CN110168875A - 齿轮电机、相关的擦拭器系统及相关的控制方法 - Google Patents

齿轮电机、相关的擦拭器系统及相关的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种齿轮电机(101)，特别用于擦拭器系统，包括：‑无刷直流电动机(103)，包括：‑转子(15)；‑具有用于电磁激励转子(15)的线圈(17)的定子(13)，‑用于确定转子(15)相对于定子(13)的角位置的装置(25)；‑控制单元(21)，其配置为根据由转子(15)的角位置来产生用于为电磁励磁线圈(17)供电的控制信号，所述转子(15)的角位置由用于确定转子(15)的角位置的装置(25)确定；‑减速齿轮机构(104)，其一侧连接到电动机(103)的转子(15)，另一侧连接到输出轴(109)，输出轴(109)用于连接到外部机构，特别是擦拭器系统，减速齿轮机构(104)具有预定减速比，用于确定转子(15)的角位置的所述装置(25)包括与随转子(15)一起旋转的控制磁体(29、29a、29b)相关的至少一个霍尔效应传感器(27、27a、27b)，并且齿轮电机(101)还包括处理单元(26)，其连接到用于确定转子(15)的角位置的装置(25)并且配置成基于通过考虑减速齿轮机构(104)的预定减速比确定的转子(15)的角位置来确定输出轴(109)的角位置。

Description

齿轮电机、相关的擦拭器系统及相关的控制方法
技术领域
本发明涉及一种齿轮电机，尤其涉及一种用于机动车辆擦拭器系统的齿轮电机。
背景技术
齿轮电机基本上由联接到减速齿轮机构的电动机构成，该减速齿轮机构的功能是降低其速度以获得显著的旋转传递扭矩。
不同类型的电动机可以用于齿轮电机，特别是无刷直流电动机，其提供许多优点，比如寿命长、体积减小和消耗更低以及低声级。
然而，与具有电刷的电动机相比，电动机的控制更复杂，因为为了使该控制良好地操作，需要准确地知道无刷直流电动机的转子的角位置。
实际上，这种电动机包括电磁励磁线圈，其布置在定子上并通过逆变器提供交流电，以便能够驱动布置在转子上的永磁体。
现在，为了能够在最佳时刻切换逆变器的开关且因此切换到电磁线圈的电源以便能够获得所需的转子驱动，有必要至少通过在状态切换时精确到几个点的段来知道转子的位置(通常对于梯形激励，转子的每次旋转有六个切换)。
图1a示出了用于电动机转子的角度检测装置的示意图，该电动机包括根据现有技术的三个霍尔效应传感器。从该图中可以看出，表示为H1、H2和H3的三个霍尔效应传感器围绕控制磁体AC(例如环形磁体)布置在定子ST上，控制磁体AC固定到直流电动机，其单轴线X可在图1a看到。控制磁体AC包括两个极，S表示南极，N表示北极。
三个霍尔效应传感器H1、H2和H3以彼此120°成角度地分布，以便获得每个周期的电磁励磁线圈的六个瞬时切换，其对应于转子的60°的旋转角度。
图1b在其顶部表示来自三个霍尔效应传感器H1、H2和H3的信号，并且在其底部表示在转子的360°周期中到电磁激励线圈的电源信号。该周期被分成由垂直虚线界定的60°的6个步骤。
在表示为1的第一步骤中，从0到60°，对应于来自传感器H3的高信号和来自传感器H1和H2的低信号，电流从相A切换到相B(对应于相A的信号为1，对应于相B的信号为-1，对应于相C的信号为0)。
在表示为2的第二步骤中，从60°到120°，对应于来自传感器H2和H3的高信号以及来自传感器H1的低信号，电流从相A切换到相C(对应于相A的信号为1，对应于相B的信号为0，对应于相C的信号为-1)。
在表示为3的第三步骤中，从120°到180°，对应于来自传感器H2的高信号和来自传感器H1和H3的低信号，电流从相B切换到相C(对应于相B的信号为1，对应于相A的信号为0，对应于相C的信号为-1)。
在表示为4的第四步骤中，从180°到240°，对应于来自传感器H1和H2的高信号以及来自传感器H3的低信号，电流从相B切换到相A(对应于相B的信号为1，对应于相C的信号为0，对应于相A的信号为-1)。
在表示为5的第五步骤中，从240°到300°，对应于来自传感器H1的高信号和来自传感器H2和H3的低信号，电流从相C切换到相A(对应于相C的信号为1，对应于相B的信号为0，对应于相A的信号为-1)。
在表示为6的第六步骤中，从300°到360°，对应于来自传感器H1和H3的高信号以及来自传感器H2的低信号，电流从相C切换到相B(对应于相C的信号为1，对应于相A的信号为0，对应于相B的信号为-1)。
