CN110402537A - 用于确定多相电机的转子的转角位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定具有极绕组(4)的多相电机的转子的位置的方法，这些极绕组的电感在无电流的状态中、至少在转动角度周期之内，与转子(2)的转角位置存在明确的关系，其中，至少在各极绕组(4)之间的测量位置(7、8)处，量取与极绕组(4)的瞬时电感有关的、通过在相线输入端(R、S、T)处的电压跃变(ΔUB)产生的测量信号(a1、as)。按照本发明，为了量取信号，设有多个测量位置(7、8)，其全部设置在同一条相线(4)上。对于各测量位置分别选择具有最低的瞬时工作电流的相线(R、S、T)。

Description

用于确定多相电机的转子的转角位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定具有极绕组的多相电机的转子的转角位置的方法，这些极绕组电感在无电流的状态中至少在转角周期之内与转子的转角位置存在明确关系，其中，为了确定在各极绕组之间的测量位置处的转角位置，量取与电机的极绕组的瞬时电感有关的、通过在相线输入端的电压跃变而产生的测量信号。
背景技术
在DE 10 2011 008 141 A1和DE 10 2011 008 756 A1中描述了这种方法。这些方法允许在机器运行期间在不使用传感器、例如霍尔探头的情况下来确定转子的转角位置。电压信号的测量及其分析在转子的转动位置的变化可忽略的时间段之内进行。
在具有以星形电路连接的相线的电机中，星形汇接点常规地用作量取电压信号的测量位置。电机的全部极绕组的电感汇入到可在星形汇接点处量取的电压信号中。
发明内容
通过本发明实现一种开头提到的类型的新的方法，其特征在于，为了确定转角位置，分别在多个测量位置处量取测量信号，所述多个测量位置分别涉及同一条相线。
按照本发明，这些测量位置允许确定仅与该一个相线的电感有关的测量信号。有利地，因此存在选择特别合适于确定转子位置的相线的可能性。
为了确定转子的转角位置，符合目的地相应地选择在其中流过最低的瞬时工作电流的相线。有利地，由此可以减少工作电流对极绕组的电感的歪曲性的影响，并且借助于在通过转子场影响的极绕组电感与转角位置之间预先确定的关系可以更准确地确定转角位置。
优选地，作为测量信号量取按照电机的极绕组的电感分配的、在分配电压跃变的情况下产生的电压信号，以及特别是在相应的测量位置处相应于电压跃变的电势跃变。通过确定这样的电势跃变能有利地消除在各测量位置处缓慢变化的电压、例如感应电压或在欧姆阻抗上降落的电压。
优选地，由不同测量位置的各测量信号形成与其余相线的电感无关的信号。
优选地，为了形成所述无关的信号，由在不同测量位置处确定的测量信号形成商。
如果各相线以星形电路连接，那么所述多个测量位置符合目的地包括星形汇接点作为测量位置。
优选地，所述电压跃变是施加到电机上的工作电压脉冲、特别是PWM脉冲的脉冲边沿，或是仅可忽略地影响电机运行的单独的测量电压脉冲。
所述电机可以是多极电机，其例如包括用于形成五个磁周期的十二个极绕组和磁极对。
所述涉及同一条相线的测量位置可以是通过测量绕组量取的测量位置,其中，在测量绕组中通过电压跃变感应出相应的测量信号跃变。
附图说明
以下借助各实施例和与各实施例相关的附图进一步阐述本发明。图中：
图1示出电机的示意图，其转子位置能根据按照本发明的方法确定，
图2示出图1的电机以星形电路连接的各相线的示意图,
图3示出阐述按照本发明的方法的示图，以及
图4示出具有测量绕组的电机的另一示意图。
具体实施方式
图1示出具有定子1和转子2的电机，所述转子在当前的情况中是外转子。
在所示的例子中，定子2具有六个定子极3。相邻的定子极3的串联连接的各极绕组4分别形成三条电流相线R、S、T中的一条相线，所述各相线汇集在一个星形汇接点5处。各极绕组分别具有一个铁芯6。
图2单独地示出具有电机的极绕组4的相线R、S、T。分别在每条相线的两个极绕组之间设有用于测量电压信号的量取位置7、7'或7"。用于测量电压信号的另外的量取位置8位于星形汇接点5处。
