DE102006017146A1

DE102006017146A1 - Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl eines EC-Motors

Info

Publication number: DE102006017146A1
Application number: DE102006017146A
Authority: DE
Inventors: Sven-Jostein Kro
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-04-30
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2026-04-13
Also published as: DE102006017146B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Messen der Drehzahl eines EC-Motors. Dabei wird, ausgehend von einem aus dem in einer älteren Patentanmeldung der Anmelderin beschriebenen Verfahren, bei dem für jedes Inkrement des EC-Motors ein Korrekturfaktor ermittelt wird, ein Mittelwert über eine bestimmte Gruppe von Korrekturfaktoren gebildet. Die einzelnen Korrekturfaktoren werden jeweils für gleiche Hall-Muster zusammengefasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl eines EC-Motors, wobei der EC-Motor ein Primärteil mit wenigstens einer Wicklung und ein Sekundärteil mit in Umfangsrichtung zueinander versetzten abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtungen magnetisierten Magnetsegmenten aufweist.

Derartige EC (electronically commuted)-Motoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese weisen oft Hall-Sensoren auf, die für die Kommutierung benutzt werden, wobei die Signale dieser Hall-Sensoren auch ausgewertet werden, um die Position des Sekundärteils gegenüber dem Primärteil, und damit durch Differenzierung nach der Zeit die Drehzahl, zu ermitteln. Im Idealfall sind die Hall-Sensoren so angeordnet, dass jedem Inkrement, das heißt jeder kleinsten messbaren Motorbewegung, die gleiche tatsächliche Motorbewegung entspricht. Dies bedeutet, dass das Lagemesssignal der Hall-Sensoren nach einem Weg, beziehungsweise einem vorgegebenen Drehwinkel, jeweils seinen Wert ändert, da sich die Magnetisierung des dem Sensor gegenüberliegenden Magnetsegments ändert.

Wie groß dieser Drehwinkel ist, hängt von der Auslegung des Motors ab, das heißt, von der Anzahl der Hall-Sensoren sowie der Anzahl der Magneten des Sekundärteils. Idealerweise sollte jedem Inkrement, wie oben gesagt, die gleiche Motorbewegung entsprechen. In der Realität liegen jedoch unterschiedliche Herstellungsungenauigkeiten vor, beziehungsweise die einzelnen Magnetsegmente weisen hinsichtlich ihrer Positionierung am Umfang des Sekundärteils und hinsichtlich ihrer Abmessungen in Umfangsrichtung Toleranzen auf. Diese Toleranzen sind im einzelnen nicht näher bekannt, führen jedoch zu Ungenauigkeiten bei der Synchronisation des Motors, die auch durch die Unterteilung des Wegs zwischen zwei Sensorsignalen in Teilschritte nicht – oder zumindest nicht vollständig – ausgeglichen werden können.

Wenn der Winkel zwischen zwei Magnetsegment-Sensor-Kombinationen, beispielsweise bei einem EC-Motor mit vier Polpaaren und drei Hall-Sensoren um +/– 20 % von einem Sollwert abweicht, und die Drehzahl des EC-Motors 3.000 U/min beträgt, wechselt das Lagemesssignal der Hall-Sensoren durchschnittlich alle 0,83 ms seinen Wert. Das Zeitintervall Zeit zwischen den Wechseln schwankt um +/– 20 %, dass heißt zwischen 0,6 ms bis 1 ms. Somit va riiert die gemessene Drehzahl von 2.500 U/min bis zu 3.750 U/min, das heißt, sie kann etwa um 25 % von dem tatsächlichen Wert abweichen.

Diese schnellen Sprünge der gemessenen Drehzahl mit Abweichungen von bis zu 25 % von der tatsächlichen Drehzahl stören beispielsweise eine Drehzahlregelung erheblich, beziehungsweise ermöglichen nur Regelungen mit geringer Dynamik.

Eine Möglichkeit besteht darin, das Drehzahlsignal zu glätten, indem beispielsweise jeweils aus dem vorletzten, letzten und aktuellen Drehzahlmesswert der Mittelwert gebildet wird. In diesem Falle wird jedoch der gemittelte Drehzahlmesswert die Drehzahl nicht zum aktuellen Zeitpunkt widerspiegeln, sondern zum Zeitpunkt des letzten Wechsels des Lagemesssignals.