因此，使用三个霍尔效应传感器H1、H2和H3使得可以精确地确定与电磁励磁线圈的切换的六个瞬时变化对应的转子的六个位置。
因此，由于控制电动机所需的大量传感器，这种解决方案看起来很昂贵。
为了减少所需传感器的数量，还已知的做法是，为了确定转子的位置，使用基于定子的励磁线圈的反电动势的测量的无传感器方法。
然而，这种解决方案需要以同步模式启动无刷直流电动机，直到转子的旋转速度且因此反电动势足以被测量并且能够用于控制切换时刻。
现在，这种同步模式的启动仅可用于启动时负载较低且相对已知的应用(例如用于控制风扇)。因此可以理解，该解决方案不适用于机动车辆擦拭器系统的齿轮电机，该齿轮电机需要启动时负载和力偶较高并且可以以几乎零负载启动(如挡风玻璃是湿的情况)或者以高负载启动(如擦拭器因冰或雪而被卡住的情况)。
此外，相关的问题是如何确定减速齿轮机构的输出轴的位置，擦拭器系统布置在该位置上以能够决定应用于电动机的控制特别是其旋转方向。为此，已知的做法是使用位于减速齿轮机构的输出轴处的附加传感器，例如模拟角度传感器。这种传感器的成本也很高并且导致增加齿轮电机的总成本。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种能够降低齿轮电机的总成本同时允许擦拭器系统被有效控制和良好操作的解决方案。
为此，本发明涉及一种齿轮电机，特别用于擦拭器系统，包括：
-无刷直流电动机，包括：
-转子，
-具有用于电磁激励转子的线圈的定子，
-用于确定转子相对于定子的角位置的装置，
-控制单元，其配置为根据由转子的角位置来产生用于为电磁励磁线圈供电的控制信号，所述角位置由用于确定转子的角位置的装置确定，
-减速齿轮机构，其一侧连接到电动机的转子，另一侧连接到输出轴，输出轴用于连接到外部机构，特别是擦拭器系统，减速齿轮机构具有预定减速比，
用于确定转子的角位置的所述装置包括与旋转固定到转子上的控制磁体相关的至少一个霍尔效应传感器，并且所述齿轮电机还包括处理单元，其连接到用于确定转子的角位置的装置并且配置成通过考虑减速齿轮机构的预定减速比而确定的转子的角位置来确定输出轴的角位置。
根据转子的角位置确定输出轴的角位置使得可以在所述输出轴处省去精确的位置传感器。
根据本发明的另一方面，用于确定转子的角位置的装置包括两个霍尔效应传感器，它们分别与旋转固定到转子上的控制磁体相关。
使用两个霍尔效应传感器可以确定转子的旋转方向。
根据本发明的补充方面，控制磁体包括比无刷直流电动机的转子的磁极对数量更大的磁极对数量。
根据本发明的另一方面，用于确定转子的角位置的装置包括与控制磁体相关的单个霍尔效应传感器，所述控制磁体包括的磁极对数量等于电动机的转子的磁极对数量的三倍，控制磁体的磁极配置为与电动机的转子的磁极同相，使得霍尔效应传感器的状态变化与用于为电磁励磁线圈供电的由控制单元产生的控制信号的状态变化同步。
这种配置使得可以用单个霍尔效应传感器驱动电动机。
根据本发明的另一方面，用于确定转子的角位置的装置包括与控制磁体相关的两个霍尔效应传感器，所述控制磁体包括的磁极对数量等于电动机的转子的磁极对数量的三倍，两个传感器偏移30°的角度，控制磁体的转子的磁极配置为与转子的磁极同相，使得其中一个霍尔效应传感器的状态变化与用于为电磁励磁线圈供电的由控制单元产生的控制信号的状态变化同步。
根据本发明的补充方面，用于确定转子的角位置的装置包括两个霍尔效应传感器，第一霍尔效应传感器与第一控制磁体相关，所述第一控制磁体包括的磁极对数量等于电动机的转子的磁极对数量的三倍，第二霍尔效应传感器与第二控制磁体相关，所述第二控制磁体包括的磁极对数量等于电动机的转子的磁极对数量的九倍，第一控制磁体的磁极配置为与电动机的转子的磁极同相，使得第一霍尔效应传感器的状态变化与用于为电磁励磁线圈供电的由控制单元产生的控制信号的状态变化同步，第二霍尔效应传感器和第二控制磁体配置成使得第一霍尔效应传感器的状态变化在时间上发生在第二霍尔效应传感器的两个状态变化之间的中间。
根据本发明的另一方面，用于确定转子相对于定子的角位置的装置配置为：
-对于低于预定阈值的转子的旋转速度，基于来自一个或多个霍尔效应传感器的信号来确定转子的角位置，并且
-对于等于或高于预定阈值的转子的旋转速度，基于来自电磁激励线圈的反电动势的测量来确定转子的角位置。
反电动势的使用使得可以提高确定转子位置的精度。
