测量值、并且在高转子转速下主要地或排他地由具有转子位置的较低分辨率的第二传感器装置的第二测量值形成转子位置值，并且当转子转速增大时，第二测量值与加权平均值的比例相对于第一测量值的比例而增大。这考虑到以下事实：用于调节激励绕组电流的换向的转子位置的高分辨率通常仅是低转子转速所需要的。通过在高转子转速下使用该第二传感器装置的测量值，避免了需要昂贵的第一传感器装置的情况，这还适合于检测在高转子转速下具有转子位置的高分辨率的测量值。

本发明的另一个配置提出，由所检测的第一测量值和/或第二测量值来确定该转子的转子转速。因此，本发明的配置不仅提供转子位置值，而且提供有待由这些第一测量值和/或这些第二测量值确定的转子的转子转速。因此，有利地，不需要单独的增量编码器来检测转子转速。

本发明的另一个配置提出，对这些第一测量值和这些第二测量值的加权平均值进行平滑处理，并且使这些转子位置值形成为这些经平滑的加权平均值。在此，优选地通过加权平均值的低通滤波来影响平滑性。

必要时，本发明的这个配置用于对加权平均值进行平滑处理，以便能够将这些加权平均值用作激励绕组电流的正弦换向的转子位置值。当第二传感器装置具有转子位置的仅非常低的分辨率时，例如在以下情况下，即在具有霍尔开关(具有转子位置的约60度的角分辨率)的常规传感器装置的事件中，这种类型的平滑处理尤其在高转子转速下是必要的。

本发明的另一个配置提出，借助于该换向装置对这些激励绕组电流进行的换向是作为所有转子转速的正弦换向来执行的。这些激励绕组电流的正弦换向例如是借助于受空间向量调制控制的脉冲宽度调制来生成的。本发明的这种配置有利地避免了使用并且必须执行两种不同的换向方法的情况，例如，在低转子转速下的正弦换向和在高转子转速下的块换向。具体地讲，避免了在这两种换向方法之间的切换，所述切换能够引起转矩突变和由此导致的噪声发生。

根据本发明的测量装置包括：用于检测这些转子位置的第一测量值的第一传感器装置，用于检测这些转子位置的第二测量值的第二传感器装置，以及-评估单元，该评估单元被配置成用于根据这些第一测量值和这些第二测量值的加权平均值来形成用于这些激励绕组电流的换向的转子位置值。在此情况下，在该转子的转子转速的第一转速范围内，该第一传感器装置具有比该第二传感器装置更高的转子位置分辨率，并且在该第一转速范围内，该评估单元被配置成：在形成这些加权平均值时，给予这些第一测量值比这些第二测量值更大的权重；并且将由所述评估单元形成的这些转子位置值输出给该换向装置。

这种类型的测量装置适合于执行根据本发明的具有上述优点的方法。

该第一传感器装置优选地包括用于检测这些转子位置的第一测量值的至少一个角位置传感器，和/或该第二传感器装置优选地包括至少三个霍尔开关，该至少三个些霍尔开关对于这些转子位置具有约60度的角分辨率。该第一传感器装置的适合的角位置传感器例如是磁阻传感器(其测量原理基于GMR(巨磁阻)效应或AMR(各向异性磁阻)效应)或霍尔传感器。这种类型的角位置传感器或霍尔开关是用于检测转子位置的已设立且可商购的传感器，并且因此特别适合作为用于第一传感器装置或第二传感器装置的传感器。

该评估单元优选地被配置成用于由所检测的第一测量值和/或第二测量值来确定该转子的转子转速。因此，有利地，不需要单独的增量编码器来检测转子转速。

此外，该评估单元优选地被配置成用于对这些第一测量值和这些第二测量值的加权平均值进行平滑处理、并且用于使这些转子位置值形成为这些经平滑的加权平均值。这可以有利地实现：当第二传感器装置具有转子位置的仅非常低的分辨率时，例如在以下情况下，即在具有霍尔开关(具有转子位置的约60度的角分辨率)的第二传感器装置的事件中，能够使用经平滑的加权平均值作为用于激励绕组电流的正弦换向的转子位置值。

根据本发明的旋转电动机器包括转子、多相激励绕组、换向装置、以及根据本发明的测量装置，该换向装置用于取决于该转子的转子位置的转子位置值对该激励绕组的激励绕组电流进行换向。

附图说明

结合下面对示例性实施例的描述，上文所述的本发明的特性、特征和优点以及实现这些的方式将变得更清楚并且更明显地易理解，联系附图更详细地解释所述示例性实施例，在附图中：

图1示出了旋转电动机器的框图，并且

图2示出了用于操作旋转电动机器的方法的流程图。

在这些附图中，相同的参考符号用于相互对应的部分。

具体实施方式

图1示出了被设计为电动机的旋转电动机器1的框图。电动机器1包括具有三相激励绕组5的定子3、转子7、换向装置9、以及测量装置11，该测量装置包括第一传感器装置13、第二传感器装置15、以及评估单元17。