In der unveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin DE 10 2004 024 307.7 wird ein Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl beschrieben, bei dem ein Korrekturwert zum Kompensieren des Einflusses wenigstens einer der Toleranzen auf das Drehzahlsignal erfasst und gespeichert wird, und dann das Drehzahlsignal mit Hilfe des Korrekturwerts korrigiert wird.

Im Einzelnen wird bei diesem Verfahren die Dauer jedes einzelnen Interrupts bzw. der zeitliche Abstand zwischen den von den Hall-Sensoren ausgegebenen Signalen gemessen und später mit einem Korrekturfaktor versehen, um die Ungenauigkeiten zu korrigieren. Damit wird der Fehler durch Messung oder auf andere Weise ermittelt, um einen Korrekturwert zu bestimmen, mit dem das Drehzahlsignal zu einem späteren Zeitpunkt korrigiert werden kann, wenn das betreffende Magnetsegment den Magnetfeldsensor erneut passiert. Diese Korrekturmethode bietet die Möglichkeit, eine durch eine Toleranz des Magnetsegments hervorgerufene Messungenauigkeit auf relativ einfache Weise mit dem Drehzahlsignal zu korrigieren.

Dabei wird, wenn das Sekundärteil derart relativ zum Primärteil gedreht wird, dass eine Anzahl von Magnetsegment-Sensor-Kombinationen durchlaufen wird, mit Hilfe einer Messeinrichtung für diese Magnetsegment-Sensor-Kombinationen ein erstes unkorrigiertes Drehzahlsignal erfasst. Zusätzlich wird ein Referenzsignal für die Drehzahl des EC-Motors erfasst, welches eine größere Genauigkeit aufweist als das unkorrigierte Drehzahlsignal und mit Hilfe des unkorrigierten Drehzahlsignals und des Referenzsignals ein Korrekturwert als Korrekturfaktor bestimmt.

Wenn die Magnetsegment-Sensor-Kombinationen des ersten unkorrigierten Drehzahlsignals erneut durchlaufen werden und dabei mit Hilfe der Messeinrichtung ein zweites unkorrigiertes Drehzahlsignal erfasst wird, wird dieses zweite unkorrigierte Drehzahlsignal mit Hilfe der zuvor ermittelten Korrekturfaktoren korrigiert.

Die Korrekturwerte werden also in Form von Korrekturfaktoren ermittelt, wodurch eine Korrektur der durch die Toleranzen des Magnetsegments verursachten Messfehler bei unterschiedlichen Drehzahlen möglich ist. Das Referenzsignal kann ein Messsignal sein, das beispielsweise bei der Fertigung des EC-Motors mit Hilfe einer zusätzlichen Lagemesseinrichtung erfasst wird. Das Referenzsignal kann auch ein Drehzahl- und/oder aufintegriertes Drehbeschleunigungssignal einer Welle sein, die mit dem EC-Motor gekoppelt ist.

Dieses Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als kein Absolutbezug zwischen den einzelnen Inkrementen und der tatsächlichen mechanischen Position des Motorrotors besteht. Damit kann das Verfahren nur solange angewandt werden, wie die Steuerung in Betrieb bleibt und keine Inkremente (zum Beispiel durch eine elektromagnetische Störstrahlung) verloren gehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung der Drehzahl zu entwickeln, welches eine Korrektur auch nach Ausschaltung der Steuerungseinrichtung ermöglicht. Dieses Verfahren kann neben oder zusätzlich zu dem oben beschriebenen Korrekturverfahren angewandt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl eines EC-Motors mit einem Primärteil und einer Wickelung mit einem Sekundärteil mit in Umfangsrichtung zueinander versetzten, abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtungen magnetisierten Magnetsegmenten wird die Lage der Magnetsegmente relativ zu dem Primärteil detektiert und eine Vielzahl von Lagemesswerten ermittelt, welche die Lage der Magnetsegmente relativ zu dem Primärteil charakterisieren. Dabei werden wenigstens zwei dieser Werte wenigstens mittelbar zu einem gemeinsamen Wert zusammengefasst, wobei der gemeinsame Wert für die einzelnen Werte repräsentativ ist.

Unter einem wenigstens mittelbaren Zusammenfassen wird verstanden, dass die Lagemesswerte entweder selbst zusammengefasst werden oder aber die Lagemesswerte zunächst mit tels der oben erwähnten Korrekturfaktoren korrigiert und anschließend zusammengefasst werden. Auch ein Zusammenfassen der Korrekturfaktoren selbst wird als mittelbares Zusammenfassen verstanden.