根据本发明的另一方面，测量至少一个未被供电的电磁励磁线圈的反电动势并将其传输到用于确定转子的角位置的装置，用于确定转子的角位置的所述装置配置为将反电动势的测量值和与转子的预定位置相关的预定阈值进行比较。
根据本发明的补充方面，用于确定转子的角位置的装置配置成基于电磁激励线圈的反电动势的测量来校正来自一个或多个霍尔效应传感器的角度测量，以便基于反电动势的所述测量来校准一个或多个霍尔效应传感器。
根据本发明的另一方面，齿轮电机还包括旋转固定到输出轴的称为输出磁体的附加磁体以及与输出磁体相关的称为输出传感器的至少一个附加的霍尔效应传感器，至少一个输出传感器和输出磁体配置成使得至少一个输出传感器检测对应于用于连接到输出轴的外部机构的第一支承(abutment)位置的输出磁体的第一位置和对应于用于连接到输出轴的外部机构的第二支承位置的输出磁体的第二位置，至少一个输出传感器连接到控制单元，并且所述控制单元配置为也根据来自所述至少一个输出传感器的信号产生控制信号。
本发明还涉及一种擦拭器系统，特别是用于机动车辆，其包括如前所述的齿轮电机。
本发明还涉及一种用于控制齿轮电机的电动机的方法，特别用于擦拭器系统，所述齿轮电机包括：
-无刷直流电动机，包括：
-转子，
-具有用于电磁激励转子的线圈的定子，
-减速齿轮机构，其一侧连接到电动机的转子，另一侧连接到输出轴，输出轴用于连接到外部机构，特别是擦拭器系统，减速齿轮机构具有预定减速比，
-用于确定转子相对于定子的角位置的装置，其包括与旋转固定到转子上的控制磁体相关的至少一个霍尔效应传感器，
所述方法包括以下步骤：
(a)对于低于预定阈值的转子的旋转速度：
-基于来自一个或多个霍尔效应传感器的信号来确定转子的角位置，
(b)对于等于或高于预定阈值的转子的旋转速度，
-基于来自电磁激励线圈的反电动势的测量来确定转子的角位置，
-根据在前面步骤中确定的转子的角位置来产生为电磁激励线圈供电的控制信号，
-基于在前面步骤中确定的转子的角位置并且通过考虑减速齿轮机构的预定减速比来确定输出轴的角位置骤中确定的转子的角位置并且通过考虑减速齿轮机构的预定减速比来确定。
根据本发明的另一方面，基于来自转子的电磁励磁线圈的反电动势的测量来校正一个或多个霍尔效应传感器的角度测量。
根据本发明的补充方面，齿轮电机还包括布置在减速齿轮机构的输出轴上的称为输出磁体的附加磁体以及与输出磁体相关的至少一个附加的霍尔效应传感器，至少一个输出传感器和至少一个输出磁体配置成使得至少一个输出传感器在输出轴处于对应于用于连接到输出轴的外部机构的第一支承位置的第一位置时检测输出磁体的第一位置并且在输出轴处于对应于用于连接到输出轴的外部机构的第二支承位置的第二位置时检测输出磁体的第二位置，并且其中还根据来自所述至少一个输出传感器的信号来执行产生用于为电磁激励线圈供电的控制信号的步骤。
附图说明
参考附图，本发明的其他特征和优点将从作为示例并以非限制性方式给出的以下描述中得出，其中：
-图1a表示包括根据现有技术的三个霍尔效应传感器的电动机转子的角度检测装置的示意图，
-图1b表示由图1a的传感器提供的信号和电动机的电磁励磁线圈的控制信号的示意图，
-图2表示齿轮电机的示意图，
-图3a、3b和3c表示电动机的功能图，
-图4表示根据第一实施例的与控制磁体相关的霍尔效应传感器的示意图，
-图5表示作为转子的角位置的函数的由图4的霍尔效应传感器提供的信号以及电磁励磁线圈的控制信号的曲线图，
-图6表示根据第二实施例的与控制磁体相关的两个霍尔效应传感器，
-图7表示作为转子的角位置的函数的由图6的霍尔效应传感器提供的信号以及电磁励磁线圈的控制信号的曲线图，
-图8a表示根据第三实施例的与第一控制磁体相关的第一霍尔效应传感器，
-图8b表示根据第三实施例的与第二控制磁体相关的第二霍尔效应传感器，
-图8c表示与第一和第二控制磁体相关的第一和第二霍尔效应传感器及其相对于转子轴线的定位的示意图，
-图9表示作为转子的角位置的函数的由图8的霍尔效应传感器提供的信号以及电磁励磁线圈的控制信号的曲线图，
-图10示出了挡风玻璃的示意图，处于擦拭器臂的支承位置，
-图11a、11b和11c表示减速齿轮机构，包括布置在三个不同位置的带齿的轮的水平处的两个霍尔效应传感器。
在所有图中，相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