换向装置9被设计为用于取决于转子7的转子位置的转子位置值R对激励绕组5的激励绕组电流进行电子正弦换向。在换向装置9的典型的并且已知的实施例中，所述换向装置包括用于激励绕组5的各个相位的半桥，所述半桥具有两个电子切换单元并且被连接到相应的相位的外部导体19至21上。这些激励绕组电流的正弦换向优选地以已知的方式借助于受空间向量调制控制的激励绕组电流的脉冲宽度调制取决于转子位置值R来生成。

转子位置值R以下面参照图2更详细地解释的方式通过评估单元17由转子7的转子位置的测量值A、B形成并且被馈送给换向装置9，其中，第一测量值A由第一传感器装置13来检测，并且第二测量值B由第二传感器装置15来检测，并且这些第一测量值和这些第二测量值在各自情况下被馈送给评估单元17。

在低转子转速下，即在转子7的转子转速受零转速限制的第一转速范围内，第一传感器装置13具有比第二传感器装置15更高的转子位置分辨率。例如，第一传感器装置13包括至少一个霍尔传感器，该至少一个霍尔传感器被设计成用于在低转子转速下对转子位置进行高分辨率检测。相反地，第二传感器装置15例如包括多个霍尔开关，这些霍尔开关在各自情况下具有转子位置的约60度的较低角分辨率。

图2示出了用于操作旋转电动机器1的方法的流程图。

在第一方法步骤S1中，规定并储存转速阈值C。在第二方法步骤S2中，借助于第一传感器装置13来检测第一测量值A。在第三方法步骤S3中，借助于第二传感器装置15来检测第二测量值B。在各自情况下，在此在相继的测量时间间隔内检测第一测量值A和第二测量值B，即，在各自情况下，重复地并且至少大致同时地检测第一测量值A和第二测量值B。在下文中，当在同一测量时间间隔期间对其进行检测时，第一测量值A和第二测量值B被称为相互对应的。

在第四方法步骤S4中，针对各个测量时间间隔形成在该测量时间间隔内所检测的第二测量值B和与其对应的第一测量值A的差B-A。

在第五方法步骤S5中，针对各个测量时间间隔形成转子转速的瞬时转速值N与转速阈值C的比率N/C。

在第六方法步骤S6中，针对各个测量时间间隔，取决于在第五方法步骤S5中形成的比率N/C形成加权因数K，所述加权因数采用来自具有间隔极限零和一的间隔[0,1]的值。加权因数K是该比率N/C的单调递增函数，所述函数对于N＝0采用零为值，在该比率N/C的较小值的范围内大致线性地增大，并且对于大于一的比率N/C的值采用一为值。

在第七方法步骤S7中，针对各个测量时间间隔，由在第四方法步骤S4中针对该测量时间间隔形成的差B-A和在第六方法步骤S6中针对该测量时间间隔确定的加权因数K来形成加权乘积K(B-A)。

在第八方法步骤S8中，针对各个测量时间间隔，第一测量值A和第二测量值B的加权平均值M被形成为在第三方法步骤S3中在该测量时间间隔期间检测的第一测量值A与在第七方法步骤S7中针对该测量时间间隔形成的加权乘积K(B-A)之和M＝KB+(1-K)A。由于加权因数K是比率N/C的单调递增函数并因此是转速值N的单调递增函数，因此在形成加权平均值M时的第一测量值A的权重是转速值N的单调递减函数，而当形成加权平均值M时的第二测量值B是转速值N的单调递增函数。由于加权因数K在N＝0处采用零为值，因此在N＝0处的加权平均值M等于相应的第一测量值A。由于加权因数K在N>C时采用一为值，因此在N>C时加权平均值M等于相应的第二测量值B。因此，第一测量值A与加权平均值M的比例在转子转速在N＝0至N＝C之间增大时减小，并且在转速值N超过转速阈值C时消失。第二测量值B与加权平均值M的比例在N＝0处消失并且在N＝0至N＝C之间增大。

在第九方法步骤S9中，针对各个测量时间间隔，对在方法步骤S8中形成的加权平均值M进行平滑处理并将其作为转子位置值R输出给换向装置9。该平滑处理是作为加权平均值M的低通滤波来执行的，这样使得得出的转子位置值R可以被用作用于激励绕组电流的正弦换向的输入信号。

此外，在第九方法步骤S9中，转速值N任选地由加权平均值M来确定，所述转速值被用于第一方法步骤S1中。作为其替代方案，转速值N不是由加权平均值M确定的，而是借助于单独的增量编码器(图1中未展示)来检测的。