Dies bedeutet, dass wenn man beispielsweise von einem EC-Motor mit sieben Magneten und drei Hall-Sensoren ausgeht, nicht die Korrekturwerte für insgesamt 42 Inkremente (3 × 14) bestimmt werden, sondern jeweils nur Korrekturfaktoren für zusammengefasste Werte, die jeweils aus Gruppen der genannten Einzelwerte bestehen, gebildet werden.

Bevorzugt werden wenigstens die Lagemesswerte oder die gemeinsamen Werte zur Bestimmung der Drehzahl nach der Zeit differenziert. Es ist jedoch auch möglich die Drehzahl sowohl durch Differenzierung der Lagemesswerte nach der Zeit als auch durch Differenzierung der gemeinsamen Werte nach der Zeit zu ermitteln.

Dabei erfolgt bevorzugt die Zusammenfassung der einzelnen Werte durch Mittelwertbildung, und, besonders bevorzugt, ist der Mittelwert einer Gruppe von Mittelwerten entnommen, welche arithmetische Mittelwerte, geometrische Mittelwerte und dergleichen enthält.

Bevorzugt wird eine Vielzahl von gemeinsamen Werten gebildet, wobei besonders bevorzugt jeder dieser gemeinsamen Werte wiederum aus einer Zusammenfassung einer Vielzahl von Lagemesswerten gewonnen wird. Bevorzugt werden die Lagemesswerte in einer festgelegten Reihenfolge zusammengefasst.

Bevorzugt werden jeweils diejenigen Werte zu gemeinsamen Werten zusammengefasst, die miteinander in entsprechenden Drehstellungen des Sekundärteils gegenüber dem Primärteil korrespondieren. Genauer gesagt, werden beispielsweise für den oben dargestellten Motor mit sieben Polpaaren und 3 Sensoren die 42 Inkremente eingeteilt in unterschiedliche Gruppen, die jeweils theoretisch die gleichen Sensorsignale ausgeben müssten. Für den Fall, dass der oben beschriebene Motor mit sieben Magneten und drei Hall-Sensoren verwendet wird, würden sich die theoretisch jeweils gleichen Lagemesswerte aller Sensoren jeweils nach sechs Inkrementen wiederholen, und werden daher zusammengefasst, wie im nachfolgenden Teil noch genauer erläutert wird.

Mit anderen Worten wird nur ein Hauptkorrekturfaktor pro Hall-Muster beziehungsweise pro Sensorwert ermittelt, wobei dieser Faktor, wie gesagt, der Mittelwert der einzelnen Korrekturfaktoren der miteinander korrespondierenden Drehstellungen ist. Damit charakterisiert auch dieser gemeinsame Hauptkorrekturfaktor die Fehlstellung des Sekundärteils gegenüber dem Primärteil.

Dieser durch Mittelwertbildung ermittelte Hauptkorrekturfaktor wird in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert, und bleibt somit verfügbar, auch nach Ausschalten des Steuergeräts, beziehungsweise nach einem eventuellen Inkrementsverlust.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann anstelle des oben beschriebenen Verfahrens verwendet werden, oder auch in Ergänzung zu dem oben beschriebenen Verfahren. Damit kann zusätzlich auch für jeden Einzelwert ein Korrekturfaktor ermittelt werden, der mit einer Fehlstellung des Sekundärteils gegenüber der Primärteil korrespondiert. Der Korrekturfaktor ergibt sich daraus, dass die tatsächliche Stellung des Sekundärteils gegenüber dem Primärteil nicht exakt der theoretischen Stellung entspricht. Bei dieser Ausführungsform wird bevorzugt der Hauptkorrekturfaktor durch Mittelwertbildung der einzelnen Korrekturfaktoren gebildet.