以下实施例是示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个参考涉及相同的实施例或者特征仅适用于单个实施例。不同实施例的简单特征也可以组合或互换以提供其他实施例。
在描述中，可以索引一些元件或参数，例如第一元件或第二元件以及第一参数和第二参数或甚至第一标准和第二标准等。在这种情况下，它是用于区分和指定相似但不相同的元件或参数或标准的简单索引。该索引并不意味着一个元件、参数或标准优先于另一个，并且在不脱离本说明书的范围的情况下，这种指定可以容易地互换。这种索引也不意味着时间顺序，例如用于评估特定标准。
图2表示用于装备机动车辆擦拭器系统的齿轮电机101的示例。
齿轮电机101包括壳体102，电动机103安装在壳体102上，电动机103联接到具有预定减速比(例如通常为1/69)的减速齿轮机构104。
减速齿轮机构104包括由电动机103旋转驱动的蜗杆107和固定在输出轴109上的带齿的轮108，输出轴109安装成在与蜗杆107的旋转轴线基本成直角的轴线上可旋转地移动。
减速齿轮机构104布置成使得蜗杆107通过与带齿的轮108啮合而协作，使得输出轴109能够由电动机103间接地旋转驱动。
输出轴109通常直接或通过连杆系统连接到擦拭器臂上，挡风玻璃擦拭器固定在擦拭器臂上。
在本发明的上下文中，电动机103是无刷直流电动机。
如图3a所示，其表示横截面的示意图，电动机103包括圆柱形形状的定子13，转子15容纳在其中心。
转子15安装成可绕电动机103的中心轴线X旋转地移动，并包括永磁体16，其磁极由北极的字母N和南极的字母S表示。然而，本发明不限于包括一对磁极的转子15的永磁体16，而是还延伸到包括更多数量对磁极的永磁体。
定子13包括围绕转子15布置的电磁励磁线圈17。电磁励磁线圈17均匀地分布在定子13的圆周上。电动机103在这里是三相电机，其相表示为A、B和C。有六个电磁激励线圈17(两个线圈相关以形成一个相)并且它们根据星形或Y形配置连接。
显然，也可以使用不同数量的电磁励磁线圈17和不同的配置，例如三角形配置。
如图3b所示，电磁励磁线圈17可以由控制单元21管理的逆变器19供电。
逆变器19包括例如表示为B1、B2和B3的三个分支，用于为定子13的各个相A、B和C供电。
每个分支B1、B2或B3包括两个开关23，开关的切换驱动相关相A、B或C的电磁激励线圈17的供电或不供电。
逆变器19的开关23由控制单元21驱动，以获得由图3c中从1到6编号的箭头表示的六个切换步骤的顺序。
第一步骤1对应于从相A到相B的电流切换，第二步骤2对应于从相C到相B的电流切换，第三步骤3对应于从相C到相A的电流切换，第四步骤4对应于从相B到相A的电流切换，第五步骤5对应于从相B到相C的电流切换以及第六步骤6对应于从相A到相C的电流切换。
六个切换步骤对应于电气360°旋转，也就是说，在永磁体16包括单对磁极(这里称为电机的成对磁极)的情况下，转子15完全360°旋转。在包括两对磁极的永磁体16的情况下，对应于电气360°的六个切换步骤对应于转子15的180°旋转，且在包括三对磁极的永磁体16的情况下，对应于电气360°的六个切换步骤对应于转子15的120°旋转。因此，从一个切换到另一个切换的过渡发生在转子15每次旋转电气60°角度。
在每一步骤中，电流通过两个相切换，而第三相具有浮动电位。六个切换步骤的顺序允许在定子13的水平处产生旋转磁场，这使得可以旋转驱动转子15。
虽然六步切换方案是120°相传导和60°非激励的最佳已知，但本发明不仅限于这一种切换方案，而是还延伸到其他类型的切换，例如，180°或中间相传导或在传导期间不同的激励分配，其可以达到正弦级数。
电动机103还包括用于确定连接到控制单元21的转子25(参见图3b)的角位置的装置，以允许控制单元21确定不同的切换时刻并相应地控制逆变器19的开关23。
用于确定转子的角位置的装置25配置成基于至少一个与旋转固定到转子15的控制磁体相关的霍尔效应传感器确定转子15相对于定子13的位置。
然后，转子15的适当确定的角位置由用于确定转子15的角位置的装置25传递到控制单元21，以便能够确定逆变器19的切换时刻。
此外，齿轮电动机101还包括处理单元26，其连接到用于确定转子15的角位置的装置25和控制单元21，并且配置成基于通过考虑减速齿轮机构104的预定减速比确定的转子15的角位置来确定输出轴109的角位置。然后由控制单元21使用输出轴109的角位置来确定施加到转子15的旋转速度，特别是确定擦拭器臂到达支承位置时的时刻，并且对此必须使电动机103的旋转方向相反。
