CN116569474A - 用于确定旋转位置的方法、用于确定电角度位置的方法以及用于驱动电动马达的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定转子(12)的旋转位置的方法(100)，该转子被分配给电动马达(10)并且该转子能够相对于定子绕旋转轴线(14)旋转，并且该转子的旋转位置通过旋转传感器的至少一个测量值(M)借助于下述方式来确定：在转子(12)的操作期间的第一时间(X)，将旋转传感器的至少一个测量值(M)与存储的传感器测量值参考(118)进行比较，该传感器测量值参考包括作为在旋转传感器的各个旋转位置处先前存储的旋转传感器的测量值的参考值(R)，其中，传感器测量值参考(118)包括规定的参考值(R)的序列(120)，并且将在第一时间(X)之前记录的测量值(M)存储为测量值(M)的序列(120)，其中，在第一时间(X)存在于转子(12)处的旋转位置基于测量值(M)的序列(120)与参考值(R)的序列之间的比较来计算。此外，本发明涉及一种用于确定电角度位置的方法以及一种用于对电动马达(10)进行电驱动的方法。

Description

用于确定旋转位置的方法、用于确定电角度位置的方法以及 用于驱动电动马达的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的方法。此外，本发明涉及用于确定电角度位置的方法以及用于驱动电动马达的方法。

背景技术

DE 10 2016 207 643 A1描述了一种用于确定电动马达的转子相对于电动马达的定子的位置的方法，其中，转子具有永磁体和带有多个磁极的磁性传感器，定子具有三相绕组和至少一个磁场传感器，并且电动马达在传感器的控制下逐步进行电子换向，其中，转子相对于定子移动，在若干个换向步骤中检测到至少一个磁场传感器的信号，并且考虑在所述若干个换向步骤中确定的所述至少一个磁场传感器的信号来确定转子相对于定子的位置。

本发明的目的是更精确地确定转子的旋转位置。电动马达应当得到更精确地控制。电动马达应当被更有效地操作并且更成本有效地构造。

发明内容

这些目的中的至少一个目的通过具有根据权利要求1的特征的用于确定旋转位置的方法来实现。因此，可以在电动马达的操作期间精确且可靠地确定转子的旋转位置。电动马达可以被成本有效地设计。

电动马达可以布置在车辆中。车辆可以是混合动力车辆或电动车辆。电动马达可以布置在车辆的动力系中。电动马达可以提供驱动扭矩以使车辆移动。电动马达可以执行对致动元件例如变速器和/或离合器的致动。

电动马达可以是无刷直流马达。电动马达可以用交流电压来驱动。电动马达可以具有多极构造。

旋转传感器可以是转子轴承传感器。旋转传感器可以具有测量元件和旋转元件。旋转元件可以连接至转子并且可以绕旋转轴线旋转。旋转元件可以布置在转子的前侧上。旋转元件可以具有布置在周缘侧上的多个子部段。旋转元件可以具有布置在周缘侧上的子部段。子部段可以是圆形部段。各个子部段可以设计为磁化极对。子部段的数目可以等于电动马达的极对的数目n。测量元件可以输出模拟传感器信号。传感器信号可以是正弦传感器信号或余弦传感器信号。在子部段未正确定位的情况下，使用所提出的方法仍然可以精确地确定旋转位置。

测量元件可以设计为霍尔传感器。测量元件可以与旋转元件轴向相对。测量元件可以固定至壳体。

旋转位置优选地独立于转子的旋转速度和/或旋转加速度来确定。

在本发明的优选实施方式中，如果测量值的序列具有按时间顺序紧接在第一时间之前的至少两个测量值，则这是有利的。测量值的序列可以具有与传感器测量值参考的参考值的数目对应的数目的测量值。这允许对测量值进行精确的比较。

本发明的有利实施方式设置的是，旋转传感器具有第一传感器元件和第二传感器元件，并且测量值中的至少一个测量值包括第一传感器元件的第一部分测量值和第二传感器元件的第二部分测量值。第一部分测量值可以使用来自第一传感器元件的传感器信号来计算，并且第二部分测量值可以使用来自第二传感器元件的传感器信号来计算。第一传感器元件可以设计为第一测量元件。第二传感器元件可以设计为第二测量元件。第一传感器元件和第二传感器元件可以绕旋转轴线彼此偏移90°。第一测量元件和/或第二测量元件可以设计为霍尔传感器。

本发明的优选实施方式的有利之处在于，参考值和/或来自测量值的序列的测量值中的每一者都包括第一部分测量值和第二部分测量值。参考值和/或测量值还可以包括多于两个的部分测量值。