Dies bedeutet, dass zunächst die oben beschriebenen Einzelkorrekturfaktoren ermittelt werden, und danach durch Mittelung aus diesen Einzelkorrekturfaktoren der Hauptkorrekturfaktor. Diese jeweiligen Hauptkorrekturfaktoren werden bevorzugt in einem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert und stehen damit nach Ausschalten und Wiedereinschalten des Motors sofort zur Verfügung.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Mittelwert der Einzelkorrekturfaktoren jeweils ein gleitender Mittelwert gebildet, vorzugsweise derart, dass das Gewicht, mit dem die Korrekturfaktoren in den Mittelwert eingehen, mit zunehmendem Alter der Korrekturfaktoren abnimmt. Neue Korrekturfaktoren werden also in dem Mittelwert stärker berücksichtigt als Korrekturfaktoren, die zu einem weiter zurückliegenden Zeitpunkt zugeordnet sind. Sollte einmal ein Fehler auftreten, der dazu führt, dass eine Magnetsegment-Sensor-Kombination nicht erkannt und dadurch die bereits ermittelten Korrekturfaktoren den falschen Magnetsegmenten zugeordnet werden, wirkt sich die falsche Korrekturfaktorzuordnung nur kurzfristig auf die Korrektur des Drehzahlsignals aus, das heißt, die falschen Korrekturfaktoren werden relativ schnell "vergessen".

Wie bereits gesagt, stehen diese sensorbezogenen Hauptkorrekturfaktoren durch Speicherung in einem nicht-flüchtigen Speicher zur Verfügung und können bei einem jedem Neustart sofort verwendet werden. Diese Verfügbarkeit wird auch nicht durch verlorene Inkremente oder andere Störungen beeinflusst. Das Berechnen beziehungsweise Messen der Korrekturfaktoren kann auch im Rahmen einer End-of-Line-Prozedur durchgeführt werden und spart so Laufzeit für die Endanwendung. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Anwendungen zum Einsatz kommen, bei denen keine Möglichkeit gegeben ist, das Berechnen der Korrekturfaktoren im normalen Betrieb durchzuführen, wie beispielsweise bei Kupplungsmotoren.

Bevorzugt wird auch zur Mittelung der einzelnen Korrekturfaktoren eine arithmetische Mittelung, eine geometrische Mittelung oder eine vergleichbare Mittelung durchgeführt.

Bevorzugt wird der Hauptkorrekturfaktor bzw. werden die Hauptkorrekturfaktoren in einer Speichereinrichtung abgelegt, wie insbesondere, aber nicht ausschließlich, dem oben dargestellten nicht-flüchtigen Speicher. Dieses Ablegen in einem nicht-flüchtigen Speicher hat – wie oben erwähnt – den Vorteil, dass nach jedem Neustart des Motors sofort die nötigen Korrekturwerte zur Verfügung stehen. Besonders bevorzugt werden als Sensoreinrichtungen magnetische Sensoreinrichtungen verwendet und, besonders bevorzugt, Hall-Sensoren. Diese Hall-Sensoren erlauben die Bestimmung von Korrekturfaktoren und, wie oben erwähnt, die Zusammenfassung von Gruppen, das heißt z. B. Hall-Muster-bezogene Hauptkorrekturfaktoren.

Anstelle von Hall-Sensoren können auch magnetoresistive Sensoreinrichtungen verwendet werden.

Bevorzugt sind die Sensoreinrichtungen gleichmäßig um den Umfang des Sekundärteils verteilt. Auf diese Weise können die einzelnen Inkremente jeweils mit theoretisch gleich großen Inkrementen verglichen werden, was insgesamt die Berechnung der einzelnen Korrekturfaktoren erleichtert.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden drei Sensoreinrichtungen verwendet. Es ist jedoch auch möglich, eine hiervon abweichende Zahl von Sensoreinrichtungen zu verwenden, wobei jedoch mit steigender Anzahl der Sensoreinrichtungen auch der rechnerische Aufwand für die Bildung der Korrekturfaktoren ansteigt.

Die Erfindung ist ferner auf einen EC-Motor mit einem Primärteil mit wenigstens einer Wicklung und einem Sekundärteil mit in Umfangsrichtung zueinander versetzten, abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtungen magnetisierten Magnetsegmenten gerichtet, wobei eine Vielzahl von Sensoreinrichtungen vorgesehen ist, welche Lagemesswerte ausgeben, die mit der örtlichen Lage der Magnetsegmente zu diesen Sensoreinrichtungen korrespondieren, und wobei eine Prozessoreinrichtung vorgesehen ist, die jeweils einzelne dieser Lagemesswerte zu einem gemeinsamen Wert zusammenfasst, wobei der gemeinsame Wert für die einzelnen Werte repräsentativ ist. Dabei weist dieser EC-Motor bevorzugt einen nicht-flüchtigen Speicher zur Abspeicherung der gemeinsamen Werte auf.

Bevorzugt ermittelt die Prozessoreinrichtung aus den Lagemesswerten und/oder den gemeinsamen Werten durch Differenzierung nach der Zeit die Drehzahl des Motors.