1)确定逆变器19的切换时刻
A)第一实施例：单个霍尔效应传感器27
参照图4和5，根据第一实施例，电动机103包括单个霍尔效应传感器27。该单个传感器27由用于确定转子15的角位置的装置25使用，这么做特别是为了确定转子15的位置以用于低速旋转，也就是说低于预定阈值，例如用于低于电动机103的最大速度的10％的速度。这在本文涉及无刷直流电动机103的启动阶段。
对于等于或高于预定阈值的旋转速度，也就是说在启动阶段之后，用于确定转子15的角位置的装置25可以基于在电磁励磁线圈17处测量的反电动势来确定转子15的角位置。
在未被供电的线圈17处测量反电动势。例如，在图3c的步骤1的情况下，电流从相A传输到相B，从而在与相C相关的电磁励磁线圈17上测量反电动势。然后，反电动势的测量被传递到用于确定转子15的角位置的装置25。
然后，用于确定转子15的角位置的装置25将反电动势的测量值和与转子15的预定位置相关的预定阈值进行比较。例如，在对称电源的情况下，切换时刻对应于无动力电磁励磁线圈17的端子处的反电动势的电压值的过零点(从正电平转换到负电平或反之亦然)。
另外，测量的反电动势可用于校正甚至校准霍尔效应传感器27。
根据变型，即使对于等于或高于预定阈值的旋转速度，也可以继续利用基于由霍尔效应传感器29传递的信号确定的转子15的位置。
霍尔效应传感器27布置在定子13的水平并且与旋转固定到转子15的控制磁体29相关，如图4所示。
控制磁体29的磁极数等于转子15的磁极数的三倍。在这种情况下，控制磁体29的极数因此包括六个磁极，表示为北极的N1、N2、N3和南极的S1、S2、S3，如图4所示。控制磁体29的每个磁极占据60°的角度段。
由于控制磁体29的六个磁极，霍尔效应传感器27可以每60°检测转子的精确角位置。因此，电动机103配置成使得由单个霍尔效应传感器27提供的信号的状态变化对应于逆变器19的切换的变化，如图5的曲线图所示。
实际上，图5在其顶部表示作为转子15的角位置α的函数的来自霍尔效应传感器27的信号h。
对应于电磁励磁线圈17的切换周期的六个步骤也在图5的底部表示。
因此，来自霍尔效应传感器27的信号h的状态变化使得可以确定必须施加逆变器19的切换变化的时刻。
B)第二实施例：根据第一配置的两个霍尔效应传感器27a和27b
根据图6和7所示的第二实施例，电动机103包括与一个控制磁体29相关的两个霍尔效应传感器27a和27b，控制磁体29上的磁极的数量等于转子15的磁极数量的三倍，因此其类似于第一实施例的控制磁体29。
在当前情况下，控制磁体29的极数因此包括六个磁极，如图6所示。两个霍尔效应传感器27a和27b例如围绕转子15布置并且偏移角位置，使得来自两个霍尔效应传感器27a和27b的信号偏移电气90°角度，也就是说在包括三对磁极的控制磁体29的情况下偏移30°。
电动机103在其他方面类似于第一实施例，现在仅描述操作上的差异。
电动机103配置成使得由两个霍尔效应传感器27a或27b之一(例如传感器27b)提供的信号的状态变化对应于逆变器19的切换变化，如图7的曲线图所示。
因此，以30°布置的两个霍尔效应传感器27a和27b使得可以获得每30°检测转子15的位置。
对应于电磁励磁线圈17的切换周期的六个步骤也在图7的底部表示。
因此，霍尔效应传感器之一(例如传感器27b)可以像在第一实施例中那样提供逆变器19的切换变化的时刻，而另一个霍尔效应传感器(例如传感器27a)可以获得转子15的旋转方向。
测量的反电动势也可用于确定转子15的位置并且校正和/或校准霍尔效应传感器27a和27b。
C)第三实施例：根据第二配置的两个霍尔效应传感器27a和27b。
根据图8a、8b和9所示的第三实施例，电动机103包括与第一控制磁体29a相关的第一霍尔效应传感器27a，第一控制磁体29a包括的磁极对数量等于电机的磁极对数量的九倍，以及与第二控制磁体29b相关的第二霍尔效应传感器27b，第二控制磁体29b包括的磁极对数量等于电动机103的磁极对数量的三倍。在本例中，第一控制磁体29a的极数包括18个磁极，表示为北极的N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9和南极的S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9，如图8a所示。第一控制磁体29a的每个磁极占据20°的角度段。第二控制磁体29b的极数包括六个磁极，表示为北极的N1、N2、N3和南极的S1、S2、S3，如图8b所示。第二控制磁体29b的每个磁极占据60°的角度段。第一控制磁体29a和第二控制磁体29b旋转固定在转子15上且同轴布置，如图8b所示。