在本发明的有利实施方式中，设置的是，第一部分测量值是第一传感器元件的正弦传感器信号的振幅。第一部分测量值也可以是正弦传感器信号的相位和/或偏移。

在本发明的具体实施方式中，如果第二部分测量值是第二传感器元件的余弦传感器信号的振幅，则这是有利的。第二部分测量值也可以是余弦传感器信号的相位和/或偏移。

在本发明的具体实施方式中，如果电动马达具有n个极对并且传感器测量值参考至少具有n个参考值，则这是有利的。参考值的数目可以等于电动马达的极对的数目。

本发明的优选实施方式的有利之处在于，至少一个参考值被分配给与相应的极对对应的每个旋转位置。因此，待确定的旋转位置和电动马达的电气周期可以受限于所分配的极对。

此外，上述目的中的至少一个目的通过用于确定被分配给电动马达的转子的电角度位置的方法来实现，在该方法中，通过计算电角度位置根据如上所述确定的旋转位置的角度偏差的曲线来确定电角度位置，并且根据角度偏差对电角度位置进行校正。

此外，上述目的中的至少一个目的通过下述方法来实现：该方法用于通过根据如上所述确定的转子的电角度位置的换向来对电动马达进行电致动。因此，用于换向的电角度位置可以被更精确地确定。电角度位置可以以更加独立于机械误差和公差的方式来确定。

换向优选地根据校正的电角度位置来设定。可以更加成本有效地确定校正的电角度位置，并且因此可以更加成本有效地对电动马达进行电控制。电动马达可以被更精确地电驱动。角度偏差可以形成基于电角度位置的用于换向的校正值。

电角度位置可以根据旋转传感器的传感器信号、优选地根据第一传感器元件的传感器信号和第二传感器元件的传感器信号、优选地经由反正切函数、特别是atan2函数来计算。因此，可以精确且成本有效地确定电角度位置。可以使用余弦传感器信号和正弦传感器信号作为用于计算电角度位置的输入信号。

本发明的其他优点和有利实施方式通过对图的描述和附图得出。

附图说明

下面参照附图详细地描述本发明。具体地：

图1：示出了用于在本发明的特定实施方式的方法中使用的转子的空间视图的一部分。

图2：示出了本发明的具体实施方式中的用于确定旋转位置的方法。

图3：示出了电角度位置与旋转位置的角度偏差的曲线。

图4：示出了传感器测量值参考以及测量值的序列。

具体实施方式

图1示出了用于在本发明的特定实施方式的方法中使用的转子的空间视图的一部分。电动马达10包括能够绕旋转轴线14旋转的转子12以及定子(此处未示出)。定子优选地布置在转子12的径向内侧，并且包括通过换向进行电控制以便驱动转子12的三相绕组。

电动马达10具有多极设计，并且具有数目为n的极对16。极对16由布置在转子12的内周上的永磁体18形成。永磁体18用于遵循从三相绕组发出的磁场，使得转子12绕旋转轴线14旋转。

在转子12的端面上布置有构造为呈环的形式的旋转元件20。旋转元件20具有预定数目的子部段，这些子部段各自包括至少一个极对22，并且围绕旋转轴线14交替地布置在周向侧上。永磁体18具有与旋转元件20相同数目的极对16。旋转元件20的极对22由两个相反地磁化的磁极N、S形成。永磁体18的数目由转子12的极对16的数目指定，由此旋转元件20上的磁极N、S的数目也优选地被指定。

旋转元件20的磁场可以通过测量元件、特别是霍尔传感器来检测。测量元件可以与旋转元件20轴向相对地定位，并且可以优选地牢固地连接至定子。

图2示出了本发明的具体实施方式中的用于确定旋转位置的方法100。用于确定转子的旋转位置的方法100可以在电动马达的操作期间使用。转子的旋转位置根据来自旋转传感器的测量值借助于下述方式来确定：在转子的操作期间的第一时间，在引入步骤102中确定并记录旋转传感器的测量信号104。测量信号104优选地是模拟信号，并且特别地包括正弦传感器信号104.1和余弦传感器信号104.2。正弦传感器信号104.1可以由旋转传感器的第一传感器元件提供，并且余弦传感器信号104.2可以由旋转传感器的第二传感器元件提供。在后续步骤106中，对测量信号104进行处理并将该测量信号输出为经处理的测量信号108。在另一步骤110中，可以对相应的传感器信号104.1、104.2的振幅、相位和/或偏移进行评估和处理。然后，在后续步骤112中，根据上述内容计算转子的电角度位置

在后续步骤114中，使用经处理的测量信号108以及电角度位置来计算转子相对于旋转轴线的旋转位置/>在这种情况下，使用传感器测量值参考118，该传感器测量值参考包括固定的参考值R的序列，如图4a)中所示。参考值R优选地为旋转传感器的被分配给转子的实际和检查的旋转位置的测量值。参考值R可以被记录和存储，例如在转子的调试之前、特别是在转子的初始调试之前被记录和存储，并且如图4a)中所示，对于10极电动马达的示例而言，所述参考值包括十个参考值R，所述十个参考值各自与由下述各者组成的测量值相对应：第一部分测量值R1，该第一部分测量值例如为第一传感器元件的正弦传感器信号的振幅；以及第二部分测量值R2，该第二部分测量值为第二传感器元件的余弦传感器信号的振幅，并且所述十个参考值被分配给转子的相应的极部段k。替代性地，参考值R可以在电动马达的操作期间、特别是在步骤106期间确定。