Die Erfindung ist ferner auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder des erfindungsgemäßen EC-Motors in einem Kraftfahrzeug gerichtet. Die Erfindung ist damit anwendbar bei beliebigen Elektronikmotoren und Antriebssystemen, die ein genaues Drehzahl- oder Positionssignal erfordern.

Die erfindungsgemäßen Motoren können in unterschiedlichen Elementen eines Kraftfahrzeugs untergebracht werden, wie beispielsweise bei verschiedenen Getriebetypen, Getriebekomponenten, in Getriebeaktoriken oder Kupplungsaktoriken, bei Aktormotoren, bei Nockenwellensteuerungen oder dergleichen.

Wie eingangs erwähnt, weisen die Motoren fertigungsbedingte Ungenauigkeiten der einzelnen Inkremente auf. Eine erste Quelle von Ungenauigkeiten ist ein ungenaues Platzieren der einzelnen Hall-Sensoren, beziehungsweise der Sensoreinrichtungen. Durch dieses ungenaue Platzieren wird der Abstand und damit auch der Winkelabstand zwischen den Hall-Sensoren geändert, was dazu führt, dass die einzelnen Inkrementwinkel nicht mehr gleich sind, sondern sich bezüglich einander verändern. Diese Ungenauigkeiten wiederholen sich jedoch periodisch, genauer gesagt mit jeder elektrischen Periode und sind damit Hall-Muster-abhängig. Daher können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die durch ungenaues Platzieren der Hall-Sensoren resultierenden Ungenauigkeiten ermittelt und korrigiert werden.

Eine weitere Ungenauigkeit resultiert aus einem nicht idealen beziehungsweise ungenauen Ansprechen bei einem oder mehreren Hall-Sensoren, das heißt, der Hall-Sensor spricht nicht beim exakten Übergang zwischen den Magnetisierungen an, sondern hierzu versetzt. Durch diese Ungenauigkeit wird ebenfalls der Inkrementwinkel verändert. Auch diese Ungenauigkeit wiederholt sich mit jeder elektrischen Periode und ist damit ebenfalls Hall-Muster-abhängig und kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt beziehungsweise korrigiert werden.