电动机103在其他方面类似于第二实施例，现在仅描述操作上的差异。
电动机103例如配置成使得由第二霍尔效应传感器27b提供的信号h_b的状态变化对应于逆变器19的切换变化，如图9的曲线图所示。
第一霍尔效应传感器27a和第一控制磁体29a例如配置成使得第二霍尔效应传感器29b的状态变化在时间上发生在第一霍尔效应传感器27a的两次状态变化之间的中间，如图9所示。
因此，第二霍尔效应传感器27b使得可以提供逆变器19的切换变化的时刻，并且第一霍尔效应传感器27a使得可以确定转子15的旋转方向。两个传感器27a、27b的组合使得可以每10°或20°获得转子的位置。
对应于电磁励磁线圈17的切换周期的六个步骤也在图9的底部表示。
对于第二实施例，测量的反电动势也可用于确定转子15的位置并且校正和/或校准霍尔效应传感器27a和27b。
在本发明的上下文中还可以设想包括一个或两个霍尔效应传感器27、27a、27b的其他实施例，所述霍尔效应传感器与包括更多或更少数量磁极的一个或两个控制磁体29、29a、29b相关。霍尔效应传感器27、27a、27b使得可以确定逆变器19的切换时刻。
实际上，用于确定转子15的角位置的装置25、控制单元21和处理单元26可以组合在单个设备中，例如微处理器、微控制器、ASIC(专用集成电路)或本领域技术人员已知的任何其他合适的处理装置。
另外，应当注意，针对不同实施例表示的示例对应于具有两个磁极和单一减速比的电动机103，但本发明不限于这样的示例，而是延伸到具有不同数量磁极和不同减速比的其他配置。
2)确定减速齿轮机构104的输出轴109的位置。
如前所述，由用于确定转子15的角位置的装置25确定的转子15的位置被传输到配置为确定减速齿轮机构104的输出轴109的位置的处理单元26。通过考虑减速齿轮机构104的减速比(例如1/69)来执行该确定，使得转子15的69转对应于减速齿轮机构104的输出轴109的一次旋转。减速齿轮机构104的输出轴109的确定的位置使得可以估计擦拭器臂114的位置并因此限定必须减小旋转速度的时刻和对于擦拭器臂而言必须反转电动机103的旋转方向的时刻，以描述所需的往复运动。因此，处理单元26联接到控制单元21，以产生，控制信号，该控制信号，使得可以在减速齿轮机构104的输出轴109的预定支承位置处获得电动机103的旋转方向的变化。
例如，该机构包括表示为A和B的两个支承位置，如图10所示。第一支承位置A例如对应于擦拭器臂靠近挡风玻璃112的底部边缘或者与擦拭器臂114相关的窗口的底部边缘的低位置。第二支承位置B例如对应于擦拭器臂114操作时其方向变化的高位置。
因此，基于来自一个或多个霍尔效应传感器17、27a、27b的信号，处理单元26可以确定由转子15执行的转数，并且基于减速比而由此推断出擦拭器臂114的位置。
然而，这种操作可能不令人满意，特别是如果擦拭器臂114没有返回到预定的静止位置，例如每次擦拭器系统停用时的位置A。实际上，当擦拭器系统被激活时，控制单元11需要知道擦拭器臂114的位置，以能够正确地控制齿轮电机101的电动机113。
为此，可以使用至少一个称为输出传感器的附加霍尔效应传感器，该传感器与旋转联接到减速齿轮机构104的输出轴109的称为输出磁体的一个或多个控制磁体相关。一个或多个传感器和一个或多个输出磁体例如可以确定支承位置。一个或多个输出传感器例如连接到处理单元26。
图11a表示包括两个输出霍尔效应传感器127a、127b和一个控制磁体129的示例性实施例，该控制磁体129包括位于与输出轴109相关的带齿的轮108的支承位置处的两个南极S1和S2以及位于两个南极S1和S2之间的一个北极N。
图11b和11c分别表示处于第一和第二支承位置的带齿的轮108。使用两个霍尔效应传感器127a和127b使得可以检测支承的存在并确定它是第一支承还是第二支承。实际上，当带齿的轮108处于第一支承位置时(图11b)，第一输出传感器127a面向南极S1且第二输出传感器127b面向北极N，而在第二支承位置(图11c)，第一输出传感器127a面向北极N且第二输出传感器127b面向南极S2。因此，取决于第一127a或第二127b输出传感器是否检测到南极，可以确定擦拭器臂是否处于第一或第二支承位置。此外，在擦拭器系统的操作中，处理单元26可借助与如前所述与转子15相关的霍尔效应传感器27、27a、27b确定擦拭器臂在由输出传感器127a、127b给出的两个支承位置之间的位置。