电机的极绕组4的铁芯6被转子2的磁场不同地磁化，其中，芯材料的不同的饱和度导致极绕组4的不同电感。特别是，每个极绕组电感与转子2的转角位置有关。在两个分别为180°的转角范围之内，在转子的转动位置与极绕组4的电感之间相应地存在明确的函数关系。
与图1不同地，可以设有更多数量的形成磁周期的磁极对以及更多数量的定子极3或电流相线。在每种情况下，在每半个磁周期之内，极绕组的电感明确地与转子位置有关。
在电机作为电动机的运行中，通过脉冲宽度调制(PWM方法)，在量取位置5以及7、7'和7"处，与PWM脉冲的边沿大致同时地发生电势跃变，在该脉冲宽度调制中，电压(例如电池电压UB)以脉冲形式交替地施加到相线R、S、T上。
对于跃变高度决定性的是在量取位置处的相应的分压比。在相线R、S、T的输入端处的跃变式的电压变化的情况下，对于在量取位置处由此要产生的电势跃变的分压比仅与极绕组4的瞬时电感有关。该电感又与转子2的转动位置有关。根据转子2的转动位置，铁芯6的磁化的饱和度以及因此极绕组4的电感由于转子的磁场而变化。
图3示出将电池电压UB施加到电流相线R上的电路状态。所述两条另外的电流相线S、T处于接地(电势零点)。在电压跃变ΔUB的时刻，在星形汇接点5处发生跃变高度为as的电压跃变。差值UB-as比电压UB等于相线R的瞬时电感LR比相线R的电感LR与相线S和T并联电路的瞬时电感LS,T的总和:
在量取位置7处同时量取电压信号a1。差值UB-a1比电池电压UB等于相线R的极绕组4'的瞬时电感L1比相线R的电感LR与相线S和T并联电路的瞬时电感LS,T的总和:
如果商(UB-a1)/UB除以商(UB-as)/UB，那么得到了商信号a，其仅与相线R的电感L1、LR有关:
在转子场的每半个磁周期之内、亦即在所描述的情况中在两个180°的转角范围之内，商信号a也与转子的转角明确地相关，并且所述商信号因此可以是对于转子转角的量度。
有利地，通过相应地选择在各相线R、S、T中流过最低的瞬时工作电流的相线，商信号a的确定允许很大程度上不受电机的工作电流干扰地确定转子的位置，所述转子位置的确定以预先确定的在转子位置与商信号a之间的函数关系为基础。因此，对于该相线的极绕组的电感，基本上仅转子的磁场(6)是决定性的，并且对于电感决定性的铁芯饱和度仅轻微地被工作电流影响。
通过在图4中示出的测量绕组9也可以量取在极绕组4上由在相线输入端的电压跃变而产生的电压跃变，其高度与相应的极绕组电感有关。在极绕组4处的电压跃变变压器式地传递到测量绕组9上。这样的测量绕组9可以安装在每条相线的至少一个极绕组上，从而能相应地选择用于测量的、正好流过电机的最低的工作电流的相线。
与先前描述的实施例不同地，也可以在具有一个唯一的绕组的相线上设有用于量取电压信号的测量位置，其中，所述测量位置将所述唯一的绕组划分为部分绕组。根据部分绕组的空间上不同的布置结构，各部分绕组的电感的比与转子的转动位置有关。
先前的描述涉及在无电流的状态中转子的磁场对于极绕组的电感是决定性的，并且因此在每半个磁周期之内，转子的转角与电感之间存在明确的函数关系。不言而喻地，极绕组的电感变化也可以通过随着转子的转动产生的气隙变化而引起。
为了减少电线和/或干扰影响的数量，各测量位置连同各测量绕组例如可以通过电阻网络互联。
先前描述的信号处理可以(必要时数字式地)在电机之内进行，其中，输送设置在电机之外的功率输出级的经处理的信号。为了信号处理，考虑高度集成的电路/分析单元，其直接在马达之内量取在测量位置处(必要时在测量绕组上)的信号。
辅助线圈或测量绕组本身可以用于分析单元的工作电压供给，其中，同时产生电流隔离。如果电机的所有相不是以共模方式切换，那么可以实现将工作能量由电机传递到分析电路中。
分析单元可以设计为用于与功率输出级合作，如同分析单元常规地设计用于接收外部的位置传感器(例如转换器)的信号。
在使用测量绕组的情况下，可以通过各绕组的相应的电路连接来优化信号的检测和分析。例如，可串联连接属于相同转子位置的绕组，以便提高信号电平。在还更复杂的信号处理的范畴内，例如可以通过形成和与差来进行各信号的正交化。为了对此必需的缩放能够合适地选择匝数。
通过例如在具有强磁体的电机上由于高的饱和度使测量灵敏度降低，优选具有最低的工作电流的线路可能与电机的构造方式有关地而不太有利。为了优化测量结果，这里可以使用其他的选择可能性，其中，必要时考虑大致同时分析多条相线。