Eine weitere Fehlerquelle ist eine ungenaue Magnetisierung der einzelnen Magnetsegmente. Hierdurch ändert sich der von den einzelnen Magnetpolen eingenommene Winkel, und damit auch der Inkrementwinkel. Diese Ungenauigkeit wiederholt sich nicht mit jeder elektrischen, sondern mit jeder mechanischen Periode, und ist damit nicht von den oben beschriebenen Hall-Mustern abhängig.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen; darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Motors mit Sensoreinrichtungen;
2 eine Tabelle zur Gegenüberstellung der Lagemesswerte sowie der zusammengefassten Werte; und
3 eine beispielhafte Tabelle zur Darstellung der Hall-Muster-bezogenen Korrekturfaktoren.
1 zeigt schematisch einen EC-Motor, genauer gesagt einen so genannten BLDC-Motor (brushless-direct-current) mit sieben Magneten 4, 5 sowie drei Hall-Sensoren 3a, 3b und 3c. Die sieben Magnete resultieren in insgesamt 14 Magnetsegmenten, oder genauer gesagt, sieben Nordpol – Magnetsegmenten 4 und sieben Südpol – Magnetsegmenten 5, welche jeweils abwechselnd zueinander angeordnet sind. Insgesamt weist der in 1 gezeigte EC-Motor 42 Inkremente auf. Der Pfeil P deutet die Drehrichtung des Motors an.
In der in Teilfigur I gezeigten Situation gibt der Hall-Sensor 3a bei einer Drehung in Pfeilrichtung, d.h. im Uhrzeigersinn ein einem Pluspol entsprechendes Signal aus, der Hall-Sensor 3b ein einem Südpol entsprechendes Signal und der Hall-Sensor 3c ein einem Nordpol entsprechendes Signal. Jedes Signal bleibt bei einer Drehung der Magnete bestehen, bis die in Teilfigur II gezeigte Situation erreicht ist. In der in II gezeigten Situation gibt der Hall-Sensor 3a immer noch ein einem Nordpol entsprechendes Signal aus und der Hall-Sensor 3b ein einem Südpol entsprechendes Signal. Der Hall-Sensor 3c ändert jedoch sein Signal und gibt bei weiterer Drehung ein einem Südpol entsprechendes Signal aus.
In der in Teilfigur III gezeigten Situation bleiben die Signale der Hall-Sensoren 3a und 3c konstant, während sich das von dem Hall-Sensor 3b ausgegebene Signal ändert. Damit zeigen insgesamt die in den Teilfiguren I bis III gezeigten Motorstellungen drei unterschiedliche Hall-Muster, wobei sich die Hall-Muster aus den Lagemesssignalen aller Hall-Sensoren zusammensetzen. In der in Teilfigur IV gezeigten Situation wechselt das von dem Hall-Sensor 3a ausgegebene Signal von einem Südpol entsprechend nach einem Nordpol entsprechend, während die Signale von den Hall-Sensoren 3b und 3c konstant bleiben; in der in Teilfigur V gezeigten Situation ändert sich das Signal des Hall-Sensors 3c, die Signale der Hall-Sensoren 3a und 3b bleiben konstant. In der mit VI bezeichneten Situation ändert sich das Signal des Hall-Sensors 3b, während die Signale der Hall-Sensoren 3a und 3c konstant bleiben.
In der mit VII bezeichneten Situation ändert sich das Signal des Sensors 3a von einem Nordpol entsprechend nach einem Südpol entsprechend, während die Signale der Sensoren 3b und 3c konstant bleiben. Damit führt die in Teilfigur VII gezeigte Situation zu dem gleichen Hall-Muster, wie die in Teilfigur I gezeigte Situation. Gleichermaßen stimmen die Hall-Muster der in Teilfigur VIII gezeigten Situation und der in Teilfigur II gezeigten Situation sowie die Hall-Muster der in Teilfigur IX gezeigten Situation und der in Teilfigur III gezeigten Situation überein.
Die nächste (nicht gezeigte) Drehstellung würde wiederum das gleiche Hall-Muster ergeben, wie die in Teilfigur IV gezeigte Situation. Aus dieser Zeichnung lässt sich ersehen, dass für eine vollständige Motordrehung insgesamt sechs verschiedene Hall-Muster auftreten, die in 1 in den Situationen I bis VI gezeigt sind.
Wie eingangs erwähnt, geben die einzelnen Hall-Sensoren Lagemesssignale aus. Zur Bildung eines Drehzahlsignals werden diese Lagemesssignale differenziert. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass der zeitliche Abstand Δt zwischen zwei Änderungen des Lagemesssignals gemessen und die Drehzahl ω wie folgt bestimmt wird: ω = π/(m·p·Δt)[rad/s]
Dabei bezeichnet p die Anzahl der Polpaare und beträgt im vorliegenden Fall sieben, m bezeichnet die Anzahl der Hall-Sensoren und ist damit hier drei.
Wären die einzelnen Magnetsegmente absolut exakt angelegt, so würde die so ermittelte Drehzahl beziehungsweise das so ermittelte Drehzahlsignal nicht fehlerbehaftet sein und bei konstanter, tatsächlicher Drehzahl des Sekundärteils zu einem glatten Signal führen.
Aufgrund der Toleranzen der Magnetsegmente 1 bis 14 ist jedoch das ermittelte Drehzahlsignal ω_Mess,i mit Fehlern behaftet, die beispielsweise bei konstanter tatsächlicher Drehzahl des Sekundärteils dazu führen, dass das Drehzahlsignal Sprünge aufweist.
Um die einzelnen Korrekturfaktoren zu ermitteln, werden in einer Auswerteeinrichtung die Magnetsegment-Sensor-Kombinationen von 1 bis 2·m·p, das heißt von 1 bis 42, durchnummeriert, so dass bei Rechtsdrehung der Zählwert, der nachstehend kurz als „Index i" bezeichnet wird, hochgezählt wird und bei Erreichen von 2·m·p auf 1 zurückgesetzt wird. Beim Einschalten des EC-Motors wird der Index i auf einen Startwert gesetzt, zum Beispiel auf den Wert 1.