因此，本发明使得可以通过使用有限数量的霍尔效应传感器27、27a、27b、127a、127b可靠地驱动齿轮电机101。这些霍尔效应传感器27、27a、27b、127a、127b使得可以确定电动机103的转子15的位置和减速齿轮机构104的输出轴109的位置。

Claims (14)

1.一种齿轮电机(101)，特别用于擦拭器系统，包括：
-无刷直流电动机(103)，包括：
-转子(15)，
-具有用于电磁激励转子(15)的线圈(17)的定子(13)，
-用于确定转子(15)相对于定子(13)的角位置的装置(25)，
-控制单元(21)，其配置为根据转子(15)的角位置来产生用于为电磁励磁线圈(17)供电的控制信号，所述角位置由用于确定转子(15)的角位置的装置(25)确定，
-减速齿轮机构(104)，其一侧连接到电动机(103)的转子(15)，另一侧连接到输出轴(109)，所述输出轴(109)用于连接到外部机构，特别是擦拭器系统，所述减速齿轮机构(104)具有预定减速比，
其特征在于，用于确定转子(15)的角位置的所述装置(25)包括与旋转固定到转子(15)上的控制磁体(29、29a、29b)相关的至少一个霍尔效应传感器(27、27a、27b)，并且所述齿轮电机(101)还包括处理单元(26)，其连接到用于确定转子(15)的角位置的装置(25)并且配置成基于通过考虑减速齿轮机构(104)的预定减速比而确定的转子(15)的角位置来确定输出轴(109)的角位置。
2.如权利要求1所述的齿轮电机(101)，其中，用于确定转子(15)的角位置的装置(25)包括两个霍尔效应传感器(27a、27b)，所述两个霍尔效应传感器(27a、27b)分别与旋转固定到转子(15)上的控制磁体(29、29a、29b)相关。
3.如权利要求1或2所述的齿轮电机(101)，其中，所述控制磁体(29、29a、29b)包括比所述无刷直流电动机(103)的转子(15)的磁极对数量更大的磁极对数量。
4.如与权利要求1结合的权利要求3所述的齿轮电机(101)，其中，用于确定转子(15)的角位置的装置(25)包括与控制磁体(29)相关的单个霍尔效应传感器(27)，所述控制磁体(29)包括的磁极对数量等于电动机(103)的转子(15)的磁极对数量的三倍，控制磁体(29)的磁极配置为与电动机(103)的转子(15)的磁极同相，使得霍尔效应传感器(27)的状态变化与用于为电磁励磁线圈(17)供电的由控制单元(21)产生的控制信号的状态变化同步。
5.如权利要求3所述的齿轮电机(101)，其中，用于确定转子(15)的角位置的装置(25)包括与控制磁体(29)相关的两个霍尔效应传感器(27a、27b)，所述控制磁体(29)包括的磁极对数量等于电动机(103)的转子(15)的磁极对数量的三倍，两个传感器(27a、27b)偏移30°的角度，控制磁体(29)的转子(15)的磁极配置为与转子(15)的磁极同相，使得其中一个霍尔效应传感器(27a、27b)的状态变化与用于为电磁励磁线圈(17)供电的由控制单元(21)产生的控制信号的状态变化同步。
6.如权利要求3所述的齿轮电机(101)，其中，用于确定转子(15)的角位置的装置(25)包括两个霍尔效应传感器(27a、27b)，第一霍尔效应传感器(27a)与第一控制磁体(29a)相关，所述第一控制磁体(29a)包括的磁极对数量等于电动机(103)的转子(15)的磁极对数量的三倍，第二霍尔效应传感器(27b)与第二控制磁体(29b)相关，所述第二控制磁体(29b)包括的磁极对数量等于电动机(103)的转子(15)的磁极对数量的九倍，第一控制磁体(29)的磁极配置为与电动机(103)的转子(15)的磁极同相，使得第一霍尔效应传感器(27a)的状态变化与用于为电磁励磁线圈(17)供电的由控制单元(21)产生的控制信号的状态变化同步，第二霍尔效应传感器(27b)和第二控制磁体(29b)配置成使得第一霍尔效应传感器(27a)的状态变化在时间上发生在第二霍尔效应传感器(27b)的两个状态变化之间的中间。
7.如前述权利要求中任一项所述的齿轮电机(101)，其中，用于确定转子(15)相对于定子(13)的角位置的装置(25)配置为：