方法步骤S4至S9由评估单元17执行并且由软件或可编程逻辑控制器来实现。

尽管本发明已经通过优选的示例性实施例进行了更详细的展示和描述，但本发明不限于所披露的实例，并且在不偏离本发明的保护范围的情况下本领域技术人员可以从中得到其他变体。

参考号清单

1 电动机器

3 定子

5 激励绕组

7 转子

9 换向装置

11 测量装置

13 第一传感器装置

15 第二传感器装置

17 评估单元

19至21 外部导体

S1至S9 方法步骤

A 第一测量值

B 第二测量值

C 转速阈值

K 加权因数

M 加权平均值

N 转速值

R 转子位置值

Claims (15)

1.一种用于操作旋转电动机器(1)的方法，该旋转电动机器具有转子(3)、多相激励绕组(5)、以及换向装置(9)，该换向装置用于取决于该转子(3)的转子位置的转子位置值(R)对该激励绕组(5)的激励绕组电流进行换向，其中

-借助于第一传感器装置(13)来检测这些转子位置的第一测量值(A)，

-借助于第二传感器装置(15)来检测这些转子位置的第二测量值(B)，

-并且，对于激励绕组电流的换向，由这些第一测量值(A)和这些第二测量值(B)的加权平均值(M)来形成这些转子位置值(R)，

-其中，在该转子(3)的转子转速的第一转速范围内，该第一传感器装置(13)具有比该第二传感器装置(15)更高的转子位置分辨率，

-并且其中，在该第一转速范围内，在形成这些加权平均值(M)时，给予这些第一测量值(A)比这些第二测量值(B)更大的权重。

2.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，该第一转速范围受零转速限制。

3.如以上权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，在形成这些加权平均值(M)时，这些第一测量值(A)的权重是单调递减的、并且是该转子转速的至少部分地完全单调递减函数。

4.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，在形成这些加权平均值(M)时，这些第二测量值(B)的权重是单调递增的、并且是该转子转速的至少部分地完全单调递增函数，所述函数在转速为零时消失。

5.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，转速阈值(C)是规定的，并且在形成这些加权平均值(M)时，这些第一测量值(A)的权重在转子转速超过该转速阈值(C)时消失。

6.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，由所检测的第一测量值(A)和/或第二测量值(B)来确定该转子(3)的转子转速。

7.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，对这些第一测量值(A)和这些第二测量值(B)的加权平均值(M)进行平滑处理，并且使这些转子位置值(R)形成为这些经平滑的加权平均值(M)。

8.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，借助于该换向装置(9)对这些激励绕组电流进行的换向是作为所有转子转速的正弦换向来执行的。

9.如权利要求8所述的方法，

其特征在于，这些激励绕组电流的正弦换向是借助于受空间向量调制控制的脉冲宽度调制来生成的。

10.一种用于执行如以上权利要求之一所述的方法的测量装置(11)，该测量装置包括-用于检测这些转子位置的第一测量值(A)的第一传感器装置(13)，

-用于检测这些转子位置的第二测量值(B)的第二传感器装置(15)以及

-评估单元(17)，该评估单元被配置成用于由这些第一测量值(A)和这些第二测量值(B)的加权平均值(M)来形成用于这些激励绕组电流的换向的转子位置值(R)，

-其中，在该转子(3)的转子转速的第一转速范围内，该第一传感器装置(13)具有比该第二传感器装置(15)更高的转子位置分辨率，

-并且其中，在该第一转速范围内，该评估单元(17)被配置成：在形成这些加权平均值(M)时，给予这些第一测量值(A)比这些第二测量值(B)更大的权重

-并且将由所述评估单元形成的这些转子位置值(R)输出给该换向装置(9)。

11.如权利要求10所述的测量装置(11)，

其特征在于，该第一传感器装置(13)包括用于检测这些转子位置的第一测量值(A)的至少一个角位置传感器。

12.如权利要求10或11所述的测量装置(11)，

其特征在于，该第二传感器装置(15)包括至少三个霍尔开关，该至少三个些霍尔开关对于这些转子位置具有约60度的角分辨率。

13.如权利要求10至12之一所述的测量装置(11)，

其特征在于，该评估单元(17)被配置成用于由所检测的第一测量值(A)和/或第二测量值(B)来确定该转子(3)的转子转速。

14.如权利要求10至13之一所述的测量装置(11)，

其特征在于，该评估单元(17)被配置成用于对这些第一测量值(A)和这些第二测量值(B)的加权平均值(M)进行平滑处理、并且用于使这些转子位置值(R)形成为这些经平滑的加权平均值(M)。

15.一种旋转电动机器(1)，包括

-转子(3)，

-多相激励绕组(5)，

-换向装置(9)，该换向装置用于取决于该转子(3)的转子位置的转子位置值(R)对该激励绕组(5)的激励绕组电流进行换向

-以及如权利要求10至14之一所述的测量装置(11)。