Für jede Magnetsegment-Sensor-Kombination wird ein Korrekturfaktor F_Adap[i] ermittelt, der über den Index i dem entsprechenden Magnetsegment 1 bis 14 zugeordnet wird. Dieser Korrekturfaktor entspricht dem Verhältnis zwischen dem Drehzahlwert ω_Mess,i der mit Hilfe des Lagemesssignals für die i-ten Magnetsegment-Sensor-Kombinationen ermittelt wurde, und einem Referenzdrehzahlwert ω_Ref,i von dem angenommen wird, dass er eine größere Genauigkeit aufweist, als der Drehzahlwert ω_Mess,i. Die Korrekturfaktoren F_Adap[i] werden nun in einem Datenspeicher der Auswerteeinrichtung abgelegt.
Mit Hilfe des Korrekturfaktors F_Adap[i] wird für jeden Drehzahlwert ω_Mess,i jeweils wie folgt ein korrigierter Drehzahlwert ω_Korr,i ermittelt: ωKorr,i = ωMess,i/FAdap[i]
Wie sich aus der Beschreibung ergibt, ist es also mit dem zuvor zum Patent angemeldeten Verfahren nötig, die einzelnen, das heißt die 42 Korrekturfaktoren, jeweils weiter zu verwenden, beziehungsweise abzuspeichern. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diejenigen Korrekturfaktoren, die sich aus miteinander korrespondierenden Drehstellungen, wie in 1 den Drehstellungen I und VII, II und VIII und III und IX ergeben, zu einem Mittelwert zusammengefasst. Diese Mittelwerte werden in einem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert und stehen damit für jeden Neustart zur Verfügung. Durch dieses Abspeichern werden Ungenauigkeiten verhindert, die daraus resultieren, dass beispielsweise beim Drehen des Motors einzelne Inkremente von den Hall-Sensoren nicht registriert werden, und damit verloren gehen.
Anstelle der bisher 42 Einzelwerte müssen bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise lediglich sechs verschiedene Werte, das heißt die jeweiligen Mittelwerte für die Hall-Muster, abgespeichert werden.
2 zeigt eine Tabelle als Beispiel für die Aufnahme der einzelnen Hall-Muster, die den jeweiligen Inkrementen entsprechen.
In der linken Spalte sind die einzelnen Inkremente 1 bis 42 durchnummeriert. Diese einzelnen Inkremente sind sechs verschiedenen Hall-Mustern zugeordnet, wobei – wie anhand von 1 erläutert – das Hall-Muster von Inkrement 1 dem Hall-Muster von Inkrement 7, dem Hall-Muster von Inkrement 13, von Inkrement 19, von Inkrement 25, von Inkrement 31 sowie von Inkrement 37 entspricht. Ebenso werden die übrigen Inkremente in der hier fest vorgegebenen Reihenfolge 2, 6, 4, 5, 1, 3 den übrigen Hall-Mustern zugeordnet.
In der dritten Spalte ist die jeweilige Abweichung der einzelnen Inkremente aufgetragen, wobei die Abweichung, wie oben dargestellt, durch Differenzierung sowie Vergleich mit Referenzwerten ermittelt wird. In der vierten Spalte sind die jeweils benutzten Faktoren für die einzelnen Hall-Muster angegeben, wobei die benutzten Faktoren für das jeweils gleiche Muster identisch sind. Die benutzten Faktoren werden durch Mittelung über die in der dritten Spalte aufgetragenen, gemessenen Faktoren für die einzelnen Hall-Muster ermittelt. Damit ergibt sich beispielsweise der benutzte Faktor, der für die Inkremente 1, 7, 13, 19, 25, 31 und 37 verwendet wird, durch Mittelung der diesen Inkrementen entsprechenden Abweichungswerte.
In der fünften Spalte ist der jeweilige Fehler angegeben, das heißt der Fehler, um den der benutzte Faktor von der tatsächlichen Abgleichung abweicht. Wie aus der fünften Spalte ersichtlich, beträgt dieser Fehler in diesem Beispiel maximal dem Betrag nach 10 %.
In der rechten Spalte sind die Fehler aufgetragen, die sich ohne Korrektur ergeben würden, das heißt, die jeweiligen Fehler der in der dritten Spalte aufgetragenen Abweichungen gegenüber dem Wert im Idealfall, der jeweils 1 beträgt. Man erkennt, dass die Fehler ohne Verwendung einer Korrektur im Durchschnitt signifikant höher sind, als die Fehler, die mit der erfindungsgemäßen Korrekturmethode erzielt werden können. Ohne Korrektur liegen die Fehler dem Betrage nach bei bis zu 27 %.
3 zeigt eine Tabelle, in der die Hall-Muster 1 bis 6 zusammen mit den Korrekturfaktoren aufgetragen sind. Damit handelt es sich bei der Tabelle aus 3 um einen Ausschnitt aus der Tabelle in 2.
Die Einsatzmöglichkeiten für das erfindungsgemäße Verfahren sind vielseitig. Einerseits kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden, um eine gewisse Korrektur zu ermöglichen, wenn das Verfahren der erwähnten älteren Patentanmeldung, in dem für jedes Inkrement ein Korrekturfaktor gebildet wird, versagt. Daneben kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen, um direkt nach dem Start eine gewisse Korrekturmöglichkeit für den EC-Motor zu bieten. Das heißt, in diesem Fall findet das erfindungsgemäße Verfahren ergänzend zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren Anwendung.
Daneben ist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt geeignet, um bei Auftreten von Fehlern beziehungsweise Störungen in der Steuerungseinrichtung verwendet zu werden. Wenn zum Beispiel die Steuerungseinrichtung ausfällt, kann auf die in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegten Korrekturfaktoren für die Hall-Muster zurückgegriffen werden. In diesem Falle ist es möglich, die maximalen Fehler in Grenzen zu halten.