Claims (10)

1.用于确定具有极绕组(4)的多相电机的转子(2)的转角位置的方法，所述极绕组的电感在无电流的状态中至少在转角区段之内与转子(2)的转角位置存在明确的关系，其中，为了确定在各极绕组(4)之间的测量位置(5、7)处的转角位置，量取与电机的极绕组(4)的瞬时电感(4)有关的、通过在相线输入端(R、S、T)处的电压跃变(ΔUB)产生的测量信号(a1、as)，
其特征在于，
为了确定转角位置，分别在多个测量位置(7、8)处量取测量信号(a1、as)，所述多个测量位置分别涉及同一条相线(4)。
2.按照权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述测量信号(a1、as)是按照电机的极绕组(4)的电感分配的、在分配电压跃变(ΔUB)的情况下产生的电压信号，并且在相应的测量位置(7、8)处确定相应于电压跃变(ΔUB)的电势跃变。
3.按照权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
对于测量位置分别选择具有最低的瞬时工作电流的相线(R、S、T)。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，
其特征在于，
由不同测量位置(7、8)的各测量信号(a1、as)形成与所述其余的相线(S、T)的电感无关的信号(a)。
5.按照权利要求4所述的方法，
其特征在于，
为了形成所述无关的信号(a)，由在不同的测量位置(7、8)处确定的测量信号(a1、as)形成商。
6.按照权利要求1至5之一所述的方法，
其特征在于，
所述相线(R、S、T)以星形电路连接，并且所述多个测量位置(7、8)包括星形汇接点(5)作为测量位置。
7.按照权利要求1至6之一所述的方法，
其特征在于，
所述电压跃变(ΔUB)相应于施加到电机上的工作电压脉冲、特别是PWM脉冲或单独的测量电压脉冲的脉冲边沿。
8.按照权利要求1至7之一所述的方法，
其特征在于，
所述电机是多极电机，所述多极电机例如包括十二个线圈和磁极对以用于形成五个磁周期。
9.按照权利要求1至8之一所述的方法，
其特征在于，
为了确定转角位置分析多个相线的测量信号。
10.按照权利要求1至9之一所述的方法，
其特征在于，
不仅所述信号量取而且信号处理通过在所述电机内的分析单元来实现。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113389538B (zh) * 2021-06-29 2023-07-11 北京三一智造科技有限公司 车身回转控制方法以及系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000245185A (ja) * 1999-02-17 2000-09-08 Mitsubishi Electric Corp 固定子巻線のインダクタンスの変化を利用して回転子位置を検出するモータの駆動方法及び駆動装置
US6246193B1 (en) * 1999-08-26 2001-06-12 Tridelta Industries, Inc. Encoderless rotor position detection method and apparatus
CN1387311A (zh) * 2001-05-18 2002-12-25 关邦夫 用于驱动三相半波驱动无刷电机的装置
US20070031131A1 (en) * 2005-08-04 2007-02-08 Mountain Engineering Ii, Inc. System for measuring the position of an electric motor
CN101454966A (zh) * 2006-05-22 2009-06-10 韦尔泰可有限公司 永磁发电机控制器
US20110057593A1 (en) * 2008-05-08 2011-03-10 Connel Brett Williams Position Sensorless Motor Control
US20110316464A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Valeo Systemes De Controle Moteur Electric device comprising an alternating current electric motor and a control inverter and a method for measuring the electromotive force of this device
CN103270687A (zh) * 2010-11-24 2013-08-28 罗尔夫·施特罗特曼 用于测定电机的转子旋转角位的设备
DE102013109379A1 (de) * 2013-08-29 2015-03-05 Rolf Strothmann Verfahren zur Bestimmung der Drehposition des Rotors einer elektrischen Maschine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008043340A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-06 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Positionserfassung des Magnetankers eines elektromagnetischen Aktuators
DE102011008141A1 (de) 2011-01-08 2012-07-12 Rolf Strothmann Vorrichtung zur Ermittlung der Position des Läufers einer elektrischen Maschine
DE102011008756A1 (de) 2011-01-17 2012-07-19 Rolf Strothmann Verfahren zur Bestimmung der Position des Läufers einer elektrischen Maschine
GB201203209D0 (en) * 2012-02-24 2012-04-11 Stored Energy Technology Ltd Improvements in or relating to rotor position detection

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000245185A (ja) * 1999-02-17 2000-09-08 Mitsubishi Electric Corp 固定子巻線のインダクタンスの変化を利用して回転子位置を検出するモータの駆動方法及び駆動装置
US6246193B1 (en) * 1999-08-26 2001-06-12 Tridelta Industries, Inc. Encoderless rotor position detection method and apparatus
CN1387311A (zh) * 2001-05-18 2002-12-25 关邦夫 用于驱动三相半波驱动无刷电机的装置
US20070031131A1 (en) * 2005-08-04 2007-02-08 Mountain Engineering Ii, Inc. System for measuring the position of an electric motor
CN101454966A (zh) * 2006-05-22 2009-06-10 韦尔泰可有限公司 永磁发电机控制器
US20110057593A1 (en) * 2008-05-08 2011-03-10 Connel Brett Williams Position Sensorless Motor Control
US20110316464A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Valeo Systemes De Controle Moteur Electric device comprising an alternating current electric motor and a control inverter and a method for measuring the electromotive force of this device
CN103270687A (zh) * 2010-11-24 2013-08-28 罗尔夫·施特罗特曼 用于测定电机的转子旋转角位的设备
DE102013109379A1 (de) * 2013-08-29 2015-03-05 Rolf Strothmann Verfahren zur Bestimmung der Drehposition des Rotors einer elektrischen Maschine

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