此外，再次参照图2，为了确定转子在第一时间的旋转位置使用在第一时间之前的时间记录的测量值作为测量值的序列120。如图4b)中所示，测量值M的序列120包括与传感器测量值参考中相同数目的测量值M。根据在时间X之前的测量值X和X-1至X-9的序列120与来自图4a)的传感器测量值参考的参考值序列之间的比较来计算在第一时间X存在于转子上的旋转位置。测量值M的序列120与参考值R的序列的比较可以经由循环卷积来进行。该比较可以在电动马达的操作期间与旋转位置的确定并行地建立和更新，而不会损害电动马达的操作。

参照图2，在后续步骤122中，可以使用确定的电角度位置和旋转位置/>来考虑和校正预先确定的角度偏差/>电动马达的换向可以根据确定的旋转位置/>电角度位置以及先前确定的电角度位置/>基于旋转位置/>的角度偏差/>之间的曲线来计算。在图3中示出了在整个旋转位置/>上的角度偏差/>的曲线的示例。在已知旋转位置/>的情况下，可以经由存储的角度偏差/>与确定的旋转位置/>的曲线来计算要考虑的角度偏差/>例如，在图3中，在旋转位置/>为72°时，角度偏差/>为5°。

参考值R的序列和角度偏差的曲线可以通过来自无编码器控制领域的方法来确定。角度偏差/>的曲线可以被预先记录，例如在电动马达的制造和初始启动之后以及/或者在电动马达的操作期间被预先记录，如在记录传感器测量值参考的情况一样。例如，偏差的曲线可以在功能上或在查找表中进行存储。当确定偏差的曲线时，可以考虑到机械公差。

为了对如图4a)中所示的传感器测量值参考118的参考值R以及/或者如图4b)中所示的测量值M的序列120的进行区分，可以适当地修改旋转传感器。

附图标记列表

10 电动马达

12 转子

14 旋转轴线

16 极对

18 永磁体

20 旋转元件

22 极对

100 方法

102 步骤

104 测量信号

104.1 传感器信号

104.2 传感器信号

106 步骤

108 经处理的测量信号

110 步骤

112 步骤

114 步骤

118 传感器测量值参考

120 序列

122 步骤

Claims (10)

1.一种用于确定被分配给电动马达(10)的转子(12)的旋转位置的方法(100)，所述转子能够相对于定子绕旋转轴线(14)旋转，并且所述转子的所述旋转位置/>通过旋转传感器的至少一个测量值借助于下述方式来确定：

在所述转子(12)的操作期间的第一时间(X)，将所述旋转传感器的至少一个测量值与存储的传感器测量值参考(118)进行比较，所述传感器测量值参考包括作为在所述旋转传感器的各种旋转位置处先前存储的所述旋转传感器的测量值的参考值(R)，

其特征在于，

所述传感器测量值参考(118)包括规定的参考值(R)的序列(120)，并且将在所述第一时间(X)之前记录的测量值(M)存储为测量值(M)的序列(120)，其中，在所述第一时间(X)存在于所述转子(12)处的旋转位置基于所述测量值(M)的序列(120)与所述参考值(R)的序列之间的比较来计算。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述测量值(M)的序列(120)具有按时间顺序紧接在所述第一时间(X)之前的至少两个测量值(M)。

3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，所述旋转传感器至少具有第一传感器元件和第二传感器元件，并且所述测量值(M)中的至少一个测量值包括所述第一传感器元件的第一部分测量值(R1)和所述第二传感器元件的第二部分测量值(R2)。

4.根据权利要求3所述的方法(100)，其特征在于，所述参考值(R)和/或来自所述测量值(M)的序列(120)的所述测量值(M)中的每一者都包括所述第一部分测量值(R1)和所述第二部分测量值(R2)。

5.根据权利要求3或4所述的方法(100)，其特征在于，所述第一部分测量值(R1)被分配给正弦传感器信号(104.1)。

6.根据权利要求3至5中的任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述第二部分测量值(R2)被分配给余弦传感器信号(104.2)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述电动马达(10)具有n个极对(16)，并且所述传感器测量值参考(118)至少具有n个参考值(R)。

8.根据权利要求7所述的方法(100)，其特征在于，至少一个参考值(R)被分配给每个与相应的极对(16)对应的旋转位置

9.一种用于确定被分配给电动马达(10)的转子(12)的电角度位置的方法，

其特征在于，

所述电角度位置借助于下述方式来确定：

计算所述电角度位置基于通过根据前述权利要求中的任一项所述的方法确定的所述旋转位置/>的角度偏差/>的曲线，并且基于所述角度偏差/>对所述电角度位置/>进行校正。

10.一种用于通过基于转子(12)的电角度位置的换向来对电动马达(10)进行电驱动的方法，

其特征在于，

基于根据权利要求9确定的所述电角度位置来进行换向。