3a, 3b, 3c: Hall-Sensor
4: Nordpol-Magnetsegment
5: Südpol-Magnetsegment

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl eines EC-Motors mit einem Primärteil mit wenigstens einer Wicklung und einem Sekundärteil mit in Umfangsrichtung zueinander versetzten, abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtungen magnetisierten Magnetsegmenten (4, 5), wobei eine Vielzahl von Lagemesswerten ermittelt werden, welche die Lage der Magnetsegmente relativ zu dem Primärteil charakterisieren wobei wenigstens zwei dieser Lagemesswerte wenigstens mittelbar zu einem gemeinsamen Wert zusammengefasst werden und der gemeinsame Wert für die einzelnen Werte repräsentativ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Lagemesswerte oder die gemeinsamen Werte zur Bestimmung der Drehzahl nach der Zeit differenziert werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammenfassung der einzelnen Lagemesswerte durch Mittelwertbildung erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert aus einer Gruppe von Mittelwerten entnommen ist, welche arithmetische Mittelwerte, geometrische Mittelwerte und dergleichen enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagemesswerte in einer festgelegten Reihenfolge zusammengefasst werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils diejenigen Lagemesswerte zu gemeinsamen Werten zusammengefasst werden, die mit einander entsprechenden Drehstellungen des Sekundärteils gegenüber dem Primärteil korrespondieren.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden gemeinsamen Wert ein Hauptkorrekturfaktor ermittelt wird, der mit einer Fehlstellung des Sekundärteils gegenüber dem Primärteil korrespondiert.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Einzelwert ein Korrekturfaktor ermittelt wird, der mit einer Fehlstellung des Sekundärteils gegenüber dem Primärteil korrespondiert.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkorrekturfaktor durch Mittelung der Einzelkorrekturfaktoren ermittelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Mittelung der Einzelkorrekturfaktoren eine arithmetische Mittelung, eine geometrische Mittelung und/oder eine vergleichbare Mittelung durchgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Hauptkorrekturfaktor in einer Speichereinrichtung abgelegt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Hauptkorrekturfaktor in einer nicht flüchtigen Speichereinrichtung abgelegt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoreinrichtungen (3a, 3b, 3c) magnetische Sensoreinrichtungen und bevorzugt Hall-Sensoren verwendet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtungen (3a, 3b, 3c) gleichmäßig um den Umfang des Sekundärteils verteilt sind.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei Sensoreinrichtungen (3a, 3b, 3c) verwendet werden.
EC-Motor mit einem Primärteil mit wenigstens einer Wicklung und einem Sekundärteil mit in Umfangsrichtung zueinander versetzten, abwechselnd in zueinander ent gegengesetzte Richtungen magnetisierten Magnetsegmenten (4, 5), wobei eine Vielzahl von Sensoreinrichtungen (3a, 3b, 3c) vorgesehen ist, welche Werte ausgeben, welche mit der örtlichen Lage der Magnetsegmente (4, 5) zu diesen Sensoreinrichtungen (3a, 3b, 3c) korrespondieren, wobei eine Prozessoreinrichtung vorgesehen ist, die jeweils einzelne dieser Werte zu einem gemeinsamen Wert zusammenfasst, wobei der gemeinsame Wert für die einzelnen Werte repräsentativ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinrichtung aus den Lagemesswerten und/oder den gemeinsamen Werten durch Differenzierung nach der Zeit Drehzahl bestimmt.
Verwendung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche zur Steuerung von EC-Motoren in einem Kraftfahrzeug.