-对于低于预定阈值的转子的旋转速度，基于来自一个或多个霍尔效应传感器(27、27a、27b)的信号来确定转子(15)的角位置，并且
-对于等于或高于预定阈值的转子(15)的旋转速度，基于来自电磁激励线圈(17)的反电动势的测量来确定转子(15)的角位置。
8.如权利要求7所述的齿轮电机(101)，其中，测量至少一个未被供电的电磁励磁线圈(17)的反电动势并将其传输到用于确定转子(15)的角位置的装置(25)，用于确定转子(15)的角位置的所述装置(25)配置为将反电动势的测量值和与转子(15)的预定位置相关的预定阈值进行比较。
9.如权利要求7或8所述的齿轮电机(101)，其中，用于确定转子(15)的角位置的装置配置成基于电磁激励线圈(17)的反电动势的测量来校正来自一个或多个霍尔效应传感器(27、27a、27b)的角度测量，以便基于所述反电动势的测量来校准一个或多个霍尔效应传感器(27、27a、27b)。
10.如前述权利要求中任一项所述的齿轮电机(101)，还包括旋转固定到输出轴(109)的称为输出磁体(129)的附加磁体以及与输出磁体(129)相关的称为输出传感器(127a、127b)的至少一个附加的霍尔效应传感器，至少一个输出传感器(127a、127b)和输出磁体(129)配置成使得至少一个输出传感器(127a、127b)检测对应于用于连接到输出轴(109)的外部机构的第一支承位置的输出磁体(129)的第一位置和对应于用于连接到输出轴的外部机构的第二支承位置的输出磁体(129)的第二位置，至少一个输出传感器(127a、127b)连接到控制单元(21)，并且所述控制单元(21)配置为也根据来自所述至少一个输出传感器(127a、127b)的信号产生控制信号。
11.一种擦拭器系统，特别用于机动车辆，包括如前述权利要求中任一项所述的齿轮电机(101)。
12.一种用于控制齿轮电机(101)的电动机(103)的方法，特别用于擦拭器系统，所述齿轮电机(101)包括：
-无刷直流电动机(101)，包括：
-转子(15)，
-具有用于电磁激励转子(15)的线圈(17)的定子(13)，
-减速齿轮机构(104)，其一侧连接到电动机(103)的转子(15)，另一侧连接到输出轴(109)，所述输出轴(109)用于连接到外部机构，特别是擦拭器系统，所述减速齿轮机构(104)具有预定减速比，
-用于确定转子(15)相对于定子(13)的角位置的装置(25)，其包括与旋转固定到转子(15)上的控制磁体(29、29a、29b)相关的至少一个霍尔效应传感器(27、27a、27b)，
所述方法包括以下步骤：
(a)对于低于预定阈值的转子的旋转速度：
-基于来自一个或多个霍尔效应传感器(27、27a、27b)的信号来确定转子(15)的角位置，
(b)对于等于或高于预定阈值的转子的旋转速度，
-基于来自电磁激励线圈(17)的反电动势的测量来确定转子(15)的角位置，
-根据在前面步骤中确定的转子(15)的角位置来产生为电磁激励线圈(17)供电的控制信号，
-基于在前面步骤中确定的转子(15)的角位置并且通过考虑减速齿轮机构(104)的预定减速比来确定输出轴(109)的角位置。
13.如前一权利要求所述的用于控制齿轮电机(101)的电动机(103)的方法，其中，基于来自用于电磁激励转子(15)的线圈(17)的反电动势的测量来校正一个或多个霍尔效应传感器(27、27a、27b)的角度测量。
14.如权利要求12或13所述的控制方法，其中，所述齿轮电机(101)还包括布置在减速齿轮机构(104)的输出轴(109)上的称为输出磁体(129)的附加磁体以及与输出磁体(129)相关的至少一个附加的霍尔效应传感器(127a、127b)，至少一个输出传感器(127a、127b)和至少一个输出磁体(129)配置成使得至少一个输出传感器(127a、127b)在输出轴(109)处于对应于用于连接到输出轴(109)的外部机构的第一支承位置的第一位置时检测输出磁体(129)的第一位置并且在输出轴(109)处于对应于用于连接到输出轴(109)的外部机构的第二支承位置的第二位置时检测输出磁体(129)的第二位置，并且其中，还根据来自所述至少一个输出传感器(127a、127b)的信号来执行产生用于为电磁激励线圈(17)供电的控制信号的步骤。
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